О простой детали автомобиля можно рассказать целую историю. А что говорить об аккумуляторной батарее (АКБ) . Тема настолько обширна, что занимает почти два столетия. Поэтому на страничке нашей статьи об аккумуляторной батарее постараемся хоть немного просмотреть эволюцию (АКБ).
Потребность в появлении аккумуляторных батарей (АКБ) возникла с применением в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) электрической искры. А это произошло в 1860 году, когда Ленуар создал двигатель внутреннего сгорания, впервые в составе силовой установки применили гальванические элементы Бунзена. Идею отложили на несколько лет не потому, что принцип батарейного зажигания был не целесообразен, а только по причине того, что элементы Бунзена были далеки от совершенства. Они обладали большим весом, хрупкостью в работе.
На то время развитие двигателей внутреннего сгорания (ДВС) шло по пути применения зажигания при помощи открытого пламени, с которым в нужный момент соприкасалась горючая смесь.
Сам же аккумуляторный эффект открыл еще в 1802 году Г.Риттер. Но, заметим - впервые аккумулятор понадобился для двигателя внутреннего сгорания, только как источник тока для искровых разрядов.
Первым аккумулятором все же принято считать изобретение француза Гастона Планте. В 1859 году, он сделал открытие: при пропускании тока через свинцовые электроды, погружонные в разведенную серную кислоту, положительный электрод покрывался двуокисью свинца PbO2, в то время как отрицательный электрод не подвергался никаким изменениям. Если такой элемент замыкали потом накоротко, прекратив пропускание через него тока от постоянного источника, то в нем появлялся постоянный ток, который обнаруживался до тех пор, пока вся двуокись свинца не растворялась в кислоте.
Первый аккумулятор состоял из двух одинаковых свинцовых полос навитых на деревянный цилиндр. Друг от друга они отделялись тканевой прокладкой. Все это укладывалось в сосуд с 10%-м раствором серной кислоты. Существенный недостаток аккумулятора Гастона Планте был в его небольшой емкости, он слишком быстро разряжался.
Практического применения аккумуляторы не могли получить до 1879 года из-за отсутствия нужного количества зарядных устройств постоянного тока.
Первая аккумуляторная батарея , похожая на нынешние, появилась в 1881 году (по другим данным в 1882г.) Камилл Фор значительно усовершенствовал технику изготовление аккумуляторных пластин. Формирование пластин происходило гораздо быстрее. Суть усовершенствования Фора заключалось в том, что он придумал покрывать каждую пластину суриком или другим окислом свинца.
И вот грянула автомобильная лихорадка. После непродолжительных експерементов с различными типами систем воспламенения горючей смеси в цилиндрах конструкторы остановились на искровой системе зажигания, которая требовала бортового источника электроэнергии - АКБ. И здесь свинцово-кислотные аккумуляторные батареи пришлись как раз в пору. Преимущество в возможности подзарядки АКБ автомобилисты оценили сразу. На автомобилях того времени генератор отсутствовал, а все электрооборудование состояло из аккумуляторной батареи (или несколько сухих батареек) и простейшей системы зажигания. Позже сюда добавились электрические фары, заменившие масляные и ацетиленовые горелки.
Генератор вместе со стартером появились только в начале второго десятилетия 20-го века. Первым автомобилем, оснащенным мотор генератором, был Cadillac 1912 года. На нем параллельно с 6-вольтовым свинцово-кислотным аккумулятором Exide все же стояли пять сухих батареек, - для резервного питания системы зажигания.
В начале 20-го века Эдисон и Юнгнер предложили свои аккумуляторы с другим электролитом щелочью. Состав аккумуляторной батареи был такой: положительные пластины с активной массой – окиси никеля Ni(OH)3, отрицательные окись железа Fe2O3 щелочной электролит – 21% раствор едкого калия КОН с добавлением 2% едкого лития LiOH.
В 1903 году начинается производство этих портативных аккумуляторов, которые получили широкое распространение на транспорт, электростанциях и небольших суднах.
Щелочной аккумулятор не боялся коротких замыканий, больших разрядных и зарядных токов, сильных перезарядок и глубоких разрядов. Он обладал большой механической прочностью, мог долго оставаться в разряженном состояние, не подвергаясь сульфатации, имел сравнительно небольшой вес и был долговечнее по сравнению со свинцово-кислотными АКБ.
К недостаткам щелочного аккумулятора можно отнести весьма малое рабочее напряжение, что сводило на нет его преимущество перед свинцовым аккумулятором по массе. Из-за большого внутреннего сопротивления было невозможно использование для питания стартера. Потому использовать в автомобиле решили свинцово-кислотные АКБ. Сначала корпуса аккумуляторных батарей делались из дерева потом из эбонита. Эбонитовые корпуса аккумуляторных батарей, с торчащими наружу или залитыми мастикой перемычками между элементами, постепенно уступили место более легким и прочным полипропиленовым. Но это произошло не скоро.
На автомобилях до 1910г. аккумуляторная батарея (АКБ) применялась только для системы зажигания. Это объяснялось тем, что скорость движения автомобиля была невелика, и не требовалось особенно хорошего освещения дороги; кроме того, угольные лампы накаливания, будучи чрезвычайно не экономны, требовали чрезмерного увеличения размера и веса самой батареи.
Началом широкого применения электроэнергии для освещения следует считать 1912г. Это было вызвано не только повышением скорости автомобилей, но и появлением лампы накаливания с металлической нитью, а также разработкой достаточно совершенного автомобильного генератора , который мог сохранять свое напряжение неизменным при разных скоростях движения автомобиля, и не только питать при этом все потребители электрической энергии, но и заряжать АКБ.

Статистика тех лет была такова:
- в 1913г. Количество легковых автомобилей оборудованных электрическим освещением составляло 37%
- в1914г. – 87%
- в 1915г. – 97,5%
- в 1917г. – 98,8%
- с 1918г. Практически все легковые автомобили в Америке имели полный комплект электрооборудования.
По данным той же статистике, Европа значительно отставала от Америки.
Так, в 1913г. ни одна европейская фирма не выпускала автомобили с электрическим освещением. В 1922г. в Германии количество грузовых автомобилей оснащенных электрическим освещением составляло – 42%, и только с 1926г. все автомобили стали оснащаться электрическими фонарями .
Аккумуляторные батареи тех лет обслуживали на автомобили зажигание, освящение, звуковой сигнал при стоянке и при малых скоростях движения. Потребление электроэнергии на автомобиле расширилось за счет применения электростартеров питаемых от АКБ, для пуска автомобильного двигателя.
Аккумуляторные батареи практически были такими же, как и сейчас. Батарея собиралась из отдельных аккумуляторов (3 или 6 аккумуляторов), помещенных в общий корпус. Каждый аккумулятор состоял из комплекта положительных и отрицательных пластин. Одноимённые пластины спаивались в общий комплект при полоши свинцовых мостиков. Комплекты пластин помешались в сосуд из кислото упорного материала – ебонита дно сосуда имело призматические рёбра, в промежутках между которыми собиралась выпадающая из пластин активная масса, предохраняя тем самым аккумулятор от короткого замыкания. Между пластинами устанавливались сепараторы из перфорированного волнообразного микропористого эбонита (мипора), микропористой пластмассы (мипласта), целлулоида стекловойлока или из деревянной фанеры, специальным образом обработанной (в нашей стране промышленное производство деревянных сепараторов официально прекратили только с января 1963года). Отдельные аккумуляторы собирались в батареею в общем деревянном корпусе. Промежутки между аккумуляторами и корпусом заливали специальной массой. Каждый аккумулятор снабжался эбонитовой крышкой с отверстием, закрываемым пробкой. В пробке было отверстие для выхода газов, которые образовывались во время зарядки батареи при движении автомобиля.
Почти ежедневная проверка уровня электролита и постоянное доливание дистилированнй воды не вызывало восторга автомобилистов. А игнорирование таких операций приводили к снижению уровня электролита, сульфатации пластин и, в конечном итоге, преждевременному выходу из строя дорогостоящих батарей.
Поэтому постоянно идут поиски новых решений, внедряются новые технологии, улучшающие существующие характеристики аккумуляторных батарей , направленные на уменьшение трудоемкости обслуживания АКБ . Об этом говорит только тот факт, что уже к 1937 году только по кислотному аккумулятору в мире было зарегистрировано около 20.000 патентов.

Экология потребления.Наука и техника: Будущее электротранспорта во многом зависит от совершенствования аккумуляторов - они должны весить меньше, заряжаться быстрее и при этом производить больше энергии.

Будущее электротранспорта во многом зависит от совершенствования аккумуляторов - они должны весить меньше, заряжаться быстрее и при этом производить больше энергии. Ученые уже добились некоторых результатов. Команда инженеров создала литий-кислородные батареи, которые не растрачивают энергию впустую и могут служить десятилетиями. А австралийский ученый представил ионистор на основе графена, который может заряжаться миллион раз без потери эффективности.

Литий-кислородные аккумуляторы мало весят и производят много энергии и могли бы стать идеальными комплектующими для электромобилей. Но у таких батарей есть существенный недостаток - они быстро изнашиваются и выделяют слишком много энергии в виде тепла впустую. Новая разработка ученых из МТИ, Аргонской национальной лаборатории и Пекинского университета обещает решить эту проблему.

Созданные командой инженеров литий-кислородные аккумуляторы используют наночастицы, в которых содержится литий и кислород. При этом кислород при изменении состояний сохраняется внутри частицы и не возвращается в газовую фазу. Это отличает разработку от литий-воздушных батарей, которые получают кислород из воздуха и выпускают его в атмосферу во время обратной реакции. Новый подход позволяет сократить потерю энергии (величина электрического напряжения сокращается почти в 5 раз) и увеличить срок службы батареи.

Литий-кислородная технология также хорошо адаптирована к реальным условиям, в отличие от литий-воздушных систем, которые портятся при контакте с влагой и CO2. Кроме того, аккумуляторы на литии и кислороде защищены от избыточной зарядки - как только энергии становится слишком много, батарея переключается на другой тип реакции.

Ученые провели 120 циклов заряда-разряда, при этом производительность снизилась лишь на 2%.

Пока что ученые создали лишь опытный образец аккумулятора, но в течение года они намерены разработать прототип. Для этого не нужны дорогие материалы, а производство во многом схоже с производством традиционных литий-ионных батарей. Если проект будет реализован, то в ближайшем будущем электромобили будут сохранять в два раза больше энергии при той же массе.

Инженер из Технологического университета Суинберна в Австралии решил другую проблему аккумуляторов - скорость их подзарядки. Разработанный им ионистор заряжается практически мгновенно и может использоваться в течение многих лет без потери эффективности.

Хан Линь использовал графен - один из самых прочных материалов на сегодняшний день. За счет структуры, напоминающей соты, графен обладает большой площадью поверхности для хранения энергии. Ученый напечатал графеновые пластины на 3D-принтере - такой способ производства также позволяет сократить затраты и нарастить масштабы.

Созданный ученым ионистор производит столько же энергии на килограмм веса, сколько и литий-ионный аккумуляторы, но заряжается за несколько секунд. При этом вместо лития в нем используется графен, который стоит намного дешевле. По словам Хана Линя, ионистор может проходить миллионы циклов зарядки без потери качества.

Сфера производства аккумуляторов не стоит на месте. Братья Крайзель из Австрии создали новый тип батарей, которые весят почти в два раза меньше аккумуляторов в Tesla Model S.

Норвежские ученые из Университета Осло изобрели аккумулятор, который можно полностью . Однако их разработка предназначена для городского общественного транспорта, который регулярно делает остановки - на каждой из них автобус будет подзаряжаться и энергии хватит, чтобы добраться до следующей остановки.

Ученые Калифорнийского университета в Ирвайне приблизились к созданию вечной батареи. Они разработали аккумулятор из нанопроволоки, который можно перезаряжать сотни тысяч раз.

А инженеры Университета Райса сумели создать , работающий при температуре 150 градусов Цельсия без потери эффективности. опубликовано

Что нужно знать об аккумуляторе для автомобиля

Владельцы автомобилей, которые разбираются в устройстве своего «железного коня», понимают важность такой детали, как аккумулятор. Если он неисправен, то двигатель машины в штатном режиме завести не удастся. Поэтому всем автовладельцам желательно иметь представление о назначении АКБ, принципе работы и о том, как правильно выбрать аккумулятор для своей машины. У нас на сайте есть много статей, посвященных различных аспектам эксплуатации аккумуляторов для автомобиля. В этом материале мы попытались собрать всю информацию об аккумуляторных батареях воедино. Статья ориентирована на новоиспечённых владельцев автомобилей и дает общую информацию об автомобильном аккумуляторе.

Автомобильный аккумулятор представляет собой разновидность электрической АКБ. Применяется на автомобильных и мотоциклетных транспортных средствах. Назначение аккумулятора заключается в запуске двигателя, а также выполнении функций источника питания в бортовой сети машины при заглушенном моторе. Автомобильный аккумулятор также выступает в роли стабилизатора напряжения бортовой сети транспортного средства.

Наиболее распространенными являются АКБ с номинальным напряжением 12 вольт. Их можно встретить на легковых автомобилях, микроавтобусах, легких и средних грузовиках. Аккумуляторы с напряжением 6 вольт применяются на мотоциклетной технике. А батареи с напряжением 24 вольта эксплуатируются на тяжелых грузовиках, специальной и военной технике.

Для запуска двигателя требуется его прокрутка, которую обеспечивает стартер. А питание стартера обеспечивает аккумуляторная батарея. Поэтому их ещё часто называют стартерными АКБ. В этот момент стартер потребляет большой ток (несколько сотен ампер), разряжая батарею автомобиля. После того, как машина завелась, выработку электроэнергии в бортовой сети обеспечивает генератор. Схема построена так, что при поездке на автомобиле, аккумулятор подзаряжается и восполняет заряд, который был отдан при запуске мотора.

История возникновения и развития АКБ

Первые образцы аккумуляторных батарей появились более 200 лет назад, еще на заре электротехники. Одним из первых шагов в этом направлении сделал итальянский физик Алесандро Вольта в 1800 году. Он собрал источник питания, в котором медные и цинковые пластины был помещены в кислоту для прохождения электрического ток.

Изобретение получило название «батареи Вольта». Несколькими годами позже физик Джоан Вильгельм из Германии создал сухой гальванический элемент и АКБ. Эти изобретения не имели непосредственного отношения к автомобильным аккумуляторам, но были важным шагом на пути к ним.

Спустя полвека Вильгельм Зинстеден обнаружил и исследовал электрохимический процесс, который лег в основу будущих автомобильных АКБ. Он выяснил, что если через свинцовые пластины, погруженные в серную кислоту, пропускать электрический ток, то на положительно заряженном электроде образуется двуокись свинца. При этом отрицательно заряженный электрод никак не изменяется. При замыкании этого устройства возникал ток, и он присутствовал до момента полного растворения двуокиси свинца в кислоте. Но Зинстеден лишь изучил данное явление и никак не воплотил его на практике.

И вот в 1859 году Гастон Планте создает на базе этого процесса первый образец свинцово-кислотного аккумулятора. Можно сказать, что это и был прародитель аккумулятора для автомобиля. Эта батарея включала в себя 2 пластины из свинца, которые были надеты на цилиндр из дерева и разделены прокладкой из ткани. Эта конструкция помещалась в емкость с подкисленным раствором и подключалась к электрической батарее. После проведения заряда АКБ некоторое время выдавала электрический ток постоянного значения.

Аккумуляторная батарея Планте была небольшой ёмкость и быстро разряжалась. Поэтому французский ученый стал заниматься подготовкой поверхности электродов. Он обнаружил, что для увеличения ёмкости их нужно сделать максимально пористыми. С этой целью он пропускал ток в противоположном направлении через разряженную батарею. Данный прием он назвал формовкой пластин и делал его много раз подряд для наращивания окисла свинца на поверхности пластин. Широкое распространение такие аккумуляторные батареи получили после изобретения динамо-машины, то есть, после того, как появилась возможность быстрого заряда АКБ.

Камилл Фор в 1882 году значительно продвинулся в конструкции и производстве электродов для аккумуляторов. Фор стал покрывать свинцовые пластины окислом свинца. Когда производился заряд АКБ, то этот окисел превращался в перекись. Одновременно на другой пластине образовывалась низкая степень окисла. В результате этой операции на электродах получался пористый слой окислов свинца.

Дальнейшим усовершенствованием аккумуляторов занимался уже Томас Эдисон в начале XX века. Он как раз работал в направлении усовершенствования аккумуляторов под использование их на транспортных средствах. В ходе исследований он разработал железно-никелевые АКБ. Электролитом в них был едкий калий. Через некоторое время налаживается промышленный выпуск портативных аккумуляторов для автомобилей, которые нашли применение на транспортных средствах и судах. Корпус АКБ сначала делали из дерева. Потом для этого стали использовать эбонит. Аккумуляторная батарея состояла из нескольких элементов с номинальным напряжением 2,2 вольт. К примеру, в аккумуляторе номиналом 12 вольт имеется шесть таких элементов.

В легковых автомобилях долгое время стандартом считалось использование АКБ номиналом 6 В. Примерно в середине прошлого столетия начался переход на аккумуляторы для автомобиля номиналом 12 вольт. А батареи 6 вольт остались только на легкой мотоциклетной технике. Корпуса из эбонита постепенно заменили моделями из полипропилена, который легче и прочнее. Постепенно стали появляться автомобильные аккумуляторы, которые имели различные легирующие вещества в свинцовых электродах для изменения свойств. Позже появились модели аккумуляторов, где электролит находился в связанном состоянии (AGM, GEL). Но принцип действия АКБ для автомобиля оставался неизменным на протяжении все истории их развития.

Принцип действия аккумулятора и основные характеристики

Принцип действия свинцово-кислотного аккумулятора базируется на основе электрохимических реакциях Pb и PbO 2 в электролите. В качестве электролита используется водный раствор серной кислоты. Подробнее о том, что такое , читайте по ссылке. В автомобильном аккумуляторе протекают десятки различных реакций, но мы рассмотрим только основные. Когда на выводы аккумуляторной батареи подается внешняя нагрузка, запускается электрохимический процесс взаимодействия электролита с оксидом свинца.

В результате протекания этой реакции металлический Pb окисляется до PbSO 4 . При разряде АКБ на аноде идет процесс восстановления PbO 2 , а на катоде происходит окисление Pb. В процессе заряда аккумуляторной батареи для автомобиля протекает обратный процесс. Когда сульфат свинца расходуется, начинается процесс электролиза воды. В ходе его протекания на катоде и аноде выделяются водород и кислород, соответственно.

Ниже представлены реакции, протекающие на электродах АКБ. Слева направо реакция идет в процессе разряда. Справа налево процесс происходит при заряде аккумулятора.

Анод (положительный электрод):

PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e − -> PbSO 4 + 2H 2 O

Катод (отрицательный электрод):

Pb + SO 4 2- − 2e − ->PbSO 4

Когда аккумулятор на автомобиле разряжается, идет процесс расхода серной кислоты и понижение плотности электролита. Когда аккумуляторная батарея заряжается, процесс идет в обратном направлении и плотность электролита повышается. Когда заряд подходит к концу и сульфат свинца исчерпывается до некоторого порогового значения, запускается электролиз воды.

В результате выделения водорода и кислорода создается впечатление, что электролит кипит. Лучше избегать этого процесса, поскольку при нем расходуется вода, растет плотность электролита, а из-за гремучей смеси (водород + кислород) повышается опасность взрыва.

Чтобы поддерживать необходимый уровень электролита в элементы АКБ при необходимости доливают дистиллированную воду. Подробнее о том, читайте по ссылке.

Как уже говорилось, АКБ автомобиля состоит из отдельных элементов. Сам элемент имеет в своей конструкции положительные и отрицательные электроды, а также сепараторы (разделительные пластины). Сепаратор выпускается из материалов, которые не вступают в реакцию с серной кислотой. Его назначение – это исключить замыкание пластин разной полярности. Сами электроды – это решётки, выполненные из свинца. В зависимости от типа автомобильного аккумулятора в свинец могут быть добавлены различные легирующие добавки.

На решётки положительных электродов нанесен порошок PbO2, а отрицательных электродов – порошок металлического свинца. Это делается для того, чтобы нарастить ёмкость АКБ, поскольку порошок значительно увеличивает поверхности электродов, которая взаимодействует с электролитом. Сегодня наиболее распространёнными являются АКБ для автомобиля, в которых свинцовые решётки выполнены из сплава свинца и сурьмы. Сурьмы содержится примерно 1-2 процента. Такие аккумуляторные батареи называются малосурьмянистыми (содержание сурьмы до 6 процентов). Их можно встретить в ассортименте различных производителей, включая .

Сурьма добавляется для увеличения прочности пластин. Решетки из чистого свинца недолговечны и быстро разрушаются. Решетки электродов часто легируются кальцием. Он может добавляться как в оба электрода (кальциевые аккумуляторы или Ca/Ca), так и только в отрицательный электрод (гибридные аккумуляторы Sb/Ca). Подробнее о можно прочитать в отдельной статье. Преимущество кальция в том, что он значительно снижает процесс электролиза воды и практически устраняет необходимость доливки. А главный недостаток таких батарей в необратимой потери ёмкости при глубоком разряде.

Пластины электродов погружены в электролит. Для приготовления электролита используется серная кислота и дистиллированная вода. Простую воду использовать нельзя, поскольку в ней содержатся соли магния и кальция, которые ухудшают характеристики АКБ и уменьшают срок эксплуатации.

В зависимости от концентрации серной кислоты в электролите меняется его электрическая проводимость. Она принимает максимальное значение при плотности 1,23 г/см3 и комнатной температуре. От проводимости электролита зависит внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи. Чем проводимость выше, тем внутреннее сопротивление ниже. При уменьшении внутреннего сопротивления снижаются и потери. Но плотность электролита, чаще всего, поддерживается выше. Это значение на заряженном аккумуляторе держат 1,275 г/см3. В северных регионах рекомендуется поднимать плотность до 1,29 г/см3. Делается это для того, чтобы понизить температуру замерзания электролита. В случае замерзания электролита велика вероятность коробления пластин и разрыва банок АКБ.

Основные характеристики аккумуляторной батареи

• Ёмкость аккумулятора. Характеризует количество отдаваемого электричества при разрядке до минимально допустимого напряжения. Единица измерения ёмкости ─ ампер-часы;
• Ток холодной прокрутки. Также называется пусковым током. Согласно ГОСТ проверка на заявленный пусковой ток проводится после охлаждения АКБ до -18 градусов Цельсия. Автомобильный аккумулятор разряжается пусковым током 30 секунд. После этого его напряжение должно быть не меньше 8,4 вольта. В случае разряда продолжительностью 150 секунд напряжение должно быть не меньше 6 вольт;
• Электродвижущая сила батареи (ЭДС). Параметр, показывающий напряжение на выводах батареи, на которую не повешена внешняя нагрузка и нет утечек. ЭДС можно измерить при помощи вольтметра или мультиметра;
• Внутреннее сопротивление АКБ автомобиля. Эта характеристика объединяет в себе сопротивление сепараторов, электродов, электролита, выводов и прочих элементов батареи;
• Степень заряженности. Это параметр зависит от множества факторов и точное значение узнать сложно. Но ориентировочно степень заряженности оценивается по ЭДС и плотности электролита;
• Особенности конструкции (вес, типоразмер);
• Полярность. Подробнее о том,

  Все автомобильные аккумуляторы можно подразделить на следующие виды:

  • Сурьмянистые. Эти модели АКБ ушли в прошлое и сегодня для автомобилей не используются. В электродах этих батарей содержится больше пяти процентов сурьмы;
  • Малосурьмянистые. Пластины с уменьшенным содержанием сурьмы стали для того, чтобы снизить разложение воды на кислород и водород. Но проблема обслуживаниях в них до сих пор актуальна. На сегодняшний день один из наиболее распространенных видов АКБ;
  • Кальциевые АКБ. Кальцием стали легировать свинцовые решетки для решения проблемы расхода воды и снижения саморазряда. При этом добавилась проблема потери ёмкости при глубоком разряде;
  • Гибридные батареи. Это современные автомобильные аккумуляторы, которые стали попыткой найти компромисс между малосурьмянистыми и кальциевыми аккумуляторами;
  • AGM и гелевые батареи. Это относительно новые аккумуляторы для автомобилей. Они стали следующим шагом в обеспечении безопасной эксплуатации автомобильных аккумуляторов;
  • Щелочные аккумуляторы. В этом типе аккумуляторов вместо кислоты роль электролита выполняет щелочь. Наиболее распространены аккумуляторы никель-железо и никель─кадмий;
  • Литий-ионные АКБ. Модели аккумуляторов этого вида довольно перспективны, но на сегодняшний день не получили широкого применения на автомобилях из-за ряда нерешённых проблем.

  В списке ниже приводятся основные бренды автомобильных аккумуляторов, сгруппированные по странам:

  • Россия (Зверь, Аком, Титан, Тюмень, Исток);
  • Германия (Varta, Bosch, Moll, Tenax, Energizer);
  • Польша (Sznajder, Autopart, Centra, 1 Storm, Timberg);
  • Украина (Westa, Vortex, Docker, Forse, Ista, Volta, Oberon);
  • Турция (Mutlu);
  • Япония (FB, GS Yuasa, Panasonic, Hitachi, Alaska);
  • США (Exide, Hagen, ACDelco, Afa, Duracell, American, Gigawatt, Space, Deka, Optima, Tudor);
  • Италия (Fiamm);
  • Казахстан (Барс);
  • Словения (Tab, Topla, Moratti);
  • Южная Корея (Medalist, Delkor, Solite, Nord, Rocket).

  
  Более подробные обзоры линеек аккумуляторов разных производителей можно прочитать в разделе «Выбор». Подробнее о том, можно прочитать по ссылке.

А сегодня расскажем о воображаемых — с гигантской удельной ёмкостью и мгновенной зарядкой. Новости о подобных разработках появляются с завидной регулярностью, но будущее пока не наступило, и мы всё ещё пользуемся появившимися в начале позапрошлого десятилетия литий-ионными аккумуляторами, либо их чуть более совершенными литий-полимерными аналогами. Так в чём же дело, в технологических трудностях, неправильной интерпретации слов учёных или чём-то другом? Попробуем разобраться.

В погоне за скоростью зарядки

Один из параметров аккумуляторов, который учёные и крупные компании постоянно стараются улучшить — скорость зарядки. Однако бесконечно увеличивать её не получится даже не в силу химических законов протекающих в аккумуляторах реакций (тем более, что разработчики алюминий-ионных батарей уже заявили, что такой тип аккумуляторов может быть полностью заряжен всего за секунду), а из-за физических ограничений. Пусть у нас есть смартфон с батареей ёмкостью 3000 мАч и поддержкой быстрой зарядки. Полностью зарядить такой гаджет можно в течение часа силой тока в среднем 3 А (в среднем потому, что напряжение при заряде изменяется). Однако если мы хотим получить полный заряд всего за одну минуту, потребуется сила тока уже в 180 А без учёта различных потерь. Для заряда устройства таким током потребуется провод диаметром около 9 мм — в два раза толще самого смартфона. Да и силу тока 180 А при напряжении около 5 В обычное зарядное устройство выдать не сможет: владельцам смартфонов понадобится импульсный преобразователь тока вроде того, что изображён на фотографии ниже.

Альтернатива увеличению силы тока — увеличение напряжения. Но оно, как правило, фиксированное, и для литий-ионный батарей составляет 3,7 В. Конечно, его можно превышать — зарядка по технологии Quick Charge 3.0 идёт с напряжением до 20 В, но попытка зарядить батарею напряжением около 220 В ни к чему хорошему не приведёт, и решить эту проблему в ближайшее время не представляется возможным. Современные элементы питания просто не могут использовать такое напряжение.

Вечные аккумуляторы

Разумеется, речь сейчас пойдёт не о «вечном двигателе», а об аккумуляторах с долгим сроком службы. Современные литий-ионные батареи для смартфонов способны выдержать максимум пару лет активного использования устройств, после чего их ёмкость неуклонно падает. Владельцам смартфонов со съёмными аккумуляторами повезло немного больше, чем другим, но и в этом случае стоит убедиться, что аккумулятор был произведён недавно: литий-ионные батарей деградируют даже тогда, когда не используются.

Своё решение этой проблемы предложили учёные Стэнфордского университета: покрыть электроды существующих типов литий-ионных аккумуляторов полимерным материалом с добавлением наночастиц графита. По задумке учёных, это позволит защитить электроды, которые неизбежно покрываются микротрещинами в процессе эксплуатации, а те же микротрещины в полимерном материале будут затягиваться самостоятельно. Принцип действия такого материала похож на технологию, применённую в смартфоне LG G Flex с самовосстанавливающейся задней крышкой.

Переход в третье измерение

В 2013 году появилось сообщение о разработке исследователями университета штата Иллинойс нового типа литий-ионных аккумуляторов. Учёные заявили, что удельная мощность таких элементов питания составит до 1000 мВт/(см*мм), в то время как удельная мощность обычных литий-ионных батарей колеблется между 10-100 мВт/(см*мм). Были использованы именно такие единицы измерения, поскольку речь идёт о достаточно небольших структурах толщиной в десятки нанометров.

Вместо плоских анода и катода, применяемых в традиционных Li-Ion батарей, учёные предложили использовать объёмные структуры: кристаллическую решётку из сульфида никеля на пористом никеле в качестве анода и литий-диоксид марганца на пористом никеле в качестве катода.

Несмотря на все сомнения, вызванные отсутствием в первых пресс-релизах точных параметров новых аккумуляторов, а также не представленные до сих пор прототипы, новый тип батарей всё же реален. Подтверждением тому служат несколько научных статей на эту тему, опубликованных за последние два года. Тем не менее, если такие батареи и станут доступны для конечных потребителей, произойдёт это очень нескоро.

Зарядка через экран

Учёные и инженеры пытаются продлить жизнь наших гаджетов не только поиском новых типов аккумуляторов или увеличением их энергоэффективности, но и довольно необычными способами. Исследователи университета штата Мичиган предложили встроить прозрачные солнечные панели прямо в экран. Поскольку принцип работы таких панелей основан на поглощении ими солнечного излучения, чтобы сделать их прозрачными, учёным пришлось пойти на хитрость: материал панелей нового типа поглощает только невидимое излучение (инфракрасное и ультрафиолетовое), после чего фотоны, отражаясь от широких граней стекла, поглощаются узкими полосками солнечных панелей традиционного типа, находящихся по его краям.

Главным препятствием для внедрения такой технологии является низкий КПД таких панелей — всего 1% против 25% традиционных солнечных панелей. Сейчас учёные ищут способы увеличить КПД хотя бы до 5%, но быстрого решения этой проблемы вряд ли стоит ожидать. К слову, похожую технологию недавно запатентовала компания Apple, но пока неизвестно, где именно в своих устройствах производитель расположит солнечные панели.

До этого мы под словами «батарея» и «аккумулятор» мы подразумевали перезаряжаемый элемент питания, но некоторые исследователи считают, что в гаджетах вполне можно использовать одноразовые источники напряжения. В качестве батареек, которые могли бы работать без подзарядки или другого обслуживания несколько лет (а то и несколько десятков лет) учёные университета штата Миссури предложили использовать РИТЭГ — радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Принцип действия РИТЭГ основан на преобразовании выделяющегося в процессе радиораспада тепла в электричество. Многим такие установки известны по использованию в космосе и труднодоступных местах на Земле, но в США миниатюрные радиоизотопные батарейки также применялись в кардиостимуляторах.

Работа над улучшенным типом таких батарей ведётся с 2009 года и даже были показаны прототипы таких элементов питания. Но увидеть радиоизотопные батарейки в смартфонах в ближайшей перспективе мы не сможем: они дороги в производстве, и, к тому же, многие страны имеют строгие ограничения на производство и оборот радиоактивных материалов.

В качестве одноразовых батареек также можно использовать и водородные элементы, но их в смартфонах использовать не получится. Водородные батареи расходуются довольно быстро: хотя ваш гаджет и будет работать от одного картриджа дольше, чем от одного заряда обычной батареи, их придётся периодически менять. Впрочем, это не мешает использовать водородные батареи в электромобилях и даже внешних аккумуляторах: пока это не массовые устройства, но уже и не прототипы. Да и компания Apple, по слухам, уже разрабатывает систему дозаправки картриджей водородом без их замены для использования в будущих iPhone.

Идея о том, что на основе графена можно создать аккумулятор с высокой удельной ёмкостью, была выдвинута ещё в 2012 году. И вот, в начале этого года в Испании было объявлено о начале строительства компанией Graphenano завода по производству графен-полимерых аккумуляторов для электромобилей. Новый тип батарей почти в четыре раза дешевле в производстве, чем традиционные литий-полимерные аккумуляторы, имеет удельную ёмкость 600 Втч/кг, а зарядить такую батарею на 50 кВтч можно будет всего за 8 минут. Правда, как мы говорили в самом начале, для этого потребуется мощность около 1 МВт, поэтому подобный показатель достижим лишь в теории. Когда именно завод начнёт выпускать первые графен-полимерные батареи не сообщается, но вполне возможно, что среди покупателей его продукции будет Volkswagen. Концерн уже заявил о планах выпуска электромобилей с пробегом до 700 километров от одного заряда аккумуляторов к 2018 году.

Что касается мобильных устройств, то пока применению в них графен-полимерных аккумуляторов мешают большие габариты таких батарей. Будем надеяться, что исследования в этой области продолжатся, ведь графен-полимерные аккумуляторы — один из наиболее перспективных типов аккумуляторов, которые могут появиться уже в ближайшие годы.

Так всё же, почему, несмотря на весь оптимизм учёных и регулярно появляющиеся новости о прорывах в области сохранения электроэнергии, мы сейчас наблюдаем застой? В первую очередь, дело в наших завышенных ожиданиях, которые только подогреваются журналистами. Мы хотим верить, что вот-вот и произойдёт революция в мире аккумуляторов, и мы получим батарейку с зарядкой менее, чем за минуту, и практически неограниченным сроком службы, от которой современный смартфон с восьмиядерным процессором будет работать минимум неделю. Но таких прорывов, увы, не бывает. Вводу в массовое производство любой новой технологии предшествуют долгие годы научных исследований, испытаний образцов, разработка новых материалов и технологических процессов и другая работа, занимающая достаточно много времени. В конце концов, тем же литий-ионным аккумуляторам понадобилось около пяти лет, чтобы из инженерных образцов превратиться в готовые устройства, которые можно использовать в телефонах.

Поэтому, нам остаётся только запасаться терпением и не воспринимать новости о новых элементах питания близко к сердцу. По крайней мере, пока не появятся новости об их запуске в массовое производство, когда не останется никаких сомнений о жизнеспособности новой технологии.

Почему именно свинец и серная кислота?

Часто покупатели задают вопрос - а нет ли в продаже более современных АКБ? Почему продавцы предлагают лишь «традиционные» свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, изобретенные еще в 1859 году? И почему им на замену не пришли более современные никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные аккумуляторы? Они более емкие, в них не содержатся токсичные кислота и свинец.

Ответ простой - у них есть недостатки, недопустимые для автомобильных аккумуляторов. У никель-кадмиевых - высокий уровень саморазряда, «эффект памяти», затрудняющий его подзарядку, и большая, чем у свинца, токсичность кадмия. У никель-металлгидридных уровень саморазряда еще больше. Литий-ионные аккумуляторы взрывоопасные, дорогие и теряют заряд при низких температурах. Зарядить литий-ионную батарею непросто: требуется специальное зарядное устройство, работающее по определенному алгоритму.

Так что «по сумме показателей» именно свинцово-кислотные батареи сегодня остаются оптимальным вариантом из всех возможных.

Кальциевая или «гибридная»?

Покупателей пугает слово «гибридная» на маркировке АКБ. А продавец не всегда может объяснить, в чем заключается эта «гибридность».

Стандартная АКБ состоит из шести последовательно соединенных в одном корпусе аккумуляторных «банок». В каждой банке чередуются положительные и отрицательные пластины электродов, покрытые слоем активной массы - у положительных из диоксида свинца, у отрицательных - из губчатого свинца. Электроды (они делаются в виде решеток) изготавливают из свинцового сплава. Но чистый свинец - материал непрочный, и потому его легируют - добавляют в сплав небольшие порции сурьмы или кальция.

«Чисто» сурьмяных аккумуляторов сегодня практически нет - сурьма является катализатором электролиза воды, и такой аккумулятор часто «закипает». Чтобы решить проблему выкипания, сурьму стали заменять кальцием.

Так что сейчас на рынке продают либо «гибридные» АКБ (положительные электроды с добавкой сурьмы, а отрицательные - с добавкой кальция), либо чисто «кальциевые» (все электроды сделаны из свинцово-кальциевого сплава). У «кальциевой» батареи есть свои преимущества - в частности, низкий уровень саморазряда (потеря 50% емкости за 18-20 месяцев) и минимальный расход воды из-за испарения (1 г/Ач). Однако у них есть недостаток - после двух-трех глубоких разрядов такую АКБ невозможно зарядить. У «гибридной» батареи таких проблем нет. Но расход воды в ней в полтора-два раза больше, чем у «кальциевой», - сказывается наличие сурьмы. И уровень саморазряда выше (потеря половины емкости за 12 месяцев). Но при этом «гибридные» батареи тоже не требуют «обслуживания», то есть долива дистиллированной воды в электролит.

Жидкий или гелевый?

Электроды АКБ помещены в электролит, в раствор серной кислоты. Соответственно, существует два вида батарей: с жидким электролитом и «не жидким» электролитом. Наиболее распространены АКБ с жидким электролитом - как более простые и, соответственно, более дешевые. Кроме того, запаса энергии в них хватает на все потребители в стандартном автомобиле.

По батареям с «не жидким» электролитом (иногда их все скопом ошибочно называют «гелевыми») - вопрос более сложный. Батареи, в которых электролит действительно доведен до состояния геля с помощью силикагелей, в настоящее время используются крайне редко: лишь в мотоциклах, да и то эксклюзивных. В батареях с «не жидким» электролитом все свободное место между электродами заполняется микропористым материалом, который пропитывается электролитом. Это технология AGM (Absorbed Glass Material), которая обеспечивает повышение эффективности активной массы за счет лучшего поглощения кислоты, что дает более высокий пусковой ток, стойкость к глубокому разряду, долговечность. Именно такие АКБ лучше всего подходят для автомобилей с системой Start&Stop и системой рекуперации энергии торможения. Но они - не «гелевые»…

На рынке сегодня востребованы АКБ с «промежуточной» технологией - EFB (Enhanced Flooded Battery). Ее еще называют «технология влажного электрода». В таком аккумуляторе на электроды надеты своеобразные «конверты» из микроволокна. Они тоже удерживают электролит, чем обеспечивает стабильность к циклическому разряду. Но сам аккумулятор заполнен жидким электролитом.

Полярность - Азия или Европа?

Прежде чем предлагать покупателю аккумулятор, стоит спросить у него, в какой стране собран его автомобиль. Потому что азиатские и европейские машины спроектированы под разное расположение клемм на АКБ.

Проще говоря, «прямая», она же «европейская», полярность - это когда при положении батареи «клеммы ближе к вам» плюсовая клемма находится слева, а минусовая - справа. У батареи с «обратной», то есть «азиатской», полярностью все ровно наоборот. Кроме того, у «Европы» и «Азии» может различаться и диаметр контактных клемм. Например, на типе Euro (Type 1) «плюсовая» клемма диаметром 19,5 мм, а «минусовая» - 17,9 мм. А у типа Asia (Type 3) «плюсовая» имеет диаметр 12,7 мм, а «минусовая» - 11,1 мм. Потому на европейскую машину (кстати, сюда входят и «корейцы», собранные у нас в России) установить японский аккумулятор еще можно: существуют переходники с тонких клемм на «толстые» европейские.

Кроме того, существует несколько типоразмеров аккумуляторов. И вполне может быть, что «азиат» просто не встанет на штатное место из-за того, что он меньше или больше…

Что на самом деле важно

Продавцы говорят: покупатель почти всегда не знает, что ему на самом деле нужно. И потому у него возникают все эти вопросы по поводу «кальциевых», «гелевых», «литий-ионных», «японских» АКБ. А потому продавцу важно объяснить покупателю, чего же он хочет - и почему он хочет именно это!

Итак, важнейшими для АКБ являются три параметра.

1. Номинальная электрическая емкость (Ач), она определяется отдаваемой энергией полностью заряженной батареи при двадцатичасовом разряде. Например, обозначение 6СТ-60 значит, что батарея в течение 20 часов будет отдавать ток 3 А и при этом в конце напряжение на клеммах не упадет меньше 10,8 В. Однако это вовсе не означает линейную зависимость времени разряда от разрядного тока. Целый час стабильно отдавать энергию батарея не сможет.

Есть и «неофициальный» параметр - «резервная емкость». Она измеряется в минутах - сколько аккумулятор может работать за себя и за генератор. Например, резервная емкость АКБ легкового автомобиля при нагрузке 25 А и падении напряжения до 10,5 В должна составлять не менее 90 минут.

2. Номинальное напряжение - для АКБ легкового автомобиля оно составляет 12 В. Оно может снизиться при разряде батареи и большой токовой нагрузке. Но экспериментировать, устанавливая АКБ с более высоким напряжением, не стоит…

3. Ток холодной прокрутки (CCA - Cold Cranking Amperes). Этот параметр особо важен в России: он представляет собой величину тока, который батарея способна отдать при температуре -18 о С в течение 10 секунд, напряжением не менее 7,5 В. Чем выше ток холодной прокрутки, тем легче двигатель будет запускаться зимой.

Все эти параметры есть в маркировке на корпусе АКБ.

О чем говорить с покупателем?

Прежде всего, продавец должен выслушать, что у клиента плохо светит, слабо и недолго крутится, а провода для «прикуривания» есть не у всех. И только потом спросить:

а) Сколько лет автомобилю?

б) Страна производства?

в) Ездит ли покупатель зимой или в холодное время ставит его на прикол?

г) Оборудован ли автомобиль Start&Stop и системой рекуперации энергии торможения?

д) Стоит машина ночью в гараже или «под окнами» во дворе?

е) Тюнингован ли автомобиль, установлено ли на нем дополнительное электрооборудование: подогреватели, нештатная осветительная техника и т.д.?

ж) И самый главный вопрос - на какую сумму покупки рассчитывает покупатель?

Если у покупателя «пожилая» или тюнингованная машина, то стоит порекомендовать аккумулятор с большей емкостью, например вместо 50 Ач взять 55 Ач. Но не надо «перебарщивать» - генераторы имеют строго определенную мощность и перегружать их не рекомендуется. Да и вынуждать покупателя платить лишние деньги тоже не стоит.

Если же автомобиль - «внедорожник» или «паркетник» и ездят на нем любители загородных поездок, то как раз им стоит порекомендовать аккумулятор AGM. У таких АКБ довольно высокий, до 135%, ток холодной прокрутки, более высокая устойчивость к циклам и очень высокая способность к глубокому разряду.