В наши дни машины в основном комплектуются свинцово-кислотными, литий-ионными, безламельными железоникелевыми батареями.

Первый вариант используется с начала двадцатого века и до сих пор. Конструкция оказалась удачной. Благодаря многочисленным усовершенствованиям удалось значительно повысить коэффициент полезного действия.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов, появившихся примерно пятнадцать лет назад, впечатляют. Они произвели революцию на авторынке.

Накопители энергии на основе железа и никеля перестают пользоваться популярностью из-за больших затрат на их производство.

Классика жанра

Долголетие кислотных аккумуляторов обусловлено тем, что в качестве силовых установок транспортных средств обычно используются двигатели внутреннего сгорания.

Преимущества свинцово-кислотных батарей:

• безопасный источник энергии;

• относительно небольшие затраты на производство;

• приличная сила тока, необходимая для запуска мотора.

Конечно, есть альтернатива: применение других материалов и компонентов. Между тем это влечёт повышение ёмкости, увеличение размеров, удорожание производства аккумуляторов. То есть данные варианты не подходят.

Как устроен классический автомобильный аккумулятор

Будет понятнее, если рассмотреть процессы, протекающие в одной банке. Система включает два электрода, погружённые в электролит.

Катод. Минусовой электрод. Тонкая пластина с пористой поверхностью, изготовленная из свинца.

Анод. Положительный электрод. Внутрь запрессована масса из окиси свинца.

Электролит. Раствор серной кислоты. Процентное соотношение H2SO4 к H2O составляет 35 к 65.

Плотность электролита, расстояние между электродами, разделёнными сепаратором, выполненным из пластика, подобраны таким образом, чтобы химические реакции при заряде и разряде проходили наиболее эффективно.

Накопление электрического заряда

В процессе эксплуатации автомобиля аккумулятор заряжается от генератора. Когда батарея снята, прибегают к помощи специального устройства, включаемого в обычную розетку 220 В, позволяющего регулировать зарядные ток и напряжение.

Для двенадцативольтового аккумулятора выставляется напряжение 13,5-14 В. Сила тока и ёмкость соотносятся 1/10. Большая сила тока не рекомендована. Так как в этом случае батарея быстрее разрядится.

Что происходит при зарядке?

• на аноде появляются недоокисленный свинец и связанные ионы;

• на катоде образуется Pb2O5 (перекись свинца);

• плотность электролита уменьшается.

На ячейке напряжение не должно превышать 2,2 В. Это необходимо для накопления достаточного количества ионов, предупреждения расщепления H2O на водород и кислород.

Подключение электропотребителей влечёт за собой разложение соединений и солей. По мере разряда батареи плотность электролита становится выше.

О преимуществах и недостатках автомобильных аккумуляторов

Устройство свинцово-кислотной батареи, несмотря множество усовершенствований, трудно назвать идеальным. Аккумуляторам данного типа при различных условиях эксплуатации свойственны недостатки:

• количество циклов заряда и разряда ограничено;

• показатель ёмкости со временем снижается из-за необратимого процесса сульфатации пластин;

• механическая прочность электродов не столь высокая;

• частицы, возникающие в процессе деструкции электродов, зачастую приводят к короткому замыканию катода и анода, разрушению сепаратора;

• долгое хранение в разряженном состоянии, частый перезаряд становятся причиной выхода батареи из строя.Основная проблема – сульфатация. Её последствия:

• отложение на катоде сернокислотных солей свинца;

• свободные водород и кислород вступают в реакцию с другими веществами, в результате чего получается сульфат свинца, из-за которого катод приходит в негодность.

Способы модернизации кислотных аккумуляторов

Разработчики постоянно экспериментируют с конструкцией аккумуляторов в попытке устранить основные недостатки. В результате изысканий и опытов появляются новые сплавы свинца, менее чувствительные к агрессивному воздействию серной кислоты. Благодаря никелю, олову, кальцию тоже достигнут определённый эффект. Эти легированные добавки позволили добиться снижения саморазряда до минимального значения. Ловушки в днище корпуса выполняют функцию накопителей активных веществ. В итоге снижен риск короткого замыкания катода и анода.

Раньше автовладельцы должны были контролировать плотность электролита, уровень воды. Производители избавили их от этой необходимости, сделав батарею необслуживаемой. Аккумуляторы, выпускаемые сегодня, оснащены поплавковым индикатором-глазком. Он меняет свой цвет, когда заряд повышается или понижается.

Инновационные решения

Среди инноваций, призванных улучшить технические параметры свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов, можно выделить:

Электролит, напоминающий гель. В его основе кремниевые соединения. В данном случае потеря воды исключена. Эксплуатационные характеристики выдающиеся. Допускается установка батареи в салоне транспортного средства.

Использование углерода и графита. Формируют основы электродов. Аккумулятор становится легче. Его габариты уменьшаются.

Электронные чипы для диагностики. Позволяют с ювелирной точностью контролировать химические процессы, протекающие в каждой банке.

Щелочные безламельные железоникелевые аккумуляторы

Разработчики устройств, накапливающих энергию, обратили внимание и на другие материалы. В своё время интерес вызвал щелочной электролит. В качестве электродов использовались пластины, изготовленные из прессованного порошка железа и никеля.

Во времена Советского Союза от военных поступил заказ, предполагавший создание неприхотливой батареи с хорошими характеристиками. Была выпущена модель СЖН-50, ограниченными партиями поступавшая в войска. Её технические параметры:

• порядка 1000 циклов заряда и разряда (кислотным аккумуляторам такие показатели недоступны);

• эксплуатация в различных погодных условиях, при широком температурном диапазоне;

• длительный перезаряд не оказывает пагубного влияния;

• аккумулятор можно долгое время хранить в разряженном состоянии.

К сожалению, СЖН-50 обладала существенными недостатками:

• сложный производственный процесс;

• существенные финансовые затраты, связанные с использованием никеля.

Ионно-литиевые аккумуляторы

В настоящее время рынок быстро завоёвывают литиевые аккумуляторы. Варианты их применения:

• вспомогательный аккумулятор, способствующий быстрому заряду основного;

• в качестве ионисторов, позволяющих запуск двигателя;

• батарея для электромобиля.

Преимущества литиевых аккумуляторов:

• большая ёмкость;

• компактные размеры;

• малый вес.

К недостаткам относят высокую стоимость. Однако с каждым годом положение меняется. Ионно-литиевые аккумуляторы дешевеют.

Причины:

• совершенствование технологии;

• конкуренция между производителями.