Багато хто з сучасних гаджетів потребують енергетичної підживлення прямо «на ходу». Цілющу силу напруги і струму вони черпають з заздалегідь накопичених запасів в баках акумуляторних батарей. Між собою акумулятори відрізняються будовою і характером протікають всередині хімічних процесів, що формує свій перелік переваг і недоліків для кожної з поширених технологій, на яких базуються елементи живлення.

Протягом довгих років питаннями постачання портативної електроніки енергією були практично одноосібно зайняті нікель-кадмієві акумулятори, винайдені на рубежі XIX і XX століття. Зустрічаються вони і понині, тому опус про типах акумуляторних батарей логічно почати саме з них.

Нікель-кадмієві акумулятори (Ni-Cd)

Конструктивно акумулятори даного типу складаються з позитивного і негативного електродів, розділених сепаратором. Вони, в свою чергу, занурені в лужний електроліт і все це «упаковано» в герметичний металевий корпус. Позитивний електрод має в своєму складі оксид-гідроксид нікелю, а в складі негативного присутній кадмій - важкий метал підвищеної токсичності. Власне, «отруйний» характер кадмію і послужив поштовхом до витіснення цих акумуляторів батареями інших типів.

Нікель-кадмієві акумулятори дешеві у виробництві і вельми надійні при належному обслуговуванні. Однак вони «пам'ятають» залишковий рівень заряду. Так проявляється «ефект пам'яті». Його суть зводиться до того, що новий розряд не повністю спустошеного акумулятора можливий тільки до тієї межі, з якої батарею почали заряджати. Щоб уникнути цього явища, досить дотримуватися простого правила: заряджайте тільки повністю розряджені нікель-кадмієві акумулятори.

Корисно знати! Акумулятори Ni-Cd починають працювати на заявлених в параметрах в повну силу після «розкачки», тобто попередньо їх потрібно «потренувати», зробивши 3-5 циклів розряду-заряду.

Плюси технології: Мінуси технології:

велика кількість циклів розряду-заряду при належному обслуговуванні; «Ефект пам'яті»;

можливість віддавати великі струми навантаження; високий рівень саморозряду (до 8-10% в першу добу);

швидка зарядка з мінімальним стресом; відносно низька питома енергоємність;

відмінна продуктивність при мінусових температурах; токсичні матеріали;

тривалий термін зберігання (в т.ч. в розрядженому стані); підвищені вимоги до умов експлуатації.

низька вартість.

У сучасних реаліях нікель-кадмієві батареї зустрічаються нечасто. Переважно їх можна споглядати на борту електроінструменту, тому як акумулятори даного типу найкращим чином пристосовані під експлуатацію з розрядними і зарядними струмами великої величини.

Нікель-метал-гидридні акумулятори (Ni-Mh)

На зміну батареям Ni-Cd були випущені більш екологічні і безпечні нікель-метал-гидридні акумулятори, які отримали маркування Ni-Mh. Вони увібрали краще від технології-попередника і «прокачати» по іншим параметрам. В якості катода у них виступає оксид нікелю, анода - водневий металгідридні електрод. Електролітом ж є луг.

Не вдаючись в хитросплетіння протікають всередині хімічних процесів, варто відзначити, що нікель-метал-гидридні батареї менш схильні до «ефекту пам'яті», також для них характерна висока стабільність робочої напруги - воно не падає аж до повної розрядки елементу живлення. При аналогічних розмірах з акумуляторами типу Ni-Cd питома енергоємність їх послідовників в рази вище, а ось величина саморозряду у Ni-Mh батарей навпроти - зросла.

Плюси технології: Мінуси технології:

на третину більша питома ємність; підвищений саморозряд;

менша схильність до «ефекту пам'яті»; при зарядці виділяється багато тепла;

застосування нетоксичних матеріалів; робоча ємність знижується після 200-300 циклів зарядки;

відмінна продуктивність при мінусових температурах; чутливі до перезаряду;

тривалий ресурс; глибокі розряди призводять до зменшення терміну служби.

прості вимоги до зберігання і транспортування.

Найчастіше технологію використовують батарейок «пальчикового» і «мізинчикові» форматів, які потім можуть застосовуватися в будь-яких сумісних пристроях. Зокрема, на нікель-метал-гидридной базі побудовані відомі батарейки Panasonic Eneloop.

На основі нікелю також створені менш поширені акумулятори типів Ni-Fe (залізо-нікелеві), Ni-Zn (нікель-цинкові) і Ni-H (нікель-водневі).

Наступною сходинкою розвитку акумуляторних батарей стала інтеграція в маси літій-іонної технології побудови елементів живлення.

Літій-іонні акумулятори (Li-Ion)

Літій, як найлегший з металів, має найбільший електрохімічний потенціал і забезпечує найбільшу щільність енергії. Однак в «чистому» вигляді йому властива нестабільність поведінки, через що високий ризик займання акумуляторів, створених на його базі. Зважаючи на це ставка була зроблена на більш безпечні в експлуатації неметалеві літієві батареї на основі іонів літію.

Батареї цього типу обробляють нікелевих побратимів по більшості пунктів програми. Їх енергетична щільність в 2-3 рази вище, ніж в акумуляторів типу Ni-Cd, а «ефект пам'яті» непомітний від слова зовсім. Поставити на зарядку літій-іонну батарею можна незалежно від залишкових запасів енергії в баках.

Плюси технології: Мінуси технології:

висока питома ємність; боязнь негативних температур;

висока щільність зарядних струмів; обмежене число циклів розряду-заряду;

вкрай низький рівень саморозряду; для безпечної експлуатації необхідний контролер;

відсутність «ефекту пам'яті»; акумулятор схильний до старіння;

тривалий експлуатаційний ресурс; висока вартість.

можливість створення акумуляторних батарей будь-яких форм і розмірів.

Акумулятори на базі літій-іонної технології оточують нас повсюдно - їх можна зустріти в мобільних телефонах, планшетах, носяться гаджетах на кшталт «розумних» годин, ноутбуках, фотоапаратах і т.п.

Кроком до вирішення проблем безпеки при заряді-розряді Li-Ion батарей стала розробка нового покоління акумуляторів, промаркованих позначенням Li-Pol.

Літій-полімерні акумулятори (Li-Pol)

Ключовою відмінністю літій-полімерних акумуляторних батарей від побратимів з роду Li-Ion є застосування сухого електроліту з твердого полімеру. Завдяки цьому зібрати елемент живлення стало можливо в корпусі будь-якої товщини, причому не обов'язково з металевої оболонки. Активне впровадження технології в життя стримує низька електрична провідність в умовах кімнатної температури.

У смартфонах, планшетах та інших портативних гаджетах використовуються не «чистокровні» Li-Pol акумулятори, а своєрідні гібриди. В якості електроліту в них застосовується гелевидний речовина з іонами літію.

Плюси технології: Мінуси технології:

можуть приймати будь-яку форму; боязнь негативних температур;

високі показники питомої ємності і енергетичної щільності; високе внутрішнє опір при кімнатній температурі;

низький струм саморозряду; для безпечної експлуатації необхідний контролер;

відсутність «ефекту пам'яті»; схильність деградації при тривалому зберіганні;

тривалий експлуатаційний ресурс. висока вартість.

Майбутнє бачиться саме за батареями типу Li-Pol. Втім, серйозну конкуренцію їм вже зараз готові скласти акумулятори нових форматів: Li-O2, Li-S і інші, про яких коротко розказано нижче.

Що в перспективі? ..

Здебільшого за основу при розробках «ідеальної» батареї взята літієва «підкладка»:

Li-O2 - літій-повітряні акумулятори. Замість оксидів металу в електроліті таких батарей застосовується вуглець, який формує електричний струм, вступаючи в реакцію з повітрям. Елементи живлення Li-O2 не люблять контактів з вологою, до того ж після певного числа циклів розряду-заряду відбувається погіршення показників ефективності їх роботи. Технологія також послужила базою для створення літій-кисневих акумуляторів з наночастинками, в яких містяться іони літію і, власне, кисню. Однак поки вона є ще більш «сирий».

Li-S - літій-сірчані акумулятори підкуповують збільшеною вдвічі крат енергоємністю і тривалим експлуатаційним ресурсом (понад 1500 циклів розряду-заряду). Постановці батарей цього типу на конвеєр заважає питання утилізації токсичних сполук сірки.

Літій-нанофосфатние акумулятори з включеними до складу наночастинками здатні забезпечити високу швидкість заряду і велику віддачу струму. Їх активне поширення стримують великі габарити елементів живлення і невирішені питання з «Зрадник».

З батарей інших форматів пильний інтерес викликають фторид-іонні акумулятори. Перенесенням зарядів між катодом і анодом в них зайняті аніони фтору. Ємність таких батарейок може бути в десятки разів більше, ніж в акумуляторів типу Li-Ion, проте серйозною перешкодою на шляху до їх міцному становленню на ноги виступає можливість роботи виключно при високих температурах.

Найширше розповсюдження на сьогоднішній день у всіх видах автономної техніки отримали літій-іонні акумуляторні батареї, що ставлять понад усе компактність і ергономіку.