Чому саме свинець і сірчана кислота?

Часто покупці задають питання - а чи немає у продажу більш сучасних АКБ? Чому продавці пропонують лише «традиційні» свинцево-кислотні акумуляторні батареї, винайдені ще в 1859 році? І чому їм на заміну не прийшли більш сучасні нікель-кадмієві, нікель-металгідридні, літій-іонні акумулятори? Вони більш місткі, в них не містяться токсичні кислота і свинець.

Відповідь проста - у них є недоліки, неприпустимі для автомобільних акумуляторів. У нікель-кадмієвих - високий рівень саморазряда, «ефект пам'яті», що утруднює його підзарядку, і велика, ніж у свинцю, токсичність кадмію. У нікель-металгідридних рівень саморозряду ще більше. Літій-іонні акумулятори вибухонебезпечні, дорогі і втрачають заряд при низьких температурах. Зарядити літій-іонну батарею непросто: потрібен спеціальний зарядний пристрій, Що працює за певним алгоритмом.

Так що «за сумою показників» саме свинцево-кислотні батареї сьогодні залишаються оптимальним варіантом з усіх можливих.

Кальцієва або «гібридна»?

Покупців лякає слово «гібридна» на маркуванні АКБ. А продавець не завжди може пояснити, в чому полягає ця «гибридность».

Стандартна АКБ складається з шести послідовно з'єднаних в одному корпусі акумуляторних «банок». У кожній банці чергуються позитивні і негативні пластини електродів, покриті шаром активної маси - у позитивних з діоксиду свинцю, у негативних - з губчатого свинцю. Електроди (вони робляться у вигляді решіток) виготовляють з свинцевого сплаву. Але чистий свинець - матеріал неміцний, і тому його легують - додають в сплав невеликі порції сурми або кальцію.

«Чисто» сурм'яних акумуляторів сьогодні практично немає - сурма є каталізатором електролізу води, і такий акумулятор часто «закипає». Щоб вирішити проблему википання, сурму стали замінювати кальцієм.

Так що зараз на ринку продають або «гібридні» АКБ (позитивні електроди з добавкою сурми, а негативні - з добавкою кальцію), або чисто «кальцієві» (всі електроди зроблені з свинцево-кальцієвого сплаву). У «кальцієвої» батареї є свої переваги - зокрема, низький рівень саморозряду (втрата 50% ємності за 18-20 місяців) і мінімальний витрата води через випаровування (1 г / Ач). Однак у них є недолік - після двох-трьох глибоких розрядів таку АКБ неможливо зарядити. У «гібридної» батареї таких проблем немає. Але витрата води в ній в півтора-два рази більше, ніж у «кальцієвої», - позначається наявність сурми. І рівень саморозряду вище (втрата половини ємності за 12 місяців). Але при цьому «гібридні» батареї теж не вимагають «обслуговування», тобто доливання дистильованої води в електроліт.

Рідкий або гелевий?

Електроди АКБ поміщені в електроліт, в розчин сірчаної кислоти. Відповідно, існує два види батарей: з рідким електролітом і «не рідким» електролітом. Найбільш поширені АКБ з рідким електролітом - як більш прості і, відповідно, більш дешеві. Крім того, запасу енергії в них вистачає на всі споживачі в стандартному автомобілі.

За батареям з «не рідким» електролітом (іноді їх все скопом помилково називають «гелевими») - питання більш складне. Батареї, в яких електроліт дійсно доведений до стану гелю за допомогою силикагелей, в даний час використовуються вкрай рідко: лише в мотоциклах, та й то ексклюзивних. У батареях з «не рідким» електролітом все вільне місце між електродами заповнюється мікропористим матеріалом, який просочується електролітом. Це технологія AGM (Absorbed Glass Material), яка забезпечує підвищення ефективності активної маси за рахунок кращого поглинання кислоти, що дає більш високий пусковий струм, стійкість до глибокого розряду, довговічність. Саме такі АКБ найкраще підходять для автомобілів з системою Start & Stop і системою рекуперації енергії гальмування. Але вони - не «гелеві» ...

На ринку сьогодні затребувані АКБ з «проміжної» технологією - EFB (Enhanced Flooded Battery). Її ще називають «технологія вологого електрода». В такому акумуляторі на електроди надіті своєрідні «конверти» з мікроволокна. Вони теж утримують електроліт, ніж забезпечує стабільність до циклічного розряду. Але сам акумулятор заповнений рідким електролітом.

Полярність - Азія чи Європа?

Перш ніж пропонувати покупцеві акумулятор, варто запитати у нього, в якій країні зібраний його автомобіль. Тому що азіатські і європейські машини спроектовані під різне розташування клем на АКБ.

Простіше кажучи, «пряма», вона ж «європейська», полярність - це коли при положенні батареї «клеми ближче до вас» плюсова клема знаходиться зліва, а мінусова - справа. У батареї з «зворотної», тобто «азіатської», полярністю все рівно навпаки. Крім того, у «Європи» і «Азії» може відрізнятися і діаметр контактних клем. Наприклад, на типі Euro (Type 1) «плюсова» клема діаметром 19,5 мм, а «мінусова» - 17,9 мм. А у типу Asia (Type 3) «плюсова» має діаметр 12,7 мм, а «мінусова» - 11,1 мм. Тому на європейську машину (до речі, сюди входять і «корейці», зібрані у нас в Росії) встановити японський акумулятор ще можна: існують перехідники з тонких клем на «товсті» європейські.

Крім того, існує кілька типорозмірів акумуляторів. І цілком може бути, що «азіат» просто не встане на штатне місце через те, що він менше або більше ...

Що насправді важливо

Продавці кажуть: покупець майже завжди не знає, що йому насправді потрібно. І тому у нього виникають всі ці питання з приводу «кальцієвих», «гелевих», «літій-іонних», «японських» АКБ. А тому продавцю важливо пояснити покупцеві, чого ж він хоче - і чому він хоче саме це!

Отже, найважливішими для АКБ є три параметра.

1. Номінальна електрична ємність (Ач), вона визначається віддається енергією повністю зарядженій батареї при двадцятигодинної розряді. Наприклад, позначення 6СТ-60 означає, що батарея протягом 20 годин буде віддавати струм 3 А і при цьому в кінці напруга на клемах не впаде менше 10,8 В. Однак це зовсім не означає лінійну залежність часу розряду від розрядного струму. Цілу годину стабільно віддавати енергію батарея не зможе.

Є і «неофіційний» параметр - «резервна ємність». Вона вимірюється в хвилинах - скільки акумулятор може працювати за себе і за генератор. Наприклад, резервна ємність АКБ легкового автомобіля при навантаженні 25 А і падінні напруги до 10,5 В повинна становити не менше 90 хвилин.

2. Номінальна напруга - для АКБ легкового автомобіля воно становить 12 В. Воно може знизитися при розряді батареї і великий струмового навантаження. Але експериментувати, встановлюючи АКБ з більш високою напругою, не варто ...

3. Струм холодної прокрутки (CCA - Cold Cranking Amperes). Цей параметр особливо важливий в Росії: він являє собою величину струму, який батарея здатна віддати при температурі -18 ° С протягом 10 секунд, напругою не менше 7,5 В. Чим вище струм холодної прокрутки, тим легше двигун буде запускатися взимку.

Всі ці параметри є в маркуванні на корпусі АКБ.

Про що говорити з покупцем?

Перш за все, продавець повинен вислухати, що у клієнта погано світить, слабо і недовго крутиться, а дроти для «прикурювання» є не у всіх. І тільки потім запитати:

а) Скільки років автомобілю?

б) Країна виробництва?

в) Їздить чи покупець взимку або в холодну пору ставить його на прикол?

г) Обладнаний автомобіль Start & Stop і системою рекуперації енергії гальмування?

д) Коштує машина вночі в гаражі або «під вікнами» у дворі?

е) тюнінгованих чи автомобіль, чи встановлено на ньому додаткове електрообладнання: підігрівачі, нештатна освітлювальна техніка і т.д.?

ж) І самий головне питання - на яку суму покупки розраховує покупець?

Якщо у покупця «літня» або тюнингованная машина, то варто порекомендувати акумулятор з більшою ємністю, наприклад замість 50 Ач взяти 55 Ач. Але не треба «переборщувати» - генератори мають строго певну потужність і перевантажувати їх не рекомендується. Та й змушувати покупця платити зайві гроші теж не варто.

Якщо ж автомобіль - «позашляховик» або «паркетник» і їздять на ньому любителі заміських поїздок, то як раз їм варто порекомендувати акумулятор AGM. У таких АКБ досить високий, до 135%, струм холодної прокрутки, більш висока стійкість до циклів і дуже висока здатність до глибокого розряду.

З розвитком технологій пристрої роблять більш компактними, функціональними та мобільними. Заслуга такого досконалості акумуляторні батареї, Які живлять пристрій. За весь час винайдено багато різних видів акумуляторів, які мають свої переваги і недоліки.

Здавалося б, перспективна десяток років тому технологія літій іонних батарей, вже не відповідає вимогам сучасного прогресу для мобільних пристроїв. Вони недостатньо потужні і швидко старіють при частому використанні або довгому зберіганні. З тих пір виведені підвиди літієвих батарей, такі як літій-залізо-фосфатні, літій-полімерні і інші.

Але наука не стоїть на місці і шукає нові способи ще більш кращого збереження електроенергії. Так, наприклад, винаходять інші типи батарей.

Літій-сірчані батареї (Li-S)

літій сірчана технологія дозволяє отримувати батареї і енергоємністю яка в два рази перевищує за їх батьків літій іонних. Без істотної втрати в ємності такий тип батарей можна перезарядити до 1500 разів. Перевага батареї ховається в технології виготовлення і компонування, де використовується рідкі катод з вмістом сірки, при цьому він відділений спеціальною мембраною від анода.

Літій сірчані батареї можна використовувати в досить широкому діапазоні температур, а собівартість їх виробництва досить низька. Для масового застосування треба усунути недолік виробництва, а саме утилізація сірки, яка шкідлива для екології.

Магнієво-сірчані батареї (Mg / S)

До останнього часу не можна було об'єднати використання сірки і магнію в одній комірці, але не так давно вчені змогли це зробити. Для їх роботи потрібно було винайти електроліт, який би працював з обома елементами.

Завдяки винаходу нового електроліту за рахунок утворення кристалічних вчащає, які стабілізують його. На жаль, але дослідний зразок на даний момент не довговічний, і в серію таке батареї скоріше за все не підуть.

Фторид-іонні батареї

Для перенесення зарядів між катодом і анодом в таких батареях використовується аніони фтору. Цей тип акумуляторів має ємність які в десятки разів перевищує за звичайні літій іонні батареї, а також може похвалитися меншою пожежонебезпекою. В основі електроліту лежить лантану барію.

Здавалося б, перспективний напрямок розвиток батарей, але і воно не позбавлене недоліків дуже серйозна перешкода для масового використання - це робота акумулятора тільки при дуже високих температурах.

Літій-повітряні батареї (Li-O2)

Разом з технічними досягненнями людство вже замислюється про нашу екології та шукає все більш і більш чисті джерела енергії. В літій повітряних акумуляторах замість оксидів металу в електроліті застосовується вуглець, який вступаючи в реакцію з повітрям створює електричний струм.

Щільність енергії становить до 10 кВтг / кг, що дозволяє їх використовувати в електромобілях і мобільних пристроях. Чекає швидке появи для кінцевого споживача.

Літій-нанофосфатние батареї

Цей тип батарей є наступним покоління літій іонних батарей, серед переваг який є висока швидкість заряду і можливістю високої віддачі струму. Для повного заряду, наприклад, потрібно коло 15 хвилин.

Нова технологія використання особливих наночастинок, здатних забезпечувати більш швидкий потік іонів дозволяють збільшити кількість циклів заряду - розряду в 10 разів! Само собою, вони мають слабкий саморазряд і відсутній ефект пам'яті. На жаль, але, широкому поширенню заважає велика вага акумуляторів і необхідність в спеціальній зарядці.

Як висновок, можна сказати одне. Ми скоро будемо спостерігати повсюдне використання електромобілів і гаджетів, які зможуть працювати дуже великий час без підзарядки.

Електро новини:

Автоконцерн BMW представив свій варіант електровелосипеда. Електричний велосипед BMW оснащений електромотором (250 Вт) Розгін до швидкості до 25 км / ч.

Беремо сотню за 2,8 секунди на Електроавтомобіль? З чуток, оновлення P85D дозволяє скоротити час розгону з 0 до 100 кілометрів на годину з 3,2 до 2,8 секунди.

Іспанські інженери розробили акумулятор на якому можна проїхати більше 1000 км! Вона дешевше на 77% і заряджається всього за 8 хвилин

Відносно акумуляторів діє правило «все або нічого». Без енергетичних накопичувачів нового покоління не буде ні перелому в енергетичній політиці, ні на ринку електромобілів.

Закон Мура, постуліруемий в IT-індустрії, обіцяє збільшення продуктивності процесорів кожні два роки. Розвиток акумуляторів відстає: їх ефективність збільшується в середньому на 7% на рік. І хоча літій-іонні батареї в сучасних смартфонах працюють всі довше і довше, це багато в чому пов'язано з оптимізованої продуктивністю чіпів.

Літій-іонні батареї домінують на ринку через їх малу вагу і високої щільності накопичуваної енергії.

Щорічно мільярди акумуляторів встановлюються в мобільні пристрої, електромобілі і системи для зберігання електрики від поновлюваних джерел енергії. Однак сучасна техніка досягла своєї межі.

Доброю новиною є те, що наступне покоління літій-іонних батарей вже майже відповідає вимогам ринку. Як акумулює матеріалу в них застосовується літій, який теоретично дозволяє в десять разів збільшити щільність зберігання енергії.

Поряд з цим наводяться дослідження інших матеріалів. Хоча літій і забезпечує прийнятну щільність енергії, проте мова йде про розробки на кілька порядків оптимальніше і дешевше. Зрештою, природа могла б надати нам кращі схеми для високоякісних акумуляторів.

Науково-дослідні лабораторії університетів розробляють перші зразки органічних акумуляторів. Однак до виходу таких біобатарей на ринок може пройти не одне десятиліття. Місток в майбутнє допомагають протягнути малогабаритні батареї, які заряджаються шляхом уловлювання енергії.

Мобільні джерела живлення

За даними компанії Gartner, в цьому році буде продано понад 2 млрд. Мобільних пристроїв, в кожному з яких встановлений літій-іонний акумулятор. Ці акумулятори сьогодні вважаються стандартом, почасти тому, що вони дуже легкі. Проте вони мають максимальну щільністю енергії тільки 150-200 Вт · год / кг.

Літій-іонні батареї заряджаються і віддають енергію шляхом переміщення іонів літію. При зарядці позитивно заряджені іони рухаються від катода через розчин електроліту між шарами графіту анода, накопичуються там і приєднують електрони струму зарядки.

При розрядці вони віддають електрони в контур струму, іони літію переміщаються назад до катода, в якому вони знову зв'язуються з перебувають в ньому металом (в більшості випадків - кобальтом) і киснем.

Ємність літій-іонних акумуляторів залежить від того, яка кількість іонів літію може розташовуватися між шарами графіту. Однак завдяки кремнію сьогодні можна домогтися більш ефективної роботи акумуляторів.

Для порівняння: для зв'язування одного іона літію потрібно шість атомів вуглецю. Один атом кремнію, навпаки, може утримувати чотири іона літію.

Літій-іонний акумулятор зберігає свою елетроенергіі в літії. При зарядці анода атоми літію зберігаються між шарами графіту. При розрядці вони віддають електрони і переміщаються у вигляді іонів літію в шарувату структуру катода (кобальтит літію).

Кремній підвищує ємність

Ємність акумуляторів зростає при включенні кремнію між шарами графіту. Вона збільшується в три-чотири рази при з'єднанні кремнію з літієм, проте після декількох циклів зарядки графітовий шар розривається.

Вирішення цієї проблеми знайдено в стартап-проект Amprius, Створеному вченими з Стенфордського університету. Проект Amprius отримав підтримку таких людей, як Ерік Шмідт (голови ради директорів Google) і лауреат Нобелівської премії Стівен Чу (до 2013 року - міністр енергетики США).

Пористий кремній в аноді збільшує ефективність літій-іонних акумуляторів до 50%. В ході реалізації стартап-проекту Amprius ж зроблені перші кремнієві акумулятори.

В рамках цього проекту доступні три методи вирішення «проблеми графіту». Перший з них - застосування пористого кремнію, Який можна розглядати як «губку». При збереженні літію він вкрай мало збільшується в обсязі, отже, шари графіту залишаються неушкодженими. Amprius може створити акумулятори, які зберігають до 50% більше енергії, ніж звичайні.

Більш ефективно, ніж пористий кремній, накопичує енергію шар кремнієвих нанотрубок. В прототипах було досягнуто майже дворазове збільшення зарядної ємності (до 350 Вт · год / кг).

«Губка» і трубки повинні бути раніше покриті графітом, так як кремній вступає в реакцію з розчином електроліту і тим самим зменшує час роботи акумулятора.

Але є і третій метод. Дослідники проекту Ampirus впровадили в вуглецеву оболонку групи частинок кремнію, Які безпосередньо не стикаються, а забезпечують вільний простір для збільшення часток в обсязі. Літій може накопичуватися на цих частках, а оболонка залишається неушкодженою. Навіть після тисячі циклів зарядки ємність прототипу знизилася тільки на 3%.

Кремній з'єднується з декількома атомами літію, але при цьому розширюється. Для запобігання руйнуванню графіту дослідники використовують структуру рослини граната: вони вводять кремній в графітові оболонки, розмір яких досить великий, щоб додатково приєднувати літій.

Перші досліди, які показали можливість акумулювати, тобто нагромаджується електричну енергію, Були зроблені незабаром після відкриття італійським вченим Вольтою явищ гальванічного електрики.

У 1801 році французький фізик готерів, пропускаючи через воду за допомогою платинових електродів струм, виявив, що після того, як струм через воду перерваний, можна, з'єднавши між собою електроди, отримати короткочасний електричний струм.

Вчений Ріттер проробляв потім той же досвід, вживаючи замість платинових елекродов електроди з золота, срібла, міді і т. Д. І відокремлюючи їх один від одного шматками сукна, просоченими розчинами солей, він отримав перший вторинний, т. Е. Здатний віддавати накопичену в ньому електричну енергію, елемент.

Перші спроби створити теорію такого елемента були зроблені Вольтою, Маріаніні і Бекерел, які стверджували, що дія акумулятора залежить від розкладання електричним струмом розчинів солей на кислоту і луг і що ці останні потім, з'єднуючись, дають знову електричний струм.

Ця теорія була розбита в 1926 році дослідами Деряріва, який першим застосував в акумуляторі підкислену воду.

Підкислена вода при проходженні струму розкладається, очевидно, на кисень і водень, і цьому розкладанню елемент і зобов'язаний своїм подальшим дією. Це положення блискуче довів Грове, побудувавши свій знаменитий газовий акумулятор, що складається з пластин, опущених в підкислену воду і оточених у верхній частині: одна - воднем і інша - киснем. Однак, акумулятор в такому вигляді був дуже непрактичний, так як для запасання великих кількостей електрики потрібно зберігати дуже велика кількість газів, які займали великий обсяг.

Велике практичне вдосконалення в розвитку акумуляторів було внесено в 1859 році Гастоном Планте, який в результаті довгого ряду дослідів прийшов до типу акумулятора, що складається з свинцевих пластин з великою поверхнею, Які при заряжении струмом покривалися окисом свинцю, а. виділяючи кисень і рідина, віддавали електричний струм.

Планте брав дві смуги з листового свинцю, прокладав між ними смуги сукна і звертав смуги навколо круглої палиці. Потім вийшов згорток він стягував гумовими кільцями і ставив в посудину з підкисленою водою. При багаторазовому заряджання і розрядки такого акумулятора, на поверхні пластин утворювався активний діючий шар, який брав участь в процесі і надавав елементу велику ємність. Однак необхідність дуже великого числа зарядів і розрядів акумулятора Планте для надання йому деякої ємності, дуже сильно здорожувало вартість акумулятора і ускладнювало його вироблення.

Наступним удосконаленням, який привів акумулятор до його сучасного вигляду, Було застосування в 1880 році Каміллом Фором ґратчастих свинцевих пластин, осередки решіток яких були набиті спеціально приготованою масою, .ізготовленной заздалегідь. Цей процес сильно спростив і здешевив виготовлення акумуляторів, звівши формовку акумулятора до дуже нетривалого процесу.

Подальші удосконалення в історії свинцевих акумуляторів йшли вже по шляху поліпшення застосованого Фором способу заповнення і формування ґратчастих пластин, не вносячи різких змін в конструкцію акумулятора. Паралельно з розвитком свинцевих акумуляторів, що володіють рядом великих і непереборних недоліків, як, наприклад, велику вагу на одиницю ємності, неможливість збереження без псування в розрядженому стані і т. Д., Йшла розробка можливостей застосування для виготовлення акумуляторів та інших металів, крім свинцю.

Що потрібно знати про акумулятор для автомобіля

Власники автомобілів, які розбираються в пристрої свого «залізного коня», розуміють важливість такої деталі, як акумулятор. Якщо він несправний, то двигун машини в штатному режимі завести не вдасться. Тому всім автовласникам бажано мати уявлення про призначення АКБ, принцип роботи і про те, як правильно вибрати акумулятор для своєї машини. У нас на сайті є багато статей, присвячених різних аспектів експлуатації акумуляторів для автомобіля. У цьому матеріалі ми спробували зібрати всю інформацію про акумуляторні батареї воєдино. Стаття орієнтована на новоспечених власників автомобілів і дає загальну інформацію про автомобільний акумулятор.

Автомобільний акумулятор являє собою різновид електричної АКБ. Застосовується на автомобільних і мотоциклетних транспортних засобах. Призначення акумулятора полягає в запуску двигуна, а також виконанні функцій джерела живлення в бортовій мережі машини при заглушеному моторі. Автомобільний акумулятор також виступає в ролі стабілізатора напруги бортової мережі транспортного засобу.

Найбільш поширеними є АКБ з номінальною напругою 12 вольт. Їх можна зустріти на легкових автомобілях, Мікроавтобусах, легких і середніх вантажівках. Акумулятори з напругою 6 вольт застосовуються на мотоциклетної техніки. А батареї з напругою 24 вольта експлуатуються на важких вантажівках, спеціальної та військової техніки.

Для запуску двигуна потрібно його прокрутка, яку забезпечує стартер. А харчування стартера забезпечує акумуляторна батарея. Тому їх ще часто називають стартерний АКБ. У цей момент стартер споживає великий струм (кілька сотень ампер), розряджаючи батарею автомобіля. Після того, як машина завелася, вироблення електроенергії в бортовій мережі забезпечує генератор. Схема побудована так, що при поїздці на автомобілі, акумулятор заряджається і заповнює заряд, який був відданий під час запуску двигуна.

Історія виникнення і розвитку АКБ

перші зразки акумуляторних батарей з'явилися понад 200 років тому, ще на зорі електротехніки. Одним з перших кроків в цьому напрямку зробив італійський фізик Алесандро Вольта в 1800 році. Він зібрав джерело живлення, в якому мідні і цинкові пластини був поміщені в кислоту для проходження електричного струм.

Винахід отримав назву «батареї Вольта». Кількома роками пізніше фізик Джоан Вільгельм з Німеччини створив сухий гальванічний елемент і АКБ. Ці винаходи не мали безпосереднього відношення до автомобільних акумуляторів, але були важливим кроком на шляху до них.

Через півстоліття Вільгельм Зінстеден виявив і досліджував електрохімічний процес, який ліг в основу майбутніх автомобільних АКБ. Він з'ясував, що якщо через свинцеві пластини, занурені в сірчану кислоту, пропускати електричний струм, то на позитивно зарядженому електроді утворюється двоокис свинцю. При цьому негативно заряджений електрод ніяк не змінюється. При замиканні цього пристрою виникав струм, і він був присутній до моменту повного розчинення двоокису свинцю в кислоті. Але Зінстеден лише вивчив дане явище і ніяк не втілив його на практиці.

І ось в 1859 році Гастон Планте створює на базі цього процесу перший зразок свинцево-кислотного акумулятора. Можна сказати, що це і був прабатько акумулятора для автомобіля. Ця батарея включала в себе 2 пластини з свинцю, які були надіті на циліндр з дерева і розділені прокладкою з тканини. Ця конструкція містилася в ємність з підкисленим розчином і підключалася до електричної батареї. Після проведення заряду АКБ деякий час видавала електричний струм постійного значення.

Акумуляторна батарея Планте була невеликою ємність і швидко розряджалася. Тому французький вчений став займатися підготовкою поверхні електродів. Він виявив, що для збільшення ємності їх потрібно зробити максимально пористими. З цією метою він пропускав струм в протилежному напрямку через розріджену батарею. Даний прийом він назвав формуванням пластин і робив його багато разів поспіль для нарощування оксиду свинцю на поверхні пластин. Широке поширення такі акумуляторні батареї отримали після винаходу динамо-машини, тобто, після того, як з'явилася можливість швидкого заряду АКБ.

Камілл Фор в 1882 році значно просунувся в конструкції і виробництві електродів для акумуляторів. Фор став покривати свинцеві пластини оксидом свинцю. Коли проводився заряд АКБ, то цей окисел перетворювався в перекис. Одночасно на іншій пластині утворювалася низький ступінь оксиду. В результаті цієї операції на електродах виходив пористий шар окислів свинцю.

Подальшим удосконаленням акумуляторів займався вже Томас Едісон на початку XX століття. Він якраз працював в напрямку удосконалення акумуляторів під використання їх на транспортних засобах. В ході досліджень він розробив залізно-нікелеві АКБ. Електролітом в них був їдкий калій. Через деякий час налагоджується промисловий випуск портативних акумуляторів для автомобілів, які було застосовано на транспортних засобах та судах. Корпус АКБ спочатку робили з дерева. Потім для цього стали використовувати ебоніт. Акумуляторна батарея складалася з кількох елементів з номінальною напругою 2,2 вольт. Наприклад, в акумуляторі номіналом 12 вольт є шість таких елементів.

У легкових автомобілях довгий час стандартом вважалося використання АКБ номіналом 6 В. Приблизно в середині минулого століття почався перехід на акумулятори для автомобіля номіналом 12 вольт. А батареї 6 вольт залишилися тільки на легкої мотоциклетної техніки. Корпуси з ебоніту поступово замінили моделями з поліпропілену, який легше і міцніше. Поступово стали з'являтися автомобільні акумулятори, які мали різні легуючі речовини в свинцевих електродах для зміни властивостей. Пізніше з'явилися моделі акумуляторів, де електроліт знаходився в зв'язаному стані (AGM, GEL). Але принцип дії АКБ для автомобіля залишався незмінним протягом все історії їх розвитку.

Принцип дії акумулятора і основні характеристики

Принцип дії свинцево-кислотного акумулятора базується на основі електрохімічних реакціях Pb і PbO 2 в електроліті. В якості електроліту використовується водний розчин сірчаної кислоти. Детальніше про те, що таке, читайте за посиланням. В автомобільному акумуляторі протікають десятки різних реакцій, але ми розглянемо тільки основні. Коли на висновки акумуляторної батареї подається зовнішнє навантаження, Запускається електрохімічний процес взаємодії електроліту з оксидом свинцю.

В результаті протікання цієї реакції металевий Pb окислюється до PbSO 4. При розряді АКБ на аноді йде процес відновлення PbO 2, а на катоді відбувається окислення Pb. В процесі заряду акумуляторної батареї для автомобіля протікає зворотний процес. Коли сульфат свинцю витрачається, починається процес електролізу води. В ході його протікання на катоді і аноді виділяються водень і кисень, відповідно.

Нижче представлені реакції, що протікають на електродах АКБ. Зліва направо реакція йде в процесі розряду. Справа наліво процес відбувається при заряді акумулятора.

Анод (позитивний електрод):

PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e - -\u003e PbSO 4 + 2H 2 O

Катод (негативний електрод):

Pb + SO 4 2 - 2 e - -\u003e PbSO 4

Коли акумулятор на автомобілі розряджається, йде процес витрати сірчаної кислоти і зниження щільності електроліту. Коли акумуляторна батарея заряджається, процес йде в зворотному напрямку і щільність електроліту підвищується. Коли заряд добігає кінця і сульфат свинцю вичерпується до деякого порогового значення, запускається електроліз води.

В результаті виділення водню і кисню створюється враження, що електроліт кипить. Краще уникати цього процесу, оскільки при ньому витрачається вода, росте щільність електроліту, а через гримучої суміші (водень + кисень) підвищується небезпека вибуху.

Щоб підтримувати необхідний рівень електроліту в елементи АКБ при необхідності доливають дистильовану воду. Детальніше про те, читайте за посиланням.

Як вже говорилося, АКБ автомобіля складається з окремих елементів. Сам елемент має в своїй конструкції позитивні і негативні електроди, а також сепаратори (розділові пластини). Сепаратор випускається з матеріалів, які не вступають в реакцію з сірчаною кислотою. Його призначення - це виключити замикання пластин різної полярності. Самі електроди - це решітки, виконані зі свинцю. Залежно від типу автомобільного акумулятора в свинець можуть бути додані різні легуючі добавки.

На решітки позитивних електродів завдано порошок PbO2, а негативних електродів - порошок металевого свинцю. Це робиться для того, щоб наростити ємність АКБ, оскільки порошок значно збільшує поверхні електродів, яка взаємодіє з електролітом. Сьогодні найбільш поширеними є АКБ для автомобіля, в яких свинцеві решітки виконані зі сплаву свинцю і сурми. Сурми міститься приблизно 1-2 відсотки. Такі акумуляторні батареї називаються малосурм'янистих (вміст сурми до 6 відсотків). Їх можна зустріти в асортименті різних виробників, включаючи.

Сурма додається для збільшення міцності пластин. Грати з чистого свинцю недовговічні і швидко руйнуються. Грати електродів часто легується кальцієм. Він може додаватися як в обидва електроди (кальцієві акумулятори або Ca / Ca), так і тільки на анод (гібридні акумулятори Sb / Ca). Детальніше про можна прочитати в окремій статті. Перевага кальцію в тому, що він значно знижує процес електролізу води і практично усуває необхідність доливання. А головний недолік таких батарей в незворотною втрати ємності при глибокому розряді.

Пластини електродів занурені в електроліт. Для приготування електроліту використовується сірчана кислота і дистильована вода. просту воду використовувати не можна, оскільки в ній містяться солі магнію і кальцію, які погіршують характеристики АКБ і зменшують термін експлуатації.

Залежно від концентрації сірчаної кислоти в електроліті змінюється його електрична провідність. Вона приймає максимальне значення при щільності 1,23 г / см3 і кімнатній температурі. Від провідності електроліту залежить внутрішній опір акумуляторної батареї. Чим провідність вище, тим внутрішній опір нижче. при зменшенні внутрішнього опору знижуються і втрати. Але щільність електроліту, найчастіше, підтримується вище. Це значення на зарядженому акумуляторі тримають 1,275 г / см3. У північних регіонах рекомендується піднімати щільність до 1,29 г / см3. Робиться це для того, щоб знизити температуру замерзання електроліту. У разі замерзання електроліту велика ймовірність викривлення пластин і розриву банок АКБ.

Основні характеристики акумуляторної батареї

• Ємність аккумулятору. Характеризує кількість віддається електрики при розрядці до мінімально допустимого напруги. Одиниця виміру ємності ─ ампер-години;
• Струм холодної прокрутки. Також називається пусковим струмом. Згідно ГОСТ перевірка на заявлений пусковий струм проводиться після охолодження АКБ до -18 градусів Цельсія. Автомобільний акумулятор розряджається пусковим струмом 30 секунд. Після цього його напруга повинна бути не менше 8,4 вольта. У разі розряду тривалістю 150 секунд напруга повинна бути не менше 6 вольт;
• Електрорушійна сила батареї (ЕРС). Параметр, що показує напругу на виводах батареї, на яку не повішена зовнішнє навантаження і немає витоків. ЕРС можна виміряти за допомогою вольтметра або мультиметра;
• Внутрішній опір АКБ автомобіля. Ця характеристика об'єднує в собі опір сепараторів, електродів, електроліту, висновків та інших елементів батареї;
• Ступінь зарядженості. Це параметр залежить від безлічі факторів і точне значення дізнатися складно. Але орієнтовно ступінь зарядженості оцінюється по ЕРС і щільності електроліту;
• Особливості конструкції (вага, типорозмір);
• Полярність. Детальніше про те,

  Всі автомобільні акумулятори можна поділити на такі види:

  • Сурм'янисті. Ці моделі АКБ пішли в минуле і сьогодні для автомобілів не використовуються. В електродах цих батарей міститься більше п'яти відсотків сурми;
  • Малосурм'янистих. Пластини з зменшеним вмістом сурми стали для того, щоб знизити розкладання води на кисень і водень. Але проблема обслуговуваннях в них до сих пір актуальна. На сьогоднішній день один з найбільш поширених видів АКБ;
  • Кальцієві АКБ. Кальцієм стали легувати свинцеві решітки для вирішення проблеми витрати води і зниження саморозряду. При цьому додалася проблема втрати ємності при глибокому розряді;
  • Гібридні батареї. Це сучасні автомобільні акумулятори, які стали спробою знайти компроміс між малосурм'янистих і кальцієвими акумуляторами;
  • AGM і гелеві батареї. Це відносно нові акумулятори для автомобілів. Вони стали наступним кроком в забезпеченні безпечної експлуатації автомобільних акумуляторів;
  • Лужні акумулятори. У цьому типі акумуляторів замість кислоти роль електроліту виконує луг. Найбільш поширені акумулятори нікель-залізо і нікель─кадмій;
  • Літій-іонні АКБ. Моделі акумуляторів цього виду досить перспективні, але на сьогоднішній день не отримали широкого застосування на автомобілях через низку невирішених проблем.

  У списку нижче наводяться основні бренди автомобільних акумуляторів, згруповані по країнах:

  • Росія (Звір, Аком, Титан, Тюмень, Исток);
  • Німеччина (Varta, Bosch, Moll, Tenax, Energizer);
  • Польща (Sznajder, Autopart, Centra, 1 Storm, Timberg);
  • Україна (Westa, Vortex, Docker, Forse, Ista, Volta, Oberon);
  • Туреччина (Mutlu);
  • Японія (FB, GS Yuasa, Panasonic, Hitachi, Alaska);
  • США (Exide, Hagen, ACDelco, Afa, Duracell, American, Gigawatt, Space, Deka, Optima, Tudor);
  • Італія (Fiamm);
  • Казахстан (Барс);
  • Словенія (Tab, Topla, Moratti);
  • Південна Корея (Medalist, Delkor, Solite, Nord, Rocket).

  
  більш докладні огляди лінійок акумуляторів різних виробників можна прочитати в розділі «Вибір». Детальніше про те, чи можна прочитати за посиланням.