[Admin]

История, плюсы и минусы аккумуляторов различных типов (NiCd, NiMg, LiIon,LiPo). Также есть краткая информация о возможном будущем источнике питания - "топливный элемент".

Никель-кадмиевые аккумуляторы.

В международной интерпретации принято обозначение в виде NICKEL-CADMIUM BATTERY или сокращенно NiCd.

Технология изготовления щелочных никелевых аккумуляторов была впервые предложена в 1899 году. Используемые в них материалы были в то время дорогими и аккумуляторы применялись только при изготовлении специальной техники. В 1932 году в пористый пластинчатый никелевый электрод были добавлены активные вещества, а в 1947 году было положено начало исследованиям герметичных NiCd-аккумуляторов, в которых внутренние газы, выделяющиеся во время заряда, рекомбинировались внутри, а не выпускались наружу как в предыдущих вариантах. Эти усовершенствования привели к современному герметичному NiCd-аккумулятору, который и используется сегодня.

NiCd-аккумулятор – ветеран на рынке мобильных и портативных устройств. Отлаженная технология и надежная работа обеспечили ему широкое распространение для электропитания переносных радиостанций, медицинского оборудования, профессиональных видеокамер, регистрирующих устройств, мощных ручных инструментов и другой портативной техники и оборудования. Появление аккумуляторов более новых электрохимических систем хотя и привело к уменьшению использования NiCd-аккумуляторов, однако, выявление недостатков новых видов аккумуляторов привело к возобновлению интереса к NiCd-аккумуляторам.

Плюсы:

• быстрый и простой метод заряда;
• длительный срок службы – свыше тысячи циклов заряда/разряда при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания;
• превосходная нагрузочная способность, даже при низких температурах. NiCd-аккумулятор можно перезаряжать при низких температурах;
• простое хранение и транспортировка. NiCd-аккумуляторы принимаются большинством воздушных грузовых компаний;
• легкое восстановление после понижения емкости и длительного хранения;
• низкая чувствительность к неправильным действиям потребителя;
• доступная цена;
• широкий диапазон типоразмеров.

Минусы

• наличие “эффекта памяти” и, вследствие этого, необходимость полной периодической разрядки для сохранения эксплуатационных свойств;
• высокий саморазряд (до 10 % в течение первых 24-х часов), поэтому аккумуляторы должны храниться в разряженном состоянии;
• аккумулятор содержит кадмий и требует специальной утилизации. В ряде стран по этой причине в настоящее время он уже запрещен к использованию.

Никель-металлгидридные аккумуляторы.

В международной интерпретации принято обозначение в виде NICKEL METAL-HYDRIDE BATTERY или сокращенно NiMH.
Исследования в области технологии изготовления NiMH-аккумуляторов были начаты в семидесятые годы с целью преодоления недостатков никель-кадмиевых аккумуляторов. Однако применяемые в то время металлгидридные соединения были нестабильны и требуемые характеристики не были достигнуты. В результате разработки в области NiMH-аккумуляторов замедлились. Новые металлгидридные соединения, достаточно устойчивые для применения в аккумуляторах, были разработаны в 1980 году. Начиная с конца восьмидесятых годов, технология изготовления NiMH-аккумуляторов постоянно совершенствовалась, и плотность запасаемой ими энергии возрастала.

Плюсы:

• примерно на 40 – 50 % большая удельная емкость по сравнению со стандартными NiCd-аккумуляторами;
• меньшая склонность к “эффекту памяти”, чем у NiCd. Периодические циклы восстановления должны выполняться реже;
• меньшая токсичность. NiMH-технология считается экологически чистой.

Минусы

• число циклов заряд/разряд для NiMH-аккумуляторов примерно равно 500. Предпочтителен скорее поверхностный, чем глубокий разряд. Долговечность аккумуляторов непосредственно связана с глубиной разряда;
• NiMH-аккумулятор по сравнению с NiCd выделяет значительно большее количество тепла во время заряда и требует более сложного алгоритма для обнаружения момента полного заряда, если не используется контроль по температуре. Большинство NiMH-аккумуляторов оборудовано внутренним температурным датчиком для получения дополнительного критерия обнаружения полного заряда. NiMH-аккумулятор не может заряжаться так быстро, как NiCd; время заряда обычно вдвое больше, чем у NiCd. Плавающий заряд должен быть более контролируемым, чем для NiCd-аккумуляторов;
• рекомендуемый ток разряда для NiMH-аккумуляторов – от 0.2C до 0.5C – значительно меньше, чем для NiCd. Этот недостаток не критичен, если требуемый ток нагрузки низок. Для применений, требующих высокого тока нагрузки или имеющих импульсную нагрузку, типа переносных радиостанций и мощных ручных инструментов, рекомендуются NiCd-аккумуляторы;
• саморазряд NiMH-аккумуляторов – в 1.5-2 раза выше, чем у NiCd;
• цена NiMH-аккумуляторов примерно на 30 % выше, чем NiCd. Однако это не главная проблема, если пользователю требуется большая емкость и небольшие габариты.

Литий-ионные аккумуляторы.

В международной интерпретации принято обозначение в виде LITHIUM ION BATTERY или сокращенно Li-ion.

Литий является самым легким металлом и обладает сильно отрицательным электрохимическим потенциалом. Благодаря этому литий характеризуется наибольшей теоретической удельной электрической энергией.

В результате исследований, проведенных в 80-х годах, было установлено, что в ходе циклирования источника тока с металлическим литиевым электродом возможно возникновение короткого замыкания внутри литиевого источника тока. При этом температура внутри аккумулятора может достигать температуры плавления лития. В результате бурного химического взаимодействия лития с электролитом происходит взрыв. Поэтому, например, большое количество литиевых аккумуляторов, поставленных в Японию в 1991г., было возвращено производителям после того, как в результате взрывов элементов питания сотовых телефонов от ожогов пострадали несколько человек.

В процессе создания безопасного источника тока на основе лития, исследования привели к замене в аккумуляторе неустойчивого при циклировании металлического лития на его соединения с другими веществами. Эти электродные материалы обладают в несколько раз меньшей по сравнению с литием удельной электрической энергией, однако, аккумуляторы на их основе являются достаточно безопасными при условии соблюдения некоторых мер предосторожности в ходе заряда/разряда. В 1991 году, фирма Sony начала коммерческое производство литий-ионных аккумуляторов и в настоящее время она является одним из самых крупных поставщиков.

Для обеспечения безопасности и долговечности, каждый аккумулятор должен быть оборудован электрической схемой управления для того, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Кроме того, должен быть ограничен максимальный ток заряда и разряда и должна контролироваться температура элемента. При соблюдении этих предосторожностей возможность образования металлического лития на поверхности электродов в ходе эксплуатации (что наиболее часто приводит к нежелательным последствиям) практически устранена.

По материалу отрицательного электрода литий-ионные аккумуляторы можно разделить на два основных типа: с отрицательным электродом на основе кокса (фирма Sony) и на основе графита (большинство других изготовителей). Источники тока с отрицательным электродом на основе графита имеют более плавную разрядную кривую с резким падением напряжения в конце разряда, по сравнению с более пологой разрядной кривой аккумулятора с коксовым электродом. Поэтому, в целях получения максимально возможной емкости, конечное напряжение разряда аккумуляторов с отрицательным коксовым электродом обычно устанавливают ниже (до 2.5 V), по сравнению с аккумуляторами с графитовым электродом (до 3.0 V). Кроме того, аккумуляторы с отрицательным графитовым электродом способны обеспечить более высокий ток нагрузки и меньший нагрев во время заряда и разряда, чем аккумуляторы с отрицательным коксовым электродом. Напряжение окончания разряда 3.0 V для аккумуляторов с отрицательным графитовым электродом является его основным преимуществом, так как полезная энергия в этом случае сконцентрирована внутри плотного верхнего диапазона напряжения, упрощая тем самым проектирование портативных устройств.
Литий-ионные аккумуляторы являются наиболее перспективными аккумуляторами в настоящее время и начинают широко применяться в портативных компьютерах и мобильных устройствах связи. Это обусловлено:

• высокой плотностью электрической энергии, по крайней мере, вдвое большей, чем у NiCd того же размера, а значит и вдвое меньшими габаритами при той же самой емкости;
• большим числом циклов заряд/разряд (от 500 до 1000);
• хорошей работой на больших токах нагрузки, что необходимо, например, при использовании данных аккумуляторов в сотовых телефонах и портативных компьютерах;
• достаточно низким саморазрядом (2-5% в месяц плюс примерно 3 % на питание встроенной электронной схемы защиты);
• отсутствием каких-либо требований к обслуживанию, за исключением необходимости предварительного заряда перед длительным хранением;
• позволяют проводить заряд при любой степени разряда аккумулятора.

Но и здесь примешивается "ложка дегтя": для аккумуляторов некоторых производителей гарантируется работа только при положительных температурах, высокая цена (примерно вдвое превышающая цену NiCd-аккумуляторов) и подверженность процессу старения, даже в случае, если аккумулятор не используется.

Литий-полимерные аккумуляторы.

В международной интерпретации принято обозначение в виде LITHIUM POLIMER BATTERY или сокращенно Li-Pol.

Литий-полимерные аккумуляторы – последняя новинка в литиевой технологии. Имея примерно такую же плотность энергии, что и Li-ion-аккумуляторы, литий-полимерные допускают изготовление в различных пластичных геометрических формах, нетрадиционных для обычных аккумуляторов, в том числе достаточно тонких по толщине, и способных заполнять любое свободное место в разрабатываемой аппаратуре.

Этот аккумулятор, называемый также "пластиковым", конструктивно подобен Li-ion, но имеет гелевый электролит. В результате становится возможной упрощение конструкции элемента, поскольку любая утечка электролита невозможна.

Li-pol-аккумуляторы начинают применяться в портативных компьютерах и сотовых телефонах. Например, сотовые телефоны Panasonic GD90 и Ericsson T28s (стандарт GSM 900/1800), укомплектованы литий-полимерными аккумуляторами толщиной всего 3 мм и имеют емкость, достаточную для работы в течение 3-х часов в режиме разговора и до 90 часов в режиме ожидания.

Топливные элементы.

Компания Motorola в настоящее время ведет разработку миниатюрного топливного элемента, который можно будет использовать в качестве батареи питания для малогабаритных компьютеров, сотовых телефонов и других электронных устройств. По заявлению компании эта технология позволит в 10 раз увеличить срок службы батарей питания. Над этим проектом Motorola работает вместе со специалистами Лос-Аламосской Национальной Лаборатории. По сообщению разработчиков в продаже такие топливные элементы появятся через 3 года.

Пока имеется только прототип топливного элемента. Его площадь составляет 6,45 кв. см, а толщина – около 2,5 мм. В нем используется жидкий метиловый спирт, который при химической реакции с кислородом дает электрический ток. По замыслу разработчиков, топливные элементы смогут обеспечивать питание сотовых телефонов более месяца, а весить они будут намного меньше обычных батареек.


Васильев Владимир Юрьевич
Петров Николай Николаевич,
кандидат технических наук

[Solar]

По Ni-Mh информация не совсем современная... Какого года статья?

[Admin]

А бог его знает. Делай поправки, если заметил неточности, т.к. в статье действительно есть устаревшие даннные.

[Lomatel]

Очень хотелось бы почитать о NI-MH c низким саморазрядом, желательно проверенные источники, тесты, замеры, описание и.т.д

[Admin]

 Сообщение от Lomatel :

Очень хотелось бы почитать о NI-MH c низким саморазрядом, желательно проверенные источники, тесты, замеры, описание и.т.д

Тестирование Ni-MH аккумуляторов АА форм-фактора

[Admin]

и вот выложил. читай https://forum.fonarevka.ru/...

[AZ]

Всем привет! Не могу найти где-то на сайте видел,продают аккумуляторы АА энелупы. Сейчас не могу найти это место на сайте. Кто-нибудь подскажите. Спасибо.

[RN4HKK]

Для себя достал 4 кадмиевых аккумулятора бородатого года на 1000мА. Новые. Емкость конечно смешна, но при любом морозе заряжает вспышку 580EXII за заявленные 3 секунды. Вещь. Ток КЗ - более 10 ампер.

[pasha.cos]

А че нет ничего про LiFePo как на них будет работать фонарь

[Mauser]

Есть отдельная тема про эти аккумуляторы.