Войти
Аккумуляторная батарея, используемая для источника бесперебойного питания в центре обработки данных 
Аккумуляторная литий-полимерный мобильный телефон аккумулятор 
Обычное потребительское зарядное устройство для аккумуляторов AA и AAA A аккумулятор, аккумулятор или вторичный элемент (или архаично аккумулятор ) представляет собой тип электрической батареи, которую можно заряжать, разряжать в нагрузку и многократно перезаряжать, в отличие от одноразовой или основная батарея, которая поставляется полностью заряженной и утилизированной после использования. Он состоит из одной или нескольких электрохимических ячеек. Термин «аккумулятор» используется, поскольку он накапливает, а накапливает энергию посредством обратимой электрохимической реакции. Перезаряжаемые батареи производятся во многих различных формах и размерах, от кнопочных элементов до мегаваттных систем, подключенных к стабилизации электрической распределительной сети. Используются несколько различных комбинаций электродов материалов и электролитов, включая свинцово-кислотный, цинк-воздух, никель-кадмий (NiCd), никель-металлогидрид (NiMH), литий-ионный (литий-ионный), литий-железный фосфат (LiFePO4) и литий-ионный полимер (литий-ионный полимер).
Перезаряжаемые батареи обычно изначально стоят больше, чем одноразовые, но имеют гораздо меньшую совокупную стоимость владения и воздействие на окружающую среду, так как их можно много раз недорого перезарядить. они нуждаются в замене. Некоторые типы аккумуляторных батарей доступны с такими же размерами и напряжениями, что и одноразовые, и могут использоваться взаимозаменяемо с ними.
Миллиарды долларов инвестируются в исследования по всему миру для улучшения аккумуляторов.
Цилиндрическая ячейка (18650) до сборки. Несколько тысяч из них (литий-ионный ) образуют батарею Tesla Model S (см. Gigafactory ).
Литий-ионная батарея, электроника контроля (защита от перегрузки и разрядки) 
Раздутые литий-ионные батареи от стороннего производителя с, вероятно, неисправной контрольной электроникой Устройства, в которых используются аккумуляторные батареи, включают автомобильные стартеры, портативные потребительские устройства, легковые автомобили (например, моторизованные инвалидные коляски, тележки для гольфа, электрические велосипеды и электрические вилочные погрузчики ), инструменты, источники бесперебойного питания и аккумуляторные электростанции. Новые приложения в гибридных батареях внутреннего сгорания и электромобилях способствуют снижению стоимости, веса и размера, а также увеличению срока службы.
старые аккумуляторные батареи саморазряд относительно быстро и требуют зарядки перед первым использованием; некоторые новые никель-металлгидридные батареи с низким саморазрядом ba Источники питания хранят свою зарядку в течение многих месяцев и обычно продаются с заводской зарядкой примерно до 70% от их номинальной мощности.
Аккумуляторные электростанции используют перезаряжаемые батареи для выравнивания нагрузки (хранения электроэнергии в периоды низкого спроса для использования в периоды пиковой нагрузки) и для возобновляемых источников энергии (например, для хранения энергии, генерируемой из фотоэлектрические массивы днем для использования ночью). Выравнивание нагрузки снижает максимальную мощность, которую электростанция должна вырабатывать, уменьшая капитальные затраты и потребность в пиковых электростанциях.
Согласно отчету Research and Markets, аналитики прогнозируют, что мировой рынок аккумуляторных батарей будет рост в среднем на 8,32% в период 2018–2022 гг.
Маленькие аккумуляторные батареи могут питать портативные электронные устройства, электроинструменты, бытовую технику и т. д. Сверхмощные аккумуляторы питают электромобили, от скутеров до локомотивов и кораблей. Они используются в распределенном производстве электроэнергии и в автономных энергосистемах.
A зарядного устройства на солнечной энергии для аккумуляторов AA Во время зарядки положительный активный материал окислен, производя электронов, а отрицательный материал восстановлен, потребляя электроны. Эти электроны составляют ток, протекающий во внешней цепи. электролит может служить простым буфером для внутреннего ионного потока между электродами, как в литий-ионном и никеле. -кадмиевые клетки, или он может быть активным участником электрохимической реакции, как в свинцово-кислотных клетках.
Энергия, используемая для зарядки аккумуляторных батарей, обычно поступает от зарядного устройства, использующего переменный ток электросети, хотя некоторые из них оборудованы для использования автомобильной розетки постоянного тока на 12 В. Напряжение источника должно быть выше, чем у батареи, чтобы заставить ток течь в него, но не намного выше, иначе батарея может быть повреждена.
Зарядным устройствам требуется от нескольких минут до нескольких часов для зарядки аккумулятора. Медленные «глупые» зарядные устройства без возможности измерения напряжения или температуры будут заряжаться с низкой скоростью, обычно для полной зарядки требуется 14 часов или более. Зарядные устройства для быстрой зарядки обычно могут заряжать элементы за два-пять часов, в зависимости от модели, а самая быстрая - всего за пятнадцать минут. У устройств быстрой зарядки должно быть несколько способов обнаружения полного заряда элемента (изменение напряжения на клеммах, температуры и т. Д.), Чтобы прекратить зарядку до опасного перезаряда или перегрева. Самые быстрые зарядные устройства часто включают охлаждающие вентиляторы для предотвращения перегрева элементов. Аккумуляторные блоки, предназначенные для быстрой зарядки, могут включать датчик температуры, который зарядное устройство использует для защиты аккумулятора; датчик будет иметь один или несколько дополнительных электрических контактов.
Аккумуляторы разного химического состава требуют разных схем зарядки. Например, некоторые типы батарей можно безопасно заряжать от источника постоянного напряжения. Другие типы необходимо заряжать от регулируемого источника тока, который сужается, когда батарея достигает полностью заряженного напряжения. Неправильная зарядка аккумулятора может повредить аккумулятор; В крайних случаях батареи могут перегреться, загореться или взорваться от их содержимого.
Положительный и отрицательный электрод по сравнению с анодом и катодом для вторичной батареи Скорость заряда и разряда батареи часто обсуждается посредством ссылки на величину тока "C". Скорость C - это та, которая теоретически может полностью зарядить или разрядить аккумулятор за один час. Например, капельная зарядка может выполняться при C / 20 (или «20-часовой» скорости), в то время как типичная зарядка и разрядка могут происходить при C / 2 (два часа для полной емкости). Доступная емкость электрохимических ячеек зависит от скорости разряда. Некоторая энергия теряется во внутреннем сопротивлении компонентов элемента (пластин, электролита, межсоединений), а скорость разряда ограничивается скоростью, с которой могут перемещаться химические вещества в элементе. Для свинцово-кислотных элементов взаимосвязь между временем и скоростью разряда описывается законом Пейкерта ; Свинцово-кислотный элемент, который больше не может выдерживать полезное напряжение на клеммах при высоком токе, может иметь полезную емкость, если разряжается с гораздо меньшей скоростью. В технических паспортах перезаряжаемых элементов часто указывается разрядная емкость для 8-часового или 20-часового или другого указанного времени; элементы для систем бесперебойного питания могут быть рассчитаны на 15-минутный разряд.
Напряжение на клеммах аккумулятора непостоянно во время зарядки и разрядки. Некоторые типы имеют относительно постоянное напряжение во время разряда, превышающее их емкость. Неперезаряжаемые щелочные и угольно-цинковые элементы выдают 1,5 В в новых, но это напряжение падает по мере использования. Большинство элементов NiMH AA и AAA рассчитаны на напряжение 1,2 В, но они более плоские, чем щелочные, и обычно могут использоваться в оборудовании, предназначенном для использования щелочных батарей.
Производители батарей Технические примечания часто относятся к напряжению на элемент (VPC) для отдельных элементов, составляющих батарею. Например, для зарядки свинцово-кислотной батареи 12 В (содержащей 6 ячеек по 2 В каждая) при напряжении 2,3 В на компьютер требуется напряжение 13,8 В на клеммах батареи.
Воздействие на разряженный элемент током в направлении, которое имеет тенденцию к дальнейшему разряду, до точки, при которой полярность переключения положительных и отрицательных клемм вызывает состояние, называемое реверсированием ячейки. Обычно проталкивание тока через разряженный элемент таким образом вызывает нежелательные и необратимые химические реакции, приводящие к необратимому повреждению элемента. Переключение элементов питания может происходить при ряде обстоятельств, два из которых наиболее распространены:
В последнем случае проблема возникает из-за того, что разные элементы в батарее имеют немного разную емкость. Когда одна ячейка достигает уровня разряда раньше остальных, оставшиеся ячейки пропускают ток через разряженную ячейку.
Многие устройства с батарейным питанием имеют отсечку по низкому напряжению, которая предотвращает возникновение глубоких разрядов, которые могут вызвать перестановку ячеек. Интеллектуальная батарея имеет встроенную схему контроля напряжения.
Переворот элемента может происходить в слабо заряженном элементе даже до того, как он полностью разрядится. Если ток разряда батареи достаточно высок, внутреннее сопротивление элемента может создать резистивное падение напряжения, которое больше, чем прямая ЭДС элемента. Это приводит к изменению полярности ячейки во время протекания тока. Чем выше требуемая скорость разряда батареи, тем лучше должны быть согласованы элементы как по типу элемента, так и по состоянию заряда, чтобы снизить вероятность реверсирования элементов.
В некоторых ситуациях, например, при ремонте никель-кадмиевых батарей, которые ранее были перезаряжены, может потребоваться полная разрядка батареи. Чтобы избежать повреждения из-за эффекта реверсирования ячеек, необходимо получить доступ к каждой ячейке отдельно: каждая ячейка разряжается по отдельности путем подключения зажима нагрузки к клеммам каждой ячейки, тем самым избегая реверсирования ячейки.
Если многоэлементный аккумулятор полностью разряжен, он часто будет поврежден из-за эффекта реверсирования элементов, упомянутого выше. Тем не менее, можно полностью разрядить батарею, не вызывая смены положения ячеек, - либо разрядив каждую ячейку отдельно, либо позволяя внутренней утечке каждой ячейки рассеивать ее заряд с течением времени.
Даже если элемент переведен в полностью разряженное состояние без реверсирования, однако, со временем может произойти повреждение просто из-за того, что он остается в разряженном состоянии. Примером этого является сульфатирование , которое происходит в свинцово-кислотных аккумуляторах, которые оставляют на полке в течение длительного времени. По этой причине часто рекомендуется заряжать аккумулятор, предназначенный для хранения, и поддерживать его уровень заряда путем периодической подзарядки. Поскольку повреждение также может произойти при перезарядке аккумулятора, оптимальный уровень заряда во время хранения обычно составляет от 30% до 70%.
Глубина разряда (DOD) обычно указывается в процентах от номинальной емкости в ампер-часах; 0% DOD означает отсутствие разряда. Поскольку полезная емкость аккумуляторной системы зависит от скорости разряда и допустимого напряжения в конце разряда, глубина разряда должна быть определена, чтобы показать способ ее измерения. Из-за изменений в процессе производства и старения DOD для полной разрядки может изменяться с течением времени или со временем циклов зарядки. Обычно система перезаряжаемых батарей выдерживает большее количество циклов заряда / разряда, если DOD ниже в каждом цикле. Литиевые батареи могут разряжаться примерно до 80–90% своей номинальной емкости. Свинцово-кислотные батареи могут разряжаться примерно на 50–60%. Пока проточные аккумуляторы могут разряжаться на 100%.
Если батареи используются неоднократно, даже без плохого обращения, они теряют емкость по мере увеличения количества циклов зарядки, пока, в конце концов, не будет считаться, что срок их службы подошел к концу.. Различные аккумуляторные системы имеют разные механизмы износа. Например, в свинцово-кислотных аккумуляторах не весь активный материал восстанавливается на пластинах при каждом цикле заряда / разряда; со временем теряется достаточно материала, что снижает емкость аккумулятора. В литий-ионных типах, особенно при глубоком разряде, при зарядке может образоваться некоторый реактивный металлический литий, который больше не доступен для участия в следующем цикле разряда. Герметичные батареи могут терять влагу из жидкого электролита, особенно при перезарядке или эксплуатации при высокой температуре. Это сокращает срок службы велосипеда.
BYD e6 такси. Зарядка за 15 минут до 80 процентов Время зарядки - важный параметр для пользователя продукта, работающего от аккумуляторных батарей. Даже если блок питания для зарядки обеспечивает достаточную мощность для работы устройства, а также для подзарядки аккумулятора, устройство подключается к внешнему источнику питания во время зарядки. Для электромобилей, используемых в промышленности, подзарядка во время работы может быть приемлемой. Для шоссейных электромобилей быстрая зарядка необходима для зарядки в разумные сроки.
Аккумуляторную батарею нельзя перезаряжать с произвольно высокой скоростью. Внутреннее сопротивление батареи приведет к нагреву, а чрезмерное повышение температуры приведет к повреждению или разрушению батареи. Для некоторых типов максимальная скорость зарядки будет ограничена скоростью, с которой активный материал может диффундировать через жидкий электролит. Высокая скорость зарядки может привести к образованию избыточного газа в аккумуляторе или может вызвать побочные реакции, которые навсегда снизят емкость аккумулятора. Грубо говоря, со многими исключениями и деталями, восстановление полной емкости аккумулятора за один час или меньше считается быстрой зарядкой. Система зарядного устройства батареи будет включать более сложные схемы управления и стратегии зарядки для быстрой зарядки, чем для зарядного устройства, предназначенного для более медленной зарядки.
Активными компонентами вторичного элемента являются химические вещества, составляющие положительные и отрицательные активные материалы, а также электролит. Положительный и отрицательный стороны состоят из разных материалов, при этом положительный элемент имеет потенциал восстановления , а отрицательный элемент имеет потенциал окисления . Сумма этих потенциалов представляет собой стандартный потенциал ячейки или напряжение.
. В первичных элементах положительный и отрицательный электроды известны как катод и анод <150.>соответственно. Хотя это соглашение иногда применяется к перезаряжаемым системам, особенно с литий-ионными элементами, из-за их происхождения в первичных литиевых элементах, такая практика может привести к путанице. В перезаряжаемых элементах положительный электрод является катодом при разряде и анодом при заряде, и наоборот для отрицательного электрода.
свинцово-кислотная батарея, изобретенная в 1859 году французским физиком Гастоном Планте, является самым старым типом аккумуляторных батарей. Несмотря на очень низкое отношение энергии к весу и низкое отношение энергии к объему, его способность обеспечивать высокие импульсные токи означает, что элементы имеют относительно большую удельную мощность. соотношение. Эти особенности, наряду с низкой стоимостью, делают его привлекательным для использования в автомобилях, поскольку он обеспечивает высокий ток, необходимый для автомобильных стартерных двигателей.
. Никель-кадмиевый аккумулятор (NiCd) был изобретен Вальдемар Юнгнер из Швеции в 1899 году. В качестве электродов используется гидроксид оксида никеля и металлический кадмий. Кадмий является токсичным элементом и был запрещен для большинства видов использования Европейским Союзом в 2004 году. Никель-кадмиевые батареи почти полностью вытеснены никель-металлогидридными (NiMH) батареями.
никель-железная батарея (NiFe) также была разработана Вальдемаром Юнгнером в 1899 году; и коммерциализирована Томасом Эдисоном в 1901 году в Соединенных Штатах для электромобилей и железнодорожной сигнализации. Он состоит только из нетоксичных элементов, в отличие от многих видов батарей, содержащих токсичную ртуть, кадмий или свинец.
Никель-металлогидридные батареи (NiMH) стали доступны в 1989 году. В настоящее время они стали обычным потребительским и промышленным типом. В аккумуляторе используется водородопоглощающий сплав для отрицательного электрода вместо кадмиевого.
. Литий-ионный аккумулятор был представлен на рынке в 1991, является выбором для большинства бытовой электроники, имея наилучшую плотность энергии и очень медленную потерю заряда, когда он не используется. У него тоже есть недостатки, в частности, риск неожиданного возгорания от тепла, выделяемого аккумулятором. Такие инциденты случаются редко, и, по мнению экспертов, их можно свести к минимуму «за счет соответствующей конструкции, установки, процедур и уровней защиты», поэтому риск является приемлемым.
Литий-ионные полимерные батареи (LiPo) легкие по весу, предлагают немного более высокую плотность энергии, чем литий-ионные, при немного более высокой стоимости и могут быть изготовлены в любой форме. Они доступны, но не вытеснили литий-ионные аккумуляторы на рынке. Основное применение LiPo аккумуляторов - в двигателях автомобилей, лодок и самолетов с дистанционным управлением. Пакеты LiPo легко доступны на потребительском рынке в различных конфигурациях, до 44,4 В, для питания некоторых радиоуправляемых автомобилей, вертолетов или дронов. Некоторые отчеты об испытаниях предупреждают о риске возгорания, если батареи не используются в соответствии с инструкциями. Независимые обзоры технологии обсуждают риск возгорания и взрыва от литий-ионных батарей при определенных условиях, поскольку они используют жидкие электролиты.
| Тип | Напряжение | Плотность энергии | Мощность | E / $ | Саморазряд. | Эффективность заряда | Циклы | Срок службы | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (В) | (МДж / кг) | (Втч / кг) | (Втч / л) | (Вт / кг) | (Вт · ч / $) | (% / месяц) | (%) | (#) | (лет) | |
| Литий-сера | 2,0 | 0,94–1,44 | 400 | 350 | ~ 1400 | |||||
| Ион натрия | 3,6 | 30 | 3,3 | 5000+ | Испытания | |||||
| Тонкопленочный литий | ? | 300 | 959 | 6000 | ? | 40000 | ||||
| Цинк -бромид | 1,8 | 0,27–0,31 | 75–85 | |||||||
| Цинк-церий | 2,5 | В процессе испытаний | ||||||||
| Редокс ванадия | 1,15-1,55 | 0,09-0,13 | 25-35 | 20% | 20,000 | 25 лет | ||||
| Натрий-сера | 0,54 | 150 | 89–92% | 2500–4500 | ||||||
| Расплав соли | 2,58 | 0,25–1,04 | 70–290 | 160 | 150–220 | 4,54 | 3000+ | <=20 | ||
| Серебро-цинк | 1,86 | 0,47 | 130 | 240 | ||||||
| Quantum Battery (оксидно-полупроводниковый) | 1,5-3 | 500 | 8000 (Вт / л) | 100 000 | ||||||
‡ Для этих параметров необходимы ссылки
Литий-серные батареи были разработаны Sion Power в 1994 году. Компания заявляет, что плотность энергии выше, чем у других литиевых технологий.
Тонкопленочная батарея (TFB) - это усовершенствованная литий-ионная технология от Excellatron. Разработчики заявляют о значительном увеличении циклов перезарядки до примерно 40 000 и более высоких скоростей заряда и разряда, как минимум, 5 С. Устойчивый разряд 60 C и пиковая скорость разряда 1000 C, а также значительное увеличение удельной энергии и плотности энергии.
UltraBattery, гибридная свинцово-кислотная батарея и ультраконденсатор, изобретенная национальной научной организацией Австралии CSIRO, демонстрирует десятки тысяч циклов частичного заряда и превосходит традиционные свинцово-кислотные, литиевые и никель-металлгидридные элементы по сравнению при тестировании в этом режиме с профилями мощности управления изменчивостью. UltraBattery имеет установки в диапазоне кВт и МВт в Австралии, Японии и США. Он также был подвергнут обширным испытаниям на гибридных электромобилях, и в ходе коммерческих коммерческих испытаний на курьерском транспортном средстве было показано, что он продержится более 100 000 миль.. Утверждается, что срок службы этой технологии в 7-10 раз больше, чем у обычных свинцово-кислотных аккумуляторов при частичном использовании с высокой скоростью, а безопасность и экологичность заявлены по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Его производитель предполагает, что продукт уже полностью переработан.
Калий-ионная батарея обеспечивает около миллиона циклов благодаря исключительной электрохимической стабильности материалов для введения / экстракции калия, таких как берлинская лазурь.
натрий -ионный аккумулятор предназначен для стационарного хранения и конкурирует со свинцово-кислотными аккумуляторами. Он нацелен на низкую совокупную стоимость владения на киловатт-час хранилища. Это достигается за счет длительного и стабильного срока службы. Эффективное количество циклов превышает 5000, и аккумулятор не повреждается при глубокой разрядке. Плотность энергии довольно низкая, несколько ниже, чем у свинцово-кислотных.
Аккумуляторная батарея - это только один из нескольких типов аккумуляторных систем хранения энергии. Существуют или разрабатываются несколько альтернатив перезаряжаемым батареям. Для таких применений, как портативные радиоприемники, аккумуляторные батареи могут быть заменены часовыми механизмами, которые заводятся вручную, приводя в движение динамо, хотя эта система может использоваться для зарядки аккумулятора, а не для управлять радио напрямую. Фонари могут приводиться в действие напрямую от динамо-машины. Для транспорта, систем бесперебойного питания и лабораторий, маховикового накопителя энергии, энергия накапливается во вращающемся роторе для преобразования в электроэнергию при необходимости; такие системы могут использоваться для выработки больших импульсов мощности, которые в противном случае были бы нежелательны в общей электрической сети.
Суперконденсаторы - конденсаторы очень высокой стоимости - также используются; электрическая отвертка , которая заряжается за 90 секунд и закручивает примерно вдвое меньше винтов, чем устройство, использующее перезаряжаемый аккумулятор, была представлена в 2007 году, и были произведены аналогичные фонари. В соответствии с концепцией ультраконденсаторов, бетавольтаические батареи могут использоваться как способ обеспечения непрерывного заряда вторичной батареи, что значительно продлевает срок службы и энергоемкость используемой системы батарей; этот тип устройства часто называют «гибридным бета-гальваническим источником энергии».
Ультраконденсаторы разрабатываются для транспортировки, в которых для хранения энергии используется большой конденсатор вместо аккумуляторных батарей, используемых в гибридные автомобили. Одним из недостатков конденсаторов по сравнению с батареями является быстрое падение напряжения на клеммах; конденсатор, в котором осталось 25% от его начальной энергии, будет иметь половину своего начального напряжения. Напротив, аккумуляторные системы имеют тенденцию иметь напряжение на клеммах, которое не падает быстро, пока почти не разрядится. Это падение напряжения на клеммах усложняет конструкцию силовой электроники для использования с ультраконденсаторами. Однако есть потенциальные преимущества в эффективности цикла, сроке службы и весе по сравнению с перезаряжаемыми системами. Китай начал использовать ультраконденсаторы на двух маршрутах коммерческих автобусов в 2006 году; один из них - маршрут 11 в Шанхае.
Проточные батареи, используемые для специализированных приложений, перезаряжаются путем замены жидкого электролита. Проточную батарею можно рассматривать как тип перезаряжаемых топливных элементов.
Исследования перезаряжаемых батарей включают разработку новых электрохимических систем, а также увеличение срока службы и емкости существующих типов.
энергетический портал  | На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с аккумуляторными батареями. |
