Как работает аккумулятор: Как работает автоаккумулятор, авто — ПЕЖО Центр Тамбов — официальный дилерский центр Peugeot в Тамбове

Содержание

Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора | Полезные статьи

Понравилось видео? Подписывайтесь на наш канал! Автомобиль в наше время перестал быть роскошью и стал средством передвижения. Многих автомобилистов интересуют такие вопросы, как: какие автомобильные аккумуляторы лучшие, устройство автомобильного аккумулятора и принцип его работы. Сегодня в нашей статье мы ответим на эти вопросы, а также расскажем, можно ли зарядить автомобильный аккумулятор.

Устройство автомобильного аккумулятора

Автомобильный аккумулятор состоит из следующих элементов:

• Корпус и крышка из эбонита или кислотостойкого пластика. На крышке располагаются специальные отверстия, через которые заливается электролит и осуществляется дальнейшая дозаливка дистиллированной воды. Заливные отверстия закрываются пробками из полиэтилена, имеющими вентиляционные отверстия для выхода газов при эксплуатации.

• Полюсные выводы – отрицательный и положительный. Для того чтобы не перепутать полярность, выводы имеют разные диаметры (у положительного он больше), а также могут иметь гравировку «+» и «-». Это исключает возможность неправильного подключения электропотребителей к АКБ.

Под крышкой аккумулятора размещаются:

• Аккумуляторная батарея, состоящая из шести аккумуляторов или, как их еще называют, банок. Банки помещены в электролит – раствор, состоящий из 35% серной кислоты и 65% дистиллированной воды. Электролит необходим для взаимодействия химических элементов и вырабатывания электрического тока.

• Борны, предназначенные для наружного токоотвода. К ним привариваются положительный и отрицательный полюсные выводы.

• Перегородки, обеспечивающие разделение блоков аккумуляторов (банок) друг от друга.

• Полюсные мосты с межэлементными соединителями, при помощи которого выполняется герметичное соединение блоков аккумуляторов через перегородку корпуса.

Банки же в свою очередь состоят из следующих частей:

• Блок положительных электродов, выполненный из свинцовых решетчатых пластин, на которые нанесена активная масса из диоксида свинца. Все электроды через ушко подсоединены к полюсному мосту.

• Блок отрицательных электродов из свинцовых решетчатых пластин, в которые впрессована активная масса из мелкопористого свинца. Электроды через ушко, так же подсоединены к соответствующему полюсному мосту.

Стоит отметить, что количество реагента, нанесенного на пластины положительных и отрицательных электродов, определяет такую важную характеристику аккумуляторной батареи, как ее емкость, а площадь поверхности пластин — пусковой ток.

• Сепаратор. Чаще всего представляет собой конверт из мипора, мипласта или полиэтилена. Он обеспечивает разделение участвующих в электрохимических превращениях реагентов, а также обеспечивает возможность диффузии электролита от одного электрода к другому.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в электролит. При подключении нагрузки к аккумулятору активное вещество на положительных и отрицательных электродах вступает в химическую реакцию с электролитом, который частично диссоциирован на положительные и отрицательные ионы. Под действием ЭДС аккумулятора электрический ток потечет по направлению от положительного электрода к отрицательному. Электроны, накопившиеся на отрицательном электроде, будут перетекать по внешней цепи в противоположном направлении. Электроны, двигаясь по сеткам электродов, будут вырабатывать электрический ток, при этом в одной банке формируется напряжение около двух Вольт. После того как электроны из первой банки проходят во вторую, они набирают еще два Вольта. Далее все повторяется, пока напряжение автомобильного аккумулятора на выходе не составит 12 Вольт.

Важно отметить, что во время разрядки происходит окислительная реакция, которая приводит к образованию на пластинах электродов сульфата свинца и к истощению электролита.

Чтобы выполнить заряд автомобильного аккумулятора, к его борнам необходимо присоединить источник тока, напряжение которого превышает ЭДС аккумулятора. Ток будет протекать через аккумулятор в направлении, обратном току разряда. Электроны будут перетекать от отрицательных электродов к положительным, при этом так же будет восстанавливаться ионный состав электролита.

Как правило, считается, что чем больше емкость АКБ, тем лучше. Однако следует отметить, что при выборе аккумуляторной батареи для своего авто нужно учитывать рекомендации производителя по емкости и напряжению. А значит, «правильный» автомобильный аккумулятор тот, который подобран в соответствии с требуемыми характеристиками.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы аккумуляторной батареи. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором подробно показано, как устроен АКБ и как она работает.

Аккумулятор — Что такое Аккумулятор?

Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии.
Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно.
Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.
Батареи — это электрохимические устройства, которые преобразуют активные материалы более высокого уровня в альтернативное состояние во время разряда.
Скорость такой преобразования определяет нагрузочные характеристики аккумулятора.
Никелевые и литиевые батареи превосходят свинцовые батареи по скорости реакции.

Для бытовых приборов и инструментов используется несколько типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по используемым для их изготовления материалам.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Никель-кадмиевые батареи:

являются одними из самых долговечных аккумуляторов с точки зрения срока службы.
способны выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчивы к низким температурам, также у них большой допустимый ток разряда.
имеют низкую цену и большой срок службы.

Недостатки :

быстро саморазряжается,
имеет низкую плотность энергии,
имеет «эффект памяти», что приводит к снижению полезной емкости при неполном разряде батареи.

Для восстановления номинальной мощности, надо полностью разрядить, а потом снова зарядить это устройство.
Чтобы увеличить срок службы такого оборудования, необходимо полностью его разряжать и только потом ставить на зарядку.

Для заряда надо использовать только то устройство, которое шло в комплекте, либо таким, которое соответствует требованиям производителя батареи.

Никель-металлогидридные (NiMh)

Эта батарея предлагает до 50% больше энергии, чем никель-кадмиевые.
Имеет короткий срок службы.
Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными.
Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.

Литий-ионные (LiIon)

Среди аккумуляторов имеют самую высокую плотность энергии и самые легкие.
Стоят дороже и не могут обеспечить большие токи — это негатив.
Чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах они уже используются редко, т. к. вытесняются более прогрессивным типом батарей.
Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.

Литий-полимерные (LiPol)

Самые современные устройства.
Основным их отличием является то, что электролит гелеобразный, поэтому такие аккумуляторы могут быть очень тонкими.
Они чаще всего применяются в мобильных телефонах, плеерах и другой технике, имеющей небольшие размеры.
Т. к. такие батареи также чувствительны к перезаряду, использовать их в устройствах с неисправным контроллером заряда нельзя.
Если нарушается герметичность. также нельзя эксплуатировать такую батарею.

Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность.

Во время заряда ток пропускают в направлении, противоположном тому, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой аккумулятора является емкость, т. е. величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения.
Для ее измерения обычно используют Ач.

Промышленные аккумуляторы:

обычно крупнее аккумуляторов, используемых в потребительских товарах,
имеют более длительный срок службы,
сконструированы таким образом, чтобы выдерживать ряд условий, которые не могут выдержать потребительские батареи;
примеры:

батареи, используемые для контроля структурных нагрузок на мосты,
вилочные погрузчики, где надлежащее обслуживание и системы зарядки имеют решающее значение;

номенклатура промышленных аккумуляторов гораздо шире, нежели бытовых;

стоимость выше, чем потребительских аккумуляторов;
нуждаются в обслуживании, чтобы обеспечить их эффективную работу как можно дольше.

Как правильно заряжать аккумулятор? Зарядка аккумулятора | Заряд аккумуляторной батареи герметичной необслуживаемой

Правильная зарядка аккумулятора

Одним из наиболее важных условий корректной работы, хорошей отдачи и длительного срока службы аккумуляторной батареи является её правильный заряд. Это касается абсолютно всех аккумуляторов: будь то мощные промышленные большой емкости, либо же крошечные батарейки в Ваших мобильных. К сожалению, далеко не все пользователи знают, что есть правильная зарядка аккумулятора. Данная статья призвана помочь людям в этом вопросе и быть «руководством пользователя» при столкновении с задачей должным образом зарядить АКБ (аккумуляторную батарею).

Существует множество различных видов электрических аккумуляторов – для каждого из них характерны свои правила и особенности заряда. Все они подробно описаны в инструкциях по эксплуатации, обязательным образом поставляемых продавцом (по крайней мере мы так делаем всегда) вместе с аккумуляторной продукцией. Однако, бороздить инструкцию в поиске нужной информации не всегда удобно, да и не всегда, согласитесь, есть к тому желание. Посему, в данной статье мы обрисуем общие правила по правильной зарядке наиболее популярных и часто используемых в бытовых условиях аккумуляторов – свинцово-кислотных необслуживаемых герметичных АКБ (чаще всего это аккумуляторы для ИБП, аккумуляторы для электромобилей, электромоторов, для лодок, эхолотов, для сигнализации и связи и проч.) – AGM и гелевых аккумуляторов. Эти правила кое в чем справедливы и для автомобильных стартерных (обслуживаемых) АКБ, хоть процесс заряда таких аккумуляторов и имеет некоторые особенности.

Как заряжать аккумулятор?

Итак, давайте разберемся, что представляет из себя правильный заряд аккумуляторной батареи. Для начала хотим обратить внимание на одно общее правило, касающееся ВСЕХ БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЯ видов аккумуляторов, известных науке: чем меньше раз разряжается аккумулятор и чем менее глубоким является каждый отдельно взятый его разряд, тем большим будет срок его службы. Все мифы о том, что аккумулятор (какой бы он ни был!), нужно каждый раз полностью разряжать, а затем полностью заряжать, и только так он прослужит максимально долго, а также утверждения «знатоков», что, мол, надо обязательно периодически разряжать аккумулятор, иначе он испортится – полная чушь! Если Вам предлагают купить аккумулятор и при этом рассказывают подобные «истории» – держитесь от таких продавцов и их продукции подальше. Для низкокачественных батарей, производимых из «грязного» вторсырья, отсутствие периодической «встряски» в виде разряда-заряда может действительно быть причиной быстрого выхода из строя (из-за того, что пластины данных АКБ чрезмерно загрязнены, и без «встрясок» данная «грязь» быстро обволакивает поверхность пластин и мешает нормальному прохождению процесса электролиза). Но для качественных аккумуляторов наиболее излюбленным является именно режим постоянного (буферного) подзаряда, при котором практически отсутствуют разряды, а сама АКБ постоянно пребывает под правильным напряжением.

Здесь надо учитывать также эффект памяти некоторых аккумуляторных батарей — в настоящий момент под эффектом памяти понимается обратимая потеря ёмкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при нарушении рекомендованного режима зарядки, в частности, при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора. Название связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт ток только до «запомненной границы». Никель-металл-гидридный (Ni-MH), Никель-кадмиевый (NiCd), Серебряно-цинковый аккумулятор.

Переходим ближе к делу. Чтобы правильно заряжать аккумулятор нужно понимать, в каком режиме он у Вас эксплуатируется.

Что такое буферный режим работы

Самый яркий пример буферного режима работы аккумулятора – ИБП (источник бесперебойного питания, он же UPS). В ИБП аккумуляторная батарея находится на постоянной подзарядке и отдает энергию лишь тогда, когда пропадает электричество в сети, а как только оно появляется, аккумулятор тут же подзаряжается. Это самый щадящий режим работы и именно в буферном режиме, как мы уже говорили, аккумуляторы служат дольше всего (например, наши батареи EverExceed серии ST, производимые по технологии AGM нового поколения, имеют срок службы в буферном режиме при Т=20^оС – 12 лет).

Что такое циклический режим работы

Пример циклического режима использования АКБ – поломоечная машина, детский электромобиль в парке аттракционов, либо же система автономного электропитания с использованием альтернативных источников энергии (солнечных батарей, ветряков и т.д.). Аккумуляторы в этих приложениях разряжают-заряжают как минимум 1 раз в сутки. Такой режим является наиболее суровым, и срок службы АКБ тут уже исчисляется не годами, а количеством циклов разряд-заряда (ну и их глубины, естественно). Упомянутые ранее аккумуляторы EverExceed серии ST могут обеспечить до 600 циклов глубокого 100% разряда (обычные же AGM-аккумуляторы – не более 280). Всегда очень удивляет, когда в приложениях с явно циклическим характером работы (те же системы электропитания на солнечных батареях, либо мобильные кофемашины) некоторые «умельцы» предлагают использование стартерных автомобильных аккумуляторов (аргумент – их дешевизна!). Уведомляем всех, кто столкнулся с подобным предложением: стартерные АКБ имеют тонкие пластины, они рассчитаны лишь на запуск двигателя и дальнейшую подзарядку от генератора, в циклическом же режиме с глубокими разрядами они не прослужат и пары месяцев – их пластины «посыпятся» и на этом эксперемент с «дешевым аналогом» будет завершен.

Как правильно заряжать аккумулятор в буферном режиме:

Всем известно, что номинальное напряжение одного элемента в свинцово-кислотных АКБ = 2 Вольта (отметим, что на практике оно обычно никогда не равняется строго 2 В, но для простоты применяется именно такое число). В быту наиболее часто используются аккумуляторные батареи напряжением 6 Вольт (3 элемента) и 12 Вольт (6 элементов).

В буферном режиме напряжение заряда следует выставить на уровне 2,27 – 2,30 Вольт на элемент (то есть для 12-вольтового аккумулятора это 13,6 – 13,8 В, а для 6-вольтового – 6,8 – 6,9 В). Это подходит как для AGM, так и для гелевых батарей.

Ток заряда должен быть ограничен в величину, равную 30% от номинальной 10-часовой емкости аккумулятора, выраженную в Амперах (для гелевых аккумуляторов – 20%). Например, для батареи с емкостью С₁₀=100 Ач ограничение тока заряда должно составлять 30 А (для гелевых АКБ – 20 А).

Как правильно заряжать аккумулятор в циклическом режиме:

Напряжение заряда:

2,4 – 2,45 В/эл. (14,4 – 14,7 В на 12-вольтовую батарею или 7,2 – 7,35 В на 6-вольтовую) – для AGM-аккумуляторов;

2,35 В/эл (14,1 В на 12-вольтовую батарею или 7,05 В на 6-вольтовую) – для гелевых аккумуляторов.

Ток заряда:

20% от С₁₀(для батареи емкостью 100 Ач – это 20 А).

Сколько должен длиться заряд батареи

Продолжительность заряда зависит от изначальной заряженности (разряженности) батареи. Поначалу идет быстрый заряд (бустерный), но по мере насыщения потребляемый ток снижается, доходя до минимума при достижении полной заряженности АКБ. Критерий полной заряженности – падение тока, который принимает аккумулятор, до 2 – 3 мА на каждый Ач емкости батареи (при буферном заряде). Например, для той же С₁₀=100 Ач батареи падение тока зарядки до 200 – 300 мА будет означать, что батарея почти полностью заряжена. Чтобы довести уровень заряда АКБ до 100%, следует продолжать зарядку таким милли-током еще около 1 часа. Обычно, полностью разряженная батарея заряжается за 10 часов в циклическом режиме или за 30-48 часов в буферном.

Следует учесть, что для полной зарядки аккумуляторной батареи ей следует сообщить примерно на 20% энергии больше, чем следует из понятия “номинальная емкость”. Это, как говорится, законы природы, и они едины для всех свинцово-кислотных да и других батарей, независимо от вида и производителя. Образно говоря, если батарею не «перенасытить», в ней не завершатся должные электрохимические процессы и дальнейшая отдача будет меньше.

Производить зарядку аккумуляторных батарей желательно при температуре окружающей среды 20 – 25^оС.

При меньшей температуре заряжать необходимо более длительное время. Зарядка аккумулятора при температуре менее 0^оС становится крайне нежелательной (ибо почти безрезультатна). Желательно также наличие функции термокомпенсации (изменения напряжения заряда в зависимости от температуры окружающей среды) на Вашем зарядном устройстве.

Таблица с основными параметрами правильной зарядки аккумуляторной батареи

	БУФЕРНЫЙ РЕЖИМ	ЦИКЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ
Напряжение заряда	Для 12-в АКБ: 13,6-13,8 В Для 6-в АКБ: 6,8-6,9 В	Для 12-в АКБ: 14,4-14,7 В Для 6-в АКБ: 7,2-7,35 В
Ток заряда (не более!)	30% от емкости C₁₀(для гелевых АКБ – 20%)	20% от емкости C₁₀
Предположительность заряда	30-48 часов	10-12 часов
Критерий заряженности	Падение потребляемого тока до 2-3 мА/Ач + еще 1 час заряда таким током.	Падение потребляемого тока до 8-10 мА/Ач + еще 1 час заряда таким током

Также даем ответ на вопрос пользователья по поводу режимов заряда «BULK», «ABSORBTION» и «FLOAT«, присутствующих в некоторых ЗУ с интеллектуальной системой заряда:

В режиме BULK идет зарядка постоянным током, при этом напряжение на аккумуляторе постоянно растет до значения 2,4-2,45 В/эл;
В режиме ABSORPTION достигается максимальное напряжение, которое поддерживается постоянным, в то время как ток зарядки падает;
В режиме FLOAT напряжение плавно снижается до буферного (2,27В/эл.), ток остается минимальным. Это есть режим СОДЕРЖАНИЯ аккумулятора.

Выравнивающий заряд применяется, когда есть значительный разброс по напряжению на аккумуляторах (элементах или моноблоках) – более +/- 1%. Но такое бывает редко, по крайней мере для приличных АКБ. Кроме того, если батарея хоть изредка включается на разряд, а потом на заряд, то разброс в какой-то степени сглаживается. Если разброса нету – то и выравнивающий заряд производить нет смысла.

Более подробная информация по правильному заряду конкретных видов аккумуляторных батарей содержится в инструкциях по эксплуатации.

Пульсар Лимитед – Энергия для Лучшей Жизни!

Новый аккумулятор нужно заряжать ⚡

Любому автолюбителю известно, что необходимо время от времени обслуживать аккумуляторную батарею, установленную в транспортном средстве, но далеко не всем известно, что необходимо так же обслужить новый аккумулятор перед началом использования. Нужно ли заряжать новый автомобильный аккумулятор? Почему нужно заряжать новый аккумулятор? Сегодня мы рассмотрим этот вопрос.

В каких случаях необходимо заряжать новый аккумулятор?

Многие владельцы различной техники, будь то автомобиль, мотоцикл, квадроцикл, моторная лодка, не подозревают, что новому аккумулятору может потребоваться заряд. Часто это вина некомпетентных продавцов, которые говорят, что аккумулятор был заряжен на заводе и дополнительно ничего не требуется. Безусловно, изготовитель заряжает АКБ перед отгрузкой, но прежде чем аккумуляторная батарея доберётся до вас, она ещё постоит несколько дней на складе и недель в магазине. За это время в результате саморазряда АКБ потеряет часть своего заряда и будет нуждаться в подзарядке. Конечно же, это не справедливо для тех магазинов, персонал которых регулярно обслуживает аккумуляторы перед продажей, но это так же не является достаточным условием. А если аккумулятор уже стоит на покупаемом автомобиле, мотоцикле или другой технике, и вы покупаете автомобиль в марте, выпущенный в июне прошлого года? Как вы думаете, какой был уход за этой батарей?

Необходимо узнать дату производства аккумулятора

Если новый аккумулятор шёл до вас полгода и больше, его однозначно нужно зарядить зарядным устройством перед эксплуатацией.

Несмотря на то, что допустимый срок хранения у большинства современных аккумуляторных батарей составляет один год, не рекомендуем покупать батареи, у которых с момента выпуска прошло более полугода. Срок эксплуатации кислотного аккумулятора начинается с момента залива в него электролита.

Примерно оценить уровень заряда нового аккумулятора вы сможете с помощью вольтметра.

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи составляет 12,6─12,9 вольта. Если напряжение АКБ менее 12,5 вольт, то её нужно обязательно подзарядить перед использованием. Если случай особенно запущенный и аккумуляторная батарея имеет напряжение около 11,9 вольт и ниже, то тут требуется полноценная зарядка. Но лучше отказать от покупки такого аккумулятора.

Проверка таких батарей нагрузочной вилкой не всегда является объективной, т.к. в магазине могут использовать нагрузочную вилку с нагрузочным током всего 50-70А, а тестировать ею, например, 100Ач батареи. А если этой же нагрузочной вилкой протестировать батарею в 60Ач – результат будет совсем другой. Поэтому стоит доверять тем магазинам, где используется хорошо зарекомендовавшие себя в отрасли тестеры тока холодной прокрутки.

К чему может привести установка не заряженного до конца аккумулятора

Как правило, большинство автолюбителей беспечно думают «поставил новый и забыл», но спустя какое-то время могут возникнуть проблемы.

Если аккумулятор долгое время хранился не полностью заряженным (сульфатация пластин начинается, при снижении напряжения батарею уже до 12,5В), то пластины могли частично сульфатироваться (покрытие пластин сульфатом) и заряд генератора не всегда способен произвести десульфатацию (очистку пластин от сульфата).
Не всегда генератор способен полностью зарядить аккумулятор, т.к. помимо аккумулятора, как потребителя тока в транспортном средстве, есть другие потребители тока (блоки управления, освещение, кондиционер и т.д.).
Короткие пробеги автомобиля «до магазина» и пробки также пагубно влияют на срок жизни/службы аккумулятора.

Поэтому в эксплуатации всегда находится не дозаряженный аккумулятор. Из-за этого наступает необратимая сульфатация, которая, может развиться до короткого замыкания и, как правило, в самый не подходящий момент привести к отказу АКБ. Эта ситуация так же применима к случаям «прикуривания» автомобиля зимой. После такой операции необходимо провести полный заряд аккумулятора зарядным устройством.

Как и сколько заряжать новый автомобильный аккумулятор?

Для зарядки можно использовать зарядное устройство, которое подходит для вашего аккумулятора, с соблюдением инструкции по эксплуатации аккумулятора. Большинство современных автоматических зарядных устройств заряжают батарею без вмешательства пользователя. Поэтому в настоящее время ломать голову, как заряжать аккумулятор, не приходится.

Новый аккумулятор немного разряжен

В случае если новый аккумулятор «сел» не сильно (до напряжения 12,5-6 вольт), то можно его просто подзарядить. Для этого поставьте АКБ на подзарядку любым зарядным устройством. В случае с автоматическим зарядным устройством, за Вас все сделает электроника, а с ручным – выставьте напряжение 14,4В и силу тока в зависимости от емкости аккумулятора. По мере зарядки сила тока будет снижаться до 200-300мА, после чего зарядка будет считаться оконченной.

Подзарядка такой батареи не займет много времени, т.к. батарея разряжена всего на 20-30%. После зарядки аккумулятор готов к эксплуатации. Перед зарядкой желательно вывернуть пробки из банок, при их наличии. Зарядку аккумулятора проводите в хорошо проветриваемом помещении.

Факт: Новый аккумулятор нужно заряжать ⚡

Решения по теме публикации

PL-C010P

Зарядное устройство Battery Service Expert, PL-C010P

14.4/14.7/16В, ток 2,5, 6, 10А, десульфатация — импульсы/16В, SLA, GEL, AGM, Ca/Ca

8 350 ₽

Что делать, если сел аккумулятор: 8 способов :: Autonews

Если аккумулятор сел, то машину оживить все еще можно: есть несколько проверенных способов завести мотор, но не стоит забывать о нюансах. Во-первых, не все из них удобны. Во-вторых, не все подходят для машин с любым типом коробки передач. Конечно, больше всего шансов оживить машину с «механикой» и передним приводом. Рассмотрим все варианты, как запустить двигатель, когда аккумулятор уже не подает признаков жизни.

1. «Прикурить» от донора

Самый надежный способ оживить автомобиль с разрядившимся аккумулятором — использовать энергию исправной машины. Для этого второй автомобиль нужно поставить рядом (прямо «бампер в бампер»), открыть капоты и соединить проводами батареи двух машин. Не ошибитесь!

Правильный порядок действий:

Заглушить двигатель донора и выключить зажигание.
Красный провод присоединить сначала к положительной клемме донора, потом — к разряженной АКБ.
Один конец черного провода подключить к «массе» своего автомобиля (например, к блоку цилиндров двигателя или кузову), а второй — к отрицательной клемме донора.
Можно заводить. После запуска нужно отключить провода строго в обратной последовательности — такой порядок уменьшит вероятность короткого замыкания при неаккуратном обращении с проводами.

Если в дороге сел аккумулятор, «прикурить от донора» — самый надежный способ (Фото: Global Look Press)

2. Толкнуть или завести на буксире

Оба варианта подходят только для машин с механической коробкой и основаны на принципе проворачивания двигателя от колес. Все, что нужно — это второй исправный автомобиль и крепкий трос, но для разгона вполне хватит и двух взрослых людей.

Порядок действий такой:

Соединить две машины буксировочным тросом, включить зажигание, выжать сцепление и включить третью передачу, не отпуская сцепления.
Водитель буксира должен натянуть трос, плавно тронуться с места и разогнать машины до скорости около 20 км/ч.
Водитель буксируемого автомобиля должен плавно отпустить сцепление и в случае успешного запуска подать сигнал ведущему для остановки.

Примерно те же правила действуют и в случае с помощниками, но скорость будет ниже, поэтому может понадобиться несколько попыток.

3. Воспользоваться веревкой или тросом

Передне- или заднеприводную машину с механической коробкой можно завести еще одним экзотическим способом, полагаясь на силу одного человека. Для этого понадобится длинный плоский трос и домкрат.

Необходимо зафиксировать машину стояночным тормозом, поднять ее домкратом со стороны одного из двух ведущих колес и вывернуть колеса в сторону.
Нужно намотать трос на колесо так, чтобы, потянув трос на себя, заставить колесо вращаться против часовой стрелки.
Поставить автомобиль на третью передачу, включить зажигание и резким движением попытаться с помощью троса раскрутить колесо.
Если двигатель получится запустить, колесо станет вращаться само по себе, и нужно будет сразу включить нейтральную передачу. Межосевой дифференциал передаст весь крутящий момент на висящее в воздухе колесо, что предотвратит самопроизвольное движение машины.

4. Использовать пуско-зарядное устройство или бустер

Пуско-зарядные устройства бывают разных типов: от больших промышленных до компактных карманных бустеров. Самые мощные варианты подключаются к электросети, но могут работать и совершенно автономно. Достаточно подключить клеммы устройства к аккумулятору, включить зажигание и запустить двигатель.

Карманный бустер работает так же, как запасной аккумулятор для мобильного телефона, и заряжать его нужно заранее. Такое устройство выдает высокий ток, но надолго его заряда не хватит, поэтому помочь оно может только в тех случаях, когда машина исправна, а на запуск мотора не хватает совсем немного. Кроме того, бустеры не всегда могут помочь с пуском двигателей большого объема и дизелей. Пользоваться им так же просто: нужно подключить «крокодилы» бустера к клеммам аккумулятора, включить зажигание и завести двигатель.

На случай, если сядет аккумулятор, неплохо иметь с собой карманный бустер (Фото: Global Look Press)

5. Использовать мощное зарядное устройство

Помните огромные гаражные устройства для зарядки аккумуляторов? Такой агрегат может помочь, но есть один нюанс: быстро зарядить аккумулятор он не сможет, но за сравнительно небольшой срок сможет передать достаточно энергии для успешного запуска.

Главное, что нужно будет сделать, — установить на зарядном устройстве высокую силу тока до 10% емкости аккумулятора. Например, АКБ емкостью 55 ампер-часов нужно заряжать током в 5,5 ампера. В таких условиях батарея автомобиля подзарядится всего за 15 минут.

Важно! Заряжать аккумулятор нужно, отсоединив его от бортовой сети автомобиля. Кроме того, такой способ подзарядки негативно влияет на продолжительность жизни батареи.

6. Использовать аккумулятор от шуруповерта

Есть и более нестандартные способы запуска мотора. Например, если батарея шуруповерта или другого инструмента имеет напряжение больше 12 вольт, ее тоже можно использовать для помощи.

Действовать нужно так:

Подключить к клеммам батареи провода либо изготовить из подручных материалов переходник для стандартных проводов.
Большой пусковой ток такая батарея обеспечить не в силах, но за несколько минут она сможет немного пополнить заряд автомобильного аккумулятора.
Через 15-20 минут попробуйте запустить мотор.

В критической ситуации подзарядить аккумулятор поможет батарея шуруповерта или другого электроинструмента (Фото: drive2.ru / ALEXXXANT)

7. Согреть аккумулятор водой

Слышали советы, что аккумулятор перед запуском нужно прогревать кратковременным включением дальнего света фар? Так вот это не более чем байка. Но можно прогреть аккумулятор в домашних условиях — это дает заметный эффект в холодное время года.

Батарею придется снять, отнести домой, поставить в ванную или глубокий таз, который нужно наполнить горячей водой до уровня верхней крышки АКБ. Через 15 минут батарея станет теплой, а через полчаса прогрева даже почти разряженный аккумулятор сможет дать достаточно тока для запуска двигателя.

8. Использовать алкоголь

Самый экзотический способ оживить севший аккумулятор связан с использованием спиртосодержащих жидкостей. Они заливаются в банки аккумулятора и вызывают химическую реакцию. С необслуживаемыми батареями этот способ не работает.

Лучше всего использовать сухое вино с невысокой концентрацией спирта и отсутствием сахара. Более крепкий алкоголь придется разбавить. В каждый блок батареи заливается по 30 мл вина. Химическая реакция понизит внутреннее сопротивление АКБ, напряжение батареи станет выше, и у автомобилиста появится шанс запустить двигатель. Увы, после этой процедуры аккумулятор придется выбросить.

Как работает чехол аккумулятор (инструкция)

Как это работает?

Чехол зарядка имеет встроенный литий-полимерный аккумулятор внутри. Поместите телефон в чехол, чтобы коннектор соединился с разъемом в нижней части телефона. Далее включите переключатель (на задней или передней части чехла), чтобы начать зарядку Вашего телефона. На многих моделях чехлов имеются светодиодные индикаторы (от 1 до 4 лампочек) — они показывают уровень заряда… 25,50,75,100%

После того, как чехол разрядится, просто зарядите его полностью с помощью входящего в комплект микро USB кабеля. В некоторых моделях (с таким же разъемом как у телефона) — кабель в комплекте не поставляется, такой чехол заряжается зарядкой от телефона. Заряжать можно чехол от сети 220 Вольт или от компьютера через USB порт.

Почему светодиоды мигают в то время как чехол заряжается:

После подключения к источнику питания, индикатор состояния начинает мигать, указывая уровень своего заряда. Не забудьте проверить индикатор состояния, прежде чем отключить от сети или компьютера. Когда все светодиоды горят, значит Ваш чехол-зарядка полностью заряжен.

Рекомендации по использованию чехла:

Если предположить, что телефон и чехол полностью заряжены, мы рекомендуем подождать, пока телефон не разрядится более чем на 80%.

Срок службы чехлов с аккумуляторами ?

Чехол перезаряжается более 500 полных циклов. Полный цикл — это зарядка от 0% до 100%. Частичные циклы не считаются полными циклами. После 500 циклов, батарея может обеспечить менее 75% от первоначальной емкости. Это норма для любого продукта с литиево-полимерный аккумулятором.

Возможно ли синхронизировать телефон не вынимая из чехла ?

Да. Вы можете синхронизировать свой гаджет по сети WiFi или с помощью USB кабеля

Разъемы под динамик, микрофон, камеру или любые другие порты

Чехлы сконструированы таким образом, чтобы у Вас был доступ ко всем кнопкам и разъемам телефона. В большинстве моделях, где динамик закрыт чехлом — звук перенаправлен из нижней части телефона на переднюю.

Чехол ни при каких обстоятельствах не влияет на прием сигнала антенной телефона

Каталог чехлов с аккумуляторами

Что происходит на рынке сохранения энергии

Аккумуляторы принципиально важны для будущего электромобилей и энергетики в целом. РБК Тренды разбирались, как работает отрасль и в чем ее главная проблема

В традиционной энергетике (ТЭС, АЭС, ГЭС) самой важной составляющей систем была турбина, которая преобразовывала энергию источника в механическую для ее дальнейшего применения. Однако при развитии возобновляемых ветряной и солнечной энергетики на первый план выходят накопители энергии, которые позволят эффективно сохранять полученную энергию. Автомобили будущего тоже не смогут обходиться без эффективных батарей.

Типы энергетических систем

Для захвата энергии, ее сохранения и дальнейшего использования доступны разнообразные технологии. Самыми распространенными считаются системы аккумулирования электрической и тепловой энергии. Такие системы бывают нескольких типов:

Электрооборудование

Наибольший темп роста хранения энергии за последнее десятилетие пришелся на электрические системы, такие как батареи и конденсаторы. Конденсаторы — это устройства, которые хранят электрическую энергию в виде заряда, накопленного на металлических пластинах. Когда конденсатор подключен к источнику питания, он накапливает энергию, а при отключении от источника высвобождает ее. Батарея же для хранения энергии использует электрохимические процессы. Конденсаторы могут высвобождать накопленную энергию с гораздо большей скоростью, чем батареи, поскольку для химических процессов требуется больше времени.

В системах хранения механической энергии используются базовые идеи физики, которые преобразуют электрическую энергию в кинетическую для хранения и затем преобразуют ее обратно в электрическую для потребления. Такие системы представляют собой большие гидроаккумулирующие плотины, механические маховики и накопители сжатого воздуха.

Плотина Братской ГЭС (Фото: wikipedia.org)

Накопители сжатого воздуха (Фото: electricalschool.info)

Накопление тепловой энергии позволяет хранить ее и использовать позже, чтобы сбалансировать потребность в энергии между дневным и ночным временем или при смене сезонов. Чаще всего это резервуары с горячей или холодной водой, либо расплавленными солями, ледяные хранилища и криогенная техника.

Проект накопителя тепловой энергии с водным хранилищем (Фото: Affiliated Engineers)

Используются обычно при хранении водорода. В них электрическая энергия применяется для выделения водорода из воды посредством электролиза. Затем газ сжимается и хранится для будущего использования в генераторах, работающих на водороде, или в топливных элементах. Этот метод является достаточно энергозатратным. Для конечного использования сохраняется всего 25% энергии.

В разных сферах промышленности и технологий используются различные типы аккумуляторов с отличающимся химических составом. Литий-кобальтовые батареи, более легкие и с высоким напряжением для быстрой зарядки, применяются в смартфонах и прочей бытовой технике. Более выносливые и габаритные литий-титанатные батареи устанавливают в общественном транспорте, в частности, в электробусах. На электростанциях используют малоемкие, но пожаробезопасные литий-фосфатные ячейки.

30-летняя технология

Самыми популярными аккумуляторами энергии по-прежнему остаются литий-ионные. В 2021 году исполнилось 30 лет с момента выхода в продажу первых таких аккумуляторов Sony.

Первые литий-ионные батарейки Sony (Фото: Sony)

Первые прототипы литий-ионных батарей появились еще в 1980-е годы. Тогда физик Джон Гуденаф предложил использовать в батарейках кобальтат лития. В 2019 году он получил за свою идею нобелевскую премию.

Читайте также: Батарея Нобеля: как Джон Гуденаф создал новые отрасли в химии и экономике

В 2000-х годах с ростом производства электромобилей спрос на батареи резко вырос. Тогда в аккумуляторах начали применять железофосфат, который обеспечивает меньшую емкость, но может работать на более высоких токах и не выделяет кислород при высокой температуре. Все это делает аккумуляторы более безопасными, но не решает всех их проблем.

В чем минусы литий-ионных аккумуляторов

Высокая пожароопасность

При перегреве батарея может взорваться. Для этого достаточно повреждения ее оболочки. Так произошло со смартфонами серии Samsung Galaxy Note 7, в которых из-за тесноты корпуса оболочка аккумулятора со временем перетиралась, внутрь попадал кислород, и устройство загоралось. Именно это побудило авиакомпании требовать перевозить литий-ионные батареи только в ручной клади.

Возгорание смартфона Samsung Galaxy Note 7

Чувствительность к температурам

Охлаждение и перегрев сильно влияют на параметры аккумулятора. Идеальной считается температура среды +20 °C. При любых отклонениях батарея отдает устройству меньший заряд.

В литий-ионных батареях невозможно хранить энергию годами. Литий-ионные ячейки в неактивном состоянии теряют по 3-5% заряда в месяц, то есть, треть заряда в год.

Литий-ионные батареи в неактивном состоянии подвержены старению. Их рекомендуют хранить заряженными до половины емкости.

Эксперименты в отрасли

Химические источники тока основаны на окислительно-восстановительной реакции между элементами. Литий идеально подходит для этой роли: он обеспечивает оптимальное сочетание напряжения, нагрузки тока и энергетической плотности.

Самыми востребованными являются литий-кобальтовые батареи для потребительской мобильной техники. Они имеют напряжение 3,6 В при сохранении высокой энергоемкости, чего достаточно для зарядки смартфонов. Другие виды литиевых батарей имеют меньшее напряжение, и запитать от них современный смартфон невозможно. Если же пытаться объединить батареи в ячейки, чтобы сделать их более мощными, то вырастут габариты.

Производители уже неоднократно пытались представить разработки-альтернативы литий-ионным батареям в смартфонах.

Так, в 2007 году американский стартап Leyden Energy решил использовать новый электролит и кремниевый катод для литий-ионных батареек. Это позволило увеличить устойчивость аккумуляторов к высоким температурам до 300 °C. Но компании так и не удалось создать аккумулятор со стабильными характеристиками — показатели энергоемкости и устойчивости менялись от экземпляра к экземпляру.

Стартап SolidEnergy, в который инвестировала GM, разрабатывает перезаряжаемые литий-металлические батареи. Они обладают удвоенной энергоемкостью по сравнению с литий-кобальтовыми. Но главной проблемой литий-металлических аккумуляторов остается безопасность. Поскольку в их состав входит чистый металлический литий, он действует активнее, чем ионы лития, а это повышает риск возгорания. Компания разработала специальный электролит, снижающий эту опасность. Но в смартфонах и бытовой электронике таких батарей мы пока не увидим.

Батареи Solid Energy (Фото: nikkei.com)

Toyota работала над серно-магниевыми батареями. Но оказалось, что их невозможно использовать более 50 циклов, так как емкость этих аккумуляторов после этого падает вдвое. Тогда в состав батареи внедрили литий-ионную добавку и довели срок ее службы до 110 циклов. Работы над аккумулятором продолжаются, и пока неясно, получится ли внедрить его в производство.

Компании, которые стремятся предложить аналог литий-ионных батарей, сталкиваются с трудностями.

Главная проблема при создании новых технологий хранения энергии заключается в том, что при улучшении какого-то одного параметра ухудшаются остальные.

Кроме того, крупные компании больше заинтересованы в производстве литий-ионных аккумуляторов, которые отвечают потребностям их продукции. Lux Research сообщала, что вложила в исследование хранения энергии около $4 млрд, а стартапам, создающим «технологии нового поколения», в среднем, досталось по $40 млн. Tesla вложила около $5 млрд в Gigafactory, занимающуюся литий-ионным производством. А США намерены дополнительно субсидировать такое производство, чтобы стать более независимой от внешних рынков страной.

Проблемы рынка

В 2021 году цена кобальта выросла на 40% из-за роста спроса со стороны производителей электромобилей. Основные месторождения кобальта находятся в Демократической Республике Конго. Однако в стране постоянно возникают перебои в цепочках поставок, а также зафиксированы случаи использования детского труда, что оттолкнуло многие компании.

По данным Fastmarkets, цены на самый дорогой в мире металл для производства аккумуляторов в марте 2021 года выросли до $42 за 1 кг. Аналитики предрекают, что к концу 2021 года они достигнут $57, а в 2024 году составят уже $80.

Международное энергетическое агентство отмечает, что в 2020 году продажи электромобилей подскочили на 40%, а в первом квартале 2021 года они выросли вдвое по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.

Эндрю Миллер, директор по продуктам Benchmark Mineral Intelligence, говорит, что рынок пока наблюдает рост цен на кобальт, но к концу 2021 года может столкнуться с реальным дефицитом предложения.

Существует еще одна проблема, связанная с пандемией коронавируса и ее последствиями. В связи с сохраняющимся дефицитом чипов на глобальном рынке их также недополучают производители электромобилей.

Крупнейшие мировые автопроизводители признали дефицит микрочипов в начале 2021 года. Nissan, Honda и Ford были вынуждены сократить объемы выпускаемых автомобилей и закрыть некоторые свои заводы. Hyundai Motor был вынужден приостановить сборку автомобилей в Южной Корее. Позднее, в апреле, Ford и General Motors начали выпускать электромобили в некомплектном состоянии. Производители пообещали, что добавят нужную электронику в свои авто, когда появится такая возможность.

Гендиректор Tesla Илон Маск связал рост цен в цепочках поставок с удорожанием стоимости электромобилей Model 3 и Model Y. Однако, по его мнению, дефицит микрочипов продлится недолго.

Пути решения

Автоконцерн General Motors в сотрудничестве с SolidEnergy Systems организовал прроизводство аккумуляторов Ultium для своих электромобилей. Они будут включать жидкий электролит, аноды на базе графита и катоды с комбинацией никеля, кобальта, марганца и алюминия. Это снизит потребность в дефицитных металлах, а также позволит удвоить плотность хранения заряда в аккумуляторах без ущерба для безопасности. Цена аккумуляторов при этом опустится на 50‒60%, их масса сократится. GM рассчитывает снизить стоимость хранения 1 кВт‧ч электроэнергии с $150 до $100 к 2025 году.

В Китае появляется все больше электромобилей на альтернативных литий-железо-фосфатных аккумуляторах. Они дешевле и менее токсичные, однако имеют меньшую емкость. Их используют Tesla Model 3, китайский автопроизводитель BYD, а скоро начнет внедрять Volkswagen. Но пока на ЛЖФ-аккумуляторы приходится всего 14% рынка, а к 2030 году этот показатель составит от 15% до 20%.

Tesla и Volkswagen также обещают в ближайшие годы сократить использование кобальта. В 2020 году Илон Маск провел специальную онлайн-презентацию под названием Tesla Battery Day, в ходе которой он заявил, что в течение трех лет Tesla наладит серийное производство нового поколения аккумуляторов, которые будут существенно мощнее и долговечнее нынешних, а обойдутся вдвое дешевле (примерно в $25 000).

Новая аккумуляторная батарея Tesla 4680 имеет в шесть раз большую мощность, чем предшественники, и в пять раз большую энергоемкость. При этом ее размер составляет всего 46х80 мм. Tesla решила проблему терморегулирования, создав конструкцию цилиндрической формы, и внедрила новые технологии, чтобы сократить путь прохождения энергии внутри конструкции.

Новая батарея Tesla (Фото: Tesla)

Успешный гибрид

Пока ведутся разработки альтернатив литий-ионным аккумуляторам, компании ищут пути более эффективного сохранения энергии. Успешным вариантом использования усовершенствованных литий-ионных батарей стало их встраивание в гибридные энергетические системы.

В промышленной энергетике такие системы получили развитие в 2020-е годы. Они позволяют объединить преимущества нескольких способов аккумулирования и сохранения энергии. Одним из ярких примеров являются аккумуляторные станции Tesla.

Первую такую станцию построила Tesla в Южной Австралии в 2017 году. Строительство заняло всего три месяца. Компания обещала, что при превышении этого срока страна получит батарею бесплатно.

Станция Tesla в Южной Австралии (Фото: electrek.co)

Hornsdale Power Reserve построена на промышленных литий-ионных аккумуляторах Tesla Powerpack и инверторах, произведенных на Gigafactory. Она имеет мощность 100 МВт и может обеспечивать электричеством более 30 тыс. домохозяйств. Станция обеспечила снижение расходов на эксплуатацию сети региона примерно на 90%. За первые дни ее работы расходы на обслуживание сети снизились на $1 млн.

Южная Австралия получает энергию преимущественно из солнечных батарей и ветрогенераторов. Но иногда необходимо задействовать газогенераторы, подключенные к паровым турбинам, и вырабатывать недостающую часть энергии.

Аккумуляторная батарея Tesla накапливает энергию, когда она подается в сеть региона в избытке, а потом отдает ее обратно, когда возникает дефицит. Таким образом, потребность в газогенераторах отпадает.

Кроме того, батарея реагирует на перепады в электросети. Когда произошло внезапное отключение угольной электростанции Loy Yang A 3, станция Tesla среагировала на 4 секунды быстрее, чем резервный генератор частотного контроля и вспомогательных услуг (FCAS) в Квинсленде.

По расчетам чиновников, емкость батареи составляет около 2% от условной емкости всей сети, однако это дает 55% экономии на эксплуатационных расходах.

У системы есть и минусы. Станция включается всего на несколько минут, поэтому неизвестно, сколько циклов заряда выдержат ее батареи, прежде чем их придется заменить.

Тем не менее, в Австралии уже запланировано строительство подобных аккумуляторных систем в Южной Австралии, на Северной территории, в Квинсленде и Новом Южном Уэльсе.

Теперь Tesla собирается подключить гигантскую батарею к электросети Техаса. Компания строит станцию хранения энергии мощностью более 100 МВт в техасском Англтоне.

Батареи Tesla в Техасе (Фото: Tesla)

Батарея сможет обеспечивать энергией около 20 тыс. домов. Детали конструкции пока не разглашаются, а сам проект держится в секрете.

В Нидерландах в 2020 году была введена в эксплуатацию гибридная система накопления энергии из литий-ионных аккумуляторов производства швейцарской компании Leclanché и механических накопителей от голландского разработчика S4 Energy. Литий-ионные батареи имеют мощность 8,8 МВт и емкость 7,12 МВт·ч, они работают вместе с шестью шестью маховиковыми системами KINEXT общей мощностью 3 МВт. Таким образом, объект аккумулирует 1 ГВт энергии, которую использует местный системный оператор TenneT для стабилизации энергосистемы. Маховики позволят продлить срок службы батарей как минимум до 15 лет.

В других странах подобные проекты находятся на стадии разработки и внедрения. Подробнее о них РБК Тренды расскажут в следующем материале.

Перспективы рынка аккумуляторов

Исследователи Европейского патентного ведомства и Международного энергетического агентства в 2020 году проанализировали зарегистрированные с 2000 по 2018 годы патенты на изобретения и разработки в сфере аккумуляторных батарей и накопителей энергии. Они сделали вывод, что за последние десять лет число патентов в сфере хранения электроэнергии росло существенно быстрее других сфер. Выяснилось также, что оно еще в 2011 году превысило число патентов из области батарей для мобильной бытовой электроники меньшей емкости.

Согласно подсчетам авторов работы, пристальное внимание к литий-ионным технологиям привело к тому, что с 2010 года аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%, а для стационарных установок в электроэнергетике — на две трети.

Девять из десяти крупнейших обладателей патентов — это азиатские компании. Семь из них во главе с Panasonic и Toyota базируются в Японии, а еще две — Samsung и LG — Electronics в Южной Корее. Единственный представитель другого региона — немецкий концерн Bosch — занял пятое место.

То, что в этом направлении активно идет развитие, подтверждает и исследование BloombergNEF, аналитики которого выяснили, что средняя цена литий-ионных аккумуляторов упала с $688 до $137 за киловатт-час за 2013−2020 годы. Они прогнозируют, что к 2023 году цены будут близки к $100 за кВт·ч.

Средняя цена литий-ионных аккумуляторов

Средняя цена на аккумуляторы для электромобилей составила $126/кВт·ч. Таким образом, стоимость батарейного блока в общей цене автомобиля снизилась до 21%.

К 2030 году стоимость аккумуляторов может снизиться до $58 за кВт·ч за счет новых технологических достижений.

Как работает аккумулятор — Любопытно

Представьте себе мир без батарей. Все те портативные устройства, от которых мы так зависим, были бы настолько ограничены! Мы сможем доставить наши ноутбуки и телефоны настолько далеко, насколько это досягаемо для их кабелей, что сделает это новое работающее приложение, которое вы только что загрузили на свой телефон, практически бесполезным.

К счастью, у нас есть батарейки. Еще в 150 г. до н.э. в Месопотамии парфянская культура использовала устройство, известное как багдадская батарея, сделанное из медных и железных электродов с уксусом или лимонной кислотой.Археологи считают, что на самом деле это не были батареи, а использовались в основном для религиозных церемоний.

Изобретение батареи в том виде, в котором мы ее знаем, приписывают итальянскому ученому Алессандро Вольта, который собрал первую батарею, чтобы доказать свою точку зрения другому итальянскому ученому Луиджи Гальвани. В 1780 году Гальвани показал, что лапы лягушек, подвешенных на железных или латунных крючках, подергиваются при прикосновении к зонду из другого металла. Он считал, что это было вызвано электричеством из тканей лягушек, и называл это «животным электричеством».

Луиджи Гальвани обнаружил, что лапы лягушек, подвешенных на латунных крючках, дергались, когда их ткнули зондом из другого металла. Он думал, что эта реакция была вызвана «животным электричеством» внутри лягушки. Источник изображения: Луиджи Гальвани / Wikimedia Commons.

Вольта, первоначально впечатленный открытиями Гальвани, пришел к выводу, что электрический ток исходит от двух разных типов металла (крючки, на которых висели лягушки, и другой металл зонда) и просто передается через них, а не через них. из тканей лягушек.Он экспериментировал со стопками слоев серебра и цинка, перемежаемых слоями ткани или бумаги, пропитанной соленой водой, и обнаружил, что электрический ток действительно течет через провод, приложенный к обоим концам стопки.

Батарея Алессандро Вольта: куча цинковых и серебряных листов, перемежаемых тканью или бумагой, пропитанной соленой водой. Представьте, что вы используете это для питания вашего телефона. Источник изображения: Луиджи Кьеза / Wikimedia Commons.

Volta также обнаружил, что, используя различные металлы в свае, можно увеличить количество напряжения.Он описал свои открытия в письме Джозефу Бэнксу, тогдашнему президенту Лондонского королевского общества, в 1800 году. Это было довольно большое дело (Наполеон был весьма впечатлен!), И его изобретение принесло ему устойчивое признание в честь «вольта». ‘(мера электрического потенциала), названная в его честь.

Я сам, шутя в сторону, поражен тем, как мои старые и новые открытия … чистого и простого электричества, вызванного контактом металлов, могли вызвать такое волнение. Алессандро Вольта

Так что же именно происходило с этими слоями цинка и серебра и с дрожащими лягушачьими лапами?

Химия батареи

Батарея — это устройство, которое накапливает химическую энергию и преобразует ее в электричество.Это известно как электрохимия, а система, лежащая в основе батареи, называется электрохимическим элементом. Батарея может состоять из одного или нескольких (как в оригинальной кучке Вольты) электрохимических ячеек. Каждая электрохимическая ячейка состоит из двух электродов, разделенных электролитом.

Итак, откуда электрохимический элемент получает электричество? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать, что такое электричество. Проще говоря, электричество — это тип энергии, производимый потоком электронов.В электрохимической ячейке электроны образуются в результате химической реакции, которая происходит на одном электроде (подробнее об электродах ниже!), А затем они перетекают на другой электрод, где расходуются. Чтобы понять это правильно, нам нужно внимательнее изучить компоненты клетки и то, как они устроены вместе.

Электроды

Чтобы создать поток электронов, вам нужно где-то, чтобы электроны текли с из , а где-то электроны текли с по .Это электроды ячейки. Электроны текут от одного электрода, называемого анодом (или отрицательным электродом), к другому электроду, называемому катодом (положительный электрод). Обычно это разные типы металлов или другие химические соединения.

В котле Вольта анодом служил цинк, от которого электроны текли по проволоке (при соединении) с серебром, которое было катодом батареи. Он сложил много этих ячеек вместе, чтобы получилась общая куча, и поднял напряжение.

Но откуда анод вообще берет все эти электроны? И почему они так счастливы, что их отправили в веселый путь к катоду? Все сводится к химии, происходящей внутри клетки.

Нам нужно понять пару химических реакций. На аноде электрод реагирует с электролитом в реакции, в которой образуются электроны. Эти электроны накапливаются на аноде. Между тем, на катоде одновременно происходит другая химическая реакция, которая позволяет этому электроду принимать электроны.

Технический химический термин, обозначающий реакцию, которая включает обмен электронами, — это реакция окисления-восстановления, обычно называемая окислительно-восстановительной реакцией. Вся реакция может быть разделена на две половинные реакции, и в случае электрохимической ячейки одна полуреакция происходит на аноде, а другая — на катоде. Уменьшение — это усиление электронов, и это то, что происходит на катоде; мы говорим, что катод восстанавливается во время реакции. Окисление — это потеря электронов, поэтому мы говорим, что анод окисляется.

Каждая из этих реакций имеет определенный стандартный потенциал. Думайте об этой характеристике как о способности / эффективности реакции либо производить, либо поглощать электроны — ее силу в электронном перетягивании каната.

Стандартные потенциалы для полуреакций
Ниже приведен список половинных реакций, которые включают высвобождение электронов из чистого элемента или химического соединения. Рядом с реакцией указано число (E ⁰), которое сравнивает силу электрохимического потенциала реакции с силой готовности водорода расстаться со своим электроном (если вы посмотрите вниз по списку, вы увидите, что водородная полуреакция имеет нулевое значение E ⁰).E ⁰ измеряется в вольтах.
Причина, по которой этот список настолько интересен, заключается в том, что если вы выберете две реакции из списка и объедините их в электрохимическую ячейку, значения E ⁰ скажут вам, в каком направлении будет протекать общая реакция: реакция с более отрицательной реакцией. Значение E ⁰ отдает свои электроны другой реакции, и это определяет анод и катод вашей ячейки. Разница между двумя значениями E ⁰ говорит вам об электрохимическом потенциале вашей ячейки, который в основном представляет собой напряжение ячейки.
Итак, если вы возьмете литий и фторид и сумеете объединить их, чтобы сделать элемент батареи, у вас будет самое высокое напряжение, теоретически достижимое для электрохимического элемента. Этот список также объясняет, почему в котле Вольта цинк был анодом, а серебро — катодом: полуреакция цинка имеет более низкое (более отрицательное) значение E ⁰ (-0,7618), чем полуреакция серебра (0,7996). .
Источник: UC Davis ChemWiki

Любые два проводящих материала, которые вступают в реакцию с разными стандартными потенциалами, могут образовывать электрохимическую ячейку, потому что более сильный из них сможет забирать электроны у более слабого.Но идеальным выбором для анода был бы материал, который вызывает реакцию со значительно более низким (более отрицательным) стандартным потенциалом, чем материал, который вы выбираете для своего катода. В итоге мы получаем электроны, притягивающиеся к катоду от анода (и анод не очень сильно пытается бороться), и, когда у нас есть легкий путь, чтобы добраться туда — проводящий провод, мы можем использовать их энергию для обеспечения электрического питание нашего фонарика, телефона или чего-то еще.

Разница в стандартном потенциале между электродами как бы равна силе, с которой электроны перемещаются между двумя электродами.Это известно как общий электрохимический потенциал ячейки, и он определяет напряжение ячейки. Чем больше разница, тем больше электрохимический потенциал и выше напряжение.

Чтобы увеличить напряжение аккумулятора, у нас есть два варианта. Мы могли бы выбрать для наших электродов другие материалы, которые придадут ячейке больший электрохимический потенциал. Или мы можем сложить несколько ячеек вместе. Когда элементы объединяются определенным образом (последовательно), это оказывает аддитивное влияние на напряжение батареи.По сути, силу, с которой электроны движутся через батарею, можно рассматривать как общую силу, когда она движется от анода первого элемента на всем пути, сколько бы ячеек ни содержала батарея, к катоду последней ячейки.

Когда элементы объединяются другим способом (параллельно), это увеличивает возможный ток батареи, который можно рассматривать как общее количество электронов, протекающих через элементы, но не ее напряжение.

Электролит

Но электроды — это всего лишь часть батареи.Помните обрывки бумаги Вольты, пропитанные соленой водой? Соленая вода была электролитом, еще одной важной частью картины. Электролит может быть жидкостью, гелем или твердым веществом, но он должен обеспечивать движение заряженных ионов.

Электронов имеют отрицательный заряд, и поскольку мы посылаем поток отрицательных электронов по нашей цепи, нам нужен способ уравновесить это движение заряда. Электролит обеспечивает среду, через которую могут протекать положительные ионы, уравновешивающие заряд.

Поскольку химическая реакция на аноде производит электроны, для поддержания баланса нейтрального заряда на электроде также производится соответствующее количество положительно заряженных ионов. Они не проходят по внешнему проводу (только для электронов!), А попадают в электролит.

В то же время катод должен также уравновешивать отрицательный заряд электронов, которые он принимает, поэтому реакция, которая здесь происходит, должна втягивать положительно заряженные ионы из электролита (альтернативно, он также может высвобождать отрицательно заряженные ионы из электрода в электролит. электролит).

Итак, в то время как внешний провод обеспечивает путь для потока отрицательно заряженных электронов, электролит обеспечивает путь для переноса положительно заряженных ионов, чтобы уравновесить отрицательный поток. Этот поток положительно заряженных ионов так же важен, как и электроны, обеспечивающие электрический ток во внешней цепи, которую мы используем для питания наших устройств. Роль балансировки заряда, которую они выполняют, необходима для поддержания протекания всей реакции.

Итак, если бы все ионы, высвобожденные в электролит, могли полностью свободно перемещаться через электролит, они в конечном итоге покрыли бы поверхности электродов и забили бы всю систему.Таким образом, в клетке обычно есть какой-то барьер, чтобы этого не произошло.

При использовании батареи возникает ситуация, когда происходит непрерывный поток электронов (через внешнюю цепь) и положительно заряженных ионов (через электролит). Если этот непрерывный поток остановлен — если цепь разомкнута, например, когда ваш фонарик выключен — поток электронов остановлен. Заряды будут накапливаться, и химические реакции, приводящие в движение аккумулятор, прекратятся.

По мере использования батареи и протекания реакций на обоих электродах возникают новые химические продукты.Эти продукты реакции могут создавать своего рода сопротивление, которое может помешать продолжению реакции с такой же эффективностью. Когда это сопротивление становится слишком большим, реакция замедляется. Электронное перетягивание каната между катодом и анодом также теряет свою силу, и электроны перестают течь. Аккумулятор медленно разряжается.

Зарядка аккумулятора

Некоторые распространенные батареи предназначены только для одноразового использования (так называемые первичные или одноразовые батареи).Электроны перемещаются от анода к катоду в одну сторону. Либо их электроды истощаются по мере того, как они выделяют свои положительные или отрицательные ионы в электролит, либо накопление продуктов реакции на электродах препятствует продолжению реакции, и это делается и вытирается пыль. Батарея оказывается в мусорном ведре (или, надеюсь, на переработку, но это уже другая тема Nova).

Но. Изящная вещь в этом потоке ионов и электронов, который имеет место в некоторых типах батарей с соответствующими материалами электродов, заключается в том, что он также может двигаться в обратном направлении, возвращая нашу батарею в исходную точку и давая ей совершенно новую жизнь. .Подобно тому, как батареи изменили способ использования различных электрических устройств, аккумуляторные батареи еще больше изменили полезность этих устройств и их продолжительность жизни.

Когда мы подключаем почти разряженную батарею к внешнему источнику электричества и посылаем энергию обратно в батарею, происходит обратная химическая реакция, произошедшая во время разряда. Это отправляет положительные ионы, выпущенные из анода, в электролит, обратно к аноду, а электроны, которые катод принимает, также обратно к аноду.Возврат как положительных ионов, так и электронов обратно в анод подготавливает систему, так что она снова готова к работе: ваша батарея заряжена.

Однако процесс не идеален. Замена отрицательных и положительных ионов электролита обратно на соответствующий электрод при перезарядке батареи не такая аккуратная или хорошо структурированная, как электрод вначале. Каждый цикл зарядки приводит к еще большему ухудшению состояния электродов, а это означает, что аккумулятор со временем теряет производительность, поэтому даже аккумуляторные батареи не работают вечно.

В течение нескольких циклов зарядки и разрядки форма кристаллов аккумулятора становится менее упорядоченной. Это усугубляется, когда аккумулятор разряжается / заряжается с высокой скоростью — например, если вы едете на электромобиле с большой скоростью, а не с постоянной скоростью. Высокоскоростное переключение приводит к тому, что кристаллическая структура становится более неупорядоченной, что приводит к менее эффективной батарее.

Эффект памяти и саморазряд

Почти, но не полностью обратимые реакции разряда и перезарядки также способствуют так называемому «эффекту памяти».Когда вы заряжаете некоторые типы аккумуляторных батарей, не разрядив их сначала, они «запоминают», где находились в предыдущих циклах разрядки, и не перезаряжаются должным образом.

В некоторых элементах это вызвано тем, как металл и электролит реагируют с образованием соли (и тем, как эта соль затем снова растворяется и металл заменяется на электродах при перезарядке). Мы хотим, чтобы наши клетки имели красивые, однородные, маленькие кристаллы соли, покрывающие идеальную металлическую поверхность, но это не то, что мы получаем в реальном мире! Некоторые кристаллы образуются очень сложно, и то, как откладываются некоторые металлы во время перезарядки, также удивительно сложно, поэтому некоторые типы батарей имеют больший эффект памяти, чем другие.Дефекты в основном зависят от первоначального состояния заряда батареи, температуры, напряжения заряда и тока зарядки. Со временем недостатки в одном цикле зарядки могут вызвать то же самое в следующем цикле зарядки и так далее, и наша батарея накапливает некоторые плохие воспоминания. Эффект памяти силен для некоторых типов элементов, таких как батареи на никелевой основе. Другие типы, такие как литий-ионные, не страдают этой проблемой.

Другой аспект аккумуляторных батарей заключается в том, что химический состав, делающий их перезаряжаемыми, также означает, что они имеют более высокую тенденцию к саморазряду.Это когда внутренние реакции происходят внутри аккумуляторного элемента, даже когда электроды не подключены через внешнюю цепь. Это приводит к тому, что клетка со временем теряет часть своей химической энергии. Высокая скорость саморазряда серьезно ограничивает срок службы аккумуляторов — и приводит к их разрядке во время хранения.

Литий-ионные аккумуляторы в наших мобильных телефонах имеют довольно хорошую скорость саморазряда около 2–3 процентов в месяц, и наши свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы также довольно разумны — они, как правило, теряют 4–6 процентов. месяц.Никелевые батареи теряют около 10–15 процентов своего заряда в месяц, что не очень хорошо, если вы планируете хранить фонарик в течение всего сезона, когда он вам не нужен! Неперезаряжаемая щелочная батарея теряет около 2–3% своего заряда в год.

Напряжение, ток, мощность, емкость… в чем разница?

Все эти слова в основном описывают мощность батареи, не так ли? Ну вроде как.Но все они несколько разные.

Напряжение = сила, при которой реакция, приводящая в действие аккумулятор, проталкивает электроны через элемент. Это также известно как электрический потенциал и зависит от разницы потенциалов между реакциями, которые происходят на каждом из электродов, то есть от того, насколько сильно катод будет оттягивать электроны (через цепь) от анода. Чем выше напряжение, тем больше работы может совершить то же количество электронов.

Ток = количество электронов, которые проходят через любую точку цепи в данный момент времени.Чем выше ток, тем больше работы он может выполнять при том же напряжении. Внутри ячейки ток можно также рассматривать как количество ионов, проходящих через электролит, умноженное на заряд этих ионов.

Мощность = напряжение x ток. Чем выше мощность, тем быстрее батарея может работать — это соотношение показывает, как напряжение и ток важны для определения того, для чего подходит батарея.

Емкость = мощность батареи как функция времени, которая используется для описания продолжительности времени, в течение которого батарея может обеспечивать питание устройства.Аккумулятор большой емкости сможет проработать более длительный период, прежде чем разрядится / разрядится. У некоторых батарей есть небольшая печальная особенность: если вы слишком быстро попытаетесь извлечь из них слишком много энергии, химические реакции не успеют поспеть, и емкость станет меньше! Итак, мы всегда должны быть осторожны, когда говорим о емкости батареи, и помнить, для чего она будет использоваться.

Еще один популярный термин — «плотность энергии». Это количество энергии, которое устройство может удерживать на единицу объема, другими словами, сколько энергии вы получите за свои деньги с точки зрения мощности по сравнению сразмер. С батареей, как правило, чем выше плотность энергии, тем лучше, так как это означает, что батарея может быть меньше и компактнее, что всегда является плюсом, когда вам нужно заряжать то, что вы хотите держать в кармане. Для электромобилей это даже плюс — аккумулятор должен как-то влезать в машину!

Для некоторых приложений, таких как хранение электроэнергии на возобновляемых электростанциях, таких как ветряная или солнечная электростанция, высокая плотность энергии не является большой проблемой, поскольку в них, скорее всего, будет достаточно места для хранения батарей.Основная цель такого использования — просто хранить как можно больше электроэнергии, как можно безопаснее и дешевле.

Почему так много типов?

Ряд материалов (раньше это были просто металлы) могут использоваться в качестве электродов в батарее. За прошедшие годы было опробовано много-много различных комбинаций, но лишь немногие из них действительно прошли дистанцию.Но зачем вообще использовать разные комбинации металлов? Если у вас есть пара металлов, которые хорошо работают вместе в качестве электродов, зачем возиться с другими?

Различные материалы имеют разные электрохимические свойства, поэтому они дают разные результаты, когда вы соединяете их в аккумуляторном элементе. Например, некоторые комбинации будут производить высокое напряжение очень быстро, но затем быстро падают, не в состоянии поддерживать это напряжение в течение длительного времени. Это хорошо, если вам нужно произвести, скажем, внезапную вспышку света, такую как вспышка фотоаппарата.

Другие комбинации будут производить только тонкую струйку тока, но они будут поддерживать эту струю на века. Например, нам не нужен большой ток для питания детектора дыма, но мы хотим, чтобы наши детекторы дыма работали долгое время.

Еще одна причина для использования различных комбинаций металлов заключается в том, что часто два или более аккумуляторных элемента необходимо уложить в стопку для получения необходимого напряжения, и оказывается, что некоторые комбинации электродов складываются вместе намного лучше, чем другие комбинации.Например, литий-железо-фосфатные батареи (тип литий-ионных батарей), используемые в электромобилях, складываются вместе для создания систем высокого напряжения (100 или даже более вольт), но вы никогда не сделаете этого с теми батареями NiCad Walkman, которые имеют горячий!

Наши различные потребности с течением времени привели к разработке огромного количества типов батарей. Чтобы узнать больше о них и о том, что ждет аккумулятор в будущем, ознакомьтесь с другими нашими темами о Nova.

Эта тема является частью нашей серии из четырех статей об аккумуляторах.Для дальнейшего чтения ознакомьтесь с типами аккумуляторов, литий-ионных аккумуляторов и аккумуляторов будущего.

Школа инженерии Массачусетского технологического института | »Как работает аккумулятор?

Как работает аккумулятор?

Ваши часы, ноутбук и лазерная указка питаются от одного и того же: химии…

Мэри Бейтс

Существует много разных типов батарей, но все они работают на основе одной и той же концепции. «Батарея — это устройство, способное накапливать электрическую энергию в форме химической энергии и преобразовывать эту энергию в электричество», — говорит Антуан Алланор, научный сотрудник отдела материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института.«Вы не можете улавливать и хранить электричество, но вы можете хранить электрическую энергию в химических веществах внутри батареи».

Батарея состоит из трех основных компонентов: две клеммы, сделанные из разных химикатов (обычно металлов), анод и катод; и электролит, разделяющий эти выводы. Электролит — это химическая среда, которая обеспечивает прохождение электрического заряда между катодом и анодом. Когда устройство подключено к батарее — лампочке или электрической цепи — на электродах происходят химические реакции, которые создают поток электрической энергии к устройству.

Более конкретно: во время разряда электричества химическое вещество на аноде высвобождает электроны на отрицательный вывод и ионы в электролите в результате так называемой реакции окисления. Между тем, на положительном выводе катод принимает электроны, замыкая цепь для потока электронов. Электролит предназначен для того, чтобы привести различные химические вещества анода и катода в контакт друг с другом таким образом, чтобы химический потенциал мог уравновеситься от одного вывода к другому, преобразовывая накопленную химическую энергию в полезную электрическую энергию.«Эти две реакции происходят одновременно», — говорит Алланор. «Ионы переносят ток через электролит, в то время как электроны текут во внешней цепи, и это то, что генерирует электрический ток».

Если батарея одноразовая, она будет вырабатывать электричество до тех пор, пока не закончатся реагенты (одинаковый химический потенциал на обоих электродах). Эти батареи работают только в одном направлении, преобразуя химическую энергию в электрическую. Но в других типах аккумуляторов реакция может быть обратной.Перезаряжаемые батареи (например, в вашем мобильном телефоне или в вашем автомобиле) спроектированы таким образом, что электрическая энергия от внешнего источника (зарядное устройство, которое вы подключаете к стене или динамо-машина в вашем автомобиле) может подаваться на химическую систему и наоборот. его работу, восстанавливая заряд аккумулятора.

Лаборатория Group Sadoway в Массачусетском технологическом институте работает над созданием более эффективных батарей для многоцелевого использования. Для крупномасштабного хранения энергии команда работает над жидкометаллической батареей, в которой электролит, анод и катод являются жидкими.Для портативных приложений они разрабатывают тонкопленочные полимерные батареи с гибким электролитом из негорючего геля. Другой целью лаборатории является создание батарей с использованием ранее не рассматриваемых материалов, уделяя особое внимание распространенным, дешевым и безопасным веществам, которые имеют такой же коммерческий потенциал, как и популярные литиевые батареи.

Спасибо 18-летнему Стивену Минкусу из Гленвью, штат Иллинойс, за этот вопрос.

Отправлено: 1 мая 2012 г.

Как работают батарейки?

Электричество, как вы, наверное, уже знаете, это поток электронов. через токопроводящую дорожку, как провод.Этот путь называется цепью .

Батареи состоят из трех частей: анода (-), катода (+), и электролит . Катод и анод (положительный и отрицательный стороны на обоих концах традиционной батареи) подключены к электрическому схема.

Химические реакции в батарее вызывают накопление электронов. на аноде. Это приводит к электрической разнице между анодом и катод.Вы можете думать об этой разнице как о нестабильном накоплении электроны. Электроны хотят перестроиться, чтобы избавиться от этой разницы. Но они делают это определенным образом. Электроны отталкиваются и пытаются уйти в место с меньшим количеством электронов.

В батарее единственное место, куда нужно идти, — это катод. Но электролит не позволяет электронам идти прямо от анода к катоду внутри батареи. Когда цепь замкнута (провод соединяет катод и анод) электроны смогут попасть на катод.На картинке выше электроны проходят по проводу, зажигая лампочку вдоль способ. Это один из способов описания того, как электрический потенциал вызывает появление электронов. протекать по контуру.

Однако эти электрохимические процессы изменяют химические вещества. в аноде и катоде, чтобы они перестали подавать электроны. Итак, есть ограниченное количество энергии, доступной в батарее.

Когда вы перезаряжаете аккумулятор, вы меняете направление потока электронов с помощью другого источника энергии, например солнечных батарей.В электрохимические процессы происходят в обратном порядке, и анод и катод восстанавливаются в исходное состояние и снова может обеспечить полную мощность.

Что есть батареи?
Что это энергия?

Что такое схема?
Что такое электрон?
Что такое поток электронов?
Что такое DS1 срок службы батареи?
Что значит электрически заряженный?
Как атомы заряжены?

Где энергия приходит и уходит?

DOE Объясняет…Батареи | Министерство энергетики

Аккумуляторы и аналогичные устройства принимают, хранят и отпускают электроэнергию по запросу. В батареях используется химия в форме химического потенциала для хранения энергии, как и во многих других повседневных источниках энергии. Например, бревна хранят энергию в своих химических связях, пока при горении энергия не преобразуется в тепло. Бензин — это запасенная химическая потенциальная энергия, пока она не преобразуется в механическую энергию в автомобильном двигателе. Точно так же, чтобы батареи работали, электричество должно быть преобразовано в форму химического потенциала, прежде чем оно может быть легко сохранено.Батареи состоят из двух электрических клемм, называемых катодом и анодом, разделенных химическим материалом, называемым электролитом. Чтобы принимать и высвобождать энергию, батарея подключается к внешней цепи. Электроны движутся по цепи, в то время как одновременно ионы (атомы или молекулы с электрическим зарядом) движутся через электролит. В перезаряжаемой батарее электроны и ионы могут двигаться в любом направлении через цепь и электролит. Когда электроны движутся от катода к аноду, они увеличивают химическую потенциальную энергию, заряжая таким образом аккумулятор; когда они движутся в другом направлении, они преобразуют эту химическую потенциальную энергию в электрическую цепь и разряжают батарею.Во время зарядки или разрядки противоположно заряженные ионы перемещаются внутри батареи через электролит, чтобы уравновесить заряд электронов, проходящих через внешнюю цепь, и создать устойчивую перезаряжаемую систему. После зарядки аккумулятор может быть отключен от цепи для хранения химической потенциальной энергии для последующего использования в качестве электричества.

Батареи были изобретены в 1800 году, но их химические процессы сложны. Ученые используют новые инструменты, чтобы лучше понять электрические и химические процессы в батареях, чтобы создать новое поколение высокоэффективных аккумуляторов электроэнергии.Например, они разрабатывают улучшенные материалы для анодов, катодов и электролитов в батареях. Ученые изучают процессы в аккумуляторных батареях, потому что они не полностью меняются, когда батарея заряжается и разряжается. Со временем отсутствие полной замены может изменить химический состав и структуру материалов батареи, что может снизить производительность и безопасность батареи.

Департамент науки и хранения электроэнергии Министерства энергетики США

Исследования, проведенные при поддержке Управления науки Министерства энергетики США и Управления фундаментальных энергетических наук (BES), привели к значительным улучшениям в хранении 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 нашу систему электроснабжения. Поскольку усовершенствование аккумуляторных технологий имеет важное значение для повсеместного использования подключаемых к электросети электромобилей, хранение также является ключом к уменьшению нашей зависимости от нефти при транспортировке.

BES поддерживает исследования отдельных ученых и в многопрофильных центрах.Самый крупный центр — Объединенный центр исследований в области накопления энергии (JCESR), центр энергетических инноваций Министерства энергетики США. Этот центр изучает электрохимические материалы и явления на атомном и молекулярном уровне и использует компьютеры для разработки новых материалов. Эти новые знания позволят ученым разработать более безопасные накопители энергии, которые служат дольше, заряжаются быстрее и обладают большей емкостью. По мере того как ученые, поддерживаемые программой BES, достигают новых успехов в науке об аккумуляторах, эти достижения используются прикладными исследователями и промышленностью для продвижения приложений в области транспорта, электросетей, связи и безопасности.

Факты о хранении электрической энергии

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

Ресурсы и связанные термины

Научные термины могут сбивать с толку.DOE Explains предлагает простые объяснения ключевых слов и концепций фундаментальной науки. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики США, поскольку это помогает Соединенным Штатам преуспевать в исследованиях по всему научному спектру.

Как работают батареи? Детали, типы и терминология (со схемой)

Без батарей не было бы сотовых телефонов, часов, планшетов, слуховых аппаратов, фонарей, электромобилей или спутников связи — и этот список можно продолжить.Первый аккумулятор был изобретен более 200 лет назад, и с тех пор эти гениальные устройства стали незаменимыми в нашей повседневной жизни.

Что такое аккумулятор?

Проще говоря, аккумулятор — это любое устройство, которое может обеспечить переносной временный источник электроэнергии.

В электрической цепи батареи служат источником энергии, создавая разность потенциалов, которая приводит в движение электрический ток. Когда ток проходит по цепи, он передает энергию любым подключенным к ней устройствам.В такой цепи протекает постоянный ток. Другими словами, ток идет в одном непрерывном направлении.

И наоборот, питание от электростанции поступает через розетки в вашем доме и выдается в виде переменного тока. Этот тип тока меняет направление с определенной частотой для питания устройств.

Как работают батареи

Типичная батарея состоит из одной или нескольких ячеек, которые имеют катод (положительный вывод) на одном конце и анод (отрицательный вывод) на другом конце.Химические реакции, содержащиеся внутри, вызывают накопление электрического заряда на клеммах, создавая электрический потенциал через узлы за счет высвобождения химической энергии.

Химические реакции в батарее вызывают накопление электронов на аноде. Это создает электрический потенциал между катодом и анодом. Электроны хотят добраться до катода, чтобы нейтрализовать заряд, но они не могут сделать это, путешествуя через электролитический материал внутри самой батареи.Вместо этого электроны легко проходят через провод, соединяющий анод с катодом.

В конце концов, химические процессы, создающие избыток электронов в аноде, останавливаются, и батарея умирает. Однако с аккумуляторными батареями (также называемыми вторичными батареями) этот процесс можно обратить вспять, подключив батареи к зарядным устройствам после того, как они разрядятся. Перезарядка аккумулятора меняет направление потока электронов на противоположный за счет использования другого источника питания. Химические процессы в батарее могут быть обращены вспять из-за этой дополнительной энергии, и батарея снова сможет питать цепь самостоятельно.

Создайте свою собственную лимонную батарею!

Отличный способ лучше понять, как работает батарея, — это создать свою собственную батарею дома с лимоном, цинковым гвоздем и медной монетой и использовать ее для питания маленькой лампочки.

Вставьте медную монету в одну сторону лимона и вставьте гальванизированный (оцинкованный) гвоздь в другую сторону (убедившись, что два предмета не соприкасаются внутри лимона). Гвоздь будет служить положительным электродом (катодом), а монета — отрицательным электродом (анодом).Лимонный сок служит электролитом. Затем вы можете подключить вольтметр к лимонной батарее, чтобы увидеть, какое напряжение она создает. При необходимости вы можете последовательно подключить несколько лимонных батарей, чтобы создать напряжение, достаточное для питания маленькой лампочки.

Различные типы батарей

Батареи бывают разных форм, размеров, составов и напряжений. Вот некоторые из наиболее распространенных типов:

Перезаряжаемые батареи, используемые в обычных бытовых электронных устройствах.К ним относятся литий-ионные батареи, никель-кадмиевые и металлогидридные никель (NiMH). Названия батарей указывают на содержащиеся в них электролиты.
Свинцово-кислотные батареи также можно перезаряжать, но они используются для более тяжелых условий эксплуатации (например, в качестве автомобильных аккумуляторов).
Батареи, которые обычно не являются перезаряжаемыми, включают щелочные батареи или угольно-цинковые батареи с сухими элементами.

Аккумулятор 101: как работает автомобильный аккумулятор?

Вашему автомобилю, как и пульту дистанционного управления от телевизора или необычной электрической зубной щетке, для работы необходим аккумулятор.Когда он умирает, ваша машина не заводится, в результате чего вы либо застрянете, либо застрянете дома. Вы знаете, что автомобильный аккумулятор важен, но действительно ли вы понимаете, как он питает ваш двигатель, фары и радио? Мы разберем сложность батареи и объясним, как работают автомобильные батареи! Если знания — это сила, вы будете в отличной форме.

Что такое аккумулятор?

Прежде чем углубляться в детали автомобильных аккумуляторов, давайте посмотрим, как аккумуляторы в целом работают.По словам сотрудников НАСА, аккумулятор — это «устройство, преобразующее химическую энергию в электричество». Батареи состоят из ячеек. Эти клетки и содержат настоящую энергию. Они накапливают химическую энергию и по команде преобразуют ее в электрическую. Это то, что питает ваши устройства, от пульта телевизора до электрической зубной щетки.

Как работают автомобильные аккумуляторы?

Большинство автомобильных аккумуляторов основываются на свинцово-кислотной химической реакции, которая приводит в движение и прорезание канавок.Эти аккумуляторы относятся к категории «SLI». SLI означает «запуск, освещение и зажигание». Этот тип батареи обеспечивает короткие всплески энергии для питания ваших фонарей, аксессуаров и двигателя. Как только аккумулятор пробуждает двигатель к жизни, питание для автомобиля подается от генератора. Большинство автомобилей поставляются с заводской стандартной батареей SLI. Узнайте больше о других типах автомобильных аккумуляторов.

Как работают автомобильные аккумуляторы

Типичная батарея SLI состоит из шести ячеек.Каждая ячейка имеет две пластины или решетки: одна сделана из свинца, другая — из диоксида свинца. Каждая ячейка способна производить около 2 вольт энергии. В большинстве автомобильных аккумуляторов есть шесть ячеек и, следовательно, 12-вольтовая батарея.
Пластины погружены в серную кислоту, которая вызывает реакцию между двумя пластинами. С научной точки зрения кислота действует как катализатор.
Эта кислота вызовет реакцию на пластине диоксида свинца, в результате чего пластина будет производить два вещества: ионы и сульфат свинца.
Ионы, производимые пластиной из диоксида свинца, реагируют с соседней пластиной с образованием водорода и сульфата свинца.
В результате химической реакции образуются электроны. Электроны бегают по пластинам и вырабатывают электричество. Электричество вытекает из клемм аккумулятора, чтобы запустить двигатель, включить фары и включить радио.
Эта химическая реакция полностью обратима, поэтому вы можете быстро запустить аккумулятор и продолжать заряжать его на протяжении всего срока службы.При подаче тока на батарею с правильным напряжением на пластинах образуются свинец и диоксид свинца, и вы можете повторно использовать батарею снова и снова!

Нужен ли мне новый автомобильный аккумулятор?

Вы могли бы! Несмотря на то, что свинцово-кислотные батареи чрезвычайно надежны, несмотря на перепады температур, движение и стесненные условия под вашим капотом, типичный аккумулятор прослужит всего около трех-пяти лет.Воспользуйтесь нашим виртуальным тестером аккумулятора и посмотрите, сколько заряда осталось в аккумуляторе вашего автомобиля. Или зайдите в ближайший к вам сервисный центр Firestone Complete Auto Care, чтобы быстро и бесплатно проверить аккумулятор. Мы обеспечим бесперебойную работу вашего автомобиля и дольше с помощью простого профилактического осмотра.

Как работает автомобильный аккумулятор?

02 окт. Как работает автомобильный аккумулятор?

Автомобильные аккумуляторы отвечают за питание всего автомобиля.Если аккумулятор не работает, то и остальная часть автомобиля тоже. Так как же получается, что одна маленькая батарея обеспечивает достаточно энергии, чтобы запустить целую машину и поддерживать ее в рабочем состоянии?

Автомобильные аккумуляторы работают на химической и электрической энергии. К внешней стороне батареи подключена электрическая цепь, которая заряжает батарею и позволяет электронам течь. В батарее также есть химические вещества, которые вступают в химические реакции друг с другом и с электронами. Электроны действуют как субатомная частица, которая активирует аккумулятор, позволяя ему приводить в действие двигатель автомобиля.

Если вам всегда было интересно, как работает автомобильный аккумулятор, эта статья для вас. Продолжайте читать, чтобы узнать все, что вам нужно знать о том, как работает автомобильный аккумулятор.

Как работает автомобильный аккумулятор

Внутри батареи есть три компонента, а именно два соединителя, известные как анод и катод, а затем химический раствор, в котором находятся соединители. Электрический заряд извне батареи заряжает ее и активирует химическую реакцию внутри батареи.

Химическая энергия преобразуется в электрическую; таким образом, аккумулятор заряжается.

Анод — это положительно заряженный электрод внутри батареи, который позволяет электронам перемещаться за пределы батареи, а катод — это противоположный отрицательно заряженный электрод, через который электроны снова входят.

Каждая химическая реакция между химическим раствором в батарее, анодом и катодом позволяет происходить движению электронов.Электроды участвуют в химических реакциях, происходящих между раствором и разъемами.

Физика работы автомобильного аккумулятора

С точки зрения физики, батарея состоит из трех основных типов компонентов:

Сепаратор
Электролит
Два электрода

Два электрода конкретно называются анодом и катодом, и оба состоят из проводящих материалов, которые позволяют электрическому току проходить через них.Два электрода выполняют разные функции в батарее.

Катод присоединяется к положительному полюсу батареи. Положительный конец — это также место, где ток выходит из батареи. Это происходит, когда внутри него разряжается энергия или когда используется энергия от батареи.

Пока батарея разряжается, электрический ток поступает в батарею на противоположном конце, отрицательном конце. Эта сторона называется анодом.

Не следует путать электрический ток с электронами, главным образом потому, что они более подробно рассматриваются в следующих подзаголовках.Когда электрический ток проходит через анод, электроны выходят через него. Следовательно, они движутся в противоположных направлениях.

Между электродами внутри батареи, а также внутри них (поскольку оба электрода являются губками, которые также впитывают смесь электролита) находится электролит.

Эти частицы, также известные как ионы, объединяются и вступают в реакцию с материалом, из которого сделан каждый из электродов, в результате чего происходит химическая реакция. Химическая реакция позволяет батарее генерировать электрический ток, который может приводить в действие все, что к ней подключено.

Аккумулятор получает электрический заряд от автомобильного генератора. Генератор переменного тока представляет собой компонент, состоящий из магнитной катушки и стержня внутри двигателя автомобиля, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Электроэнергия вырабатывается через аккумулятор, давая ему заряд. Затем аккумулятор может, в свою очередь, питать электрические компоненты двигателя автомобиля, в первую очередь стартер, без которого невозможно запустить автомобиль.

Химия работы автомобильного аккумулятора

Чтобы понять химический состав автомобильного аккумулятора, мы должны сначала понять химические вещества, присутствующие в каждом из компонентов аккумулятора.Все химические вещества, обнаруженные внутри батареи, содержат некоторую комбинацию водорода, кислорода, серы и свинца.

Химический раствор — Серная кислота в виде h3SO4 (представляет собой соединение водорода, серы и кислорода)
Катод — диоксид свинца, обозначенный химической аннотацией PbO2 (соединение свинца и кислорода)
Анод — Свинец, обозначенный химической аннотацией Pb

Аккумулятор накапливает энергию в химической форме и преобразует химическую энергию в электрическую.Реакция компенсируется внешним подключением электрического кабеля, который передает электрический заряд через батарею.

Катод, губка, состоящая из диоксида свинца и химического раствора серной кислоты внутри батареи, в которой находятся два разъема, взаимодействуют вместе с образованием сульфата свинца

Вот уравнение, показывающее, как это происходит:

Что мы видим из этой формулы, если разложить ее на простые термины, так это то, что когда электроны от электрического заряда, проходящего через клемму батареи, взаимодействуют с диоксидом свинца катода и серной кислотой химического раствора, сульфат свинца и тяжелая вода являются побочными продуктами.

Со стороны анода свинец в аноде реагирует с серной кислотой в химическом уравнении. Взаимодействие двух химических веществ создает сульфид свинца и электроны.

Электроны необходимы в химической реакции, которая происходит на катодной стороне; однако электроны не могут пройти через химическую формулу к катоду. Вместо этого они должны пройти через внешнюю электрическую цепь и вернуться в катод.

Уравнение дает эту химическую реакцию:

Эти две химические реакции протекают по замкнутому кругу, одна питает другую и наоборот, питая аккумулятор и позволяя ему заряжать двигатель автомобиля.

Как долго работает автомобильный аккумулятор?

Средний срок службы аккумуляторной батареи автомобиля — три года. Однако на этот период влияет множество факторов, которые также необходимо учитывать.

Поскольку большая часть работы батареи связана с химическими агентами внутри нее, факторы окружающей среды, которые обычно влияют на эти химические агенты, также являются факторами окружающей среды, которые могут повлиять на батарею. Прекрасный пример этого — температура.

В холодную погоду машину нужно завести и дать немного поработать, чтобы холода не нагружали аккумулятор. Такая нагрузка на аккумулятор может ослабить аккумулятор и сократить срок его службы, чем предполагалось изначально. И потенциально может привести к поломке вашего автомобиля на обочине дороги.

С другой стороны, тепло имеет тенденцию значительно снижать производительность и запас заряда батареи. Жаркая погода может вызвать испарение жидкости внутри батареи, а также вызвать дополнительные внутренние повреждения.

Как только тепло ослабит аккумулятор, он более уязвим для разрушения при низких температурах, потому что он не имеет сопротивления, чтобы справиться с резкими перепадами температуры.

Еще одна вещь, которая может убить аккумулятор вашего автомобиля, — это оставить его бездействующим на долгое время. Это приведет к тому, что все заряды полностью разрядятся из аккумулятора до того, как вы в следующий раз начнете движение. Чтобы решить эту проблему, вам необходимо перезарядить разряженный аккумулятор, вынув аккумулятор и зарядив его, а затем заменив его на месте перед повторным запуском автомобиля.

Как работает зарядка автомобильного аккумулятора?

Как упоминалось выше, во время движения автомобиля аккумулятор заряжается с помощью другого компонента двигателя, который называется генератором переменного тока, который преобразует механическую энергию в электрическую, которая поступает через аккумулятор. Поэтому обычно аккумулятор специально заряжать не нужно.

Аккумулятор сам по себе разряжает электрическую энергию в остальную часть автомобиля, поэтому ему нужен источник электричества, чтобы поддерживать напряжение на определенном уровне, чтобы автомобиль продолжал работать.

Напряжение батареи — это количество электроэнергии, производимой батареей. Большинство автомобильных аккумуляторов работают при напряжении 12 В, но в большинстве автомобилей аккумулятор должен иметь напряжение выше 10,5 В, чтобы он мог питать двигатель автомобиля.

У батареи есть так называемая зарезервированная емкость. Зарезервированная емкость определяет, как долго батарея может разряжаться со скоростью около 25 ампер в случае неисправности соединения между генератором переменного тока и батареей из-за разрыва браслета.

Это мера того, как долго аккумулятор может работать, если он не может постоянно получать новый заряд от генератора во время движения автомобиля. Однако, как только напряжение упадет ниже отметки 10,5, аккумулятор необходимо перезарядить.

Итак, в ситуации, когда аккумулятор не получает заряд от генератора переменного тока, из-за проблемы в соединении между двумя частями необходимо использовать внешний источник для зарядки аккумулятора. Это неустойчиво: одно без другого не работает очень долго.

Необходимо заменить генератор и осмотреть весь двигатель, чтобы убедиться, что проблема не является более серьезной. Если проблема заключается в ремне, который соединяет две части, инженер может заменить ремень и исправить соединение.

Кроме того, аккумулятор можно заряжать одним из двух способов. Вы можете подключить два кабеля напрямую к аккумулятору, так называемые «соединительные кабели», чтобы подключить аккумулятор, или вы можете отсоединить аккумулятор от автомобиля и подключить его к зарядному устройству.

Если вы хотите прыгнуть или зарядить аккумулятор, вы должны сначала выключить все фонари и компоненты, обычно подключенные к аккумулятору, и провести на нем некоторое обслуживание.Сначала отсоедините отрицательный кабель или заземляющий кабель. Это всегда черный кабель, если только он не менялся годами.

Даже если кабель был заменен, вы можете идентифицировать его как кабель с маркировкой отрицательного заряда. Затем удалите кабель с пометкой для положительного заряда.

Если какая-либо аккумуляторная кислота вылилась наружу аккумуляторной батареи, очистите клемму щеткой для очистки клемм и смесью воды и пищевой соды для нейтрализации кислоты.

Используйте средства защиты глаз, носа и рта.Если аккумулятор имеет съемные крышки, осторожно подденьте их, чтобы проверить уровень воды. Если уровень воды низкий, доливайте дистиллированную воду только до полной отметки. Обратите внимание, что это требуется не для всех батарей, поэтому, если крышки нет, пропустите этот шаг.

Чтобы запрыгнуть в машину, соединительные кабели подключатся к разряженной батарее и к исправной, которая будет использоваться для зарядки. Подсоедините положительный кабель, красный цвет, к обеим батареям, начиная с разряженной, а затем к положительной стороне батареи.Затем в том же порядке подключите черный провод (отрицательный заряд). Начните с самого низкого уровня заряда и постепенно увеличивайте его до максимального уровня.

Точно так же, если вы планируете зарядить аккумулятор, выньте его из машины и поместите в прочное и безопасное место. Подключите зарядное устройство сначала к красному проводу, затем к черному.

Начните с минимальной скорости зарядки и продолжайте работать до идеальной. Если вам нужна помощь, проверьте стоимость быстрого старта и обратитесь к профессионалу, который поможет вам зарядить автомобиль в их магазине, если вы боитесь ошибок.Включите зарядное устройство и установите таймер на полную зарядку.

Если вы хотите узнать больше о функциях автомобильного аккумулятора, ознакомьтесь с этой статьей!

Заключение

В заключение, автомобильные аккумуляторы получают электрическую энергию, преобразуют ее в химическую энергию, а затем обратно в электрическую энергию, используемую для запуска стартера автомобиля и других электрических компонентов. Если вам нужна дополнительная помощь с автомобильным аккумулятором, поищите «мобильного механика рядом со мной», который поможет вам.

Кроме того, если вы когда-нибудь окажетесь в ситуации, когда не знаете, как зарядить разряженный аккумулятор вашего автомобиля, и вам понадобится дополнительная помощь, Mach 1 всегда готов помочь!

Источники

batteryworld.varta-automotive.

Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора | Полезные статьи

Принцип работы аккумуляторной батареи

Аккумулятор — Что такое Аккумулятор?

Как правильно заряжать аккумулятор? Зарядка аккумулятора | Заряд аккумуляторной батареи герметичной необслуживаемой

Правильная зарядка аккумулятора

Как заряжать аккумулятор?

Что такое буферный режим работы

Что такое циклический режим работы

Как правильно заряжать аккумулятор в буферном режиме:

Как правильно заряжать аккумулятор в циклическом режиме:

Сколько должен длиться заряд батареи

Таблица с основными параметрами правильной зарядки аккумуляторной батареи

Новый аккумулятор нужно заряжать ⚡

Факт: Новый аккумулятор нужно заряжать ⚡

Решения по теме публикации

Зарядное устройство Battery Service Expert, PL-C010P

Что делать, если сел аккумулятор: 8 способов :: Autonews

1. «Прикурить» от донора

2. Толкнуть или завести на буксире

3. Воспользоваться веревкой или тросом

4. Использовать пуско-зарядное устройство или бустер

5. Использовать мощное зарядное устройство

6. Использовать аккумулятор от шуруповерта

7. Согреть аккумулятор водой

8. Использовать алкоголь

Как работает чехол аккумулятор (инструкция)

Что происходит на рынке сохранения энергии

Типы энергетических систем

30-летняя технология

В чем минусы литий-ионных аккумуляторов

Эксперименты в отрасли

Проблемы рынка

Пути решения

Успешный гибрид

Перспективы рынка аккумуляторов

Как работает аккумулятор — Любопытно

Химия батареи

Электроды

Электролит

Зарядка аккумулятора

Эффект памяти и саморазряд

Напряжение, ток, мощность, емкость… в чем разница?

Почему так много типов?

Школа инженерии Массачусетского технологического института | »Как работает аккумулятор?

Как работает аккумулятор?

Как работают батарейки?

Как работают батарейки?

DOE Объясняет…Батареи | Министерство энергетики

Департамент науки и хранения электроэнергии Министерства энергетики США

Факты о хранении электрической энергии

Ресурсы и связанные термины

Как работают батареи? Детали, типы и терминология (со схемой)

Что такое аккумулятор?

Как работают батареи

Создайте свою собственную лимонную батарею!

Различные типы батарей

Аккумулятор 101: как работает автомобильный аккумулятор?

Что такое аккумулятор?

Как работают автомобильные аккумуляторы?

Как работают автомобильные аккумуляторы

Нужен ли мне новый автомобильный аккумулятор?

Как работает автомобильный аккумулятор?

02 окт. Как работает автомобильный аккумулятор?

Как работает автомобильный аккумулятор

Физика работы автомобильного аккумулятора

Химия работы автомобильного аккумулятора

Как долго работает автомобильный аккумулятор?

Как работает зарядка автомобильного аккумулятора?

Заключение

Источники

Добавить комментарий Отменить ответ