Неизвестно, стал бы мир таким, какой он есть, если бы почти три тысячелетия назад Фалесу Милетскому, философу из Древней Греции, не стало бы интересно, как будут взаимодействовать между собой янтарь и шерсть, если бы Уильям Гильберт не ввел в XVII веке термин «электричество», а спустя 200 лет Алессандро Вольта не провел опыт с цинковыми и медными пластинами. Именно Алессандро Вольта, открыв гальваническое электричество, дал толчок к проведению первых опытов, связанных с аккумулированием, то есть с накоплением электрической энергии. Знаменитый итальянский физик решил попробовать электричество «на вкус»: Вольта укладывал монеты из различного металла под и на язык, а между ними устанавливал проволоку. Ученый заметил, что во время эксперимента во рту возникает специфический кисловатый привкус. Таким образом, благодаря остроте человеческих рецепторов он помог миру узнать о гальваническом электричестве.

Понятие «электрический кратковременный ток» напрямую связано с именем француза Готеро. Ему удалось открыть его в 1801 году во время опытов с платиновыми электродами и водой. Ученый сумел понять, что, если после прерывания тока водой соединить электроды возникает такой же эффект, как и у батареи Вольта.

Путем многочисленных опытов с золотыми, серебряными и медными электродами, отделенными друг от друга суконной тканью, пропитанной солевым раствором, Иоганн Риттер сумел добиться важного эффекта – первого опыта получения вторичного элемента, способного отдавать электроэнергию.

Следующим важным событием, связанным с усовершенствованием аккумуляторных батарей, стали эксперименты Гастона Планте. Во второй половине ХIХ века ученому удалось создать аккумулятор, который был покрыт пластинами из свинца. Заряжаясь, они покрывались окисью, а после выделения влаги и кислорода способствовали отдаче электричества. Произвести необходимый эффект, ученому удалось с помощью круглой палки, вокруг которой были завернуты свинцовые полосы. Между полосами Планте прокладывал сукно. Конструкция, стянутая кольцами из резины, ставилась в подкисленную воду. Аккумулятор Планте многократно разряжался и заряжался, что способствовало образованию активного действующего слоя на поверхности свинца.

Аккумуляторные батареи: наши дни

В принципе действия свинцово-кислотных аккумуляторов ничего не изменилось вплоть до наших дней. Батареи также состоят из разнополярных электродов, вмонтированных в корпус и разделенных сепаратором. Электроды заливаются электролитом, а их соединение между собой происходит за счет однополярных электродов. На соединениях имеются выводные борны, позволяющие подключиться к зарядке или источнику энергоснабжения.

Благодаря прогрессу в сфере науки и техники со временем ряд элементов в аккумуляторных батареях был усовершенствован. Изменению подверглись, прежде всего, конструкция аккумулятора и состав электродов. Так, в малообслуживаемых батареях для придания свинцу прочности добавляется сурьма, а сокращение газовыделения в герметизированных аккумуляторных батареях производится за счет добавления кальция. Существует множество сплавов электродов, которые в зависимости от добавленного элемента, позволяют добиться нужных результатов. К примеру, существуют сплавы электродов с добавлением селена, серебра и олова.

Современные электроды различаются также по типу, и делятся на:

  • электроды «Планте» (классический вариант);
  • трубчатые (панцирные);
  • стержневые;
  • намазные (решетчатые).

Изменения претерпели также корпусные части свинцовых аккумуляторных батарей. На протяжении длительного периода основным материалом для изготовления корпуса выступало дерево. Однако на практике оказалось, что деревянный элемент под воздействием кислотной среды быстро разрушается, и дерево было заменено на эбонит. Аккумуляторы последнего поколения производят с полипропиленовыми корпусами, также используют акрило-бутадиен-стирол и стирол-акрил-нитрил. Все вышеперечисленные материалы обладают необходимой ударопрочностью, огнестостойкостью и благоприятным для эксплуатации составом.

Не обошлось и без модернизации полюсных выводов. В современных аккумуляторах они могут располагаться с торца, сбоку либо сверху. Они различаются по диаметру болтов и многим другим характеристикам, позволяющим повысить эффективность аккумулятора.

Электролиты свинцово-кислотных аккумуляторов различаются по плотности в зависимости от назначения батареи и варьируются от 1,24 кг/л до 1,28 кг/л.

Современные аккумуляторы стали различаться по типу герметизации. Их можно разделить на

  • полностью открытые или обслуживаемые, которые все реже можно встретить на объектах;
  • заливные (малообслуживаемые);
  • герметизированные, которые разделены на 2 технологии – AGM (со стекловолокнистым сепаратором) и GEL (с электролитом в загущенном состоянии).

Однако нет предела совершенству, и модернизация аккумуляторов не прекращается. К примеру, в свинцово-кислотные батареи, выполненные по AGM-технологии, начали добавлять карбон (углеродный композит) в электроды. Подобное решение способствует улучшению многих технических характеристик аккумуляторов, сокращает сроки ускоренного заряда и увеличивает цикличность использования.

Несмотря на постоянное совершенствование элементов свинцово-кислотных аккумуляторов сами принципы их работы и электрохимические процессы, происходящие внутри, остались неизменными.

Рынок аккумуляторов: тенденции и перспективы

Аккумуляторные батареи постоянно модифицируются, и их совершенствование только за последние несколько десятилетий можно назвать видимым прогрессом. На данный момент на рынке аккумуляторов представлено свыше тридцати различных видов аккумуляторных батарей с двумя различными электродами, и производители не собираются останавливаться на достигнутом. Уже сейчас признаны во всем мире аккумуляторные батареи, совмещающие в себе никель-кадмий, литий-ион, также получили признание никель-металл-гидридные аккумуляторы и многие другие разновидности.

Разработчики продолжают развивать данное направление, и пытаются создать литий-воздушные (с использованием кислорода для процесса окисления) и литий-серные батареи, в которых в качестве электродов будут выступать сера и углерод. Также ведутся разработки аккумуляторных батарей с золотыми нанопроводниками. Подобный тип способен выдержать около 200 тысяч циклов. Специалисты компании Тойота занимаются магниевыми аккумуляторами. Среди перспективных вариантов стоит выделить твердотельные (являющиеся прототипом суперконденсаторов), графеновые (способные зарядиться за считанные минуты), натрий-ионные (в которых используется самая обыкновенная соль), пенные (в основе которых субстрат пеннометалла – медь), алюминий-ионные и эластичные аккумуляторы.

Несмотря на то, что у всех вышеперечисленных разработок имеются огромные перспективы, все они пока не вышли на коммерческий уровень. Основными причинами можно назвать тот факт, что все они пока не вышли в промышленное производство и их видимые плюсы не доказаны на практике. Экземпляры новых видов выходят исключительно небольшими пробными партиями, и стоят значительно дороже традиционных вариантов аккумуляторов, а потому потребители предпочитают проверенные временем батареи, за которые не нужно переплачивать.

Специалисты считают, что в недалеком будущем источники автономного питания должны стать компактнее, давать больший энергетический заряд и при этом заряжаться значительно быстрее современных батарей.

И разработчики, в свою очередь, как могут, стараются приблизить момент, когда смартфоны можно будет заряжать раз в несколько месяцев, электромобиль сможет проехать на огромные расстояния без дополнительных подзарядок в дороге, а в домах появятся аккумуляторы, которые позволят полностью отказаться от электроэнергии.

Источник: https://wybor-battery.com/

Рубрика «Технологии»
2021-06-29 • Просмотров [ 74 ]


 Похожие публикации