На рынке существует великое множество разновидностей аккумуляторов. Они отличаются друг от друга строением и характером протекающих внутри химических процессов. В свете перебоев с энергоснабжением и большого спроса на АКБ для развертывания автономных систем питания в рамках материала мы рассмотрим популярные типы аккумуляторов: автомобильные, для источников бесперебойного питания и автономных комплексов на базе солнечных панелей или ветрогенераторов. Между собой эти разновидности батарей похожи больше всего.

Важно! Автомобильные аккумуляторы не рекомендуется использовать в ИБП.
  • Они отличаются от специализированных батарей для «бесперебойников» длительностью цикла работы и равномерностью выделения электрического тока, что обуславливается разной толщиной пластин-электродов.
  • Автомобильные АКБ имеют немного большее рабочее напряжение (14-14.2 В против 13.5-13.8 В), как следствие батарея с машины будет постоянно недозаряжена.
  • В процессе зарядки негерметичные автомобильные аккумуляторы выделяют пожароопасный водород.

Свинцово-кислотные (SLA)

Свинцово-кислотный тип является старейшиной в разрезе других распространенных разновидностей аккумуляторов. Технологию изобрел французский физик Гастон Планте еще в 1859 году. Свинцово-кислотные АКБ подкупают универсальностью применения и относительно доступной стоимостью. Их используют в различных видах автотранспортных средств, системах автономного или резервного энергоснабжения и т.п.

Конструктивно этот тип аккумуляторов строится в пластиковом корпусе и состоит из свинцовых пластин, которые погружены в электролит (водный раствор на основе серной кислоты). Принцип действия АКБ заключается в преобразовании химической энергии в электрическую при разрядке и наоборот — электрической энергии в химическую при зарядке. Отметим, что во время разрядки на пластинах образуется налет из сульфата свинца. И чем больше батарея разряжена, тем толще будет слой отложений. Как следствие, напряжение аккумулятора падает. В ходе зарядки АКБ происходит процесс десульфатации, однако на практике пластины электродов не очищаются полностью и со временем свинцово-кислотные аккумуляторы теряют первоначальную емкость.

Упрощенная схема строения свинцово-кислотного аккумулятора:
1 — пластины из диоксида свинца; 2 — свинцовые пластины; 3 — жидкий электролит; 4 — корпус.

Свинцово-кислотные АКБ обладают низким саморазрядом, могут похвастаться отсутствием «эффекта памяти» и сохраняют работоспособность в широком диапазоне температур. В то же время чем меньше остается заряда в таких аккумуляторах, тем меньше они выдают тока. Также свинцово-кислотные батареи боятся глубоких разрядов, долго заряжаются, имеют большие габариты и вес. Модели обслуживаемой конструкции в придачу выделяют вредные пары, что не позволяет эксплуатировать их в закрытых помещениях.

Основные плюсы:

  • Высокая надежность
  • Низкий саморазряд
  • Отсутствие «эффекта памяти»
  • Широкий диапазон рабочих температур
  • Доступная стоимость

Основные минусы:

  • 200–500 циклов зарядки/разрядки
  • Боязнь глубоких разрядов
  • Выделение вредных паров
  • Длительное время зарядки
  • Большой вес
Важно! В свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторах SLA могут применяться различные типы пластин: кальциевые (Ca-Ca), сурьмянистые (Sb-Sb) или гибридные (Hybrid). По сути, это сплавы свинца с добавлением кальция, сурьмы и других различных металлов соответственно. Пластины с включением кальция имеют более низкий уровень саморазряда по сравнению с сурьмянистыми (вплоть до 70 %), а в гибридном варианте положительные электроды обычно изготавливаются по одной технологии, отрицательные — по другой (например, аргентум-кальциевые, карбоново-кальциевые, карбоново-свинцовые, оловянно-кальциевые и т.п.). Некоторые из добавок в гибридном варианте исполнения пластин выступают гарантами устойчивости источника питания к глубокому разряду, прочие же нацелены на низкий саморазряд батареи.
Популярные автомобильные свинцово-кислотные аккумуляторы (SLA)

Свинцово-кислотные (EFB)

Многие недостатки оригинальных свинцово-кислотных аккумуляторов исправлены в батареях EFB (Enhanced Flooded Battery - улучшенная батарея с жидким электролитом). В «нутре» таких АКБ установлены толстые свинцовые пластины безо всяческих примесей, притом пластина с положительным зарядом находится в микроволоконном конверте с наполнением жидким электролитом. Пакеты из микроволокна предотвращают осыпание активной массы и существенно замедляют процесс сульфатации пластин при глубоких разрядах аккумулятора. Как следствие, обеспечивается высокая продуктивность токоотдачи и предотвращается риск возникновения коротких замыканий.

Свинцовые пластины в конструкции аккумуляторов EFB помещены в микроволоконные пакеты.

Ввиду применения утолщенных пластин аккумуляторам EFB требуется больше времени для восполнения энергетических запасов. Заряжать их необходимо подходящими устройствами, скрупулезно контролируя вольтаж, в противном случае электролит может вскипеть и испариться. По всем прочим пунктам программы усовершенствованные свинцово-кислотные АКБ обладают лишь рядом достоинств: они устойчивы к глубоким разрядам, сохраняют высокую продуктивность работы в широком спектре температур и демонстрируют низкий уровень саморазряда. Стоят аккумуляторы EFB дороже оригинальных свинцово-кислотных визави.

Основные плюсы:

  • Высокая надежность
  • Устойчивость к глубоким разрядам
  • Продуктивная работа при высоких и низких температурах
  • Низкий уровень саморазряда

Основные минусы:

  • 300–700 циклов зарядки/разрядки
  • Выделение вредных паров
  • Длительное время зарядки
  • Большой вес
  • Дороговизна
Популярные автомобильные свинцово-кислотные аккумуляторы (EFB)

Гелевые (GEL)

Гелевые АКБ — это еще более продвинутая разновидность свинцово-кислотных аккумуляторов со специальным загустителем в составе, который доводит электролит до желеобразного состояния. Гелевый электролит обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами, сохраняя при этом однородную консистенцию по всему объему. Изготавливаются гелевые аккумуляторы в герметичном корпусе, в работе они не выделяют абсолютно никаких вредных веществ и не нуждаются в обслуживании.

Электролит внутри гелевых аккумуляторов находится в желеобразном состоянии.

Гелевые АКБ подкупают высокой надежностью, экологичностью, низким уровнем саморазряда, длительным эксплуатационным ресурсом. В то же время они не лучшим образом подходят для буферного режима работы — долгое время стоять наготове, чтобы краткосрочно поддержать энергоснабжение в резервном режиме питания. Приобретать такие батареи для ИБП имеет смысл, когда «беспребойнику» приходится включаться практически ежедневно — например, для нестабильных сетей с постоянными и длительными сбоями в подаче энергии.

Основные плюсы:

  • 500–1000 циклов зарядки/разрядки
  • Высокая надежность
  • Устойчивость к глубоким разрядам
  • Низкий уровень саморазряда
  • Отсутствие необходимости обслуживания
  • Длительный ресурс эксплуатации

Основные минусы:

  • Чувствительность к качеству заряда
  • Чувствительность к коротким замыканиям
  • Боязнь низких температур
Популярные автомобильные гелевые аккумуляторы (GEL)

Абсорбированный электролит (AGM)

Электролит в аккумуляторах типа AGM (Absorbed Glass Mat) абсорбирован пористыми волокнами для придания ему желеобразной структуры. Такие батареи изготавливаются в герметичных корпусах и обладают уменьшенным электрическим сопротивлением, что позволяет отдавать значительные токи в короткие отрезки времени. Аккумуляторы AGM подходят на роль стартовых для запуска силовых агрегатов в машинах и очень часто применяются в системах резервирования электропитания.

Электролит в аккумуляторах типа AGM абсорбирован мелкопористыми стеклянными волокнами.

Конкурентные преимущества аккумуляторов AGM включают продолжительный срок службы, низкую стоимость обслуживания и себестоимость в целом, большую энергоемкость, устойчивость к тряскам и вибрациям. Однако батареи AGM плохо переносят перезарядку, обладают чувствительностью к низким температурам и имеют большой вес.

Основные плюсы:

  • Могут отдавать высокие токи за короткое время
  • Терпимость к глубоким разрядам
  • Низкий уровень саморазряда
  • Быстрая зарядка
  • Герметичный корпус
  • Устойчивость к тряскам и вибрациям

Основные минусы:

  • 400–800 циклов зарядки/разрядки
  • Плохая переносимость перезаряда
  • Чувствительность к низким температурам
  • Большой вес
  • Дороговизна
Популярные автомобильные аккумуляторы из стеклоткани (AGM)

Литий-ионные (Li-Ion)

Литий-ионные аккумуляторы Li-Ion применяются в современных реалиях повсеместно. Они получили широкое распространение в бытовой технике и мобильных гаджетах, нашли себя в качестве источников питания в электромобилях и накопителях энергии. Состоят подобные батареи из положительного анода на медной фольге и отрицательного катода на алюминиевой фольге. Заряд и разряд в аккумуляторах Li-Ion связан с переносом иона лития между электродами.

АКБ типа Li-Ion обладают наибольшим соотношением емкости относительно размеров размеров корпуса, благодаря чему реализована возможность изготовления мощных аккумуляторов с минимальными габаритами и весом. Применяется этот тип батарей в устройствах с большим энергопотреблением либо же при необходимости обеспечить максимальную длительность автономной работы.

Большие пакеты литий-ионных аккумуляторов послужат отличным решением для питания «прожорливых» энергопотребителей.

Батареи этого типа имеют большой резерв по циклам заряда/разряда, поддерживают ускоренную процедуру зарядки, отличаются полным отсутствием «эффекта памяти» и низким саморазрядом. Обратная сторона медали аккумуляторов Li-Ion — высокая пожароопасность, подверженность деградации со временем и чувствительность к низким температурам. Зарядный процесс литий-ионных АКБ отслеживает специальная BMS-плата, которая контролирует зарядку и разрядку, анализирует состояние компонентов, снимает показатели температуры, напряжения и сопротивления, балансирует токи между компонентами батареи.

Основные плюсы:

  • 500–1500 циклов зарядки/разрядки
  • Высокая емкость при компактных размерах
  • Большой резерв по циклам заряда/разряда
  • Быстрая зарядка
  • Низкий уровень саморазряда
  • Полное отсутствие «эффекта памяти»

Основные минусы:

  • Пожароопасность
  • Быстрая потеря емкости при низких температурах
  • Требуется электронная схема защиты
  • Подверженность «старению»
Популярные литий-ионные автомобильные аккумуляторы (Li-Ion)

Литий-полимерные (Li-Pol)

Главное отличие аккумуляторов Li-Pol от батарей Li-Ion состоит в типе применяемого электролита. В литий-полимерных АКБ его роль выполняет специальный полимер с токопроводящими добавками. Структура электролита бывает разной: сухой, гомогенной в форме геля либо же с мелкопористой полимерной матрицей. Аккумуляторы Li-Pol могут принимать гибкие формы и часто выпускаются в мягкой оболочке вместо жесткого корпуса.

Аккумуляторы Li-Pol гораздо «стройнее» литий-ионных визави.

Положительные и отрицательные качества у литий-полимерных АКБ идентичны типу Li-Ion. С той лишь разницей, что таким аккумуляторам можно придать абсолютно любые формы. Они отличаются изяществом и тонкими формами, однако стоят дороже литий-ионных сверстников.

Основные плюсы:

  • 300–1000 циклов зарядки/разрядки
  • Высокая удельная емкость и энергоплотность
  • Стабильность напряжения в процессе разряда
  • Быстрая зарядка
  • Низкий уровень саморазряда
  • Полное отсутствие «эффекта памяти»
  • Компактные размеры и малый вес
  • Вариативность форм

Основные минусы:

  • Пожароопасность
  • Быстрая потеря емкости при низких температурах
  • Требуется электронная схема защиты
  • Деградация при длительном хранении

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4)

Лучшими по совокупности параметров для массовых потребителей считаются литий-железо-фосфатные аккумуляторы LiFePO4. На голову выше них стоят разве что литий-титанатовые АКБ, однако и стоят они на порядок дороже. В амплуа материала катода у LiFePO4 применяется литий-феррофосфат. Главными преимуществами этого типа АКБ являются большое число рабочих циклов заряда/разряда (свыше 2000), химическая и термическая стабильность, способность без проблем работать на морозе, меньшее время заряда (в т.ч. высокими токами) и повышенная безопасность эксплуатации.

Батареи типа LiFePO4 — наиболее прогрессивные на сегодняшний день.

Контроль и управление этими батареями возлагается на BMS-плату, которая гарантирует безопасные пределы напряжения и тока. Аккумуляторы LiFePO4 имеют наименьшую вероятность теплового разгона и возгорания. Рабочее напряжение у них понижено. Впрочем, у этого есть и плюсы: оно приводит к меньшему внутреннему сопротивлению и повышенной скорости заряда/разряда. Единственное, чего боятся такие батареи, так это прямого воздействия влаги — при взаимодействии с водой происходит потеря активного лития и снижается плотность энергии. Также аккумы LiFePO4 обладают большими размерами в сравнении с литиевыми «одноклассниками» (примерно на 30 %), а еще их нельзя заряжать при отрицательных температурах. В качестве стартовых аккумуляторов для авто такие батареи используется редко, поскольку весьма дорого обходится BMS-плата управления, заточенная под высокие стартовые токи.

Основные плюсы:

  • 2000–5000 циклов зарядки/разрядки
  • Невосприимчивость к глубоким разрядам
  • Стабильность напряжения
  • Быстрая зарядка высокими токами
  • Нет выраженного «эффекта памяти»
  • Широкий диапазон рабочих температур
  • Долговечность
  • Высокая безопасность

Основные минусы:

  • Низкое номинальное напряжение
  • Чувствительность к прямому воздействию влаги
  • Нельзя заряжать при отрицательных температурах
  • Более крупные размеры в сравнении с литиевыми аккумуляторами

Вывод

Чтобы сделать правильный выбор в пользу накопителей энергии, нужно верно расставить приоритеты и учесть особенности дальнейшего использования батарей. Выбор аккумулятора по типу — задача несложная, если подойти к вопросу с умом и взвесить все «за» и «против» для каждой распространенной технологии.