Приведите примеры аккумуляторов технология 5 класс кратко

Обновлено: 04.07.2024

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно. Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Виды аккумуляторов

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

Никель-кадмиевые (NiCd)

Этот аккумулятор выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчив к низким температурам и у него большой допустимый ток разряда. Одними из основных его достоинств является низкая цена и большой срок службы. Недостатки указанного вида в том, что он быстро саморазряжается и имеет низкую плотность энергии.

Никель-металлогидридные (NiMh)

Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными. Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.

Литий-ионные (LiIon)

Такой аккумулятор чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах он уже используюется редко, так как вытесняется более прогрессивным типом батарей. Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.

Литий-полимерные (LiPol)

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

Устройство

Раньше аккумуляторные батареи для бытовой техники и телефонов по своему строению были точной копией тех, что используются в автомобилях. Современные технологии позволили разработать литий-ионные батареи, у которых катод покрыт алюминиевой, а анод медной фольгой. В литий-полимерных моделях в качестве банок используются мягкие пакеты, которые заполняются гелеобразным раствором лития в полимере.

Чтобы контролировать заряд, такая аккумуляторная батарея обязательно имеет устройство, которое выполнено в виде электронной платы. Вместо привычных двух контактов, такие батареи с платой телефона соединяются при помощи конвектора — многополюсного соединения.

Принцип работы

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

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность. Во время заряда ток пропускают в противоположном направлении, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой является емкость, то есть величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения. Для ее измерения обычно используются Ач.

Области применения

Аккумулятор используется в различных отраслях и имеет широкое применение. Аккумуляторные батареи применяют для освещения вагонов, питания различной апертуры на автомобилях, в мобильных телефонах, в бытовой технике и электронике.

Для того чтобы обезопасить компьютер и имеющуюся информацию при внезапном исчезновении питания, используются ИБП. Основным его элементом является АКБ. Первоначальный запуск любого автомобиля не возможет без заряженной аккумуляторной батареи.

Как выбрать аккумулятор

Рассмотрим особенности выбора АКБ для мобильного телефона. Сначала надо разобраться, какая батарея установлена в вашем телефоне, так как она может быть съемной или несъемной.

Если ее можно снять, то открывают заднюю крышку телефона и внимательно изучают характеристики батареи:

Между собой оригинальные и аналоговые изделия практически ничем не отличаются по своим характеристикам, но оригинальные батареи будут намного дороже. Учтите, что некоторые производители не делают оригинальные запчасти, поэтому в таком случае придется приобретать аналогичный источник питания.

Аккумулятор для автомобиля

В этом случае надо обращать внимание на такие характеристики как емкость, пусковой ток и габариты изделия. Важно, чтобы емкость и величина пускового тока не очень отличались от той аккумуляторной батареи, что была установлена на заводе-производителе, так как генератор и другое оборудование рассчитаны на определенные их значения.

Кроме описанных характеристик, обращают внимание на наличие дополнительных элементов: ручка для удобной транспортировки, защита клемм, наличие встроенного индикатора заряда.

Достоинства и недостатки

Рассмотрим, какие есть преимущества и недостатки у разных типов батарей.

Преимущества NiCd устройств:

Быстрая зарядка, можно использовать ток, который равен и даже превышает емкость батареи, злоупотреблять часто большим зарядным током нельзя и если требуется быстрый заряд, то используют устройства, определяющие полный заряд батареи, после чего они должны отключаться.
Могут давать в нагрузку ток большого значения.
Если соблюдаются правила эксплуатации, то срок службы будет большим.
Возможность восстановления при понижении емкости.
Доступная стоимость.

Недостатки будут такие:

Особенности NiMh батарей:

LiIon батареи имеют следующие достоинства:

Небольшой вес и размеры, достигается это за счет высокой плотности электроэнергии.
Незначительный саморазряд.
На протяжении всего срока службы не требуют никакого обслуживания.

Недостатки таких АКБ следующие:

Высокая цена.
Хранить такие батареи надо только заряженными.
Даже если они не используются, происходит процесс старения, уже через два года, если ими не пользоваться, они обычно выходят из строя.

LiPol устройства являются самыми современными, но пока массово они не применяются, поэтому объективно оценить их преимущества и недостатки пока нельзя.

Если сравнивать их с другими типами, то в таких устройствах меньше рабочих циклов, и они рассчитаны на небольшой ток нагрузки. Технология их изготовления позволяет создавать тонкие и пластичные геометрические формы, что нехарактерно для других типов батарей. Как и у всего нового, стоимость таких батарей пока высокая.

Сейчас в электронных устройствах в основном используются NiMh и LiIon аккумуляторы. У первых будет больше срок службы при умеренных нагрузках и ниже стоимость, у вторых простое обслуживание и большой срок службы при интенсивных нагрузках. Никель-кадмиевые устройства уже практически не используются, а литий-полимерные только завоевывают рынок.

Аккумулятор (аккумуляторная батарея или сокращённо АКБ) – источник питания многоразового использования. Отличающаяся разнообразием размеров и видов АКБ является неотъемлемой частью современного мира – различные ее разновидности применяют как в пультах для детских игрушек и телевизоров, так и в системах безопасности крупных банков, заводов, на производствах больших предприятий. В этой статье будет рассказано о том, что собой представляет аккумулятор, как он работает, а также, какие бывают аккумуляторы, какими преимуществами и недостатками они обладают.

Что такое аккумулятор

Аккумулятор – источник постоянного тока, в котором накопление электрического заряда происходит, благодаря протекающим внутри электрохимическим окислительно-восстановительным процессам. В отличие от одноразовых элементов питания (простых солевых или алкалиновых батарей), АКБ, в зависимости от вида, выдерживает от 200-300 до 1000 циклов зарядки-разрядки. Эта основная особенность АКБ делает аккумулятор более востребованным и популярным, в отличие от обычных батарей, – даже при высокой цене за такой элемент питания его рентабельность за весь срок службы будет в разы выше, чем у одноразовых аналогов.

Устройство и принцип работы

Несмотря на большой вес и использование в конструкции электродов вредного для окружающей среды свинца и его соединений, такой тип акб является основным источником питания для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. В таком новом виде транспорта, как электромобили, применяются более экологически чистые литиевые типы аккумуляторных батарей (литий-ионные, литий-полимерные).

Основные характеристики АКБ

Каждый аккумулятор, вне зависимости от того, к какому виду он относится, обладает следующими основными характеристиками:

Емкость – заряд батареи, измеряемый в Амперах в час (А/ч). Определяет продолжительность работы батареи с различными по энергопотреблению приборами и потребителями.
Напряжение – разность потенциалов между клеммами АКБ. Колеблется от 2 до 12-24 В (вольт);
Размеры – габариты батареи (длина, ширина и высота), измеряемые в сантиметрах;
Вес – в зависимости от конструкции и предназначения, вес современных аккумуляторов колеблется от 10-15 грамм до 100 и более килограмм;
Диапазон рабочих температур – температурный режим, в котором АКБ может нормально работать в течение всего срока службы;
Допустимая глубина (уровень) разряда – минимальное значение напряжения, при котором батарея должна быть поставлена на зарядку. Выражается в процентах относительно напряжения полностью заряженного аккумулятора.
Максимальные токи зарядки – значение силы тока, которое необходимо для нормальной и максимально быстрой зарядки АКБ. Значение данной характеристики выражается в процентах от емкости батареи.
Саморазряд – ежегодно снижающаяся часть емкости батареи, выражаемая в процентах от первоначальной;
Срок эксплуатации – длительность выполнения батареей своих прямых функций.

Также к косвенным характеристикам АКБ относятся ее стоимость и производитель.

Виды аккумуляторов, преимущества и недостатки

На современном рынке наиболее распространены такие виды аккумуляторов, как:

Свинцово-кислотные – самые распространенные источники питания в автомобилестроении, промышленности, в системах резервного энергообеспечения. Представляют собой набор пластин свинца и оксида свинца, погруженных в водный раствор концентрированной серной кислоты. Обладают емкостью от 10-15 до 100-200 А/ч, напряжением 2-24 В. К основным преимуществам таких аккумуляторов относятся простота их обслуживания, относительно невысокая стоимость, способность за короткий временной интервал отдавать большой заряд. Среди недостатков свинцовых АКБ – большой вес, высокое содержание вредных для окружающей среды металлов (свинца и его соединений), риск при работе с концентрированной серной кислотой (электролитом).

Помимо описанных выше, реже используются такие виды аккумуляторных батарей, как никель-железные, никель металл-гибридные, гелевые, серебряно-цинковые. Такие аккумуляторные батареи из-за своей дороговизны не получили столь широкого распространения, как описанные выше разновидности.

Критерии выбора АКБ

Основными критериями выбора того или иного вида АКБ являются:

Предназначение – АКБ выбирают с учетом того, для каких целей она будет использоваться. Так, подходящая для питания автомобиля свинцовая батарея не подойдёт по своим характеристикам для различных электронных приборов.
Емкость – АКБ подбирают по данному критерию таким образом, чтобы она обеспечивала максимально длительную работу потребителя (оборудования, различных приборов) без подзарядки.
Размеры и вес – выбирая АКБ для определенных нужд, приобретают аккумуляторы, имеющие при достаточной емкости небольшие размеры и вес;
Производитель – предпочтение отдают изделиям наиболее известных брендов. Так, при покупке АКБ для автомобиля специалисты советуют приобретать изделия таких брендов, как BOSCH,Varta, Exide, Topla.

Видео

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Аккумулятор – это прибор для накопления электрической энергии с целью её дальнейшего использования. Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин, помещенных в раствор серной кислоты

Типы и виды аккумуляторов. В зависимости от вида накапливаемой энергии различают: Электрические; Магнитные; Механические; Тепловые; Световые; Логические.

Что такое аккумулятор и для чего он нужен в автомобиле? Аккумулятор представляет собой химический источник тока, который включает в свой состав нескольких элементов питания . Поэтому он также носит название аккумуляторной батареи. Объединение сразу нескольких элементов даёт больший результирующий ток и напряжение . В автомобилях наиболее распространён вид аккумуляторов с 6 элементами (ещё их называют банками) которых выдают напряжение примерно 2.1 вольт. В результате АКБ выдаёт напряжение примерно 12.6 вольт.

Первый аккумулятор этого типа разработал французский учёный Гастон Планте, который жил более 150 лет назад.

Аккумуляторы с тех пор усовершенствовались, но конструкция и принцип работы АКБ дошли до нас в неизменном виде. Сегодня можно встретить различные виды аккумуляторов, которые отличаются составом электролита и материалами электродов. Наверняка все слышали о никель─кадмиевых батареях, Ni-MH, Li-ion и ряда других. Но в качестве стартерных автомобильных аккумуляторов на сегодняшний день применяются лишь свинцово-кислотные. Объясняется это тем, что этот вид аккумуляторов имеет высокую энергетическую ёмкость. Свинцово-кислотные АКБ могут в течение короткого интервала времени выдавать большой электрический ток. Именно это и требуется для стартера, который прокручивает коленчатый вал при запуске двигателя. И замены этих аккумуляторным батареям пока нет, несмотря на то, свинец и серная кислота (в составе электролита) являются вредными и опасными веществами.

Какие бывают виды аккумуляторов? Свинцовые аккумуляторы. В этих аккумуляторах реагентом является диоксид свинца и сам свинец, а электролитом раствор серной кислоты. Еще их называют свинцово-кислотными. Разделяют на четыре группы: стационарные, стартерные, портативные (герметизированные) и тяговые. Наибольшее распространение получили стартерные аккумуляторы, их используют для запуска двигателей внутреннего сгорания и обеспечения энергией устройств в машине. Их недостатком можно назвать невысокие значения удельной энергии, не очень хорошую сохранность заряда и выделение водорода. Никель-кадмиевые аккумуляторы. Здесь реагентами выступают гидроксид никеля и кадмий соответственно, а электролитом раствор гидроксида калия, в связи с этим их еще называют щелочными аккумуляторами. Подразделяются на ламельные, безламельные и герметичные. Ламельный никель-кадмиевые аккумуляторы довольно дешевые, характеризуются плоской разрядной кривой, высоким ресурсом работы и прочностью. Применяются для питания шахтных электровозов, подъёмников, средств связи, электронных приборов, стационарного оборудования, для запуска дизелей и авиационных двигателей. Герметичные аккумуляторы характеризуются горизонтальной разрядной кривой, высокой скоростью разряда и способностью работать при низкой температуре, но стоят дороже и обладают эффектом памяти. Применяют их для питания портативной аппаратуры, бытовых приборов, детских игрушек. Большой недостаток этих аккумуляторов заключается в токсичности применяемого кадмия. Никель-железные аккумуляторы. От вышеописанной проблемы ушли используя вместо кадмия железо. Аккумуляторы не содержат токсичный кадмий, дешевле стоят, имеют долгий срок службы и высокую прочность, но из-за выделения водорода в начале заряда производятся только в негерметичном варианте. Характеризуются высоким саморазрядом, низкой отдачей энергии, при температурах ниже -10 градусов практически неработоспособны. В основном их используют как тяговые источники тока в электровозах и промышленных подъемниках.

Аккумуляторы, применяемые в качестве элементов питания сотовых телефонов: Никель-кадмиевые (NiCd) (nickel cadmium) Никель-металл гидридные (NiMH) (nickel metal-hydride) Литий-ионные (Li-Ion) (lithium ion) Литий-полимерные (Li-Pol) (lithium polymer) аккумуляторы не будут рассмотрены по причине малой распространённости и отсутствии их точных характеристик, которые в принципе соизмеримы с характеристиками других аккумуляторов на основе лития. Данный вид аккумуляторов набирает популярность благодаря своей некритичности к форме конечного элемента питания.

Основное применение аккумуляторные батареи имеют для запуска двигателей автомобилей и других машин.

Аккумулятор широко используют на транспорте, железнодорожные вагоны, троллейбусы, машины - гибриды, электрокары, троллейбусы и даже огромные "Белазы" - используют специальные аккумуляторы для движения. И это не привычные аккумуляторные батареи, которые стоят в наших автомобилях и требуют дополнительного сервиса по зарядке и контроль уровня электролита и его плотности. Аккумуляторы использующиеся на транспорте - это тяговые аккумуляторные батареи, разработанные специально для работы силовых агрегатов и двигателей. Такие аккумуляторные батареи обладают продолжительным сроком службы.

Тяговым аккумуляторам не страшны постоянные нагрузки и частота зарядки. Гелевый электролит в таких аккумуляторах препятствует выделению газа, что сохраняет срок службы пластин. Кроме того аккумуляторные батареи такого класса защищены от вскипания и работают в режиме заряд - разряд.

Аккумуляторы. Общие принципы

Работоспособным считается аккумулятор, остаточная емкость которого составляет 70–80 % от начальной. Элементы с меньшими показателями остаточной емкости считаются непригодными для дальнейшей эксплуатации, поскольку не могут обеспечить расчетную автономность.

Ион — атом или молекула, несущая на себе электрический заряд. Если ион положительно заряжен — его называют катион, если отрицательно — анион.

В зависимости от используемого материала электродов и применяемого типа электролита существуют различные вариации аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет свои конструкционные и эксплуатационные особенности. Ниже поговорим о наиболее распространенных типах аккумуляторов, сферах их применения и особенностях эксплуатации.

Свинцовые аккумуляторы

Несмотря на преклонный возраст технологии, свинцовые аккумуляторы до сих пор успешно применяются в системах резервного питания, автомобильном транспорте, системах аккумулирования возобновляемых источников энергии (солнечная и ветряная энергетика, гидроэнергетика и т. д.).

Как видно из названия, в качестве основного материала, из которого изготавливают электроды, выступает свинец. Точнее, для производства положительных электродов — просто свинец, а для изготовления отрицательных электродов — оксид свинца. В качестве электролита, как правило, выступает раствор серной кислоты.

Существует большое количество конструкций свинцового аккумулятора, направленных на улучшение его эксплуатационных характеристик. Поскольку свинец сам по себе достаточно мягкий металл с невысокой физической прочностью, в чистом виде он слабо противостоит вибрационным нагрузкам, поэтому для использования аккумуляторов, например, в транспорте, в сплав свинца добавляют кальций, делающий структуру металла более прочной.

Для использования свинцового аккумулятора в источниках бесперебойного питания, дабы не допустить контакт пользователя с кислотой, исключить необходимость обслуживания, а также не создавать условия для взрыва водорода, выделяемого из АКБ, при ее заряде, используют свинцовые аккумуляторы определенного типа. Такими аккумуляторами являются источники питания типа AGM (Absorbent Glass Mat), в которых абсорбированным электролитом (не жидким) пропитан специальный пористый мат из стекловолокна.

Довольно часто свинцовые аккумуляторы, выполненные по технологии AGM, ошибочно называют гелевыми. На самом деле это не так. Гелевые аккумуляторы — отдельная ветвь развития свинцовых источников питания.

Аккумуляторы, электролитом в которых выступает раствор серной кислоты в желеобразном состоянии, называются гелевыми. Они рассчитаны на медленную отдачу энергии, поэтому основная область их применения — использование в инертных системах накопления и расходования электроэнергии (солнечная энергетика, питание моторов кресел для инвалидов, гольф-каров и т. д.).

К неоспоримым преимуществам свинцовых аккумуляторов относятся их невысокая стоимость и возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды (от - 40 до + 40 ° С).

Один свинцовый аккумуляторный элемент выдает напряжение порядка 2 В и способен выдать удельной энергии из расчета 30–60 Вт*ч с 1 кг массы, что в сравнении с другими типами — достаточно мало. Такие аккумуляторы имеют высокие значения саморазряда, а их глубокий разряд приводит к разрушению и осыпанию пластин электродов и безвозвратной порче аккумулятора.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Следующим типом аккумуляторных элементов, активно использующихся во многих сферах, являются никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd). Их можно встретить в детских игрушках, пультах управления, фонариках, ручном аккумуляторном электроинструменте и т. д.

Конструкция элемента не претерпела изменений, только в качестве материала для изготовления электродов используются никель и кадмий, а точнее гидраты закиси этих металлов. В качестве электролита применяют гидроксид калия. Один элемент на основе этих металлов может выдать напряжение 1,2–1,35 В, а значение удельной энергии находится в диапазоне 40–80 Вт*ч/кг.

Никель-кадмиевые аккумуляторы — одни из самых морозоустойчивых. Они работают без существенной потери своей емкости при температурах, близких к –50 ° С, к тому же, абсолютно не боятся глубокого разряда, и после цикла зарядки полностью восстанавливают свои эксплуатационные характеристики.

Хранить NiCd аккумуляторы рекомендуется полностью разряженными.

Чтобы не испортить аккумулятор, его необходимо заряжать только после полного разряда! Пренебрежение этим правилом повлечет быструю потерю емкости и выход элемента из строя.

Заряжают NiCd-элементы малыми зарядными токами, значения которых составляет порядка 10 % от емкости аккумулятора.

Никель-металлогидридные аккумуляторы

Логическим продолжением никель-кадмиевых аккумуляторов стали никель-металлогидридные (NiMH) элементы питания. В них учтены и практически устранены недостатки предшественников. Аккумуляторы при тех же массогабаритных показателях имеют большую в 2–3 раза емкость, обладают высокой надежностью, с легкостью переносят глубокий разряд и перезаряд, менее подвержены эффекту памяти.

Немаловажную роль в популяризации и широком распространении NiMH элементов сыграл тот факт, что они не содержат в своем составе кадмия, очень вредного для окружающей среды металла. Следовательно, с повестки дня снимаются вопросы правильного хранения и утилизации таких элементов.

Для производства анода используют гидрид никеля с лантаном или литием — так называемый металлогидридный электрод. В качестве катода — оксид никеля. Электролитом выступает соединение гидроксида калия.

Заряжают никель-металлогидридные аккумуляторы большими (в сравнении с NiCd-элементами) токами, величины которых составляют порядка 20–25 % от емкости аккумулятора, но очень важно контролировать температуру элемента во время заряда. Если она превышает 45 °С, нужно немедленно прервать процесс зарядки, в противном случае существует риск порчи элемента.

Зарядку для NiMH-аккумуляторов можно использовать в паре с NiCd-элементами. Обратная совместимость недопустима! Алгоритмы зарядки никель-кадмия более примитивны, они могут причинить вред NiMH-элементу.

Никель-металлогидридные аккумуляторы хранят полностью заряженными. Поскольку этому типу элементов присущ высокий саморазряд, для сохранения работоспособности элемента его нужно периодически подвергать полному циклу разряда/заряда.

Никель-металлогидридные аккумуляторы используют в тех же сферах, что и никель-кадмиевые, однако, благодаря повышенной емкости, их охотно применяют в фототехнике, использующей для питания элементы типа АА и ААА.

NiMH элементы — самые морозоустойчивые. Они без проблем переносят эксплуатацию при экстремально низких температурах, достигающих -60 °С. По этой причине их довольно успешно применяют в электроинструменте, используемом при выполнении работ на открытом воздухе в зимнее время.

Литий-ионные аккумуляторы

Современные мобильные устройства уже сложно представить без литий-ионных аккумуляторов. Именно их разработка дала мощный толчок к развитию легких и миниатюрных решений источников питания, и, как следствие, миниатюризации всего сегмента мобильных гаджетов.

Сильными сторонами Li-ion являются высокая плотность аккумулируемой энергии, ее удельное значение, в большинстве случаев, составляет солидные 280 Вт*ч/кг, недостижимые при использовании аккумуляторов другого типа. Именно по этой причине Li-ion аккумуляторы используются не только для питания персональных гаджетов, но и для приведения в движение различных самокатов, велосипедов с электродвигателем и даже автомобилей.

Существенный недостаток твердого полимера — его плохая проводимость при нормальной температуре окружающей среды (+ 25 °С). Наилучшие показатели достигаются при увеличении температуры до + 60 °С, а это уже опасно с точки зрения обычного использования. Поэтому производители идут на небольшие ухищрения, добавляя к полимеру электролит в жидком или желеобразном состоянии.

Существенное отличие конструкции литий-ионных аккумуляторов от традиционной конструкции заключается в обязательном наличии разделительного сепаратора, исключающего свободное перемещение ионов лития, в моменты, когда аккумулятор не используется.

Другой элемент, который должен обязательно присутствовать в схеме аккумулятора — BMS-контроллер (Battery Management System), отвечающий за корректную и сбалансированную зарядку ячеек аккумулятора.

Li-ion аккумуляторы при высокой удельной емкости обладают малым весом. Для их зарядки нужно не так уж много времени. У них практически отсутствует эффект памяти и саморазряд. К аккумуляторам литий-ионного типа не предъявляется особых требований к соблюдению циклов заряда/разряда. Заряжать их можно в любое удобное время, не привязываясь к величине остаточного заряда элемента. Хранить Li-ion батареи рекомендуется наполовину заряженными.

Читайте также: