• Свинцовые аккумуляторы. В этих аккумуляторах реагентом является диоксид свинца и сам свинец, а электролитом раствор серной кислоты. Еще их называют свинцово-кислотными. Разделяют на четыре группы: стационарные, стартерные, портативные (герметизированные) и тяговые. Наибольшее распространение получили стартерные аккумуляторы, их используют для запуска двигателей внутреннего сгорания и обеспечения энергией устройств в машине. Их недостатком можно назвать невысокие значения удельной энергии, не очень хорошую сохранность заряда и выделение водорода.
• Никель-кадмиевые аккумуляторы. Здесь реагентами выступают гидроксид никеля и кадмий соответственно, а электролитом раствор гидроксида калия, в связи с этим их еще называют щелочными аккумуляторами. Подразделяются на ламельные, безламельные и герметичные. Ламельный никель-кадмиевые аккумуляторы довольно дешевые, характеризуются плоской разрядной кривой, высоким ресурсом работы и прочностью. Применяются для питания шахтных электровозов, подъёмников, средств связи, электронных приборов, стационарного оборудования, для запуска дизелей и авиационных двигателей.
• Герметичные аккумуляторы характеризуются горизонтальной разрядной кривой, высокой скоростью разряда и способностью работать при низкой температуре, но стоят дороже и обладают эффектом памяти. Применяют их для питания портативной аппаратуры, бытовых приборов, детских игрушек. Большой недостаток этих аккумуляторов заключается в токсичности применяемого кадмия.
• Никель-железные аккумуляторы. От вышеописанной проблемы ушли используя вместо кадмия железо. Аккумуляторы не содержат токсичный кадмий, дешевле стоят, имеют долгий срок службы и высокую прочность, но из-за выделения водорода в начале заряда производятся только в негерметичном варианте. Характеризуются высоким саморазрядом, низкой отдачей энергии, при температурах ниже -10 градусов практически неработоспособны. В основном их используют как тяговые источники тока в электровозах и промышленных подъемниках.
• Никель-металлогидридные аккумуляторы. Здесь активным материалом электрода выступает интерметаллид, который сорбирует водород, т.е. фактически он является водородным электродом с восстановленной формой в абсорбированном состоянии. У аккумулятора разрядная кривая такая же, как и у никель-кадмиевых аккумуляторов, но энергия и удельная емкость в 1,5-2 раза выше, плюс к этому они не содержат токсичный кадмий! Сделаны в герметичном исполнении различных форм (цилиндр, призма, диск). Применяют для питания аппаратуры и портативных приборов.
• Никель-цинковые аккумуляторы. Это щелочные аккумуляторы с цинковым электродом. Их удельная энергия в 2 раза больше, чем у никель-кадмиевых. Характеризуются горизонтальной разрядной кривой, высокой удельной мощностью и довольно невысокой ценой, но зато их ресурс довольно мал из-за чего они не вошли в массовое использование. Применяют для портативной аппаратуры.
• Серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы. В них активными материалами выступают оксид серебра, цинк и кадмий, а электролитом - щелочи. Характеризуются высокими энергиями и мощностями, низким саморазрядом, но за счёт этого и дорого стоят. У серебряно-цинковых небольшой ресурс, выпускаются в форме призмы или диска, служат для питания портативных приборов, а также военной техники.
• Никель-водородные аккумуляторы. В таких аккумуляторах отрицательным электродом выступает пористый газодиффузионный электрод, у которого платиновый катализатор. Характеризуются высокой удельной энергией, высоким ресурсом, но быстро разряжаются и дорого стоят. Нашли применение в космической промышленности.
• Литий-ионные аккумуляторы. Анодом является углеродистый материал, в который внедрены ионы лития. Положительным электродом служит чаще всего кобальт, в который также внедрены ионы лития. Электролит - соль лития в неводном растворителе. Характеризуются высокой удельной энергией, ресурсом и способностью работать при низких температурах. Поэтому их производство в последнее время резко выросло. Применяют в мобильных телефонах, ноутбуках и др. устройствах
• Литий -полимерные аккумуляторы. Здесь отрицательный электрод представлен углеродистым материалом с внедренными ионами лития, а положительный электрод - оксиды кобальта либо марганца. Электролит - раствор соли лития в неводном растворителе, заключен в маленькую полимерную матрицу. По сравнению с описанным выше аккумулятором имеет еще более высокую удельную энергию и ресурс, более безопасен. Применяется в питании электронных портативных устройств.
• Перезаряжаемые марганцево-цинковые источники тока. Это такие источники тока с щелочным элкетролитом, которые способны электрически перезаряжаться. Высокая удельная энергия, низкий саморазряд, небольшая стоимость. Герметичное исполнение, но очень маленький ресурс, всего 20-50 циклов.

Виды современных аккумуляторов для автомобилей и перспективы развития

Сегодня существует множество различных аккумуляторов. Они используются в самых разных сферах жизни человека. В качестве примера можно привести аккумуляторы в различной портативной электронике, ИБП и так далее. Но самым распространённым видом аккумуляторов на сегодняшний день являются АКБ для автомобилей. Любой автовладелец знает, что такое автомобильный стартерный аккумулятор. Эти устройства работают под капотом миллионов автомобилей по всему миру. Но не все эти аккумуляторные батареи одинаковы. Сегодня мы поговорим о видах аккумуляторов для автомобиля.

Аккумулятор представляет собой химический источник тока, который включает в свой состав нескольких элементов питания. Поэтому он также носит название аккумуляторной батареи. Объединение сразу нескольких элементов даёт больший результирующий ток и напряжение. В автомобилях наиболее распространён вид аккумуляторов с 6 элементами (ещё их называют банками), которых выдают напряжение примерно 2.1 вольт. В результате АКБ выдаёт напряжение примерно 12.6 вольт.

Первый аккумулятор этого типа разработал французский учёный Гастон Планте, который жил более 150 лет назад. Аккумуляторы с тех пор усовершенствовались, но конструкция и принцип работы АКБ дошли до нас в неизменном виде. Сегодня можно встретить различные виды аккумуляторов, которые отличаются составом электролита и материалами электродов. Наверняка все слышали о никель─кадмиевых батареях, Ni-MH, Li-ion и ряда других.

Но в качестве стартерных автомобильных аккумуляторов на сегодняшний день применяются лишь свинцово-кислотные. Объясняется это тем, что этот вид аккумуляторов имеет высокую энергетическую ёмкость. Свинцово-кислотные АКБ могут в течение короткого интервала времени выдавать большой электрический ток. Именно это и требуется для стартера, который прокручивает коленчатый вал при запуске двигателя. И замены этих аккумуляторным батареям пока нет, несмотря на то, свинец и серная кислота (в составе электролита) являются вредными и опасными веществами.

Корпус свинцовой аккумуляторной батареи выполняется из пластика, устойчивого к воздействию кислоты. вы сможете узнать из статьи по ссылке. Для изготовления электродов, как и раньше, применяется свинец. Но со времён Гастона Планте производители научились легировать свинец всевозможными добавками для достижения определённых характеристик аккумулятора. На сегодняшний день существует несколько видов аккумуляторов для автомобиля, которые рассмотрены ниже.

Основные виды автомобильных аккумуляторных батарей

Сурьмянистые АКБ

Это устаревший тип автомобильных аккумуляторов, в свинцовых пластинах которых содержится более 5 процентов сурьмы. Модели современных АКБ содержат в составе пластин значительно меньше сурьмы (Sb). Роль сурьмы в аккумуляторных пластина – это увеличение их прочности. Чистый свинец очень мягкий и не в чистом виде не подходит для использования в АКБ. Сурьма вызывает резкую активизацию процесса электролиза, который начинается в батарее при напряжении 12 вольт. При этом выделяются водород с кислородом. Это выглядит как закипание электролита.

В сурьмянистых аккумуляторах происходит большой воды из электролита. В результате понижения уровня электролита оголяются пластины электродов. Чтобы этого не происходило нужно периодически доливать в банки дистиллированную воду. В результате сурьмянистый вид автомобильных аккумуляторов часто называют обслуживаемыми. Хотя современные разновидности автомобильных аккумуляторов также имеют элементы конструкции, необходимые для обслуживания.

Сейчас сурьмянистые батареи уже не используются в качестве стартерных. Их сменили другие, более прогрессивные модификации АКБ. Этот тип аккумуляторов ещё сохранился в разных стационарных источниках тока, где требуется неприхотливость батареи. А современные автомобильные аккумуляторы выпускаются со значительно меньшим содержанием сурьмы.

Малосурьмянистые АКБ

Пластины с уменьшенным содержанием сурьмы стали использоваться для того, чтобы снизить интенсивность испарения воды из электролита. К малосурьмянистым видам аккумуляторов относятся те, что имеют в составе пластин менее 5 процентов сурьмы. В результате их применения удалось уйти от проблемы частой доливки дистиллированной воды. Но это не значит, что такие аккумуляторы совсем не нуждаются в обслуживании.

Ещё одним преимуществом этого типа автомобильных аккумуляторов является меньшая степень саморазряда батареи при хранении, чем у старых сурьмянистых моделей. Эти АКБ часто называют необслуживаемыми, но правильнее будет называть их малообслуживаемыми. Ведь заявление о том, что они не нуждаются в обслуживании, это рекламный лозунг. Потери воды из электролита все равно присутствуют. Поэтому проверять уровень и доливать дистиллированную воду все равно нужно.

К преимуществам малосурьмянистых аккумуляторов можно отнести их терпимость к электрическим параметрам бортовой сети автомобиля. Если в сети возникают перепады напряжения, то параметры батареи не сильно страдают от этого. Этого нельзя сказать о более современных видах автомобильных аккумуляторов: кальциевых, AGM, гелевых. Специалисты считают, что малосурьмянистый вид аккумуляторов лучше всего годиться для эксплуатации на легковых автомобилях отечественного производства. Это вызвано тем, что пока ещё не на всех российских авто обеспечивается стабильность напряжения в бортовой сети. При этом этот вид АКБ имеет доступную цену.

Кальциевые АКБ

Добавление кальция в свинцовые решётки вместо сурьмы стало решением по уменьшению испарения воды в АКБ. Часто на аккумуляторах этого вида можно встретить маркировку типа Ca/Ca. Такое обозначение говорит о том, что кальций содержится в решётках положительных и отрицательных электродов. Некоторые производители ещё добавляют в небольшом количестве серебро. Это позволяет снизить внутреннее сопротивление батареи, увеличить КПД и ёмкость. Но главной особенностью кальциевых АКБ стало снижение интенсивности электролиза и, соответственно, падение уровня электролита.

Сейчас выпускаются модели кальциевых аккумуляторов, в которых за весь срок эксплуатации испарение воды практически отсутствует. В результате владельцу автомобиля не нужно проверять уровень электролита и его плотность. И в этом случае название необслуживаемые батареи будет справедливо. Помимо незначительного расхода воды, аккумуляторы кальциевого типа имеют низкую степень саморазряда. По сравнению с сурьмянистыми аккумуляторами саморазряд меньше примерно на 70 процентов. В результате батареи вида Ca/Ca могут значительно дольше сохранять свои эксплуатационные характеристики при хранении. По сути, замена сурьмы кальцием увеличило напряжение, необходимое для старта процесса электролиза, с 12 до 16 вольт. Поэтому и перезаряд стал не столь критичен.

Но любое устройство имеет как преимущества, так и недостатки. Кальциевые АКБ гораздо более чувствительны к сильному разряду, чем другие виды аккумуляторов для автомобилей. Хватает 3─4 сильных разрядов и ёмкость аккумулятора необратимо падает. Это означает, что сильно уменьшается количество накапливаемого батареей тока. В этом случае АКБ придётся менять.

Также стоит отметить, что кальциевый вид аккумуляторов чувствителен к стабильности электрических характеристик бортовой сети авто. Они не любят сильные перепады напряжения. Поэтому перед установкой такой батареи удостоверьтесь в исправности генератора, регулятора напряжения и других устройств в сети авто.

Кроме того, цена аккумуляторов кальциевого типа несколько выше, чем малосурьмянистых АКБ. Обычно аккумуляторные батареи Ca/Ca ставят на иномарки со стандартным набором опций. На таких авто стоит качественное электрооборудование и гарантируется стабильность электрических характеристик. При выборе этого вида аккумуляторов, не забывайте, что при их эксплуатации нельзя допускать глубокого разряда батареи.

Гибридные АКБ

На корпусе таких аккумуляторов можно встретить обозначение Ca+ или Ca/Sb. Решётки электродов в таких АКБ производятся по различным технологиям. Положительные изготавливаются с добавлением сурьмы, отрицательные по кальциевой технологии. Гибридные автомобильные аккумуляторы являются попыткой объединить плюсы этих типов батарей. В результате и характеристики получились средние.

Расход воды в гибридных АКБ меньше, чем у малосурьмянистых, но больше Ca/Ca. Зато этот вид аккумуляторов более устойчив к глубокому разряду и перепадам напряжения в электрической подсистеме автомобиля. Подробнее о в отдельной статье.

AGM и гелевые батареи

Аккумуляторы, выпускаемые по технологии AMG и GEL (обычно именуемые гелевыми), имеют электролит в связанном виде. Этот вид батарей стал попыткой решить проблему безопасной эксплуатации батарей. Ведь в классических батареях электролит может вытечь при переворачивании или повреждении корпуса. Серная кислота является агрессивным веществом и представляет опасность для организма человека. Поэтому проблему решили за счёт помещения электролита в связанное состояние и снижения его текучести. Кроме повышения безопасности в гелевых аккумуляторах, удалось уменьшить осыпание активной массы пластин.

Отличия между технологиями AMG и GEL заключается в способе связывания электролита. В АКБ вида AGM электролитом пропитывается пористое стекловолокно, которое находится между пластинами. AGM расшифровывается как Absorbent Glass Mat или в переводе на русский «абсорбирующий стекломатериал». По технологии GEL электролит переводят в гелеобразное состояние с помощью добавок соединений кремния. Часто аккумуляторы, выполненные по этим технологиям, обобщенно называют гелевыми. можете посмотреть в обзоре по ссылке.

Поскольку этот тип аккумуляторов не содержит жидкого электролита, они не боятся установки в наклонном положении. Но, несмотря на заявления маркетологов, эксплуатировать эти АКБ в перевёрнутом положении не следует. К преимуществам гелевых аккумуляторов обоих видов следует отнести низкий саморазряд и высокую устойчивость к вибрации. К преимуществам гелевых аккумуляторных батарей следует отнести ещё одно их свойство. Они могут выдавать высокий пусковой ток вне зависимости от заряда батареи и практически до полного разряда АКБ. После глубокого разряда они полностью восстанавливают свою ёмкость и могут выдержать большое количество циклов заряд-разряд (около 200).

А вот к процессу зарядки батареи гелевые АКБ очень чувствительны. Заряд этого вида аккумуляторов проводится меньшими значениями тока, чем в случае с классическими свинцово-кислотными моделями. Они требуют использования зарядного устройства со специальными возможностями.

Продавцы сегодня предлагают универсальные модели зарядных устройств, но относится к их выбору нужно внимательно. Вот статья о требованиях к . Также советуем прочитать материал о том, . Кроме того, АКБ гелевого типа требовательны к стабильности электрических параметров в бортовой сети авто.

На морозе гелевые аккумуляторы, также как и АКБ с жидким электролитом, могут капризничать. При отрицательных температурах падает проводимость гелеобразного электролита. Срок эксплуатации этого вида батарей в идеале составляет десять лет. Но на практике стоит рассчитывать на 6─7 лет. В некоторых случаях такие АКБ можно восстановить. О том, читайте в статье по ссылке. В автомобилях они используются меньше, чем остальные виды батарей. Их распространение ограничивает высокая стоимость. Гораздо чаще их можно встретить в ИБП (источники бесперебойного питания), в мотоциклетной технике, водных транспортных средствах. Гелевые батареи в автомобилях можно встретить на дорогих иномарках класса премиум и внедорожниках, где присутствует большое количество потребителей электрического тока. Читайте подробнее о .

Аккумулятор представляет собой устройство, в котором происходит накопление и хранении энергии. Большинство таких приборов работает за счет преобразования электрической энергии в химическую и наоборот. Этот процесс позволяет заряжать и разряжать устройство. При этом оборудование может использоваться как зарядное устройство, источник питания, контролирующая или компенсационная установка.

Аккумуляторы необходимы для работы самых разных устройств, начиная от простых пультов для телевизора и заканчивая атомной энергетикой и космической отраслью. Все эти приборы подразделяются, в зависимости от разных технологических характеристик и особенностей использования. Работа аккумулятора характеризуется емкостью, напряжением, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы.

Какие бывают аккумуляторы? Все существующие приборы можно разделить на несколько видов:

• электрохимические;
• магнитные;
• механические;
• тепловые;
• световые.

Электрохимические аккумуляторы

Этот вид оборудования подразделяется на несколько больших групп:

• электрические;
• газовые;
• обратимые топливные элементы;
• щелочные;
• конденсаторы.

Электрические приборы относятся к самому распространенному типу аккумуляторов. В работе используются свинцовые, никелевые, железные, цинковые, серебряные и другие виды пластин, сделанные из сплавов. В качестве электролита применяется кислоты, растворы магния, кадмия солей и других элементов.

Устройство подобных приборов проще всего объяснить на примере свинцово-кислотных батарей. В работе оборудования используется обратимая реакция взаимодействия жидкости (в данном случае кислоты) и металла – свинца. Благодаря обратимости химических процессов, появляется возможность многоразового использования батареи через разряд-заряд. При пропускании тока в направлении, обратном процессу разряда, аккумулятор заряжается, если подключить оборудование в другую сторону, разряжается.

Химическая реакция идет по следующей схеме:

• анод: Pb+SO42_2е-⇄PbSO4;
• катод: Pb2+SO42-+4H++2е-⇄PbSO4+2H2O.

Как это происходит в реальности? Если к пластинам подключить лампочку, то в аккумуляторе начнется движение электронов, то есть возникнет электрический ток, и пойдет химическая реакция. За счет этого на пластинах образуется сульфат свинца. После подключения источников питания реакция пойдет в обратном направлении. Кислота будет расщепляться, налет –удаляться. Далее при включении лампочки процесс снова идет в обратном направлении.

Важно! При заряде пластины электродов не могут очиститься полностью. Часть налета все равно останется на поверхности. Это приводит к тому, что постепенно емкость оборудования снижается.

Все типы аккумуляторных батарей и электрохимические аккумуляторы можно разделить на три большие группы:

1. Ремонтнопригодные – отличаются от других батарей тем, что могут быть разобраны. С другой стороны, эти приборы требуют постоянных проверок уровня электролита. К тому же модели больше подвержены разгерметизации, которая, в свою очередь, может привести к повышению концентрации кислотных паров;
2. Необслуживаемые – отремонтировать что-то в конструкции этого оборудования или залить электролит невозможно. При возникновении любых проблем с работой АКБ батарея подлежит полной замене;
3. Малообслуживаемые – в оборудовании обеспечен доступ к уровню электролита и возможно его добавление при высыхании батареи.

Существуют определенные разновидности свинцово-кислотных батарей:

• Lead–Acid,
• Valve Regulated Lead–Acid (VRLA),
• Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA),
• GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA),
• OPzV.

В литий-ионных аккумуляторах используются электроды из алюминиевой (катод) и медной (анод) фольги, которые пропитаны электролитами с литием. Дополнительно используются литийкобальтоксид и графит. Зарядом является ион лития, который заряжен положительно и интеркалируется в процессе химической реакции в кристаллические решетки. При работе аккумулятора ионы преодолевают сепараторный барьер по пути к электроду. Для качественной работы дополнительно используется разделительный сепаратор (обычно бумажный). Этот элемент необходим для воспрепятствования перемещению ионов в произвольном порядке.

В современных литий-ионных батареях в состав катодов и анодов вводятся дополнительные элементы. Поэтому в аббревиатуре названий упоминаются вещества, участвующие в реакции химического разложения:

• LiCoO2 – литий-кобальтовые аккумуляторы отличаются высокой удельной энергией, но имеют небольшую термическую стойкость;
• LiMn2O4, LMO – литий-марганцевые модели необходимы для мощных электроинструментов и транспортных средств. При работе литий-марганцевых аккумуляторов ток заряда существенно возрастает за счет образования трехмерных структур шпинели, улучшающей поток ионов. Но потенциал этих батарей ниже, чем у литий-кобальтовых;
• LiNiMnCoAlO2 или NCA – использование в одном аккумуляторе сразу никеля, марганца и кобальта в составе катода помогает повысить удельную мощность или энергию. За счет этого обеспечиваются оптимальные характеристики для разных режимов эксплуатации. Кроме того, снижение содержания кобальта уменьшает стоимость без потери в качестве;
• LiFePO4 – здесь для катода применяют фосфат. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы отличаются длительным сроком эксплуатации и повышенной безопасностью;
• Li4Ti5O12 – литий-титанатная батарея обладает повышенным ресурсом и способностью работать при температуре до -300С;
• Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly – в этих аккумуляторах в качестве электролита применяется полимер. Поэтому конструкции полимерных батарей могут быть любой формы.

Следующий вид – газовые аккумуляторы, основаны на использовании электрохимического потенциала газов. Во время работы прибора на электродах выделяется газ, который поглощается адсорбентом. Чаще всего для этого используется активированный уголь. Конструкция состоит из угольного электрода, адсорбента и проницаемой мембраны.

Обратимые топливные элементы представляют собой углеродистые нанотрубки с катализаторами, которые погружены в электролит. При заряде вода разлагается на водород и кислород, а при разрядке идет обратная реакция. В системах используется водород высокой степени очистки.

На рисунке показаны три проекции модели самодельного газового аккумулятора, где:

1. емкость;
2. электролит (в данном случае это дистиллированная вода с солью в пропорции 1 стакан воды/1 столовую ложку соли);
3. стержни (подойдет стержень от батареек или карманного фонаря);
4. мешочки;
5. активированный уголь внутри мешков.

Один из выходов электродов маркируется для обозначения положительного заряда. Для зарядки используют источник питания в 4,5 В, зарядка ведется до достижения напряжения в 2,5 В.

Щелочной тип аккумуляторов (АКБ) использует в качестве анода цинк в порошкообразном состоянии, катода – диоксид марганца, электролита – гидроксид калия. Батареи данного вида представляют собой цилиндрический корпус, в середине которого находится латунный стержень. Этот стержень снимает отрицательный потенциал с цинкового порошка, пропитанного щелочным электролитом. Вся эта паста окружена сепаратором, также пропитанным электролитом. Дальше находится активная масса в виде графита или сажа. Масса смешана с диоксидом марганца. Затем идет оболочка, которая предохраняет батарею от короткого замыкания. Положительный вывод представляет собой стальной никелированный стакан, а отрицательный – стальную окружность. Важным преимуществом щелочных батарей является то, что при работе электролит практически не расходуется.

Следующий вид электрических аккумуляторов – это конденсаторы, которые обладают способностью быстро разряжаться и заряжаться. Эти элементы имеют постоянную или переменную емкость. Конденсаторы применяются для уменьшения перебоев в напряжении, выделении переменной или постоянной составляющей, а, значит, получения необходимых постоянных значений тока.

Механические аккумуляторы

Этот тип аккумуляторных батарей можно поделить на 3 большие группы:

1. упругие, где увеличение потенциальной энергии происходит при упругой деформации;
2. инерционные – работают на кинетической энергии;
3. гравитационные – функционируют за счет потенциальной энергии взаимного положения тел.

К первой группе относят гидро,- и пневматические аккумуляторы, а также резинмоторы, пружинные аккумуляторы и аккумуляторы давления.

Инерционными являются маховики и гироскопы.

Гравитационные – это большие системы, например, гидроаккумуляторная электростанция.

Тепловые аккумуляторы

Несмотря на то, что эти аккумуляторы получили название тепловых, основными приборами здесь являются охлаждающие элементы для бытовых и переносных холодильников, а также приборы, используемые в холодовой цепи для перевозки медицинских препаратов, биологических тканей.

Принцип работы состоит в том, что основное вещество (обычно для этого берут карбоксиметилцеллюлозу) охлаждается до нужной температуры. Затем аккумулятор постепенно отдает накопленный холод окружающей среде и предметам.

Световые аккумуляторы

Так называют уже ставшие привычными солнечные батареи, в которых солнечная энергия преобразуется в постоянный электрический ток. Вид и принцип построения приборов зависит от требуемой мощности оборудования. Солнечные батареи необходимы для портативной электроники и создания систем энергоснабжения зданий.

Магнитные аккумуляторы

Эти устройства также называют спин-аккумуляторами, так как в работе используется туннельное магнитное соединение (ТМС). Конструкция состоит из чередующихся магнитных и немагнитных пленок, в которые встроены наномагниты MnAs. За счет этого чередования возникает ТМС, которое приводит к появлению электродвижущей силы. Таким образом, происходит квантовое туннелирование электронов, и магнитная энергия переходит в электрическую напрямую. Этот вид оборудования только начинает внедряться в производство, поэтому большинство спин-аккумуляторов являются отдельными лабораторными образцами либо выпускаются небольшими партиями.

Потребности в более мощных и специализированных устройствах для хранения и накопления энергии постоянно растут. Поэтому современное производство постоянно предлагает новые виды аккумуляторов и батарей.

Видео

12 ноября 2016

Выбор новой аккумуляторной батареи для автомобиля – дело тонкое. Как водится, сложности появились у автомобилистов благодаря внедрению новых технологий производства и расширению ассортимента разных типов автомобильных источников электропитания. Сейчас даже опытному автолюбителю перед походом в магазин не помешает узнать, какие бывают виды аккумуляторов и какой из них лучше взять для своей машины.

Какие бывают разновидности батарей?

Электрохимические источники питания используются повсеместно – в бытовой технике, промышленности, на транспорте и в других сферах. Но аккумулятор для автомобиля – это особая категория изделий, изготавливаемая для решения определенных задач:

1. Вращение стартера и пуск двигателя авто - главная функция батареи. Для ее реализации важно обеспечить высокий пусковой ток в течение короткого периода времени.
2. Питание систем, функционирующих при отключенном двигателе. К таковым относится блок управления (контроллер), часы, сигнализация и так далее.
3. Помощь генератору в случае пиковых нагрузок на электрическую сеть. В аварийных ситуациях, например, при поломке генератора, эта поддержка может превратиться в полное замещение.

Если последние 2 задачи может решить практически любой источник питания, то с пуском силового агрегата могут справиться лишь определенные разновидности аккумуляторов для автомобилей – свинцово-кислотные. По исполнению и эксплуатационным характеристикам они делятся на такие группы:

• сурьмянистые и малосурьмянистые;
• кальциевые;
• гибридные;
• изготавливаемые по технологии Absorbent Glass Mat (сокращенно AGM) и гелевые.

Все перечисленные изделия имеют свинцовые электроды (банки), заправлены электролитом на основе серной кислоты и работают по одному принципу. Отличия – в технологии исполнения и применении дополнительных материалов, улучшающих свойства батарей.

К отдельным категориям относится щелочной и литиевый аккумулятор, чье устройство несколько отличается от кислотных источников напряжения. Как это влияет на характеристики изделий, стоит рассмотреть подробнее, но вначале – о традиционных автомобильных батареях, чьи параметры оцениваются по таким критериям:

• способность к восстановлению после полной разрядки;
• степень испарения электролита;
• склонность к разряду во время хранения.

Изделия с добавками сурьмы

Этот химический элемент служит для улучшения рабочих свойств чистого свинца, а именно - для придания ему твердости и оптимизации процесса электролиза. Из-за последнего фактора производители отказались от выпуска аккумуляторов с высоким содержанием сурьмы (более 5%), поскольку в них быстро выкипал электролит, отчего автомобилистам приходилось часто доливать дистиллированную воду.

На данный момент в продаже имеются только малосурьмянистые аккумуляторы (менее 5% сурьмы) с такими характеристиками:

• самая низкая цена среди всех источников питания, предназначенных для авто;
• способность восстанавливаться после глубокого разряда;
• необходимость периодической доливки воды, так как электролит все же выкипает;
• батарея склонна к медленному саморазряду.

Привлекательность малосурьмянистых аккумуляторов заключается в низкой стоимости и стойкости к перепадам в бортовой сети, что свойственно машинам отечественного производства.

Остальные виды батарей не столь неприхотливы, из-за нестабильности в электрических цепях их срок службы сокращается. Изделия с добавками сурьмы считаются малообслуживаемыми, поскольку требуют к себе периодического внимания в процессе эксплуатации.

Кальциевые источники питания

Отличие данного типа батарей состоит в том, что место сурьмы в них занял кальций, о чем свидетельствует соответствующая маркировка на корпусе – «Са/Са». В некоторые модели производители также добавляют серебро в небольших количествах. Цель этих мероприятий – уйти от выкипания электролитической жидкости и повысить надежность изделий. Если в сурьмянистых источниках постоянного тока процесс электролиза начинается уже при напряжении 12 В, то в кальциевых порог закипания составляет 16 В.

В результате модернизации кальциевый аккумулятор для автомобиля получил характеристики, противоположные сурьмяному:

• самостоятельный разряд практически отсутствует;
• выкипание электролита близко к нулю;
• батарея может прийти в негодность после 3-4 циклов полной разрядки, поскольку неспособна восстанавливаться;
• по стоимости изделие относится к средней ценовой категории.

То есть, аккумуляторы с добавкой кальция не нуждаются в обслуживании и не разряжаются, но боятся нестабильности автомобильной сети и глубокого разряда. Если их эксплуатировать в приемлемых условиях, то изделие прослужит дольше, чем сурьмяной источник напряжения.

Батареи - гибриды

Гибридный аккумулятор олицетворяет компромисс между сурьмянистыми и кальциевыми АКБ как по конструкции, так и по свойствам. В нем положительные электроды выполнены с добавлением сурьмы, а отрицательные пластины – кальция и серебра, отсюда и название. Данная разновидность батарей – наиболее многочисленная по количеству выпускаемых моделей, что свидетельствует об их популярности.

Гибриды изготавливаются по технологии Calcium Plus и распознаются среди прочих изделий по маркировке «Ca+» либо «Ca/Sb». Их характеристики являются золотой серединой между сурьмяными и кальциевыми аккумуляторами:

• изделия устойчивы к скачкам напряжения в бортовой сети и полному разряду, обладая способностью к восстановлению;
• испарение электролита имеет место, но в небольших количествах;
• при хранении батарея разряжается, но очень медленно.

Смешанные свойства гибридных АКБ сочетаются с приемлемой ценой . Она не превышает стоимости кальциевых источников питания.

Вместо жидкости - гель

Замена классического электролита гелевым составом – это высокотехнологичное решение, позволяющее объединить все лучшие свойства в одном изделии. Такой наполнитель не вытекает при переворачивании, не выкипает и обладает повышенной стойкостью к вибрации, вызывающей осыпание пластин в обычных кислотных аккумуляторах. Отсюда и многочисленные преимущества:

• батарея выдает большой пусковой ток вплоть до полного разряда;
• нет саморазряда и выкипания жидкости;
• АКБ способна многократно восстанавливаться после зарядки.

Единственный недостаток гелевых аккумуляторов – высокая стоимость, что ограничивает их массовое применение в автомобилях всех категорий.

Прочие АКБ

Щелочной и литий-ионный аккумулятор на данный момент считается экзотикой, поскольку встречается на автомобилях достаточно редко. Первые отличаются большими габаритами и высокой ценой, хотя по длительности пускового тока, саморазрядке и испарению жидкости превосходят традиционные свинцово-кислотные батареи. Электроды в них выполнены из железа, покрытого кадмием и гидроксидом никеля, а роль электролита играет щелочь (едкий калий).

Литиевый аккумулятор пока что находится в стадии доработки . При множестве достоинств – высокой электроемкости, низком саморазряде и повышенном удельном напряжении такая АКБ имеет серьезные недостатки:

• неспособность давать пусковой ток для стартера авто;
• боится глубокого разряда и теряет электрическую емкость с течением времени;
• количество циклов заряд – разряд (до 500) недостаточно для использования на автомобиле.

Кроме того, подобные изделия заметно хуже работают при отрицательных температурах и отличаются приличной ценой.

Выбирая аккумулятор для автомобиля, нужно учитывать его тип и особенности, а не только ориентироваться на цену. Есть несколько советов на этот счет:

1. Для машин отечественного производства отлично подойдет малосурьмяной или гибридный источник питания.
2. Кальциевые батареи – это выбор владельцев новых иномарок, у которых электрооборудование работает стабильно.
3. Для подержанных автомобилей иностранных брендов лучше выбирать гибридные АКБ. Они же хорошо послужат на отечественных авто последнего поколения.

Гелевые аккумуляторы годятся для всех легковых автомобилей. Другое дело, что не каждый автолюбитель может себе позволить такую покупку, поэтому их чаще всего используют владельцы элитных марок и внедорожников.

Средний срок службы автомобильного аккумулятора принято считать равным 5 годам. Конечно, это зависит от множества факторов, и в первую очередь от самого владельца автомобиля. Но рано или поздно менять придется любой, и здесь разнообразие предложений в магазинах может вогнать в ступор. Стоит попробовать разобраться, что же сейчас может нам предложить промышленность в выборе аккумулятора.

Типы аккумуляторов (АКБ)

Схема свинцово-кислотного аккумулятора

Устройство свинцово-кислотного аккумулятора просто: в каждой его ячейке две пластины из свинца находятся в растворе серной кислоты. Такой имеет много достоинств: дешев в изготовлении, способен отдавать большой ток в импульсном режиме, что при запуске двигателя является критичным фактором, способен переносить значительные перепады температуры. Именно поэтому до сих пор в автомобилестроении этот тип АКБ доминирует.

Однако минусы у классического свинцово-кислотного аккумулятора не менее серьезны.

1. Во-первых, это значительное газообразование, особенно при перезарядке, что не позволяет делать батареи этого типа герметичными: при перевороте неизбежен пролив едкого электролита, его капли может выносить и водород, сам по себе взрывоопасный. Частично эта проблема решается сложными лабиринтными уплотнениями в так называемых «необслуживаемых» аккумуляторах.
2. Далее, эти аккумуляторы крайне тяжело переносят : пластины покрываются кристаллами сульфата свинца, их активная площадь снижается, а выпадающие в осадок кристаллы вновь освобождают свинец для реакции с кислотой – пластины необратимо разрушаются.
3. И, наконец, образование водорода во время зарядки вынуждает регулярно доливать в АКБ дистиллированную воду, поэтому важно знать .

Видео: Необслуживаемый аккумулятор VARTA переделываем в обслуживаемый

2. Необслуживаемые аккумуляторы

В необслуживаемых АКБ применяется модифицированный состав пластин – добавление кальция позволяет снизить выделение водорода до минимума, и доливки воды «кальциевые» аккумуляторы в процессе эксплуатации не требуют. Но, в отличие от классических батарей, они стали чувствительными к перезаряду: в «прокипевший» обычный аккумулятор можно долить воду, но владельцы необслуживаемых батарей этой возможности лишены. Кроме того, во многих батареях этого типа снижен объем пластин, из-за чего страдает ресурс.

Предпочтителен выбор не «чисто кальциевых» (Ca/Ca), а «гибридных» батарей (Ca+), где положительные электроды изготавливаются из сурьмянистого свинца и имеют увеличенную толщину – такие батареи заметно дольше не теряют свою емкость.

3. AGM-аккумуляторы

Борьба с разрушением пластин при глубоком разряде привела к появлению AGM-аккумуляторов: у них пространство между пластинами заполнено сорбентом, пропитанным электролитом. Естественно, «осыпаться» пластины AGM-аккумулятора уже не могут, такие батареи гораздо лучше обычных переносят удары и вибрации. Отсутствие риска осыпания позволяет делать пластины пористыми, а увеличенная площадь контакта с электролитом – это рост емкости и стартерного тока. Но риск повреждения при перезаряде здесь еще выше.

4. Гелевый аккумулятор

Предел развития технологии AGM – это , в которых сам электролит загущен соединениями кремния. Их главное достоинство – это возможность отдачи огромных токов в импульсном режиме и нечувствительность к глубокому разряду, но расплачиваться за это приходится наиболее высокой ценой. Такие батареи обычно применяются при тюнинге: как тяговые для лебедок, для питания мощных аудиосистем, благодаря небольшому весу при достаточной емкости устанавливаются на спортивные автомобили и мотоциклы.

Итак, какой же аккумулятор тогда выбрать? Ответ прост: владельцу старого автомобиля, где вполне вероятны неполадки генератора, повышенный разряд батареи штатной электрикой, лучше всего подойдет классический аккумулятор – он перенесет перезаряд из-за отказа реле-регулятора, может подзаряжаться от самого примитивного зарядного устройства и после глубокого разряда «реанимироваться» мощными импульсами тока.

При регулярном обслуживании он превзойдет по ресурсу необслуживаемый кальциевый, который гораздо лучше подойдет новому автомобилю. Рассматривать приобретение AGM-аккумулятора стоит тогда, когда каждый ампер-час емкости и ампер стартерного тока имеют значение, например, на автомобилях Infiniti, где моторы объемом в несколько литров запускаются компактными батареями.

Гелевый же аккумулятор – это дорогостоящее приобретение, которое будет оправдано только в тех случаях, когда действительно нужна экономия веса или получение максимальной токоотдачи.

Видео: 10 ЛУЧШИХ АККУМУЛЯТОРОВ ДЛЯ АВТО

Токоотдача

Для грубого сравнения двух батарей удобно оперировать током холодной прокрутки, обычно отображаемым согласно стандарту EN: это число определяет ток, который аккумулятор отдает при охлаждении до -18˚С с максимальным снижением напряжения до 7,5В на 10 секунде. Однако для реальной зимней эксплуатации важнее понятие резервной емкости : времени, которое АКБ может отдавать ток фиксированной величины. Эти характеристики часто полярны: аккумулятор, способный отдать большой ток в одном импульсе, быстро высаживается под постоянной нагрузкой, в то же время батарея с меньшей импульсной токоотдачей с меньшей вероятностью «умрет» от включенного зажигания в промежутке между прокрутками стартера.

Рейтинг аккумуляторов

Из наиболее распространенных в продаже батарей попробуем выбрать наиболее лучшие модели 2016 года. Для адекватности сравнения выберем батареи наиболее популярной емкости – 65 ампер-часов.

Классические свинцово-кислотные аккумуляторы

Регулярный победитель тестов различных автомобильных изданий не может похвастаться сверхсовременными технологиями, но ему это только на пользу: толстые пластины гарантируют хороший ресурс, батарея демонстрирует отличную токоотдачу на морозе – а покупателям, выбирающим бюджетный аккумулятор, эти параметры наиболее важны. Кстати, приблизительно оценить ресурс батареи можно простым взвешиванием: легковесные тонкие пластины гораздо чувствительнее к сульфатации и воздействию вибраций. «Тюмень», весящая почти 17 килограммов, может поспорить с именитыми брендами, которые свинец явно экономят.

Минусы аккумулятора нельзя назвать критичными: неудобная ручка (для его веса даже кажущаяся излишне хлипкой), отсутствие «глазка» ареометра – но, с другой стороны, здесь можно элементарно, открутив пробки.

Еще одна отечественная батарея по цене дороже, чем «Тюмень Премиум», хотя по заявленному стартерному току слабее (540 А против 590). Однако вес у нее даже больше 17 килограммов, что является хорошей заявкой на длительный ресурс – и по отзывам владельцев батарея действительно выдерживает несколько лет работы без значительных отклонений емкости или тока холодной прокрутки.

Из недостатков стоит отметить отсутствие центральной вентиляции: каждая банка аккумулятора «дышит» через свое вентиляционное отверстие в пробке, загрязнение может привести к вздутию или даже «отстрелу» пробки во время заряда большим током – например, после прикуривания автомобиля зимой. Стоит следить за чистотой батареи.

Необслуживаемые кальциевые батареи

По соотношению цены к качеству эти батареи не первый год удерживают уверенные лидерские позиции. При их производстве только отрицательные электроды легируются кальцием, в то время как положительные изготавливаются из классического сурьмянистого сплава. Это, в свою очередь, гарантирует аккумуляторы отличный ресурс даже при частых глубоких разрядах, что подтверждает и практика.

Для жителей северных регионов особенно актуальным будет стойкость аккумулятора к морозу – заявленный ток холодной прокрутки он может отдавать достаточно долго, чтобы уверенно запустить исправный двигатель.

Турецкий производитель в тестах чаще всего оказывается стабильным «середнячком» — не показывая лидерских результатов ни по стартерному току, ни по резервной емкости на морозе, он может демонстрировать достойное уважения постоянство характеристик независимо от партии или года выпуска. Для серии Calcium Silver это утверждение более чем справедливо – покупка этого АКБ гарантирует уверенность в его работоспособности на несколько лет без необходимости в каком-либо обслуживании. Добавим к этому и достаточно бюджетную цену. По массе свинца Mutlu, кстати, превосходит Varta почти на полкилограмма.

Аккумуляторы AGM

Эта линейка аккумуляторов разрабатывалась специально для автомобилей с системой «старт-стоп», где батареям приходится часто отдавать импульсные токи большой величины и быстро восполнять заряд. Поэтому неудивительно, что и на обычных автомобилях в режиме коротких поездок по городу она демонстрирует отличную работоспособность.

Зимние испытания аккумулятор проходит уверенно: здесь расчет на быструю и частую токоотдачу тоже работает «на руку»: хотя при длительной прокрутке обороты стартера и падают, но после небольшой паузы Varta способна крутить двигатель бодрее многих аналогов из своей ценовой категории. Даже если вспомнить о добавочном весе наполнителя, на весах аккумулятор тоже выглядит солидно – 17,6 кг: технологии технологиями, а без достаточных размеров и толщины пластин добиться таких характеристик не вышло бы (а заявленный стартерный ток в 680 А для АКБ емкостью 60 А*ч – это рекордный показатель).

Главный недостаток этого аккумулятора – цена, которая многих покупателей отпугнет. Тем не менее, по своим характеристикам он заслуживает внимания, и в первую очередь – по резервной емкости зимой: для автомобилей с большим объемом двигателя, и особенно дизельных. Заявленный ток холодной прокрутки здесь – 640 А, и АКБ уверенно выполняет обещания производителя. По весу батарея не проигрывает Varta, также являясь одной из самых тяжеловесных в своем классе.