Пользуясь аккумуляторным инструментом – шуруповёртами, шлифмашинками и другими подобными устройствами, большинство из нас мало задумывается о процессах, текущих внутри этих сменных источниках постоянного тока. А их природа весьма занимательна. Общие знания о ней помогут вам понять то, почему батарея со временем перестаёт заряжаться или требует слишком частого пополнения, где и при каких условиях она лучше работает. В этой статье мы расскажем вам об этом.

Что такое аккумулятор и его основные характеристики

Аккумулятором называют такой источник постоянного тока, в котором электрическая энергия преобразуется в химическую – этот процесс называется зарядом, а химическая может стать источником электрической, что, соответственно, называется разрядом.

Любой аккумулятор состоит из трёх основных элементов:

1. Катода – химического вещества с преобладанием отрицательного заряда кристаллической решётки.


2. Анода – вещества с преобладанием положительного заряда.


3. Электролита – токопроводящего вещества, через который может происходить обмен ионами (заряженными частицами) между анодом и катодом.

У аккумулятора оба электрода имеют высокую химическую активность, что и отличает его от батарейки, анодом которой является угольный стержень – это вещество хоть и обладает электрической проводимостью, но является химически нейтральным.

В качестве электролита используется или кислота, или щёлочи. Вода может быть им лишь в том случае, если в ней растворены соли, в результате чего она превращается в раствор со слабой щелочной реакцией. Это свойство используется, например, при работе различных морских устройств – навигационных буёв, электрических торпед и других. Электролит может быть как свободной жидкостью, что значительно упрощает конструкцию аккумулятора, но осложняет пользование им (перевернул – вытекло), так и связанной. В последнем случае используются различные пористые вещества, стойкие к воздействию щёлочи или кислоты, которые их пропитывают. А также гели – аккумуляторы этого типа в последнее время всё чаще устанавливают на автомобили.

Основные характеристики аккумуляторов

Наиболее доступны для понимания неквалифицированным пользователем два параметра:

1. Напряжение.


2. Ёмкость.

Самым распространёнными номиналами напряжения являются 12 и 24 вольта. Кроме этого, встречаются аккумуляторы на 9.6, 10.8, 14.4, 18 и 36 вольт. Первые чаще всего используются для питания электрооборудования автомобилей. Вторые – в ручном электрифицированном инструменте. Напряжение зависит от следующих факторов:

• Расстояния между электродами, которое формирует так называемую разницу потенциалов.


• Электрической проницаемостью электролита. Её так же называют «плотностью», она зависит от степени разбавления кислоты или щёлочи водой.

Электрическая емкость напрямую зависит от площади электродов. Однако бесконечное её увеличение невозможно из-за резкого повышения электрического сопротивления, которое снижает возможность аккумулятора отдавать электрическую энергию. Поэтому несколько низковольтных источников постоянного тока – их называют «банки» – соединяют в батарею.

Если это соединение последовательное (минус к плюсу), то растет суммарное напряжение батареи. Например, в стандартном автомобильном аккумуляторе 12 вольт четыре последовательно соединенные банки по 3.5 вольта в каждой. Если вы возьмете два таких аккумулятора емкостью 55 А*час – эта величина обозначает, что если через цепь течет ток величиной 55 ампер, то полный разряд настанет через 1 час – и соедините их параллельно (минус к минусу), то получите те же 12 вольт, но ёмкость 110 А*час.

Остальные характеристики на их корпусах не указываются, но и они представляют для пользователя интерес. Таковой является, например, количество циклов заряда-разряда. Оно определяет срок их службы, в течение которого электроды полностью разрушаются или теряют свои свойства. У свинцово-кислотных аккумуляторных батарей этот параметр находится в пределах от 250 до 400 циклов. А у никель-кадмиевых он в среднем равен тысяче.

Способность держать заряд зависит от плотности электролита. Она может увеличиться, когда температура окружающей среды падает и вода замерзает. В этом случае электрохимический процесс между анодом и катодом резко активируется, что приводит к увеличению тока саморазряда, батарея «садится». В жару кислота может выкипеть быстрее воды, что снижает плотность электролита и прекращает процесс обмена ионами между электродами. Результат аналогичен первому случаю. Поэтому при работе в мороз запасной аккумулятор лучше держать за пазухой, а летом беречь его от прямых солнечных лучей.

Типы аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы в ручном электрифицированном инструменте не применяются из-за их большого веса и опасности пользования из-за пролива агрессивной жидкости.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd)

Изобретены в конце XIX века, но массовое их производство стало возможным лишь к середине XX века из-за сложности технологии. Электродами в них служат никель и кадмий, нанесенные на две металлические сетки. Они свернуты в рулон, а между ними находится гелеобразная щёлочь, замерзающая при –27 ⁰С. При работе выделяются вредные газы (кадмий – яд), но герметичная конструкция защищает пользователя. Банки по 1,5 вольта, используются различные типы их соединения, что позволяет широко варьировать суммарное напряжение. Ёмкость батареи не бывает выше 2,4 А*час. Новый аккумулятор имеет уровень саморазряда не более 10%. Выдерживает до тысячи циклов заряд-разряд. Работает при температурах от – 50 до + 40 ⁰С, но уже при –10 ⁰С заряжаться не будет. Главный недостаток – эффект памяти, который заключается в том, что если поставить его на зарядку не полностью разряженным, то энергию он отдаст лишь до этого уровня. Фактически вы можете снизить его ёмкость до нуля, если через пять минут работы решите, будто шуруповёрт что-то не тянет и поставите батарею на зарядку повторно. Зато аккумулятор можно хранить полностью разряженным. Просто выбрасывать их в мусор нельзя, требуется процедура утилизации!

Никель-металлгидридные (Ni-Mh)

Европейцы, борясь чистоту окружающей среды, создали их в начале 70-х годов прошлого века. По устройству эти аккумуляторы аналогичны никель-кадмиевым, но ядовитое вещество заменено на сплав никеля с литием или лантаном. Конструкторам удалось несколько повысить емкость – до 3 А*час, но при этом существенно снизилось число циклов заряд-разряд. В среднем эта величина не превышает 400 циклов. Ток саморазряда выше в два раза. Лучшими потребительскими свойствами обладают батареи с маркировкой LSD, но их цена в два-три раза выше обычных. Аккумулятор эффектом памяти не обладает, но хранить его разряженным нельзя!

Литий-ионные (Li-ion)

Массовое производство началось в начале 90-х годов прошлого века. Благодаря повышенной энергоёмкости – до 6 А*час и малым размерам эти аккумуляторы используют для питания малогабаритных устройств. Например, смартфонов и другой «умной» техники.

Номинальное напряжение одной банки 3,7 вольта. Эффектом памяти батареи этого типа не обладают, ток саморазряда весьма незначителен – не более 3% в месяц. При полном разряде они выдерживают до 500 циклов заряд-разряд, при половинном – до 1500. Хранить в разряженном состоянии категорически не рекомендуется.

Литий-ионные батареи очень прихотливы в эксплуатации. Нижний рабочий предел температуры –20 ⁰С. Замечено, что на их работу влияют даже скачки давления. Из-за высокой химической активности лития, являющегося основным переносчиком ионов, они пожароопасны, сейчас в их конструкцию включен контроллер, следящий за уровнем заряда и температурой. Некоторые модели снабжены предохранительными клапанами, стравливающими внутреннее давление.

Как видите, своеобразной платой за обладание большим количеством энергии в меньшей по объёму таре служит увеличение капризности и срока жизни устройства, а также его стоимость. Поэтому перед покупкой шуруповёрта или другого аккумуляторного инструмента учитывайте предстоящие условия эксплуатации и свои финансовые возможности. Возможно, лучшим выбором будет инструмент на дешевых простых и надежных, как АК-47, никель-кадмиевых аккумуляторах.

Источник: https://servismakita.ru/service/

© На правах рекламы