Акумулаторни батерии

Има много видове акумулаторни батерии в зависимост от тяхното приложение. За разлика от батериите за еднократна употреба, които се изхвърлят след работа, акумулаторните батерии могат да се презареждат и да отдават енергия многократно, докато зарядът им намалее до степен, след която не могат да се използват. Макар и по-скъпи от обикновените, акумулаторните батерии се използват за по-дълъг период от време и по-този начин стават по-ефективни и по-малко замърсяват околната среда. Друго предимство на презареждаемите батерии е, че те могат да бъдат поставени на мястото на обикновените, защото се произвеждат с еднакъв размер и напрежение. Зареждането на акумулаторните батерии може да отнеме минути или часове, в зависимост от вида на зарядното и дълбочината на разреждането преди това.

Вижте всички Акумулаторни батерии във Викиват ТУК

Видове акумулаторни батерии

Видовете акумулаторни батерии се различават по комбинациите от материали, от които са направени и приложението си.

1. NiCd никел-кадмиева батерия. Тези батерии имат ниска енергийна ефективност. Те са създадени на базата на никелов оксид хидрооксид и метален кадмий. Имат напрежение в електродите около 1.2 и се използват обикновено за:

• професионални електроинструменти;
• радиостанции;
• видеокамери;
• играчки;
• аварийно осветление;
• електрически самобръсначки;
• медицинско оборудване и др.

Тези батерии имат сравнително ниска цена и са едни от първите акумулаторни батерии, създадени, когато светът не е бил фокусиран така остро върху екологичните проблеми. Металите, от които е създадена никел-кадмиевата батерия са силно токсични и са трудни за рециклиране. В много страни в цената на тези батерии е включена и таксата за тяхната преработка и утилизация.

2. NiMH никел-метал хидридна батерия. Тя е разработена на базата на NiCd, като кадмия е заменен от водород. Никел-метал хидридните батерии имат по-висока енергийна стойност и не съдържа токсични метали. NiMH постепенно измества никел-кадмиевата батерия от приложенията и в потребителската електроника. Енергията в този вид батерия е около 40% по-висока от тази на NiCd батерия. Цената и е малко по-висока от никел-кадмиевата батерия, но има по висока енергийна плътност, по-дълъг живот и по-висока екологичност. Намира широко приложение в:

• мобилни телефони;
• лаптопи;
• видеокамери;
• медицински уреди;
• електрически четки за зъби;
• електрически самобръсначки;
• дребна електроника с ниска себестойност.

NiMH батерия не е подходяща за уреди консумиращи малко енергия, като часовници, телевизори, противопожарни аларми и др. Балансът между добри технически характеристики и цена, правят този вид батерия един от най-разпространените.

3. Li-ion литиево-йонна батерия. Електродите в тази батерия са съставени от литий и въглерод. Спрямо другите видове акумулаторни батерии, литиево йонните батерии имат по-малко тегло и по-висока плътност на енергията. Създадени са през деветдесетте години на миналия век. Те намират все по-широко приложение, заради предимствата си. Имат нисък саморазряд и не изискват пълни цикли от зареждане и разреждане, за да имат по-дълъг живот. Основни недостатъци на Li-ion батерии са стареенето и крехката структура. Животът на една литиево-йонна батерия е няколко години, затова непрекъснато се търсят нови химически комбинации от елементи, които да увеличат живота на този тип батерии. Основните им приложения са:

• батерии на лаптопи
• таблети;
• мобилни телефони;
• iPod и др.

Някои научни изследвания предупреждават за риска от самовъзпламеняване и пожар на тези батерии, ако не се спазват правилата за безопасна работа, затова авиокомпаниите не допускат товари, в които влизат Li-ion батерии.

4. LiPo литиево-йонна полимерна батерия. Тези акумулаторни батерии са произведени като по-добър вариант на Li-ion и ги превъзхождат по издръжливост. Имат по-висока енергийна плътност, по-дълъг живот и по-ниска степен на саморазряд. Използват се като захранване на същите електронни устройства, като Li-ion батерии, но намират приложение и в:

• дистанционно управлявани автомобили, лодки и самолети;
• хеликоптери и дронове.

Едно от основните им предимства е възможността да се произведат в различни форми и размери, така че да са подходящи за всеки вид устройство, за което са предназначени. Като недостатък се счита по-високата с около 30% цена.

5. LiFePO₄ литиево желязо фосфатна батерия (батерия от литиев ферофосфат). LiFePO₄ е естествен минерал от семейство оливин. Използван е за първи път като катод на акумулаторна батерия през 1996г. Предимствата на тази батерия пред Li-ion батерии е по-дълъг цикъл на разреждане, постоянно напрежение на разреждане (около 3.2V) до пълно разреждане, което позволява да се опрости R/C схемата и дори да се елиминира необходимостта от верига за регулиране на напрежението. Тази батерия е и по-безопасна от Li-ion батерии и LiCoO₂ литиево-кобалтовата батерия. Намира приложение в:

• електрически автомобили;
• скутери;
• електрически велосипеди;
• охранителни IR лампи за сигурност;
• соларни клетки;
• електронни цигари;
• фенерчета и др.

6. Оловно-киселинна батерия. При нея електродите се състоят от олово, оловен двуокис и електролит от разредена сярна киселина. Това са най-старите презареждащи се батерии. Те имат малка плътност на енергията, но поради ниската си цена и възможността за силнотоково захранване, те се използват най-вече за захранване на:

• моторните превозни средства;
• аварийни източници на енергия;
• UPS;
• системи за сигурност;
• захранване на стартери на различни машини.

Тези батерии не са екологични. Имат силно токсични материали, като олово-диоксиден катод, сярна киселина и оловен анод и не трябва да се изхвърлят в околната среда. Зареждат се по-бавно от другите акумулаторни батерии и трябва да се спазва точно големината на тока на зареждане. Като предимство може да се посочи по-дългия им живот спрямо Li-ion батерии и по-високият ток, който отдават. Освен това, те работят добре и при ниски температури.

7. NiFe никел-желязна батерия. Това също е батерия създадена отдавна (през 1899г.) В началото на 20-ти век е използвана за електрически превозни средства и жп сигнализация. За разлика от NiCd и оловно-киселата батерия, тя е напълно нетоксична. Вече не намира приложение.

Има и други видове акумулаторни батерии, като:

• литиево-сярна батерия;
• TFB (thin film battery);
• хибридна оловно кисела батерия с ултракондензатор;
• калиево-йонна батерия;
• натриево-йонна,

но те нямат широко приложение засега.

Вижте всички Акумулаторни батерии във Викиват ТУК

Приложения на акумулаторните батерии

Приложенията на акумулаторните батерии се увеличават с всеки изминал ден. В последните години има забележителни разработки използващи презареждаеми батерии. Те подпомагат транспорта, спестяват вредни емисии и намаляват разходите в много сфери на икономиката и ежедневния живот. Електрическите и хибридните автомобили, автобуси, влакове, мотоциклети и кораби навлизат все повече в бита на съвременния човек. Създаването на инвалидни колички за възрастни и трудноподвижни хора, захранвани с презареждаеми батерии, помага на тези хора да се придвижват, да се чувстват по-пълноценни граждани и да водят активен живот.

Но най-интензивно развитие на употребата на акумулаторни батерии се случи пред очите ни на пазара на автомобили. Електрическите автомобили навлязоха в светлината на прожекторите поради нарастващите разходи за гориво и от опасение за състоянието на околната среда. Хибридните превозни средства (HEV) също използват акумулаторни батерии. Те имат обичайния двигател с вътрешно горене, но той споделя работата си с електрическа система за задвижване на базата на акумулатори. Това води до икономия на гориво и повишена ефективност на превозното средство. Когато автомобилът спре на кръстовище, двигателят преобразува топлинната енергия в кинетична мощност, която зарежда батерията.

Акумулаторните батерии намират приложение и в космоса, като част от соларните системи за производство на енергия, захранваща международната космическа станция, както и многобройните сателити в орбита.

Не е преувеличено да се каже, че презареждаемите батерии са навсякъде около нас.

текст: инж. Д.Костов