На ринку існує велика кількість різновидів акумуляторів. Вони відрізняються один від одного будовою і характером хімічних процесів, що протікають усередині. У світлі перебоїв з енергопостачанням та великого попиту на АКБ для розгортання автономних систем живлення в рамках матеріалу ми розглянемо найпопулярніші типи акумуляторів: автомобільні, для джерел безперебійного живлення та автономних комплексів на базі сонячних панелей або вітрогенераторів. Між собою ці різновиди батарей схожі найбільше.

Важливо! Автомобільні акумулятори не рекомендується використовувати в ДБЖ.
  • Вони відрізняються від спеціалізованих батарей для «безперебійників» тривалістю циклу роботи та рівномірністю виділення електричного струму, що обумовлюється різною товщиною пластин-електродів.
  • Автомобільні АКБ мають трохи більшу робочу напругу (14-14.2 В проти 13.5-13.8 В), як наслідок батарея з машини буде постійно недозаряджена.
  • У процесі заряджання негерметичні автомобільні акумулятори виділяють пожежонебезпечний водень.

Свинцево-кислотні (SLA)

Свинцево-кислотний тип є старійшиною у розрізі інших поширених різновидів акумуляторів. Технологію винайшов французький фізик Гастон Планте ще 1859 року. Свинцево-кислотні АКБ підкуповують універсальністю застосування та відносно доступною вартістю. Їх використовують у різних видах автотранспортних засобів, системах автономного чи резервного енергопостачання тощо.

Конструктивно цей тип акумуляторів будується в пластиковому корпусі і складається зі свинцевих пластин, занурених в електроліт (водний розчин на основі сірчаної кислоти). Принцип дії АКБ полягає у перетворенні хімічної енергії на електричну при розрядці і навпаки – електричної енергії на хімічну при зарядці. Зазначимо, що під час розрядки на пластинах утворюється наліт із сульфату свинцю. І чим більше батарея розряджена, тим товстішим буде шар відкладень. Як наслідок, напруга акумулятора падає. В ході зарядки АКБ відбувається процес десульфатації, проте на практиці пластини електродів не очищаються повністю і згодом свинцево-кислотні акумулятори втрачають початкову ємність.

Спрощена схема будови свинцево-кислотного акумулятора:
1 – пластини з діоксиду свинцю; 2 – свинцеві пластини; 3 – рідкий електроліт; 4 – корпус.

Свинцево-кислотні АКБ мають низький саморозряд, можуть похвалитися відсутністю «ефекту пам'яті» і зберігають працездатність у широкому діапазоні температур. Водночас чим менше заряду в таких акумуляторах, тим менше вони видають струму. Також свинцево-кислотні батареї бояться глибоких розрядів, довго заряджаються, мають великі габарити та вагу. Моделі конструкції, що обслуговується, на додаток виділяють шкідливі пари, що не дає змогу експлуатувати їх в закритих приміщеннях.

Основні плюси:

  • Висока надійність
  • Низький саморозряд
  • Відсутність «ефекту пам'яті»
  • Широкий діапазон робочих температур
  • Доступна вартість

Основні мінуси:

  • 200–500 циклів зарядки/розрядки
  • Бояться глибоких розрядів
  • Виділення шкідливої пари
  • Тривалий час зарядки
  • Велика вага
Важливо! У свинцево-кислотних автомобільних акумуляторах SLA можуть застосовуватись різні типи пластин: кальцієві (Ca-Ca), сурм'янисті (Sb-Sb) або гібридні (Hybrid). По суті це сплави свинцю з додаванням кальцію, сурми та інших різних металів відповідно. Пластини з включенням кальцію мають нижчий рівень саморозряду в порівнянні з сурм'янистими (аж до 70%), а в гібридному варіанті позитивні електроди зазвичай виготовляються за однією технологією, негативні – за іншою (наприклад, аргентум-кальцієві, карбоново-кальцієві, карбоново-свинцеві), олов'яно-кальцієві тощо). Деякі з добавок у гібридному варіанті виконання пластин виступають гарантами стійкості джерела живлення до глибокого розряду, інші націлені на низький саморозряд батареї.
Популярні автомобільні свинцево-кислотні акумулятори (SLA)

Свинцево-кислотні (EFB)

Багато недоліків оригінальних свинцево-кислотних акумуляторів виправлені в батареях EFB (Enhanced Flooded Battery – покращена батарея з рідким електролітом). У «нутрощах» таких АКБ встановлені товсті свинцеві пластини без будь-яких домішок, причому пластина з позитивним зарядом знаходиться в мікроволоконному конверті з наповненням рідким електролітом. Пакети з мікроволокна запобігають обсипанню активної маси та суттєво уповільнюють процес сульфатації пластин при глибоких розрядах акумулятора. Як наслідок, забезпечується висока продуктивність струмовіддачі та запобігається ризик виникнення коротких замикань.

Свинцеві пластини в конструкції EFB акумуляторів поміщені в мікроволоконні пакети.

Через застосування потовщених пластин акумуляторам EFB потрібно більше часу для поповнення енергетичних запасів. Заряджати їх необхідно відповідними пристроями, скрупульозно контролюючи вольтаж, інакше електроліт може скипіти і випаруватися. За всіма іншими пунктами програми удосконалені свинцево-кислотні АКБ мають лише низку переваг: вони стійкі до глибоких розрядів, зберігають високу продуктивність роботи в широкому спектрі температур і демонструють низький рівень саморозряду. Коштують акумулятори EFB дорожче за оригінальних свинцево-кислотні візаві.

Основні плюси:

  • Висока надійність
  • Стійкість до глибоких розрядів
  • Продуктивна робота при високих та низьких температурах
  • Низький рівень саморозряду

Основні мінуси:

  • 300-700 циклів зарядки/розрядки
  • Виділення шкідливої пари
  • Тривалий час зарядки
  • Велика вага
  • Дорожнеча
Популярні автомобільні свинцево-кислотні акумулятори (EFB)

Гелеві (GEL)

Гелеві АКБ – це ще прогресивніший різновид свинцево-кислотних акумуляторів зі спеціальним загусником у складі, який доводить електроліт до желеподібного стану. Гелевий електроліт забезпечує максимальний контакт з негативними та позитивними пластинами, зберігаючи при цьому однорідну консистенцію по всьому об'єму. Виготовляються гелеві акумулятори в герметичному корпусі, в роботі вони не виділяють жодних шкідливих речовин і не потребують обслуговування.

Електроліт усередині гелевих акумуляторів знаходиться у желеподібному стані.

Гелеві АКБ підкуповують високою надійністю, екологічністю, низьким рівнем саморозряду, тривалим експлуатаційним ресурсом. Водночас вони не найкраще підходять для буферного режиму роботи — довгий час стояти напоготові, щоб короткостроково підтримати енергопостачання в резервному режимі живлення. Придбати такі батареї для ДБЖ має сенс, коли «безперебійнику» доводиться вмикатися практично щодня — наприклад, для нестабільних мереж із постійними та тривалими збоями у подачі енергії.

Основні плюси:

  • 500-1000 циклів зарядки/розрядки
  • Висока надійність
  • Стійкість до глибоких розрядів
  • Низький рівень саморозряду
  • Відсутність необхідності обслуговування
  • Тривалий ресурс експлуатації

Основні мінуси:

  • Чутливість до якості заряду
  • Чутливість до коротких замикань
  • Бояться низьких температур
Популярні автомобільні гелеві акумулятори (GEL)

Абсорбований електроліт (AGM)

Електроліт в акумуляторах типу AGM (Absorbed Glass Mat) абсорбований пористими волокнами для надання йому желеподібної структури. Такі батареї виготовляються в герметичних корпусах і мають зменшений електричний опір, що дає змогу віддавати значні струми в короткі відрізки часу. Акумулятори AGM підходять на роль стартових для запуску силових агрегатів в машинах і часто застосовуються в системах резервування електроживлення.

Електроліт в акумуляторах типу AGM абсорбований дрібнопористими скляними волокнами.

Конкурентні переваги акумуляторів AGM включають тривалий термін служби, низьку вартість обслуговування та собівартість в цілому, велику енергоємність, стійкість до трясіння та вібрацій. Однак батареї AGM погано переносять перезарядку, мають чутливість до низьких температур і велику вагу.

Основні плюси:

  • Можуть віддавати високі струми за короткий час
  • Терпимість до глибоких розрядів
  • Низький рівень саморозряду
  • Швидка зарядка
  • Герметичний корпус
  • Стійкість до трясіння та вібрацій

Основні мінуси:

  • 400-800 циклів зарядки/розрядки
  • Погана переносимість перезаряду
  • Чутливість до низьких температур
  • Велика вага
  • Дорожнеча
Популярні автомобільні акумулятори зі склотканини (AGM)

Літій-іонні (Li-Ion)

Літій-іонні акумулятори Li-Ion застосовуються у сучасних реаліях повсюдно. Вони набули широкого поширення в побутовій техніці та мобільних гаджетах, знайшли себе як джерела живлення в електромобілях та накопичувачах енергії. Складаються такі батареї з позитивного анода на мідній фользі та негативного катода на алюмінієвій фользі. Заряд і розряд в акумуляторах Li-Ion пов'язані з перенесенням іона літію між електродами.

АКБ типу Li-Ion мають найбільше співвідношення ємності відносно розмірів корпусу, завдяки чому реалізована можливість виготовлення потужних акумуляторів з мінімальними габаритами та вагою. Застосовується цей тип батарей у пристроях з великим енергоспоживанням або за необхідності забезпечити максимальну тривалість автономної роботи.

Великі пакети літій-іонних акумуляторів послужать чудовим рішенням для живлення «ненажерливих» енергоспоживачів.

Батареї цього типу мають великий резерв циклів заряду/розряду, підтримують прискорену процедуру зарядки, Характеризуються повною відсутністю «ефекту пам'яті» і низьким саморозрядом. Зворотний бік медалі акумуляторів Li-Ion — висока пожежна небезпека, схильність до деградації з часом і чутливість до низьких температур. Зарядний процес літій-іонних АКБ відстежує спеціальна BMS-плата, яка контролює зарядку та розрядку, аналізує стан компонентів, знімає показники температури, напруги та опору, балансує струми між компонентами батареї.

Основні плюси:

  • 500-1500 циклів зарядки/розрядки
  • Висока ємність при компактних розмірах
  • Великий резерв за циклами заряду/розряду
  • Швидка зарядка
  • Низький рівень саморозряду
  • Повна відсутність ефекту пам'яті

Основні мінуси:

  • Пожежонебезпека
  • Швидка втрата ємності за низьких температур
  • Потрібна електронна схема захисту
  • Схильність до «старіння»
Популярні літій-іонні автомобільні акумулятори (Li-Ion)

Літій-полімерні (Li-Pol)

Головна відмінність акумуляторів Li-Pol від батарей Li-Ion полягає в типі електроліту, що застосовується. У літій-полімерних АКБ його роль виконує спеціальний полімер із струмопровідними добавками. Структура електроліту буває різною: сухою, гомогенною у формі гелю або з дрібнопористою полімерною матрицею. Акумулятори Li-Pol можуть набувати гнучких форм і часто випускаються в м'якій оболонці замість жорсткого корпусу.

Акумулятори Li-Pol набагато «стрункіші» літій-іонних візаві.

Позитивні та негативні якості у літій-полімерних АКБ ідентичні типу Li-Ion. З тією різницею, що таким акумуляторам можна надати абсолютно будь-які форми. Вони відрізняються витонченістю і тонкими формами, проте коштують дорожче за літій-іонні.

Основні плюси:

  • 300-1000 циклів зарядки/розрядки
  • Висока питома ємність та енергощільність
  • Стабільність напруги у процесі розряду
  • Швидка зарядка
  • Низький рівень саморозряду
  • Повна відсутність «ефекту пам'яті»
  • Компактні розміри та мала вага
  • Варіативність форм

Основні мінуси:

  • Пожежонебезпека
  • Швидка втрата ємності при низьких температурах
  • Потрібна електронна схема захисту
  • Деградація при тривалому зберіганні

Літій-залізо-фосфатні (LiFePO4)

Найкращими за сукупністю параметрів для масових споживачів вважаються літій-залізо-фосфатні акумулятори LiFePO4. На голову вище за них стоять хіба що літій-титанатові АКБ, однак і коштують вони на порядок дорожче. У амплуа матеріалу катода LiFePO4 застосовується літій-ферофосфат. Головними перевагами цього типу АКБ є велика кількість робочих циклів заряду/розряду (понад 2000), хімічна та термічна стабільність, здатність без проблем працювати на морозі, менший час заряду (зокрема високими струмами) та підвищена безпека експлуатації.

Батареї типу LiFePO4 – найпрогресивніші на сьогоднішній день.

Контроль та управління цими батареями покладається на BMS-плату, яка гарантує безпечні межі напруги та струму. Акумулятори LiFePO4 мають найменшу ймовірність теплового розгону та займання. Робоча напруга у них знижена. Втім, у цього є й плюси: вона призводить до меншого внутрішнього опору та підвищеної швидкості заряду/розряду. Єдине, чого бояться такі батареї, так це прямої дії вологи – при взаємодії з водою відбувається втрата активного літію та знижується щільність енергії. Також акуми LiFePO4 мають більші розміри в порівнянні з літієвими «однокласниками» (приблизно на 30%), а ще їх не можна заряджати при негативних температурах. Як стартові акумулятори для авто такі батареї використовується рідко, оскільки дуже дорого обходиться BMS-плата управління, заточена під високі стартові струми.

Основні плюси:

  • 2000-5000 циклів зарядки/розрядки
  • Несприйнятливість до глибоких розрядів
  • Стабільність напруги
  • Швидка зарядка високими струмами
  • Немає вираженого «ефекту пам'яті»
  • Широкий діапазон робочих температур
  • Довговічність
  • Висока безпека

Основні мінуси:

  • Низька номінальна напруга
  • Чутливість до прямого впливу вологи
  • Не можна заряджати при негативних температурах
  • Більші розміри порівняно з літієвими акумуляторами

Висновок

Щоб зробити правильний вибір на користь накопичувачів енергії, необхідно правильно розставити пріоритети і врахувати особливості подальшого використання батарей. Вибір акумулятора за типом – задача не така складна, якщо підійти до питання з розумом і зважити всі «за» і «проти» для кожної поширеної технології.