Loading AI tools
хімічне джерело електричного струму багаторазової дії З Вікіпедії, вільної енциклопедії
Електри́чний акумуля́тор (від лат. accumulare — «нагромаджувати») — хімічне джерело електричного струму багаторазової дії, особливість 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. Електричний акумулятор належить до категорії вторинних хімічних джерел струму.
Електричний акумулятор | |
Протилежне | primary celld |
---|---|
Електричний акумулятор у Вікісховищі |
Спосіб 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, являючись гальванічними елементами. Працездатність акумулятора може бути відновлена шляхом заряджання, тобто пропусканням постійного електричного струму в напрямку, зворотному напрямку струму під час розряджання: на від'ємному (-) електроді (катоді) реакція окиснення замінюється реакцією відновлення, а на додатному (+) електроді (аноді) реакція відновлення змінюється на реакцію окиснення[1].
В Міжнародні системі одиниць SI ємність акумуляторів вимірюють в кулонах. Насправді-ж використовується позасистемна одиниця Ампер-година: 1 А ⋅ год = 3600 Кл.
В системі SI енергетична ємність вимірюється в джоулях. На практиці використовується позасистемна одиниця Ват-година: 1 Вт ⋅ год = 3600 Дж.
За низьких температур, дієвість акумуляторів всіх електрохімічних систем різко знижується[2]. Водночас, NiCd акумулятори можуть працювати й при -40оС, тоді як температура -20оС є межею, за якої інші: NiMH, SLA й Li-ion акумулятори, припиняють функціонувати[2].
Хоча акумулятор і може працювати за холодних температур, це зовсім не означає, що він легко може також бути заряджений за тих умов. Сприйнятливість до заряджання більшості акумуляторів у разі дуже низьких температур, надзвичайно обмежена і струм заряджання у цьому разі, повинен бути зменшений до 0,1 С (ємності)[2].
Акумулятори широко застосовують в техніці: на автомобільному, морському, повітряному і залізничному транспорті, в радіотехніці, на телефонних і електричних станціях, електромобілях, для освітлення і сигналізації на штучних супутниках Землі, космічних апаратах тощо.
2016 року, міжнародна енергетична компанія AES ввела у дію сховище електроенергії з батарей літій-іонних акумуляторів ємністю 20 МВт•год, під'єднане до єдиної енергосистеми Нідерландів, призначене для зберігання надлишку електроенергії від відновлюваних джерел енергії[3].
Акумулятор, як і будь-яке хімічне джерело струму, складається з додатного і від'ємного електродів та електроліту, в який вони занурені. Різниця потенціалів, що виникає на межі стикання електродів з електролітом, утворює ЕРС акумулятора (або напругу акумулятора при розімкнутому колі). Під час розряджання акумулятора енергія хімічних реакцій перетворюється на електричну енергію; впродовж заряджання, навпаки, електрична енергія перетворюється на хімічну.
Акумуляторна батарея може бути виконана із декількох електрохімічних комірок, об'єднаних в одне електричне коло. Ці комірки сполучені електрично і конструктивно для отримання необхідних значень струму і напруги. Використовується, зокрема, як джерело енергії для живлення тягових електродвигунів акумуляторних електровозів. Основні показники, які визначають такий акумулятор, — електрорушійна сила, напруга, внутрішній опір, струм та ємність.
В акумуляторах глибокого заряду-розряду (поїздів, човнів, автонавантажувачів), автомобільних акумуляторах (забезпечують постійне подавання струму протягом тривалого періоду часу) енергію виробляють елементи — група свинцевих пластин покритих окисом свинцю і кислотою[4]. Свинцеві решітки покриті окисом свинцю і кислотою називають пластинами. Поперемінно чергуючи позитивні і негативні, пластини складені стопками і вставлені у футляри називають елементами[4].
Лужні залізонікелеві акумулятори (що застосовуються частіше) порівняно з кислотними свинцевими мають низку переваг: можуть зберігатися в розрядженому або напів-розрядженому стані, не виходять з ладу внаслідок коротких замикань, мають більший строк служби. Переваги кислотних А.Б.: вищий ККД, вища розрядна напруга, менший внутрішній опір. На копальнях як А.Б., використовують кислотні (свинцеві) і лужні (залізонікелеві) акумулятори.
Нині одним з найбільших в Європі виробників стартерних акумуляторних батарей є Національна акумуляторна корпорація "ISTA".
Розрізняють кислотні (свинцеві) і лужні акумулятори.
Кислотні акумулятори мають високу номінальну напругу (2 В), незначний внутрішній електричний опір та відносно високий коефіцієнт корисної дії (до 0,85). Проте невеликий термін служби, недостатня міцність та незадовільна робота за низьких і високих температур обмежують їх застосування.
Лужні акумулятори мають низку переваг перед кислотними: вони міцніші, не бояться перевантажень, добре працюють в широких межах температур, невимогливі до виробничих умов. Основні їх вади: низький ККД (до 60 %) і напруга (1,2; 1,25; 1,33 В).
За складом електродів (активної маси) лужні акумулятори поділяють на:
Кадмій-нікелеві акумулятори можуть бути дуже малих розмірів — 1—3 см² (т. зв. ґудзики), їх застосовують у слухових апаратах для глухих та в напівпровідникових радіоприладах. Лужні акумулятори виробляють сухими.
За способом утримання електродів акумулятори поділяють на:
Безламельні акумулятори мають підвищену ємність і менші розміри. Останнім часом почали застосовувати стартерні залізо-нікелеві акумулятори, які працюють у разі низьких температур краще, ніж кислотні. Для одержання великих імпульсних струмів за низьких і високих температур та значних змінах атмосферного тиску, застосовують срібло-цинкові акумулятори.
На початку січня 2024 року, платформа Azure Quantum Elements від Microsoft, що працює на базі ШІ, здійснила наукове відкриття, яке пов'язане з підбором матеріалів для батарей, який зробив би їх набагато ефективнішими, ніж літій-іонні аналоги. Експерти з Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії з матеріалів, запропонованих ШІ, вибрали один — з'єднання літію і натрію в співвідношенні 30 до 70. Тести показали, що акумулятор із літію та натрію, який отримав назву CR2032, працює справно, не перегріваючись, що вказує на його безпеку[5][6].
У вересні 2024 року, за повідомленням видання AgroTimes, компанія Kness (Вінниця) розробила акумуляторну батарею потужністю 1 МВт. Зазначається, що програмне забезпечення Energy storage було розроблено українською компанією, а понад 50 % обладнання — також українського виробництва[7].
Електричні та експлуатаційні характеристики акумулятора залежать від матеріалу електродів і складу електроліту. Зараз найбільш поширені такі акумулятори:
Тип | Напругаa | Щільність енергіїb | Потужністьc | ККДd | E/$e | Розряд.f | Кількість циклівg |
Тривалість використанняh | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
(В) | (МДж/кг) | (Вт*г/кг) | (Вт*г/л) | (Вт/кг) | (%) | (Вт*г/$) | (%/міс.) | (#) | (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[8] | 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[9] | 5 %-10 % | 1200 | 2-3 |
Літій тонкоплівковий[en] | ? | 350 | 959 | ? | ?p[10] | 40000 | ||||
ZnBr | 75-85 | |||||||||
V-редокс[en] | 1.4-1.6 | 25-35[11] | 96 %[12] | 14,000[13] | 10 (стаціонарний)[12] | |||||
NaS | 2 | 0.54 | 150 | 89 %-92 % | 2500-4500 | |||||
Розплавлена сіль | 70-110[14] | 150-220 | 4.54[15] | 3000+ | 8+ | |||||
Супер залізо | ||||||||||
Срібло-цинк | 130 | 240 | ||||||||
Na-іонний | 3.6 | до 400 | 2000 | |||||||
Задля лаконічності, записи в таблиці було скорочено. Для повного описання, дивіться окремі статті про кожний тип.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.