Новые свинцово-кислотные аккумуляторы
Большинство электрохимических систем имеют относительно приемлемое время зарядки, на уровне 1 часа или около того. Аккумулированная в них энергия может быть потрачена за такое же время, из этого следует, что время заряда и разряда может быть примерно одинаковым. Но со свинцово-кислотным аккумулятором все немного сложнее — его можно разрядить за очень короткое время, а для заряда может потребоваться более 14 часов. Также ему периодически необходимо обслуживание для предупреждения сульфатации пластин и других деградирующих процессов.
| Standard Range AGM | Deep Cycle Range AGM | Gellyte Range GEL |
 |  |  |
| 10 — 12 лет / 600 циклов | 10 — 12 лет / 700 циклов | 10 — 12 лет / 750 циклов |
| универсальная серия AGM | для глубоких разрядов AGM | универсальная серия GEL |
Причиной такой длительной зарядки свинцово-кислотного аккумулятора являются его электрохимические свойства, а именно процесс формирования и растворения сульфата свинца на отрицательном электроде, состоящем из чистого свинца. При разряде на поверхности электрода образовывается сульфат свинца, а при зарядке он снова разлаживается на исходные компоненты. Процесс разложения происходит медленно, и если попытаться “ускорить” его увеличением зарядного тока, это вызовет появление избыточных электронов, которым будет некуда деваться, это, в свою очередь, приведет к разложению воды и возникновению газов. Со временем сульфат свинца может формировать кристаллы на электроде, что еще более снижает скорость зарядки.
На положительном электроде также формируется сульфат свинца, но на нем поддерживается высокая скорость заряда, в отличие от отрицательного. Новые свинцово-кислотные системы как раз и пытаются решить проблему отрицательного электрода, например, добавление углерода в его состав показывает многообещающие результаты.
| Marin GEL Range | Deep Cycle GEL Range | Solar GEL Range |
 |  |  |
| 10 — 12 лет / 800 циклов | 10 — 12 лет / 800 циклов | 10 — 12 лет / 800 циклов |
| для электромоторов лодок и катеров | для глубоких циклических разрядов | для солнечных электростанций |
1. Продвинутые свинцово-углеродные аккумуляторы
Ученым уже на протяжении многих лет известно, что именно процесс накопления сульфатов является слабым местом классического свинцово-кислотного аккумулятора. Этот процесс из-за недостаточной шероховатости отрицательной пластины препятствует быстрой зарядке и приводит к деградации батареи. И для решения этих проблем была разработана технология добавления углерода в состав отрицательного электрода (катода). По сути это превращает батарею в квази-асимметричный суперконденсатор с улучшенными зарядными и разрядными характеристиками.
На рисунке 1 показано совмещение свинцовой отрицательной пластины из ячейки классического свинцово-кислотного аккумулятора с углеродным электродом для приобретения полезных свойств суперконденсатора.
| Flooded 6V | Flooded 8V | Flooded 12V |
 |  |  |
| 10 — 12 лет / 600 циклов | 10 — 12 лет / 600 циклов | 10 — 12 лет / 600 циклов |
| для тяжелых условий работы с электромотрами в составе лодок, погрузчиков, подъемников, поломоечных машин и т.д. | ||
Рисунок 1: Развитие классического свинцово-кислотного аккумулятора в продвинутый свинцово-углеродный. В состав отрицательного электрода добавляется углерод для придания батарее свойств суперконденсатора.
Продвинутые свинцово-углеродные аккумуляторы испытываются как замена классических стартерных для систем “старт-стоп” и в качестве составляющего элемента 48-вольтовой системы электропитания гибридного автотранспорта. Решающим преимуществом перед стандартной свинцово-кислотной батареей является возможность быстрой зарядки без повреждений. Хотя свинцово-углеродные аккумуляторы больше и тяжелее литий-ионных, они дешевле, могут эксплуатироваться при минусовых температурах и не нуждаются в принудительном охлаждении. В отличие от обычных свинцово-кислотных аккумуляторов, они могут работать в циклическом режиме с разрядами от 30 до 70% без риска сульфатации. Но есть и недостаток, схожий с особенностями суперконденсаторов — быстрое падение напряжения при разряде.
2. Разработки кампании Firefly Energy
В своих свинцово-кислотных аккумуляторах кампания Firefly Energy использует новый композитный материал, благодаря которому, по их утверждению, аккумулятор получается более легким, дольше служит и эффективнее использует активное вещество. Этот аккумулятор также является одним из немногих свинцово-кислотных, способных работать в течение длительного времени в случае частичного заряда. Отрицательная пластина такого аккумулятора состоит из вспененного углерода, покрытого пленкой из свинца, что позволяет ему показывать производительность на уровне никель-металл-гидридного аккумулятора, но при гораздо меньших производственных затратах. Firefly Energy была дочерней компанией корпорации Caterpillar, но в 2010 обанкротилась. Позже она была возрождена группой инвесторов под названием Firefly International Energy и сейчас производит линейку аккумуляторов под брендом Oasis для рынка США.
| Trojan Marine RV | AGM Deep Cycle | Trojan GEL Deep Cycle |
 |  |  |
| 10 — 12 лет / 700 циклов | 10 — 12 лет / 600 циклов | 10 — 12 лет / 800 циклов |
| для речного и морского траспорта | для электромоторов, солнечных электростанций, высоких нагрузок | |
3. Биполярный аккумулятор Atrarveda
Подобно аккумулятору от Firefly Energy, технология кампании Atrarveda также основана на свинцово-кислотной электрохимической системе. В данной технологии используется запатентованный материал под названием Ebonex®, состоящий из керамики и оксидов титана. Токопроводящая пластина между ячейками аккумулятора состоит из частиц Ebonex®, помещенных в полимерную матрицу, с контактами из свинцового сплава по краям. С удельной энергоемкостью 50-60 Вт/кг эти аккумуляторы сравнимы с никель-кадмиевыми и хорошо подходят для высоковольтных приложений. Основанная в Великобритании, кампания Atrarveda имеет представительство и в США.
4. Axion Power
Компания Axion Power разработала электрическую батарею e3 Supercell, которая является гибридом аккумулятора и суперконденсатора. Положительный электрод в ней изготовлен из стандартного диоксида свинца, а отрицательный — из активированного углерода. Аккумуляторы компании Axion Power в сравнении со стандартными свинцово-кислотными предлагают более быстрое время зарядки и увеличенный срок службы при циклических глубоких разрядах, и, благодаря этому, находят применение в качестве источников питания для системы “старт-стоп” в гибридных автомобилях. Сочетание свинца и углерода на аноде позволило уменьшить общий вес батареи на 30%. Однако это сочетание также уменьшило удельную энергоемкость с 30-50 до 15-25 Вт/кг. Также недостатком является резкое снижение напряжения при разряде, но это известная проблема суперконденсаторов.
| Dual Purpose | Industrial Line | Premium Line |
 |  |  |
| 10 — 12 лет / 600 циклов | 10 — 12 лет / 1200 циклов | 10 — 12 лет / 1200 циклов |
| тягово-стартерный | универсальная серия на базе уникальной технологии Smart Carbon | |
5. Ультрабатарея CSIRO
Аккумулятор, разработанный Австралийским Государственным Объединением Научных и Прикладных Исследований (CSIRO), сочетает в себе асимметричный суперконденсатор и свинцово-кислотную электрохимию, перенимая все вышеперечисленные плюсы этого свинцово-углеродного взаимодействия. Свойства конденсатора повышают эффективность зарядки и увеличивают срок службы батареи, выступая в качестве буфера во время заряда и разряда. Утверждается, что это продлевает срок службы аккумулятора в четыре раза по сравнению с классическим свинцово-кислотным, одновременно повышая мощность на 50%. Производитель также утверждает, что переход на эти батареи в гибридном автотранспорте обеспечит до 70% экономии в сравнении с нынешними. Как доказательство этого CSIRO аккумулятор участвовал в испытаниях на гибридном автомобиле Honda Insight HEV, где его результаты были оценены положительно. Главным преимуществом данного аккумулятора в противостоянии с классическими свинцово-кислотными является именно его способность к быстрой зарядке. CSIRO аккумулятор производится не только в Австралии, но и также в Японии по лицензии кампанией Furukawa.
6. EEStor
Компанией EEStor разрабатывается таинственный гибрид аккумулятора и суперкондесатора, который вызвал большой интерес в СМИ. Эта батарея использует керамический порошок титаната бария и утверждается, что ее удельная энергоемкость достигает 280 Вт*ч/кг, что превышает показатель литий-ионного аккумулятора. Информации об этой батарее довольно мало — производитель лишь ограниченно информирует о процессе разработки. Но даже эти немногочисленные заявления удивляют — ведь речь идет о крайне малом весе батарее, примерно на уровней одной десятой веса никель-металл-гидридного аккумулятора, используемого в гибридном транспорте; о стойкости к глубоким циклическим разрядам; о времени зарядки за 3-6 минут; об отсутствии в составе вредных материалов; о более низких производственных затратах в сравнении с классическим свинцово-кислотным аккумулятором; и о саморазряде всего лишь в 0,02% в месяц. Но исследования, проведенные в 2013 году, выявили слабое место этой батареи — высокое внутреннее сопротивление, так что разработка и совершенствование этого, без сомнения, перспективного источника электроэнергии продолжается.
| Батарейный монитор | Защита от глубокого разряда | Батарейный балансир |
 |  |  |
| контроль более 25 параметров, история и синхронизация | защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки | для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения |
7. Усовершенствованный затопленный аккумулятор (Enhanced Flooded Battery — EFB)
Автопроизводители в курсе о дополнительной нагрузке на обычный стартерный аккумулятор при наличии в автомобиле системы “старт-стоп”. С этой нагрузкой может справится AGM аккумулятор, но его стоимость не позволяет ему получить широкое использование. Именно поэтому были предприняты усилия для разработки новой усовершенствованной версии классического затопленного аккумулятора. Тесты показывают, что EFB аккумулятор все же уступает AGM, но в целом справляется с возложенными на него задачами. Это вкупе с более доступной стоимостью делают его перспективным вариантом для использования в гибридных автомобилях с системой “старт-стоп”.
Источник