Електричний акумулятор
Електри́чний акумуля́тор (лат. accumulare — «нагромаджувати») — хімічне джерело електричного струму багаторазової дії, основна специфіка якого полягає в зворотності внутрішніх хімічних процесів, що забезпечує його багаторазове циклічне використання (через заряд-розряд) для накопичення електричної енергії та автономного електроживлення різноманітних електротехнічних пристроїв та систем.
Кілька акумуляторів, об'єднаних в один електричний ланцюг, складають акумуляторну батарею.
Зміст |
Принцип дії [ред.]
Принцип дії акумулятора заснований на зворотності хімічної реакції. Найпоширеніші електричні (кислотні та лужні) акумулятори накопичують хімічну енергію (внаслідок зворотних хімічних реакцій між речовиною електродів та електролітом), і віддають електричну енергію, являючи собою гальванічні елементи. Працездатність акумулятора може бути відновлена шляхом заряду, тобто пропусканням електричного струму в напрямку, зворотному напрямку струму при розряді.
Характеристики [ред.]
- Ємність акумулятора — це максимально можливий корисний заряд, що віддається повністю зарядженим акумулятором при розряді до найменшої допустимої напруги.
В міжнародні системі одиниць СІ ємність акумуляторів вимірюють в кулонах. На практиці використовується позасистемна одиниця Ампер-година: 1 А ⋅ год = 3600 Кл.
- Енергетична ємність — енергія, що віддається повністю зарядженим акумулятором при розряді до найменшої допустимої напруги.
В системі СІ енергетична ємність вимірюється в джоулях. На практиці використовується позасистемна одиниця Ват-година: 1 Вт ⋅ год = 3600 Дж.
Застосування [ред.]
Акумулятори широко застосовують в техніці. Акумулятори широко застосовують на автомобільному, морському, повітряному і залізничному транспорті, в радіотехніці, на телефонних і електричних станціях, електрокарах, для освітлення і сигналізації на штучних супутниках Землі, космічних ракетах тощо.
Склад, будова, принцип дії [ред.]
Акумулятор, як і всяке хімічне джерело струму, складається з позитивного і негативного електродів та електроліту, в який вони занурені. Різниця потенціалів, що виникають на межі стикання електродів з електролітом, утворює ЕРС акумулятора (або напругу акумулятора при розімкнутому колі). Під час розрядки акумулятора енергія хім. реакцій перетворюється на електричну енергію; при зарядці, навпаки, електрична енергія перетворюється на хімічну.
Види [ред.]
Розрізняють кислотні (свинцеві) і лужні акумулятори.
Кислотні акумулятори мають високу номінальну напругу (2 В), малий внутрішній електричний опір та відносно високий коефіцієнт корисної дії (до 0.85). Проте невеликий термін служби, недостатня міцність та незадовільна робота при низьких і високих температурах обмежують їх застосування.
Лужні акумулятори мають ряд переваг перед кислотними: вони міцніші, не бояться перевантажень, добре працюють в широкому інтервалі температур, невимогливі до виробничих умов. Основні їх недоліки: низький ККД (до 60 %) і напруга (1,2; 1,25; 1,33 В).
За складом електродів (активної маси) лужні акумулятори поділяють на:
- Кадмій-нікельові;
- Залізо-нікельові;
- Цинк-нікельові;
- Срібло-цинкові.
За способом утримання електродів акумулятори поділяють на:
- Ламельні;
- Безламельні.
Безламельні акумулятори мають підвищену ємність і менші розміри. Останнім часом почали застосовувати стартерні залізо-нікельові акумулятори, які працюють при низьких температурах краще, ніж кислотні. Для одержання великих імпульсних струмів при низьких і високих температурах та значних змінах атмосферного тиску застосовують срібло-цинкові акумулятори.
Кадмійо-нікельові акумулятори можуть бути дуже малих розмірів — 1—3 см² (т. з. ґудзики), їх застосовують у слухових апаратах для глухих та в напівпровідникових радіоприладах. Лужні акумулятори виробляють сухими.
Порівняння [ред.]
Електричні та експлуатаційні характеристики акумулятора залежать від матеріалу електродів і складу електроліту. Зараз найбільш поширені такі акумулятори:
| Тип | Напругаa | Щільність енергіїb | Потужністьc | Ефективністьd | E/$e | Розряд.f | Кількість циклівg |
Тривалість використанняh |
||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (V) | (MJ/kg) | (Wh/kg) | (Wh/L) | (W/kg) | (%) | (Wh/$) | (%/mo) | (#) | (років) | |
| Лужно-кислотний | 2.1 | 0.11-0.14 | 30-40 | 60-75 | 180 | 70%-92% | 5-8 | 3%-4% | 500-800 | 3 (автомобільний акумулятор), 20 (стаціонарний) |
| VRLAi | 2.105 | |||||||||
| Лужний | 1.5 | 0.31 | 85 | 250 | 50 | 99.9% | 7.7 | <0.3 | 100-1000 | <5 |
| Ni-залізо | 1.2 | 0.18 | 50 | 100 | 65% | 5-7.3[1] | 20%-40% | 50+ | ||
| Ni-кадмій | 1.2 | 0.14-0.22 | 40-60 | 50-150 | 150 | 70%-90% | 20% | 1500 | ||
| NiH2 | 1.5 | 75 | 20.000 | 15+ | ||||||
| NiMH | 1.2 | 0.11-0.29 | 30-80 | 140-300 | 250-1000 | 66% | 1.37 | 20% | 1000 | |
| Ni-цинк | 1.7 | 0.22 | 60 | 170 | 900 | 2-3.3 | 100-500 | |||
| Li-іонний | 3.6 | 0.58 | 160 | 270 | 1800 | 99.9% | 2.8-5[2] | 5%-10% | 1200 | 2-3 |
| Li полімер | 3.7 | 0.47-0.72 | 130-200 | 300 | 3000+ | 99.8% | 2.8-5.0 | 2-3 | ||
| LiFePO4 | 3.25 | 80-120 | 170 [3] | 1400 | 0.7-1.6 | 3-5% | 2000+[4] | |||
| Li сірчаний[5] | 2.0 | 0.94-1.44[6] | 400[7] | 350 | ||||||
| Нано Титанатний[8] | 2.3 | 90 | 4000+ | 87-95%r | 0.5-1.0[9] | 9000+ | 20+ | |||
| Тонкоплівчастий Li | ? | 350 | 959 | ? | ?p[10] | 40000 | ||||
| ZnBr | 75-85 | |||||||||
| V-редокс | 1.4-1.6 | 25-35[11] | 96%[12] | 14,000[13] | 10 (стаціонарний)[12] | |||||
| NaS | 150 | 89%-92% | ||||||||
| Розплавлена сіль | 70-110[14] | 150-220 | 4.54[15] | 3000+ | 8+ | |||||
| Супер залізо | ||||||||||
| Срібло-цинк | 130 | 240 | ||||||||
- Примітки
Задля лаконічності, записи в таблиці було скорочено. Для повного описання, дивіться окремі статті про кожний тип.
- a Номінальна напруга елементу, Вольт.
- b Щільність енергії = накопичена енергія/вага або енергія/розмір, в трьох одиницях вимірювання
- c Питома потужність = потужність/вага, W/kg
- d Ефективність заряду/розрядки у відсотках, %
- e Енергія/вартість споживання в W·h/US$ (приблизно)
- j Безпечна для працездатності акумулятора глибина розряду
- f Коефіцієнт саморозряду у відсотках на місяць
- g Кількість робочих циклів
- h Тривалість періоду працездатності, років
- i До VRLA або рекомбінантів належать гелеві акумулятори та абсорбційні скляні пластинки
- p Пілотне виробництво
- r В залежності від кількості циклів розряду
Посилання [ред.]
- ↑ mpoweruk.com: Accumulator and battery comparisons (pdf)
- ↑ http://www.werbos.com/E/WhoKilledElecPJW.htm (which links to http://www.thunder-sky.com/home_en.asp)
- ↑ phantom hub motors, LiFePO4 batteries, electric bike kits, electric scooters
- ↑ Zero Emission Vehicles Australia
- ↑ Lithium_Sulfur
- ↑ [1]
- ↑ http://www.polyplus.com/inproperty/patents/pat6358643.PDF
- ↑ Home
- ↑ Power & Energy Systems FAQ
- ↑ Excellatron - the Company
- ↑ Vanadium Redox Battery
- ↑ а б Energy Storage Systems Specifications - VRB Power Systems
- ↑ The Vanadium Advantage: Flow Batteries Put Wind Energy in the Bank
- ↑ http://www.betard.co.uk/new_zebra.pdf
- ↑ EVWORLD FEATURE: Fuel Cell Disruptor - Part 2:BROOKS | FUEL CELL | CARB | ARB | HYDROGEN | ZEBRA | EV | ELECTRIC
Література [ред.]
 |
ВікіСховище має мультимедійні дані за темою: Електричний акумулятор |
- Українська радянська енциклопедія. В 12-ти томах / За ред. М. Бажана. — 2-ге вид. — К.: Гол. редакція УРЕ, 1974-1985.
- Куликов И. Г. Аккумуляторы. М., 1958;
- Тютрюмов О. С. Автомобильные щелочные аккумуляторные батарей. М., 1958.
- Crompton T. R. (2000). Battery Reference Book (вид. 3-те). Newnes. ISBN 07506-4625-X.
