История создания первого в мире электрического аккумулятора относится ко второй половине XIX века. Французский изобретатель Гастон Планте в одном из своих опытов заметил, что если пропускать в течение некоторого времени электрический ток, получаемый при помощи ранее изобретённой итальянским учёным Алессандро Вольта электрической батареи через два свинцовых электрода, помещённых в раствор кислоты, а затем, отключив батарею, замкнуть электроды между собой, то между ними также возникает электрический ток.
Впоследствии, по мере изучения электричества, устройство аккумулятора претерпевало множественные изменения, однако принцип аккумулятора – конструкция из двух металлических электродов, помещённых в электролит – сохранился до наших дней.
Конструкции литиевых аккумуляторов
В настоящей статье рассматриваются наиболее перспективные . Электроды современных аккумуляторов изготавливаются путём нанесения катодного материала на алюминиевую фольгу (катод) и, соответственно, анодного материала – на медную фольгу. В химический состав катодного материала входят, чаще всего, литиевые соли кобальтовой кислоты и твёрдые растворы литиевых солей никелевой кислоты. В качестве анодного материала используют литиевые соли фосфорной кислоты. Электролит представляет собой гелеобразную массу, в состав которой входят соли лития. Электролитом пропитываются так называемые сепараторы – конструкции, имеющие пористую структуру. Электроды и сепараторы размещаются в герметичном корпусе. Для токосъёма предусмотрены присоединительные клеммы. Корпус аккумулятора снабжён предохранительным клапаном избыточного давления, срабатывающим в аварийных ситуациях.
Отличительными особенностями литий-ионных аккумуляторов являются малый вес, продолжительный срок службы и большая удельная ёмкость на единицу массы и объёма. Аккумуляторы при хранении и эксплуатации не загрязняют окружающую среду, они соответствуют всем мировым стандартам по экологии. Вместе с тем, - это самые дорогие из всех современных аккумуляторов.
Существует несколько разновидностей литий-ионных аккумуляторов. Различают аккумуляторы литий-марганцевые, литий-полимерные, литий-железофосфатные. Области применения, режимы работы, положительные и отрицательные характеристики всех аккумуляторов на основе лития, его сплавов и солей во многом схожи.
Цены на литиевые аккумуляторы достаточно высокие. Они соизмеримы со стоимостью хорошего велосипеда и в случае установки на электровелосипед, стоимость такого транспорта всегда будет выше, чем электровелосипеда, укомплектованного свинцово-кислотными батареями.
Литий-марганцевые аккумуляторы
В этих аккумуляторах анодный электрод изготавливается из химически чистого лития, а катод – из диоксида марганца. Электролит представляет собой органическое вещество, состав которого представляет НОУ-ХАУ предприятия-изготовителя. Аккумуляторы собираются в батареи из мягких полимерных корпусов, в виде стандартизованных цилиндров и таблеток. Батареи широко используются для питания разнообразной электротехнической и электронной аппаратуры, в частности, для ноутбуков, автономных охраннных и противопожарных сигнализаций, цифровых фото- и кинокамер, систем реанимации и искусственных органов человеческого тела, в испытательных станциях, для электротранспорта – электромобилей и электровелосипедов. Номинальное напряжение на контактах одного ячейки аккумулятора колеблется в пределах 3,15-3,3 В (здесь и далее под напряжением аккумулятора имеется в виду напряжение одного аккумуляторного элемента, в отличие от номинального напряжения аккумуляторной батареи, которую в быту ошибочно называют «аккумулятором»). Рабочее напряжение аккумулятора – 3,0 В. Фактически, оно является наибольшим по сравнению с другими аналогичными аккумуляторами. Габаритные размеры аккумуляторов цилиндрической формы находятся в пределах 14 – 39 мм (диаметры), высота от 25 до 34 мм. Удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 10 Ампер часов. Таблеточные аккумуляторы имеют диаметры в пределах 16 – 30 мм, высоту 1,2 – 10,5 мм. Их ёмкость может быть до 950 мА-ч. Срок службы аккумулятора, при условии правильной эксплуатации, может доходить до 10 лет.
Для зарядки всех типов литиевых аккумуляторов, выпускаются специальные автоматические зарядные устройства, со световой сигнализацией, извещающей о начале и окончании процесса зарядки. Эти устройства могут поставляться в комплекте с аккумуляторной батареей или отдельно. В состав зарядных устройств входят элементы автоматики, не допускающие аварийных режимов и превышения напряжения зарядки.
Литий-полимерные аккумуляторы
Рабочее напряжение таких аккумуляторов составляет 3,7 В. Максимальная удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 4.2 Ампер часа. Электролит представляет собой полимерный гелеобразный продукт. Габаритные размеры варьируются в широких пределах. Толщина аккумулятора, чаще всего, колеблется от 1,9 до 10 мм. Ширина - от 9,5 до 49 мм. Длина - от 22 до 61 мм. Область применения аккумуляторов достаточно обширна. Аккумуляторы питают различные электронные устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, электроинструменты, электрифицированные игрушки. Могут использоваться для электровелосипедов и электромобилей. В последние годы начинают использоваться в комплекте с альтернативными источниками электроэнергии – ветрогенераторами, солнечными батареями. В таких областях применяются аккумуляторные ячейки большой ёмкости - до 90 Ампер часов. В процессе эксплуатации аккумуляторы допускают не менее 500 перезарядок после полного разряда. Чем меньше процент разряда, - тем больше циклов аккумулятор может выдержать без существенного ухудшения характеристик. Все аккумуляторы, сделанные на основе лития, - не загрязняют окружающую среду, поскольку являются герметичными и не содержащими ядовитых и опасных химических веществ.
Литий-железофосфатные аккумуляторы
Описываемая конструкция катода впервые была разработана и применена в Соединённых Штатах Америки в 1996 году. Началом же промышленного производства этой модификации аккумуляторов явился 2003 год.
10.10.2017 00:00:00
0
7939