Аккумуляторы

 

4. Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH).

Тип аккумулятора известны на рынке с конца 80-х годов. Толчком к разработке и производству этого типа аккумуляторов явилась, главным образом, их более высокая плотность энергии по сравнению с Ni-Cd.

Активным материалом отрицательного электрода является интерметаллид, обратимо сорбирующий водород, т.е. фактически отрицательный электрод является водородным электродом, у которого восстановленная форма водорода находится в абсорбированном состоянии. Разрядная кривая Ni-MH аккумулятора аналогична кривой Ni-Cd аккумулятора. Удельная емкость и энергия никель-металлогидридных аккумуляторов в 1,5-2 раза выше удельной энергии никель-кадмиевых аккумуляторов, кроме того, они не содержат токсичный кадмий. Изготавливаются в герметичном исполнении цилиндрической, призматической и дисковой форм. Применяются для питания портативных приборов и аппаратуры замена стандартного гальванического элемента, электромобили.

 

5. Никель-цинковые аккумуляторы.

Это щелочные аккумуляторы, у которых отрицательный электрод - цинковый. Удельная энергия никель-цинковых аккумуляторов примерно в 2 раза выше удельной энергии Ni-Cd аккумуляторов. Они характеризуются горизонтальной разрядной кривой, высокой удельной мощностью и относительно невысокой начальной ценой, однако ресурс их мал, поэтому массового применения не имеют. Применяются для питания портативной аппаратуры, замена стандартного гальванического элемент.

.

6. Серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы.

Активными материалами служат оксид серебра на положительном и цинк или кадмий - на отрицательном электродах соответственно, электролитом является раствор щелочи. Характеризуются высокими удельными энергиями и мощностью, низким саморазрядом, но весьма дороги. Серебряно-цинковые аккумуляторы имеют незначительный ресурс. Выпускаются в призматической и дисковой формах, применяются для питания портативных приборов и аппаратов, в военной технике.

 

7. Никель-водородные аккумуляторы.

Отрицательным электродом служит пористый газодиффузионный электрод с платиновым катализатором, на котором обратимо реагирует газообразный водород. Характеризуются высокой удельной энергией и очень высоким ресурсом, но значительным саморазрядом и очень дороги. Применялись в космической технике.

 

8. Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion).

Производство литиево-ионного типа аккумуляторов началось в начале 90-х годов. На сегодняшний день самым большим поставщиком этого типа батареи является компания Sony.

В качестве отрицательного электрода применяется углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активным материалом положительного электрода обычно служит оксид кобальта, в который также обратимо внедряются ионы лития. Электролитом является раствор соли лития в неводном апротонном растворителе. Аккумуляторы имеют высокую удельную энергию, высокий ресурс и способны работать при низких температурах. Благодаря высокой удельной энергии их производство в последние годы резко увеличилось. Выпускаются в цилиндрической и призматической формах. Они применяются в сотовых телефонах, ноутбуках, в других портативных устройствах, а также в электромобилях.

 

9. Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol).

Новый тип аккумуляторных батарей. Первоначальная концепция батареи литий-полимера основана на использовании твердого электролита на полимерной основе. Эта идея предусматривает технологичность в производстве, и соответственно низкую цену.

Анодом служит углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активными материалами положительных электродов являются оксиды ванадия, кобальта или марганца. Электролитом является или раствор соли лития в неводных апротонных растворителях, заключенный в микропористую полимерную матрицу, или полимер (полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, поливинилхлорид либо другие), пластифицированный раствором соли лития в апротонном растворителе (гель-полимерный электролит). По сравнению с литий-ионными аккумуляторами литий-полимерные аккумуляторы имеют более высокие удельную энергию и ресурс и лучшую безопасность. Применяются для питания мобильных устройства, электромобилей, других портативных устройств.

 

10. Перезаряжаемые марганцево-цинковые источники тока.

Первичные цилиндрические марганцево-цинковые источники тока с щелочным электролитом определенного состава, изготовленные по специальной технологии, могут электрически перезаряжаться. Они характеризуются высокой удельной энергией, малым саморазрядом и невысокой стоимостью, выпускаются в герметичном исполнении, однако имеют очень малый ресурс (до 25-50 циклов), небольшую скорость разряда и наклонную разрядную кривую. Возможность перезаряда такого марганцево-цинкового источники тока отдельно оговаривается производителем.

 

11. Лантан - фторидные аккумуляторы.

Одним из наиболее современных аккумуляторов высокой емкости являются лантан - фторидные аккумуляторы. Работы над этим типом вторичного источника тока ведутся начиная с 1999г в российской компании «Высокоэнергетические батарейные системы" под руководством кандидата технических наук Александра Потанина. Лантан - фторидный аккумулятор является представителем принципиально нового класса вторичных элементов – твердотельных батарей. Его анод изготовлен из лантана, а анод - из фторида висмута или свинца. Электролитом служит фторид лантана - фторид бария, причем этот электролит - твердый. Технология производства этого аккумулятора заключается в нанесении анодных и катодных электродов на твердый раствор фторида лантана и бария. Формовка элемента производится напряжением переменного тока синусоидальной формы промышленной частоты при температуре 800 градусов, в результате чего происходит уменьшение внутреннего сопротивления элемента повышающее максимально отдаваемый им ток. При последующих заряд - разрядных циклах источник тока с НРЦ 3,7 В имел устойчивые разрядные характеристики при напряжении разряда до 1,5 В. 
Теоретическая энергоёмкость составляет до 750 Вт•ч/кг. Ёмкость на единицу объёма свыше 1330 Вт•ч/дм³ 
Лантан - фторидный аккумулятор может найти применение в составе систем длительного постоянного действия при нормальной температуре; в составе автономных источников тока для эксплуатации при высоких температурах; в составе тепловых резервных батарей различной мощности и длительности действия, к примеру, для стартерного запуска дизельных двигателей. В настоящий момент этот тип аккумулятора является оптимальным сочетанием высокой удельной электрической мощности с безопасностью в работе и малыми габаритами.

 

12. Железно-воздушные аккумуляторы.

Воздушный аккумулятор, являясь вторичным источником тока, может генерировать мощность до 135 кВт/ч. Используя такие аккумуляторные блоки в резервных системах электрического питания, они нашли своих поклонников среди всех уровней промышленности. Наращивая свою популярность с 70-х годов, воздушные аккумуляторные агрегаты стали популярны в строительстве и в крупных промышленных сферах.

Благодаря его мощной энергетической ёмкости такие модели могут стать выгодными и экономными источниками пусковой электросилы. Этот железно воздушный агрегат тянет новым прорывом в сфере промышленного развития техники. Литий, алюминий, цинк, железо - эти идеальные восстановители и окислитель-кислород стали самыми популярными ингредиентами ввоздушных аккумуляторных батареях.

 

13. Литий-железо-сульфидные аккумуляторы.

Литий-железо-сульфидный аккумулятор (Li-FeS) является второстепенным химическим источником тока, в котором анод - электрод, присоединённый к положительному полюсу источника питания - является литий-алюминиевым сплавом, электролитом и катодом.

История изобретения такого аккумулятора такова, учёные, аккумулирующие всё свои знания на поиски альтернативного материала кобальту, выдвинули целый список различных соединений на замену главного электродного материала будущего, среди них: манганаты, титанаты, станнаты, силикаты и другие. На сегодняшний день одним из самых главных фаворитов подобных соединений является феррофосфат лития - Li-FePO4, который был получен ещё в 1996 году, долгое время на данный материал не обращали должного внимания, так как кроме его материальной общедоступности других отличительных качеств не наблюдалось. Однако компания A123 Systems в 2003 году открыла новые полезные качества такого рода соединения.

Отличительными параметрами литий-железо-сульфидный аккумулятора являются их теоритическая энергоёмкость в 560 Вт•ч/кг, удельная энергоёмкость, составляющая около 120 Вт•ч/кг, удельная энергоплотность, достигающая 250 Вт•ч/дм³, Электродвижущая сила в 1,35 В, а также рабочая температура :+450 °C.

К достоинствам литий-железо-сульфидный аккумуляторов относят их безопасный прочный корпус, их способность к сверхбыстрому заряду, невероятно большой ток отдачи, саморазряд, коэффициент которого составляет 3 % за 3 года, возможность функционировать при низких температурах без потери рабочих свойств, а также наработка на отказ 1000 циклов.

Но стоит обратить внимание на то, что такого типа аккумуляторы требуют специальное зарядное устройство, так как они не совместимы с Li-Po зарядниками, а также обладают большей массой чем аккумуляторы Li-Po.

Область их применения весьма широка, так как аккумулятор безопасно отдавать огромные токи заряда и разряда, что разрешает заряжать аккумуляторы в весьма короткие сроки. Такие аккумуляторы используются в устройствах, которые требуют быстрой зарядки: аккумуляторные дрели, шуроповёрты и т.д.

Удельная ёмкость литий-железо-сульфидный аккумулятора меньше литий-полимерный аккумулятора, но в противовес этому они обладают оболочкой, которая в несколько раз прочнее литий-полимерного аккумулятора. Данный параметр позволяет использовать литий-железо-сульфидны аккумулятор в наиболее грубых механических условиях.

 

14. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы.

История литий-железо-фосфатного аккумулятора насчитывает всего несколько десятилетий. Впервые использование перспективного материала - фосфата литий железа в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторных батарей было описано исследователем Техасского университета Джоном Гуденафом в 1996 году. По причине сравнительно низкой стоимости, нетоксичности, содержания природного железа, значительной термостойкости, безопасности, высокого уровня производительности литий-железо-фосфатные аккумуляторы получили мировое признание. Проблема низкой электропроводности была решена покрытием частиц LiFePO4 шаром проводящим материалов – алюминия, марганца или титана. В последующем технология литий-железо-фосфатных аккумуляторов была усовершенствована профессором Цзян Йе-Мином и иными сотрудниками Массачусетского технологического института, положив основы их промышленного производства.

В настоящее время высококачественный LiFePO4 материал изготавливается по технологии одного из двух производственных методов: жидкофазного, позволяющего получать продукт с лучшими мощностными характеристиками, или же трехфазного, дающего продукт с лучшими емкостными характеристиками.

При сборке батареи из единичных элементов ячейки соединяются между собой при помощи специальных коннекторов - соединительных пластин. Благодаря дополнительному использованию управляющей электроники (ВMS) обеспечивается высокий уровень безопасности каждой ячейки в аккумуляторной сборке, предотвращается их перезарядку, перегрузка по току, перегрев, снижается риск короткого замыкания, распределяется энергия между ячейками и контролируется состояние каждой из них. Регулируя равномерность разряда и заряда аккумуляторных элементов, система управления и балансировки (Battery Management System) предотвращает преждевременный выход из строя литий-железо-фосфатной батареи.

По причине высокого уровня термической стабильности, безопасности, отсутствия токсичности, позитивных электрохимических характеристик, длительного жизненного цикла и высокой удельной мощности аккумуляторы этого типа нашли применение в сфере электротранспортных технологий. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы большой емкости, высокой мощности и малого веса сегодня широко используются для питания портативной электрической техники, электроинструментов, электрооборудования инвалидных колясок, электровелосипедов, электроскутеров, электрических автомобилей и автобусов.

 

15. Литий-фторные аккумуляторы.

Данный вид аккумуляторов представляет собой вторичный химический источник тока в котором анодом является литий, электролитом — твёрдый сплав фторидов, катодом — газовый фторный электрод. В настоящее время нет широкого применения ввиду начала отработки технологии производства.