Електричний акумулятор призначений для того, щоб зберігати електричну енергію в хімічній формі, а потім виділяти її. Основний принцип роботи електричного акумулятора заснований на електрохімічних реакціях між різними компонентами всередині батареї. Акумулятор складається з одного або декількох елементів, кожен з яких містить два електроди – анод та катод, розділені електролітом. Процес заряджання акумулятора призводить до переходу електронів та іонів між електродами та електролітом, що призводить до накопичення енергії. Під час розряджання енергія звільняється у вигляді електричного струму.
Різні види акумуляторів знаходять своє застосування в автомобілях, електроніці, портативних пристроях, ручних інструментах, ліхтариках тощо.
Переваги електричних акумуляторів включають їх тривалий термін служби, високу енергетичну густину та відсутність викидів шкідливих газів під час використання. Також вони дозволяють використовувати електричну енергію там, де немає централізованої мережі. Однак акумулятори також мають обмежений цикл заряджання та розряджання, і їх виробництво може бути пов’язане з екологічними проблемами.
Принцип роботи
Особливістю акумуляторних батарей є принцип оборотності хімічної реакції. Тут є первинний та вторинний елемент. Первинний функціонує завдяки мимовільний хімічній реакції, що відбувається всередині його структури. Однак вторинний елемент працює за принципом електролізу.
Коли акумулятор знаходиться на зарядці, електроенергія індукує необхідну хімічну реакцію. Під впливом електричного струму відбувається оборотна хімічна реакція, яка змінює стан електродів та електроліту всередині акумулятора.
Для відновлення працездатності акумулятора процес заряду відіграє ключову роль. Це означає, що електричний струм пропускається у напрямку зворотного струму розряду. Під час цього процесу хімічні реакції всередині акумулятора проходять у зворотному напрямку, відновлюючи потенційну енергію.
Для збільшення напруги, струму або потужності або двох або більше акумуляторів можуть бути гальванічно з’єднані в батарею. Це дозволяє спільно використовувати їх електричні властивості для більш ефективного та стійкого забезпечення енергією різних пристроїв та систем.
Класифікація
Далі буде розглянуто основні види акумуляторів.
Лужні
Вони широко використовуються в побутовій техніці, забезпечують стабільну напругу та тривалий час роботи. Лужні акумулятори також мають невеликий саморозряд, що дозволяє їм довше зберігати заряд у стані, що не використовується.
Літій-іонні
Використовуються вони у портативних пристроях, ноутбуках, смартфонах, планшетах тощо. Характеризуються швидкою зарядкою та тривалим терміном експлуатації.
Однак літій-іонні батареї вимагають спеціальної зарядки та обслуговування для запобігання перегріву та втрати ємності.
Алюміній-іонні
Це відносно новий тип акумуляторів, який є альтернативою літій-іонним акумуляторам. Вони обіцяють високу щільність енергії, низьку вартість та безпечнішу поведінку у разі пошкодження.
Свинцево-кислотні
Такі моделі характеризуються низькою вартістю, здатністю забезпечувати високий струм розряду та широким поширенням у промисловості та побутових пристроях. Але вони відносяться до важких типів акумуляторів, що вимагають регулярного обслуговування, включаючи перевірку рівня електроліту.
Нікель-кадмієві
Характеризуються високим струмом розряду та великою ємністю, працюють у різних температурних режимах, але через наявність у них токсичних речовин (кадмію), мають так званий “ефект пам’яті”, через що їх ємність падає.
AGM-акумулятори
Мають ті ж переваги, що й попередній варіант, але коштують дорожче і є чутливими до перезарядки, тому заряджати такі пристрої необхідно під наглядом.
Літій-залізо-фосфатні
Мають високу довговічність, ефективність і екологічну безпеку. Але такі моделі характеризуються відносно невеликою енергоємністю, мають більшу вагу і коштують дорожче за інші типи акумуляторів.
Літій-полімерні
Дуже тонкі, легкі і гнучкі, а також мають високу енергоємність. Вони дорожчі, ніж деякі інші моделі, і можуть спричинити проблеми з безпекою при неправильній зарядці.
Кальцієві
Це сучасніші моделі, у яких свинцеві пластини містять кальцій замість сурми. Вони працюють довше, але втрачають ємність при систематичній перезарядці та різких стрибках напруги бортової мережі.
Сфери застосування акумуляторів
В автомобілях використовуються пускові (стартерні) та тягові акумулятори. Перші забезпечують коротку, але інтенсивну високу напругу, необхідну моментального включення двигуна. Тягові акумулятори застосовуються там, де потрібне постійне та тривале електроживлення, наприклад, в електричних транспортних засобах, підйомних механізмах та вантажопідйомних пристроях.
Для роботи мобільних телефонів, ноутбуків та планшетів використовуються акумулятори літій-іонного типу. Різні види акумуляторних батарей також застосовуються для зберігання надлишкової енергії в системах сонячних батарей та вітряних генераторів, забезпечуючи стабільність в енергопостачанні, забезпечують безперервне електропостачання в аварійних ситуаціях для безпеки, комп’ютерів та іншого обладнання.
Різні акумуляторні батареї використовуються в бездротових електроінструментах, покращуючи їх мобільність. Літій-іонні моделі застосовуються в безпілотних літальних апаратах та повітряних транспортних засобах. Акумулятори підтримують роботу стільникових вишок і телекомунікаційного обладнання при обриві електроживлення. Також вони застосовуються у космічних апаратах, супутниках та інших системах.
