Грандиозное тестирование батареек / Хабр

Каждый раз при покупке батареек у меня возникало много вопросов:

Насколько дорогие батарейки лучше дешёвых?
Насколько ёмкость литиевых батареек больше обычных?
Насколько ёмкость солевых батареек меньше, чем у щелочных?
Отличаются ли батарейки для цифровых устройств от обычных?
Какие из батареек, стоящих одинаково, лучше покупать?

Чтобы получить ответы на эти вопросы я решил протестировать все батарейки АА и ААА, которые удастся найти в Москве. Я собрал 58 видов батареек АА и 35 видов ААА. Всего было протестировано 255 батареек — 170 АА и 85 ААА.

В начале года я протестировал 18 батареек формата АА и ААА и опубликовал пост Большое тестирование батареек. Он вызвал огромный интерес, его просмотрели более 150 тысяч раз в ЖЖ и растащили по всему интернету. После этого Олег Артамонов отдал мне свой анализатор батареек и я решил сделать глобальный тест.

Для повышения точности измерений анализатор батареек не использует ШИМ — он создаёт постоянную резистивную нагрузку на батарейку.

Прибор может работать в разных режимах. Для тестирования батареек АА использовались три основных режима:

• Разряд постоянным током 200 mA. Такая нагрузка свойственна для электронных игрушек;
• Разряд импульсами 1000 mA (10 секунд нагрузка, 10 секунд пауза). Такая нагрузка свойственна для цифровых устройств;
• Разряд импульсами 2500 mA (10 секунд нагрузка, 20 секунд пауза). Такая нагрузка свойственна для мощных цифровых устройств — фотоаппаратов, вспышек.

Кроме того по четыре батарейки были разряжены маленькими токами 50 и 100 mA.

Измерение делались при разряде батареек до напряжения 0.7 V.

Все данные тестирования сведены в таблицу: nadezhin.ru/lj/ljfiles/bat_ammo1.xls

По графику разряда отлично видно, как ведут себя батарейки разных типов.

Разряд батареек АА током 200 mA:

Первые пять линий — солевые батарейки. Хорошо видно, насколько меньше их ёмкость.
Последние три линии — литиевые батарейки. Они не только имеют большую ёмкость, но и разряжаются по-другому: напряжение на них не снижается почти до самого конца, а затем резко падает.

Особенно ярко это выражено у батарейки GP Lithium. Кроме того литиевые батарейки могут работать на морозе.
Среди множества похожих щелочных батареек хорошо видны два аутсайдера — Sony Platinum и Panasonic Alkaline и два лидера — Duracell Turbo Max и Ansmann X-Power. Остальные батарейки отличаются между собой по ёмкости всего на 15%.

Вы можете изучить каждую батарейку на интерактивном графике разряда: nadezhin.ru/lj/ljfiles/aa200.html. Если навести мышку на любую точку графика, отобразится название батарейки. Если щёлкнуть по точке, выделится кривая разряда этой батарейки. Можно также щёлкать по названиям батареек внизу. За интерактивные графики огромное спасибо Алексею Тягелову. К сожалению на интерактивном графике неправильно отображается время разряда. Фактически оно вчетверо меньше.

На первой диаграмме батарейки АА отсортированы по ёмкости при токе разряда 200 mA.

Батарейки Duracell Turbo Max действительно имеют ёмкость, немного большую, чем у всех остальных щелочных батареек, однако мне попалась одна упаковка Duracell Turbo Max, которые были значительно хуже других. По ёмкости они соответствовали обычным дешёвым батарейкам. В таблице и на графиках они помечены «Duracell Turbo Max BAD». Пост об этих батарейках: ammo1.livejournal.com/548534.html.

Из диаграммы хорошо видно, что разные батарейки по-разному проявляют себя при разряде большими и малыми токами. Например Camelion Plus Alkaline даёт больше энергии, чем Camelion Digi Alkaline на маленьком токе. А на большом всё наоборот. Как правило на батарейках, рассчитанных на большие токи указывают, что они предназначены для цифровых устройств. При этом есть множество универсальных батареек, отлично работающих с любыми токами.

Я усреднил количество энергии, которое батарейки выдают на больших и малых токах и на основе результатов и цены батареек (которая в некоторых случаях только приблизительна) составил диаграмму стоимости одного ватт-часа для всех батареек АА.

Все типы батареек ААА были разряжены постоянным током 200 mA. Некоторые типы батареек ААА были подвергнуты второму тесту — разряду током 1000 mA в режиме «постоянное cопротивление» (ток при этом снижался по мере разряда).

Этот режим эмулирует работу батареек в фонаре.

В формате AAA Duracell Turbo Max оказался далеко не лучшей щелочной батарейкой. У многих дешёвых батареек (например Ikea, Navigator, aro, FlexPower) ёмкость была больше.

Интерактивный график разряда батареек ААА: nadezhin.ru/lj/ljfiles/aaa200.html.

Технические выводы:

• Большинство щелочных батареек отличается между собой по ёмкости всего на 15%;
• Литиевые батарейки имеют в 1.5-3 раза (в зависимости от тока нагрузки) большую ёмкость, чем щелочные;

• В отличие от щелочных, напряжение на литиевых батарейках почти не снижается в процессе разряда;
• Солевые батарейки в 3.5 раза хуже щелочных на малых токах и совсем не могут работать на больших;
• Существуют три вида щелочных батареек: универсальные, рассчитанные на малые токи нагрузки и рассчитанные на большие токи нагрузки. При этом универсальные лучше двух других на всех токах.

Потребительские выводы:

• Солевые батарейки покупать нецелесообразно. Даже в устройствах с самым малым потреблением щелочные (Alkaline) прослужат гораздо дольше за счёт своего большого срока годности;

• Выгоднее всего покупать батарейки, продающиеся под брендами магазинов Ашан и Ikea;
• В других магазинах можно смело покупать самые дешёвые щелочные батарейки;
• Из того, что продаётся в продуктовых магазинах, лучший выбор — GP Super;
• Литиевые батарейки дорогие, зато они лёгкие, ёмкие и могут работать на морозе.

Большинство батареек предоставили оптовые компании Источник Бэттэрис, и Энергосистемы и Технологии. Свои батарейки предоставили компании Ikea, Camelion, Navigator. Часть батареек я купил в магазинах Ашан, Метро, Окей, Юлмарт, Пятёрочка, Дикси.

Эта статья писалась почти год, поэтому все цены даны по состоянию на лето 2014 года.

Мои статьи про батарейки:

«Химия» батареек
Батарейки и мороз
Ёмкость батареек АА и ААА

p.s. Напоминаю, что батарейки нельзя выбрасывать в обычный мусор. Узнать, куда сдавать батарейки, можно здесь: yopolis.ru/l/batareyka.

© 2014, Алексей Надёжин.

Как проверить пальчиковый аккумулятор мультиметром

Мультиметр – это компактный переносной прибор, позволяющий в любой момент проверить состояние аккумулятора. Он многофункционален – может выполнять функции вольтметра, омметра, амперметра. С помощью мультиметра легко проверить работоспособность элементов питания, определить емкость или другие интересующие параметры. Далее мы расскажем, как проверить мультиметром пальчиковые аккумуляторы.

Пальчиковыми называют элементы питания формата АА (альтернативные обозначения – R6, A316). Номинальное напряжение у них зависит от типа химии. Например, у никель-кадмиевых аккумуляторов формата АА напряжение составляет 1,2 В, а у серебряно-цинковых – 1,55 В. Емкость также зависит от химического состава, к примеру, у никель-кадмиевых аккумуляторов она составляет 650–1000 мАч, а у никель-металлгидридных – 1400–3000 мАч.

Как проверить пальчиковые аккумуляторы на годность

Чтобы проверить, годен ли элемент питания, нужно измерить отдаваемый им ток. В зависимости от химического состава аккумулятора, он должен составлять несколько ампер (смотрите обозначения на самом элементе питания) и при этом не уменьшаться на протяжении нескольких секунд. Если же значение тока мало или заметно падает, элемент питания можно утилизировать.

Перед тем, как проверять пальчиковый аккумулятор на работоспособность, приготовьте:

1. мультиметр или тестер;
2. лампочку на 1,5 В;
3. проводки;
4. зарядное устройство, совместимое с проверяемыми элементами питания (для никель-кадмиевых – на 1,2 В).

Вначале проверяемые аккумуляторы нужно полностью разрядить, подключив лампочку с соблюдением полярности (плюс к плюсу, минус к минусу). Для этого можно воспользоваться проводами или взять корпус для батарейки соответствующего формата. Когда свет лампочки померкнет, следует отсоединить элемент питания, поместить его в зарядное устройство и зарядить на протяжении времени, указанного в инструкции.

Далее нужно измерить напряжение заряженного аккумулятора при помощи мультиметра или тестера, четко соблюдая полярность (плюс к плюсу, минус к минусу). Измеренное напряжение должно находиться в диапазоне 1,1–1,4 В. Для полноценной проверки нужно удерживать клеммы прибора на протяжении 1 минуты и посмотреть, насколько снизится напряжение. Допустимое снижение напряжения – 0,01–0,05 В за минуту. Если напряжение падает быстрее, аккум – негоден. Если измеренные параметры соответствуют требованиям, далее нужно измерить ток.

Замеры отдаваемого тока

Для измерений используется лампочка на 1,5 В и мультиметр или тестер в режиме определения тока. На панели управления нужно выставить значок измерения постоянного тока, предварительно выставив наибольший показатель замеров на мультиметре. Чтобы измерить силу тока, достаточно кратковременно коснуться контактов элемента питания. Значение тока отображается на дисплее прибора.

Удерживая клеммы, можно проанализировать падение тока. До 20% за минуту – норма, если же ток уменьшается значительно быстрее – элемент питания подлежит утилизации. При уменьшенных значениях и некритическом снижении тока аккумулятором еще можно пользоваться, но преимущественно – для питания маломощных приборов: фонариков, пультов, часов и т.д. Но, например, для эффективного использования в камерах и фотоаппаратах такие элементы питания не подойдут.

Как проверить емкость пальчикового аккумулятора

В процессе эксплуатации элементы питания теряют свою начальную емкость и постепенно отдают устройствам все меньшее количество тока. Чтобы проверить, насколько аккумулятор исчерпал свой ресурс, достаточно измерить его реальную остаточную емкость. Просто измерить ее мультиметром не получится. Нужно вначале измерить ток, а затем выполнить соответствующие расчеты. Еще проще определить емкость пальчикового аккумулятора при помощи «умного» зарядного устройства.

Если же его нет, следует взять мультиметр, измерить отдаваемый аккумулятором ток и время, на протяжении которого полностью заряженный элемент питания способен непрерывно и качественно отдавать энергию. Чтобы сократить время проверки, нужно обеспечить нагрузку от мощного потребителя, например, от нескольких последовательно соединенных лампочек.

Следует собрать цепь из аккумулятора, мультиметра, потребителя и подать нагрузку. Чтобы примерно рассчитать емкость, нужно умножить величину времени разрядки аккумулятора на ток нагрузки. Проводить такие замеры емкости целесообразно в ситуациях, когда элемент питания быстро теряет заряд. Если расчетное значение емкости окажется гораздо ниже значений, указанных на изделии, значит, пришло время его утилизации.

Читайте в нашей предыдущей статье о том, как определить полярность Li-ion акккумулятора формата 18650.

Емкость наших аккумуляторов в 20 раз превосходит Tesla

Батареи современных электромобилей состоят из множества аккумуляторов, соединенных вместе. Для того, чтобы сделать батарею больше, можно либо объединить в нее больше элементов питания, либо сделать сами аккумуляторы крупнее. В GM решили пойти именно вторым путем, заявил на онлайн пресс-конференции директор по стратегии электрификации и батареям концерна Тим Грив.

«Мы пришли к выводу, что лучшим решением является использование аккумуляторов пакетного типа, – заявил Грив. – Мы можем собирать из них самые разные батареи для разных электромобилей. Емкость наших аккумуляторов составляет 100 ампер-часов, что на самом деле весьма много. Это равно емкости примерно 20 знакомых вам маленьких пальчиковых батарей.

Вместо того, чтобы помещать пальчиковые батареи в индивидуальные вертикальные гильзы и тянуть к каждой по проводку, мы можем укладывать большие пакетные аккумуляторы горизонтально и безопасно соединять их.

Мы сделали гигантский шаг вперед по сравнению с элементами питания в Chevrolet Bolt. Мы снизили использование кобальта на 70%».

Пакетные аккумуляторы уже давно применяются в автомобильной индустрии. Такие используются, например, на Nissan Leaf. В свою очередь пальчиковые аккумуляторы предпочитает Tesla.

Интересно, что при запуске Tesla Model 3 компания столкнулась со сложностями при автоматизации сборки батарей из большого числа пальчиковых аккумуляторов. Тогда Илон Маск собирался также перейти на более крупные элементы питания, которых потребовалось бы меньше. Однако в итоге проблему автоматизации сборки удалось решить.

В теории при использовании в батарее аккумуляторов большей емкости возникает другая проблема: вместо множества тонких проводов приходится использовать малое число более толстых кабелей, так как у таких источников питания выше сила тока. Например, обычная электропроводка для бытовой электроплиты рассчитана на 32 ампера. Если же подавать на аккумулятор емкостью 100 ампер-часов зарядный ток, способный зарядить его за час, то сила этого тока должна быть не ниже 100 ампер, а кабель должен иметь соответствующие характеристики.

Популярные форматы элементов питания АА и ААА

Несмотря на то, что практически ежегодно появляются новые варианты все более эффективных элементов питания, батарейки и аккумуляторы форматов АА/ААА продолжают оставаться одними из самых популярных в мире. Именно в них нуждаются владельцы самой разной домашней электроаппаратуры, таких незаменимых в туризме приборов, как фонари, GPS-треккеры. Однако не все знают, какие же типы элементов питания выпускаются в двух указанных форматах, и какие их основные качества.

О том, как выглядят пальчиковые (АА) и микропальчиковые (ААА) батарейки, знают, наверное, все. Этот популярный тип элементов питания используется во многих бытовых приборах с небольшим или средним энергопотреблением. Например, для пульта от телевизора пары батареек хватает примерно на полгода. Устанавливают их и в детские игрушки, ручные фонари, всевозможную аппаратуру, которую предполагается использовать на природе или же просто в пределах города. Тем не менее, существует множество нюансов, зная которые, можно легко подобрать лучшие батарейки или аккумуляторы без опасений, что они не подойдут.

Общие особенности

Элементы питания формата АА имеют диаметр от 13,5 до 14,5 мм в зависимости от уровня защищенности их корпуса. Длина же составляет 50,5 мм. Размер ААА — это своего рода их уменьшенная версия. У таких элементов питания диаметр корпуса равен 10,5 мм, а длина корпуса — 44,6 мм. Батарейки и аккумуляторы данных стандартов выпускают все крупные и известные производители, поэтому найти их можно практически в любом киоске или специализированном магазине. Но размеры — это далеко не единственное, на что следует обращать внимание при покупке элементов питания АА и ААА. Они имеют множество индивидуальных особенностей, с которыми мы и попробуем сейчас разобраться.

Если нужны батарейки

Батарейки — это элементы питания, которые можно использовать только один раз, после чего придется выбросить. Но в ряде ситуаций они могут быть практичнее своих перезаряжаемых аналогов. Например, если прибор потребляет совсем немного энергии, а к тому же — редко используется. В этом случае потенциал аккумулятора все равно будет не востребован, а стоит батарейка намного дешевле.

Оба стандарта (АА и ААА) производятся по одним и тем же технологиям, а потому помня о разнице в габаритах, рассматривать их мы все же будем вместе. Итак, батарейки этих типов появились очень давно и прошли долгий путь эволюции. Для их изготовления в разное время использовались различные химические составы. Постепенно менее эффективные вытеснялись новыми и в настоящее время по-настоящему востребованным остался лишь один вариант — щелочные батарейки. Их легко распознать по надписи Alkaline на корпусе, которую вне зависимости от принципов маркировки ставят все добросовестные производители.

Щелочные батарейки работают в большом диапазоне температур (вплоть до 30 градусов мороза и 55 градусов жары), а потому подойдут для использования и зимой, и летом. У них продолжительный срок хранения — около 5 лет, а потому такие батарейки вполне могут играть роль запасных элементов питания. Уровень их саморазрядки при условии неиспользования совсем небольшой. Стоит помнить, что напряжение щелочных батареек обоих форматов составляет 1,5 В. Емкость же зависит от конкретной модели и от бренда. В среднем, можно рассчитывать на 1200 мАч у батарейки ААА и 2500 мАч у батарейки АА.

Когда лучше выбрать аккумуляторы

В форматах АА и ААА выпускаются и аккумуляторы, которые выигрывают в цене в том случае, если используются часто. Дело в том, что каждый аккумулятор можно перезаряжать в среднем 500 раз. Даже учитывая его более высокую стоимость по сравнению с одной батарейкой, умножая стоимость на 500, получаем гораздо более привлекательный по сравнению с одноразовыми батарейками результат. К тому же, их использование еще и более экологично, ведь в конечном итоге выброшен будет всего 1 элемент питания, а не пять сотен.

Что касается химии, используемой для производства таких элементов питания, то это никель с одним из дополнительных элементов. Наиболее распространены никель-металлгидридные аккумуляторы. Они практически полностью лишены «эффекта памяти», который был характерен для элементов питания старых типов, безопасны в использовании. В последнее время в обиходе появились так называемые LSD Ni-MH аккумуляторы — версия с более низким уровнем саморазряда. При хранении они теряют всего до 0,1% емкости в день. Кроме того, эти аккумуляторы способны работать даже с высокими токами, а потому особенно хорошо подходят для ярких фонарей, радиоуправляемых игрушек, фотовспышек и другой энергозатратной техники. Номинальное напряжение аккумуляторов Ni-MH составляет 1,25 В. Емкость, как и в случае с батарейками, зависит как от конкретной модели, так и от производителя. Для формата АА нормальным считается показатель 1400-3000 мАч, для формата ААА — 600-1250 мАч.

При этом, в таком же точно размере, как и АА Ni-MH аккумуляторы, выпускаются еще и литий-ионные перезаряжаемые элементы питания. Хотя они чаще всего маркируются как 14500, а не АА, покупателям все равно стоит быть предельно внимательными. Дело в том, что у них гораздо более высокий уровень номинального напряжения (3,7 В), а потому случайная установка таких аккумуляторов вместо никель-металлгидридных может попросту вывести оборудование из строя.

В чём разница между батарейками AA и AAA: что общего, в чём отличие

Можно сказать, что мы живём в мире цифровой техники. Вокруг нас огромное количество гаджетов, электроприборов, которые делают нашу жизнь лучше. Большая часть из них работает от сети. Однако некоторые устройства — от батареек. Это простой элемент питания, но именно благодаря ему работают часы, игрушки, пульты дистанционного управления и многое другое.

При этом их существует такое огромное количество видов, что порой начинаешь путаться во всём этом разнообразии. Сегодня нам хотелось бы рассказать о двух из них: АА и ААА. Мы сравним два элемента питания и расскажем, в чём их отличие и сходство.

Разделы статьи

Батарейка AA: что это значит

Данная маркировка обозначает пальчиковые батарейки. Диаметр такого изделия составляет не более 1,5 сантиметра, а длина около 6. Корпус изготавливают из металла.

Справка. Как правило, у дорогих элементов металл прочный, а у бюджетных вариантов он более мягкий.

Масса данного элемента питания варьируется от 14 до 24 грамм в зависимости от химического источника (солевые более лёгкие). Показатель ёмкости также зависит от этого фактора. В солевом он обычно 1500 мАч, в щелочном 2900 мАч.

Справка. Батарейки АА выпускаются уже более 100 лет. Впервые они были представлены миру в далёком 1907 году.

Кстати, первый вариант отличается более низкой ценой и использовать его можно при небольшом морозе. Однако если температура упадёт ниже -5, то работоспособность ухудшается.

Батарейки АА пользуются огромной популярностью, поскольку используется в различных устройствах. Своему названию (пальчиковые) они обязаны небольшому размеру, который совпадает со средним пальцем. Официальными же названиями считаются именно АА, а также R6 и LR6.

Среди брендов стоит выделить Duracell. Продукция, выпускаемая под этой торговой маркой наиболее популярная, поскольку отличается повышенной ёмкостью и сроком службы (как гласит рекламный ролик «работают до 10 раз дольше»).

Если говорить о многозарядных аккумуляторах, то здесь стоит выделить Panasonic Eneloop. Они держат заряд даже после многочисленных подзарядок.

Справка. Однако не все бюджетные варианты настолько плохи, как нам об этом говорят рекламы батареек Duracell и Energizer. Среди отечественных производителей также есть неплохие варианты. Среди прочих стоит выделить «Космос». Несмотря на свою низкую цену, они отличаются высокой ёмкостью и продолжительным сроком службы.

Батарейки AAA

Данный тип батареек имеет следующие габариты: длина 44,6 мм, а диаметр в пределах 10,5 мм. Вес колеблется в цифре 12 г. Они в просторечии называются «мизинчиковые». Напряжение данного элемента питания составляет 1,5 В. Идентичные их формату аккумуляторы — 1,25 В. Полезный ресурс солевых батареек достигает порядка 540 мАч. Емкость продуктивных щелочных — 1200 мАч, никель-металлгидридных аккумуляторов — 1250 мАч.

Батарейки AAA

Такой тип гальванических элементов питания как правило применяется во всевозможных электронных устройствах незначительного размера, которые потребляют небольшой ток, к примеру, в пультах дистанционного управления телевизором, портативных цифровых аудиоплеерах, переносных радиоприёмниках, фотокамерах, всевозможных беспроводных устройствах.

Батарейки ААА смогут великолепно показать свои способности в устройствах с импульсивной нагрузкой (цифровые фотокамеры).

Особенности батарейки AAA

Второе название у этих батареек «мизинчиковые». Это название также обязано размеру элемента (диаметр около сантиметра, а длина 4,46 см), поскольку его длина соответствует длине мизинца. Вес элемента составляет около 12 грамм, а напряжение 1,5 В. Важно отметить, что способ изготовления сильно влияет на массу. Например, даже с виду одинаковые устройства могут отличаться на 1-1,5 грамма. Продуктивность солевых батареек ААА составляет 540 мАч, а щелочных 1200.

Как правило, данный элемент питания используется в небольших устройствах, у которых незначительное потребление тока. Например, пульты, игрушки, фотоаппараты и т. д. Заряжаемые элементы можно подзарядить. Такая батарейка будет стоить дороже, но срок её службы окупит все расходы.

При покупке батарейки ААА лучше отдать предпочтение никель-металлогидридным элементам. Поскольку они лучше держат заряд, сохраняют свои свойства даже на морозе. Лидером рынка в данной группе является PANASONIC ENELOOP. Его продукция выдерживает более 2000 перезарядок, благодаря чему может прослужить 5–7 лет.

Таблица

Батарейки AA	Батарейки AAA
Что общего между ними?
Одинаковое напряжение — порядка 1,5 В, использование одних и тех же типов электролитов в конструкции
В чем разница между ними?
Имеют диаметр 13,5-14,5 мм, длину — 50,5 мм	Имеют диаметр 10,5 мм, длину — 44,6 мм
Имеют емкость до 2980 мАч, аккумуляторы — до 3000 мАч	Имеют емкость до 1200 мАч, аккумуляторы — до 1250 мАч

Что лучше, аккумуляторы AA/AAA или батарейки: рекомендации по использованию

В большинстве применений лучше использовать аккумуляторы AA и AAA , чем неперезаряжаемые батарейки аналогичных форматов. Однако, есть случаи, когда потребителю более выгодно применять одноразовые AAA/AA батарейки:

• Очень низкое энергопотребление устройством.
• Редкое кратковременное использование питаемого устройства.
• Критичность устройства к напряжению питания.
• Отсутствие возможности зарядить аккумуляторы.

• Примером низкого энергопотребления могут служить настольные часы с жидко-кристаллическим экраном. В них отлично работают батарейки AA/AAA.
• К кратковременно используемым можно отнести, например, пульты дистанционного управления устройствами, включаемые время от времени.
• Некоторые приборы при замене батареек на аккумуляторы AA/AAA могут подавать сигнал или выдавать надпись о пониженном напряжении. В таком случае лучше использовать одноразовые батарейки или литиевые аккумуляторы AA/AAA 1.5v.
• Отсутствие возможности зарядить аккумуляторы скорее относится к нештатной ситуации. Например, у вас во время экскурсии разрядились аккумуляторы, а зарядка находится в отеле. Чтобы решить проблему «здесь и сейчас», можно купить недорогие батарейки АА/ААА, а аккумуляторы зарядить уже при первой возможности.

Ведущие производители аккумуляторов AA и AAA

Наиболее популярны у пользователей аккумуляторы AA и AAA следующих производителей:

• Panasonic.
• Duracell.
• GP.
• Varta.
• Robiton.

• Японская компания «Panasonic» хорошо известна пользователям, как производитель качественной электроники и мини-АТС. Лучшими аккумуляторами компании Панасоник является серия Panasonic Eneloop AA и AAA.
• Торговая марка «Дюраселл» занимает почти четверть рынка портативных элементов питания. Срок службы аккумуляторов Duracell AA и AAA составляет до 5 лет.
• Гонконгская фирма «GP Batteries International Limited» выпускает качественные и недорогие батарейки и аккумуляторы GP AA и AAA .
• Бренд «Варта» более известен как производитель автомобильных аккумуляторных батарей. В настоящее время этот бренд поделен на три части. Производством аккумуляторов Varta AA и AAA занимается американская корпорация «Spectrum Brands».
• Бренд «Робитон» — российская торговая марка. Аккумуляторные батарейки Robiton AA и AAA занимают своё достойное место среди элементов питания для электроники.

В чём отличие батареек AA от AAA

Прежде всего, разница между батарейками АА и ААА в их размере. Первый вариант имеет большие габариты. Каждый из вариантов используется в определённых приборах, а это означает, что заменить один другим невозможно.

Следующее отличие состоит в их ёмкости – у пальчиковых она немного выше.

Как мы видим, каждый элемент питания имеет свои особенности. Однако с полной уверенностью мы можем сказать одно: без батареек АА, ААА и других форматов наша жизнь была бы немного другой.

Какие аккумуляторы АА и ААА выбрать

Критерий выбора лучшей модели аккумулятора АА и ААА определяется тем, какие потребительские качества для вас наиболее важны:

• Наибольшая емкость.
• Наименьший саморазряд.
• Наибольшее число циклов заряд-разряд.
• Наилучшее соотношение цена/ёмкость.

Лучшие аккумуляторы АА и ААА по номинациям

• Наибольшая емкость.

Лучшие аккумуляторы ААА по емкости — Robiton 1100 mAh R03/AAA-2BL, а в формате АА — Robiton 2850 mAh R6/AA-2BL.

Мизинчиковые аккумуляторы для фонарика Robiton R03/AAA 1100 mAh.

Пальчиковые аккумуляторы для фотоаппарата Robiton R6/AA 2850 mAh.

• Наименьший саморазряд.

Наименьшим саморазрядом при высокой ёмкости обладают аккумуляторы Panasonic 750 mAh R03/AAA Eneloop-2BL (зав. код BK-4MCCE/2BE) и Panasonic 1900mAh R6/AA Eneloop-4BL. Аккумуляторные батарейки этой серии относятся к категории с низким саморазрядом (LSD) и идут заряженными уже с завода, так как за 5 лет хранения они теряют всего 30% заряда и остаются заряженными на 70%.

ААА аккумуляторы для пульта телевизора Panasonic R03/AAA Eneloop 750 mAh.

Аккумуляторы с низким саморазрядом АА Eneloop Panasonic 1900mAh.

• Наибольшее число циклов заряд-разряд.

До 3000 циклов заряда и разряда обеспечивают элементы модели Panasonic 550 mAh R03/AAA Eneloop Lite-2BL (зав. код BK-4LCCE/2BE). Среди аккумуляторов АА — Panasonic 1900 mAh R6/AA Eneloop-2BL, которые имеют 2100 циклов заряд/разряд. Эти модели также относятся к категории LSD и заряжены еще на заводе.

Мизинчиковые аккумуляторы для радиотелефонов Panasonic AAA Eneloop Lite.

Пальчиковые аккумуляторы для радиотелефонов Panasonic Eneloop AA 1900 mAh.

• Наилучшее соотношение цена/ёмкость.

Самое лучшее соотношение цена/емкость получится при покупке ААА аккумуляторов Robiton 1050 mAh R03/AAA RTU-2BL, к тому же обладающих низким саморазрядом.

Аккумулятор для пульта радиоуправления Robiton R03 AAA 1050 mAh.

В номинации «лучшее соотношение цена/емкость» среди аккумуляторов АА побеждает уже представленный выше — Panasonic 1900 mAh R6/AA Eneloop-4BL.

Таким образом, в рейтинге самым лучшим аккумулятором АА оказался Panasonic Eneloop R6/AA 1900 mAh, победивший сразу в трех номинациях.

Купить аккумуляторы ААА/АА и мизинчиковые/пальчиковые аккумуляторные батарейки с доставкой в ваш город Вы можете в нашем интернет-магазине «Вольта», который предлагает широкий ассортимент аккумуляторных батареек для электроники и бытовой техники. В интернет-магазине представлены лучшие модели ведущих производителей: GP, Robiton, Panasonic, Varta,LG, Duracell, Westinghouse, Fujitsu, ZMI. Выбрать и купить аккумулятор АА и ААА для радиотелефона, фонарика, пульта ДУ с необходимыми характеристиками очень легко, используя фотографии и точные описания для каждой модели.

Ученые выяснили, что нагрев пальчиковых аккумуляторов возвращает их к жизни

От чего умирают много раз использованные аккумуляторы и можно ли их вернуть к жизни обычным нагревом, выяснили ученые из Калифорнийского технологического института.

К радости налогоплательщиков, иногда ученым приходит в голову идея провести исследование, результаты которого не только будут опубликованы в научных журналах, но и могут иметь отдаленные перспективы полезного применения. Порой их исследования можно проверить на практике, а выводы – принести реальную пользу в быту.

Например – в том, как продлить жизнь обычных пальчиковых батареек. Так, в апреле «Газета.Ru» рассказывала об ученых из Принстонского университета, решивших выяснить, действительно ли по отскоку пальчиковых батареек от твердой поверхности можно судить о том, разряжены ли они.

Проведя натурные эксперименты, ученые доказали, что севшие батарейки в среднем отскакивают выше, чем неиспользованные.

Теперь же американские материаловеды из Калифорнийского технологического института задались целью выяснить немного другое – что происходит в используемых в быту аккумуляторах и как предотвратить их выход из строя.
Аккумулятор батареи состоит из положительного и отрицательного электрода – катода и анода. И во время работы источника электроны движутся с анода через потребителя энергии на катод.

Теряя электроны, носители тока, некоторые атомы на аноде (выполненном, например, из лития), становятся положительно заряженными ионами и движутся к катоду через проводящую жидкость, называемую электролитом.
Каждый раз перезаряжая аккумулятор, мы обращаем этот процесс и положительно заряженные ионы движутся обратно на анод, однако осаждаются на нем неравномерно.

Исследование показало, что, осаждаясь, они образуют микроскопические древовидные наросты, названные дендритами.

Когда эти дендриты становятся настолько длинными, что достигают и касаются противоположного катода, происходит короткое замыкание. В этом случае электрический ток течет не по внешнему контуру, а по этим дендритам, что приближает смерть аккумулятора.

Более того, ток, текущий по дендритам, разогревает их, и, поскольку электролиты бывают легковоспламеняющимися, это может привести к возгоранию элемента. Но даже если эти отростки невелики и не вызывают короткого замыкания, они могут полностью отрываться от анода и плавать в электролите. В этом случае анод просто теряет свой материал, и батарея уже не может накапливать достаточно энергии.

«Дендриты опасны, они уменьшают емкость перезаряжаемых батарей», — уверен Асгар Арьянфар, руководитель исследования из Калтеха. В исследовании принимал участие и выходец из России, специалист по материаловедению Борис Меринов. Чтобы попробовать избавиться от вредных наростов, ученые нагревали элементы до 55 градусов Цельсия на протяжении двух дней.

Выяснилось, что такой нагрев привел к уменьшению наростов на 36%.

А понять, как именно разрушаются эти образования при действии высокой температуры, материаловедам помогло компьютерное моделирование. Для этого они проследили за отдельными атомами в модели дендрита, имеющей форму обычной пирамиды.

Симуляции показали, что нагрев приводит к тому, что, во-первых, атомы на вершине пирамиды сползают вниз и, во-вторых, атомы на нижних уровнях могут покинуть нарост вовсе и на его место падает другой атом металла. Таким образом атомы, из которых состоит дендрит, перемешиваются и дрожат, что в конечном итоге приводит к его разрушению.

Сумев определить, сколько энергии требуется, чтобы полностью разрушить дендрит, ученые смогут лучше понять его структуру и характеристики. И хотя ученые признают, что до конца не изучили феномен разрушения дендритов при нагревании, они уверены, что для по крайней мере частичного восстановления аккумуляторов достаточно немного их нагреть.

«В своих работах мы исследовали один из аспектов, оказывающих влияние на продолжительность жизни литиевых аккумуляторов, а именно: образование дендритов в процессе зарядки-разрядки аккумулятора. В этом смысле «отжиг», как и «пульсирующая зарядка», могут продлить жизнь аккумулятора. Однако следует отметить, что перегрев может стать причиной его деградации», — пояснил «Газете.Ru» соавтор исследования Борис Меринов.

19 различных типов батарей (подробная классификация батарей)

Типов батареек намного больше, чем AA, AAA и автомобильных. Фактически, аккумуляторные технологии стремительно развиваются. Узнайте о различных классификациях аккумуляторов и о том, что делает каждый тип (т. Е. Что они питают и как).

Батареи существуют уже очень давно и стали чрезвычайно важным и удобным устройством для подзарядки.По сути, батареи хранят химическую энергию, которая преобразуется в электрическую и заставляет работать другие устройства. По сути, батареи — это крошечные химические реакторы, которые производят энергичные электроны в качестве конечной реакции и протекают через подключенное устройство.

Батареи сегодня настолько распространены, что без них трудно представить современную жизнь. Однако батареи не всегда были «вездесущими». Считается, что в 1938 году директор Багдадского музея обнаружил «Багдадскую батарею» в подвале своего музея.Батарея в форме кувшина имела длину 5 дюймов (12,7 см) и состояла из железного стержня, заключенного в медь; При исследовании выяснилось, что эта необычная батарея датируется примерно 200 г. до н. э. С момента открытия специалисты воспроизводили модель различными способами, чтобы произвести электрический заряд. Эти багдадские батареи в основном использовались для религиозных или медицинских целей или для гальваники.

В 1749 году один из отцов-основателей Соединенных Штатов Бенджамин Франклин использовал термин «батарея», когда проводил электрические эксперименты с параллельными конденсаторами.Но только в 1800 году была изобретена первая настоящая батарея. Алессандро Вольта — итальянский физик — создал первую батарею, составив чередующиеся диски из цинка, картона и серебра. Этот набор различных элементов был назван «гальванической связкой» и был первым устройством, выпускавшим непрерывный и продолжительный ток. К сожалению, первая батарея оказалась не самой лучшей, поскольку имела немало недостатков. В 1859 году появился самый прочный аккумулятор — свинцово-кислотный.Этот тип батарей все еще находится в эксплуатации и может считаться самой старой формой «аккумуляторных батарей».

Сегодня вы найдете батареи самых разных размеров, форм, моделей и функций; каждая из которых различается в зависимости от типа батареи. В этом сообщении блога мы обсудим различные типы батарей, которые помогут вам понять, чем каждый тип отличается от другого.

Связанный: Обзор аккумуляторной газонокосилки Black + Decker | Интернет-магазины игрушек | Типы электроинструментов | Типы электроники

Общие типы батарей

Хотя батареи можно разделить в зависимости от их размера, состава, формы и функций, они, как правило, делятся на следующие категории:

• Первичные батареи
• Вторичные батареи

Первичные батареи

Самое простое значение для понимания основных батарей состоит в том, что эти батареи предназначены только для одноразового использования и затем должны быть утилизированы.Эти батареи также известны как неперезаряжаемые батареи, поскольку их нельзя перезаряжать и использовать снова. Именно такую ​​батарею первым изобрел Алессандро Вольта в 1800 году.

Неперезаряжаемые батареи обладают рядом преимуществ, которые делают эти устройства выбором номер один для большинства пользователей. Во-первых, первичные батареи стоят очень дешево по сравнению с другими интеллектуальными батареями. Помимо доступности, эти батареи легки, просты и удобны до такой степени, что любой новичок может использовать их без каких-либо проблем.

Часто рентабельные товары имеют короткий срок службы. Однако это не относится к первичным батареям, поскольку эти устройства имеют срок службы 10 лет. Эта характеристика делает эти батареи сверхнадежными и долговечными. Лучше всего то, что вы можете найти их в широком диапазоне размеров и форм, которые могут идеально подходить для различных типов приложений.

Существует несколько основных типов первичных батарей, которые подробно рассматриваются ниже:

Щелочные батареи

Это один из основных типов первичных батарей, которые получают энергию в результате химической реакции между металлическим цинком и диоксидом марганца.По сравнению с другими батареями, такими как угольно-цинковые батареи из хлорида цинка, щелочные батареи обладают большей плотностью энергии и более длительным сроком службы.

Вместо кислого хлорида аммония или хлорида цинка батарея состоит из щелочного электролита гидроксида калия и из-за этого свойства называется «щелочные батареи».

Щелочные батареи состоят из постоянного напряжения, которое обеспечивает лучшую плотность энергии и сопротивление утечкам, в отличие от угольно-цинковых батарей.Эти батареи получают эту характеристику в основном из-за наличия анода из диоксида марганца, поскольку он лучше и плотнее, и поэтому другие компоненты не занимают много ненужного места.

Основные пользователи щелочных батарей находятся в регионах Северной Америки и Европы. Однако в Латинской Америке и Азиатско-Тихоокеанском регионе вероятность роста рынка щелочных батарей выше. Это потому, что эти регионы переходят от угольно-цинковых батарей к щелочным.Что касается Ближнего Востока и Африки, в обоих этих регионах наблюдается растущая тенденция использования этих батарей.

Вы можете найти щелочные батареи различных размеров, например AAA, AA, C, D, 9 В и т. Д. C, D и 9 В идеально подходят для устройств с высоким энергопотреблением, а AA и AAA — для приложений с низким энергопотреблением.

Литиевые батареи

Эти первичные батареи, также известные как литиевые аккумуляторные батареи, состоят из металлического лития в качестве анода.Сегодня они широко популярны, так как вы можете использовать их для питания таких устройств, как MP3-плееры, автомобильные замки, термометры, лазерные указки и слуховые аппараты.

Что отличает их от других типов батарей, так это то, что они обеспечивают высокую плотность заряда и высокую стоимость за единицу. Литиевые элементы известны тем, что вырабатывают напряжение от 1,5 В до 3,7 В, в зависимости от их модели и используемых химических соединений.

Однако литиевые батареи не следует путать с литиево-ионными батареями , поскольку они являются перезаряжаемыми аккумуляторными батареями, используемыми в таких устройствах, как ноутбуки, сотовые телефоны, КПК и iPod.

Меркурий

Ртутная батарея, также известная как оксид ртути или ртутный элемент, представляет собой неперезаряжаемую электрохимическую батарею, которая может использоваться до 10 лет. В этой миниатюрной батарее используется химическая реакция между цинковыми электродами и оксидом ртути в щелочном электролите.

Благодаря длительному сроку службы и стабильному выходному напряжению, эти батареи являются наиболее распространенным типом батарей в 20, ^-м, -м веке.Они широко используются в портативных электронных устройствах, таких как часы, калькуляторы, игрушки, фотоаппараты, цифровой термометр и т. Д.

В отличие от двух других батарей, которые обсуждались выше, ртутные элементы имеют форму и размер в виде кнопки, что делает эти батареи очень удобными и удобными для переноски.

Цинково-воздушная батарея

Воздушно-цинковые батареи, также называемые воздушно-цинковыми топливными элементами, представляют собой воздушно-металлические устройства, которые работают с комбинацией кислорода и окисляющего цинка.Эти батареи обладают высокой плотностью энергии и не требуют больших затрат в производстве. Вы можете приобрести эти батареи различных размеров по вполне доступной цене.

Цинково-воздушные топливные элементы содержат анод, состоящий из гранулированного порошка и электролита. Электролит действует как гелеобразующий агент, который помогает поддерживать контакт между частицами цинка и электролитом. Во-вторых, эти батареи также содержат катод, который помогает кислороду вступать в контакт с другим химическим соединением, чтобы могла произойти реакция.

Обычно воздушно-цинковые топливные элементы используются в часах, фонариках, пультах дистанционного управления, пленочных камерах, слуховых аппаратах , и т. Д. В зависимости от размера устройства вы можете выбрать воздушно-цинковую батарею соответственно.

Вторичные батареи

Также называемые аккумуляторными батареями , вторичные батареи поставляются с электрохимическими элементами, химические реакции которых можно легко обратить вспять, приложив некоторое количество напряжения в противоположном направлении.

В отличие от первичных батарей, вторичные элементы можно перезаряжать и использовать снова. Обычно эти элементы используются в устройствах с большим стоком или в ситуациях, которые могут быть слишком дорогими или непрактичными. Аккумуляторы можно использовать в мобильных телефонах, MP3-плеерах, компьютерах, телефонных станциях, наручных часах, слуховых аппаратах и ​​т. Д.

Ниже приведены типы аккумуляторных батарей, которые широко используются сегодня:

Свинцово-кислотный гель

Свинцово-кислотно-гелевый аккумулятор , также известный как «гелевые элементы», представляет собой аккумулятор VRLA (что означает свинцово-кислотный аккумулятор с регулируемым клапаном) с гелеобразным электролитом.Эта гелеобразная масса производится из смеси серной кислоты с коллоидальным кремнеземом. Гелевую ячейку часто путают с ячейками в стиле AGM, поскольку в них обоих находится взвесь электролита. Однако, в отличие от ячеек AGM, гелевый элемент имеет кремнезем, который делает электролит жестким. Преимущество гелевых аккумуляторов перед другими видами аккумуляторов в том, что они служат дольше, особенно в жаркую погоду.

Имейте в виду, что это самые чувствительные батареи, так как они могут вызвать неблагоприятную реакцию, если они будут чрезмерно заряжены.Кроме того, если для питания свинцово-кислотных элементов используется неправильное зарядное устройство, устройство может плохо работать или полностью выйти из строя. Диапазон напряжения поглощения от 14,0 до 14,2 вольт.

Гелевые элементы

не так распространены, как другие батареи, такие как AGM, но они широко используются в инвалидных колясках, троллинговых двигателях и велосипедах для дома на колесах.

Литий-ионный аккумулятор Литий-ионные аккумуляторы

чрезвычайно популярны в наши дни, поскольку они используются для зарядки или перезарядки популярных устройств, таких как КПК, сотовые телефоны, плееры iPod и ноутбуки.Помимо того, что они помогают заряжать устройства, без которых мы не можем жить, эти батареи считаются самыми легкими и энергоемкими из имеющихся на рынке.

Эти батареи состоят из сверхвоздушного лития и углерода, поэтому они легкие по своей природе. Литий также обладает высокой реактивной энергией, что означает, что литий-ионные батареи могут накапливать чрезмерное количество энергии в своих атомных связях.

Более того, у литий-ионных аккумуляторов отсутствует эффект памяти.Это означает, что вам не нужно сначала их разряжать, чтобы перезарядить, как это бывает с некоторыми другими батареями. Прежде всего, эти элементы способны накапливать 5% заряда каждый месяц по сравнению с 20% -ными потерями, наблюдаемыми в NiMH батареях.

Никель-кадмиевый (NiCd) аккумулятор

Это тип аккумуляторной батареи, в которой в качестве электродов используются металлический кадмий и гидроксид никеля. Чтобы эти клетки работали, их нужно поддерживать в пределах от +60 градусов по Цельсию до минус 20 градусов по Цельсию.

Выбор подходящего сепаратора, такого как полипропилен или нейлон, и электролита, такого как LiOH, NaOH и KOH, также имеет первостепенное значение для эффективной работы этих батарей. Эти составляющие сохраняют напряжение в никель-кадмиевых батареях, особенно в таких случаях, как сильноточная разрядка.

При неправильном использовании или неправильном обращении эти батареи могут вызвать опасно высокое давление, которое может полностью повредить устройство. Чтобы этого не произошло, в этих элементах есть обратимый предохранительный клапан.Лучшим преимуществом никель-кадмиевых элементов является то, что они очень долго остаются прочными.

Никель-металлогидридный аккумулятор

Никель-металлогидридная батарея с аббревиатурой NiMH или Ni-MH предлагает множество преимуществ перед другими аккумуляторными батареями. Прежде всего, никель-металлогидридные батареи — это быстро работающие батареи, которые могут работать очень долгое время, не подвергаясь стрессу.

Даже при неправильном использовании эти батареи могут обеспечить хорошую нагрузочную способность и довольно длительный срок хранения.Эти батареи не требуют особого обслуживания и могут храниться в разряженном состоянии. Несмотря на широкий спектр преимуществ, эти батареи экономичны и могут иметь различные размеры, формы и характеристики.

Однако аккумулятор имеет определенные ограничения. Например, по сравнению с более новыми системами батарей эти батареи излучают мало энергии. Эти батареи также требуют саморазряда даже после хранения. Хуже всего то, что кадмий — опасный металл, а это означает, что с батареей нужно обращаться осторожно, иначе это может привести к серьезным разрушениям.

Батареи других типов

Промышленные батареи

Как следует из названия, эти батареи специально разработаны для промышленных целей. Они тяжелые, потребляют больше энергии и обеспечивают высокую прожорливость в промышленности.

Основное применение этих аккумуляторов — питание тяжелой техники, железных дорог и систем резервного питания для коммунальных служб и телекоммуникаций. Ниже приведены некоторые распространенные типы промышленных батарей , используемых сегодня:

Absolyte Battery

Это промышленный аккумулятор, который может похвастаться свинцово-кислотной конструкцией с регулируемым клапаном (VRLA).По сравнению с другими видами промышленных батарей, абсолитные батареи более безопасны, поскольку они препятствуют выделению вредного газообразного водорода и утечке кислоты. Этот аккумулятор имеет поразительно современный дизайн. Например, он состоит из сосуда, закрывающего термосварку, сепаратора с отличным сжатием, модульного стального поддона и т. Д.

Вы можете использовать эти батареи для телекоммуникаций, энергетических систем, аккумуляторов энергии, железнодорожной сигнализации и связи, распределительных устройств и фотоэлектрических устройств.

Никель-железный аккумулятор

Никель-железная батарея — это еще одна промышленная батарея, состоящая из никеля (III), оксидно-гидроксидных положительных пластин и железных отрицательных пластин.В дополнение к этому, высоковольтная батарея состоит из электролита гидроксида калия.

Эти батареи, как правило, обладают удивительным жизненным циклом и разнообразными областями применения. Первоначально он использовался в горных поездах и на железных дорогах. Однако сегодня у него есть совершенно новая область применения, так как он используется для перемещения и зарядки электромобилей.

Стальной корпус

Это надежные и чрезвычайно мощные промышленные аккумуляторы, которые используются в самых разных сферах — подъемники и вилочные погрузчики.

Чтобы идентифицировать эти батареи, вы должны знать, что они тяжелее, чем любой другой тип промышленных батарей, и весят от нескольких сотен килограммов до тысяч килограммов.

Батареи в стальном корпусе также доступны в виде лома, что означает, что они могут быть переработаны и использованы снова. Большинство складов металлолома готовы принять их, но, скорее всего, они не примут другие типы батарей.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея

Залитые свинцово-кислотные батареи известны тем, что используют солнечную энергию и используются во многих автономных энергетических системах.Они имеют относительно долгий срок службы и дешевизну на ампер-час; но для того, чтобы максимально использовать эти преимущества, эти батареи нуждаются в регулярном обслуживании , включая очистку и полив их внутренних компонентов .

Некоторыми распространенными примерами свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых только в солнечных и ветровых электрических системах, являются 2-вольтовые промышленные элементы, 6-вольтовые L-16 и 6-вольтовые батареи для гольф-каров.

Автомобильные аккумуляторы

Судя по названию, автомобильные аккумуляторные батареи используются в таких транспортных средствах, как легковые автомобили, грузовики, велосипеды и т. Д.Эти батареи подают электрический ток в двигатель автомобиля, чтобы запустить его.

Когда двигатель начинает работать, автомобиль приводится в действие генератором переменного тока — внутренней функцией автомобиля, которая помогает заряжать аккумулятор автомобиля. Ниже приведены некоторые популярные типы автомобильных аккумуляторов, о которых вы должны знать:

Гибридный автомобиль

Аккумулятор гибридного автомобиля похож на любой другой аккумулятор, только он является перезаряжаемым и имеет достаточно заряда, чтобы автомобиль мог работать на многие километры.

Гибридные батареи состоят из двух электродов, которые помогают принимать и излучать электрический заряд. Эти электроды находятся в растворе на основе ионов, известном как электролит. Электроды разделены разделителем, чтобы избежать короткого замыкания. Двухпозиционный переключатель, подключенный к вашему телефону или ноутбуку, помогает электродам ячейки вырабатывать энергию, что приводит к электрохимической реакции.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотная батарея , изобретенная Гастоном Плантом (французским физиком) в 1859 году, является одной из старейших, но наиболее широко используемых батарей в мире.Это вид автомобильного транспортного средства, в котором используется губчатый свинец и перекись свинца для преобразования химической энергии в электрическую.

Хотя это обычный автомобильный аккумулятор, он также широко используется на различных электростанциях и подстанциях из-за его отличной емкости по напряжению и более низкой стоимости.

Сохранять химическую и электрическую энергию, хранящуюся в батарее, помогают две части батареи — контейнер и пластина. Контейнер свинцовой батареи изготовлен из стекла, свинца, эбонита или твердой резины, что помогает предотвратить разряд электролита.С другой стороны, пластина свинцово-кислотной батареи сконструирована из сетки, которая обеспечивает равномерное распределение тока. Без равномерного распределения электрический ток может просочиться наружу и повлиять на аккумулятор.

VRLA Аккумуляторы

VRLA — это необслуживаемые аккумуляторы среднего и большого размера, которые также иногда называют герметичными свинцово-кислотными аккумуляторами. Внутри этой батареи есть элементы VRLA, которые состоят из плоских пластин, таких как заливная свинцово-кислотная батарея или спиральный валик.

Батареи

VRLA поставляются с устройством сброса давления, которое активируется, когда давление газообразного водорода начинает расти. Эта активация клапана приводит к утечке некоторого количества газа и электролита. Это, в свою очередь, снижает общую емкость аккумулятора.

Один из распространенных методов зарядки аккумулятора VRLA — зарядка постоянным напряжением. Однако для быстрой зарядки методов VRLA используются и другие методы. Наличие VRLA в вашем автомобиле требует регулярного обслуживания.В противном случае могут возникнуть такие инциденты, как короткое замыкание и небольшие пожары.

Аккумуляторы, несомненно, являются наиболее надежным и компактным способом производства электроэнергии в различных устройствах, оборудовании, механизмах и транспортных средствах. Без разных типов батарей мир был бы тяжелым и тяжелым местом для жизни.

Home Stratosphere Giveaways …

Enter to Win Маленькая бытовая техника

Мы раздаем всевозможные мелкие бытовые приборы высшего качества, включая блендер Vitamix, быстрорастворимый горшок, соковыжималку, кухонный комбайн, миксер и кофеварку Keurig.

Бесплатные раскраски и книги для детей

Бесплатно скачать и распечатать.

Скачайте тысячи пользовательских раскраски и пазлов для своих детей.

Странные и замечательные батареи — Battery University

Учитывая важность, которую батареи имеют в современной жизни, улучшения происходят медленно по сравнению с достижениями в области микроэлектроники. Давайте не будем указывать пальцем на непринужденных ученых и инженеров, но осознаем всю сложность, с которой они столкнулись.Пока батарея зависит от электрохимического процесса, ограничения будут действовать. Это низкое хранение энергии, медленная зарядка, короткий срок службы и высокая стоимость ватта.

Каждая аккумуляторная система имеет определенные преимущества, но ни одна из них не обеспечивает полностью удовлетворительного решения. В течение многих лет никелевые батареи обеспечивали достаточно хорошее обслуживание, но эта химия заменяется литий-ионными, предлагающими более высокую удельную энергию (емкость), более низкий саморазряд и не требующие обслуживания.Свинцово-кислотный с его многочисленными бородавками и пятнами по-прежнему занимает прочную позицию и будет продолжать сохранять лидерство в качестве стартерной батареи и батареи глубокого разряда. Никакая другая система не может соответствовать цене и надежности при большой мощности.

Никогда еще не было такой большой активности в исследованиях аккумуляторов, и электромобили являются катализатором этого безумия. Ожидания высоки, и средства массовой информации быстро объявляют о новой батарее, которая обещает долгую работу, хорошую долговечность и экологична. Действительно, некоторые системы демонстрируют хороший потенциал, но до того, как они станут коммерчески жизнеспособными, еще далеко.Многие бесследно исчезают.

Типичными недостатками новых концепций батарей являются слабая нагрузка и короткий срок службы. Даже лимон можно превратить в батарею. Просто воткните во внутренности медную монету и гальванизированный гвоздь. Мощность низкая, и 500 лимонов могут зажечь лампочку фонарика. Также пытались использовать морскую воду в качестве электролита. Море будет производить бесконечный запас электричества, но полученная энергия хороша только для освещения фонарика. Коррозия пластин ограничивает срок службы и делает невозможным использование батареи с морской водой.

Учитывая небывало высокий интерес к разработке аккумуляторов, вполне уместно пересмотреть старые и перспективные системы. Химические составы, перечисленные ниже, расположены примерно в последовательности развития. Многие старые батареи пересматриваются, чтобы обеспечить более длительный срок службы, увеличенное время работы и лучшую цену.

Никель-железо

После изобретения никель-кадмия в 1899 году швед Вальдемар Юнгнер попытался использовать железо вместо кадмия для экономии денег, но низкая эффективность заряда и выделение газа побудили его отказаться от проекта без получения патента.В 1901 году Томас Эдисон продолжил разработку в качестве альтернативы свинцово-кислотной смеси для электромобилей, заявив о превосходных характеристиках. Он проиграл, когда на смену пришли автомобили с бензиновым двигателем, и был глубоко разочарован, когда автомобильная промышленность выбрала свинцово-кислотную батарею в качестве стартерной батареи.

Никель-железная батарея (NiFe) использует катод из оксида-гидроксида и железный анод с электролитом из гидроксида калия для получения номинального напряжения элемента 1,2 В. NiFe устойчив к перезарядке и чрезмерной разрядке и может прослужить более 20 лет в режиме ожидания.Устойчивость к вибрации и высоким температурам сделала NiFe батареей предпочтительной для горнодобывающей промышленности в Европе, а во время Второй мировой войны использовалась немецкая летающая бомба Фау-1 и ракеты Фау-2. Другие приложения — железнодорожная сигнализация, вилочные погрузчики и стационарные приложения. NiFe имеет низкую удельную энергию около 50 Втч / кг, плохие низкотемпературные характеристики и высокий саморазряд от 20 до 40 процентов в месяц. Эти недостатки вместе с высокой стоимостью производства побудили промышленность оставаться верной свинцово-кислотной продукции.

Никель-цинковые

Никель-цинковые (NiZn) батареи похожи на никель-кадмиевые в том, что в них используется щелочной электролит и никелевый электрод, но они отличаются по напряжению; NiZn обеспечивает 1,6 В на элемент, а не 1,2 В, которые обеспечивает NiCd. Никель-цинк был впервые разработан в 1920-х годах, но он страдал от короткого цикла жизни из-за роста дендритов и короткого замыкания. Улучшение электролита уменьшило эту проблему. Низкая стоимость, высокая выходная мощность и хороший рабочий температурный диапазон делают этот химический состав привлекательным, и NiZn возрождается для коммерческого использования.NiZn заряжается при постоянном токе до 1,9 В на элемент, но не может принимать постоянный заряд. Удельная энергия аналогична другим системам на основе никеля. NiZn рассчитан на 200–300 полных циклов, не содержит тяжелых токсичных материалов и может быть переработан. Батарея также доступна в ячейках AA.

Никель-водородный

Когда в 1967 году начались исследования по никель-металлогидриду, проблемы с нестабильностью металлов переместили разработку в сторону никель-водородной батареи (NiH) . NiH использует стальной контейнер для хранения газообразного водорода под давлением 1,200 фунтов на квадратный дюйм (8,270 кПа).Ячейка включает твердые никелевые электроды, водородные электроды, газовые экраны и электролит, заключенные в сосуд под давлением.

NiH имеет номинальное напряжение элемента 1,25 В и удельную энергию 40–75 Вт · ч / кг. Преимуществами являются длительный срок службы даже при полных циклах разряда, хороший календарный срок службы из-за низкой коррозии, минимальный саморазряд и замечательные температурные характеристики от –28 ° C до 54 ° C (от –20 ° F до 130 ° F). Эти характеристики делают NiH идеальным спутником. Ученые разрабатывают NiH-аккумуляторы для наземного использования и надеются обеспечить рынки для систем хранения энергии и электромобилей.Минусы — низкая удельная энергия и высокая стоимость. Одна ячейка для спутника стоит тысячи долларов.

Воздушно-цинковые

Воздушно-цинковые батареи вырабатывают электроэнергию в результате процесса окисления цинка и кислорода из воздуха. Ячейка может производить 1,65 В, но 1,4 В и ниже обеспечивает более длительный срок службы. Удаление герметизирующего язычка активирует аккумулятор, обеспечивая приток воздуха, и аккумулятор достигает полного рабочего напряжения в течение пяти секунд. После включения аккумулятор не может быть остановлен.Ограничение воздушного потока путем добавления ленты только замедляет дегенерацию.

Цинково-воздушные батареи имеют сходство с топливным элементом с протонообменной мембраной (PEMFC) за счет использования кислорода из воздуха в качестве топлива для положительного электрода. Воздух может до некоторой степени контролировать скорость реакции. Цинк-воздух считается первичной батареей; однако есть версии с подзарядкой для приложений большой мощности. Перезарядка происходит путем замены израсходованных цинковых электродов, которые могут быть в виде пасты из цинкового электролита.В другом типе воздушно-цинковой батареи используются гранулы цинка. Перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи были опробованы на электромобилях и сняты с производства.

При 300–400 Втч / кг воздух цинк имеет высокую удельную энергию, стоимость производства умеренная, но удельная мощность (текущая нагрузка) низкая. В герметичном состоянии саморазряд составляет два процента в год. Цинк-воздух чувствителен к экстремальным температурам и высокой влажности. Загрязнение также влияет на производительность; высокая концентрация углекислого газа в окружающей среде снижает производительность за счет увеличения внутреннего сопротивления.Типичное применение — слуховые аппараты и лампы безопасности на строительных площадках.

Серебро-цинк

Серебряно-цинковая батарея служила важным источником питания в оборонной, аэрокосмической, высокотехнологичной телекамерах и другом профессиональном оборудовании, которое требовало длительного срока службы. Высокая стоимость, короткий срок службы и появление литий-ионных аккумуляторов привели к тому, что серебро потеряло популярность.

Быстрая деградация цинкового электрода и сепаратора была основной причиной отказа первоначальной конструкции. Во время цикла нарастание дендритов цинка пробило сепаратор и вызвало короткое замыкание.Кроме того, сепаратор разложился сам по себе, находясь в электролите гидроксида калия. Это ограничивает срок хранения примерно до двух лет. Усовершенствования цинкового электрода и сепаратора обещают более длительный срок службы и удельную энергию на 40 процентов выше, чем у литий-ионных аккумуляторов. Серебро-цинк безопасно, не содержит токсичных металлов и может быть переработано, но использование серебра делает аккумулятор дорогим в производстве.

Натрий-сера

Натриевые батареи, также известные как расплавленная соль или тепловая батарея , бывают первичной и вторичной версий.В аккумуляторе в качестве электролита используются расплавленные соли, и он работает при температуре 400–700 ° C (752–1292 ° F). Новые модели работают при более низкой температуре 245–350 ° C (473–662 ° F).

Разработанный немцами во время Второй мировой войны и используемый в их ракетах Фау-2, электролит расплавленных солевых батарей неактивен в холодном состоянии и может храниться более 50 лет. После активации с помощью источника тепла аккумулятор может обеспечить всплеск большой мощности в течение доли секунды или подавать энергию в течение нескольких часов.Высокая мощность стала возможной благодаря хорошей ионной проводимости солевого расплава. Первичные натриевые батареи почти исключительно используются в вооруженных силах в качестве «одноразового» средства поражения управляемыми ракетами; тем не менее, интерес заключается в перезаряжаемой версии.

Современные натриево-серные аккумуляторные батареи известны как натрий-никель-хлоридные батареи или ZEBRA, названные так после проекта Zeolite Battery Research Africa . Аккумулятор имеет номинальное напряжение элемента 2,58 В и удельную энергию 90–120 Вт · ч / кг, что сопоставимо с литий-марганцевым и литий-фосфатным.Срок службы около восьми лет и 3000 циклов. Он может быть быстро заряжен, не токсичен, а сырье в изобилии и по невысокой цене. Батареи ZEBRA бывают больших размеров от 10 кВт / ч и выше. Типичные области применения — вилочные погрузчики, железные дороги, корабли, подводные лодки и электромобили, которые постоянно используются, например, такси и автофургоны. Растущий рынок натриевых батарей — это выравнивание нагрузки, также известное как сетевое хранилище.

Батарею ZEBRA необходимо нагреть до 270–350 ° C (518–662 ° F). Даже со специальной изоляцией нагревание потребляет 14 процентов энергии батареи в день, что эквивалентно 18 процентам саморазряда.Батарея ZEBRA должна быть заряжена или использоваться. Для остывания требуется 3–4 дня; для повторного нагрева требуется около двух дней в зависимости от SoC во время выключения. Обычные отказы — это короткое замыкание из-за коррозии и роста дендритов, что увеличивает саморазряд.

Экспериментальные аккумуляторные батареи

Экспериментальные аккумуляторные батареи находятся в лабораториях и подключаются к внешнему миру посредством ярких отчетов, главным образом для привлечения инвесторов. Мы надеемся, что однажды эти разработки превратятся в батарею, которая будет больше, чем просто разговаривать по мобильному телефону; цель — добиться экологических выгод от автомобильного транспорта.Нет никаких непосредственных кандидатов, которые могли бы нарушить нынешний химический состав батарей, но потенциал есть. Ниже приведены наиболее перспективные экспериментальные батареи, о которых стоит упомянуть.

Литий-металлический (Li-metal)

Большинство литий-металлических батарей не подлежат перезарядке. Компания Moli Energy из Ванкувера первой начала массовое производство перезаряжаемых литий-металлических аккумуляторов для мобильных телефонов, но случайные короткие замыкания из-за дендритов лития вызвали условия теплового разгона, и в 1989 году аккумуляторы были отозваны.Литий-металл имеет высокую удельную энергию. В 2010 году пробный литий-металл-полимерный аккумулятор емкостью 300 Вт / кг был протестирован на экспериментальном электромобиле (для сравнения, у Nissan Leaf этот показатель составляет 80 Вт / кг), но безопасность остается серьезной проблемой.

Литий-воздушные (Li-air)

Литий-воздушные батареи заимствуют идею воздушно-цинковых батарей и топливных элементов, поскольку они дышат воздухом. В батарее используется каталитический воздушный катод, который подает кислород, а также литиевый анод и электролит. Ученые предполагают, что потенциал накопления энергии в 5-10 раз больше, чем у литий-ионных аккумуляторов, но говорят, что потребуется от одного до двух десятилетий, прежде чем технология сможет быть коммерциализирована.В зависимости от используемых материалов, Li-ion-air будет обеспечивать напряжение от 1,7 до 3,2 В / элемент. IBM, Excellatron, Liox Power, Lithion-Yardney, Poly Plus, Rayovac и другие разрабатывают технологию. Теоретическая удельная энергия лития-воздуха составляет 13 кВт · ч / кг; алюминий-воздух имеет аналогичные качества с теоретической удельной энергией 8 кВт · ч / кг.

Литий-сера (Li-S)

Благодаря низкому атомному весу лития и умеренному весу серы литий-серные батареи предлагают очень высокую удельную энергию 550 Втч / кг, что примерно в три раза больше, чем у литий-ионных аккумуляторов. ion, и удельный потенциал мощности 2500 Втч / кг.Во время разряда литий растворяется с поверхности анода и меняет свое направление при зарядке, покрывая себя обратно на анод. Li-S обладает хорошими характеристиками разряда при низких температурах и может заряжаться при –60 ° C (–76 ° F). Проблемы заключаются в ограниченном сроке службы всего от 40 до 50 зарядов / разрядов и нестабильности при высокой температуре. С 2007 года инженеры Стэнфорда получают многообещающие результаты, экспериментируя с нанопроволокой. Li-S имеет напряжение ячейки 2,10 В и является экологически чистым. Сера в качестве основного ингредиента широко доступна.

Кремний-углеродные нанокомпозитные аноды для литий-ионных аккумуляторов

В отличие от углерода в качестве типичного анодного материала в обычных литий-ионных батареях, исследователи разработали кремний-углеродный нанокомпозит. Это способствует доступу ионов лития для достижения стабильной работы и увеличения емкости в пять раз по сравнению с обычным литий-ионным аккумулятором. Говорят, производство простое и дешевое, а аккумулятор безопасный; однако срок службы в цикле ограничен из-за структурных проблем при введении и извлечении литий-ионных ионов в большом объеме.

Резюме

За последние пять лет или около того не появилось ни одной новой батареи, которую можно было бы назвать большим прорывом. Это неудивительно, если учесть, что немногие другие продукты имеют такие строгие требования, как аккумулятор. Батарея должна обладать высокой способностью аккумулировать энергию, обеспечивать длительный срок службы, быть безопасной в использовании и требовать минимального обслуживания. Кроме того, аккумулятор должен работать при высоких и низких температурах, обеспечивать высокую мощность по запросу, быстро заряжаться и дешево.По мере того, как мы расширяем использование аккумуляторных батарей в транспорте, становится очевидным, что этот электрохимический источник питания лучше всего подходит для портативного использования. Для движущихся приложений, таких как поезда, океанские корабли и самолеты, батарее не хватает емкости, выносливости и надежности. Разделительной чертой, на мой взгляд, станет электромобиль.

Мощные литий-ионные микробатареи из встречно-штыревых трехмерных бинепрерывных нанопористых электродов

1

Arthur, T. S. et al.Трехмерные электроды и архитектура батарей. Бюллетень MRS 36 , 523–531 (2011).

CAS Статья Google ученый

2

Лю К., Ю З., Нефф Д., Жаму А. и Янг Б. З. Суперконденсатор на основе графена со сверхвысокой плотностью энергии. Nano Lett. 10 , 4863–4868 (2010).

ADS CAS Статья Google ученый

3

Чжу, Ю.и другие. Суперконденсаторы на основе углерода, полученные путем активации графена. Наука 332 , 1537–1541 (2011).

ADS CAS Статья Google ученый

4

Pech, D. et al. Сверхмощные суперконденсаторы микрометрового размера на основе луковичного углерода. Nat. Nanotechnol. 5 , 651–654 (2010).

ADS CAS Статья Google ученый

5

Брезински, К.и другие. Заказанные мезопористые тонкопленочные электроды из альфа-Fe2O3 (гематита) для применения в перезаряжаемых литиевых батареях. Малый 7 , 407–414 (2011).

CAS Статья Google ученый

6

Чжан, Х. Г., Ю, Х. Д. и Браун, П. В. Трехмерные двухсторонние сверхбыстрые электроды аккумуляторной батареи со сверхбыстрой зарядкой и разрядкой. Nat. Nanotechnol. 6 , 277–281 (2011).

ADS CAS Статья Google ученый

7

Эсмански, А.И Озин, Г.А. Макропористые материалы на основе кремниевых инверсных опалов в качестве отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов. Adv. Функц. Матер. 19 , 1999–2010 (2009).

CAS Статья Google ученый

8

Эрганг, Н. С., Литл, Дж. К., Ли, К. Т., О, С. М., Смирл, В. Х. и Штейн, А. Фотонно-кристаллические структуры как основа трехмерной взаимопроникающей системы электрохимических ячеек. Adv.Матер. 18 , 1750–1753 (2006).

CAS Статья Google ученый

9

Сакамото, Дж. С. и Данн, Б. Иерархические аккумуляторные электроды на основе перевернутых опаловых структур. J. Mater. Chem. 12 , 2859–2861 (2002).

CAS Статья Google ученый

10

Таберна, Л., Митра, С., Пойзот, П., Саймон, П., Тараскон, Дж.М. Высокоскоростные электроды на основе Cu с наноархитектурой на основе Fe3O4 для литий-ионных аккумуляторов. Nat. Матер. 5 , 567–573 (2006).

ADS CAS Статья Google ученый

11

Yao, M. et al. Никелевая подложка с трехмерной микросетевой структурой для мощной никель / металлогидридной батареи. Электрохим. Solid-State Lett. 10 , A56 – A59 (2007).

CAS Статья Google ученый

12

Лонг, Дж.У., Данн, Б., Ролисон, Д. Р., Уайт, Х. С. Трехмерная архитектура батарей. Chem. Ред. 104 , 4463–4492 (2004).

CAS Статья Google ученый

13

Чамран, Ф., Йе, Й., Мин, Х. С., Данн, Б. и Ким, К. Дж. Изготовление массивов электродов с большим аспектным отношением для трехмерных микробатареек. J. Microelectromechanical Syst. 16 , 844–852 (2007).

CAS Статья Google ученый

14

Мин, H.S. et al. Изготовление и свойства углеродно-полипиррольной трехмерной микробатареи. J. Источники энергии 178 , 795–800 (2008).

ADS CAS Статья Google ученый

15

Натан, М. и др. Трехмерные тонкопленочные литий-ионные микробатареи для автономных мемов. J. Microelectromechanical Syst. 14 , 879–885 (2005).

CAS Статья Google ученый

16

Котобуки, м.и другие. Влияние состава золя на границу раздела твердый электрод / твердый электролит для полностью твердотельной литий-ионной батареи. Электрохим. Acta 56 , 1023–1029 (2011).

CAS Статья Google ученый

17

Notten, P.H. L., Roozeboom, F., Niessen, R.A.H. и Baggetto, L. Трехмерные интегрированные твердотельные аккумуляторные батареи. Adv. Матер. 19 , 4564–4567 (2007).

CAS Статья Google ученый

18

Чмиола, Дж., Ларжо, К., Таберна, П.-Л., Саймон, П., Гогоци, Ю. Монолитные углеродные пленки на основе карбидов для суперконденсаторов. Наука 328 , 480–483 (2010).

ADS CAS Статья Google ученый

19

Nishizawa, M., Mukai, K., Kuwabata, S., Martin, C.R., Yoneyama, H. Шаблонный синтез покрытых полипирролом нанотрубок шпинели LiMn2O4 и их свойства в качестве катодных активных материалов для литиевых батарей. J. Electrochem. Soc. 144 , 1923–1927 (1997).

CAS Статья Google ученый

20

Тейксидор, Г. Т., Заук, Р. Б., Парк, Б. Ю., Маду, М. Дж. Изготовление и характеристика трехмерных углеродных электродов для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 183 , 730–740 (2008).

ADS CAS Статья Google ученый

21

Li, N., Мартин, К. Р. и Скросати, Б. Высокоскоростной и емкостной наноструктурированный электрод из оксида олова. Электрохим. Solid-State Lett. 3 , 316–318 (2000).

CAS Статья Google ученый

22

Shaijumon, M. M. et al. Наноархитектурные 3d-катоды для литий-ионных микробатареек. Adv. Матер. 22 , 4978–4981 (2010).

CAS Статья Google ученый

23

Чеа, С.K. et al. Самоподдерживающиеся трехмерные наноэлектроды для применения в микробатареях. Nano Lett. 9 , 3230–3233 (2009).

ADS CAS Статья Google ученый

24

Чжан, Х. и Браун, П.В. Трехмерный металлический каркас, поддерживающий бинепрерывные кремниевые аноды батарей. Nano Lett. 12 , 2778–2783 (2012).

ADS CAS Статья Google ученый

25

Ю., Х., Ли, Й. Дж., Фюрстенберг, Р., Уайт, Дж. О. и Браун, П. В. Свойства металлических фотонных кристаллов инверсного опала, зависящие от фракции наполнения. Adv. Матер. 19 , 1689–1692 (2007).

Артикул Google ученый

Часто задаваемые вопросы об аккумуляторах

Сколько времени пройдет, прежде чем моя батарея разрядится?

Это зависит от его мощности и количества энергии, потребляемой подключенным оборудованием.Как правило, чем быстрее разряжается аккумулятор, тем меньше энергии он выдает. Это также работает и наоборот: чем дольше батарея разряжается, тем больше энергии вы можете получить от нее. Свинцово-кислотный аккумулятор емкостью 100 Ач обеспечивает ток 5 А в течение 20 часов, в течение которых напряжение не опускается ниже 10,5 В. Это составляет 100 Ач. Если к той же батарее подключить нагрузку в 100 ампер, батарея сможет питать ее только 45 минут. По истечении этого времени напряжение аккумулятора упадет до 10.5 вольт и аккумулятор разрядится, запитав не более 75 Ач. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, емкость литий-ионных аккумуляторов не зависит от подключенной нагрузки. Литий-ионный аккумулятор всегда обеспечивает 100% -ную емкость, независимо от подключенной нагрузки.

На сколько хватит заряда аккумулятора?

Срок службы батареи зависит от того, как часто и в какой степени она разряжается. Правильная зарядка с помощью подходящего зарядного устройства также имеет решающее значение. При нормальном использовании в праздничные и выходные дни срок службы гелевых и AGM аккумуляторов составляет от пяти до семи лет.Когда батареи часто разряжаются, вам необходимо отрегулировать емкость. Также есть возможность использовать 2-вольтовые элементы. Срок службы 15 лет не является исключительным для этого типа аккумуляторов, если они имеют нужную емкость и должным образом заряжены. Литий-ионные батареи — это лучший вариант. Вы можете очень быстро разряжать и заряжать их, и они служат до трех раз больше циклов, чем другие типы батарей.

Что такое последовательное и параллельное соединение?

Последовательное соединение

Последовательное соединение используется для увеличения напряжения при сохранении емкости на том же уровне.Две последовательно соединенные батареи 12 В / 120 Ач составляют комбинированный аккумуляторный комплект 24 В / 120 Ач. При последовательном соединении положительный полюс одной батареи соединяется с отрицательным полюсом другой, а полюса, остающиеся на концах, подключаются к системе. Батареи разной емкости никогда не следует соединять последовательно.

Параллельное соединение

Параллельное соединение используется, когда вам нужно увеличить емкость. Положительные выводы соединяются вместе, как и отрицательные выводы.Кабели от аккумулятора к системе должны быть: положительным от аккумулятора 1 и отрицательным от аккумулятора 2 (или последним в параллельном соединении).

Последовательное / параллельное соединение

Если вам нужен аккумулятор на 24 В с большей емкостью, вы можете комбинировать последовательное и параллельное подключение. Кабели от аккумулятора к системе должны быть перекрещены: положительный от аккумулятора 1 и отрицательный от аккумулятора 2 (или последний при параллельном подключении).

Mastervolt также поставляет батареи 2 В, 6 В и 24 В; принцип последовательного и параллельного подключения остается прежним.

МАСТЕР НАКОНЕЧНИК

Убедитесь, что между батареями достаточно места при установке нескольких батарей: между ними должно быть небольшое пространство для отвода тепла.

Чего нельзя делать с гелевыми, AGM и литий-ионными аккумуляторами

• Неверное напряжение заряда. Слишком низкое напряжение означает, что аккумулятор не может зарядиться до 100% — сульфат затвердевает на пластинах, и аккумулятор теряет свою емкость.Избыточное напряжение приводит к выделению газа в батареях, что приводит к потере воды и высыханию.
• Чрезмерная разрядка. Если батарея разряжается больше ее емкости, срок ее службы сокращается.
• Слишком большая пульсация напряжения заряда. Дешевые и устаревшие зарядные устройства часто имеют значительные колебания напряжения (колебания напряжения) в выходном напряжении.
• Использование генератора без трехступенчатого регулятора, высокая температура окружающей среды или зарядка без температурной компенсации.n Аккумулятор MLI нельзя заряжать без таких мер, как предохранительное реле.

Могу ли я держать аккумуляторы подключенными зимой?

Это не проблема для любой батареи Mastervolt и даже может быть преимуществом, поскольку более низкая температура значительно продлевает срок службы батареи. Однако батареи должны быть полностью заряжены и отключены от любых потребителей. Обязательно учитывайте скрытые потребители, такие как вольтметры, часы и память автомагнитолы. Если аккумулятор подключен к зарядному устройству Mastervolt с трехступенчатой ​​+ зарядной характеристикой, аккумулятор заряжается каждые 12 дней, чтобы обеспечить его оптимальное состояние.Если вы отсоединяете аккумулятор, мы рекомендуем отключать всех потребителей и подключать питание каждые две-три недели, чтобы обеспечить зарядку аккумуляторов. Если у вас нет доступа к электричеству зимой, мы рекомендуем полностью зарядить аккумуляторы и отсоединить клеммы аккумулятора, чтобы они не разряжались небольшими устройствами. Мы также рекомендуем полностью заряжать аккумуляторы каждые два месяца и перед их повторным использованием. Влажные батареи следует регулярно заряжать, чтобы они не замерзли.

Как следует обслуживать гелевые, AGM и литий-ионные батареи?

Гелевые, AGM и литий-ионные батареи

, в отличие от традиционных открытых батарей, не нуждаются в обслуживании, а это значит, что их можно устанавливать где угодно. Однако мы рекомендуем проверять все соединения один раз в год, чтобы убедиться, что они правильно прикреплены, и очищать верхние поверхности слегка влажной тканью. Батареи также необходимо каждый раз полностью заряжать для максимального срока службы.

<< Назад к обзору

Батареи будущего невесомы и невидимы

Известные аэрокосмические компании, такие как Airbus, и стартапы, такие как Zunum, уже много лет работают над электрификацией пассажирских самолетов.Но даже если они добьются успеха, упаковка самолета, заполненного обычными батареями, несет в себе серьезные риски для безопасности. Короткое замыкание в большой аккумуляторной батарее может вызвать серьезный пожар или взрыв. «Аэрокосмический сектор очень консервативен, и они опасаются комплектовать самолеты этими действительно мощными батареями», — говорит Гринхал. Новый химический состав аккумуляторов, включая твердые электролиты, может снизить риск, но удовлетворение огромных энергетических потребностей пассажирского самолета по-прежнему является серьезной проблемой, которую можно решить с помощью структурных аккумуляторов.

В рамках проекта Sorcerer Асп и его коллеги создали структурные батареи из тонких слоев углеродного волокна, которые, возможно, можно было бы использовать для создания частей кабины или крыльев самолета. Экспериментальные батареи, разработанные командой Sorcerer, значительно улучшили механические свойства и плотность энергии по сравнению с батареями, которые они производили в рамках инициативы Storage десятью годами ранее. «Теперь мы можем производить материалы, которые имеют не менее 20–30 процентов как емкости хранения энергии, так и механической емкости систем, которые мы хотим заменить», — говорит Асп.«Это огромный прогресс».

Но технические проблемы — это только половина дела, когда речь идет о доставке структурных батарей из лаборатории в реальный мир. Как автомобильная, так и авиационная промышленность жестко регулируются, и производители часто работают с небольшой прибылью. Это означает, что внедрение новых материалов в автомобили и самолеты требует демонстрации их безопасности регулирующим органам и их превосходных характеристик для производителей.

По мере того, как структурная батарея заряжается и разряжается, ионы лития перемещаются внутрь и наружу катодов из углеродного волокна, что изменяет их форму и механические свойства.Для производителей и регулирующих органов важно иметь возможность точно предсказать, как эти структурные батареи будут реагировать, когда они будут использоваться, и как это повлияет на характеристики транспортных средств, которыми они питаются. С этой целью Гринхал и Асп создают математические модели, которые точно покажут, как структура транспортных средств, построенных из этих батарей, изменяется во время использования. Асп говорит, что, вероятно, пройдет более десяти лет, прежде чем структурные батареи будут развернуты в транспортных средствах из-за их значительных требований к мощности и нормативных требований.Он прогнозирует, что до того, как это произойдет, они станут обычным явлением в бытовой электронике.

Цзе Сяо, главный научный сотрудник и менеджер группы «Батареи и материалы» Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, соглашается. Она считает, что особенно многообещающая и часто упускаемая из виду область применения — это микроэлектроника. Это устройства, которые удобно помещаются на кончике вашего пальца и особенно полезны для медицинских имплантатов. Но сначала должен быть способ привести их в действие.

«Структурные батареи чрезвычайно полезны для микроэлектроники, потому что их объем очень ограничен», — говорит Сяо. Хотя можно уменьшить размеры обычных батарей до размера рисового зерна, эти элементы по-прежнему занимают ценное место в микроэлектронике. Но структурные батареи не занимают больше места, чем само устройство. В PNNL Сяо и ее коллеги изучали некоторые фундаментальные вопросы, связанные с конструкцией микробатареи, например, как поддерживать выравнивание между электродами, когда структурная батарея изгибается или перекручивается.«С точки зрения дизайна очень важно, чтобы положительный и отрицательный электроды были обращены друг к другу», — говорит Сяо. «Таким образом, даже если мы можем воспользоваться пустотами, если эти электроды не выровнены, они не будут участвовать в химической реакции. Таким образом, это ограничивает конструкции структурных батарей неправильной формы ».

Сяо и ее команда работали над несколькими нишевыми научными приложениями для микроструктурных батарей, такими как инъекционные метки для отслеживания лосося и летучих мышей. Но она говорит, что пройдет еще некоторое время, прежде чем они найдут широкое применение в таких новых технологиях, как электронная кожа для протезирования.В то же время структурные батареи могут стать благом для энергоемких роботов. В лаборатории в кампусе Анн-Арбор в Мичиганском университете химик и инженер-химик Николас Котов наблюдает за зверинцем небольших биомиметических роботов, которые он разработал вместе со своими аспирантами. «Организмы распределяют запасы энергии по всему телу, выполняя двойные или тройные функции», — говорит Котов. «Жир — отличный тому пример. В нем много энергии. Вопрос в том, как это воспроизвести? »

Oculus

Facebook Technologies

Почему предоставляется эта информация?

Facebook Technologies, LLC предоставляет этот информационный лист о продукте в качестве услуги своим клиентам, которые хотят получить более подробную информацию об их Oculus Quest 2.Продукт, упомянутый в этом документе, считается «изделием», и поэтому на него не распространяются общие правила оповещения об опасности, такие как Управление по безопасности и гигиене труда США 29 CFR 1910.1200 и аналогичные требования в других странах (см. «Применимость в других странах » ниже). Несмотря на то, что мы освобождены от этих правил, Oculus решила добровольно предоставить определенную информацию о продуктах и ​​безопасности.

Этот документ относится конкретно к перезаряжаемой литий-ионной батарее в гарнитуре виртуальной реальности Oculus Quest 2 all in one.Информация о здоровье и безопасности для универсальной гарнитуры виртуальной реальности Oculus Quest 2 представлена ​​по адресу https://www.oculus.com/legal/health-and-safety-warnings/.

Перезаряжаемый литиевый аккумулятор в гарнитуре виртуальной реальности Oculus Quest 2 all in one представляет собой перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор емкостью 3640 мАч и мощностью 14 Вт-ч, который обеспечивает питание продукта. Это одноэлементный аккумулятор с номинальным напряжением 3,85 В и весит примерно 63 грамма.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Опасность пожара, взрыва и сильного ожога.Не раздавливайте, не разбирайте, не подвергайте воздействию тепла и не сжигайте.

При использовании в соответствии с инструкциями, предупреждениями и условиями, прилагаемыми к данной модели, химический состав батареи останется закрытым в ее корпусе и не будет представлять угрозы безопасности. Аккумулятор необходимо заряжать только с помощью адаптера питания и кабеля, поставляемого с продуктом, или утвержденного адаптера питания и кабеля. Хранить в прохладном, сухом и хорошо вентилируемом месте. При неправильном обращении с аккумулятором или его повреждении и повреждении корпуса люди могут соприкоснуться с химическим составом аккумулятора, что может быть опасным, или аккумулятор может вступить в реакцию и вызвать пожар.Во избежание таких травм или риска возгорания не открывайте, не разбирайте, не протыкайте, не раздавливайте, не сгибайте и не деформируйте, не измельчайте, не подвергайте сильному давлению, не нагревайте, не используйте микроволновую печь и не сжигайте продукт.

Содержимое разомкнутой батареи может вызвать раздражение дыхательных путей / кожи / глаз / внутренних органов. Если кто-то вступил в контакт с химическими веществами из аккумулятора, следуйте этим инструкциям:

Вдыхание: Переместитесь в место, где есть свежий воздух. Если вы плохо себя чувствуете, обратитесь за медицинской помощью.

Контакт с кожей: Снимите загрязненную одежду и промойте кожу большим количеством воды в течение нескольких минут.В случае химического ожога или раздражения обратиться к врачу.

Попадание в глаза: Осторожно промыть глаза большим количеством воды в течение нескольких минут. Снимите контактные линзы, если они есть, и это легко сделать. Продолжайте полоскание и обратитесь за медицинской помощью.

Проглатывание: Не прикасаться пальцами ко рту. В случае проглатывания выпейте несколько унций воды. Не вызывает рвоту. Позвоните в токсикологический центр или обратитесь за медицинской помощью.

В случае пожара вода охладит изделие и другие изделия в зоне действия, чтобы предотвратить распространение огня.Для тушения пожара, связанного с продуктом, подходящие средства пожаротушения включают пену, сухой порошок, CO2 или сухой песок. Если задействовано небольшое количество продуктов, обычно эффективно потушить огонь большим количеством сухого песка. Пожарные должны носить огнестойкие средства защиты и соответствующие дыхательные аппараты.

Всегда следуйте предупреждениям в руководстве и не пытайтесь ремонтировать продукт самостоятельно. Не допускайте контакта продукта с водой.Держите продукт подальше от открытого огня или высоких температур. Не подвергайте изделие механическим ударам. Не вскрывайте аккумулятор.

Не сжигать и не сжигать. Утилизация или переработка литий-ионных аккумуляторов должна производиться в соответствии с применимыми региональными, национальными, государственными и местными законами и постановлениями. Oculus рекомендует экологически безопасную переработку этого продукта.

Этот продукт был протестирован и соответствует требованиям Руководства ООН по испытаниям и критериям, раздел 38.3, в соответствии с процедурами испытаний в подразделе 38.3.4:

4,2 T2

Процедура испытания	Цель
38.3.4.1 T1	Моделирование высоты
Термический тест
38.3.4.3 T3	Вибрация
38.3.4.4 T4	9000 908 0 38000 Удар.3.4.5 T5	Внешнее короткое замыкание
38.3.4.6 T6	Удар / раздавливание
38.3.4.7 T7	38.3.4.7	.4.8 T8	Принудительный разряд

Литий-ионные батареи, перевозимые воздушным транспортом, должны транспортироваться в соответствии с правилами Международной организации гражданской авиации (ИКАО) и Международной ассоциации воздушного транспорта (ИАТА).Раздел 3.9 Правил перевозки опасных грузов ИАТА определяет литиевые батареи как класс 9 — прочие опасные грузы. Поскольку литий-ионный аккумулятор транспортируется внутри оборудования (гарнитуры Oculus Quest), ему присваивается классификация UN3481. Батареи дополнительно классифицируются на основе энергоемкости элемента и аккумулятора, которые одинаковы, потому что это одноячеечные батареи.

Емкость аккумулятора составляет 14 ватт-часов, и, поскольку это меньше порогового значения в 20 ватт-часов для элемента и 100 ватт-часов для аккумулятора, он соответствует требованиям к типу и размеру аккумулятора для транспортировки в соответствии с следующая инструкция по упаковке:

PI 967 Раздел II (ООН 3481, литий-ионные батареи, содержащиеся в оборудовании)

Этот продукт также соответствует требованиям к типу и размеру аккумулятора Специального положения 188 Международного кодекса морской перевозки опасных грузов (IMDG) для перевозки море.

Любое требование предоставить паспорт безопасности (SDS), а не лист с информацией о продукте, определяется на основе классификаций в Согласованной на глобальном уровне системе классификации и маркировки химических веществ (GHS) ООН. СГС специально применяется к чистым веществам, их растворам и смесям, и поэтому не распространяется на промышленные изделия, такие как литий-ионный аккумулятор в гарнитуре Oculus Quest. Стандарт OSHA по информированию об опасностях и Европейский регламент по классификации и маркировке (EC) No.1272/2008 явно исключает «статьи» из сферы их действия, поскольку они согласованы с GHS. Батарея Oculus Quest соответствует определению «предмета», потому что она имеет особый дизайн и форму, которые позволяют ей функционировать в продукте, и при нормальных условиях использования не выделяет более чем незначительное количество опасных химикатов и не вызывает физических повреждений. опасность или риск для здоровья.

Этот документ был выпущен 14 октября 2020 г.

© 2020 Facebook Technologies, LLC. Информация, содержащаяся в данном документе, может быть изменена без предварительного уведомления.Единственные гарантии для продуктов и услуг Oculus изложены в явных гарантийных обязательствах, прилагаемых к таким продуктам и услугам. Ничто в данном документе не должно толковаться как дополнительная гарантия. Oculus не несет ответственности за технические или редакторские ошибки или упущения, содержащиеся в данном документе.

Внутри секретной лаборатории батарей QuantumScape и ее прорыв в 20 миллиардов долларов

Керамический сепаратор QuantumScape.

Фотограф: Келси Макклеллан для Bloomberg Green

Компания QuantumScape сообщает, что ее технология готова к переносу из лаборатории в представительства VW.Но этот скрытный стартап хорошо знаком с неудачами.

Акшат Рати
От Bloomberg Green и Hyperdrive

14 апреля 2021 г.

Будущее аккумуляторов, к которому десятилетиями стремились ученые, стартапы и корпоративные армии НИОКР, — вполне возможно, — очень узкое лист керамического материала, достаточно гибкий, чтобы его можно было согнуть двумя пальцами. Но никому, кроме стартапа Кремниевой долины, не разрешается знать, из чего он сделан.Даже цвет этого искусственного вещества держится в секрете, поэтому, конечно, он никогда не подвергался независимому анализу.

И этот материал батареи уже сделал Джагдипа Сингха миллиардером, задолго до того, как он стал одним из электромобилей. Его компания QuantumScape Corp. вышла из скрытого режима в конце прошлого года для публичного листинга акций, подкрепленного многообещающими данными, но отсутствием коммерческого продукта и нулевой выручкой. В кратчайшие сроки компания ненадолго превзошла оценку Ford Motor Co., которая продала более полумиллиона легковых и грузовых автомобилей в США в последнем квартале 2020 года.

Скачок по аккумуляторным батареям, о котором заявляет Сингх и его команда, обещает расширить ассортимент электромобилей на целых 50% по сравнению с сегодняшними литиевыми автомобилями. ионная технология, сокращая время зарядки при длительной поездке до 15 минут. Инвесторы, охваченные манией Уолл-стрит по приобретению компаний специального назначения, или SPAC, по-видимому, особенно ценят стартапы, связанные с батареями, без прибыли. Стоимость претензий QuantumScape сейчас составляет около 20 миллиардов долларов.Чтобы понять почему, нужно посмотреть на состав самой батареи. История QuantumScape — это история, в которой сотни инженеров и ученых провели круглосуточные лабораторные смены, переосмысливая каждый атом в современной литий-ионной батарее. Ничего конкретного до недавнего времени не показывал публике. Или даже сказать, кто что сделал.

А, вроде, что вообще батарея?

«Я не хочу называть вас имен, — говорит Сингх, соучредитель, который работает главным исполнительным директором, — потому что я не хочу рисковать, чтобы другие люди переманивали их.Компания даже потребовала использовать фильтр с изменением цвета, прежде чем фотограф сможет делать снимки, чтобы истинный оттенок материала не давал намеков.

Секретность — стандарт при разработке батарей. Причина в том, что QuantumScape далеко не одинок в своем стремлении: такие стартапы, как Solid Power, ProLogium Technology и Ilika, а также крупные компании, такие как Toyota Motor и Samsung Electronics, стремятся получить большой и трудный приз в виде накопителей энергии следующего поколения.

Учтите, что литий-ионные батареи с небольшими обновлениями захватили мир с момента их первого коммерческого использования в 1991 году, питая все, от потребительских устройств до электрических сетей.Поскольку только за последние 10 лет затраты упали более чем на 90%, производительность батареи с каждым годом улучшается лишь незначительно. Этот дополнительный выигрыш стал результатом постепенного уменьшения количества материалов, необходимых для хранения того же количества энергии, или небольшого изменения химического состава.

QuantumScape утверждает, что полностью заменил два из четырех основных материалов в литий-ионных батареях. «Невозможно представить себе еще несколько десятилетий с этой химией», — говорит Сингх, который стремится радикально модернизировать электромобили и расширить возможности использования аккумуляторов в других технологиях, таких как летающие такси.

Возможно, самым большим препятствием на пути к тому, чтобы заглянуть в будущее аккумуляторов, помимо всей секретности, является то, что немногие из нас знают много, если вообще что-нибудь, о том, как развивались аккумуляторы. Нажмите на педаль акселератора внутри электромобиля, и то, что происходит снаружи, в значительной степени то же самое, что и раньше. Машина уезжает, минус врум. Что происходит внутри? Это то, что средний фанат Tesla может с трудом описать. Что странно, поскольку миллиарды взрослых носят с собой одну и ту же литий-ионную технологию весь день и спят рядом с ней каждую ночь.

Микроскоп для компонентного анализа.

Фотограф: Келси Макклеллан для Bloomberg Green

Невидимая внутренняя жизнь батареи заключается в том, что триллионы заряженных атомов лития проносятся между двумя электродами — катодом и анодом — в жидком электролите, который делает возможным быстрое движение. Поставьте электромобиль или смартфон на зарядку, и то же самое произойдет в обратном порядке. И точно так же, как шины изнашиваются при использовании, батарея страдает от разрушения с каждым возвратно-поступательным движением большого куска составляющих ее атомов.

Прорыв, обещанный QuantumScape, подтверждается лишь ограниченными предварительными данными, опубликованными с декабря. В значительной степени это было достигнуто за счет замены жидкого электролита чем-то твердым — долгожданное достижение, получившее новое название: твердотельная батарея. Но есть ошеломляющий риск, если поверить в чье-то невидимое изобретение. Немногие производители аккумуляторов подвергают свои технологии независимой проверке, поэтому сравнения практически невозможны.Легко найти предостерегающие истории о чрезмерно разрекламированных достижениях в области аккумуляторов. Британскому производителю бытовой техники Dyson Ltd. пришлось отказаться от сделки по приобретению стартапа Sakti3 Inc. за $ 90 млн, обещавшего выпуск твердотельной батареи. Предполагается, что компания Pellion Technologies Inc. создала литиевую батарею следующего поколения только для того, чтобы инвесторы отключили ее, как только стоимость производства взлетела до сотен миллионов долларов.

Изучите динамические обновления ключевых данных на Земле

Крупнейшим акционером QuantumScape является Volkswagen AG, а это значит, что крупнейший в мире автопроизводитель выстраивается в очередь, чтобы стать его первым клиентом.В марте на ярком PR-мероприятии, получившем название «День силы», руководители VW изложили план по электрификации почти всего своего автопарка. Преобразование, вероятно, обойдется в сотни миллиардов долларов. Из-за этой новости цена акций VW на той неделе выросла на 23%; Акции QuantumScape также выросли. «Твердотельные батареи — это« конечная цель для литий-ионных аккумуляторных элементов », — сказал руководитель отдела аккумуляторных батарей VW Фрэнк Блум.

Революция батарей не могла произойти в лучшее время. Правительства ужесточают правила по сокращению выбросов, и каждый автопроизводитель спешит предлагать электрические модели.«Очень редко можно взять одну из крупнейших отраслей и буквально выкинуть из нее самое сердце», — говорит Сингх. «Вот что мы делаем».

Но продвижение полупроводниковых устройств не поможет сократить выбросы, если они не выходят на массовый рынок. И это представляет собой вторую огромную пропасть инноваций, которую QuantumScape и ее инвесторам придется преодолеть. Не только тайное создание нового материала для аккумуляторов, но и совершенствование производства в промышленных масштабах, которое может поставлять сотни тысяч автомобилей всего за несколько лет.Неудача на любом этапе означала бы изобретение еще одной вышедшей из строя батареи.

«Пять лет назад, учитывая количество проблем, связанных с твердотельными батареями, был скептицизм, смогут ли они когда-нибудь работать», — говорит Джеймс Фрит, глава отдела хранения энергии BloombergNEF. «Это уже не так».

На фундаментальные инновации в аккумуляторных батареях уходит не одно поколение, а процесс, разработанный командой Сингха, обещает сэкономить как минимум несколько лет, а возможно, и намного больше. Миру потребуется больше достижений для решения проблемы климата, а это означает, что многим технологиям придется как можно быстрее пройти путь от лаборатории до рынка.Вот почему попытка QuantumScape заново изобрести батарею может дать реальные уроки, даже если есть опасность, что ее технология не сработает.

К сожалению, ваш браузер не поддерживает встроенные видео.

Как батареи не менялись за 200 лет

Источник: Bloomberg

Сингх — стройный бывший марафонец, который носит тюрбан как практикующий сикх. Он родился в Нью-Дели и приехал в США, когда его отец работал статистиком во Всемирной организации здравоохранения. Он поступил в колледж в 15 лет, изучал информатику в Университете Мэриленда и начал работать в подразделении передачи данных Hewlett-Packard к 19 годам.Шесть лет спустя он основал свою первую компанию.

Его одержимость батареями началась за рулем Tesla Roadster. Это было в 2009 году, вскоре после дебюта первого автомобиля, проданного будущим миллиардером Илоном Маском, работающим от аккумуляторов. Количество подключаемых к сети автомобилей по всему миру по-прежнему исчислялось тысячами, и единственный способ достичь дальности пробега около 200 миль с помощью новейших технологий — это потратить на автомобиль более 100 000 долларов. «Я все думал, что это может быть будущее автомобильной промышленности», — говорит 53-летний Сингх, вспоминая свои поездки по Северной Калифорнии.«Но кто-то должен создать лучшую батарею».

В то время Сингх был серийным основателем, который возглавил свой четвертый стартап Infinera Corp., производителя оборудования, используемого для оптической передачи данных, через успешное первичное публичное размещение акций. Он решил уйти в отставку и взять на себя роль «постоянного предпринимателя» в венчурном фонде, которым управляет инвестор Винод Хосла, легендарный деятель Кремниевой долины.

Чтобы лучше освоить аккумуляторы, Сингх начал посещать лекции в Стэнфорде.Именно там в 2009 году он познакомился с физиком Фридрихом Принцем, исследовательская группа которого занимается вопросами энергетики в атомном масштабе. Принц и аспирант по имени Тим Холм работали над полностью электронной батареей, что считалось идеей, намного опередившей свое время. С тех пор, как они были впервые изобретены в 1799 году, батареи оставались химическими устройствами, которые перемещают заряженные частицы, известные как ионы, взад и вперед как средство перемещения безмассовых электронов наружу к устройствам питания. Стэнфордский дуэт хотел покончить с громоздкими ионами, что теоретически могло позволить хранить больше энергии в меньшем пространстве.Идея была настолько привлекательной, что правительство США выделило лаборатории 1,5 миллиона долларов в рамках исследовательской программы, которую Холм называет «высокорисковой и высокооплачиваемой». Деньги поступили из пакета стимулов времен Обамы, принятого в разгар финансового кризиса. Tesla Inc., которая тогда изо всех сил пыталась представить свой немного менее дорогой седан Model S, получила бы гораздо больший ссуду из-за того же стимула.

Фотограф: Келси Макклеллан для Bloomberg Green

Материал, который должен был лежать в основе полностью электронной батареи, представлял собой тип квантовой точки с отличительными электрическими свойствами, возникающими в результате странностей атомного масштаба.Материал послужил источником вдохновения для названия компании, которую Holme and Singh основали в 2010 году, когда Принц присоединился к совету директоров. QuantumScape родился благодаря ранним инвестициям звездной группы, в которую входили Билл Гейтс, Khosla Ventures и Kleiner Perkins.

Стартап вложил небольшую часть первоначальных инвестиций в трехлетнюю аренду офисных помещений на Северной Первой улице в Сан-Хосе. «Что, если мы выйдем из бизнеса менее чем через три года?» Сингх помнит, как думал. Это не было беспричинным беспокойством.В течение следующих нескольких лет его запуск по производству аккумуляторов терпел неудачу за неудачей.

Чтобы понять траекторию QuantumScape, мы должны открыть черный ящик, который представляет собой батарею.

Содержимое можно разделить на четыре компонента: анод, катод, сепаратор (для предотвращения соприкосновения анода и катода, что вызывает опасное короткое замыкание) и жидкий электролит (через который протекают ионы). Эта стандартная конфигурация не менялась более двух столетий; химический состав литий-ионных технологий не изменился и за три десятилетия работы.Катод обычно содержит кобальт. Анод почти всегда изготавливается из графита, разновидности углерода. Жидкий электролит часто представляет собой соль лития в химическом веществе на основе углерода. Сепаратор представляет собой тонкий лист пористого пластика. «Химический состав батарей не меняется очень быстро, — говорит Сингх.

Когда QuantumScape начал работать над полностью электронным аккумулятором, он создавался как бы с нуля. Что произойдет, если инженеры заменит все четыре основных ингредиента? Это было великое обещание квантовых точек, которое убедило всех, от федеральных бюрократов до соучредителя Microsoft Corp.вложить миллионы долларов в стартап — и в первую очередь теорию, которая привела Сингха в Стэнфорд.

Аккумулятор QuantumScape в чехле.

Фотограф: Келси Макклеллан для Bloomberg Green

Но большая идея не сработала, и QuantumScape отказалась от квантовых точек в течение года. Сингх и Холм рано поняли, что пытаться заново изобрести батарею было слишком сложно. «Наша миссия по созданию компании не была основана на конкретной технологии», — говорит Сингх. Он настаивает на том, чтобы создать более плотную, безопасную и быстро заряжающуюся батарею, независимо от того, из чего она сделана.

Поскольку первая неудача произошла так быстро, денег осталось много. На тот момент в компании было около 30 сотрудников, и основатели сделали то, что любой в Кремниевой долине сделал бы перед лицом неудачной технологии: провели неловкую встречу с людьми, работающими с деньгами, а затем переключились на что-то другое. Была менее радикальная, но все же довольно сложная идея, которую они хотели реализовать.

«Мы сказали нашим инвесторам:« Послушайте, ребята, мы не знаем, может ли этот подход быть успешным. Но что мы действительно знаем, так это то, что в случае успеха он может изменить мир », — говорит Сингх.«К счастью, основные инвесторы были достаточно дальновидными».

К этому времени, в 2012 году, отсутствие каких-либо ощутимых успехов, помимо успокоения инвесторов, привело к странным последствиям — привлечению еще более крупных инвесторов. Принц обратил внимание на QuantumScape руководителей Volkswagen, с которыми у него были отношения. VW еще не был вовлечен в скандал с Dieselgate 2015 года, когда компания призналась в установке программного обеспечения, которое позволяло обмануть ее при лабораторных испытаниях на выбросы. Последствия этого привели к финансовым штрафам на сумму более 30 миллиардов долларов и в конечном итоге вынудят немецкого автопроизводителя ускорить переход на электромобили — настолько быстро, что к следующему году VW собирается продать больше электромобилей, чем Tesla.

Однако десять лет назад VW не предлагал полностью электрический автомобиль. Это было в то время, когда Tesla выглядела так, будто это могло быть больше, чем раздражение, возможно, оправдывая небольшую ставку на будущее с батарейным питанием. VW в конечном итоге инвестирует 300 миллионов долларов в QuantumScape.

В лаборатории материалов компании.

Фотограф: Келси Макклеллан для Bloomberg Green

Следующая идея батареи от команды Сингха была вдохновлена ​​прошлым. Самая первая литий-ионная батарея была изобретена в 1970-х годах исследователями Exxon Corp., из всех мест. Это была эпоха нефтяного эмбарго ОПЕК, когда даже одна из крупнейших нефтяных компаний сомневалась в будущем бензина. В оригинальном прототипе Exxon на аноде был металлический литий. В батарее, которая зависит от движения заряженных частиц лития, нет более энергоемкого анода, чем чистый металлический литий.

Но возникла неразрешимая проблема, связанная с полностью литиевой конструкцией. Взгляните на батарею через электронный микроскоп, исследуя материалы на атомном уровне. Полностью литиевый анод, вероятно, будет покрыт структурами, похожими на волосы, которые называются дендритами, — проклятие инженеров по батареям.Такие наноструктуры способны пробить тонкий пластиковый разделитель батареи и достичь катода, вызывая короткое замыкание и возгорание. Поскольку батареи представляют собой плотно упакованные энергетические материалы, тушение возгорания батареи требует гораздо больше воды и осторожности, чем сопоставимая ситуация с двигателем внутреннего сгорания. Это одна из причин, по которой Exxon отказалась от исследований в области аккумуляторов и остановилась на бурении нефтяных и газовых скважин.

Исследователи 80-х годов обнаружили, что графит стал более стабильным анодом, и он стал основой литий-ионных батарей, которые начали появляться в потребительских товарах, таких как громоздкие видеокамеры.Тем не менее, мечта победить дендриты и вернуться к металлическому литию не умерла в академических лабораториях. К тому времени, когда QuantumScape начал рассматривать возможность переключения, у ученых появилась идея, которая могла бы стать решением проблемы. Это привело к следующему важному вопросу: можно ли заменить жидкий электролит чем-то твердым, не оказывая отрицательного воздействия на характеристики батареи?

Каждая компания, производящая батареи нового типа, в действительности ориентируется на новые материалы. Не найдя новых материалов, невозможно было изготовить батарею, которую хотел Сингх.Провал первого года обидел, но не стал неожиданностью. Поиск материалов, которые могут работать в экстремальных условиях, — действительно сложная проблема.

Когда QuantumScape приступила к поискам твердого электролита, Сингх и Холм вернулись к чертежной доске. Команда перечислила свойства, которые должен иметь материал: 1) сопротивляться дендритам и 2) позволять ионам лития свободно течь. «Мы не знали, существует ли в природе материал, который мог бы удовлетворить требованиям», — говорит Сингх. «Тем более, что мы сможем его найти.”

Для решения такой задачи у ученых есть одно главное оружие: грубая сила. Проведите как можно больше экспериментов, учитесь на каждой итерации и настраивайте тесты, чтобы проводить еще больше экспериментов. Просто, но дорого и медленно. К счастью, у QuantumScape был избыток денег. Так началось строительство того, что Сингх называет одной из лучших лабораторий материалов для любого стартапа, оснащенной компьютерами, способными обрабатывать огромные объемы данных. Для фаната аккумуляторов лаборатория QuantumScape станет желанным местом работы независимо от того, какой тип аккумулятора вы хотите исследовать.Сингх хвастается, что его набор научных инструментов может превзойти только то, что предлагается в ведущих университетах мира.

Защитное снаряжение имеет решающее значение в лаборатории.

Фотограф: Келси Макклеллан для Bloomberg Green

Чтобы сократить время, необходимое для достижения прорыва, если не затраты, компания превратила научную работу в круглосуточную операцию. Эта практика продолжается и сегодня, спустя почти 10 лет, и в ней работает 300 сотрудников. Процесс создания нового материала начинается с создания виртуальных прототипов внутри суперкомпьютеров и проверки их теоретических возможностей в грубом приближении.Это похоже на версию репликатора из «Звездного пути», способную создавать любой материал из огромной базы данных — только в цифровом виде. Такое теоретизирование, подкрепленное мощными вычислениями, ускорило инновации в физических науках.

Компьютерное исследование сузило список материалов, которые QuantumScape фактически должен был производить, хотя круглосуточные лабораторные группы по-прежнему производили множество десятков различных материалов. Сингх не стал бы приводить примеры, но портфель патентов компании завален экзотическими веществами, такими как оксид лития, лантана, циркония.

С 2010 по 2015 год, по словам Холма, компания провела «миллионы испытаний» этих материалов. Ни один не работал. Волосы нанометрового размера преследовали каждого. «После того, как вы увидите, что каждый вкус материала, который вы пробовали, по-прежнему образуют дендриты, это как бы влияет на вас», — говорит Сингх. «Честно говоря, было время, когда я впадал в депрессию. Я подумал: «Дендриты могут быть лишь одной из тех проблем, которые вы не можете решить» ».

В конце концов лаборатории повезло. Он обнаружил не один, а два материала, которые казались устойчивыми к дендритам.Две команды ускорили работу над соответствующими материалами, и последовало дружеское соревнование по тестированию и доработке. К 2015 году QuantumScape определился с победителем.

Сингх не будет вдаваться в подробности о материале, кроме как сказал, что это устойчивая к дендритам керамика, которая пропускает ионы лития, «как шоссе». Он также хочет показать, что на катоде осталась жидкость, а это означает, что его прототип на самом деле больше похож на полутвердотельную батарею. Полный отказ от жидкости, если это возможно, был бы целью будущей итерации, которая могла бы еще больше увеличить емкость хранилища.

Найти материал — это только половина дела. QuantumScape потратил следующие пять лет, с 2015 по 2020 год, пытаясь его усовершенствовать. «Это может показаться долгим сроком, — говорит Венкат Вишванатан, доцент кафедры машиностроения в Университете Карнеги-Меллона, который выступает в качестве консультанта, — но это сколько времени нужно, чтобы решить проблему« и »».

Твердый электролит, который QuantumScape обнаружил, должен удовлетворять нескольким критериям «и»: он должен был позволить ионам лития течь и останавливать дендриты; он также должен был быть достаточно гибким, чтобы его нельзя было сломать внутри батареи и чтобы его было легко производить в больших масштабах.Сингх говорит об этом по-другому: «Вы не можете испытать крыло самолета на то напряжение, которое оно будет испытывать в реальных условиях полета. Вам придется испытать его в гораздо более тяжелых условиях ». Если вы хотите, чтобы аккумулятор электромобиля был заряжен за 15 минут, лучше иметь запас материала, чтобы выдержать даже более быструю зарядку без сбоев.

Поскольку научные препятствия потенциально устранены, все еще нет доказательств того, что QuantumScape решила задачу производства нового типа материала в масштабах, требуемых Volkswagen — компанией, которая продала более 6 миллионов автомобилей в 2019 году — при сохранении всех этих дополнительных качества.QuantumScape заявляет, что до того, как использовать батарею в тестовых автомобилях, осталось почти три года. Не ожидайте увидеть его в местном представительстве VW до 2026 года, если все пойдет хорошо.

Даже на производстве QuantumScape решает задачу, на которую решились немногие. Ни один американский стартап за последнее десятилетие не построил свой собственный гигантский завод — термин, популяризированный Маском для завода, производящего батареи на гигаватт-час в год, которых по крайней мере достаточно для 200000 автомобилей. Все существующие крупные аккумуляторные заводы в США.S. либо принадлежат азиатским компаниям, таким как LG Chem Ltd. или SK Innovation Co., либо были построены в партнерстве с этими заграничными гигантами, такими как оригинальный гигантский завод Tesla-Panasonic за пределами Рино, штат Невада. Фрит говорит, что сможет собрать миллиарды долларов, необходимые для строительства гигафабрик, и вместо этого лицензировать технологию существующим производителям.

Но это не конечная цель для QuantumScape сейчас, когда он сидит почти на 1,5 миллиарда долларов после того, как в марте собрал 450 миллионов долларов.К 2023 году компания планирует построить пилотный завод в Сан-Хосе, где будут изготавливаться испытательные ячейки для других автопроизводителей. На предприятии будут также разрабатываться приложения, отражающие то, что Сингх описывает как растущий интерес со стороны компаний, производящих бытовую электронику, и зарождающейся индустрии летающих автомобилей. К 2024 году компания планирует построить крупный завод в неопределенном месте в качестве совместного предприятия с Volkswagen, чтобы начать поставки аккумуляторов некоторым брендам VW, включая Audi и Porsche.

«Это то, что одна компания может сделать с большими деньгами», — говорит Фрит.«Когда деньги текут через отрасль, представьте, чего смогут достичь все другие компании, будь то стартапы или гиганты».

Эта конкуренция начинает расти. В марте General Motors Co. объявила о сотрудничестве с корпорацией SolidEnergy Systems Corp. из Массачусетса над созданием твердотельной батареи. В том же месяце европейский производитель аккумуляторов Northvolt AB приобрел калифорнийский стартап Cuberg Inc. Ранее Ford и BMW AG инвестировали в стартап Solid Power Inc. из Колорадо.Daimler AG работает с Blue Solutions SA над твердотельными технологиями.

И некоторые из этих конкурентов производят батареи следующего поколения, не сталкиваясь с проблемой, которую QuantumScape ставит перед собой. Cuberg, например, построил литий-металлическую батарею, которая, возможно, решила проблему дендритов для своего жидкого электролита.

Есть также давление со стороны того, что она является крупнейшей публичной американской компанией по производству аккумуляторов.