На ринку існує безліч 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.

Свинцево-кислотні

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 з 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. У той же часом 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:
Побоювання глибоких розрядів;
Виділення шкідливої пари;
Тривалий часом заряджання;
Велика вага.
Свинцево-кислотні автомобільні акумулятори

Свинцево-кислотні EFB

Багато недоліків оригінальних свинцево-кислотних акумуляторів виправлені в батареях EFB (Enhanced Flooded Battery). Їхня абревіатура розшифровується як «покращена батарея з рідким електролітом». У «всередині» 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 запобігає ризику виникнення коротких замикань.

Свинцеві пластини в конструкції EFB акумуляторів поміщені в мікроволоконні пакети.

Через застосування потовщених пластин акумуляторам EFB потрібно більше часу для заповнення енергетичних запасів. Заряджати їх необхідно підходящими 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 дорожчі за оригінальні свинцево-кислотні візаві.

Основні плюси:
Висока надійність;
Стійкість до глибоких розрядів;
Продуктивна робота при високих та низьких температурах;
Низький рівень саморозряду.
Основні мінуси:
Дорожнеча;
Виділення шкідливої пари;
Тривалий часом заряджання;
Велика вага.
EFB автомобільні акумулятори

Важлива ремарка. Автомобільні акумулятори не рекомендується використовувати в ДБЖ. По-перше, вони відрізняються від спеціалізованих батарей для «безперебійників» тривалістю циклу роботи та рівномірністю виділення електричного струму, що обумовлюється різною товщиною пластин-електродів. По-друге, автомобільні АКБ мають трішки більшу робочу напругу (14-14.2 проти 13.5-13.8 В), як наслідок батарея з машини буде постійно недозаряджена. Ну а по-третє, у процесі зарядки негерметичні автомобільні акумулятори виділяють пожежонебезпечний водень.

Гелеві GEL

Гелеві АКБ - це ще більше просунутий 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 всередині акумуляторів гелевих знаходиться в желеподібному стані.

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

Основні плюси:
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;
Побоювання низьких температур.
Гелеві акумулятори для ДБЖ

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 мають велику вагу.

Основні плюси:
Можуть віддавати високі струми протягом короткого часу;
Терпимість до глибоких розрядів;
низький рівень саморозряду;
Швидка зарядка;
Герметичний корпус;
Стійкість до трясіння та вібрацій.
Основні мінуси:
Погана переносимість перезаряду;
Чутливість до низьких температур;
Велика вага;
Дорожнеча.
AGM акумулятори для ДБЖ

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 щодо розмірів 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, відрізняються 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:
Висока ємність за компактних розмірів;
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».

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 однолітки.

Основні плюси:
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 за низьких температур;
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 стоять 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 часом заряду (в т.ч. високими струмами) та підвищена безпека експлуатації.

Батареї типу LiFePO4 - найпрогресивніші на сьогоднішній день.

Контроль та керування 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: воно призводить до меншого внутрішнього опору та підвищеної швидкості заряду/розряду. Єдине, чого бояться такі батареї, наприклад це прямої дії вологи – при взаємодії з водою відбувається втрата активного літію та знижується щільність енергії. Також акуми LiFePO4 мають великі 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 керування, заточена під високі стартові струми.

Основні плюси:
Величезна кількість циклів заряду/розряду;
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 за негативних температур;
Більші розміри порівняно з літієвими акумуляторами.
LiFePO4 акумулятори для ДБЖ

_____

Щоб зробити правильний вибір на користь накопичувачів енергії, необхідно правильно розставити пріоритети і врахувати особливості подальшого використання батарей. Вибір акумулятора на кшталт - завдання нескладне, якщо підійти до питання з розумом і зважити всі "за" і "проти" для кожної поширеної технології.