Как работает аккумулятор

АккумуляторАккумулятор – устройство для электрохимического хранения энергии, состоящее из одного или более электрохимических элементов. Электрохимические реакции аккумулятора электрически обратимы. В зависимости от сферы применения, аккумуляторы бывают различной формы и размера: миниатюрные для электроники и до мегаваттных систем, подключаемых к системе стабилизации сети распределения электроэнергии.

Перезаряжаемая батарея состоит из отдельных батарей или ячеек соединенных между собой для обеспечения электропроводности. Аккумуляторные батареи часто оснащены датчиком температуры, который используется зарядным устройством для определения конца зарядки.

Все батареи, в том числе и аккумуляторные или перезаряжаемые, работают по одному принципу. Любая батарея это емкость с химическими веществами, которые вырабатывают электричество. Химические реакции в емкости основаны на электрохимии. В своем простейшем виде электрохимическая реакция в батарее это окисление металла электролитом (например, кислота).

При окислении металл электрода испускает электроны. Эти электроны передаются на второй электрод, находящийся в том же растворе электролита, в результате движения заряженных частиц и получается электричество. Оба электрода подключаются к различным полюсам напряжения и непосредственно не связаны друг с другом. Поток электронов происходит от отрицательно заряженного электрода к положительному.

АккумуляторАккумуляторные батареи работают по тому же принципу, что и обычные батареи питания, создавая поток заряженных частиц, электронов, между двумя электродами. В обычной батарее заряд может направляться только в одну сторону, с отрицательного электрода на положительный. Если заряд такой батареи иссякает, ее выбрасывают. В аккумуляторной батарее заряженные частицы от внешнего источника направляются от положительного электрода на отрицательный, по существу наполняя ее электроэнергией, что позволяет ее использовать снова.

Первый и самый большой аккумулятор – свинцово-кислотная батарея была создана в 1859 году. В этом устройстве использовались свинец и окись свинца в качестве электродов и кислотный электролит в качестве среды. Эта конструкция была громоздкой и небезопасной для постоянного личного пользования, но стала основой, будущим аккумуляторам.

Изначально, в простых батарейках использовался жидкий электролит – йод или соляной раствор. Современные аккумуляторы изготавливаются с сухими или пастообразными электролитными соединениями. Один из старейших и самых известных типов аккумуляторных батарей являются свинцово-кислотные аккумуляторы, широко применяемые в автомобилях. На протяжении многих лет компоненты аккумуляторных батарей становились меньше и менее опасными, что позволило использовать их в различных устройствах, в особенности электронных устройствах небольшого размера, таких как мобильные телефоны или портативные компьютеры. Наиболее распространенный вид современных аккумуляторов это высокоэффективные литий-ионные батареи и их варианты, которые могут использоваться в течение нескольких лет, прежде чем их необходимо будет заменить.

Зарядка аккумулятора осуществляется путем подачи нового потока электронов в направлении обратном разрядке. Чтобы сделать это используется источник энергии и адаптер. Адаптер – устройство преобразующее ток источника. Необходимость адаптера объясняется тем, что ток, подаваемый к батарее, должен быть таким же какой вырабатывает батарея.

 

1971bНикель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы

Эти аккумуляторы стали продуктом развития свинцово-кислотных батарей. Они стали меньше и более безопасными. В этих аккумуляторах используется оксид никеля в качестве катода и металлический кадмий в качестве анода. В качестве электролита применяется гидроксид калия. При правильной эксплуатации эти батареи должны полностью израсходовать свой заряд, прежде чем приступать к их зарядке. Никель-кадмиевые аккумуляторы очень надежные, до сих пор используются в суровых условиях, где в работе других батарей может произойти сбой. Из основных недостатков можно выделить то, что кадмиевые компоненты достаточно опасны и дорогостоящие, а также зарядка только после полной разрядки, несоблюдение этого правила приводит к потере энергии.

Из-за проблем с кадмием были созданы более эффективные никель-металлгидридные (NiMH) батареи. В таких аккумуляторах в качестве анода используется водород. Эти батареи имеют множество применений, заменить свинцово-кислотные аккумуляторы в автомобилях или бытовое применение.

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы являются самой последней формой аккумуляторных батарей. Благодаря своей долговечности, эффективности и компактности они стали оптимальным выбором для долгосрочного использования аккумуляторных батарей особенно в мобильных телефонах, компьютерах и других электронных устройствах. В качестве электродов в этих устройствах применяются литий и углерод. Литий может содержать большое количество энергии и терять лишь небольшую часть в течение долгого времени. Подзарядка такого аккумулятора может производиться в любое время.

https://youtu.be/oAIFNtOtQRs