Карбоновые (углеродные) аккумуляторные батареи

При анализе свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, активно используемых промышленном производстве и в транспортной технике, можно выделить необслуживаемые модели. В отличие от традиционных АКБ, они отличаются высокой степенью герметизации, что с одной стороны исключает риск утечки электролита, а с другой, облегчает эксплуатацию, поскольку не требует за собой абсолютно никакого специализированного ухода. По технологии конструкционного исполнения такие батареи делятся на две большие категории, что следует учитывать при выборе подходящего варианта:

• GEL-технология («Gelled Electrolite»);
• AGM-технология («Absorption Glass Matt»).

Примечательно, что в обоих случаях такие приборы могут свободно функционировать как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, что позволяет активно использовать их для самых разных целей и задач. Более того какие батареи можно свободно размещать рядом с другим производственно-техническим оборудованием, не требуя при этом принудительной вентиляции или же отдельного аккумуляторного помещения.

Инновационные технологии изготовления аккумуляторов

Несмотря на то, что аккумуляторные батареи активно используются в самых разных областях человеческой деятельности уже на протяжении нескольких десятилетий, ученые и конструкторы продолжают работать над их усовершенствованием. Если говорить о традиционных кислотных батареях, то их слабым местом является процесс сульфитации свинцовых пластин. Это неизбежно приводит ухудшению способности держать заряд и, как следствие, полному износу АКБ с необходимостью в его замене, поскольку восстановлению он не подлежит.

Как известно, отрицательный электрод любой батареи состоит из свинца губчатого типа, поэтому при разряде на его поверхности образуется сульфат. При заряде батареи он переходит в исходное положение, что неизбежно провоцирует разложение электролита на воду и газы, в результате чего происходит так называемый процесс выкипания. Особенно часто он возникает по время зарядки аккумуляторной батареи высокими токами. В будущем сульфат свинца кристаллизуется, что с одной стороны снижает скорость заряда, заряда, а с другой, ухудшает его качество.

С целью предотвращения данных явлений учеными были предложены разные способы подавление процесса сульфитации пластин свинцовых АКБ, причем некоторые из них подразумевали использование углерода, способного замедлить этот процесс. К примеру, некоторые ученые из Великобритании предложили защищать решетки со свинцовой основой от процессов сульфатации и коррозии за счет применения особой смеси с графитом, каучуком и сурьмой.

Для использования данной технологии аккумуляторы погружались в смесь вышеизложенных материалов, что позволяло зафиксировать на решетках состав из графита, каучука и сурьмы, защитив тем самым свинец от коррозии. Вместе с тем, у данного способа были и существенные минусы, главным из которых было то, что покрытие практически всегда оказывалось очень толстым. С течением времени поверхность покрывалась трещинами и начинала отшелушиваться, в конце концов, полностью выпадая в осадок. Как результат, срок службы батареи из-за данных негативных процессов качественным образом не мог быть значительно увеличен.

Чтобы решить данную проблему японскими инженерами была предложен способ, предусматривающий добавление в состав отрицательного электрода из углеродного компонента. Благодаря этому удалось добиться хорошей восстанавливаемости после глубокого разряда и качественно улучшить проводящую сеть. Более того, такой метод также способствовал снижению внутреннего сопротивления, а также значительно увеличивал плотность электроэнергии.

Примечательно, что в природе углерод является достаточно распространенным материалом, причем его свободно получают при разложении углеводородного сырья, а именно, ацетилена, природного газа, нефти и каменноугольной смолы. Помимо этого, углерод содержится в саже (аморфный тип углеродных составов), а также в графите (непористая высококристалическая форма углеродного сырья). Между прочим, даже в обычном каменном угле доля углерода достигает 80%, так что проблем с сырьем обычно не возникает.

Спустя несколько лет конструкторам удалось усовершенствовать данную технологию, использовав в положительных электродах добавки из углеродных компонентов. Это качественным образом снизило скорость сульфатации свинцовых пластин за счет обеспечения высокой пористости, что успешно решило проблему активного разрушения металла. Вместе с тем, при такой технологии не удалось полностью избежать процесса сульфатации отрицательного и положительного электрода, хотя скорость зарядки АКБ удалось удержать на высоком уровне.

Новая технология позволила приблизить качество исполнения свинцово-кислотных аккумуляторов к литий-ионными моделям, причем значительно превосходя их в безопасности.

Какие факторы влияют на срок службы аккумуляторной батареи?

К числу определяющих факторов, влияющих на срок службы свинцово батареи можно отнести коррозионные процессы, возникающие на положительном электроде. С течением времени это вызывает его растрескивание и даже излом, что приводит к полному выходу батареи из строя. Более того, на поздних стадиях этого процесса существует риск короткого замыкания решетки, что может вызвать разрыв корпуса АКБ.

Практика доказала, что покрытие из углерода способно качественным образом усилить сопротивляемость электродов к процессам коррозии. Это обеспечивается за счет снижения контакта между металлом электрода и раствором электролита. Как можно отметить, добавление углеродных компонентов позволило качественно улучшить характеристики и свойства аккумуляторных батарей. Из главных достоинств таких устройств можно выделить следующие:

• увеличенный срок службы устройства при работе в буферном режиме;
• улучшенные характеристики циклического использования;
• снижение уровня тепловыделения по время заряда;
• хорошая устойчивость к саморазряду;
• отсутствие потребности в принудительном охлаждении.

В целом свинцово-углеродные АКБ с добавлением углеродов можно свободно использовать вместо традиционных батарей. При этом практически во всех случаях риск возникновения сульфатации уменьшается до 70%, благодаря чему срок службы прибора значительно увеличивается. Единственное, к числу минусов можно отнести ускоренное падение напряжения при разряде, которое особенно часто происходит при высоких нагрузках. По этой причине батареи такого типа обычно не используются в качестве стартерных для мото- и авто транспорта.

Выводы

В целом карбоновые батареи сумели положительно себя зарекомендовать, чем и обуславливается высокий спрос на такие АКБ во всем мире. Сегодня их активно используют даже на мобильном электротранспорте, включая гольф-кары, инвалидные коляски, электросамокаты, погрузчики и так далее. Помимо этого, батареи такого класса также допускается применять для системы охранной и противопожарной безопасности, комплексов связи и телекоммуникации.

Источник: https://wybor-battery.com/