Основні типи акамуляторів

Свинцево-кислотні акумулятори

Свинцево-кислотний акумулятор умовно складається з двох електродів, занурених в електроліт сірчаної кислоти. Ці акумулятори в основному класифікуються на два типи: “залиті” і з рекомбінаційними клапанами (“герметичні”).
Залиті свинцево-кислотні батареї дешевші, але потребують частішого обслуговування та вентиляції приміщення - т.я. присутні значні випаровування електроліту (при неналежному використанні АКБ може висохнути за 1-2 роки), ніж свинцево-кислотні батареї з клапанним регулюванням (конденсація парів відбувається всередині самого акумулятора – що в свою чергу мінімізує випаровування електроліту).
Заливні АКБ мають низьку вартість. Однак ці батареї мають певні проблеми, включаючи малу кількість циклів заряджання-розряджання протягом терміну служби (100-150 повних циклів 80-90%), низьку інтенсивність розряду (при великих навантаженнях корисна ємність може просідати до 50%), обмежений термін служби (близько року при циклічному використанні) та повільну швидкість заряджання (12-16 годин).

Герметичні свинцево-кислотні акумулятори можна поділити на 2 типи: AGM та GEL.

В батареях AGM (їх часто називають стартерними) між свинцевими пластинами є тонкий прошарок зі скловолокна, який насичений акумуляторною кислотою приблизно на 95% (це максимум що вони можуть умістити). Цей насичений килимок укладається між пластинами та злегка стискається. Оскільки пластини та килимки упаковані досить щільно, вони дуже стійкі до вібрації.
Важлива річ щодо AGM те, що тип AGM не означає, що вона має глибокий цикл. Глибокий цикл батареї робить насамперед товщина пластини, а не те, чи вона залита, гелеподібна (GEL) або AGM.
Ресурс батарей цього типу може складати від 200 до 700 циклів (з потовщеними пластинами).

Крім напруги (В) та ємності (Аг) АКБ, мало коли звертають увагу на внутрішній опір батареї – він вказує на її загальну ефективність заряду/розряду, здатність забезпечувати високі струми без значних падінь напруги, а також є показником якості компонентів і конструкції.
Втрати від внутрішнього опору виділяються у вигляді тепла, тому батареї мають тенденцію нагріватися, коли вони довго заряджені або розряджені (чи експлуатуються високими, ненормованими струмами).
Втрати внутрішнього опору в стандартних залитих свинцево-кислотних акумуляторах зазвичай становлять приблизно від 10% до 15% для нових акумуляторів і можуть досягати 25% і більше для старих акумуляторів. Цей показник може значно відрізнятися в залежності від віку та якості батареї. Загалом ви отримуєте те, за що платите – дешевші батареї з тоншими пластинами та внутрішніми з’єднаннями, як правило, менш ефективні.
Гелеві батареї мають кращий (менший) внутрішній опір приблизно від 12% до 16%, тому їм потрібно близько 115 ампер-годин заряду на кожні 100 ампер-годин.

Гелева батарея (GEL) — це свинцево-кислотна батарея з рекомбінаційними клапанами, яка не потребує обслуговування. Гелеві акумулятори витриваліші та універсальні. В них електроліт разом із сірчаною кислотою поєднується з кремнеземом. Ця хімічна реакція призводить до утворення нерухомої гелеподібної маси, що і дало цим батареям назву. Гелеві батареї практично не потребують технічного обслуговування, оскільки вони використовують односторонні відкриті клапани, які дозволяють внутрішнім газам рекомбінуватися у рідину, таким чином усуваючи будь-яку потребу перевіряти, щоб долити дистильовану воду або контролювати її рівень. Гелеві акумулятори надзвичайно витривалі та універсальні (в порівнянні з попередніми типами). Їх безпечно встановлювати в місцях з обмеженою вентиляцією, оскільки вони мають дуже низьке (практично нульове) виділення газу/диму, що означає, що ви навіть можете встановити батареї у своєму домі.
Ретельно вибирайте правильний контролер заряду для ваших гелевих акумуляторів
Особливу увагу слід приділяти вибору зарядних пристроїв, оскільки вони заряджаються при нижчій напрузі – ніж заливні обслуговуємі. Перевищення напруги може призвести до збою (зайвого пароутворення) та зниження продуктивності. Іноді термін GEL-елемент зазвичай називають герметичними акумуляторами, що не потребують обслуговування, і позначаються як налаштування на контролерах заряду. Це може ввести в оману та призвести до неправильного вибору зарядних пристроїв або неправильних налаштувань під час заряджання. Загальний діапазон зарядної напруги акумуляторів становить від 14,0 вольт до 14,2 вольт, а діапазон плаваючої напруги – від 13,1 вольт до 13,3 вольт. Більш детальні налаштування наведені на самому АКБ.
Їх термін служби зазвичай становить від 350 до 2000 циклів (Carbon) при 80% розряді.

Постійно впроваджуються більш досконалі свинцево-кислотні акумулятори. Нові свинцево-кислотні батареї використовують вуглець на негативному електроді для створення негативного електрода суперконденсатора. У цих батареях позитивний електрод не зазнає жодних змін у своєму хімічному процесі, а хімічний процес не відбувається на негативному електроді. У результаті пластина менше піддається корозії, що забезпечує довший термін служби та вищу ефективність, ніж у звичайних свинцево-кислотних акумуляторів.
Ці АКБ відпрацьовують 1200 до 2000 циклів при 80% розряді і подекуди досягають показників деяких недорогих Li акумуляторів.

Сучасний тип акумуляторів, який набуває широкого розповсюдження за рахунок зниження вартості - Li.

Акумулятори які мають високу щільність електроенергії (Вт·год/кг) сьогодні дуже затребувані. Ці батареї використовуються у пристроях для відпочинку, батареї для електромобілів, сонячних електростанцій та багато іншого.
По суті зараз на ринку присутні 2 типи літієвих батарей – літій-іонні (Lithium-ion) та літієві акумулятори на основі заліза-фосфату (LiFePO4).
В принципі, у літій-іонній батареї відбувається рух іонів літію між двома електродами в розчині електроліту або гелі. Матеріали катода - це сполуки на основі літію, такі як кобальт або марганцю. Анод зазвичай виготовляється з вуглецевих матеріалів, наприклад графіту. Оскільки існує багато варіантів матеріалу катода та використовуваного електроліту, існує багато різних типів літій-іонних батарей.
Один елемент літій-іонної батареї зазвичай створює напругу близько 3,6 В. Щоб досягти нормованої напруги - до якої ми звикли купуючи АКБ, три або більше елементів з’єднуються послідовно.
Акумулятори в яких використовують літій-залізо-фосфатні батареї як матеріал катода, називаються літій-залізо-фосфатними (LiFePO4 або LFP). В них один елемент створює напругу від 3,2 В до 3,3 В. Тому три або чотири з цих елементів з’єднані послідовно, щоб створити одну LFP батарею.
Літій-іонні
Літій-іонні батареї мають одну з найвищих щільностей енергії серед усіх типів батарей - приблизно від 100 Вт·год/кг до 265 Вт·год/кг.
LiFePO4
Щільність енергії акумулятора LFP трохи нижча, ніж літій-іонного акумулятора – вона становить 90-165 Вт·год/кг.
Що стосується кількості циклів відпрацювання зяряд/розряд:

• Літій-іонні – від 1000 до 3000 циклів.
• Літій-залізо-фосфатні – від 1000 до 10 000 циклів (що значно більше ніж у Li-ion).

Є ще один тип АКБ – літій-тітанат (Li4Ti5O12, LTO).

Батарея LTO – це літій-іонна батарея з титанатом літію як анодом. Він широко використовується через його високу безпеку, високу стабільність, чудову продуктивність, тривалий термін служби та екологічність. Він має низький саморозряд, високий рівень безпеки, тривалий термін служби, широкий діапазон робочих температур, швидку зарядку та швидкість розряду.
Технологія титанату літію — це майбутнє акумуляторів. Витримують понад 20 000 циклів (DOD при 80%), є найкращим вибором.

• Низький саморозряд, рівень залишкової ємності акумулятора LTO, який зберігається при 20 ℃ протягом 90 днів, становить понад 90%, а коефіцієнт відновлення ємності становить понад 95%
• Висока безпека, проходить вогнепальні та цвяхові випробування
• Тривалий термін служби, життєвий цикл 5000 – 20 000 разів
• Широкий діапазон робочих температур від -40 ℃ до 60 ℃, можна заряджати та розряджати при -40 ℃, 99% ємності можна розрядити при 60 ℃
• Швидка зарядка та розрядка - можна повністю зарядити за 6 хвилин.
• Недолік – дуже велика вартість.