Как делают аккумуляторы?


Как делают аккумуляторы  Наверно скорее из любопытства многие желают узнать, как делают аккумуляторы. Постараюсь немного раскрыть эту тему. Автономный источник электрического питания — аккумулятор – одно из самых востребованных изобретений. За последние 200 лет человечество совершило большой скачек в получении и накоплении электрической энергии. В каждом автомобиле установлен аккумулятор, без него машину по меньшей мере не завести.

Перед тем как начать рассказ, как делают аккумуляторы, немного общей теории. Если по-простому, аккумулятор — это источник тока, получаемого путем химического взаимодействия (реакции) металлических пластин и электролита, причем взаимодействий обратимых. Соответственно, это свойство аккумулятора позволяет многократно его разряжать и заряжать, и именно этим свойством аккумуляторы отличаются от простых батареек.

В переводе с латыни аккумулятор (лат. accumulator) – накопитель, собиратель. По сути, это устройство для накопления электрической энергии и последующего её использования или, говоря техническим языком, это автономный источник тока.

Электрохимический принцип работы аккумулятора был открыт ещё в начале 19 века, а по некоторым данным ещё во времена царя Соломона он был известен древним египтянам. Сегодня собрать такое приспособление можно самому, глядя на то, как делают аккумуляторы на заводе. Для этого нужна пара металлических пластин, провода и раствор серной кислоты (электролит).

Например, соединив две пластины (медную и цинковую) на небольшом расстоянии друг от друга, и поместив их в раствор серной кислоты, можно получить напряжение и ток. Этот опыт впервые был проделан известным ученым А. Вольтом более чем 100 лет назад.

Такое устройство способно отдавать электрический ток пока одна из пластин (в аккумуляторе они называются анод и катод) не разрушится в кислоте. Обратный процесс называется восстановление и происходит после того, как аккумулятору, выступающему в роли потребителя, подключают электрический  ток.


Первый в мире аккумулятор со свинцовыми пластинами внутри (прототип современных автомобильных аккумуляторов) был представлен публике французским физиком Гастоном Фланте в 1859 году. По размеру он был сравним с небольшой комнатой.

А как делают аккумуляторы в наше время? Современные аккумуляторы – это многократно уменьшенные копии аккумуляторов Фланте. Придуманная им свинцовая основа используется и сегодня в автомобильных аккумуляторах, их ещё называют пусковыми или стартерными.

Из чего и как делают аккумуляторы? В пластиковую и герметичную коробку помещается контейнер с пластинами-электродами: анодами и катодами. Аноды состоят из чистого свинца, катоды из диоксида свинца. Электроды отделены друг от друга перегородками – сепараторами и помещены в водный раствор серной кислоты – электролит.

В такой среде между компонентами аккумулятора происходит окисление. При его разряде, химическая энергия преобразуется в электрическую и отдается потребителю во внешнюю цепь.

При заряде, в аккумуляторе происходит обратный процесс – восстановление, когда электрическая энергия, поступающая извне, преобразуется снова в химическую.

По описанному выше принципу сделаны и все остальные аккумуляторы, даже самые современные литий-ионные. Только вместо свинца в них используется состав на основе лития (Li-ion). Положительно заряженный ион лития является переносчиком тока.

Литий (Li) первым стоит в ряду электронапряжений металлов, а это значит, что он самый сильный восстановитель.

Литий-ионный аккумулятор

Как делают аккумуляторы по литий-ионной технологии? Внутри литиевый аккумулятор представляет собой проложенные в определенной последовательности медные и алюминиевые пластины с пластинами сепараторами между ними. Наряду со свинцовыми, литий-ионные аккумуляторы сегодня широко распространены, они чаще всего используются в электронных гаджетах, телефонах и ноутбуках.

Но есть и большие автомобильные литий-ионные аккумуляторы. Они имеют довольно большую мощность и способны сохранять электроэнергию, не причиняя большой опасности даже в самых серьёзных авариях, что является весьма важным качеством при их использовании в промышленности и электрическом транспорте в качестве основного источника электрической тяги.

Электромобиль Mini

Перед тем, как делать аккумуляторы, сначала наносят специальный состав на будущие электроды (катодный состав наносится на алюминиевую фольгу, а анодный – на медную). После того, как состав нанесен, идет нарезка электродов.

Каждый электрод проходит взвешивание, чтобы его масса соответствовала расчетным параметрам аккумулятора. Затем начинается формирование ядра аккумулятора т. н. начинки, способной многократно заряжаться и разряжаться.

Катоды и аноды укладывают друг за другом в стопку, разделяя сепараторной перегородкой. После того, как ядро аккумулятора собрано, «вырубаются» специальные пазы для формирования контактной группы, в которых устанавливаются медные перемычки. Именно с них и снимается нагрузка.

Готовое ядро отправляют сушиться в печь, чтобы внутри него не осталось и следа влаги, которая может повлиять на ход химической реакции. После сушки ядро помещают в пластиковый корпус и запаивают крышкой. Потом заливают туда электролит через специальные отверстия, которые, впоследствии, также запаиваются.

Но на этом работа над аккумулятором не прекращается. Его еще предстоит подготовить к длительной эксплуатации. На специальных стендах каждый аккумулятор в течение многих  часов медленно заряжают и разряжают, тем самым формируя его энергоёмкость.

Затем аккумуляторы попадают на другой стенд, где большими силами тока до 1000 ампер происходит ключевая проверка их «боеготовности». Специалисты определяют максимальную нагрузку, которую способно выдержать их изделие при зарядке и разрядке. Другими словами, проверяется способен ли аккумулятор выдержать высокие токовые нагрузки без потери работоспособности.

Хороший промышленный литий-ионный аккумулятор должен умет быстро заряжаться и долго отдавать свою энергию. При этом количество циклов полного заряда и разряда должно составлять минимум 3000. Главная задача таких «долгоиграющих» аккумуляторов — обеспечить потребителя электроэнергией на длительное время будь то электромобиль или промышленная установка.

Мало того что аккумулятор должен быть надежным, он должен быть ещё и безопасным, ведь внутри его находятся активные химические вещества. Поэтому разбивать и вскрывать его нельзя. Известны случаи, когда аккумуляторы загорались и даже взрывались.

Вот как делают аккумуляторы. В принципе ничего сложного — химия и физика 7-8 класс общеобразовательной школы. Ну расширили кругозор? Тогда приступаем к чтению следующей статьи.




Похожие статьи:

4 комментария к записи “Как делают аккумуляторы?”

  1. elimS:

    Спасибо, кругозор действительно расширили. Единственное что я не совсем понял так это «пока одна из пластин (в аккумуляторе они называются анод и катод) не разрушится в кислоте». То есть получается при зарядке пластина восстанавливается?

  2. Кирилл:

    Интересно почитать. А есть ли обзор наиболее качественных аккумуляторов?

  3. Иван:

    Интересная статья. Недавно купил автомобиль, пополняю знания. Спасибо автору

  4. babycar:

    Помню мы в детстве разбирали аккумуляторы, достовали эти пластины и растапливали на костре, а потом заливали в какие нибудь формы. получалось что то проде бит для кепсов. Спасибо за статью действительно интересно почитать.

Оставить комментарий: