Что такое аккумулятор и как он работает. Какие бывают типы аккумуляторов. Где применяются аккумуляторы в современной технике. Какие преимущества и недостатки у разных видов аккумуляторов.
Что такое аккумулятор и как он работает
Аккумулятор — это устройство для накопления электрической энергии с целью ее последующего использования. Принцип работы аккумулятора основан на обратимых химических реакциях.
Основные компоненты аккумулятора:
- Положительный электрод (катод)
- Отрицательный электрод (анод)
- Электролит
- Сепаратор
- Корпус
При разряде аккумулятора на электродах происходят химические реакции, в результате которых высвобождаются электроны, создающие электрический ток во внешней цепи. При заряде происходит обратный процесс — электрическая энергия преобразуется в химическую.
Основные типы аккумуляторов
Существует несколько основных типов аккумуляторов, отличающихся по химическому составу и конструкции:
- Свинцово-кислотные
- Никель-кадмиевые (NiCd)
- Никель-металлгидридные (NiMH)
- Литий-ионные (Li-ion)
- Литий-полимерные (Li-pol)
Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, определяющие области применения.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
Свинцово-кислотные аккумуляторы — один из старейших и наиболее распространенных типов. Их основные характеристики:
- Низкая стоимость
- Высокая емкость
- Способность выдавать большие токи
- Широкий диапазон рабочих температур
- Простота в обслуживании
Недостатки: большой вес, выделение газов при заряде, необходимость обслуживания.
Никель-кадмиевые аккумуляторы
Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы характеризуются следующими свойствами:
- Высокая удельная мощность
- Устойчивость к глубоким разрядам
- Большое количество циклов заряда-разряда
- Работоспособность при низких температурах
Основной недостаток — наличие эффекта памяти и токсичность кадмия.
Никель-металлгидридные аккумуляторы
Никель-металлгидридные (NiMH) аккумуляторы пришли на смену NiCd и имеют ряд преимуществ:
- Более высокая удельная емкость
- Отсутствие токсичных компонентов
- Меньший эффект памяти
Недостатки: меньшая устойчивость к глубоким разрядам, меньший срок службы по сравнению с NiCd.
Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы сегодня наиболее распространены в портативной электронике. Их особенности:
- Высокая удельная емкость
- Отсутствие эффекта памяти
- Низкий саморазряд
- Широкий диапазон рабочих температур
Недостатки: высокая стоимость, необходимость защиты от перезаряда и переразряда.
Литий-полимерные аккумуляторы
Литий-полимерные (Li-pol) аккумуляторы — разновидность литий-ионных с твердым полимерным электролитом. Их преимущества:
- Еще более высокая удельная емкость
- Возможность изготовления тонких аккумуляторов различной формы
- Повышенная безопасность
Недостатки: высокая стоимость, чувствительность к температуре.
Применение аккумуляторов
Аккумуляторы находят широкое применение в различных областях:
- Автомобильные стартерные батареи
- Источники бесперебойного питания
- Портативная электроника (смартфоны, ноутбуки)
- Электромобили и гибридные автомобили
- Альтернативная энергетика (солнечные и ветряные электростанции)
- Аварийное освещение
Выбор типа аккумулятора зависит от конкретного применения и требуемых характеристик.
Тенденции развития аккумуляторных технологий
Основные направления развития аккумуляторных технологий:
- Увеличение удельной емкости
- Повышение безопасности
- Увеличение срока службы
- Сокращение времени заряда
- Снижение стоимости
Ведутся разработки новых типов аккумуляторов, таких как литий-серные, натрий-ионные, твердотельные и др.
Правила эксплуатации аккумуляторов
Для обеспечения длительного срока службы аккумуляторов следует соблюдать ряд правил:
- Не допускать глубокого разряда
- Избегать перезаряда
- Соблюдать температурный режим
- Использовать соответствующие зарядные устройства
- Правильно хранить аккумуляторы
Соблюдение этих правил позволит максимально продлить срок службы аккумуляторов и сохранить их характеристики.
Утилизация аккумуляторов
Отработавшие аккумуляторы требуют правильной утилизации, так как содержат вредные вещества. Основные способы утилизации:
- Переработка с извлечением ценных компонентов
- Нейтрализация и захоронение
- Термическая обработка
Важно сдавать отслужившие аккумуляторы в специализированные пункты приема для их безопасной утилизации.
Что такое аккумулятор?
Аккумулятор — химический источник тока, в котором энергия химической реакции многократно преобразуется в электрическую и наоборот. Таким образом, аккумулятор, имея возможность преобразовывать химическую энергию в электрическую, способен запасать ее и хранить в течение длительного времени. Заряжаясь, аккумулятор накапливает электрическую энергию, разряжаясь, отдает ее потребителю.
Первый аккумулятор (прототип современного свинцово-кислотного) был создан в 1860
г. Гастоном Планте и представлял собой две свинцовые полосы, разделенные пористым
изолятором и помещенные в раствор серной кислоты. Выполненный по такой схеме единичный
аккумуляторный элемент способен обеспечивать напряжение на выходе около 2 вольт.
Емкость такого аккумулятора была невелика, и рабочие характеристики достигались
только после многократных зарядно-разрядных циклов. Аккумулятор, аналогичный по
своей конструкции современному, был создан в 1881 г.
Положительно заряженная пластина (электрод) представляет собой свинцовую решетку
с активной массой из двуокиси свинца (PbO2), а электрод со знаком минус
— решетку с активной массой из губчатого свинца (Pb). Во избежание возникновения
короткого замыкания между пластинами, их разделяют пористыми сепараторами из изоляционного
материала. Собранные блоки помещаются в корпус и заливаются электролитом (раствором
серной кислоты плотностью 1.27-1.29 г/см
Если к аккумулятору подключить нагрузку, то свинцовые пластины с активной массой,
электролит и нагрузка образуют замкнутую цепь. Внутри аккумулятора начинается химическая
реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет менять первоначальный
состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат
свинца PbSO4), а плотность электролита начинает падать.
В итоге, в цепи
образуется направленное движение ионов, и течет электрический ток. Такой процесс
представляет собой разряд аккумулятора. При подключении к аккумулятору внешнего
источника тока начинается обратный процесс — заряд. При заряде активная масса пластин
восстанавливает свой первоначальный состав, плотность электролита растет. Эти химические
процессы можно описать следующими уравнениями:
| 1 – отpицательная пластина; 2 – сепаpатоp; 3 – положительная пластина; 4 – пpедохpанительная сетка; 5 – баpетка; 6 – штыpь; 7 – моноблок; 8 – уплотнительная мастика; 9 – положительный вывод; 10 – пpобка наливного отвеpстия; 11 – межэлементная пеpемычка; 12 – кpышка; 13 – отpицательный вывод |
— на положительной пластине: PbO2 + H2SO4 = PbSO4+ H2O + 2e — на отрицательной пластине: Pb + H2SO4 = PbSO4+ H2 — 2e |
Батареи первого поколения — батареи с жидким электролитом
Активной массой положительного электрода обычной батареи служит двуокись свинца,
отрицательного — чистый свинец, а электролитом — водный раствор серной кислоты.
Для повышения твердости и коррозионной стойкости электродов свинцовые решетки, удерживающие
активную массу, сначала легировали добавками сурьмы и мышьяка. Но сурьма способствует
повышенному расходу воды и снижению ЭДС аккумуляторной батареи в процессе эксплуатации.
Такое неудобство, как необходимость обслуживания классических батарей, заставила
производителей искать способы упрощения эксплуатации. Сначала было снижено содержание
сурьмы в пластинах, затем из отрицательных пластин сурьму вытеснил кальций. Гибридные
АКБ продолжали требовать долива воды, но уже гораздо реже. Применение кальция в
положительных пластинах привело к появлению батарей, теоретически не требующих долива
на протяжении всего срока эксплуатации.
Батареи второго поколения — герметизированные гелевые батареи (Gelled Electrolite)
В таких батареях кислотный электролит находится в гелеобразном состоянии благодаря добавлению в него соединений кремния. Гелевый электролит позволяет добиться полной герметичности батареи, так как все газовыделение происходит внутри сильно развитой системы пор в массе геля. Это решает проблему необслуживаемости АКБ.
Однако аккумуляторы с загущенным электролитом имеют несколько худшие нагрузочные
характеристики по сравнению с классическими АКБ: большие токи с них снять сложнее
из-за более высокого внутреннего сопротивления. Батареи с жидким электролитом лучше
работают при высоких токах нагрузки при коротких режимах.
Кроме того, гелевые батареи
критичны к температуре окружающей среды и стабильности зарядного напряжения. Для
их подзаряда нужно использовать зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность
напряжения заряда не хуже +/- 1% для предотвращения обильного газовыделения.
Батареи типа GEL наиболее устойчивы к глубоким разрядам и не нуждаются в обслуживании в течение всего срока службы при нормальных условиях эксплуатации. Но при их нарушении происходит быстрое старение батареи.
Батареи третьего поколения — герметизированные батареи с абсорбированным сепараторами электролитом AGM (Absorptive Glass Mat)
AGM-технология вновь вернулась к жидкой кислоте, но теперь электролит удерживается
в порах сепаратора из ультратонких стеклянных волокон, размещенных между электродами.
Такой сепаратор представляет собой пористую систему, в которой каппилярные силы
удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие
поры были заполнены, а крупные оставались свободными для свободной циркуляции газов.
Принцип рециркуляции такой же, как у гелевых АКБ: блуждая по порам сепаратора, газы
успевают «вернуться» в электролит, не покидая корпус аккумулятора. Таким образом,
AGM батареи также не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации.
Конструкция AGM батарей позволяет не только герметизировать корпус, но и сохранить работоспособность батареи даже в случае повреждений наружной оболочки. Они нечувствительны к колебаниям температуры, долговечны и виброустойчивы.
Но главное преимущество таких батарей — в стойкости к глубоким разрядам. Происходит это за счет повышенной плотности сборки блока пластин и удержания активной массы. Электролит «связан», и разряд аккумулятора не сопровождается его выпариванием с последующим окислением пластин, как это случается с традиционными АКБ.
Но, как и гелевые, AGM батареи чувствительны к превышению зарядного напряжения,
только причиной здесь является существенно меньшее количество электролита в них.
Поэтому единственным условием для длительной эксплуатации такого рода аккумуляторов
является правильный выбор зарядного устройства.
Версия для печати
Что такое аккумулятор — гелевые батареи, AGM и EFB?
В настоящее время помимо аккумуляторов «классической» конструкции (с жидким электролитом), так называемые SLI батареи, существуют также гелевые аккумуляторы и батареи, созданные по технологии AGM, а также по технологии EFB.
Гелевые батареи — это модификация стандартных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, в которых вместо жидкого электролита используется так называемый «загущенный»: в электролит добавляется загуститель, в результате чего он переходит из жидкого состояния в гелеобразное. «Гелеобразность» электролита предотвращает возможность его выливания и исключает газовыделение в процессе эксплуатации батареи.
Основной же недостаток, присущий гелевым батареям, — повышенное внутреннее сопротивление (следствие того, что электролит менее текучий). Это препятствует получению высоких токов, и именно поэтому гелевые батареи мало применяются в качестве стартерных автомобильных батарей и используются, в основном, в качестве резервных источников питания.
Батареи, созданные по EFB-технологии, являются промежуточным звеном между батареями «классической» конструкции (SLI) и AGM-батареями и характеризуются следующими свойствами:
- В 2 раза выше устойчивость к циклированию по сравнению с SLI батареями благодаря пленкам из полиэстера, нанесенным на положительные пластины.
- Улучшенный прием заряда.
- Повышенная плотность активной массы по сравнению с SLI батареями.
- Повышенный пусковой ток.
Пример применения технологии EFB — VARTA Blue Dynamic EFB (прежнее название — Start-Stop EFB).
Батареи конструкции AGM, к которым относятся, в частности, аккумуляторы OPTIMA, VARTA Silver Dynamic AGM (прежние названия — Start-Stop Plus и ULTRA Dynamic), BOSCH S5 AGM (прежнее название S6 HighTech), ENERGIZER Premium AGM, ATLAS ABX AGM, а также мотоциклетные аккумуляторные батареи VARTA Powersports AGM (FUNSTART AGM) и BOSCH M6 AGM, — это другой тип батарей, которые, с одной стороны, имеют положительные свойства гелевых батарей — способность работать в любом положении и отсутствие газовыделения при нормальном режиме эксплуатации — и одновременно с этим лишены присущих гелевым батареям недостатков.
Технология AGM (Absorbed Glass Mat) предполагает, что электролит в корпусе батареи находится не в свободном жидком или гелеобразном виде, а абсорбирован в высокопористой волокнистой стеклоткани-сепараторе, плотно прижатой к пластинам (при этом сам электролит – жидкий). В результате достигается высокая степень контакта электролита с активной массой пластин и, как следствие, снижается собственное сопротивление батареи.
AGM-батареи имеют совершенно уникальные эксплуатационные свойства:
- Существенно более высокие пусковые характеристики по сравнению с батареями SLI и более высокие по сравнению с EFB-аккумуляторами.
- AGM-батареи выдерживают в 3-4 раза больше циклов разряда-заряда, чем обычные свинцово-кислотные стартерные батареи.
- AGM-батареи способны выдерживать более глубокие разряды: если обычные свинцово-кислотные стартерные батареи можно разряжать на 10-15 % без возникновения необратимых повреждений, то AGM-батареи – на 25-30 %. Это означает, что AGM-батареи без участия генератора способны снабжать электропитанием более энергоемкие системы автомобиля.
- AGM-батареи принимают заряд в два-три раза быстрее, т.е. после разряда быстрее заряжаются до 100 %. Вследствие этого удается избежать длительно нахождения батареи в недозаряженном состоянии, что крайне губительно для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
Аккумуляторные батареи OPTIMA, обладая всеми преимуществами технологии AGM, отличаются еще и тем, что пластины в них не прямоугольные и плоские (как в батареях «классической» конструкции), а представляют собой длинные ленты, плотно скрученные в рулон (инновационная система SPIRALCEL®-TECHNOLOGY).
Вследствие использования такой конструкции батареи OPTIMA могут не только безопасно работать в любом положении и выдерживать вибрации, которые не может выдержать ни одна батарея «классической» конструкции, но и способны работать с поврежденным корпусом, например, с пробоинами. Конструкция SPIRALCEL®-TECHNOLOGY дает возможность использовать такие батареи не только в качестве стартерных и не только в автомобилях, но и для питания электроприборов, а также в качестве бортовых источников тока на катерах и яхтах. Кроме перечисленных преимуществ батареи OPTIMA имеют еще более высокие пусковые характеристики (ток холодной прокрутки) и более продолжительный срок службы.
Чтобы купить авто аккумулятор, воспользуйтесь формой подбора.
Аккумулятор — Энергетическое образование
Энергетическое образованиеМеню навигации
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ИНДЕКС
Поиск
Рис. 1. 9-вольтовая батарея. [1]
Аккумулятор — это устройство, которое накапливает энергию и затем разряжает ее путем преобразования химической энергии в электричество. Типичные батареи чаще всего производят электричество химическим путем за счет использования одного или нескольких гальванических элементов. [2] В батареях может использоваться и использовалось множество различных материалов, но наиболее распространенными типами батарей являются щелочные, литий-ионные, литий-полимерные и никель-металлогидридные.
Батареи могут быть соединены друг с другом последовательно или параллельно.
Существует большое разнообразие аккумуляторов, доступных для покупки, и эти разные типы аккумуляторов используются в разных устройствах. Большие батареи используются для запуска автомобилей, в то время как гораздо меньшие батареи могут питать слуховые аппараты. В целом, аккумуляторы чрезвычайно важны в повседневной жизни.
Ячейки
Ячейка — это отдельная единица, которая каким-то образом производит электричество. Вообще говоря, клетки генерируют энергию посредством термического, химического или оптического процесса.
Типичный элемент имеет две клеммы (называемые электродами ), погруженные в химическое вещество (называемое электролитом ). Два электрода разделены пористой стенкой или перемычкой , которая позволяет электрическому заряду проходить с одной стороны на другую через электролит. Анод — отрицательная клемма — получает электроны, а катод — положительная клемма — теряет электроны.
Этот обмен электронами позволяет создать разницу в потенциале или разнице напряжений между двумя терминалами, позволяя электричеству течь. [2]
В аккумуляторе может быть огромное количество элементов, от одного элемента в батарее типа АА до более 7100 элементов в аккумуляторе Tesla Model S мощностью 85 кВтч. [3]
Рис. 2. Схема в разрезе, показывающая строение щелочной батареи. [4]
Первичные элементы («сухие»)
В этих элементах химическое взаимодействие между электродами и электролитом вызывает необратимое изменение, то есть они не подлежат перезарядке . [2] Эти батареи предназначены для одноразового использования, что приводит к большему количеству отходов при использовании этих батарей, поскольку они утилизируются через относительно короткий период времени.
Вторичные элементы («влажные»)
Элементы этого типа (обозначаемые как влажные из-за использования жидкого электролита) генерируют ток через вторичный элемент в направлении, противоположном направлению первого/нормального элемента.
Это заставляет химическое действие идти в обратном направлении, эффективно восстанавливаясь, а это означает, что они перезаряжаемый . [2] Эти батареи могут быть более дорогими при покупке, но они производят меньше отходов, поскольку их можно использовать несколько раз.
Емкость батареи
Батареи часто оцениваются по выходному напряжению и емкости. Емкость — это продолжительность работы конкретной батареи в Ач (ампер-часах) [2] :
Аккумуляторы также можно классифицировать по их энергоемкости. Это делается либо в ватт-часах, либо в киловатт-часах.
Моделирование Phet
Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующее моделирование Phet. Эта симуляция исследует, как батареи работают в электрической цепи:
Для дополнительной информации
Для получения дополнительной информации см.
соответствующие страницы ниже:
- Серийная цепь
- Параллельная цепь
- Постоянный ток
- Диспетчерский источник электроэнергии
- Электрическая сеть
- Электрогенератор
- Или исследуйте случайную страницу!
Справочные материалы
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Р.Т. Пейнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, с. 3.4, стр. 89-94.
- ↑ Технологические исследования металлов. (По состоянию на 28 июля 2015 г.). Going Natural: решение графитовой проблемы Теслы [онлайн], доступно:
- ↑ Гиперфизика. (По состоянию на 28 июля 2015 г.). Углеродно-цинковые батареи [онлайн], доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/battery.html
| Векс | Закон США
Закон о правонарушениях
Нанесение побоев является умышленным правонарушением.
Когда человек умышленно вызывает вредный или оскорбительный контакт с другим человеком, это действие является побоищем. Однако, если истец прямо согласился на такое действие или дал подразумеваемое согласие, участвуя в конкретном событии или ситуации (например, занимаясь спортом с ответчиком), он не несет ответственности.
- Умышленное действие означает, что лицо действовало с желанием установить контакт или знает, что последствия этого контакта в значительной степени вероятны.
- Такое действие должно привести к контакту вредного или оскорбительного характера.
Вредный контакт батареи — это контакт, вызывающий физическое ухудшение или травму, в то время как оскорбительный контакт батареи — это контакт, который заставляет разумного человека с обычными чувствами чувствовать угрозу. Оскорбительный контакт обычно проходит объективную проверку, но если ответчик знает, что истец — сверхчувствительный человек, а разумный человек не почувствует, что контакт оскорбительный, то не может быть защитой.
Контакт может распространяться на все, что связано с личностью истца (например, на одежду человека).
Даже если истец не понесет фактический ущерб, он может потребовать возмещения номинального ущерба. Таким образом, их доказательство фактического вреда в батарее не требуется. Если ответчик действует со злым умыслом (например, преднамеренное игнорирование высокой вероятности причинения вреда), истец может потребовать возмещения штрафных убытков. За непредвиденные последствия ответчик по-прежнему может нести ответственность в соответствии с «правилом яичной скорлупы». Например, если ответчик ударил истца, который оказался больным гемофилией и истек кровью, он или она несет ответственность за весь ущерб, связанный с неправомерной смертью.
Уголовное право
Уголовно-правовые акты обычно объединяют два термина «нападение» и «нанесение побоев» в одно преступление «нападение».
- См. также: нападение и избиение
Побои – незаконное применение силы прямо или косвенно к другому лицу или его личным вещам, причиняющее телесные повреждения или оскорбительный контакт.
Попытка нападения является штурмом.
Как преступление с общим умыслом, нанесение побоев не требует конкретной мужской причины. Для защиты от побоев ответчик может доказать, что он получил согласие истца или что он действовал в защиту других лиц или в целях самообороны, даже если защита является лишь разумным убеждением, а не фактом.
Побои при отягчающих обстоятельствах — это побои, связанные с отягчающими обстоятельствами. Ответственность и наказание за нанесение побоев при отягчающих обстоятельствах обычно более суровые, чем за нанесение побоев.
На первый взгляд:
На первый взгляд дело о батарее содержит 4 компонента:
- Действия ответчика
- Подсудимый намерен вызвать контакт с жертвой
- Контакт подсудимого с жертвой вреден или оскорбителен
- Контакт ответчика заставляет жертву страдать от контакта, который является вредным или оскорбительным
[Последнее обновление в июле 2022 г.
