Новые свинцово-кислотные системы

Характеристика классических свинцово-кислотных аккумуляторов

Большинство аккумуляторных систем позволяют достаточно быструю зарядку, которая длится примерно час. Энергию также можно получить за то же время, что делает процесс зарядки и разрядки симметричным. Свинцово-кислотный аккумулятор уникален тем, что его можно разряжать с высокой скоростью, но для полной зарядки требуется более 14 часов. Для сохранения работоспособности такие батареи нуждаются в периодическом выравнивании для десульфатации пластин и устранения недостатков.

Свинцово-кислотные аккумуляторы AGM/GEL

Надежные свинцово-кислотные аккумуляторы для максимальной эффективности работы

Аккумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle

Является идеальным выбором для применений, требующих надежного, долговечного и глубоко разрядного источника питания

Купить

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

Благодаря технологиям электрохимии, этот аккумулятор выдерживает до 300 циклов разряда до 100%, что делает его отличным решением для автономных электрических систем

Купить

AGM аккумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Ач)

AGM VRLA батарея с высоким током разряда, специально разработанная для критических нагрузок в системах ИБП, телекоммуникациях и энергетике

Купить

Посмотреть больше

Процессы сульфатации

Ответ на присущий низкий прием заряда связан с образованием и растворением сульфата свинца на отрицательном электроде, который является чистым свинцом. Во время разряда сульфат свинца прилипает к поверхности и снова растворяется во время заряда. Процесс медленный, и при попытке ускорить заряд избыточным электронам некуда деваться; это приводит к образованию водорода и потере воды. С возрастом кристаллы сульфата свинца укрепляются, что еще больше снижает прием заряда.

Положительный электрод также содержит сульфат свинца, но он поддерживает высокую скорость зарядки. Понятно, что отрицательный электрод является проблемой свинцово-кислотных аккумуляторов. Новые свинцово-кислотные системы пытаются решить эту проблему, добавляя углерод к этому электроду, и результаты многообещающие.

Усовершенствованные свинцово-углеродные аккумуляторы (ALC)

Ученые годами знают, что накопление сульфатов мешает классическим свинцово-кислотным аккумуляторам обеспечивать стабильную работу; частичный заряд и старение являются основными виновниками, поскольку отрицательная свинцовая пластина недостаточно очищена. Усовершенствованный свинцово-углеродный аккумулятор (ALC) решает эту проблему, добавляя углерод к отрицательной пластине (катоду). Это превращает аккумулятор в квазиасимметричный суперконденсатор для улучшения характеристик заряда и разряда.

На рисунке 1 изображен классический свинцово-кислотный элемент, в котором отрицательная пластина свинца заменена угольным электродом, чтобы воспользоваться качествами суперконденсатора.

Рисунок 1: Классический свинцово-кислотный аккумулятор превращается в усовершенствованный свинцово-углеродный аккумулятор.
Отрицательная пластина заменяется угольным электродом, который обладает качествами суперконденсатора

ALC тестируется как замена классического стартерного аккумулятора в системах старт-стоп, а также в 48-вольтовых микро- и мягких гибридных системах. Быстрая зарядка при рекуперативном торможении является решающим преимуществом этих аккумуляторов, задача, которую трудно достичь с обычными свинцово-кислотными аккумуляторами. Хотя ALC больше и тяжелее литий-ионного, он недорогой, работает при температурах ниже нуля и не требует активного охлаждения — преимуществ, которыми литий-ионный аккумулятор не может похвастаться. В отличие от обычного свинцово-кислотного, свинцово-углеродный может работать от 30 до 70 процентов заряда, не боясь сульфатации. Говорят, что ALC служит дольше обычного свинцово-кислотного аккумулятора, но его недостатком является быстрое падение напряжения при разряде, что напоминает суперконденсатор.

Firefly Energy

Композитный материал пластин аккумулятора Firefly Energy базируется на свинцово-кислотном варианте, и производитель утверждает, что аккумулятор легче, имеет более длительный срок службы и предлагает более высокий коэффициент использования активного материала, чем современные свинцово-кислотные системы. Это также один из немногих свинцово-кислотных аккумуляторов, которые могут работать в течение длительного времени в состоянии частичного заряда. Аккумулятор содержит углеродно-пенные электроды для отрицательных пластин, что обеспечивает ему производительность, сравнимую с NiMH, но при более низких производственных затратах. Firefly Energy была дочерней компанией Caterpillar, а в 2010 году она обанкротилась. Позже компания была восстановлена под отдельным владельцем, но снова закрылась. С 2014 года аккумулятор производится в Индии под руководством Firefly Batteries Pvt. Ltd.

Altraverda 

Подобно аккумулятору Firefly Energy, аккумулятор Altraverda изготовлен на основе свинца. Для сетки и AGM-сепаратора используется запатентованная керамическая структура из субоксида титана под названием Ebonex®. Пластина без пасты содержит частицы Ebonex® в полимерной матрице, которая удерживает тонкую фольгу из свинцового сплава на внешних поверхностях. С удельной энергией 50–60 Вт·ч/кг этот аккумулятор можно сравнить с NiCd и, как говорят, он хорошо подходит для применения в высоком напряжении. Компания Altraverda, базирующаяся в Великобритании, сотрудничает с East Penn в США.

Axion Power

Axion Power e3 Supercell — это гибридный аккумулятор/суперконденсатор, в котором положительный электрод изготовлен из стандартного диоксида свинца, а отрицательный — из активированного угля. Процесс сборки подобен свинцово-кислотным аккумуляторам. Аккумулятор Axion Power предлагает более быстрое время перезарядки и более долгий срок службы при многократных глубоких разрядах, чем это возможно с обычными свинцово-кислотными системами, открывая возможности для применения системы старт-стоп в микрогибридных автомобилях. Свинцово-углеродная комбинация снижает содержание свинца на отрицательной пластине, что приводит к уменьшению веса на 30 процентов по сравнению с обычным свинцово-кислотным аккумулятором. Однако это также уменьшает удельную энергию до 15–25 Вт·ч/кг вместо 30–50 Вт·ч/кг у обычного свинцово-кислотного аккумулятора. Еще одним недостатком является резкое падение напряжения при разряде, что имеет сходство с суперконденсатором.

Ультрабатарея CSIRO

Ультрабатарея от Австралийской научно-промышленной исследовательской организации Содружества (CSIRO) сочетает асимметричный ультраконденсатор со свинцово-кислотным аккумулятором, что имеет сходство с усовершенствованным свинцово-углеродным аккумулятором, описанным выше. Конденсатор повышает мощность и срок службы аккумулятора, действуя как буфер во время зарядки и разрядки. Говорят, что это продлевает срок службы аккумулятора в четыре раза по сравнению с обычными свинцово-кислотными системами, одновременно увеличивая мощность на 50 процентов. Производитель также утверждает о 70-процентном снижении стоимости по сравнению с современными аккумуляторами в гибридных электромобилях. Аккумуляторы CSIRO были испытаны в Honda Insight HEV, и результаты, как сообщается, были положительными. Аккумулятор также тестируется для применения в системах старт-стоп в микрогибридных автомобилях. В отличие от других усовершенствованных свинцово-кислотных аккумуляторов, способность к быстрой зарядке является решающим преимуществом перед обычными свинцово-кислотными. Furukawa Battery в Японии лицензировала эту технологию и также производит аккумулятор.

EEStor

Это таинственная комбинация аккумулятора и суперконденсатора, получившая значительное внимание СМИ. Аккумулятор базируется на модифицированном керамическом порошке титаната бария и, как отмечается, имеет удельную энергию до 280 Вт·ч/кг, что выше, чем у литий-ионного. Компания держит в большом секрете свое изобретение и разглашает лишь ограниченную информацию. Некоторые из их впечатляющих заявлений включают: одна десятая веса никель-металлгидридного аккумулятора в гибридном применении; отсутствие глубокого циклического износа, время зарядки 3–6 минут; отсутствие опасных материалов; производственные затраты, аналогичные свинцово-кислотным; и саморазряд всего 0,02 процента в месяц, что является значительно меньшим показателем у свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов. Испытания, проведенные в 2013 году, не выявили значительных уровней энергии из-за высокого сопротивления между слоями. Исследования продолжаются.

Улучшенная аккумуляторная батарея с жидким электролитом (EFB)

Производители автомобилей осознают дополнительную нагрузку, которая возникает, когда обычный стартерный аккумулятор находится в режиме старт-стоп. Аккумуляторы AGM (с абсорбирующим стекловолокном) могут выдерживать функцию повторного запуска, но производители автомобилей, ищущие более дешевое решение, предложили усовершенствованный аккумулятор с жидким электролитом (EFB). Испытания показывают, что EFB работает лучше, чем обычная версия с жидким электролитом, но не так хорошо, как AGM. Производительность, похоже, напрямую связана со стоимостью аккумулятора.

Краткое содержание

Эксперты по аккумуляторам считают, что основным ограничением свинцово-кислотных аккумуляторов является использование свинца. Технология на основе свинца имеет значительный неиспользованный потенциал производительности. Считается, что усовершенствование активного материала открывает такие перспективы благодаря более глубокому пониманию и доступу к аналитическим инструментам для исследования этого явления. Добавление углеродного материала к отрицательному электроду снижает сульфатацию, улучшает проводимость и увеличивает принятие заряда.