Нові свинцево-кислотні системи

Характеристика класичних свинцево-кислотних акумуляторів

Більшість акумуляторних систем дозволяють досить швидку зарядку, яка триває приблизно годину. Енергію також можна отримати за той самий час, що робить процес зарядки та розрядки симетричним. Свинцево-кислотний акумулятор унікальний тим, що його можна розряджати з високою швидкістю, але для повної зарядки потрібно понад 14 годин. Для збереження працездатності такі батареї потребують періодичного вирівнювання для десульфатації пластин та усунення недоліків.

Свинцево-кислотні акумулятори AGM/GEL

Надійні свинцево-кислотні акумулятори для максимальної ефективності роботи

Акумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle

 Є ідеальним вибором для застосувань, що вимагають надійного, довговічного і глибоко розрядного джерела живлення

Купити

Акумулятор Victron AGM Super Cycle 12V 125Ah (M8)

Завдяки технологіям електрохімії, цей акумулятор витримує до 300 циклів розряду до 100%, що робить його відмінним для автономних електричних систем

Купити

AGM акумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Аг)

 AGM VRLA батарея з високим струмом розряду, спеціально розроблена для критичних навантажень у системах ДБЖ, телекомунікаціях та енергетиці.

Купити

Подивитися більше

Процеси сульфатації

Відповідь на притаманну низьку акцептацію заряду пов'язана з утворенням та розчиненням сульфату свинцю на негативному електроді, який є чистим свинцем. Під час розряду сульфат свинцю прилипає до поверхні та знову розчиняється під час заряду. Процес повільний, і при спробі прискорити заряд надлишковим електронам нікуди подітися; це призводить до утворення водню та втрати води. З віком кристали сульфату свинцю зміцнюються, що ще більше знижує акцептування заряду.

Позитивний електрод також містить сульфат свинцю, але він підтримує високу швидкість зарядки. Зрозуміло, що негативний електрод є проблемою свинцево-кислотних акумуляторів. Нові свинцево-кислотні системи намагаються вирішити цю проблему, додаючи вуглець до цього електрода, і результати є багатообіцяючими.

Вдосконалені свинцево-вуглецеві акумулятори (ALC)

Вчені роками знають, що накопичення сульфатів заважає класичним свинцево-кислотним акумуляторам забезпечувати стабільну роботу; частковий заряд і старіння є основними винуватцями, оскільки негативна свинцева пластина недостатньо очищена. Вдосконалений свинцево-вуглецевий акумулятор (ALC) вирішує цю проблему, додаючи вуглець до негативної пластини (катода). Це перетворює акумулятор на квазіасиметричний суперконденсатор для покращення характеристик заряду та розряду.

На рисунку 1 зображено класичний свинцево-кислотний елемент, у якому негативна пластина свинця замінена вугільним електродом, щоб скористатися якостями суперконденсатора.

Рисунок 1: Класичний свинцево-кислотний акумулятор перетворюється на вдосконалений свинцево-вуглецевий акумулятор.
Негативна пластина замінюється вугільним електродом, який має якості суперконденсатора 

ALC тестується як заміна класичного стартерного акумулятора в системах старт-стоп, а також у 48-вольтових мікро- та м'яких гібридних системах. Швидка зарядка при рекуперативному гальмуванні є вирішальною перевагою цих акумуляторів, завдання, яке важко досягти зі звичайними свинцево-кислотними акумуляторами. Хоча ALC більший і важчий за літій-іонний, він недорогий, працює за температур нижче нуля та не потребує активного охолодження — переваг, яких літій-іонний акумулятор не може похвалитися. На відміну від звичайного свинцево-кислотного, свинцево-вугільний може працювати від 30 до 70 відсотків заряду, не боячись сульфатування. Кажуть, що ALC переживає звичайний свинцево-кислотний акумулятор, але його недоліком є ​​швидке падіння напруги при розряді, що нагадує суперконденсатор.

Firefly Energy

Композитний матеріал пластин акумулятора Firefly Energy базується на свинцево-кислотному варіанті, і виробник стверджує, що акумулятор легший, має триваліший термін служби та пропонує вищий коефіцієнт використання активного матеріалу, ніж сучасні свинцево-кислотні системи. Це також один з небагатьох свинцево-кислотних акумуляторів, які можуть працювати протягом тривалого часу в стані часткового заряду. Акумулятор містить вуглецево-пінні електроди для негативних пластин, що забезпечує йому продуктивність, порівнянну з NiMH, але за нижчих виробничих витрат. Firefly Energy була дочірньою компанією Caterpillar, а в 2010 році вона збанкрутувала. Пізніше компанія була відновлена ​​під окремим власником, але знову закрита. З 2014 року акумулятор виробляється в Індії під керівництвом Firefly Batteries Pvt. Ltd.

Altraverda 

Подібно до акумулятора Firefly Energy, акумулятор Altraverda виготовлений на основі свинцю. Для сітки та AGM-сепаратора використовується запатентована керамічна структура з субоксиду титану під назвою Ebonex®. Пластина без пасти містить частинки Ebonex® у полімерній матриці, яка утримує тонку фольгу зі свинцевого сплаву на зовнішніх поверхнях. З питомою енергією 50–60 Вт·год/кг цей акумулятор можна порівняти з NiCd і, як кажуть, добре підходить для застосування у високій напрузі. Компанія Altraverda, що базується у Великій Британії, співпрацює з East Penn у США.

Axion Power

Axion Power e3 Supercell — це гібридний акумулятор/суперконденсатор, у якому позитивний електрод виготовлений зі стандартного діоксиду свинцю, а негативний — з активованого вугілля. Процес складання подібний до свинцево-кислотних акумуляторів. Акумулятор Axion Power пропонує швидший час перезарядки та довший термін служби при багаторазових глибоких розрядах, ніж це можливо зі звичайними свинцево-кислотними системами, відкриваючи можливості для застосування системи старт-стоп у мікрогібридних автомобілях. Свинцево-вуглецева комбінація знижує вміст свинцю на негативній пластині, що призводить до зменшення ваги на 30 відсотків порівняно зі звичайним свинцево-кислотним акумулятором. Однак це також зменшує питому енергію до 15–25 Вт·год/кг замість 30–50 Вт·год/кг у звичайного свинцево-кислотного акумулятора. Ще одним недоліком є ​​різке падіння напруги при розряді, що має схожість із суперконденсатором.

Ультрабатарея CSIRO

Ультрабатарея від Австралійської науково-промислової дослідницької організації Співдружності (CSIRO) поєднує асиметричний ультраконденсатор зі свинцево-кислотним акумулятором, що має схожість з удосконаленим свинцево-вуглецевим акумулятором, описаним вище. Конденсатор підвищує потужність та термін служби акумулятора, діючи як буфер під час заряджання та розряджання. Кажуть, що це подовжує термін служби акумулятора в чотири рази порівняно зі звичайними свинцево-кислотними системами, одночасно збільшуючи потужність на 50 відсотків. Виробник також стверджує про 70-відсоткове зниження вартості порівняно з сучасними акумуляторами в гібридних електромобілях. Акумулятори CSIRO були випробувані в Honda Insight HEV, і результати, як повідомляється, були позитивними. Акумулятор також тестується для застосування в системах старт-стоп у мікрогібридних автомобілях. На відміну від інших удосконалених свинцево-кислотних акумуляторів, здатність до швидкої зарядки є вирішальною перевагою перед звичайними свинцево-кислотними. Furukawa Battery в Японії ліцензувала цю технологію та також виробляє акумулятор.

EEStor

Це таємнича комбінація акумулятора та суперконденсатора, яка отримала значну увагу ЗМІ. Акумулятор базується на модифікованому керамічному порошку титанату барію та, як зазначається, має питому енергію до 280 Вт·год/кг, що вище, ніж у літій-іонного. Компанія дуже тримає секрет щодо свого винаходу та розголошує лише обмежену інформацію. Деякі з їхніх вражаючих заяв включають: одна десята ваги нікель-металгідридного акумулятора в гібридному застосуванні; відсутність глибокого циклічного зносу, час заряджання 3–6 хвилин; відсутність небезпечних матеріалів; виробничі витрати, аналогічні свинцево-кислотним; та саморозряд лише 0,02 відсотка на місяць, що є значно меншим показником у свинцево-кислотних та літій-іонних акумуляторів. Випробування, проведені у 2013 році, не виявили значних рівнів енергії через високий опір між шарами. Дослідження тривають.

Покращена акумуляторна батарея з затопленим двигуном (EFB)

Виробники автомобілів усвідомлюють додаткове навантаження, яке виникає, коли звичайний стартерний акумулятор перебуває в режимі старт-стоп. Акумулятори AGM (з абсорбуючим скловолокном) можуть витримувати функцію повторного запуску, але виробники автомобілів, які шукають дешевше рішення, запропонували вдосконалений акумулятор із затопленим акумулятором (EFB). Випробування показують, що EFB працює краще, ніж звичайна версія із затопленим акумулятором, але не так добре, як AGM. Продуктивність, схоже, безпосередньо пов'язана з вартістю акумулятора.

Короткий зміст

Експерти з акумуляторів вважають, що основним обмеженням свинцево-кислотних акумуляторів є використання свинцю. Технологія на основі свинцю має значний невикористаний потенціал продуктивності. Вважається, що вдосконалення активного матеріалу відкриває такі перспективи завдяки глибшому розумінню та доступу до аналітичних інструментів для дослідження цього явища. Додавання вуглецевого матеріалу до негативного електрода знижує сульфатацію, покращує провідність та збільшує сприйняття заряду.