Батарейки большие как называются: Как называются и какие бывают

Содержание

Как называются и какие бывают

Батарейка-бочонок – это один из наиболее распространенных типов сухих источников питания. Они позволяют обеспечивать надежное снабжение элетроприборов, таких как переносные магнитофоны, счетчики Гейгера и другие. Рассмотрим наиболее распространенные варианты подобных батарей.

Круглая батарейка тип C

Источник питания не очень распространенный, но все же достаточно востребованный. Он по высоте такой же, как пальчиковая батарейка, но в диаметре толще в 2 раза:

длина 50 мм;
диаметр 26,2 мм.

Масса элемента обычно 37 граммов. Напряжение – 1,5 В. Все батарейки типа C относятся к сухозаряженным.

Бочонок C R14

В таблице можно ознакомиться с разновидностями этих батарей, а также некоторыми их параметрами.

Маркировка МЭК	Вид	ГОСТ	Типовая ёмкость, мАч
R14	Солевая	343	3800
HR14	Аккумулятор (NiMH)	n/a	4500-6000
LR14	Щелочная	А343	8000

Применяются подобные элементы достаточно широко, что обусловлено их компактностью и большой емкостью. Чаще всего, встретить эти батарейки можно в различных бытовых приборах:

магнитофонах и другой звуковоспроизводящей технике;
фонарях;
некоторых видах видеоаппаратуры;
игрушках.

Не менее широко применяются в измерительной аппаратуре:

мультиметры;
различного типа счетчики;
некоторых типах сигнальных устройств.

Таким образом, они встречаются повсеместно. В большей части случаев производитель предполагает использование сразу нескольких источников питания. Это дает возможность получить достаточную силу тока для работы электроприбора. Также в этом случае значительно повышается срок службы источника питания.

Бочонок D R20

Большая круглая батарейка тип D

Большая круглая батарея типа D является одним из самых популярных источников питания (популярнее только и ). Такие элементы обладают большой мощностью, что позволяет использовать их в самых разных приборах, в том числе и очень энергоемких, таких как счетчик Гейгера и его аналоги. Эти гальванические элементы производятся с 1898 года, и на данный момент являются лидерами среди аналогов.

Батарейка 373 (тип D) имеет следующие габаритные параметры:

высота – 61,5 мм;
диаметр – 34,2 мм;
масса может колебаться в пределах 66-141 г.
Напряжение гальванического элемента 1,5 В.

Существует несколько разновидностей этой батареи, основные параметры можно изучить в таблице.

Маркировка МЭК	Вид	ГОСТ	Типовая ёмкость, мАч
R20	Солевая	373	8000
HR20	Аккумулятор (NiMH)	n/a	9000-11500
LR20	Щелочная	А373	19500

Это самая большая батарейка из цилиндрических, поэтому они носят название бочонка или просто бочки. Применяются они очень широко, так как имеют большую емкость и могут выдавать довольно большой ток.

Как правило, если вам говорят, что для устройства требуется большая батарейка, то практически во всех случаях это бочонок типа D.

Первоначально разрабатывались эти элементы для использования в мощных фонарях. Постепенно с развитием электроники, все чаще их стали применять и в других приборах. При этом размер не имел значения, основной параметр, который привлекал инженеров – емкость.

На данный момент, это наиболее распространенный тип батарей в портативной электронике. Самые известные производители Duracell и Energizer.

Большая плоская квадратная батарейка 3336

Сейчас маркируется, как 3R12 или 3LR12. На самом деле это три элемента R12 или LR12, установленные в один корпус (R — это солевой, а LR — это щелочной элемент). Между собой они соединяются последовательно. В итоге получается прямоугольная батарея, имеющая выходное напряжение 4,5 В. Размер соответствует используемым в комплекте элементам, вот эти параметры:

высота – 67 мм;
ширина – 62 мм;
толщина – 22 мм.

В СССР часто использовался для фонарей. За счет повышенного напряжения, можно было использовать более мощный лампочки, обеспечивая яркое освещение.

Также встречался в некоторых радиоприборах. На данный момент практически не применяются.

Виды батареек по размерам и химическому составу: шпаргалка CHIP

Какие батарейки лучше — алкалиновые или солевые? Ни те и не другие. В этой статье мы разберемся в химическом составе и типоразмерах батареек, которые используются в бытовой электронике. Читайте нашу шпаргалку по этим двум вопросам.

Виды батареек по химическому составу

В быту «батарейками» называют гальванические элементы, которые создают электрический ток за счет химической реакции. Гальванические элементы производят электрическую энергию благодаря реакциям между двумя металлами в растворе электролита. Один металл является «минусом», другой «плюсом». Между ними протекает реакция окисления (на «минусе») и восстановления (на «плюсе»), за счет которой и возникает ток.

Традиционно с химической точки зрения батарейки разделяют на виды в зависимости от того, какие металлы или какой тип электролита в них используется.

Солевые батарейки

Это старейший тип батареек, разработанный компанией Eveready еще в 20-х годах прошлого века. В качестве «минуса» в нем используется цинк, а в качестве «плюса» — двуокись марганца. Электролит, который обеспечивает протекание реакции — хлорид аммония. Это соль, поэтому батарейка называется солевой.

Солевые батарейки имеют международную маркировку R. Такие батарейки подходят для устройств, не требующих большой мощности питания: детских игрушек, пультов ДУ для телевизоров, часов, ручных фонариков, небольших радиоприемников.

Преимущества

дешевизна
маленький вес
возможность возобновить работу батарейки после разряда

Недостатки

невысокая выработка тока
не работают при минусовых температурах
небольшой срок хранения
проблемы с герметичностью
и быстрая разрядка при неиспользовании

Щелочные батарейки

Щелочные батарейки также называются алкалиновыми (от французского alcaline — щелочной). Они также состоят из марганца и цинка, но в качестве электролита, в котором протекает реакция, в них используется гидроксид калия. Это щелочь, поэтому у батарейки такое название.

Щелочная батарейка маркируется буквами LR. Эти батарейки подходят для устройств со средним и высоким потреблением тока, таких как ручные прожекторы, плееры и диктофоны, фотоаппараты.

Преимущества

большая емкость, чем у солевых
могут работать при низких температурах
герметичны
малая скорость саморазряда — могут храниться до 7 лет

Недостатки

цена чуть выше
более тяжелый вес
одноразовые — после выработки заряда использоваться больше не могут

Ртутные батарейки

В этих батарейках в качестве «минуса» служит цинк, а «плюса» — оксид ртути. Они разделяются слоем электролита, в роли которого выступает 45% раствор щелочи (гидроксид калия, как и в алкалиновых).

Ртутные батарейки в наше время используются очень редко из-за общеизвестного факта: ртуть токсична. Однако еще в недалеком прошлом они активно применялись в электронных часах, весах, медицинской технике — слуховых аппаратах, кардиостимуляторах.

Преимущества

стабильность напряжения
большая ёмкость
высокая энергоплотность
стойкость к перепаду температур
долгое время хранения

Недостатки

ядовитость ртути при нарушении герметичности
дороговизна
сложность утилизации

Серебряные батарейки

Есть и такие. В них роль «минуса» опять играет цинк, а роль «плюса» — оксид серебра. Реакция с выделением электрического тока протекает при помощи щелочного электролита — гидроксида калия или натрия.

Международная маркировка серебряной батарейки — SR. Используются они в тех же сферах, что и ртутные, и по достоинствам и недостаткам практически им аналогичны. Главное преимущество серебряных батареек перед ртутными — безопасность: серебро нетоксично, и при нарушении герметичности корпуса нет риска отравления. Главный минус — серебряные батарейки дороже всех остальных видов батареек.

Литиевые батарейки

Наконец, последний тип батареек — литиевый. У этих батареек в качестве «плюса» используется литий, а вот «минус» и электролит могут быть представлены различными веществами: диоксид марганца, монофторид углерода, пирит, тионилхлорид и другие.

Литиевые батарейки могут использоваться в разной портативной электронике и имеют маркировку CR. Они объединяют в себе все преимущества предыдущих типов и, по факту, являются самым хорошим гальваническим элементом питания. Но по сравнению с щелочными и солевыми элементами литиевые батарейки дороговаты (хотя в зависимости от используемых веществ цена может сильно различаться). Поэтому первые тоже выпускаются в большем количестве для бюджетного сегмента.

Преимущества

легкость
долгое время хранения (до 12 лет)
термическая стойкость
стабильное напряжение
высокая энергоплотность и энергоемкость

Недостатки

высокая стоимость

Как видите, литиевые батарейки — это единственный тип, у которого достоинства решительно перевешивают недостатки. Поэтому рекомендуем попробовать:

Виды батареек по размерам

Батарейки с одним и тем же химическим составом могут иметь разный размер и форму (типоразмер). Мы составили для вас таблицу-шпаргалку по типоразмерам батареек, чтобы вы точно разобрались, батарейки AA и AAA — это пальчиковые и мизинчиковые?

Цилиндрические батарейки

Типоразмер	Бытовое название	Ширина, мм	Высота, мм	Возможный химический состав	Внешний вид
A (23)	Мини-мизинчиковая	10,5	28,9	Солевые, щелочные
AA (03)	Пальчиковая	14,5	50,5	Солевые, щелочные, литиевые
ААА (6)	Мизинчиковая	10,5	44,5	Солевые, щелочные, литиевые
AAAA (40)	Маленькая мизинчиковая	8,3	42,5	Солевые, щелочные
С (14)	Средняя	26,2	50	Солевые, щелочные
D (20)	Большая	34,2	61,5	Солевые, щелочные
РР3	Крона	26,5	48,5	Солевые, щелочные, литиевые

Замена отжившей цилиндрической батарейки, таким образом, не представляет особой трудности. Достаточно сопоставить маркировку химического состава и типоразмера — и она должна быть представлена на корпусе нужной вам батарейки. Например:

R23 — солевая A;
LR03 — щелочная AA;
СR6 — литиевая AAA.

А вот ртутные и серебряные элементы, как правило, представлены в круглом формате — ее в быту называют «таблеткой». Круглые батарейки имеют великое множество типоразмеров, не подчиняющихся единому стандарту.

На фото — многочисленные размеры круглых батареек.

Производители выпускают их такого размера, как им угодно, поэтому замена отжившей батарейки часто представляет заметную проблему. Впрочем, хорошо то, что использование таких элементов ограничено крайне узким кругом устройств. Наша рекомендация: прочтите маркировку на корпусе батарейки и поищите элементы с аналогичной маркировкой в интернете или ближайшем магазине.

Читайте также:

Фото: Pixabay, Wikimedia Commons

Разновидности батареек и аккумуляторов — Энергосила

типоразмеры элементов питания (батареек, аккумуляторов)

Батарейки с солевым электролитом.

Батарейки с солевым электролитом, они же цинк-углеродные (на упаковках солевых батареек производители обычно не указывают химческий состав) – самые дешёвые химические источники тока из существующих. На серьёзную нагрузку не рассчитаны: в фонаре их хватит на минут пятнадцать, а в фотоаппарате может не хватить и на один кадр. При отрицательных температурах их емкость стремится к 0. Предназначение солевых батареек – пульты дистанционного управления, часы, электронные термометры (устройства, энергопотребление которых укладывается в десятки миллиампер).

Батарейки с щелочным электролитом

Следующий тип батареек – щелочные, или марганцевые батарейки. Многие называют их «алкалиновыми» – это дословный перевод с английского «alkaline», то есть «щёлочь». Отрицательный полюс щелочной батарейки состоит из цинкового порошка – по сравнению с цинковым корпусом солевых элементов, использование порошка позволяет увеличить скорость протекания химических реакций, а значит, и отдаваемый батарейкой ток. Положительный полюс – из диоксида марганца. Основным же отличием от солевых батареек является тип электролита: в щелочных в его качестве используется гидроксид калия. Щелочные батарейки хорошо подходят для устройств с энергопотреблением от десятков до нескольких сотен миллиампер — при ёмкости порядка 2…3 А*ч они обеспечивают вполне приемлемое время работы. Есть у них и существенный минус: большое внутреннее сопротивление. Если нагрузить батарейку большим током, её напряжение сильно упадет, а значительная часть энергии будет расходоваться на нагрев самой батарейки — в результате эффективная ёмкость щелочных батареек сильно зависит от нагрузки. Если при разряде током 0,025 А нам удастся получить от батарейки 3 А*ч, то при токе 0,25 А реальная ёмкость упадёт уже до 2 А*ч, а при токе 1 А — ниже 1 А*ч. Тем не менее, какое-то время щелочная батарейка может работать и при большой нагрузке, просто это время сравнительно невелико. Если на солевых батарейках цифровой фотоаппарат может даже не включиться, то одного комплекта щелочных ему хватит на полчаса работы.

Литиевые батарейки

Последний из широко распространённых типов батареек — литиевые. Обычно они рассчитаны на напряжение, кратное 3 В, поэтому большинство типов литиевых батареек с полуторавольтовыми солевыми и щелочными не взаимозаменяемы. Такие батарейки широко используются в часах и в фототехнике. Существуют и литиевые батарейки на напряжение 1,5 В, выполненные в стандартных размерах АА и ААА — их можно использовать в любой технике, рассчитанной на обычные солевые или щелочные батарейки. Преимущество литиевых батареек заключается в меньшем внутреннем сопротивлении по сравнению со щелочными: их ёмкость мало зависит от тока нагрузки. При малом токе и щелочная, и литиевая батарейки имеют одинаковую ёмкость 3 А*ч, но если их поставить в цифровой фотоаппарат, потребляющий 1000 m А, то литиевые прослужат в несколько раз дольше. Минусом литиевых батареек является высокая сттоимость- столько же стоит Ni-MH аккумулятор, обладающий сходными с литиевыми батарейками разрядными характеристиками, но способный выдержать несколько сотен циклов заряд-разряд.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы

Основной альтернативой батарейкам являются аккумуляторы – источники тока, химические процессы в которых обратимы. Никель-кадмиевые аккумуляторы надёжны и долговечны (их можно хранить до пяти лет, а заряжать – при правильном использовании – до 1000 раз), хорошо работают при низких температурах (при -20 С, их емкость составляет 75% от номинальной) и легко выдерживают большие токи разряда, могут заряжаться как малыми, так и большими токами. Недостатков тоже хватает. Во-первых, относительно маленькая плотность энергии (то есть отношение ёмкости элемента к его объёму), во-вторых, заметный ток саморазряда (после нескольких месяцев хранения аккумулятор перед использованием потребуется заново зарядить), в-третьих, использование в конструкции ядовитого кадмия, и, в-четвёртых, эффект памяти – если аккумулятор был разряжен, только на 25 %, то очередная зарядка восстановит его ёмкость не до 100 %, а меньше. Для борьбы с эффектом памяти аккумулятор рекомендуется перед зарядкой разряжать полностью – это разрушает образующиеся кристаллы и восстанавливает ёмкость аккумулятора. Среди доступных типов аккумуляторов именно никель-кадмиевые наиболее подвержены эффекту памяти. Тем не менее, в некоторых случаях использование никель-кадмиевых аккумуляторов оправдано и сейчас – благодаря низкой стоимости, долговечности и возможности зарядки при низких температурах без отрицательных последствий для аккумулятора.

Никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы

В отличие от никель-кадмиевых батарей, никель-металлгидридные не содержат тяжёлых металлов, а значит, безвредны для окружающей среды и не требуют специальной переработки при утилизации. При тех же размерах Ni-MH аккумуляторы имеют в два-три раза большую ёмкость – для наиболее распространённых аккумуляторов формата AA она доходит до 2700 мА*ч против 1000 мА*ч у никель-кадмиевых. Ni-MH аккумуляторы мало страдают от эффекта памяти. К сожалению, у Ni-MH аккумуляторов есть и свои недостатки. Во-первых, они имеют больший ток саморазряда по сравнению с Ni-Cd, во-вторых, падение ёмкости аккумулятора может наступить уже после 200-300 циклов, в-третьих, слишком большие разрядные токи и зарядка при низких температурах заметно сокращают жизнь аккумулятора, в-четвертых, при низкой температуре их емкость составляет не больше 30% от номинальной. Тем не менее, по совокупности характеристик – стоимости, надёжности, ёмкости, простоте обслуживания – на данный момент Ni-MH аккумуляторы являются одними из лучших. При использовании NiMH аккумуляторов далеко не всегда следует гнаться за большой ёмкостью. Чем более ёмкий аккумулятор, тем выше (при прочих равных условиях) его ток саморазряда.

виды, их плюсы и минусы

Современного человека окружают приборы с автономным питанием: от фонарика до фотоаппарата — всех и не перечислить. Многие из этих устройств имеют встроенные аккумуляторы, а многие обходятся стандартными элементами питания. Батарейки отличаются напряжением, ёмкостью, начинкой и размерами.

Начинка батареек

Солевые

Солевые батарейки наиболее дёшевы, но не держат большую нагрузку, долго не хранятся и имеют свойство «вытекать» при каждом удобном случае.

Упрощённо, солевые батарейки состоят из двух электродов — из цинка и из диоксида марганца. Пространство между электродами заполнено электролитом (его в батарейках называют агломератом), в котором кроме собственно жидкости взвешена сажа и графит — токопроводящие частицы.

Солевые батарейки хранятся максимум 2-3 года, причём падение ёмкости к окончанию срока хранения составляет 30-40 %.

Алкалиновые

Алкалиновые или щелочные батарейки гораздо меньше проседают под высокой нагрузкой, почти не вытекают и практически не подвержены внезапным разогревам при перегрузке.

Химически алкалиновая батарейка состоит ровно из тех же компонентов, но как бы вывернута наизнанку. Агломерат специально загущен, в цинк добавлены висмут и алюминий для увеличения токоотдачи.

Кстати, раньше добавляли вредную ртуть, но все производители давно от неё отказались. До сих пор на многих батарейках можно встретить надпись 0 % Mercury .

Алкалиновая батарейка имеет изоляцию электродов, специальную камеру для газов, а также мембрану. В случае перегрузки и резкого выделения большого количества газов, батарейка не взорвётся, а просто порвётся мембрана. Да, электролит при этом вытечет, но это будет опасно только для устройства, но не для человека.

Размеры батареек

Самые распространённые батарейки для игрушек, карманных фонариков, настенных часов, беспроводных клавиатур и мышей — это то, что мы привыкли называть словами «пальчиковые» и «мизинчиковые».

Пальчиковые батарейки маркируются латинскими буквами AA или LR6. Имеют номинальное напряжение питания 1,5 В. Размеры: длина 50,5 мм, диаметр 14,5 мм.

Ёмкость, которая влияет на срок активной службы, зависит от начинки: солевые или алкалиновые. Разумеется, алкалиновые гораздо круче по всем параметрам, кроме цены.

Мизинчиковые батарейки маркируются как AAA. Часто их используют как замену большим элементам питания напряжением от 3,7 до 4,5 В, комбинируя по три штуки. Но применяют и по отдельности.

Кроме этих двух типоразмеров имеется масса других, менее распространённых. С разными характеристиками и разным напряжением.

Батарейки или аккумуляторы?

Не вдаваясь в лишние подробности, отметим: аккумуляторы бывают тех же типоразмеров. Но напряжение у них, как правило, 1,2 В, а не 1,5.

По начинке аккумуляторы типоразмеров AA и AAA бывают никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металл-гидридные (NiMh). Отдельно стоят серебряно-цинковые аккумуляторы номинальным напряжением 1,55 В.

Предпочтительнее использовать NiMh аккумуляторы — они не обладают «эффектом памяти», то есть, в отличие от никель-кадмиевых, их можно подзаряжать в любое время.

Чем аккумуляторы лучше батареек

1. Даже учитывая затраты на сами аккумуляторы и зарядное устройство для них, при длительной эксплуатации аккумуляторы дешевле. Можно посчитать момент окупаемости затрат — на какой по счёту зарядке стоимость аккумуляторов сравняется с условным комплектом батареек.

Например, для набора зарядное устройство Energizer Pro Charger + 4AA 2000mAh такой срок составит примерно 16 зарядок, если в качестве альтернативы использовать батарейки GP 15A.

2. Аккумуляторы экологичнее. Для производства батарейки или аккумулятора затрачивается примерно одинаковое количество ресурсов. А служат аккумуляторы в сотни и тысячи раз дольше — считая циклы зарядки, а не абсолютное время.

Купив один раз нормальный комплект аккумуляторов с зарядным устройством, убережём планету от загрязнения сотнями комплектов одноразовых батарей.

3. Аккумуляторы заряжаются в среднем за 3 часа. Весь комплект из 4 штук. А за батарейками нужно идти в магазин.

Покупать и батарейки и аккумуляторы стоит у проверенных продавцов. На мелких торговых точках велика вероятность купить аналог или откровенную подделку. Торговые марки Panasoanic или Abibas всё ещё на слуху.

Выводы

Выбор есть, покупаем с умом, отдаём предпочтение аккумуляторам. И утилизируем в специальные контейнеры, не выбрасываем вместе с мусором.

Аккумуляторы и батарейки для фонарей

Элементы питания входят в число аксессуаров, необходимых для функционирования любого фонаря. Ведь именно они обеспечивают работу с нужной яркостью. В настоящее время различных вариантов элементов питания существует огромное количество. Все они различаются по размеру, использованному в качестве электролита материалу, а также возможности повторной зарядки.

На первый взгляд, более дешевый вариант — это купить батарейку для светодиодного фонаря подходящего формата. Это могут быть щелочные, солевые или литиевые элементы питания. Солевые для мощных светодиодных фонарей не подходят в силу своей небольшой емкости — они слишком быстро сядут. А щелочные, которые также называют алкалайновыми, и литиевые используются довольно широко. Однако владельцу фонаря, активно его использующему, придется довольно часто покупать новые батарейки, что уже приведет к серьезным финансовым затратам.

Поэтому более выгодным решением будет купить аккумулятор для фонаря. Среди популярных вариантов можно назвать следующие типы аккумуляторов: Li-ion (литий-ионный), Ni-MH (никель-металлгидридный), Li-pol (литий-полимерный), а также LiFePO4 (литий-железо-фосфатный). Современные технологии позволяют производителям выпускать аккумуляторы большой емкости, заряда которых будет достаточно для работы фонаря в течение длительного периода времени.

Наиболее широкое распространение получили Li-ion аккумуляторы. Они рассчитаны более чем на 500 циклов перезарядки, отличаются низкой саморазрядкой во время хранения, и не подвержены «эффекту памяти». Сходные характеристики эксплуатации и у Li-pol элементов питания. Разница состоит в том, что в качестве электролита используется насыщенный литийсодержащий раствор.

Ni-MH аккумуляторы также можно использовать около 500 циклов. Эта технология считается наиболее экологически чистой. Однако от предыдущих вариантов никель-металлгидридные аккумуляторы отличаются чуть более высокими показателями саморазрядки. Впрочем, и этот их недостаток в современных моделях LSD NiMH уже исправлен.

Аккумуляторы LiFePO4 — это развивающийся тип элементов питания, поэтому для фонарей они используются не очень часто. Однако если выбранная модель светодиодного фонаря совместима с такими аккумуляторами, стоит отдать предпочтение именно им. Количество циклов заряда-разряда для них составляет 2000-5000 до потери 20% емкости. Более того, они сохраняют работоспособность в широких диапазонах температур, в том числе, и отрицательных.

В данном разделе каталога интернет-магазина fenix-russia.ru представлены виды фирменных аккумуляторов Fenix, которые наиболее часто используются с фонарями этого бренда. Они представляют собою емкие элементы питания, которые в состоянии обеспечить достаточным количеством энергии даже наиболее энергозатратные модели фонарей.

Что такое батарейка? Состав батарейки

В электротехнике термином батарейка называют некий источник электрического тока в котором несколько электрохимических элементов соединёны между собой. Электричество в батарейке вырабатывается под действием химического процесса. Обратите внимание, что именно «несколько», а не одиночный элемент называется батарейкой. Но, всё же, мы привыкли батарейкой называть всё, что даёт нам постоянный ток, не вникая в то, из чего она там внутри состоит. Тем более, что как правило, снаружи всё упаковано в единую форму.

Изобретателем батарейки считается итальянский физик Алессандро Вольта. И произошло это примерно в 1800 году.

Принцип работы батарейки

У любой батарейки есть анод (положительный полюс, обозначается значком +), катод (отрицательный полюс, обозначается, соответственно значком -), между ними электролит (как правило сухой).
Электрический ток бежит от анода (-) к катоду (+), но между ними обязательно должна быть нагрузка (например лампочка или, что-то ещё).
Если нет нагрузки — нет тока!
А если соединить полюса в батарейке без нагрузки, то произойдёт короткое замыкание.
Качество батарейки (мощность, продолжительность работы, параметры нагрузки..) зависят от состава и качества материалов в её составе.

Виды батареек

Классификация батареек по типу химической реакции

Тип	Описание	Достоинства	Недостатки
Первичные	Гальванические элементы. Реакции, происходящие в них, необратимы, поэтому их нельзя перезарядить.	Дешевле стоят, меньше саморазряд.	Одноразовые.
Вторичные	Аккумуляторы. Реакции в них обратимы, поэтому они способны не только отдавать энергию, но и накапливать её.	Многократность применения. Более экологичные.	Дороже. Сильнее саморазряд.

Классификация батареек по типу электролита
(список не полный, указаны только самые распространённые в быту)

Тип	Достоинства	Недостатки	Фото
«Солевые» (угольно-цинковые)	Самый дешёвый. Рабочая температура: от −40 до +55 °C (данные Википедии).	Малая емкость, не позволяющая использовать изделия в мощных устройствах, малый срок хранения.
«Щелочные» (алкалиновые, щёлочно-марганцевые)	Ёмкость в 1,5–10 раз больше, чем у солевых элементов, в зависимости от режима работы, при том же типоразмере элемента. Меньший саморазряд, длительный срок хранения. Лучше работают при больших токах нагрузки. Меньше падение напряжения по мере разряда. Меньше газовыделение, благодаря чему элемент можно делать полностью герметичным. Рабочая температура: от -30 до +55 °С.	Спадающая кривая разряда, большая масса.
«Литиевые»	Наивысшая ёмкость на единицу массы. Пологая кривая разряда. Превосходен при низких и высоких температурах (лучше чем у предыдущих элементов). Длительное время хранения. Лёгкий вес.	Высокая цена

Типы батареек по размеру и их обозначения

Здесь мы разместили таблицу в которой указаны, помимо размеров и характеристик, «название» и «маркировка». По сути это одно и то же, и даже, как правило, на всех элементах указывается одновременно. В США принято буквенное обозначение (в колонке «название»), и оно ориентированно на физический размер «батарейки».

Название	Маркировка	Диаметр (мм)	Высота (мм)	Емкость (мАч)
A	Солевая (R23) Щелочная (LR23)	17	50	—
AA	Солевая (R6) Щелочная (LR6) Литиевая (FR6)	14,5	50,5	1100-3500
AAA	Солевая (R6) Щелочная (LR6) Литиевая (FR6)	10,5	44,5	540-1300
AAAA	Щелочная (LR8D425)	8.3	42.5	625
B	Щелочная (LR12 или 3R12)	22	62 × 67	8350
C	Солевая(R14) Щелочная(LR14)	26.2	50	3800-8000
D	Солевая(R20) Щелочная(LR20)	34.2	61.5	8000-19500
F	Солевая(R25) Щелочная(LR25)	33	91	—
N	Солевая(R1) Щелочная(LR1)	12	30.2	1000
1/2AA	Солевая (R14250)	14.5	25	250

* Параметры ёмкости и тока в батарейке могут отличаться в зависимости от производителя.

Маркировки батареек

Маркировку гальванических источников тока делают исходя из состава электролита и активного металла в их конструкции. Регламентирует всё это IEC (Международная электротехническая комиссия).
По этой классификации существует 5 самых распространенных типов круглых (цилиндрических) батареек:

солевые, щелочные, литиевые, серебряные и воздушно-цинковые.

Мы рассмотрим первые три, поскольку в предыдущей таблице не стали описывать стандарты для двух последних (серебряных и воздушно-цинковых батареек). Разнообразие этих элементов гораздо шире и мы не уместимся в рамки статьи.

Буква R в их маркировке означает круглую форму (от английского round).

Солевые батарейки (R).

Катод состоит из марганца (MnO₂) в смеси с графитом (около 9,5 %), анод из цинка (Zn), и электролит из раствора хлорида аммония NH₄Cl. Они обеспечивают напряжение 1,5 вольта, имеют небольшую емкость, высокий саморазряд и низкий срок хранения (примерно 2 года).
Солевые батарейки самые дешевые и имеют посредственные технические характеристики. В обиходе их также называют цинк-карбоновыми и угольно-цинковыми. Наиболее эффективной областью применения солевых батареек являются приборы со средним и низким энергопотреблением. Например, пульты ДУ и настенные часы.

Щелочные батарейки (LR).

Имеют катод из диоксида марганца, анод из цинка (порошок), и электролит из гидроксида щелочного металла (обычно гидроксид калия). Они имеют напряжение 1,5 вольта, увеличенную емкость, низкий саморазряд и большой срок хранения до 10 лет.
Эти источники тока несколько дороже солевых, в обиходе их еще называют алкалиновыми и щелочно-марганцевыми.

Литиевые батарейки (CR).

Имеют анод из лития, катод чаще из диоксида марганца (но используются и другие составы для катода). Они имеют большую емкость, малый саморазряд и большой срок хранения до 10-12 лет. Они сохраняют работоспособность при низких температурах. Эти источники тока довольно дороги.

Надеемся, что вы нашли ответ на вопрос «что такое батарейка?».

Полезные статьи не только про батарейки

Как выбрать часы

Ремонт часов

Замена батареек

Таблица сравнения батареек

Батарейки для часов — общая информация

Батарейки для часов в нашем каталоге

Типы батареек по химическому составу

Существует три распространенных типа батареек:

Оксид-серебряные
Алкалиновые (щелочные)
Литиевые

Литиевые батарейки как правило имеют напряжение 3 Вольта (и большие размеры), в то время как оксид-серебряные и алкалиновые – 1.5 Вольта.

Оксид-серебряные и алкалиновые батарейки могут быть взаимозаменяемыми, но при этом следует помнить о некоторых особенностях.

На настоящий момент ведущие мировые производители батареек практически не выпускают алкалиновых моделей, отдавая предпочтение изготовлению оксид-серебряных элементов питания.

При прочих равных алкалиновая батарейка будет стоить дешевле аналогичной оксид-серебряной, но на этом ее плюсы и ограничатся. Оксид-серебряные батарейки представляют собой современную реализацию элементов питания и превосходят по характеристикам стабильности и долговечности свои алкалиновые аналоги.

При использовании в часах строго рекомендуется применять именно оксид-серебряные батарейки, а применение алкалиновых в наше время допустимо в калькуляторах или электрических игрушках.

Мы рекомендуем применение оксид-серебряных элементов питания или литиевых, эти два класса батареек не пересекаются между собой.

Размеры батареек

Размеры литиевых батареек легко определить, основываясь просто на их буквенно-цифровой маркировке. Первые две цифры обозначают диаметр батарейки в миллиметрах (целые числа), а вторые две – ее толщину в миллиметрах (с десятыми долями). Так, к примеру, маркировка CR2430 обозначает, что перед Вами элемент питания с диаметром 24 мм, и толщиной 3.0 мм.

Несколько сложнее обстоит дело с определением по маркировке размеров оксид-серебряной или алкалиновой батарейки. Во избежание путаницы мы рекомендуем Вам использовать таблицу соответствия по маркировкам различных производителей.

Префиксы

Маркировка батареек может содержать в себе не только цифры, но и латинские буквы. Та буква или буквы, которые находятся в маркировке до цифр называется префиксом, причем возможных их сочетаний не так уж много, и при их наличии они указывают на тип элемента питания. Ниже мы даем пояснения по значению возможных сочетаний:

BR – литиевая;
CR – литиевая;
L – алкалиновая;
SR – оксид-серебряная;
LR – алкалиновая;
SG – оксид-серебряная;
AG – алкалиновая;

Суффиксы

В дополнение к префиксу и цифровой части маркировка батарейки может иметь суффикс – одну или несколько латинских букв, расположенных в ее конце.

Как правило суффикс применяется для оксид-серебряных батареек и может иметь два значения:

W – для устройств с высоким энергопотреблением;
SW – для устройств с низким энергопотреблением;

К примеру, две батарейки одинакового оксид-серебряного типа и одних и тех же физических размеров могут иметь маркировки SR1130W и SR1130SW.

Если говорить о часах, то показанием к применению батареек с суффиксом W является наличие в часах подсветки циферблата или иных энергопотребляющих функций не характерных для «просто часов на батарейке».

Во всех остальных случаях вполне достаточно батареек с суффиксом SW. Впрочем разница в цене между ними минимальна, и ничего плохого в том, чтобы использовать батарейки с суффиксом W в любых часах нет.

Срок годности

Неиспользуемые батарейки тем не менее склонны к потере заряда со временем. Объем этих потерь зависит от условий хранения и типа батареек.

При температуре 21 градус потери для оксид-серебряных и алкалиновых батареек находятся в пределах 10%, а для литиевых составляют около 2% в год.

Определение нужного типа батарейки

Различные производители применяют различные способы маркировки элементов питания, в добавок, как мы написали выше, алкалиновые батарейки могут быть заменены аналогичными по размеру оксид-серебряными.

В связи с этим если Вы держите в руках свою старую батарейку и Вам нужна новая, вопрос о том, какую именно выбрать тем не менее может не иметь такого уж простого ответа.

Мы рекомендуем Вам использовать таблицу соответствия для того чтобы определить какой элемент питания из нашего ассортимента соответствует Вашей старой батарейке.

Почему размеры батарей названы именно так? (AAA меньше, чем AA и т. Д.): Объясниться Первая попытка стандартизировать названия батарей различных производителей была предпринята во время Первой мировой войны, а стандарты были опубликованы в 1919 году Министерством торговли. Что именно это были за стандарты, я не смог определить.

В любом случае буквенная система была универсальной к 1940-м годам и поддерживалась Американским национальным институтом стандартов (ANSI).Буквы обозначают размер аккумулятора по высоте и ширине. Например, «AA» означает «50,5 мм x 14,5 мм».

Буквы изначально начинались с буквы А и увеличивались в размере. Но в 1950-х годах электронное оборудование уменьшилось, и внезапно потребовались батарейки AA, AAA и AAAA. В текущих спецификациях ANSI указаны размеры от AAAA до G, плюс J, N, O и R.

Некоторые размеры, например A, вышли из употребления. (B по-прежнему используется для велосипедных фонарей в Великобритании.) Другие, такие как F и G, всегда связаны вместе в многоячеечные пакеты для электрических ограждений, фонарей и т. Д.и никогда не просматриваются индивидуально потребителями.

N на самом деле меньше AAAA — его называют N, потому что это была первая ртутная батарея, а N — символ Международного электротехнического комитета для этого металла. Модель J была разработана и названа компанией Kodak специально из-за своих камер.

Другая проблема заключается в том, что новые батареи часто должны разрабатываться так, чтобы их можно было разместить внутри новых продуктов. В результате сейчас на рынке имеется около 300 типоразмеров батарей — в 12 раз больше, чем имеющиеся буквы. Итак, есть батареи, известные как «sub-Cs» и «две трети As».

(Никто не знает, почему 9-вольтовый, появившийся в 40-х годах для транзисторных радиоприемников, не имеет буквенного обозначения. Но его другая форма, конфигурация и напряжение, вероятно, сделали его достаточно узнаваемым сам по себе.)

Буква Система явно безумна и на самом деле используется только в США и только для обычных бытовых аккумуляторов. Производители, другие страны и сам ANSI используют верные (хотя и очень сложные) номенклатуры, которые обычно указывают на химический состав, форму и размеры батареи.

Но все они используют разную номенклатуру. Итак, в зависимости от того, где вы находитесь и с кем разговариваете, старая добрая батарея AA может быть E91, MN1500, 815, KAA, AM3, 15A, LR6 или SUM1.

Даже если будет принята универсальная система, производители батарей опасаются, что американские потребители будут сбиты с толку без запоминающихся букв A, C и D. (Duracell даже продвигает использование букв в Европе).

Как работает батарея — Любопытный

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, батарейки у нас есть. 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 батареи, а в основном они использовались 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 вызвано электричеством из тканей лягушек, и назвал 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 протекает через провод, приложенный к обоим концам стопки.

Батарея Алессандро Вольта: куча цинковых и серебряных листов, перемеженных 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 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). Как правило, это разные типы металлов или другие химические соединения.

В котле Вольта анодом служил цинк, от которого электроны текли по проволоке (при подключении) к серебру, 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 вступает в реакцию с электролитом, образуя 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 вашего элемента, который в основном представляет собой напряжение элемента.
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 притягивать положительно заряженные ионы из электролита (альтернативно, он также может высвобождать отрицательно заряженные ионы из электрода в 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 отправляем энергию обратно в батарею, происходит обратная химическая реакция, которая произошла 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 аккумулятора не такая аккуратная и не такая 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 перезаряжаете 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, а некоторые металлы откладываются во время перезарядки, 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 движение 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 тянуть 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 клетки вы также можете думать о токе как о количестве ионов, движущихся через электролит, умноженном 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 ферма, 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 удобнее, чем другие комбинации.Например, литий-железо-фосфатные батареи (тип литий-ионных аккумуляторов), 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.

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Представьте себе мир без литий-ионных батарей (часто называемых литий-ионными батареями или LIB, ). Нужна помощь? Мобильные устройства не будут выглядеть так, как сейчас. Представьте себе огромные, тяжелые сотовые телефоны и ноутбуки. Также представьте, что обе эти вещи настолько дороги, что их могут себе позволить только очень богатые люди. Вы представляете 1980-е.Страшно, правда?

Знаете ли вы?
Литий-ионные батареи были впервые произведены и произведены компанией SONY в 1991 году.

Литий-ионные батареи

стали огромной частью нашей мобильной культуры. Они обеспечивают питание большей части технологий, которые использует наше общество.

Из каких частей состоит литий-ионный аккумулятор?

Батарея состоит из нескольких отдельных элементов , которые соединены друг с другом. Каждая ячейка содержит три основные части: положительный электрод (катод ), отрицательный электрод (анод ) и жидкий электролит .

Части литий-ионной батареи (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Литий-ионные батареи, подобно сухим щелочным батареям, используемым в часах и пультах дистанционного управления от телевизора, обеспечивают питание за счет движения ионов. Литий в своей элементарной форме чрезвычайно реактивен. Вот почему в литий-ионных батареях не используется элементарный литий. Вместо этого литий-ионные батареи обычно содержат оксид лития-металла, такой как оксид лития-кобальта (LiCoO ₂).Это поставляет литий-ионы. В катоде используются оксиды лития-металла, а в аноде — литий-углеродные соединения. Эти материалы используются, потому что они допускают интеркаляцию. Интеркаляция означает, что молекулы могут что-то в них вставлять. В этом случае электроды могут легко перемещать ионы лития в свою структуру и выходить из нее.

Каков химический состав литий-ионных аккумуляторов?

Внутри литий-ионной батареи протекают окислительно-восстановительные реакции.

Восстановление происходит на катоде. Там оксид кобальта соединяется с ионами лития с образованием оксида лития-кобальта (LiCoO ₂). Половина реакции:

CoO ₂ + Li ⁺ + e ^— → LiCoO ₂

Окисление происходит на аноде. Здесь соединение интеркаляции графита LiC ₆ образует графит (C ₆) и ионы лития. Половина реакции:

LiC ₆ → C ₆ + Li ⁺ + e ^—

Вот полная реакция (слева направо = разрядка, справа налево = зарядка):

LiC ₆ + CoO ₂ ⇄ C ₆ + LiCoO ₂

Как работает подзарядка литий-ионного аккумулятора?

Когда литий-ионный аккумулятор в мобильном телефоне питает его, положительно заряженные ионы лития (Li +) перемещаются от отрицательного анода к положительному катоду.Они делают это, перемещаясь через электролит, пока не достигнут положительного электрода. Там они хранятся. С другой стороны, электроны движутся от анода к катоду.

Что происходит в литий-ионной батарее при разряде (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Иллюстрация — текстовая версия

Когда батарея используется, ионы лития текут от анода к катоду, а электроны движутся от катода к аноду.

Когда вы заряжаете литий-ионный аккумулятор, происходит прямо противоположный процесс. Ионы лития возвращаются от катода к аноду. Электроны движутся от анода к катоду.

Что происходит с литий-ионным аккумулятором при зарядке (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Иллюстрация — текстовая версия

Когда батарея заряжается, ионы лития текут от катода к аноду, а электроны движутся от анода к катоду.

Пока ионы лития переходят от одного электрода к другому, существует постоянный поток электронов. Это дает энергию для работы вашего устройства. Поскольку этот цикл может повторяться сотни раз, этот тип аккумулятора перезаряжаемый .

Знаете ли вы?
Иногда литий-ионные батареи называют «батареями для кресел-качалок». Это потому, что ионы лития «качаются» между электродами.

Что делает литий-ионные аккумуляторы подходящими для мобильных технологий?

Все просто. Литий-ионные аккумуляторы имеют наивысшую плотность заряда среди всех сопоставимых систем. Это означает, что они могут дать вам массу энергии, не будучи очень тяжелыми.

Это по двум причинам. Во-первых, литий — наиболее электроположительный элемент . Электроположительность — это мера того, насколько легко элемент может отдавать электроны для образования положительных ионов. Другими словами, это показатель того, насколько легко элемент может производить энергию.Литий очень легко теряет электроны. Это означает, что он может легко производить много энергии.

Литий также самый легкий из всех металлов. Как вы узнали, в качестве электродов в литий-ионных батареях используются интеркаляционные материалы, а не настоящий металлический литий. Тем не менее, эти батареи весят намного меньше, чем батареи других типов, в которых используются такие металлы, как свинец или никель.

Есть ли риски при использовании литий-ионных батарей?

Эти батареи впечатляют, но у них есть свои недостатки.Самая большая жалоба заключается в том, что они довольно быстро изнашиваются, независимо от того, используете вы их или нет. Обычный литий-ионный аккумулятор прослужит около 2–3 лет, прежде чем его потребуется заменить. Это может обойтись дорого! Производство и утилизация литий-ионных батарей также оказывает большое влияние на окружающую среду, поэтому чем дольше эти батареи могут прослужить, тем лучше.

Как вы узнали, литий чрезвычайно реактивен. Когда производители производят литий-ионные батареи, они должны принимать определенные меры предосторожности, чтобы их можно было безопасно использовать.Однако вы, возможно, слышали о некоторых электронных устройствах, таких как ноутбуки или сотовые телефоны, которые загорелись из-за своих батарей. Хотя это может быть хорошим предлогом для того, чтобы не сдать эссе на английском вовремя, это довольно опасная ситуация. По соображениям безопасности литий-ионные батареи включают сепаратор. Это предотвращает соприкосновение электродов элементов батареи друг с другом. Но если этот разделитель будет порван или поврежден, электроды могут соприкоснуться. Это может вызвать сильное перегревание. Если это нагревание вызывает искру, легко воспламеняющийся электролит может загореться.

Как только в одной камере возникает пламя, оно может быстро распространиться на другие. И прежде чем вы это заметите, ваш ноутбук представляет собой лужу расплавленного пластика. Накопление тепла также может вызвать очень быстрое повышение давления в вашем ноутбуке и БУМ!

Посмотрите, что происходит при коротком замыкании литий-ионного аккумулятора (1:13 мин.).

Однако не стоит особо волноваться. Эти события очень редки. На самом деле литий-ионные батареи очень безопасны. Кроме того, прямо сейчас ведется много исследований по улучшению каждой части этих батарей.Например, исследователи создали жидкий электролит, который при ударе превращается в твердое вещество. Это поможет предохранить батареи от нагрева или возгорания в случае их повреждения! Вскоре литий-ионные батареи, вероятно, станут еще безопаснее, прослужат дольше и будут стоить еще дешевле.

Знаете ли вы?
Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях. Мы начинаем видеть все больше и больше автомобилей, которые подключаются к сети вместо того, чтобы заправляться бензином!

История развития аккумуляторов

Батареи прошли долгий путь с момента их появления в 250 году до нашей эры.Предоставлено: Flickr / Patty, CC BY-NC-SA.

Батареи сегодня настолько распространены, что они почти незаметны для нас. Тем не менее, это замечательное изобретение с долгой и легендарной историей и не менее захватывающим будущим.

Батарея — это, по сути, устройство, в котором накапливается химическая энергия, которая преобразуется в электричество. По сути, батареи представляют собой небольшие химические реакторы, в которых в результате реакции образуются энергичные электроны, готовые протекать через внешнее устройство.

Батарейки у нас давно. В 1938 году директор Багдадского музея обнаружил в подвале музея то, что сейчас называют «Багдадской батареей». Анализ датировал его месопотамским происхождением примерно 250 г. до н.э.

Споры вокруг этого самого раннего примера батареи, но предлагаемые варианты использования включают гальваническое покрытие, обезболивание или религиозное покалывание.

Американский ученый и изобретатель Бенджамин Франклин впервые использовал термин «батарея» в 1749 году, когда проводил эксперименты с электричеством, используя набор соединенных конденсаторов.

Первая настоящая батарея была изобретена итальянским физиком Алессандро Вольта в 1800 году. Вольта сложил диски из меди (Cu) и цинка (Zn), разделенных тканью, пропитанной соленой водой.

Провода, подключенные к любому концу стопки, производили непрерывный стабильный ток. Каждая ячейка (набор из Cu, Zn диска и рассола) производит 0,76 Вольт (В). Это значение, кратное количеству ячеек, сложенных вместе.

Одна из самых долговечных батарей, свинцово-кислотная, была изобретена в 1859 году и до сих пор используется для запуска большинства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.Это самый старый образец аккумуляторной батареи.

Сегодня батареи бывают разных размеров от больших мегаваттных размеров, которые накапливают энергию солнечных ферм или подстанций, чтобы гарантировать стабильное энергоснабжение целых деревень или островов, до крошечных батарей, подобных тем, которые используются в электронных часах.

Батареи

имеют различный химический состав, которые генерируют базовые напряжения элементов, как правило, в диапазоне от 1,0 до 3,6 В. Последовательное соединение ячеек увеличивает напряжение, а их параллельное соединение увеличивает подачу тока.Этот принцип используется для суммирования требуемых напряжений и токов вплоть до мегаваттных величин.

В настоящее время многие ожидают, что технология аккумуляторов совершит еще один скачок с разработкой новых моделей, обладающих достаточной емкостью для хранения энергии, вырабатываемой домашними солнечными или ветряными системами, и затем для некоторых обеспечит подачу энергии в дом в более удобное (обычно ночное) время. дней

Как работают батарейки?

Когда батарея разряжается, в результате химической реакции образуются дополнительные электроны.Примером реакции, в которой образуются электроны, является окисление железа с образованием ржавчины. Железо вступает в реакцию с кислородом и отдает электроны кислороду с образованием оксида железа.

Стандартная конструкция батареи предполагает использование двух металлов или соединений с разными химическими потенциалами и разделение их с помощью пористого изолятора. Химический потенциал — это энергия, запасенная в атомах и связях соединений, которая затем передается движущимся электронам, когда им разрешается перемещаться через подключенное внешнее устройство.

Проводящая жидкость, такая как соль и вода, используется для переноса растворимых ионов от одного металла к другому во время реакции и называется электролитом.

Металл или соединение, которое теряет электроны во время разряда, называется анодом, а металл или соединение, которое принимает электроны, называется катодом. Этот поток электронов от анода к катоду через внешнее соединение — это то, что мы используем для работы наших электронных устройств.

Первичные и аккумуляторные батареи

Типичный автомобильный аккумулятор.Предоставлено: Flickr / Асим Бхарвани, CC BY-NC-ND.

Когда реакция, которая вызывает поток электронов, не может быть обращена вспять, батарею называют первичной батареей. Когда один из реагентов израсходован, батарея разряжена.

Наиболее распространенной первичной батареей является угольно-цинковая батарея. Было обнаружено, что когда электролитом является щелочь, батареи служат намного дольше. Это щелочные батареи, которые мы покупаем в супермаркете.

Проблема утилизации таких первичных батарей заключалась в том, чтобы найти способ их повторного использования путем подзарядки батарей.Это становится более важным по мере того, как батареи становятся больше, и частая их замена коммерчески нецелесообразна.

Одна из первых аккумуляторных батарей, никель-кадмиевая батарея (NiCd), также использует щелочь в качестве электролита. В 1989 году были разработаны никель-металл-водородные батареи (NiMH), которые имели более длительный срок службы, чем никель-кадмиевые батареи.

Эти типы аккумуляторов очень чувствительны к перезарядке и перегреву во время зарядки, поэтому скорость заряда контролируется ниже максимальной.Сложные контроллеры могут ускорить зарядку, не занимая меньше нескольких часов.

В большинстве других более простых зарядных устройств процесс обычно занимает всю ночь.

Портативные приложения, такие как мобильные телефоны и портативные компьютеры, постоянно ищут максимальную и наиболее компактную накопленную энергию. Хотя это увеличивает риск сильной разрядки, с этим можно справиться с помощью ограничителей скорости тока в аккумуляторах мобильных телефонов из-за их малого формата.

Но по мере того, как рассматриваются более крупные применения батарей, безопасность в большом формате и большом количестве элементов становится более важным соображением.

Первый большой скачок вперед: литий-ионные батареи

Новые технологии часто требуют более компактных, более емких, безопасных перезаряжаемых батарей.

В 1980 году американский физик профессор Джон Гуденаф изобрел новый тип литиевой батареи, в которой литий (Li) мог мигрировать через батарею от одного электрода к другому в виде иона Li +.

Литий — один из самых легких элементов в периодической таблице Менделеева и имеет один из самых больших электрохимических потенциалов, поэтому эта комбинация дает одни из самых высоких возможных напряжений в самых компактных и легких объемах.

Это основа литий-ионного аккумулятора. В этой новой батарее литий сочетается с переходным металлом, таким как кобальт, никель, марганец или железо, и кислородом, образуя катод. При подаче напряжения во время перезарядки положительно заряженный ион лития с катода мигрирует на графитовый анод и становится металлическим литием.

Поскольку литий обладает сильной электрохимической движущей силой, которая должна окисляться, если это разрешено, он мигрирует обратно на катод, чтобы снова стать ионом Li +, и отдает свой электрон обратно иону кобальта.Движение электронов в цепи дает нам ток, который мы можем использовать.

Второй большой скачок вперед: нанотехнологии

В зависимости от переходного металла, используемого в литий-ионном аккумуляторе, элемент может иметь более высокую емкость, но может быть более реактивным и подверженным явлению, известному как термический разгон.

В случае литий-кобальтовых батарей (LiCoO ₂), произведенных Sony в 1990-х годах, это привело к возгоранию многих таких батарей.О возможности изготовления аккумуляторных катодов из наноразмерного материала и, следовательно, более реактивного материала не могло быть и речи.

Но в 1990-х годах Гуденаф снова совершил огромный скачок в технологии аккумуляторов, представив стабильный литий-ионный катод на основе литий-железа и фосфата.

Этот катод термически устойчив. Это также означает, что наноразмерные материалы из фосфата лития-железа (LiFePO ₄) или феррофосфата лития (LFP) теперь можно безопасно превращать в крупноформатные элементы, которые можно быстро заряжать и разряжать.

Теперь для этих новых ячеек существует множество новых приложений, от электроинструментов до гибридных и электромобилей. Возможно, наиболее важным приложением будет хранение бытовой электроэнергии для домашних хозяйств.

Первый мобильный телефон имел большую батарею и короткое время автономной работы — современные мобильные телефоны и смартфоны требуют меньших батарей, но более продолжительного заряда.

Электромобили

Лидером в производстве аккумуляторов нового формата для транспортных средств является компания Tesla, занимающаяся электромобилями, которая планирует построить «гига-заводы» для производства этих аккумуляторов.

Размер литиевой аккумуляторной батареи для Tesla Model S составляет впечатляющие 85 кВтч.

Этого также более чем достаточно для бытовых нужд, поэтому было так много слухов относительно того, что основатель Tesla Илон Маск готовится раскрыть на этой неделе.

Модульная конструкция батареи позволяет создавать батареи, которые в некоторой степени взаимозаменяемы и подходят как для автомобилей, так и для бытовых применений, без необходимости переделки или реконструкции.

Возможно, мы вот-вот станем свидетелями смены поколений в производстве и хранении энергии, обусловленной постоянно улучшающимися возможностями скромной батареи.

Помимо литий-ионных аккумуляторов — значительный шаг на пути к более производительному аккумулятору

Эта история любезно опубликована The Conversation (по лицензии Creative Commons-Attribution / Без производных).

Ссылка : История и развитие батарей (2015, 30 апреля) получено 4 мая 2021 г. с https: // физ.org / news / 2015-04-history-battery.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Три аккумуляторных технологии, которые могут стать источником энергии для будущего | Saft аккумуляторы

Миру нужно больше энергии, желательно в чистой и возобновляемой форме.Наши стратегии по хранению энергии в настоящее время формируются литий-ионными батареями — передовыми технологиями, — но что мы можем ожидать в ближайшие годы?

Начнем с основ аккумуляторной батареи. Батарея представляет собой блок из одной или нескольких ячеек, каждая из которых имеет положительный электрод (катод), отрицательный электрод (анод), сепаратор и электролит. Использование различных химикатов и материалов для них влияет на свойства батареи — сколько энергии она может хранить и выводить, сколько энергии она может обеспечить или сколько раз она может быть разряжена и перезаряжена (также называемая циклической емкостью).

Производители аккумуляторов постоянно экспериментируют, чтобы найти более дешевые, плотные, легкие и мощные химические продукты. Мы поговорили с директором Saft по исследованиям Патриком Бернардом, который рассказал о трех новых аккумуляторных технологиях с потенциалом преобразования.

ЛИТИЙ-ИОН НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

ЧТО ЭТО?

В литий-ионных (Li-ion) батареях накопление и выделение энергии обеспечивается движением ионов лития от положительного к отрицательному электроду назад и вперед через электролит.В этой технологии положительный электрод действует как исходный источник лития, а отрицательный электрод — как хозяин для лития. Несколько химических элементов объединены под названием литий-ионные батареи в результате десятилетий выбора и оптимизации, близких к совершенству как положительных, так и отрицательных активных материалов. Литированные оксиды металлов или фосфаты являются наиболее распространенным материалом, используемым в качестве настоящих положительных материалов. В качестве отрицательных материалов используются графит, а также оксиды графита / кремния или литированного титана.

Ожидается, что в ближайшие годы литий-ионная технология с учетом реальных материалов и конструкции элементов достигнет предела энергии. Тем не менее, совсем недавние открытия новых семейств разрушительных активных материалов должны раскрыть существующие ограничения. Эти инновационные соединения могут хранить больше лития в положительных и отрицательных электродах и впервые позволят объединить энергию и мощность. Кроме того, с этими новыми соединениями также учитываются дефицит и критичность сырья.

В ЧЕМ ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА?

Сегодня среди всех современных технологий хранения литий-ионные аккумуляторы обеспечивают самый высокий уровень плотности энергии. Такие характеристики, как быстрая зарядка или диапазон рабочих температур (от -50 ° C до 125 ° C), можно точно настроить за счет большого выбора конструкции и химического состава элементов. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы обладают дополнительными преимуществами, такими как очень низкий саморазряд и очень долгий срок службы, а также способность к циклическим нагрузкам, обычно тысячи циклов зарядки / разрядки.

КОГДА МОЖНО ЭТОГО ОЖИДАТЬ?

Ожидается, что новое поколение передовых литий-ионных аккумуляторов будет развернуто раньше первого поколения твердотельных аккумуляторов. Они идеально подходят для использования в таких приложениях, как системы хранения энергии для возобновляемых источников энергии и транспорта (морской, железнодорожный, авиационный и внедорожный транспорт), где высокая энергия, высокая мощность и безопасность являются обязательными.

ЛИТИЙ-СЕРНЫЙ

ЧТО ЭТО?

В литий-ионных аккумуляторах ионы лития хранятся в активных материалах, действующих как стабильные структуры хозяина во время заряда и разряда.В литий-серных (Li-S) батареях нет никаких структур-хозяев. Во время разряда литиевый анод расходуется, а сера превращается в различные химические соединения; во время зарядки происходит обратный процесс.

В ЧЕМ ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА?

В Li-S батарее используются очень легкие активные материалы: сера в положительном электроде и металлический литий в качестве отрицательного электрода. Вот почему его теоретическая плотность энергии чрезвычайно высока: в четыре раза больше, чем у литий-ионных аккумуляторов.Это делает его подходящим для авиационной и космической промышленности.

Saft выбрала и отдает предпочтение наиболее перспективной технологии Li-S на основе твердотельного электролита. Этот технический путь обеспечивает очень высокую плотность энергии, длительный срок службы и преодолевает основные недостатки Li-S на жидкой основе (ограниченный срок службы, высокий саморазряд и т. Д.).

Кроме того, эта технология дополняет твердотельные литий-ионные аккумуляторы благодаря своей превосходной гравиметрической плотности энергии (+ 30% в Втч / кг).

КОГДА МОЖНО ЭТОГО ОЖИДАТЬ?

Основные технологические барьеры уже преодолены, и уровень зрелости очень быстро приближается к созданию полномасштабных прототипов.

Ожидается, что для приложений, требующих длительного времени автономной работы, эта технология выйдет на рынок сразу после твердотельных литий-ионных аккумуляторов.

ТВЕРДОГО СОСТОЯНИЯ

ЧТО ЭТО?

Твердотельные батареи представляют собой смену парадигмы с точки зрения технологий. В современных литий-ионных батареях ионы перемещаются от одного электрода к другому через жидкий электролит (также называемый ионной проводимостью). В полностью твердотельных батареях жидкий электролит заменен твердым соединением, которое, тем не менее, позволяет ионам лития перемещаться внутри него.Эта концепция далеко не нова, но за последние 10 лет — благодаря интенсивным исследованиям во всем мире — были обнаружены новые семейства твердых электролитов с очень высокой ионной проводимостью, аналогичные жидкому электролиту, что позволило преодолеть этот конкретный технологический барьер.

Сегодня усилия Saft R&D сосредоточены на 2 основных типах материалов: полимеры и неорганические соединения, стремясь к синергии физико-химических свойств, таких как технологичность, стабильность, проводимость…

В ЧЕМ ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА?

Первое огромное преимущество — заметное повышение безопасности на уровне элементов и батарей: твердые электролиты негорючие при нагревании, в отличие от их жидких аналогов.Во-вторых, он позволяет использовать инновационные высоковольтные материалы с большой емкостью, что позволяет создавать более плотные и легкие батареи с более длительным сроком хранения за счет снижения саморазряда. Более того, на системном уровне это принесет дополнительные преимущества, такие как упрощенная механика, а также управление температурой и безопасностью.

Поскольку батареи могут иметь высокое отношение мощности к весу, они могут быть идеальными для использования в электромобилях.

КОГДА МОЖНО ЭТОГО ОЖИДАТЬ?

По мере продолжения технического прогресса на рынке, вероятно, появятся несколько типов твердотельных батарей.Первыми будут твердотельные батареи с анодами на основе графита, обеспечивающие улучшенные энергетические характеристики и безопасность. Со временем, более легкие технологии твердотельных батарей с использованием металлического литиевого анода должны стать коммерчески доступными.

Новая батарея электромобиля — большие перспективы

На протяжении десятилетий исследователи аккумуляторов трудились, пытаясь взломать код для новой батареи, которая могла бы превзойти литий-ионные батареи — технология, которая вывела индустрию электромобилей туда, где она есть сегодня.

Теперь стартап десятилетней давности, поддерживаемый членами элиты технологического инвестирования и глобальных автомобильных гигантов, заявляет, что он создал рабочие батареи, которые могут привести к появлению электромобилей со значительно большей дальностью хода, которые могут производиться по более низкой цене, более безопасны в эксплуатации имеют более длительный срок службы и поддерживают более быструю зарядку.

Познакомьтесь с QuantumScape, компанией по производству аккумуляторов, которая в течение десяти лет скрывалась, пока ее команда работала над разработкой того, что в отрасли называют твердотельной литий-металлической батареей.Твердотельное название относится к устранению жидкого электролита, который в традиционных батареях заполняет элемент и используется для зарядки и разрядки.

Компания была основана серийным предпринимателем Джагдипом Сингхом (создавшим компанию Infinera в области широкополосной инфраструктуры) и учеными из Стэнфорда Фрицем Принцем и Тимом Холмом. На сегодняшний день QuantumScape привлек 1,5 миллиарда долларов капитала за счет сочетания финансирования от автомобильного гиганта Volkswagen и государственного финансирования путем выхода на биржу через специализированную компанию по приобретению акций (SPAC).Он торгуется на Нью-Йоркской фондовой бирже под символом QS и на прошлой неделе закрылся по цене 42,50 доллара за акцию.

Ранние инвесторы включают Breakthrough Energy Ventures, созданную техническими титанами Биллом Гейтсом, Джоном Дорром и Винодом Хослой, а также Lightspeed Ventures. Бывший технический директор Tesla Дж. Б. Штраубель входит в совет директоров компании, как и Доерр.

Секретный соус

Что делает батарею QuantumScape такой многообещающей? Традиционная батарея имеет положительный электрод, называемый катодом, и отрицательный электрод, называемый анодом.В литий-ионной батарее катод, как правило, представляет собой оксид лития-металла, а анод — из графита. Тонкий пористый разделитель разделяет два электрода для предотвращения короткого замыкания, а жидкий электролит перемещает ионы лития.

В батарее

QuantumScape можно использовать стандартный катод из смешанных металлов, но компания разработала уникальный твердый керамический сепаратор. Батарея изготавливается без анода и без электролита, что, по заявлению компании, делает ее более компактной, более энергоемкой и безопасной в эксплуатации.

Когда батарея QuantumScape заряжается и разряжается, металлический литий проходит через сепаратор и образует тонкий слой литий-металлического анода. Секрет соуса заключается в химическом составе и процессе изготовления сепаратора. Когда я спросил Сингха из QuantumSpace о материале сепаратора, он назвал его коммерческой тайной компании.

Итак, как эти инновации будут выглядеть применительно к электромобилю? QuantumScape утверждает, что автомобиль, использующий свои батареи, может зарядить до 80 процентов емкости всего за 15 минут по сравнению с потенциально более чем часом времени зарядки, требуемым для современных электромобилей.Компания заявляет, что автомобили с батареями QuantumScape также могут иметь на 80 процентов больший запас хода, чем автомобили, использующие современные литий-ионные батареи.

«Впервые ограничением для электромобилей является не аккумулятор», — сказал Сингх.

Впервые ограничение не в батарее.

Пятнадцать минут зарядки и многие сотни — или даже тысячи — миль на зарядке сделают электромобили намного более конкурентоспособными по сравнению с автомобилями внутреннего сгорания и быстрой заправкой бензоколонки.

Будущее твердотельных батарей

QuantumScape на этой неделе шумит, потому что демонстрирует данные о производительности. Компания заявляет, что это первый раз, когда производитель твердотельных аккумуляторов продемонстрировал, что его аккумулятор работает в реальных условиях. Сегодня утром он подробнее расскажет о деталях результатов производительности на виртуальной панели с участием таких экспертов по аккумуляторам, как бывший технический директор Tesla Штраубель, лауреат Нобелевской премии Стэн Уиттингем и Пол Альбертус, бывший глава Министерства энергетики США ARPA-E. Программа твердотельных аккумуляторов IONCS.

Не ждите, что аккумулятор компании в одночасье произведет революцию в электромобилях. Несмотря на 10 лет разработки, QuantumScape все еще далек от финиша.

Компании все еще нужно создать завод по производству аккумуляторов в промышленных масштабах, а затем ей придется пройти год экспериментальных испытаний с такими автопроизводителями, как Volkswagen. QuantumScape и Volkswagen создали совместное предприятие 50/50 для производства первого завода по производству аккумуляторов.

«В 2024 году вы увидите автомобили с этими батареями», — сказал Сингх.

Многие стартапы, производящие аккумуляторные батареи, оказались в так называемой «долине смерти» между жизнеспособной технологией и средствами, необходимыми для масштабирования технологии до коммерческого уровня.

Но четыре года — это не намного больше для команды, которая упала уже десять лет. «Чего мы не осознавали, так это того, сколько работы это будет. С этого момента все дело в исполнении», — сказал Сингх.

В то же время в течение следующих четырех лет литий-ионные батареи также упадут в цене и увеличатся в плотности энергии, что сделает электромобили дешевле и конкурентоспособнее по сравнению с газовыми автомобилями.

Хотя QuantumScape может использовать преимущества этих инноваций (поскольку он использует некоторые стандартные литий-ионные технологии), он также конкурирует с литий-ионными батареями, которые были самой важной технологической разработкой в индустрии электромобилей.

На самом деле

Tesla построили самую большую в мире батарею. Вот как это работает.

Примечание. Эта история была обновлена 1 декабря.

Илон Маск и Tesla выполнили амбициозное обязательство, и в штате Южная Австралия сейчас находится самая большая в мире батарея.Аккумуляторная установка подключена к ветряной электростанции (это то, что дает ей энергию) и большей сети и служит резервуаром электроэнергии на время, когда потребление энергии достигает пика или когда не дует ветер. Маск, П. Шоумен, похожий на Барнума, который недавно представил новый электрический грузовик и родстер следующего поколения, хотя поставки Model 3 компании были медленными, пообещал, что смелый проект будет бесплатным, если они не смогут завершить его вовремя. Теперь у них есть.

Забавно представить себе огромную батарею Duracell, торчащую из земли, но на самом деле массивная установка — она сопоставима с площадью футбольного поля, согласно The New York Times. единицы, называемые Powerpacks.Тесла не сообщает точно, сколько Powerpacks составляет гигантскую батарею, только то, что они исчисляются сотнями; По данным компании, он имеет мощность 100 мегаватт, способную обеспечить энергией более 30 000 домов.

«Завершение строительства самой большой в мире литий-ионной батареи в рекордные сроки показывает, что возможно устойчивое и эффективное энергетическое решение», — говорится в заявлении представителя компании.

Эта батарея официально известна как Hornsdale Energy Reserve и находится примерно в 9 милях от Джеймстауна, Южная Австралия.Его строительство будет завершено с приближением лета, и австралийцы захотят включить кондиционер. «Южная Австралия в настоящее время является мировым лидером в области диспетчеризации возобновляемых источников энергии, которые доставляются в дома и на предприятия круглосуточно и без выходных, — говорится в заявлении премьер-министра Южной Австралии Джей Уэзерилла.

Готовый проект. Тесла
Осторожно, Энерджайзер Банни
«Лучше всего думать о [проекте] о большом количестве холодильников Tesla Powerpacks», — говорит Марк Толке, директор по развитию Advanced Microgrid Solutions.Эта компания устанавливает батареи производства Tesla в здания для предприятий, которые затем могут накапливать энергию, когда цены на электроэнергию низкие, и разряжать ее позже, чтобы сэкономить деньги и снизить нагрузку на электрическую сеть.
Системы, подобные австралийской, также должны будут включать инверторы для преобразования энергии постоянного тока, хранящейся в батареях, в переменный ток, который используется в электрической сети.
Каждый Tesla Powerpack имеет внутри 16 уровней батарей, и эти блоки батарей, как их называет компания, содержат элементы.
«Все начинается с отдельных ячеек, — говорит Толке, — которые достаточно малы, чтобы их можно было держать в руке». Они являются фундаментальным строительным блоком батареи, и в данном случае элементы представляют собой модель под названием 2170, изготовленную на огромном предприятии Tesla в Неваде, которое называется Gigafactory.
Эти 2170 ячеек позволяют Tesla решать несколько задач одновременно. Они входят не только в Powerpacks компании, которые предназначены для использования в коммунальных масштабах, но также и в Powerwall (предназначенные для домашнего использования) и Model 3, широко разрекламированном электромобиле производственного уровня компании.
Хорошая химия
«Гениальность проекта Tesla в том, что они могут связать вместе целую кучу этих элементов», — говорит Дэниел Абрахам, старший научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории, который работает над литий-ионными батареями более десяти лет и половина.
Каждая отдельная ячейка имеет длину менее 3 дюймов, диаметр менее 1 дюйма и работает почти так же, как любая литий-ионная батарея в вашем смартфоне или ноутбуке. Когда батарея заряжается, положительно заряженные ионы лития перемещаются от одного электрода, называемого катодом, к другому, известному как анод, через раствор электролита в элементе батареи.Это заставляет электроны концентрироваться на аноде с отрицательной стороны. Когда аккумулятор разряжен, происходит обратное. Что касается этих электронов, они движутся по цепям, которые являются внешними по отношению к батарее, обеспечивая питание тостеров, фенов или, в данном случае, тысяч домов.
«На самом деле это признак зрелости литий-ионной системы, что она рассматривается для таких крупных проектов», — отмечает Абрахам, поскольку десять лет назад батареи были слишком дорогими, а подобные проекты «даже не были на горизонте».”
Еще один крупный проект по хранению энергии Tesla уже запущен в Онтарио, Калифорния. Эта 20-мегаваттная установка состоит из 396 блоков питания и двух дюжин инверторов. Другой крупный производитель аккумуляторов, AES Energy Storage, построил аккумуляторные батареи на 37,5 мегаватт на двух других объектах в Калифорнии.
Южная Австралия пострадала от сильного шторма в прошлом году, в результате чего 1,7 миллиона человек остались без электричества; С тех пор в регионе произошли и другие отключения электроэнергии.Тесла говорит, что эта массивная система хранения энергии поможет сделать сеть более «устойчивой».
Толке из Advanced Microgrid Solutions говорит, что такие гигантские батареи могут сыграть важную роль в смягчении того факта, что при производстве возобновляемой энергии ветер не всегда дует, а солнце не всегда светит.
«Мы считаем, что эти батареи являются ключевой частью перехода к энергосистеме с низким содержанием углерода», — говорит Толке. «Батареи обладают удивительной гибкостью, а цены за последние годы резко упали.”
Этот проект, добавляет он, подчеркивает тот факт, что «эра батарей уже наступила».