Під акумуляторною батареєю слід розуміти джерело електричного струму, який складається з декількох елементів живлення. Таке поєднання елементів дає можливість отримати силу струму або напругу набагато більше, в залежності від паралельного або послідовного способу підключення.
На сьогоднішній день є кілька типів акумуляторний батарей, які відрізняються один від одного складом електроліту і матеріалом електродів. Більшість людей чули раніше і знають, що існують різноманітні нікель-металогідридні, нікель-кадмієві, літієво-іонні, свинцево-кислотні акумуляторні батареї. Однак з усього цього розмаїття на автомобілях в якості стартерних батарей застосовують виключно свинцеві акумулятори. Такий вибір здійснений неспроста, адже ці батареї мають здатність віддавати за короткий проміжок часу великий струм, в той час як інші батареї з цим не справляються. Але поряд з цим варто сказати, що і свинець і кислота - вкрай шкідливі речовини, тому автолюбителям доводиться з цим миритися. Що стосується корпусів батарей, то вони виконані з кислотостійкої пластмаси.
Типи автомобільних акумуляторних батарей
У сучасному виробництві акумуляторів для електродів використовують не чистий свинець, а з різними добавками, які ділять автомобільні акумулятори на кілька типів.
· Сурм'янистого або традиційні акумулятори;
· Гелеві або AGM акумулятори;
Сурм'янисті акумуляторні батареї
Батареї такого типу в складі пластин містять ≥5% сурми. Найчастіше такі батареї називають традиційними або класичними. Однак ця назва вже не так актуально, тому що сучасні класичні акумулятори містять набагато менше сурми.
Сурма додається в свинець для підвищення міцності пластин. Також ця добавка сприяє різкого посилення, прискоренню процесу електролізу, який починається вже при 12 вольтах. Виділяються гази (кисень і водень) створюють враження киплячої води. Внаслідок випаровування води у великій кількості, концентрація електроліту змінюється і електроди (їх верхні краї) оголюються. В якості компенсації в акумулятор заливається дистильована вода.
Малосурм'янистих акумуляторні батареї
Намагаючись досягти меншого «википання» води, розробники почали виготовляти акумуляторні батареї з зменшеною кількістю сурми (менше 5%). Даний фактор виключив необхідність постійно стежити за рівнем електроліту. Також значно зменшився рівень саморозряду батареї при зберіганні.
Акумулятори подібного типу називають обслуговуються, аргументуючи це тим, що вони не вимагають певного догляду. Звичайно, термін «не обслуговуються» швидше маркетинговий, тому як повністю позбутися від проблеми «википання» води не вийшло. Вода з електроліту потроху «википає» все одно, хоч і в менших кількостях.
Але у таких батарей є величезний плюс. Вони абсолютно невибагливі до електроустаткування машини. Навіть перепади напруги бортової електромережі не провокують зміни характеристик даної батареї, на відміну від, скажімо, гелевих або кальцієвих акумуляторів.
Малосурм'янистих акумуляторні батареї найчастіше використовуються для установки на вітчизняні автомобілі, які на сьогоднішній день не можуть забезпечити стабільну напругу бортової мережі. Також варто сказати, що акумулятори цього типу набагато дешевше тих же гелевих батарей.
Кальцієві акумуляторні батареї
Використання кальцію дало можливість істотно зменшити газовиділення і втрату води. Фактично, втрата води стала настільки незначна, що необхідність перевірки щільності втратила свою актуальність. Дані акумулятори по праву називаються необслуговуваними.
Також кальцієві акумулятори. крім слабкого «википання» води, мають у своєму розпорядженні зниженим рівнем саморозряду, що дозволяє цим батареям зберігати свої властивості тривалий час.
Застосування кальцію замість сурми дало можливість значно підвищити напругу електролізу води до 16 Вольт. Але, незважаючи на всі зазначені плюси даної батареї, вона має ще й мінуси:
· Примхливість по відношенню до перерозряду. Досить кілька разів сильно розрядити батарею і рівень енергоємності необоротно знижується, тобто кількість струму різко зменшується. Як правило, після такого інциденту батарея вже не може виконувати свої функції, і її змінюють. Цей мінус слід назвати найголовнішим недоліком акумулятора даного типу.
· Кальцієві батареї вкрай чутливі до бортової мережі машини - погано переносять різкі перепади напруги. Варто врахувати цей нюанс перед придбанням батареї.
· Також мінус акумулятора в його дуже високу вартість, хоча це швидше вже не недолік, а вимушена плата за якість.
Найчастіше кальцієві акумулятори встановлюють на іномарки середнього діапазону, тобто на автомобілі з якісним електроустаткуванням, де стабільність гарантована. Купуючи кальцієву батарею, слід врахувати, що вона набагато більш вимогливим малосурм'янистих, але належний догляд за акумулятором цього типу стане запорукою успіху, і ви отримаєте надійне джерело живлення.
Гібридні акумуляторні батареї
Як правило, такі акумулятори позначаються «Ca +». Пластини електродів таких батарей виконані за різними технологіями: позитивні пластини - малосурм'янистих, негативні пластини - кальцієві. Таке поєднання дає можливість об'єднати позитивні якості цих акумуляторних батарей. «Википання» води у таких батарей набагато менше, ніж у малосурм'янистих, але більше, ніж у кальцієвих. Зате стійкість до перерозряду і перезарядити значно вище.
Характеристики гібридних акумуляторних батарей дозволяють їм займати місце між малосурм'янистих акумуляторами і кальцієвими батареями.
Гелеві та AGM акумулятори
Автомобільні гелеві акумулятори та AGM акумулятори містять електроліт в зв'язаному стані, а не в «класичному» рідкому вигляді. Таке гелевидний стан електроліту і спричинило визначення назви типу батареї.
Інженери протягом довгих років шукали виходи з безлічі проблем з акумуляторними батареями. Найважливішою проблемою завжди було осипання активної речовини з пластин-електродів і її вирішили за допомогою додавання в свинець присадки - сурми або кальцію. Також важливим завданням стало забезпечення безпеки акумуляторів, тому як електроліт - це розчин сірчаної кислоти, міг запросто витекти з корпусу батареї при пошкодженнях. Кожен знає, наскільки агресивна сірчана кислота. Треба було знайти спосіб виключити можливість витоку кислоти внаслідок тих чи інших пошкоджень корпусу АКБ. Дану проблему розробники вирішили шляхом перетворення рідкого електроліту в гелевидний стан. Гель - речовина щільне і менш плинне, що вирішило відразу два завдання - пластини не обсипалися, так як щільний гель їх утримував, і сам електроліт не витікав.
І гелеві акумулятори. і AGM батареї мають гелеобразний електроліт. Їх відмінність лише в тому, що АGM має ще і пористий матеріал між пластинами, який додатково утримує електроліт і захищає пластини від осипання. Абревіатура «AGM» розшифровується так - Absorbent Glass Mat (абсорбуючий стекломатеріал). Гелевий акумулятор і AGM батарея мають схожі характеристики, тому під гелевими батареями будуть матися на увазі і AGM.
Завдяки фіксації гелю в акумуляторі, батарея не боїться нахилів. Більш того, виробники кажуть, що таку батарею можна запросто експлуатувати в будь-якому положенні. Але, незважаючи на такі гучні вислови, не варто експлуатувати подібний тип батарей в, скажімо, перевернутому стані.
Чудова виброустойчивость - це аж ніяк не єдиний плюс гелевих акумуляторів. Такі батареї володіють низькою швидкістю саморазряда, що дозволяє зберігати їх дуже довго. Зберігати цей тип батарей слід в зарядженому стані. Акумулятори гелеві мають прекрасну здатністю - вони можуть видати високий струм аж до розряду, причому абсолютно не бояться переразряда.
Якщо розряд таких акумуляторів їм не страшний, то заряд подібних батарей - фактор більш примхливий. Такі акумулятори неприпустимо заряджати в прискореному ритмі. Процес зарядки необхідно виконувати слабким струмом з використанням спеціальних зарядних пристроїв, які підходять тільки гелевим акумуляторів. Зараз на ринку можна купити універсальний зарядний пристрій, здатний, за запевненням виробника, заряджати будь-який тип батарей, але перевагу варто все ж віддати спеціального пристрою.
Але, на превеликий жаль, акумулятори гелеві автомобільні в умовах низьких температур поводяться набагато гірше. При зниженні температури гель частково втрачає свою електропровідність.
Абсолютна герметичність, відносна виброустойчивость, фактична не потребує обслуговування дозволяє застосовувати гелеві батареї на тій техніці, на яку класичний акумулятор можна встановлювати:
· Мототехніка (мотоцикли часто відхиляються від вертикальній площині);
· Морський і річковий транспорт (постійна хитавиця);
· Джерела безперебійного живлення;
· Та автомобілі. Найчастіше такі батареї експлуатуються на іномарках, тому ціна на такі акумулятори досить висока.
Лужні акумуляторні батареї
В якості електроліту батареї можуть містити не тільки кислоту, а й луг. Є безліч різних типів лужних акумуляторів, однак розглянемо ті, які використовуються в автомобілях.
Автомобільний акумулятор лужної може бути двох типів:
Нікель-кадмієві батарея має позитивні пластини, покриті гідроксооксідом нікелю NiO (OH), а негативні - сумішшю заліза і кадмію. Нікель-залізна батарея має такі ж позитивні пластини (тобто, покриті таким же складом, що і в нікель-кадмиевой батареї) - гідроксооксідом нікелю. Відрізняється лише негативним електродом - в даній батареї він виконаний з чистого заліза. В якості електроліту в обох типах виступає розчин їдкого калію.
Пластини в лужних акумуляторах упаковуються в «конверти» з тонкої перфорованої металевої пластини. Туди ж запресовується активна речовина, що дозволяє значно підвищити виброустойчивость акумулятора.
Лужні АКБ мають цікаву особливість: нікель-кадмієві акумулятори мають позитивних електродів на один більше, ніж негативних. Нікель-залізні акумулятори в свою чергу мають негативних електродів більше. Також особливістю таких акумуляторів є те, що перебіг хімічних реакцій не вимагає витрати електроліту, тому доливати його не потрібно.
Переваги та недоліки лужних акумуляторів
Лужні акумуляторні батареї мають цілу низку переваг перед кислотними акумуляторами:
- ідеальна переносимість перерозряду, більш того, існує думка, що таку батарею краще перезарядити, ніж навпаки, недозаряд;
- батарея здатна зберігатися в повністю розрядженому стані, не втрачаючи своїх характеристик;
- прекрасна робота в умовах низьких температур, що дозволяє безвідмовно заводити двигуна в зимову пору року;
- Саморозряд таких батарей нижче кислотних;
- лужні батареї не виділяють шкідливих випарів, на відміну від кислотних АКБ;
- Лужні акумулятори здатні накопичувати набагато більше енергії на одиницю маси, що дозволяє довше видавати струм.
Але, поряд з цим, є і недоліки:
- Лужні батареї видають меншу напругу, ніж кислотні, внаслідок чого потрібно об'єднувати багато «банок» щоб досягти потрібного напруги. Через це габарити лужної батареї набагато більше, ніж у кислотного акумулятора.
- Лужні акумулятори набагато дорожче кислотних батарей.
На сьогоднішній день лужні акумуляторні батареї використовуються, як правило, в якості тягових батарей. Що стосується стартерних батарей, то їх величезні габарити дозволяють використовувати такі акумулятори тільки на вантажівках.
Літієво-іонні акумуляторні батареї
Літієво-іонні акумулятори (і його підвиди) - це найперспективніші елементи як джерело електричного струму.
Хімічними елементами цього носія струму є іони літію. Сьогодні немає можливості достовірно описати матеріал, з якого виготовляються електроди, так як технологія постійно вдосконалюється. Можна, звичайно, сказати, що на перших порах в якості негативних пластин використовувався літій, але такі акумулятори виявилися надто вибухонебезпечними. Через деякий час розробники почали використовувати графіт у виготовленні електродів. Позитивні пластини раніше виготовлялися з оксидів літію з марганцем або кобальтом, але зараз вони заміщаються літій-феро-фосфатними, тому як цей матеріал менш токсичний, дешевий і екологічно чистий.
Найважливіші гідності літієво-іонних акумуляторів такі:
- висока ємність на одиницю маси;
- висока напруга (один елемент може видати близько 4 вольт);
- низький рівень саморозряду.
Також є і деякі недоліки такого типу батарей:
- гіперчутливість до температурного режиму. Низькі температури погіршують якість цих батарей. Це, напевно, головна проблема таких акумуляторів, над якою працюють розробники.
- мала кількість циклів (близько 500);
- ці акумулятори «старіють». Протягом певного часу відбувається зменшення ємності батареї. Це не «ефект пам'яті» і не саморазряд, не плутайте. Однак робота над цією проблемою безперервно ведеться;
- гіперчутливість до глибоких розрядів;
- мала потужність, якої не вистачає для застосування в якості стартера акумулятора. Сили видається струму достатньо для живлення різних приладів, але вкрай мало для пуску двигуна.
Коли інженери все-таки вирішать проблему з недоліками, літієво-іонні акумулятори замінять класичну кислотну батарею.
Щодня сотні вчених працюють над вдосконаленням всіх типів акумуляторів. Дослідницькі центри постійно задаються питанням: як збільшити ємність батареї. як зменшити розміри, як створити морозостійкий акумулятор, і інші.
Дуже серйозний напрямок - забезпечення екологічності, адже сучасні технології не можуть обійтися без застосування в роботі отруйних речовин (наприклад, свинець або сірчана кислота).
Навряд чи традиційні свинцево-кислотні акумуляторні батареї мають своє майбутнє. AGM акумулятори - це проміжна стадія в еволюції. Батарея в майбутньому не матиме рідини, буде виглядати в довільній формі, а також буде мати безліч інших параметрів, які дадуть можливість автовласникам в повному обсязі насолодитися поїздкою і не нервувати через те, що акумулятор може відмовити в будь-який момент.