Все об аккумуляторах: устройство, типы, характеристики и правила эксплуатации — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое аккумулятор и как он работает. Какие бывают типы аккумуляторов. Как правильно выбрать и эксплуатировать аккумулятор. Основные характеристики аккумуляторов. Как продлить срок службы аккумулятора.

Содержание

Что такое аккумулятор и как он устроен

Аккумулятор — это устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. Электрический аккумулятор преобразует электрическую энергию в химическую при заряде и обеспечивает обратное преобразование при разряде.

Основные компоненты аккумулятора:

Катод (положительный электрод)
Анод (отрицательный электрод)
Электролит (проводящая среда между электродами)
Сепаратор (разделитель электродов)
Корпус

При разряде аккумулятора на аноде происходит окисление активного вещества, а на катоде — восстановление. Электроны при этом движутся от анода к катоду по внешней цепи, совершая полезную работу. При заряде процессы идут в обратном направлении.

Основные типы аккумуляторов

Существует несколько основных типов аккумуляторов, различающихся по используемым в них электрохимическим системам:

Свинцово-кислотные (SLA)

Наиболее распространенный и дешевый тип аккумуляторов. Используются в автомобилях, источниках бесперебойного питания. Недостатки — большой вес, небольшое количество циклов заряда-разряда.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Обладают эффектом памяти, требуют полной разрядки. Выдерживают большое количество циклов. Используются в электроинструментах, радиостанциях.

Никель-металлгидридные (NiMH)

Более экологичная замена NiCd аккумуляторов. Имеют большую емкость, но меньший срок службы. Широко применяются в портативной электронике.

Литий-ионные (Li-ion)

Самый популярный тип для мобильных устройств. Высокая удельная емкость, отсутствие эффекта памяти. Требуют защиты от перезаряда и переразряда.

Литий-полимерные (Li-pol)

Разновидность литий-ионных с гелеобразным электролитом. Могут изготавливаться тонкими и гибкими. Используются в смартфонах, планшетах.

Основные характеристики аккумуляторов

При выборе аккумулятора важно учитывать следующие основные характеристики:

Номинальное напряжение

Стандартное напряжение аккумулятора. Зависит от типа электрохимической системы. Например, для свинцово-кислотных — 2 В на элемент, для литий-ионных — 3.6-3.7 В.

Емкость

Количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор. Измеряется в ампер-часах (А·ч). Чем больше емкость, тем дольше сможет работать устройство от аккумулятора.

Максимальный ток разряда

Наибольший допустимый ток, которым можно разряжать аккумулятор без вреда для него. Важен для мощных потребителей энергии.

Саморазряд

Потеря заряда аккумулятором при хранении. Измеряется в процентах от емкости за определенный период. Чем меньше саморазряд, тем лучше.

Количество циклов заряда-разряда

Число циклов полного заряда и разряда до снижения емкости аккумулятора до 80% от номинальной. Характеризует долговечность аккумулятора.

Правила эксплуатации аккумуляторов

Чтобы аккумулятор прослужил максимально долго, следует соблюдать ряд правил:

Заряжать аккумулятор специальным зарядным устройством, предназначенным для данного типа
Не допускать глубокого разряда аккумулятора
Избегать перезаряда аккумулятора
Не хранить длительное время в разряженном состоянии
Соблюдать температурный режим при эксплуатации и хранении
Не допускать коротких замыканий
Периодически проводить балансировку и обслуживание (для некоторых типов)

Как выбрать аккумулятор

При выборе аккумулятора следует учитывать несколько факторов:

Тип устройства, для которого предназначен аккумулятор
Требуемые характеристики — напряжение, емкость, максимальный ток

Условия эксплуатации — температура, вибрации, влажность
Габариты и вес аккумулятора
Необходимость обслуживания
Стоимость аккумулятора и его обслуживания

Желательно выбирать аккумуляторы проверенных производителей, которые гарантируют заявленные характеристики.

Современные тенденции в развитии аккумуляторов

Основные направления развития аккумуляторных технологий:

Увеличение удельной емкости
Повышение безопасности
Увеличение скорости заряда
Снижение стоимости производства
Улучшение экологичности
Создание твердотельных аккумуляторов
Разработка натрий-ионных аккумуляторов

Развитие аккумуляторных технологий имеет огромное значение для электротранспорта, возобновляемой энергетики и портативной электроники.

Всё, что нужно знать про аккумуляторы и аккумуляторные батареи

Аккумулятор (от лат. accumulator — собиратель), устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. Электрический аккумулятор преобразует электрическую энергию в химическую и по мере надобности обеспечивает обратное преобразование; используют как автономный источник электроэнергии. Аккумулятор, как электрический прибор, характеризуется следующими параметрами: электрохимической системой, напряжением, электрической емкостью, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы. А его состояние оценивается по совокупности значений трех его основных характеристик: реальной емкости, внутреннего сопротивления и тока саморазряда. При недооценке или игнорировании какого-либо из этих параметров или преувеличении важности одного из них (как правило, емкости) можно оказаться в ситуации «у разбитого корыта».

Типы аккумуляторов. По электрохимической системе в настоящее время для питания портативных устройств и оборудования наиболее широко распространены свинцово-кислотные SLA аккумуляторы, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH) и литий-ионные (Li-ion). Начинают появляться литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы.

Качество исполнения. А известно ли вам, что производители подразделяют элементы, которые устанавливаются внутри аккумулятора на три класса по качеству? Никто не пишет об этом и вы никогда не найдете упоминание классе используемых в аккумуляторе элементов на этикетке. Восполним этот пробел и поясним чем элементы класса А отличаются от элементов класса В и С. Впрочем, тут надо отметить, что у разных производителей границы различий элементов между классами могут отличаться в ту или иную сторону. Качественные и количественные характеристики приведены в таблице.

Кликните на изображении чтобы его увеличить

Просмотреть запись

Напряжение аккумулятора определяется тем у?трой?твом, для питания которого он предназначен. Если требуемое значение напряжения не обеспечивается одним элементом, то аккумулятор собирается из нескольких элементов, соединенных последовательно. Так например, для питания сотовых телефонов используются аккумуляторы с номинальным значением напряжения 2.4 В ( 2 NiMH элемента по 1.2 В), 3.6 В (1 Li-ion элемент или 3 NiMH элемента по 1.2 В), 4.8 В ( 4 NiMH элемента по 1.2 В), 6.0 В ( 5 NiCd или NiMH элемента по 1.2 В), 7.2 В ( 2 Li-ion элемента или 6 NiCd или NiMH элементов по 1.2 В).

Ёмкость аккумулятора, номинальная — это количество электрической энергии, которой аккумулятор теоретически должен обладать в заряженном состоянии. Количество энергии определяется при разряде аккумулятора постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения. Измеряется в ампер-часах (Ачас) или миллиампер-часах (mAчас). Ее значение указывается на этикетке аккумулятора или зашифровано в обозначении его типа. Практически эта величина колеблется от 80 до 110% от номинального значения и зависит от большого числа факторов: от фирмы-изготовителя, условий и срока хранения, от технологии ввода в эксплуатацию, технологии обслуживания в процессе эксплуатации, используемых зарядных устройств, условий и срока эксплуатации и т. д. Теоретически аккумулятор номинальной емкостью 600 мА*час может отдавать ток 600mA в течение одного часа, 60 мА в течение 10 часов, или 6mA в течение 100 часов. Практически же, при высоких значениях тока разряда номинальная емкость никогда не достигается, а при низких токах превышается. Для примера на рисунке приведены типовые характеристики разряда Li-ion и Li-polymer элементов при различных токах разряда.

Номинальное значение емкости аккумулятора часто обозначается буквой “C”, поэтому здесь и далее часто встречаются ссылки, подобные следующим: С, 1/10 C или C/10. Когда говорят о разряде аккумулятора, равном 1/10 C, это означает разряд током, величина которого равна десятой части от величины номинальной емкости аккумулятора. Так например, для аккумулятора емкостью 600 мА*час это будет разряд током 600/10 = 60mA. Подобно вышесказанному о разряде аккумуляторов, при заряде значение 1/10 C означает заряд током, равным десятой части заявленной емкости аккумулятора.

Внутреннее сопротивление аккумулятора, измеряемое в миллиомах (мОм, mOm), — это хранитель аккумулятора и в значительной степени определяет длительность его работы. При более низком внутреннем сопротивлении, аккумулятор может отдать в нагрузку больший пиковый ток, а значит и большую пиковую мощность. Высокое значение сопротивления делает аккумулятор ‘мягким’ и приводит к резкому уменьшению напряжения при резком увеличении тока нагрузки. Такой коллапс напряжения характеризует ‘слабость’ внешне хорошего аккумулятора, потому что запасенная энергия не может быть полностью выдана в нагрузку (вспомните закон Ома, примеч. переводчика). С другой стороны, ‘крепкий’ аккумулятор с низким внутренним сопротивлением отдает почти всю свою энергию в нагрузку. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от емкости элемента и числа элементов в аккумуляторе, соединенных последовательно. Измеряется внутреннее сопротивление аккумуляторов на специальных приборах — анализаторах аккумуляторов, например, типа Cadex C7000. Примерные значения внутреннего сопротивления для аккумуляторов различных электрохимических систем для сотовых телефонов при напряжении аккумулятора 3. 6 В приведены в таблице:

Кликните на изображении чтобы его увеличить

Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены. Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCd аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH — немного больше, а для Li-ion пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается. Так NiCd аккумуляторы за месяц могут потерять до 20% емкости, NiMH — до 30% и Li-ion до 8% от своей емкости. Величина саморазряда аккумулятора в значительной степени зависит от температуры окружающей среды. Так, при повышении окружающей температуры на 10 градусов по отношению с комнатной возможно увеличение саморазряда в два раза.

Эффект памяти — это обратимая потеря емкости, вызванная укрупнением кристаллических образований активного вещества аккумулятора и тем самым уменьшением площади его активной поверхности. Часто на эффект памяти списывают потерю емкости, вызванную неправильной эксплуатацией и (или) неправильным обслуживанием аккумуляторов. NiCd и в меньшей степени NiMH аккумуляторы подвержены воздействию эффекта памяти.

Cрок службы (срок эксплуатации) аккумулятора характеризуется количеством циклов заряда /разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих параметров: емкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Срок службы зависит от методов заряда, глубины разряда, процедуры обслуживания или его отсутствия, температуры и химической природы аккумулятора. Информация о степени влияния различных факторов на срок службы приведена на сайте компании Motorola Energy Systems Group . Кроме того, срок службы аккумулятора определяется временем. прошедшим со дня изготовления, особенно для Li-ion аккумуляторов. Аккумулятор, как правило, считается вышедшим из строя после уменьшения его емкости до 60 — 80 % от номинального значения. Для примера ниже на графике приведена типовая зависимость количества циклов заряда / разряда для Li-ion аккумулятора при нормальных условиях. В силу различных причин отдельные элементы в аккумуляторе могут иметь различную емкость и напряжение, что может отрицательно сказаться на его эксплуатационных параметрах.

Условия эксплуатации аккумуляторов определяются условиями эксплуатации элементов, которые находятся внутри аккумулятора. Для различных типов элементов разных производителей эти условия различны. Отличия заключаются в способности работы элементов в области минусовых температур и в температурных условиях для быстрого заряда. Соблюдая несложные правила приведенные ниже, вы обеспечите бесперебойную работу вашего аккумулятора в течение всего гарантийного срока эксплуатации:

Для увеличения срока службы и сохранения емкости аккумулятора не оставляйте его в холодных или теплых местах, например, в автомобилях летом и зимой или около радиаторов отопления. Всегда старайтесь хранить аккумулятор при температуре от 15 до 25°С (предельное значение температуры, как правило, от -10 до 45°С). Телефон с холодным аккумулятором временно может не работать, даже если он полностью заряжен, а при повышенной температуре быстро саморазряжается.

Время заряда зависит от типа аккумулятора и типа зарядного устройства (обратитесь за более подробными сведениями к руководству по эксплуатации своего телефона). Время заряда также зависит от температуры окружающего воздуха, оптимальная температура от 15°С до 25°С градусов. Никогда не заряжайте теплый или холодный аккумулятор. Сделайте выдержку времени для достижения аккумулятором комнатной температуры.

Старайтесь приобретать фирменные зарядные устройства, рассчитанные на заряд фирменных аккумуляторов. Дело в том, что дешевые универсальные настольные и автомобильные зарядные устройства сторонних производителей могут не обеспечивать требуемого алгоритма заряда фирменных аккумуляторов. Заряжайте Li-Ion аккумуляторы только в специально предназначенных для них устройствах.

Для надежной работы контакты аккумулятора и соответствующие контакты в телефоне должны быть чистыми и не иметь следов окисления. При необходимости удалите следы окисления резиновым ластиком.
Не допускайте соприкосновения и замыкания электрических контактов аккумулятора с металлическими предметами. Это огнеопасно и приведет к его повреждению. Храните аккумулятор в защитной упаковке.

Зарядные устройства можно классифицировать по типу заряжаемых аккумуляторов, по методу заряда и по конструктивному исполнению. В соответствии с тремя основными методами заряда существует и три основных типа зарядных устройств:

Стандартное (ночное) зарядное устройство – заряд постоянным током, равным 1/10 от величины номинальной емкости аккумулятора, в течение примерно 15 часов.
Быстрый зарядное устройство — заряд постоянным током, равным 1/3 от величины номинальной емкости аккумулятора в течение примерно 5 часов. Такие зарядные устройства снабжаются устройством разряда аккумулятора.
Ускоренный или дельта V (D V) заряд – заряд с начальным током заряда, равным величине номинальной емкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение на аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда примерно 1 час. Прекращение заряда основано на регистрации отрицательного перепада (спада) напряжения (Negative Delta V — NDV), появляющегося в герметичных NiCd и NiMH батареях при достижении ими состояния полного заряда. В NiMH этот спад меньше по величине, чем в NiCd, и потому используется в совокупности с другими методами для прекращения режима быстрого заряда NiMH батареи.

Анализаторы аккумуляторов. В отличие от зарядного устройства анализатор аккумуляторов — это прибор, специально разработанный для проведения технического обслуживания различных типов аккумуляторов и обеспечивающий:

Оптимальный разряд и заряд аккумуляторов в соответствии с рекомендациями их изготовителей. — Количественную оценку емкости и других параметров аккумуляторов.

Восстановление потерянной в результате эксплуатации номинальной емкости NiCd и NiMH аккумуляторов.
Одновременное независимое обслуживание аккумуляторов различных типов.

Конструкция аккумулятора для сотового телефона представляет собой пластмассовый корпус, в который помещены один или несколько элементов, соединенных последовательно, как правило со схемой управления. Непосредственно в элементах запасается электрическая энергия при заряде. От их качества зависит и качество аккумулятора. Мы используем в наших аккумуляторах элементы ведущих мировых производителей: Panasonic, Maxell, GS-Melcotec, Samsung, B&K. Схема управления обеспечивает управление процессом заряда и разряда, а в некоторых случаях дополнительно идентификацию аккумулятора. В NiMH аккумуляторах схема управления содержит минимум пассивных электро и радиоэлементов, в Li-ion и Li-polymer – она может содержать и микроконтроллер.

Покупка аккумулятора. При покупке нового телефона в комплекте, как правило, никаких проблем с аккумулятором на протяжении примерно года и даже более не возникает. Если Вы, конечно, не нарушаете общих правил эксплуатации аккумулятора, а также правил, характерных для данного типа аккумуляторов. Дело в том, что производители комплектуют свои телефоны оригинальными (фирменными) аккумуляторами, произведенными с полным соблюдением технологического процесса изготовления и контроля качества. Единственно, что требуется от потребителя, — это проконтролировать наличие в комплекте фирменного нового аккумулятора и правильно ввести его в эксплуатацию. Последовательность действий, совершаемых при этом, всегда приводится в инструкции по эксплуатации телефона, которая, безусловно, должна быть на русском языке. Но беда в том, что потребители инструкцию часто не читают.

Старайтесь покупать тот аккумулятор, который уже был в вашем телефоне. Или по крайней мере аналогичный.
Если вы приобретаете аккумулятор стороннего производителя (на них, как правило, вместо фирменного обозначения типа пишется что-нибудь вроде «For Motorola», «For Nokia» или вообще название какой-либо другой фирмы), то попытайтесь найти тех, кто их недавно покупал, покупал именно в этом месте, и узнайте их мнение.

В любом случае заручитесь возможностью вернуть аккумулятор обратно, если он вас не устроит, или продумайте, как вы будете отстаивать свои права в случае возврата аккумулятора с точки зрения закона о защите прав потребителя.

Сразу после покупки и проведения подготовки к эксплуатации несколько раз проконтролируйте время работы телефона с новым аккумулятором и сравните его с указанным в инструкции по эксплуатации для данного значения емкости. Хотя и приблизительно, но это позволит оценить его емкость. Сравните полученную продолжительность времени работы со временем работы на прежнем аккумуляторе (учтите разницу в емкости).

При покупке обратите внимание на то, что литий-ионный аккумулятор обязательно должен быть заряжен не менее чем на 60 — 80 %. Этот тип аккумуляторов не допускается хранить в разряженном состоянии. Никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы могут быть в разряженном состоянии.

Следует отметить и наличие небольшой вероятности приобретения новых, не соответствующих норме фирменных аккумуляторов, не говоря уже об аккумуляторах сторонних производителей. Это своего рода брак, вызванный или поставкой недоброкачественных аккумуляторов (а такие случаи бывают) по более низкой цене и выдаваемых продавцом за нормальные, или неправильными условиями их хранения на складах продавца.

Оптимальный вариант — это покупка аккумулятора, прошедшего проверку на специальном приборе (например, анализаторе аккумуляторов типа Cadex 7000) и процедуру подготовки к эксплуатации.

Вся информация про аккумуляторы

На этой странице мы собрали всю информацию об аккумуляторных батареях, которая представлена на нашем сайте и в блоге

Статьи в блоге

Расчет времени автономной работы ИБП от аккумуляторов
Ёмкость и срок службы аккумуляторов в зависимости от температуры
Как правильно выбрать аккумулятор для ИБП или инвертора
Аккумуляторы AGM и GEL (гелевые): что выбрать?
Аккумуляторы Delta: большое интервью с инженером компании
Как приходят в негодность аккумуляторы
Аккумуляторы для детских электромобилей: как продлить жизнь
Расчет автономной работы потребителя от аккумуляторов

Обзоры моделей

Обзор аккумуляторной батареи Delta DTM 12200 L
Обзор аккумуляторной батареи Delta DTM 12100 L
Обзор аккумуляторной батареи Delta HRL 12-100

Тяговые аккумуляторы

Обслуживание тяговых батарей с жидким электролитом
Определение даты производства тяговых аккумуляторов Trojan

Установка аккумулятора тягового аккумулятора
Профилактическое обслуживание и зарядка тяговых аккумуляторов
Хранение тяговых аккумуляторов
Утилизация тяговых аккумуляторов Trojan
FAQ
- Как можно точно измерить состояние заряда тягового аккумулятора?
- Когда следует выполнить зарядку тягового аккумулятора?
- Имеет ли моя тяговая батарея глубокого цикла остаточные заряды?
- Какова величина саморазряда у тяговой аккумуляторной батареи, когда она не используется?
- Какой мощности должно быть зарядное устройство для заряда тяговых батарей?
- Когда следует менять электролит в тяговых аккумуляторах?
- Как часто я должен подливать воду (электролит) в тяговые аккумуляторы?
- Каким должен быть правильный уровень электролита?
- Вы когда-нибудь добавляете кислоту в аккумулятор?
- Какие самые частые ошибки эксплуатации?
- Может ли тяговая аккумуляторная батарея замерзнуть?
- Как я могу узнать, что тяговый аккумулятор пришёл в негодность?
- Что обычно используется для чистки аккумуляторных батарей и нейтрализации электролита?
- Как температурные условия могут влиять на эффективность тяговых аккумуляторных батарей?
- Как определить какая должна быть ёмкость аккумулятора, если он находится в тепле или эксплуатируется на холоде?
- Как меняется зарядное напряжение для тяговых аккумуляторов в зависимости от температуры воздуха?
- Чем отличаются друг от друга батареи deep cycle, стартовые и двухцелевые?
- В чём преимущества и недостатки гелевых, AGM и свинцово-кислотных аккумуляторов глубокого цикла (deep cycle)?

Опросы

Как вы относитесь к аккумуляторам, сделанным в Китае?

DOE объясняет.

..Батарейки | Министерство энергетики

Офис Наука

Аккумуляторы и аналогичные устройства принимают, хранят и отдают электроэнергию по требованию. Батареи используют химию в форме химического потенциала для хранения энергии, как и многие другие повседневные источники энергии. Например, бревна и кислород хранят энергию в своих химических связях до тех пор, пока горение не преобразует часть этой химической энергии в тепло. Смеси бензина и кислорода накапливают химическую потенциальную энергию до тех пор, пока она не преобразуется в механическую энергию в двигателе автомобиля. Точно так же, чтобы батареи работали, электричество должно быть преобразовано в форму химического потенциала, прежде чем его можно будет легко хранить. Батареи состоят из двух электрических выводов, называемых катодом и анодом, разделенных химическим материалом, называемым электролитом. Для приема и высвобождения энергии батарея подключается к внешней цепи.

Электроны движутся по цепи, в то время как ионы (атомы или молекулы с электрическим зарядом) движутся по электролиту. В перезаряжаемой батарее электроны и ионы могут двигаться в любом направлении по цепи и электролиту. Когда электроны движутся от катода к аноду, они увеличивают химическую потенциальную энергию, тем самым заряжая батарею; когда они движутся в другом направлении, они преобразуют эту химическую потенциальную энергию в электричество в цепи и разряжают батарею. Во время зарядки или разрядки противоположно заряженные ионы перемещаются внутри батареи через электролит, чтобы сбалансировать заряд электронов, движущихся по внешней цепи, и создать устойчивую перезаряжаемую систему. После зарядки батарею можно отключить от цепи, чтобы сохранить химическую потенциальную энергию для последующего использования в качестве электричества.

Батарейки были изобретены в 1800 году, но их сложные химические процессы все еще изучаются. Ученые используют новые инструменты, чтобы лучше понять электрические и химические процессы в батареях, чтобы создать новое поколение высокоэффективных накопителей электроэнергии. Например, они разрабатывают улучшенные материалы для анодов, катодов и электролитов в батареях. Ученые изучают процессы в перезаряжаемых батареях, потому что они не полностью меняются местами при зарядке и разрядке батареи. Со временем отсутствие полного реверсирования может изменить химический состав и структуру материалов батареи, что может снизить производительность и безопасность батареи.

Вклад Управления науки Министерства энергетики США в исследования в области хранения электроэнергии

Исследования, проведенные при поддержке Управления науки Министерства энергетики США, Управления фундаментальных наук об энергетике (BES), привели к значительным улучшениям в области накопления электроэнергии. Но мы все еще далеки от комплексных решений для хранения энергии следующего поколения с использованием совершенно новых материалов, которые могут значительно увеличить количество энергии, которое может хранить батарея. Это хранилище имеет решающее значение для интеграции возобновляемых источников энергии в наше электроснабжение. Поскольку совершенствование аккумуляторных технологий необходимо для широкого использования подключаемых к сети электромобилей, хранение также является ключом к снижению нашей зависимости от нефти в качестве транспорта.

BES поддерживает исследования отдельных ученых и междисциплинарных центров. Крупнейшим центром является Объединенный центр исследований в области хранения энергии (JCESR), центр инноваций в области энергетики Министерства энергетики. Этот центр изучает электрохимические материалы и явления на атомном и молекулярном уровне и использует компьютеры для разработки новых материалов. Это новое знание позволит ученым разработать более безопасное хранилище энергии, которое прослужит дольше, быстрее заряжается и имеет большую емкость. По мере того, как ученые, поддерживаемые программой BES, добиваются новых успехов в науке об аккумуляторах, эти достижения используются прикладными исследователями и промышленностью для улучшения приложений в области транспорта, электросетей, связи и безопасности.

Хранение электроэнергии Факты

Нобелевская премия по химии 2019 года была присуждена совместно Джону Б. Гуденафу, М. Стэнли Уиттингему и Акире Йошино «за разработку литий-ионных аккумуляторов».
Электролитный геном в JCESR создал вычислительную базу данных с более чем 26 000 молекул, которые можно использовать для расчета основных свойств электролита для новых усовершенствованных аккумуляторов.

Ресурсы и соответствующие термины

Потребности в фундаментальных исследованиях для хранения электроэнергии следующего поколения
и геном электролита
Скрытая архитектура накопителя энергии
Заглядывая в аккумуляторы: рентгеновские лучи раскрывают тайны литий-ионных аккумуляторов
Активизация разработки литий-ионных аккумуляторов
Научное открытие: двоюродный брат поваренной соли может сделать накопление энергии более быстрым и безопасным

Научные термины могут сбивать с толку. Объяснения DOE предлагают простые объяснения ключевых слов и понятий в фундаментальной науке. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, помогая Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях по всему научному спектру.

Наука 101: Батарейки | Аргоннская национальная лаборатория

Что такое батарея?

Батарейки питают нашу жизнь, преобразуя энергию одного типа в другой.

Будь то традиционная одноразовая батарея (например, AA) или перезаряжаемая литий-ионная батарея (используемая в сотовых телефонах, ноутбуках и автомобилях), батарея накапливает химическую энергию и выделяет электрическую энергию.

Батарея состоит из четырех основных частей: катода (положительная сторона батареи), анода (отрицательная сторона батареи), сепаратора, предотвращающего контакт между катодом и анодом, и химического раствора, известного как электролит. что обеспечивает поток электрического заряда между катодом и анодом.

Литий-ионные батареи, которые питают мобильные телефоны, например, обычно состоят из катода, сделанного из оксидов кобальта, марганца и никеля, и анода, сделанного из графита, того же материала, что и многие карандаши. Катод и анод хранят литий.

При включении литий-ионного аккумулятора положительно заряженные частицы лития (ионы) перемещаются через электролит от анода к катоду. Происходят химические реакции, которые генерируют электроны и преобразуют накопленную в батарее химическую энергию в электрический ток.

Когда вы подключаете свой сотовый телефон к розетке для зарядки литий-ионной батареи, химические реакции идут в обратном направлении: ионы лития возвращаются от катода к аноду.

Пока ионы лития перемещаются туда-сюда между анодом и катодом, существует постоянный поток электронов. Это обеспечивает энергию для поддержания работы ваших устройств. Поскольку этот цикл можно повторять сотни раз, этот тип батареи является перезаряжаемым.

Батареи и Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США

Компания Argonne признана мировым лидером в области аккумуляторных технологий. За последние шестьдесят лет ключевые открытия лаборатории укрепили промышленность США по производству аккумуляторов, способствовали переходу автомобильного парка США на подключаемые гибриды и электромобили, а также позволили более широко использовать возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца.

Исследования лаборатории охватывают все аспекты разработки аккумуляторов, от прорыва в фундаментальной науке Объединенного центра исследований в области хранения энергии под руководством Аргонна, центра инноваций в области энергетики Министерства энергетики, до Аргоннского совместного центра исследований в области хранения энергии, межлабораторного коллектива. ученых и инженеров, которые решают сложные проблемы с батареями посредством междисциплинарных исследований.

Исследователи из Аргонны также изучают, как ускорить переработку литий-ионных аккумуляторов в Центре ReCell при Министерстве энергетики США. Калифорния в Технологическом университете Сан-Диего и Мичигана.

Еще один взгляд на «Батареи 101» можно найти в DOE Explains.

Родственные организации

Батареи на основе лития питают нашу повседневную жизнь, от бытовой электроники до национальной обороны.

Скачать PDF

Литий-ионный аккумулятор — это тип перезаряжаемой батареи. Он состоит из четырех основных частей:

1 Катод (положительная сторона), обычно представляет собой комбинацию оксидов никеля, марганца и кобальта
2 Анод (отрицательная сторона), обычно сделанный из графита, того же материала, что и многие карандаши
3 Сепаратор , предотвращающий контакт между анодом и катодом
4 Химический раствор, известный как электролит , перемещающий ионы лития между катодом и анодом.