Альтернативных для автомобильного аккумулятора

Альтернативные химические источники тока

Статья обновлена: 2020-12-17

Привычные нам современные литиевые аккумуляторы — это результат долгого пути разработок и усовершенствования. Спустя много поколений новых АКБ удалось добиться значительного роста в удельной энергоемкости, мощности, долговечности в сравнении с самыми первыми моделями аккумуляторов. Но прежде следовал долгий путь проб и ошибок, удачных идей и прорывов.

Некоторые из этих успешных разработок пользовались широкой популярностью: например, аккумуляторы никель-металлогидридные, никель-кадмиевые используются до сих пор. Но были и разработки, которые не получили обширного распространения, хотя они имеют большие перспективы — им и посвящена эта статья.

NiFe: никель-железные аккумуляторы

История никель-железных АКБ

Вальдемар Юнгнер, изобретатель никель-кадмиевых аккумуляторов в 1899 году много экспериментировал со своим проектом и искал способы удешевления материалов. Ученый пытался заменить кадмий железом, но вынужден был отказаться от эксперимента из-за низкой эффективности зарядки и образования газов.

В своей лаборатории независимо от событий в Швеции и проекта Юнгнера Томас Эдисон в 1901 изобрёл свой железо-никелевый аккумулятор в качестве альтернативы свинцово-кислотным. Эти устройства активно применяли в электромобилях “Detroit Electric” и “Baker Electric”, а также в немецкой ракете “Фау-2”. Но совсем скоро рынок покорили бензиновые автомобили, а для стартового аккумулятора в них были выбраны все-таки свинцовые АКБ, оставив железо-никелевые на обочине.

Как работает никель-железный аккумулятор

В аккумуляторах NiFe применяется оксидно-гидроксидный катод, а анод выполнен из железа. В качестве электролита выступает калий-гидроксид. Номинальное напряжение элемента 1,2 В.

Для времени своего изобретения никель-железные аккумуляторы обладали большими токами отдачи, хорошей устойчивостью к вибрациями и высоким температурам. Сейчас их используют разве что на вилочных погрузчиках и некоторых других видах складской техники.

У этого типа АКБ низкая удельная электроёмкость (порядка 50 Вт*ч/кг). Никель-железный аккумулятор не рассчитан на корректную работу при низких температурах и быстро теряет заряд — 20-40% в месяц в режиме хранения, без эксплуатации. Этих недостатков в сочетании с недешевым производством оказалось достаточно, чтобы в конкурентной борьбе возобладали свинцово-кислотные АКБ.

NiH: никель-водородные аккумуляторы

В 1967 году активно проводились исследования с применением никель-металлогидрида, однако его высокая нестабильность вынудила переключиться на использование NiH и разработку никель-водородных аккумуляторов.

В никель-водородном аккумуляторе содержатся водородные газы под давлением в стальной емкости. Кроме того, в сосуд заключены твердые электроды из никеля, водородные электроды, электролит и газовые экраны.

Напряжение элемента NiH по номиналу — 1,25 В, величина удельной энергии — от 40 до 75 Вт/кг. Рабочие характеристики и возможность работать при экстремальных температурах от -28 °C до 54 °C наделяют эту категорию аккумуляторов весомыми преимуществами. Вдобавок у них минимальный процент потери заряда и длительный срок эксплуатации даже при регулярном полном разряде, что делает NiH безупречным вариантом для применения на орбитальных спутниках. Однако, на все эти достоинства находится значительный недостаток: маленькая удельная энергия и очень высокая стоимость. Цена одной ячейки для спутника насчитывает тысячи долларов.

Zinc-Air: цинк-воздушные аккумуляторы

В воздушно-цинковых батареях электрическая энергия вырабатывается в ходе окисления цинка кислородом из воздуха. Ячейка способна выдать 1,65 В, но длительный срок службы обеспечивает работа на напряжении до 1,4 В.

В роли топлива для положительного электрода выступает кислород из воздуха, и в этом цинк-воздушные аккумуляторы схожи с топливными элементами PEMFC.Воздушный поток позволяет в некоторой степени держать под контролем скорость реакции.

• Чувствительность к экстремальным температурам и повышенной влажности.
• Снижение производительности при загрязнении воздуха: повышенный процент углекислого газа провоцирует рост внутреннего сопротивления.
• Одноразовое использование, обусловленное спецификой работы устройства.

Подача воздуха начинается со снятием специального уплотнителя, полное рабочее напряжение достигается за 5 секунд. Этот тип аккумуляторов уже не может прекратить свою работу после включения, зарядке в привычном понимании они не поддаются. Тем не менее, версии для подзарядки существуют: путем замены отработанных электродов в формате пасты из цинкового электролита либо цинковых таблеток.

Особенности рабочих характеристик аккумулятора Zinc-Air:

• Высокая удельная энергоёмкость, 300–400 Вт/ч;
• Маленькие токи отдачи и, как следствие, низкая удельная мощность;
• Саморазряд в запечатанном состоянии — 2% в год.

Батареи с воздушно-цинковыми аккумуляторами проходили испытания на электромобилях, но в итоге производство для этой цели было прекращено. Сейчас они используются в слуховых аппаратах и для ламп безопасности на стройплощадках.

NaS: натрий-серные аккумуляторы

Натриевые аккумуляторы знамениты под названием тепловых батарей. Эту технологию придумали немцы во времена Второй мировой, используя в качестве электролита расплавленные соли. NaS выпускались как в одноразовых версиях, так и в перезаряжаемых. Первые модели работали при экстремальных 400–700°C, современные рассчитаны на более низкую температуру 245–350°C. Сейчас их применяют в энергосетях в Японии.

Электролит из расплавленных солей неактивен в холодном состоянии, его можно хранить более 50 лет. Активация происходит с помощью теплового воздействия, после чего батарея обеспечивает подачу энергии в течение нескольких часов. Именно расплавленная соль с её хорошей ионной проводимостью позволяет добиться такой высокой мощности аккумуляторов.

Одноразовые модификации натриевых батарей применялись в боевых действиях как источник тока на управляемых ракетах. Позже появились и образцы с возможностью перезаряда. Дешевизна материалов, запредельные рабочие температуры и долгое хранение без саморазряда — главные преимущества аккумуляторов NaS.

Современные версии экспериментальных аккумуляторов

Ученые активно ведут разработки для совершенствования технологий и поиска новых версий аккумуляторов. Они пробуют разные материалы, преследуя цель сделать прорыв в удельной энергоемкости. Естественно, удешевление производства тоже выступает одним из приоритетов в исследованиях. Ниже представлены современные технологии, которые обладают большими перспективами.

Li-air: литий-воздушные аккумуляторы

Разработка литий-воздушных батарей вдохновлена концепцией цинково-воздушных и топливных элементов, а именно их природой “дышать” воздухом. В батарее Li-air применяется литиевый анод, электролит и каталитический воздушный катод, снабжаемый кислородом.

По прогнозам ученых потенциал накопления энергии Li-ion-air ожидается в 5-10 раз больше, чем у обычных аккумуляторов Li-ion. Правда, до широкого коммерческого использования технологии понадобится минимум два десятка лет. Каждый элемент литий-воздушных батарей будет генерировать напряжение порядка 1,7-3,2 Вольт в зависимости от используемых материалов. Над разработкой трудятся специалисты компаний всего мира: IBM, Liox Power, Excellatron, Lithion-Yardney, Rayovac, Poly Plus. По расчетам, удельная энергия Li-ion-air составляет 13 кВТ*ч. Для сравнения, алюминий-воздух при аналогичных качествах имеет теоретическую удельную энергию, равную 8 кВт*ч.

Li-S: литий-серные аккумуляторы

Литий-серные аккумуляторы — экологически чистые; сера в качестве основного компонента доступна повсеместно.

Пользуясь тем, что атомный вес лития низкий, а серы — умеренный, разработчикам литий-серных батарей удалось получить отличный удельный потенциал 2500 Вт/ч и очень высокую удельную энергию 550 Вт*ч/кг. Это в 3 раза больше, чем у аккумуляторов Li-ion. Напряжение ячейки Li-S 2,1 В.

По мере разряда Li-S аккумулятора литий на поверхности анода растворяется, а при зарядке — восстанавливается нанесением литиевого покрытия на анод. Батарея выдерживает низкие температуры, не спешит разряжаться и даже может заряжаться при -60°C. Недостаток — нестабильность при высоких температурах и ограниченный срок службы: всего 40-50 циклов заряда и разряда, тогда как другие современные типы аккумуляторов служат 300-500 циклов.

Аноды из кремний-углеродного нанокомпозита

Заменив углерод в качестве материала анода на кремний-углеродный нанокомпозит для Li-ion аккумуляторов, ученые смогли улучшить стабильную производительность батареи и увеличить предельные размеры ёмкости АКБ в 5 раз. Это удалось за счет упрощенного доступа ионов лития, по сравнению с обычным литий-ионным аккумулятором.

Эта разработка обладает огромными перспективами: производство недорогое и несложное, аккумулятор получается безопасным. Недостаток заключается в ограниченном сроке службы из-за структурных проблем, возникающих при введении и изъятии больших объемов литий-иона.

Перспективы рынка АКБ

За последние десятилетия настоящих прорывов в поиске новых химических источников тока не произошло. Последний большой скачок сделали аккумуляторы LiFePO4 и LTO, обогнав по ряду параметров привычные уже литий-ионные батареи. Но на сегодняшний день этой тройкой технологий список прогрессивных типов аккумуляторов ограничивается. Многократное увеличение энергоемкости теоретически возможно, но это случится нескоро. Поэтому покупка современных батарей с хорошими характеристиками точно не устареет морально в ближайшие два десятка лет.

Источник

Рейтинг лучших присадок для аккумуляторных батарей

Практически все автолюбители знают, что главной задачей аккумуляторной батареи является обеспечение нужного стартерного тока для запуска двигателя. Питание магнитолы и иных потребителей является вторичной функцией.

Как только АКБ перестаёт нормально запускать мотор, у автовладельца возникает необходимость решить эту проблему. Сделать это можно путём покупки нового источника питания, либо же за счёт восстановления работоспособности старой батареи.

Одним из способов реанимации АКБ считается применение присадок с восстанавливающими свойствами.

Зачем нужны присадки для электролита

Существует несколько причин, из-за которых нарушается работоспособность аккумуляторной батареи. Чаще всего это возраст, естественный износ, последствия эксплуатации в условиях постоянного разряда. Как результат, всё это ведёт к такому явлению как сульфатация.

Сульфатацией называют образование белёсого налёта на поверхностях свинцовых пластин. Из-за него пластины не могут принимать активное участие в электрохимических процессах. Снижается ёмкость АКБ, батарея быстро разряжается, плохо заряжается.

Окислы свинца, покрывающие поверхности аккумуляторных свинцовых пластин, не позволяют батарее работать так, как она функционировала раньше. И чем меньше АКБ заряжена, тем интенсивнее отложения оседают на поверхностях.

Процесс, обратный сульфатации, называют десульфатацией. Его выполняют с помощью специальных зарядных устройств, десульфаторов, методом переполюсовки, а также путём использования специальных присадок.

Именно десульфатирующая присадка для аккумулятора является тем средством, которое позволяет без особых проблем восстановить ёмкость, частично вернуть пусковой ток, снизить показатели внутреннего сопротивления и растворить образовавшийся на пластинах осадок.

Справедливо будет сказать, что ассортимент аккумуляторных присадок не так велик. Но при этом можно выделить несколько средств, которые сумели завоевать доверие со стороны потребителей, и до сих пор пользуются солидным спросом. Каждая добавка заслуживает отдельного внимания.

Востребованные аккумуляторные присадки

Поскольку присадка в основном используется для АКБ при её сульфатации, основной акцент сделан именно на десульфатационных добавках.

Среди наиболее востребованных разработок, добавляемых в электролит с целью тем самым восстановить аккумулятор, можно выделить такие:

Теперь следует разобраться в том, что собой представляет та или иная десульфатирующая присадка, какую пользу она приносит АКБ и действительно ли помогает при сульфатации.

Импульс

Это наименее распространённая присадка среди всех продуктов, которые представлены в рамках этого рейтинга. Но владельцы автомобилей с обслуживаемыми АКБ неплохо о ней отзываются. Эффективно помогает при сульфатации.

По заявлениям производителя и потребителей, продлевает срок службы АКБ на несколько сезонов. Но не лет, как многие думают.

Добавка Импульс изготавливается в виде порошка, который растворяется в рабочей жидкости аккумулятора. Средняя стоимость около 300 рублей.

Мечта

Не присадка, а Мечта. На самом деле достойно себя показывает в вопросе обслуживания аккумулятора, который длительное время эксплуатируется и успел пострадать из-за негативного воздействия сульфатации. Способствует восстановлению ёмкости батареи. Причём эта добавка изготавливается под Санкт-Петербургом.

Выполнен состав в виде порошка, который засыпают в электролит, где он успешно и растворяется. Удаляет белёсый налёт, помогает в борьбе с коричневым осадком в АКБ.

Но перед применением учитывайте, что длительность отстаивания достаточно большая. Это около 2 суток. Зато по цене дешевле всех остальных конкурентов.

PowerBatt

Ещё одна десульфатирующая присадка для автомобильного аккумулятора. Если вашу батарею настигла та же участь и требуется эффективная десульфатация, стоит опробовать это вещество.

Изготавливается присадка под названием PowerBatt на территории Словакии. Позиционируется как средство для полной очистки от сульфата свинца. Параллельно смягчает пластины, тем самым позволяя лучше накапливать энергию и защищать от повторного образования окислов на поверхностях.

Такой состав рекомендуется применять на АКБ средней ёмкости, предназначенных для легковых автомобилей.

Отзывы противоречивые. Одни говорят, что средство помогло быстро и качественно. Другие никаких существенных изменений не заметили. Будет справедливо добавить, что ни одна из присадок при действительно сильной сульфатации самостоятельно с проблемой справиться не сможет.

Омега

Присадка украинского производства. Позиционируется как добавка для борьбы с сульфатацией и устранения её последствий.

Также изготовитель добавки Омега обещает, что за счёт их средства вязкость электролита повысится, интенсивность смывания активного вещества с поверхностей банок снизится, а общий срок службы увеличится.

В среднем за такую добавку потребуется заплатить около 400 рублей.

Reductant

Если быть точнее, то Reductant 14. Ещё один продукт из Украины.

В настоящее время считается лидером по популярности и распространённости среди аккумуляторных присадок.

Если верить производителю, после применения их средства ёмкость аккумуляторной батареи восстановится, риски появления короткого замыкания заметно снизятся. Параллельно мутный электролит станет светлым, это защитит от сильного саморазряда.

Оптимальный выбор для тех, кто эксплуатирует аккумулятор средней ёмкости. Хорошо себя показывает на АКБ ёмкостью от 50 до 75 Ач. Актуальная цена составляет примерно 350 рублей.

Как правильно использовать

Купив присадку, либо даже сделав её своими руками, следует придерживаться определённого алгоритма.

Только при соблюдении всех правил и инструкций удастся извлечь максимум пользы из добавок и убедиться в их реальной эффективности.

Последовательность процедуры такая:

• если десульфатация присадками выполняется зимой, АКБ нужно занести в тёплое помещение и дождаться, чтобы батарея стала комнатной температуры;
• с помощью салфеток, ветоши и содового раствора протрите поверхности корпуса батареи;
• на каждой банке аккуратно открутите пробки, очистите их и уберите пока в сторону;
• если присадка представлена в виде порошка, разбавьте её электролитом из банок либо дистиллированной водой;
• на один пакет порошка требуется 100 мл жидкости;
• полученное количество состава равномерно распределите по всем банкам;
• подключите АКБ к зарядному устройству;
• зарядный ток выставьте на 1–2 Ампера;
• заряжать батарею следует в течение 10–12 часов.

Если соблюдать такие правила и последовательность, присадки действительно могут дать хороший результат.

Альтернативные решения

Есть и ряд других способов добиться десульфатации. Среди них:

• переполюсовка;
• зарядка сварочным инвертором;
• тренировка АКБ;
• применение специальных десульфаторов и пр.

Что же касается самодельных присадок, то здесь наибольшую популярность завоевали 2 способа.

Первый предусматривает применение Трилона Б и аммиака.

При десульфатации требуется 2% Трилона Б и 5% аммиака.

Чтобы приготовить 3 литра готового раствора, на 2340 мл дистиллированной воды добавьте 660 мл аммиака (25% раствор) и 60 грамм Трилона. Если это 10% аммиак, тогда его нужно 1560 мл, 1140 мл воды и те же 60 грамм Трилона Б.

Перед заливкой этой смеси из АКБ извлекается весь электролит, промывается дистиллированной водой. Затем следует залить подготовленный состав, выстоять не более 60 минут, а затем слить. Если загрязнения сильные, процедуру нужно повторить 2–3 раза. После каждого из них внутренние полости тщательно промываются чистой водой.

Либо же воспользуйтесь «Аспирином». Метод на тот случай, когда батарею уже не жалко, но требуется быстро вернуть её к жизни. Суть предельно простая. Нужно по 1 таблетке «Аспирина» закинуть в каждую банку.

Метод с применением «Аспирина» очень рискованный, а потому вся ответственность за последствия лежит на автовладельце.

Использовать такие решения или нет, каждый автомобилист решает сам.

Полезные советы

Ещё буквально несколько рекомендаций, которые помогут вам справиться с сульфатацией путём применения специальных присадок:

• не спешите покупать первое попавшееся средство такого назначения, прислушайтесь к отзывам, учтите реальную эффективность присадки;
• строго придерживайтесь правил безопасности, внимательно читайте инструкцию изготовителя;
• эффективность воздействия добавки можно поднять, если сначала слить старый электролит, промыть батарею дистиллированной водой, и затем залить свежий электролит. Уже в него добавляйте присадку.

Присадки для АКБ существуют. Их не так много, но они есть.

Их эффективность доказана на практике. Но не всегда они могут справиться с действительно сложными задачами.

Источник