Аккумуляторы: все, что вы должны знать об их отличиях.
Различные аккумуляторы изготовлены по разным технологиям. Для удобства восприятия рассмотрим каждый отдельный вид, начиная с древних образцов.
Никель-кадмиевые (NiCd)
Это ветераны на рынке мобильных устройств и их можно было встретить даже в 70-х годах, в первых электронных приборах, например, радио. Из названия можно понять, что заряды изготовлены из никеля и кадмия. Последний – ядовит и требует специальной дорогой утилизации, поэтому NiCd-батареи очень быстро запретили в распространении во многих странах Европы и мира.
Аккумуляторы имели в себе массу плюсов, как-то: часовое время заряда, работа и зарядка при отрицательных температурах (до минус 40), длительное хранение без потери набора емкости, низкая цена. Если у пользователя стоит NiCd-батарейка в старом телефоне или радио, то он может 1000 -1500 раз (без резкой потери первоначальных характеристик) совершать подзарядку.
Условный недостаток NiCd-аккумулятора в том, что его нужно один раз в месяц полностью разряжать, чтобы избежать эффекта памяти. Помните, зарядники к старым пленочным видеокамерам имели соответствующую кнопку, которая обнуляла запас энергии? Без данного действия батарея быстро теряла полезную площадь, в которой накапливался заряд, и если раньше вы снимали на ту же камеру до двух часов, то «словив» эффект памяти, делали запись порядка полутора и меньше часов.
Никель-металлогидридные (NiMH)
Первые батареи такого типа на компьютерном рынке появились относительно недавно – в 1990 году. Они были разработаны специально, чтобы ядовитый кадмий заменить соединением металлов с водородом. Вместе с этим в среднем в 1,5 раза повысилась емкость батареи: 45-80 вместо 60-120 Вт•час/кг. Иными словами, если стандартная щелочная (NiCd) АА батарейка Duracell имеет емкость в 1500 mAh, то NiMH-батарейка может носить в себе 2500 mAh. Таким образом, такие аккумуляторы стали очень желанными для плееров и фотоаппаратов, где их в некоторых случаях можно встретить до сих пор.
Не обошлось и без недостатков: уменьшилось количество циклов заряд-разряд до 500, а рабочая температура поднялась с минус 40 до минус 20 градусов. Зато проблема эффекта памяти стала менее острой. NiMH батареи достаточно полностью разряжать один раз в 3-6 месяцев.
У NiCd и NiMH хранителей питания есть общий недостаток в саморазряде. За месяц без подзарядки они «худеют на 20% и 30% соответственно. Так что не удивляйтесь, что за квартал вы можете некогда цельную батарею обнаружить пустой.
Свинцово-кислотные (Lead Acid)
Данные батареи имеют скромные характеристики: 30-50 Вт•час/кг – плотность заряда, только 300 циклов перезарядки, 8-16 часов до полного заряда и необходимость 1-2 раза в полгода разряжать аккумулятор. Только низкая стоимость такого «топлива» держит его на плаву много лет и то в узкоспециализированной компьютерной области – в источниках бесперебойного питания (UPS), где вес и размеры не так критичны. Нас интересуют мобильные батарейки, поэтому на Lead Acid заострять внимание не будем.
Литий-ионные (Li-Ion)
Наконец мы добрались до самых распространенных и актуальных элементов питания. Литий-ионные аккумуляторы устанавливаются практически во все ныне продающиеся сотовые телефоны, КПК, ноутбуки и т.п. Примечательно, что первые Li-батареи собирались по несовершенной технологии, дающей брак. В частности, все помнят много случаев в 90-х гг. когда некачественные литиевые аккумуляторы воспламенялись прямо в трубках телефонов, обжигая своих владельцев. Поэтому разработчики, учитывая неустойчивость лития, изменили технологию и стали изготовлять неметаллические литиевые аккумуляторы на основе ионов лития.
Такие батареи не имеют эффекта памяти и стало быть не требуют обслуживания. 1000 циклов «заряд-разряд» - средний, но не худший результат. По сравнению с рассмотренными выше вариантами заметим увеличение плотности заряда - до 160 Вт•час/кг, поэтому современное мобильное устройство, такое, как ноутбук, может работать до 6 часов на одной батарее (емкость 8600 mAh).
Цена аккумуляторов тоже доступна. К примеру, для своего мобильного телефона можно приобрести батарею (700mAh) где-то за 400 рублей. Такого аккумулятора хватает в среднем на три года. Нельзя не отметить и легкость: ионно-литиевый аккумулятор весит на 20-35% меньше, чем никель-металлогидридный.
Недостатком Li-Ion-батереи считают ограничение отрицательных рабочих температур до минус 20. В городах Сибири и Дальнего Востока зимой бывают дни, когда столбик термометра «прогревается» до минус 25-40 градусов. Живя в таких городах, можно часто слышать от людей, что их сотовые телефоны перестают работать при минус 23-26 градусов и ниже. Но, вообще говоря, многое зависит от модели: некоторые аппараты живут и при минус 28. Еще один минус: Литий-ионные батареи стоят дороже других NiMH/ NiCd конкурентов. Раньше этот недостаток был, так сказать, актуален. К примеру, в 2003 году батарея для мобильника могла стоить 750 рублей. Ситуация, как мы видим, поменялась и за два года Li-Ion–аккумуляторы стали в два раза дешевле.
Литий-полимерные (Li-Pol)
Для того, чтобы увеличить мобильность, нужно увеличивать плотность записи заряда. Литий-полимерные (Li-pol или Li-polymer) аккумуляторы имеют в два раза большую емкость при одинаковой площади по сравнению с Li-Ion – собратьями. Нужно сказать сразу, что при этом современные (выпущенные в 2005 году) Li-Pol-батареи можно перезаряжать не более 300 – 500 раз, а гарантированная рабочая температура не должны понижаться меньше нуля градусов. Время заряда при этом 2-3 часа, как и в предыдущем рассмотренном виде элементов. Самые первые Li-polymer – батареи заряжались до 8(!) часов и имели всего лишь 150-кратный цикл обновления. Если вы обладаете таким аккумулятором (их ставили в продвинутые телефоны 2002-2003 гг.), то вам можно посочувствовать и посоветовать сделать апгрейд.
Лучше всего дождаться новеньких Li-polymer аккумуляторов с сухим твердым электролитом, которые, впрочем, уже появляются в продаже и в составе новейших мобильных устройств. Такое «топливо» способно допускать 1000 полных циклов заряда - разряда и несет в себе повышенную (до 16000 mAh и выше для ноутбука) плотность батареи. Если вас не будет пугать цена ($250 и больше за батарею), то вы сможете это себе позволить. В противном случае лучше пользоваться Li-Ion- аккумуляторами и/или подождать еще пару лет.
Существующие сегодня Li-polymer аккумуляторы, встречаемые в новеньких сотовых телефонах – это пока гибрид, который можно назвать литий-ионные полимерные аккумуляторы. Так как технология Li-Pol в 2005 году находилась в переходном состоянии. Впрочем, 2006 и 2007 гг. также будут переходными, так что советуем вам требовать от продавца всех характеристик батареи, если вы не хотите попусту переплачивать за новомодное название Li-Pol. Вообще не спешите приобретать любую новую технологию, не узнав о ней хотя бы из статей.
Сравнительные характеристики аккумуляторов
| Характеристики | Lead Acid | NiCd | NiMH | Li-ion | Li-ion polymer |
| Дата появления первых коммерческих образцов | 1970 | 1950 | 1990 | 1991 | 1999 |
| Плотность, Вт∙час/кг | 30-50 | 45-80 | 60-120 | 110-160 | 100-130 |
| Максимальное число циклов заряда/разряда | 300 | 1500 | 500 | 1000 | 500 |
| Время заряда, час | 8-16 | 1 | 2-4 | 2-3 | 2-3 |
| Саморазряд за месяц, % | 5 | 20 | 30 | 10 | ~10 |
| Напряжение элемента, V | 1,25 | 1,25 | 1,25 | 3,6 | 3,6 |
| Минимальная рабочая температура, °C | -20 | -40 | -20 | -20 | 0 |
| Необходимость разряжать | 2 раза в полгода | 1 раз в месяц | 1 раз в 3 месяца | Не нужно | Не нужно |
Будущее
Естественно, совершенствование перезаряжаемых батарей не заканчивается. С каждым годом будут появляться проекты или готовые решения. Что, например, известно уже сейчас? В конце 2004 г. компания SION Power (США) объявила о выпуске первых инженерных образцов «литиумных» (Li-S) батарей. Новинка имеет плотность 350 Вт•час/кг, что на 50 Вт•час/кг больше, чем в случае с Li-Pol. Пока число зарядов/разрядов может быть 300. Разработчики хотят продлить работу (причем интенсивную, а не экономную) любого мобильного устройства до восьми часов.
В том же 2004 г. на выставке CeBIT 2004 (Германия) был продемонстрирован прототип ноутбука Portege M100 с топливной ячейкой DMFC (Direct Methanol Fuel Cell). Батарея представляет собой классическое устройство, в которой есть две стороны: анод и катод. В качестве реактивов использованы раствор (6% - в первых образцах) метанола и кислород. Метанол, разлагаясь, создает ток. Разработчики, к сожалению, не раскрывают технических характеристик, но «надеются выпустить на рынок к 2007 году батареи, которые по всем параметрам будут в 5-7 раз лучше современных Li-Ion-батерей».
Не только в компьютерах и технике
Цены на бензин растут как на дрожжах, заставляя автовладельцев задуматься о целесообразности использования железных коней. Тем временем компания Venturi Automobiles (изготовитель спортивных машин из Монако) выпустила модель под названием Fetish, что в переводе означает «Кумир». До 100 км/час новое чудо автомобилестроения разгоняется за четыре с половиной секунды, и можно только представить себе, сколько бензина ему понадобилось бы. Дело в том, что ни бензин, ни какое-либо другое топливо Venturi Fetish не требуются: эта машина работает от аккумуляторных литиевых батарей, став, таким образом, первым в истории электромобилем спортивного типа.
В Venturi Fetish 100 модулей по 72 батареи каждый общим весом 350 кг. Работой батарей управляют два компьютера на основе технологии Intel XScale. Главная технологическая проблема в этой машине - не мотор и не ходовая часть, а ее батареи. Вот уже более ста лет люди делают очень хорошие электромоторы, но никому еще не удавалось управлять электрической мощностью 58 Кв/ч, производимой батареями, чей вес соответствовал бы габаритам спортивного автомобиля. Компьютеры позволили обеспечить бесперебойную работу 7200 батарей сразу, что требует исключительной надежности и точной настройки.
Вес машины является вполне спортивным и вместе с батареями составляет около 1100 кг. Venturi Fetish - первый шаг на пути к оптимизированному управлению энергопотреблением машины. Пока планируется выпустить 25 экземпляров Venturi Fetish, которые будут собраны в Калифорнии. «Кумир автолюбителей» поступит в продажу в Лос-Анджелесе, Токио и Монте-Карло по цене 660 тысяч долларов.
Источник - Константин Иванов
