|
СОВРЕМЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА
(ОБЗОР)
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Химический
источник тока (ХИТ) - это устройство,
в котором энергия химической реакции непосредственно превращается в
электрическую.
Существует
много вариантов ХИТ, отличающихся размерами, конструктивными особенностями и
природой протекающей в них токообразующей реакции.
По принципу
работы ХИТ делятся на группы:
1. Первичные
элементы. В них заложен определенный запас реагентов, вступающих в реакцию;
после израсходования этого запаса первичные элементы теряют работоспособность.
2. Вторичные
элементы (аккумуляторы). После разряда допускают повторный заряд путем
пропускания тока от внешней цепи в обратном направлении; при этом из продуктов
реакции регенерируются исходные реагенты. При заряде в аккумуляторе в виде
химической энергии накапливается электрическая энергия от внешнего источника;
при разряде она возвращается потребителю.
3. Топливные
элементы. В топливные элементы в процессе работы непрерывно подводятся
новые порции реагентов и одновременно удаляются продукты реакции, поэтому они
могут разряжаться непрерывно, в течение продолжительного времени.
Основой
работы ХИТ является реакция взаимодействия окислителя и восстановителя. В
простейшем случае гальванический элемент состоит из двух электродов различной
природы, погруженных в электролит.
Электролит – жидкая или твердая фаза с ионной проводимостью.
Электроды - электронные
проводники, электрически соединенные с одним из выводов
гальванического элемента и контактирующие с электролитом. Обычно электроды -
это металлические пластины или сетки, на которые нанесены реагенты (активные
вещества) т.е. вещества, непосредственно участвующие в токообразующей реакции.
На один
наносится электрод-окислитель. На другой - восстановитель.
Электрохимической
системой называют совокупность активных
веществ (окислителя и восстановителя) и электролита, на основе которых создан
химический источник тока.
Создание первого варианта свинцового (кислотного)
аккумулятора относится к 1859 году. Первые практически работающие щелочные
аккумуляторы никель-кадмиевые и железно-никелевые были разработаны на рубеже XIX и XX веков.
Электрохимические системы с твердыми реагентами и водными растворами
электролита, появившиеся во второй половине на рубеже XIX века,
оказались столь успешными, что применяются и в настоящее время. Они составляют
основу подавляющего количества промышленно выпускаемых ХИТ.
Каждому типу химического источника тока свойственен
определенный температурный диапазон работоспособности, в котором электрические
характеристики находятся в заданных пределах. В ХИТ для интенсификации
электродных реакций широко применяют пористые электроды, а также другие
пористые изделия и материалы: сепараторы, матрицы, пасты и т.д. Напряжение
отдельной ячейки ХИТ обычно лежит в пределах от 1 до 2В и лишь редко превышает
3В. Большинству потребителей требуются более высокие напряжения. Поэтому в
большинстве случаев ХИТ используются в виде батарей из последовательно
соединенных элементов. Иногда применяют и параллельное включение элементов для
увеличения емкости и максимально допустимого тока разряда, а также смешанные
параллельно-последовательное включение.
2 НИКЕЛЬ МЕТАЛЛ ГИДРИДНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
В
никель-металлгидридных (Ni-MH) аккумуляторах
выходное напряжение
составляет 1,2 вольта, и оно остаётся относительно постоянным в течение всего
цикла разряда. При дальнейшем разряде оно резко падает. (В полностью заряженном
состоянии Ni-MH источники вырабатывают напряжение в 1,4 вольта,
но оно быстро снижается до 1,2 - такой уровень считается основным на протяжении
всего цикла разрядки.)
Ni-MH аккумуляторы
разработаны для замены
никель-кадмиевых аккумуляторов. Они имеют примерно на 30 % большую емкость при
тех же самых габаритах, но меньший срок службы – от 300 до 500 циклов заряда /
разряда. Саморазряд примерно в 1.5 – 2 раза выше, чем у никель-кадмиевых
аккумуляторов. Менее подвержены эффекту памяти и циклы глубокого разряда
требуются реже. Экологически безопасны.
С
точки зрения химии, лучшим материалом для катода батареек был бы водород. Но
создать такой катод проблематично. Молекулярная масса водорода равна 2 г/моль
(эта величина в 14,5 раза меньше молекулярной масы воздуха), и его очень трудно
удержать.
В
конце шестидесятых ученые обнаружили, что некоторые металлические сплавы
позволяют хранить атомарный водород в объёмах, в тысячи раз превосходящие
собственные. Эти сплавы называются гидридами и обычно состоят из таких
соединений как LiNi5 или ZrNi2. В хорошо продуманных системах гидриды могут
позволить хранить много водорода, который может вступить в обратимые реакции.
В
большинство аккумуляторов, использующих гидридные катоды, аноды сделаны из
никеля - как и в никель-кадмиевых. Обычно в качестве электролита в таких
элементах используется разбавленный раствор гидроксида калия, щелочь по
природе.
При
замене кадмия гидридом достигаются некоторые преимущества. Во-первых, конечно
же, это удаление токсичного кадмия. Отсутствие кадмия означает также и то, что
у аккумулятора не должен наблюдаться эффект памяти. Вдобавок, использование
водорода в катодах приводит к тому, что плотность у аккумуляторов повышается на
пятьдесят процентов в сравнении с никель-кадмиевыми источниками. Практически
это означает, что аккумулятор такого же размера и такого же веса может питать
ноутбук в полтора раза дольше.
Ni-MH
аккумуляторы, всё же не совершенны. Основным недостатком таких элементов
является большая, в сравнении с никель-кадмиевыми элементами, скорость
саморазряда. Некоторые никель-металлгидридные элементы теряют до пяти процентов
своей емкости за сутки.
Sanyo
Electric разработала аккумулятор, который будет продаваться заряженным. Новая
батарея будет подготавливаться к немедленному использованию в течение
производственного процесса, и, в итоге, покупателям не придётся тратить время
на зарядку. Представленный аккумулятор никель-металл-гидридным (NiMH), однако, в отличие от
подобных систем, которые в течение сравнительно небольшого времени
теряют заряд, новинка от Sanyo характеризуется крайне долгим сроком разрядки.
По информации компании, за год аккумулятор разрядится лишь на 15 % , его можно
заряжать до тысячи раз, в наличии незначительный эффект памяти и легкость
утилизации, благодаря соответствию экологическим нормам. В форм-факторе AA
будут выпущены модели HR-3UTG весом 27 г и ёмкостью 1900 мАч,
3. АККУМУЛЯТОРЫ С ЛИТИЕМ
3.1 Литий- ионные аккумуляторы (ЛИА)
Считаются
наиболее перспективными аккумуляторами для сотовых телефонов. При тех же самых
размерах они имеют примерно на 70 % большую емкость по сравнению с
никель-кадмиевыми аккумуляторами. Саморазряд у ЛИА минимальный. Они не требуют
обслуживания в процессе эксплуатации и позволяют проводить заряд при любой
степени разряда аккумулятора. Число циклов заряда / разряда этих источников от
500 до 1000. Ухудшение параметров у ЛИА наблюдается примерно после одного года
с момента изготовления, а по истечении двух лет они часто становятся
неисправными.
Первые
эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году, но только
спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые были внедрены в
бытовые устройства. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые
аккумуляторы (перезаряжаемые батареи) оказались неудачными из-за проблем,
связанных с обеспечением безопасности их эксплуатации. Литий, самый легкий из
всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает
самую большую плотность энергии. Но в результате исследований было выяснено, что циклическая
работа (заряд - разряд) литиевых аккумуляторов приводит к изменениям на
литиевом электроде, в результате которых появляется угроза самовоспламенения.
Так, например, большое количество литиевых аккумуляторов для мобильных
телефонов, поставленных в Японию в 1991 году, было отозвано после нескольких
случаев их воспламенения.
Из-за
свойственной литию неустойчивости исследователи обратили свое внимание на аккумуляторы
на основе ионов лития. Немного проиграв
при этом в плотности энергии и приняв некоторые меры предосторожности при
заряде и разряде, они получили более безопасные так называемые литий-ионные
аккумуляторы.
Литий-ионный
аккумулятор — тип
электрического аккумулятора широко распространенный в современной бытовой
электронной технике. В настоящее время это самый популярный тип аккумуляторов в
таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки. ЛИА обладают одним из лучших
соотношений веса и запасенной энергии, у них нет эффекта памяти и они медленно
теряют заряд при отсутствии электрической нагрузки (меньше 5% в месяц). Следует
помнить, что ЛИА могут быть опасны при разрушении корпуса аккумулятора, а при
неаккуратном обращении могут иметь более короткий жизненный цикл в сравнении с
другими типами аккумуляторов.
Плотность
энергии ЛИА обычно вдвое превышает плотность стандартных Ni-Cd, а в
перспективе, благодаря применению новых активных материалов, предполагается еще
больше увеличить ее и достигнуть трехкратного превосходства над Ni-Cd. В
дополнение к большой емкости ЛИА при разряде ведет себя аналогично Ni-Cd (форма
их разрядных характеристик подобна и отличается лишь напряжением).
На
сегодняшний момент существует множество разновидностей ЛИА, причем можно долго
говорить о преимуществах и недостатках того или иного типа, но отличить их по
внешнему виду невозможно. Поэтому отметим только те достоинства и недостатки,
которые свойственны всем типам этих устройств, и рассмотрим причины, вызвавшие
появление на свет литий-полимерных аккумуляторов.
Основные
преимущества.
·
Высокая
плотность энергии и как следствие большая емкость при тех же самых габаритах по
сравнению с аккумуляторами на основе никеля.
·
Низкий
саморазряд.
·
Высокое
напряжение единичного элемента (3,6 В против 1,2 В у Ni-Cd и NiMH), что упрощает
конструкцию - зачастую аккумулятор состоит только из одного элемента. Многие
производители сегодня применяют в сотовых телефонов именно такой одноэлементный
аккумулятор. Однако, чтобы обеспечить ту же самую мощность, необходимо отдать
более высокий ток. А это требует обеспечения низкого внутреннего сопротивления
элемента.
·
Низкая
стоимость обслуживания (эксплуатационных расходов) - результат отсутствия
эффекта памяти, требующего периодических циклов разряда для восстановления
емкости.
Недостатки.
·
Для
аккумулятора требуется встроенная схема защиты (что ведет к дополнительному
повышению его стоимости), которая ограничивает максимальное напряжение на
каждом элементе аккумулятора во время заряда и предохраняет напряжение элемента
от слишком низкого понижения при разряде. Кроме того, она ограничивает
максимальные токи заряда, разряда и контролирует температуру элемента. В
результате возможность металлизации лития практически исключена.
·
Аккумулятор
подвержен старению, даже если не используется и просто лежит на полке. Процесс
старения характерен для большинства ЛИА. Незначительное уменьшение емкости
становится заметным уже через год вне зависимости от того, находился
аккумулятор в эксплуатации или нет. Через два или три года он часто становится
непригодным к использованию. Впрочем, аккумуляторы других электрохимических
систем также имеют возрастные изменения с ухудшением своих параметров (это
особенно справедливо для NiMH, подверженных воздействию высокой температуры
окружающей среды). Для уменьшения процесса старения храните заряженный примерно
до 40 % от номинальной емкости аккумулятор в прохладном месте отдельно от
телефона.
·
Более
высокая стоимость по сравнению с NiCd аккумуляторами.
·
Затруднено
быстрое тестирование аккумуляторов
поскольку технология их изготовления до конца еще не отработана и
постоянно меняется.
Технология
изготовления ЛИА постоянно улучшается. Она обновляется приблизительно каждые
шесть месяцев, и понять, как “ведут себя” новые аккумуляторы после длительного
хранения, трудно.
3.2 Литий-полимерные аккумуляторы
Всем был бы ЛИА
хорош, если бы не проблемы с обеспечением безопасности его эксплуатации и
высокая стоимость. Попытки решения этих проблем и привели к появлению литий-полимерных аккумуляторов (ЛПА).
Основное их
отличие от ЛИА отражено в названии и заключается в типе используемого
электролита. Первоначально, в 70-х годах, применялся сухой твердый полимерный
электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но
допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами
атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый
сепаратор, пропитанный электролитом.
Такая
конструкция упрощает процесс производства, характеризуется большей
безопасностью и позволяет выпускать тонкие аккумуляторы произвольной формы. К
тому же отсутствие жидкого или гелевого электролита исключает возможность
воспламенения. Толщина элемента составляет около одного миллиметра, так что
разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть
до внедрения его во фрагменты одежды.
Но пока, к
сожалению, сухие ЛПА обладают недостаточной электропроводностью при комнатной
температуре. Внутреннее сопротивление их слишком высоко и не может обеспечить
величину тока, необходимую для современных средств связи и электропитания
жестких дисков переносных компьютеров. В то же время при нагревании до 60 °C и
более электропроводность ЛПА увеличивается до приемлемого уровня, однако для
массового использования это не годится.
Исследователи
продолжают разработку ЛПА с сухим твердым электролитом, работающим при
комнатной температуре. Они будут стабильными, допускать 1000 полных циклов
заряда-разряда и иметь более высокую плотность энергии, чем сегодняшние ЛИА.
Тем временем
некоторые виды ЛПА в настоящее время используются в качестве резервных
источников питания в жарком климате. Например, часть производителей специально
устанавливает нагревающие элементы, поддерживающие благоприятную для
аккумулятора температуру.
В настоящее
время на рынке продают ЛПА, в которых для того чтобы повысить
электропроводность , в них добавляют некоторое количество гелеобразного
электролита. И большинство ЛПА , используемых сегодня для мобильных телефонов,
фактически являются гибридами, поскольку содержат гелеобразный электролит.
Правильнее было бы их называть литий-ионными полимерными. Но большинство
изготовителей в рекламных целях маркируют их просто как ЛПА. Итак, в чем
различие между ЛИА и ЛПА с добавкой гелеобразного электролита? Хотя
характеристики и эффективность обеих систем во многом сходны, уникальность ЛПА (можно
его и так назвать) заключается в том, что в нем все же используется твердый
электролит, заменяющий пористый сепаратор. Гелевый электролит добавляется
только для увеличения ионной электропроводности.
Технические
трудности и задержка в наращивании объемов производства задержали внедрение ЛПА
вызваны, по мнению некоторых экспертов, желанием инвесторов, вложивших большие
деньги в разработку и массовое производство ЛИА, получить свои инвестиции
обратно. Поэтому они и не спешат переходить на новые технологии, хотя при
массовом производстве ЛПА будут дешевле чем ЛИА.
3.3
Характеристики ЛИА И ЛПА .
Время заряда
всех ЛИА при начальном зарядном токе в 1С (численно равном номинальному
значению емкости аккумулятора) составляет в среднем 3 часа. Полный заряд
достигается при напряжении на аккумуляторе, равном верхнему порогу, и при
уменьшении тока заряда до уровня, примерно равного 3 % от начального значения.
Аккумулятор во время заряда остается холодным. Если требуется поддерживать аккумулятор
все время в заряженном состоянии, то подзаряд рекомендуется проводить через 500
часов, или 20 дней. Обычно его проводят при уменьшении напряжения на выводах
аккумулятор до 4.05 В и прекращают при достижении 4.2 В
Большинство
разновидностей ЛИА допускают заряд током в 1С при температуре от 5 до 45 C. При
температуре от 0 до 5 C рекомендуется заряжать током в 0.1 С. Заряд при
минусовой температуре запрещен. Для заряда оптимальна температура от 15 до 25
C.
Зарядные
процессы в ЛПА почти идентичны вышеописанным, поэтому потребителю совершенно ни
к чему знать, какой их двух типов аккумуляторов у него в руках. И все те
зарядные устройства, которые он использовал для ЛИА , годятся для ЛПА .
Что касается условий
разряда. Обычно ЛИА разряжают до значения 3.0 В на элемент, хотя для некоторых
разновидностей нижний порог составляет 2.5 В. Производители оборудования с
питанием от аккумуляторов, как правило, разрабатывают устройства с порогом
выключения 3.0 В. Когда напряжение достигнет 3.0 В, аппарат предупредит вас и
выключится. Однако это совсем не означает, что он перестал потреблять энергию
от аккумулятора. Энергия, пусть незначительная, расходуется в результате, если
оставить ЛИА на длительный срок без подзарядки, напряжение на них упадет ниже
2.5 В, что очень плохо. В этом случае возможно отключение внутренней схемы
управления и защиты, и не все зарядные устройства смогут зарядить такие
аккумуляторы. Кроме того, глубокий разряд отрицательно сказывается на
внутренней структуре самого аккумулятора. Словом, аккумуляторы скорее любят
находиться в заряженном состоянии, чем в разряженном.
Как правило, ЛИА
лучше всего функционируют при комнатной температуре. Работа в более теплых
условиях серьезно сокращает срок их службы. Хотя, например, свинцово-кислотный
аккумулятор имеет самую высокую емкость при температуре более 30°C, но
длительная эксплуатация в таких условиях сокращает жизнь аккумулятора. Точно
так же и ЛИА лучше работают при высокой температуре, которая поначалу
противодействует увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора, являющемуся
результатом старения. Но повышенная энергоотдача коротка, поскольку повышение
температуры, в свою очередь, способствует ускоренному старению, сопровождаемому
дальнейшим увеличением внутреннего сопротивления.
Исключение
составляют на данный момент только ЛПА с сухим твердым полимерным электролитом.
Для них жизненно необходима температура от 60°C до 100°C. И такие аккумуляторы
заняли свою нишу на рынке резервных источников в местах с жарким климатом. Они
помещаются в теплоизолированный корпус со встроенными элементами нагревания,
питающимися от внешней сети. ЛПА в качестве резервных, как считают, превосходят
по емкости и долговечности ЛИА, особенно в полевых условиях, когда управление
температурой невозможно. Но их высокая цена остается сдерживающим фактором.
При низких
температурах эффективность аккумуляторов всех электрохимических систем резко
падает. В то время как для NiMH, SLA и ЛИА температура -20°C является пределом,
при котором они прекращают функционировать, Ni-Cd продолжают работать до -40°C.
(речь идет только об аккумуляторах широкого применения).
Следует
помнить, что, хотя аккумулятор и может работать при низких температурах, это
совсем не означает, что он может быть также заряжен в этих условиях.
Восприимчивость к заряду у большинства аккумуляторов при очень низких
температурах чрезвычайно ограничена.
3.4 ЛИА и электромобили
До сих пор аккумуляторы,
использующие литий-ионные компоненты, не могли конкурировать с традиционными
автомобильными аккумуляторами, в первую очередь по таким показателям, как масса
и стоимость батареи.
Проект британских компаний Ricardo and
QinetiQ направлен на создание недорогих вариантов аккумуляторов, которые сейчас
устанавливают только в экспериментальных образцах или спортивных машинах. Такие
аккумуляторы смогли бы значительно расширить сбыт гибридных автомобилей и
снизить выхлопы углекислого газа.
Разработчики намерены добиться
трехкратного снижения затрат на производство и двукратного сокращения массы
литий-ионного аккумулятора. Проект рассчитан на два года и финансируется
британским министерством транспорта, а также за счет средств самих компаний.
У компании QinetiQ есть большой опыт
создания мощных литий-ионных аккумуляторов для военных заказчиков. В июне 2006
года Ricardo, QinetiQ и PSA Peugeot-Citroen продемонстрировали гибридный
автомобиль с дизельным двигателем и литий-ионным аккумулятором, однако
признали, что для его выхода на широкий рынок необходимо снизить стоимость
производства батареи по меньшей мере в два раза, до 2 тыс. евро, сообщает The
Engineer.
Трагедия 9 сентября изменила мнения
американцев о многих вещах, и в частности о таком фундаментальном элементе
американского образа жизни, как регулярное посещение автозаправок.
Нация автомобилистов поставлена перед
необходимостью преодоления (или хотя бы уменьшения) унизительной зависимости от
импорта нефти и нефтепродуктов. Достижение этой цели потребует смещения
акцентов с автомобильных двигателей внутреннего сгорания в пользу
электромоторов. Электромобилизация все более воспринимается в США как вопрос
национальной безопасности, а сопряженная с ней задача совершенствования
мобильных источников электроэнергии становится одним из ключевых национальных
приоритетов. Некоторые обозреватели сравнивают его по актуальности с космической
программой «Апполлон» (в 60-е годы прошлого столетия имевшей целью утверждение
способности США противостоять советскому блоку в военно-технологическом
отношении).
Для массового пересаживания американцев на
электромобили вышеупомянутое усовершенствование должно иметь качественный
характер, иначе электромобиль обречен на неконкурентоспособность: ведь по
удельной энергоемкости современные аккумуляторы (около 0,07 кВт•ч/кг) уступают
бензину (13,02 кВт•ч/кг) на два порядка (даже с учетом скидки на относительно низкий
КПД двигателей внутреннего сгорания, не превосходящий 40%).
Электромобили General Motors EV1,
выпускавшиеся в 1996–1999 гг., снискали скандальную славу: производители едва
ли не силой отняли их у владельцев (точнее, у арендаторов) и уничтожили. По мнению
некоторых журналистов случившееся обьясняется сговором автопромышленников с
могущественными нефтяными воротилами. Тогда как сами автомагнаты указывают на
предрешенную необъятностью американских просторов коммерческую провальность электромобиля,
дальность пробега которого на одной зарядке была ограничена 200 км.
В марте нынешнего года опустевшую на
десятилетие нишу готовится занять компания Tesla Motors, разрабатывающая
роскошные спортивные электромобили : с места до 100 км/ч они бесшумно
разгоняются менее чем за 4 с. Дальность их пробега на одной заправке составляет
около 400 км, а цена колеблется в пределах от 50 до 100 тыс. долл. Элон Маск
(Elon Musk), один из финансовых учредителей Tesla Motors, надеется, что его
компания станет одним из ключевых автопроизводителей в XXI веке. О
небезосновательности этого мнения можно судить по успеху еще одного основанного
им проекта PayPal.
О масштабах американской кампании
электромобилизации можно судить по тому, что «Даймлер Крайслер», «Форд» и
«Дженерал Моторс» уже затратили на участие в ней свыше 2 млрд долл.
Ее побочным результатом почти наверняка
станет появление источников питания, обеспечивающих автономную работу ноутбуков
в течение суток (а мобильных телефонов – в течение месяца). Такие источники
питания позволят ликвидировать углубляющийся разрыв между характеристиками
аккумуляторов и производительностью всех прочих подсистем мобильной
электроники. Ведь усредненные темпы роста удельной энергоемкости аккумуляторных
батарей оцениваются сегодня в 6% (для наиболее коммерчески актуального типа –
литий-ионного – этот показатель несколько выше: 9%).
В многообразии, предлагаемом более традиционными автономными
источниками питания, легко заблудиться. Казалось бы, всем хороши литий-серные
аккумуляторные батареи Sion
Power, используемые сегодня в авиакосмических и военных приложениях. Их
удельная энергоемкость в несколько раз выше, чем у литий-ионных (по заявлениям
представителей Sion Power, теоретический предел этого параметра оценивается
головокружительными 2,5 кВт•ч/кг); заряжаются они быстро; места занимают мало
(ввиду высокой плотности); заряд хранят долго; могут работать в широком
температурном диапазоне. Увы, их недостаток – неприемлемо малое количество
циклов перезарядки (несколько десятков), а удастся ли его преодолеть –
неизвестно.
Наиболее перспективное направление совершенствования традиционных
аккумуляторов, по-видимому, связано с переходом с графитовых электродов в
литий-ионных батареях к электродам из кремниевых нанотрубок. Теоретический
предел удельной энергоемкости такого нанотехнологического аккумулятора
оценивается исследователями из Стэнфордского университета в 2 кВт•ч/кг, что
позволяет надеяться на 25-кратное продление времени автономной работы ноутбуков.
Источник питания (Energy Storage System,
или ESS) первой модели от Tesla Motors («Tesla Roadster») – самый инновационный
и дорогостоящий компонент конструкции. Он выдает до 200 кВт мощности при
энергоемкости 53 кВт•ч и представляет собой батарею с водяным охлаждением,
состоящую из 6800 литий-ионных аккумуляторов типа 18650. Емкость аккумуляторов
постоянно контролируется системой, принимающей меры в случае чреватых
возгоранием неполадок.
4.ТОПЛИВНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
Топливные элементы
осуществляют прямое превращение энергии топлива в электричество минуя
малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это
электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного»
горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.
Основа любого ХИТ – два
электрода соединенные электролитом. ТЭ состоит из анода, катода и электролита.
На аноде окисляется, т.е. отдает электроны, восстановитель (топливо CO или H2), свободные электроны
с анода поступают во внешнюю цепь, а положительные ионы удерживаются на границе
анод-электролит (CO+, H+). С другого конца цепи электроны подходят к катоду, на котором
идет реакция восстановления (присоединение электронов окислителем O2–). Затем ионы
окислителя переносятся электролитом к катоду.
В ТЭ вместе сведены вместе
три фазы физико-химической системы:
газ (топливо, окислитель);
электролит (проводник ионов);
металлический электрод (проводник электронов).
В ТЭ происходит
преобразование энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую,
причем, процессы окисления и восстановления пространственно разделены
электролитом. Электроды и электролит в реакции не участвуют, но в реальных
конструкциях со временем загрязняются примесями топлива. Усложняет
использование ТЭ то, что для них топливо необходимо «готовить». Для ТЭ получают
водород путем конверсии органического топлива или газификации угля. Поэтому
структурная схема электростанции на ТЭ, кроме батарей ТЭ, преобразователя
постоянного тока в переменный и вспомогательного оборудования включает блок
получения водорода.
Существуют две сферы
применения ТЭ: автономная и большая энергетика.
Для автономного
использования основными являются удельные характеристики и удобство
эксплуатации. Стоимость вырабатываемой энергии не является основным
показателем.
Для большой энергетики
решающим фактором является экономичность. Кроме того, установки должны быть
долговечными, не содержать дорогих материалов и использовать природное топливо
при минимальных затратах на подготовку.
Большие выгоды сулит
использование ТЭ в автомобиле. Здесь, как нигде, скажется компактность
ТЭ. При непосредственном получении электроэнергии из топлива экономия
последнего составит порядка 50%.
Впервые идея
использования ТЭ в большой энергетике была сформулирована немецким ученым
В. Освальдом в 1894 году. Позднее получила развитие идея создания
эффективных источников автономной энергии на основе топливного элемента.
После этого
предпринимались неоднократные попытки использовать уголь в качестве активного
вещества в ТЭ. В это же время исследовались кислородно-водородные ТЭ.
В 1958 году в Англии
Ф. Бэкон создал первую кислородно-водородную установку мощностью
5 кВт. Но она была громоздкой из-за использования высокого давления газов
(2...4 МПа).
С 1955 года в США
К. Кордеш разрабатывал низкотемпературные кислородно-водородные ТЭ. В
них использовались угольные электроды с платиновыми катализаторами. В Германии
Э. Юст работал над созданием неплатиновых катализаторов.
После 1960 года были
созданы демонстрационные и рекламные образцы. Первое практическое применение ТЭ
нашли на космических кораблях «Аполлон». Они были основными энергоустановками
для питания бортовой аппаратуры и обеспечивали космонавтов водой и теплом.
Основными областями
использования автономных установок с ТЭ были военные и военно-морские применения.
В конце 60-х годов объем исследований по ТЭ сократился, а после 80-х вновь
возрос применительно к большой энергетике.
Фирмой VARTA
разработаны ТЭ с использованием двухсторонних газодифузионных электродов. Фирма
Siemens разработала электроды с удельной мощностью до 90 Вт/кг. В США
работы по кислородно-водородным элементам проводит United Technology Corp.
В большой энергетике
очень перспективно применение ТЭ для крупномасштабного накопления энергии,
например, получение водорода. Возобновляемые источники энергии (солнце и ветер)
отличаются рассредоточеностью. Их серьезное использование, без которого в
будущем не обойтись, немыслимо без емких аккумуляторов, запасающих энергию в
той или иной форме.
Проблема накопления
актуальна уже сегодня: суточные и недельные колебания нагрузки энергосистем
заметно снижают их эффективность и требуют так называемых маневренных
мощностей. Один из вариантов электрохимического накопителя энергии – топливный
элемент в сочетании с электролизерами и газгольдерами.
Наибольшего
технологического совершенства достигли среднетемпературные ТЭ первого
поколения, работающие при температуре 200...230°С на жидком топливе, природном
газе либо на техническом водороде. Электролитом в них служит фосфорная кислота,
которая заполняет пористую углеродную матрицу. Электроды выполнены из углерода,
а катализатором является платина (платина используется в количествах порядка
нескольких граммов на киловатт мощности).
Одна таких
электростанций введена в строй в штате Калифорния 1991 году. Она состоит из
восемнадцати батарей массой по 18 т каждая и размещается в корпусе диаметром
чуть более 2 м и высотой около 5 м. Продумана процедура замены
батареи с помощью рамной конструкции движущейся по рельсам.
Две электростанции на
ТЭ США поставили в Японию. Первая из них была пущена еще в начале 1983 года.
Эксплуатационные показатели станции соответствовали расчетным. Она работала с
нагрузкой от 25 до 80% от номинальной. КПД достигал 30...37% – это близко к
современным крупным ТЭС. Время ее пуска из холодного состояния – от
4 ч до 10 мин., а продолжительность изменения мощности от нулевой до
полной составляет всего 15 с.
Сейчас в разных районах
США испытываются небольшие теплофикационные установки мощностью по 40 кВт
с коэффициентом использования топлива около 80%. Они могут нагревать воду до
130°С и размещаются в прачечных, спортивных комплексах, на пунктах связи и т.д.
Около сотни установок уже проработали в общей сложности сотни тысяч часов.
Экологическая чистота электростанций на ТЭ позволяет размещать их
непосредственно в городах.
Первая топливная
электростанция в Нью-Йорке, мощностью 4,5 МВт, заняла территорию в
1,3 га. Теперь для новых станций с мощностью в два с половиной раза
большей нужна площадка размером 30x60 м. Строятся несколько
демонстрационных электростанций мощностью по 11 МВт. Расчетный срок службы
новых электростанций – 30 лет.
4.2 Второе и третье
поколение ТЭ
Лучшими
характеристиками обладают уже проектирующиеся модульные установки мощностью 5
МВт со среднетемпературными топливными элементами второго поколения. Они
работают при температурах 650...700°С. Их аноды делают из спеченных частиц
никеля и хрома, катоды – из спеченного и окисленного алюминия, а электролитом
служит расплав смеси карбонатов лития и калия. Повышенная температура помогает
решить две крупные электрохимические проблемы:
снизить «отравляемость» катализатора окисью
углерода;
повысить эффективность процесса восстановления
окислителя на катоде.
Еще эффективнее будут
высокотемпературные топливные элементы третьего поколения с электролитом из
твердых оксидов (в основном двуокиси циркония). Их рабочая температура – до
1000°С. КПД энергоустановок с такими ТЭ близок к 50%. Здесь в качестве
топлива пригодны и продукты газификации твердого угля со значительным содержанием
окиси углерода. Не менее важно, что сбросовое тепло высокотемпературных
установок можно использовать для производства пара, приводящего в движение
турбины электрогенераторов.
Фирма Vestingaus
занимается топливными элементами на твердых оксидах с 1958 года. Она
разрабатывает энергоустановки мощностью 25...200 кВт, в которых можно
использовать газообразное топливо из угля. Готовятся к испытаниям
экспериментальные установки мощностью в несколько мегаватт. Другая американская
фирма Engelgurd проектирует топливные элементы мощностью 50 кВт работающие
на метаноле с фосфорной кислотой в качестве электролита.
В создание ТЭ
включается все больше фирм во всем мире. Американская United Technology и
японская Toshiba образовали корпорацию International Fuel Cells. В Европе
топливными элементами занимаются бельгийско-нидерландский консорциум Elenko,
западногерманская фирма Siemens, итальянская Fiat, английская Jonson Metju.
4.3 Дальнейшее развитие ТЭ
Изобретению топливного элемента уже 170 лет. Однако на сегодня эта
идея не получила значимой коммерческой реализации. Несмотря на столь вопиющий
«долгострой», многие по-прежнему убеждены: за топливными элементами – будущее.
Для того чтобы топливные элементы смогли на равных конкурировать с
традиционными источниками электроэнергии, необходимо решить три важнейшие
задачи:
ограничить
содержание платины и других драгоценных материалов-катализаторов,
взвинчивающих стоимость топливных элементов;
уменьшить
темпы деградации электродов, сокращающих срок их эксплуатации;
исправить
подмоченную репутацию топливных элементов как бренда.
(В
1970 г. выход из строя топливных элементов системы энергообеспечения
злосчастной космической экспедиции Apollo 13 едва не погубил ее экипаж. С тех
пор в коллективном сознании американцев эти продукты вызывают сложное чувство
уважительного недоверия.)
Топливный
элемент – как комбинированная система для производства тепла и электричества,
удовлетворяющая потребностям клиентов в электричестве и отоплении.
Такая система может во в будущем
обеспечить приблизительно две трети электрической мощности и одной трети
мощности по отоплению, необходимой для дома с 15 семьями. RWE Fuel Cells, BBT
Thermotechnik и IdaTech развивают направление отопительных топливных элементов,
чтобы полностью снабжать потребителей теплом.
Главное здесь – то, что
топливный элемент EtaGenTM объединен в систему отопления вместе с традиционным
котлом. Это дает возможность эконоии топлива и уменьшить выброс CO2 в атмосферу.
EtaGenTM –
отдельная топливная система. Водород вырабатывается топливным процессором,
который использует природный или сжиженый газ. Процессор берет топливо и
окружающий воздух, чтобы преобразовать газообразное топливо в водород высокой
очистки, используя технологию, основаннуюна очистке давлением.
Прежде, чем отопительный
топливный элемент поступит на рынок, он должен доказать свою эффективность в
полевых испытаниях. Пять систем начнут работу в 2005 году в Германии.
Пять топливных элементов без котлов были проверены в этих городах в прошлом
году на начальной стадии проекта. В конце этого года количество рабочих систем
будет увеличено приблизительно на 15 отопительных топливных элементов, которые
будут связаны с сетью муниципальных предприятий коммунального обслуживания и
региональных поставщиков.
Таким образом, партнеры,
которые принимают участие в испытаниях, будут обеспечены необходимыми знаниями
и получат преимущество в области технологии топливных элементов.
Разработка более совершенных топливных элементов ведётся
не только крупнейшими производителями автомобилей, которые стремятся к началу
следующего десятилетия начать переводить автотранспорт на использование более
экологичных и экономичных гибридных двигателей, но и производителями
электроники. Например, компания LG уже предложила использовать метиловый
спирт в качестве топлива для получения электроэнергии в ноутбуках,
аналогичные разработки имеются у Toshiba, NEC и многих других компаний.
Основной проблемой являются большие габариты топливных элементов, затрудняющие
эксплуатацию такого источника питания совместно с неким портативным
устройством.
Британский
сайт The Inquirer со ссылкой на японские
источники сообщает, что компания Casio разработала топливный элемент на твёрдых
полимерах, который на 90% компактнее конкурирующих решений. Этот элемент тоже
извлекает водород из метилового спирта, чтобы получить электроэнергию. Ноутбуки
с использованием такого топливного элемента начнут поставляться через год,
одного заряда должно хватить на 20 часов работы. Это почти в два раза больше,
чем заявленные показатели лучших современных ноутбуков с традиционными
литий-ионными аккумуляторами. Фактически, средняя продолжительность работы от
одной зарядки не превышает 4-5 часов, для увеличения этого показателя до 8
часов обычно используются дополнительные батареи. Если разработка Casio приживётся в серийных ноутбуках
и телефонах, пользователи смогут меньше думать о близости электрических
розеток.
Французская
компания Bic заинтересовалась в
новом, но более чем перспективном рынке топливных элементов для мобильных
устройств. Топливные элементы со сменными картриджами могут использоваться в
самых разных сферах, в том числе и для питания мобильных устройств, таких как
сотовые телефоны, карманные компьютеры, ноутбуки и т. п. Топливом обычно служит
метанол (древесный спирт), однако есть и ряд альтернативных видов топлива. Один
сменный картридж для топливного элемента позволяет обычного сотовому телефону
работать несколько недель, при этом стоит пару долларов.
Хотя пока
топливные элементы не пользуются большой популярностью на потребительском
рынке, многие специалисты полагают, что однажды топливные элементы полностью
вытеснят традиционные аккумуляторные батареи. На эту сферу рынка обращают
внимание все больше производителей, поскольку спрос уже сейчас начинает
обгонять предложение.
В
проекте участвуют такие маститые игроки, как Samsung и LG. Себе компания Bic
выделяет роль производителя одноразовых картриджей, которые действительно
напоминают знаменитые «биковские» стержни для шариковых ручек.
В мае 2008 г. французские ученые
объявили, что им удалось разработать новый топливный элемент, который может
использоваться в качестве резервного источника питания для мобильных телефонов.
В сообщении для прессы от Комиссии по атомной энергетике (Atomic Energy
Commission - CEW) говорится, что данное устройство представляет собой картридж
размером с небольшую зажигалку, который содержит водород. Новый топливный
элемент можно носить собой в специальном чехле и прикреплять к поясу. По
замыслу разработчиков, он должен снизить зависимость пользователей мобильных
устройств от постоянных источников энергии для перезаряжания аккумуляторов. По
сути, новый топливный элемент является частью гибридной системы, в которой
мобильный телефон берет энергию от аккумулятора и передает часть
неиспользованной энергии в топливный элемент. Каждый картридж может работать
дольше обычных аккумуляторов от 3 до 5 раз.
Разработка данной модели топливного элемента велась с 2005 года в
компании STMicroelectronics. По словам представителей компании, она поступит в
продажу к 2010 году.
.
2009
начнется использование топливных элементов питания для мобильных телефонов
Уже на протяжении нескольких лет мы
слышим от разных компаний обещания создать метанольные топливные элементы
питания для мобильных устройств, но наконец-то компания MTI Micro обозначила
дату, когда это произойдет.
Впервые, мысль о применении топливных
элементов, работающих на метаноле, для питания мобильных устройств, пришла к
компании MTI Micro в 2004 году. После долгих лет работы над технологией удалось
создать рабочие прототипы. Линия по производству топливные элементов питания
будет построена ближе к концу этого года, а появление их в продаже
запланировано на начало 2009 года.
Исполнительный директор компании MTI
Micro Пенг Лим (Peng Lim) отметил, что
целью его компании является замещение литий-ионных аккумуляторов топливными
элементами питания. Их главное преимущество заключается в том, что они могут
обеспечить продолжительность работы устройства в два больше, чем литий-ионные
аккумуляторы, при тех же физических размерах. Также плюсом является
несущественное время перезарядки, так как для этого понадобится всего лишь
заправить топливный элемент метанолом или же просто заменить картридж. В
дополнение к этому, новая технологии экологически безопасна - метанол вступает
в реакцию с катализатором, что приводит к выделению энергии, простой воды и
очень небольшого количества углекислого газа.
Изначальная стоимость метанольных
топливных элементов питания будет несколько выше, чем литий-ионных
аккумуляторов.
Тайваньская
компания Antig Technology планирует
сделать коммерческой свою технологию топливных элементов прямого действия на
основе метанола (direct methanol fuel cell, DMFC).
Первым изделием станет зарядное устройство мощностью
16 Вт, предназначенное для "заправки" аккумуляторов портативных ПК,
MP3-плееров, мобильных телефонов и так далее. ЗУ может быть также использован в
качестве дополнительного источника питания для ноутбуков, что позволит продлить
время "жизни" основной батареи. Метанол подаётся в аппарат в 70-мл
картриджах, которые будут поставляться французской компанией BIC. Без картриджа
новинка весит 800 г, а её габариты - 230 x 70 x 80 мм.
Некоторые
производители мобильных устройств уже представили прототипы топливных элементов
питания, которые позволяют увеличить продолжительность автономной работы.
К ним присоединилась компания Sony,
которая продемонстрировала гибридный топливный элемент питания.
Прототип имеет небольшие размеры около
50х30 мм и представляет собой симбиоз литий-полимерного
аккумулятора с топливным элементом, который работает на метаноле.
Десяти миллилитров метанола достаточно на обеспечение 14 часов
непрерывного просмотра широковещательного видео в формате 1Seg. Элемент
может самостоятельно регулировать выходное напряжение, а максимальная
мгновенная мощность может достигать 3 Вт.
Компания Sony планирует начать коммерческое использование представленного
прототипа в ближайшем времени.
У ноутбуков всегда было две большие проблемы, которых нет у настольных
ПК: первая - это недостаток мощности за разумные деньги, а вторая -
недолговечность работы батарей. Понятно, что на настольном ПК у вас не возникает
такой проблемы, просто потому, что он всегда включён в сеть. Samsung
прикладывает все силы для того что бы найти выход, и похоже они добились
некоторых успехов в решении хотя бы одной.
Samsung
представила своё нововведение – топливный элемент, работающий на метаноле - на
одном из ноутбуков серии Q35. По заявлению фирмы, такое устройство может питать
ноутбук в течении целого месяца. К сожалению, это происходит за счет снижения
мобильности, батарея примерно в два раза толще ноутбука.
Прямой метаноловый топливный элемент (Direct Methanol
Fuel Cell), в котором топливо, метанол, предварительно не разлагается с
выделением водорода, а напрямую используется в топливном элементе. По всей
видимости, пройдёт ещё несколько лет до выпуска чего-нибудь достаточно
маленького и, соответственно, практически пригодного. Но приятно видеть, что
прогресс в этом направлении налицо.
В 2008 году правительство Японии решило сделать создание домашних
топливных элементов национальным проектом, в который включились крупнейшие корпорации
Nippon Oil, Tokyo Gas, Sanyo Electric, Toshiba, Matsushita Electric Industrial,
Mitsubishi Heavy Industries и Toyota Motor. Часть этих компаний займется
созданием оборудования, другие будут разрабатывать методы генерации водорода.
Несмотря на привлекательность топливных элементов с экологической точки зрения,
основным вопросом в развитии проекта будет именно создание надежных способов
генерации и хранения водорода. Японские эксперты рассчитывают на применение в
топливных элементах и различных углеводородов. Мотивом для создания домашних
электростанций является и сейсмоопасность Японии, где в любой момент может
произойти землетрясение, которое разрушит систему электропередачи. Массового
выпуска "домашних теплоэлектростанций" пока нет, но первые шаги в
этом направлении уже сделаны - недавно Matsushita Electric Industrial
представила свою разработку, которая, однако, пока слишком дорога для
использования в быту - ее стоимость без установки составляет почти два миллиона
иен (около $19000), сообщается в пресс-релизе компании. Правительство Японии
рассчитывает оборудовать теплоэлектростанциями на топливных элементах около 550
тыс. домов в течение нескольких лет. В Японии сейчас насчитывается 48 млн.
семей, из них около 25 млн. живет в отдельных домах. Стоимость домашней
электростанции предполагают снизить до 500 тыс. иен к 2015 г.
С
2006 года американские и немецкие исследователи разрабатывают новые системы
бортового энергоснабжения авиалайнеров. В настоящее время для этой цели
используются генераторы, работающие от двигателей самолёта. Однако в
перспективе генераторы могут быть заменены топливными элементами, обладающими
более высоким КПД. В Институте систем
солнечной энергетики имени Фраунгофера, Германском аэрокосмическом центре при
участии компании Liebherr Aerospace была разработана и успешно испытана система
бортового электроснабжения, состоящая из высокотемпературного твердооксидного
топливного элемента и реактор для получения водорода авиационного керосина.
Реактор работает в автотермическом режиме (то есть не требует подвода тепла
извне) и обеспечивает получение водородсодержащего газа, который после очистки
поступает в топливный элемент. Побочные продукты реакции сжигаются, а
получаемое тепло идет на испарение керосина перед поступлением в реактор. По
предварительным оценкам компании Boeing, которая также ведёт подобные
разработки, замена генератора на топливный элемент мощностью 440 кВт обеспечит
экономию топлива до 40% в полёте и до 75% при движении самолёта по земле.
Однако внедрение топливных элементов в авиации вряд ли произойдёт ранее 2015
года.
Причём помимо
освоения производства новых бортовых энергетических установок нужно наладить
производство подходящего авиационного керосина. Используемое в настоящее время
реактивное топливо часто содержит заметное количество серы, которая отравляет
используемые в энергосистеме катализаторы.
Топливные элементы могут в недалеком
будущем стать широко используемым источником энергии на транспорте, в
промышленности и домашнем хозяйстве. Высокая стоимость топливных элементов
ограничивала их применение военными и космическими приложениями.
Предполагаемые применения топливных элементов включают их
применение в качестве переносных источников энергии для армейских нужд и
компактных альтернативных источников энергии для околоземных спутников с
солнечными батареями при прохождении ими протяженных теневых участков орбиты.
Небольшие размеры и масса топливных элементов позволили использовать их при
пилотируемых полетах к Луне. Топливные элементы на борту трехместных кораблей
«Аполлон» применялись для питания бортовых компьютеров и систем радиосвязи.
Топливные элементы можно использовать в качестве источников питания
оборудования в удаленных районах, для внедорожных транспортных средств,
например в строительстве. В сочетании с электродвигателем постоянного тока
топливный элемент будет эффективным источником движущей силы автомобиля.
Согласно последним данным, компания Medis Technologies начала производство
зарядного устройства на основе топливных элементов специально для Microsoft. По
имеющейся информации, фабрика будет производить миллион экземпляров в
месяц.Топливные элементы пока что пользуются очень внушительные размеры, чтобы
использоваться в мобильных телефонах, но их возможно применять в зарядных
устройствах, что позволяет пользователю заряжать аккумуляторы, не имея
под рукой розетки. Поскольку уже известно о разработках Microsoft под названием
Zune Phone, будем надеяться, что эту новинку уже будет включен топливный
элемент, выполняющий функции зарядника.
Для широкого применения топливных элементов необходимы
значительный технологический прогресс, снижение их стоимости и возможность
эффективного использования дешевого топлива. При выполнении этих условий
топливные элементы сделают электрическую и механическую энергию широко
доступными во всем мире.
5. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ХИТ
Для оптимизации подзарядки и для увеличения срока службы аккумулятора,
необходима информация о степени его заряда, о предыдущих подзарядках, температуре, а таже других физических параметрах. То есть нужно
владеть всеми этими данными для обеспечения нормальной работы системы зарядное
устройство-аккумулятор.
Для
обеспечения лучшей работы производитель ХИТ компания Duracell и компания Intel
совместно разработали систему "умных" источников (Smart Battery).
Спецификация интеллектуальных ХИТ в первой версии (Smart Battery Data
Specification, Version 1.0) вышла 15 февраля 1995 года. Она позволила
упорядочить процессы заряда источников с помощью добавления отслеживающей схемы
в аккумуляторе и передачи стандартных сигналов на зарядное устройство.
Система
Smart Battery определяет нескольких уровней, распределяющих взаимодействие
между источником, зарядным устройством и компьютером. Кроме того, она
обеспечивает недорогой канал связи между этими устройствами, называющийся
системной шиной (System Management Bus). Но кроме физического соединения,
спецификация определяет протокол обмена сообщениями и формат сообщений.
Спецификация
интеллектуальных ХИТ определяет информацию об аккумуляторе, которую она может
передать зарядному устройству, равно как задает формат сообщений для ее
передачи. В частности, зарядное устройство может получать информацию о
химических процессах, о емкости, напряжении, и даже об упаковке аккумулятора.
Сообщения содержат не только информацию о текущем состоянии зарядки источника,
но также и историю всех предыдущих циклов подзарядки. Поэтому зарядное
устройство может предсказывать срок службы аккумулятора. Спецификация не
зависит от используемых в источнике химических процессов и от устройства
отслеживающей схемы. Единственное, что здесь должно четко соблюдаться -
соединение с шиной и формат сообщений.
В
дополнение был создан стандарт интеллектуального зарядного устройства (Smart
Battery Charger specification), который кроме описания данных, передаваемых
между зарядным устройством и аккумулятором, ещё и определяет отношения между
"интеллектуальными" ХИТ и различными типами зарядных устройств. Кроме
этого он описывает системную шину и соответствующий стандарт интерфейса для
BIOS, который предоставляет управление системой программному обеспечению PC и
операционной системе.
Практически
все современные ноутбуки используют аккумуляторные батареи, соответствующие
этой спецификации, так как управление батареями входит в состав спецификаций
ACPI (Advanced Configuration and Power Interface). Поддержка ACPI требуется для
совместимости с последними версиями Windows. С помощью этого интерфейса
производители компьютеров могут выбирать один из двух стандартов управления
питанием: Smart Battery или недавно появившийся интерфейс управления батарей
CMBatt (Control Method Battery Interface), описанный как часть стандарта ACPI.
"Умная" батарея предоставляет аппаратный интерфейс (встроенный
контроллер с регистрами), к которому операционная система компьютера может
получить доступ через системную шину.
Интерфейс
CMBatt добавляет язык управления более высокого уровня, называемый AML - ACPI
Machine Language - это встроенный язык стандарта ACPI. Он позволяет управлять
работой аккумуляторов (равно как питанием системы и ее конфигурацией) с помощью
или без помощи встроенного контроллера. Производители ХИТ и компьютеров
преобразуют свои инструкции по подзарядке источников и по отслеживанию
состояния заряда в код AML, который, в свою очередь, предоставляет информацию
операционной системе компьютера. Использование языка AML даёт производителям
широкие возможности- один и тот же код может управлять различными типами ХИТ и
интерфейсами связи.
6. ИОНИСТОРЫ И ГИБРИДНЫЕ УСТРОЙСТВА
Автобусный маршрут номер 11 в Шанхае в течение уже полутора лет
обслуживают машины, использующие
ионисторы в качестве источника энергии (оперативная подзарядка происходит
на остановках, оборудованных особыми контактными площадками). Подобно
традиционным конденсаторам, ионисторы (называемые также супер- и
ультраконденсаторами) накапливают энергию в виде электростатического поля;
никаких химических реакций в ходе их работы не происходит, и потому количество
циклов перезарядки может исчисляться миллионами. Эти устройства имеют
чрезвычайно высокий КПД (более 95%); в отличие от современных аккумуляторов, не
склонны к самовозгоранию, и, вдобавок ко всему, изготовляются из нетоксичных
материалов.
Поскольку емкость ионистора определяется площадью поверхности и
проводимостью его «обкладок», большие надежды связаны с использованием
материалов на основе углеродных нанотрубок. Совместная исследовательская
программа Калифорнийского университета в Дэвисе и компании Mytitek Inc. доказываает
возможность улучшения эксплуатационных характеристик ионисторов в несколько
раз.
Итак, не зарядить ли ноутбук ионистором? Вообще говоря,
сопоставление различных типов мобильных источников электроэнергии – сложная
задача, требующая учета многих разнородных параметров. Отличие конденсаторов от
топливных элементов, можно проиллюстрировать, сравнив конденсатор с кофейной
чашкой, а топливный элемент – с узкогорлой бутылкой: первую можно быстро
опорожнить, зато во вторую помещается больше жидкости. В походных условиях
объем сосуда ценнее ширины его горлышка, и потому для ноутбуков топливные
элементы теоретически являются более перспективным источником питания, чем
ионисторы.
Завершение проекта EESU (Electrical Ener-gy Storage Unit),
объявленного стартапом EEstor,
грозит расширить область, отведенную ионисторам, вверх до 0,27 кВт•ч/кг. Такой
ионистор превзойдет современные литий-ионные батареи по удельной энергоемкости
в несколько раз. Поэтому ноутбук, оснащенный EESU, сможет заряжаться в долю
секунды и функционировать автономно в течение рабочего дня.
Кроме того, стараниями компаний, продвигающих гибридные
технологии, Здесь следует упомянуть тончайшую батарею, представляющую собой
матрицу из «впечатанных» в бумагу нанотрубок, разрабатываемую в Политехническом
институте Ренсселера и MIT, а также свинцово-кислотный аккумулятор-ионистор,
коммерциализуемый компанией Axion
Power под торговой маркой e³.
7.
НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ НАПРАВЛЕНИЯ
Ряд лабораторий занимается исследованием так называемых
микробиологических топливных элементов (Microbial Fuel Cell, или MFC).
Вырабатываемая ими электроэнергия – побочный продукт электрохимических
процессов, протекающих в некоторых экзотических микроорганизмах. Вероятно,
среди дисциплин, обусловливающих прогресс в этой области, не последнее место
займет генная инженерия.
В ближайшее время финиширует объявленный Пентагоном конкурс на
лучший источник питания для солдатской экипировки. Претенденты на главный
приз (1 млн долл.) должны продемонстрировать устройство массой не более 4 кг,
способное в военно-полевых условиях вырабатывать не менее 20 Вт в течение
четырех суток.
Кстати, 20 Вт –
типичный уровень энергопотребления современного ноутбука в режиме полной
загрузки процессора. Поэтому весьма вероятно, что некоторые из
продемонстрированных в ходе конкурса технологий найдут применение и в мирных
целях.
8. ХИТ
ТРАДИЦИОННЫХ СИСТЕМ
8.1 Свинцово-кислотные аккумуляторы при сравнительно больших габаритах и
низкой цене позволяют отдавать в нагрузку большую мощность, но обладают
наименьшей энергетической плотностью на единицу объема. Они имеют малый
саморазряд, допускают длительное нахождение в зарядном устройстве, но не
допускают быстрый заряд, поэтому типовое время их заряда составляет 8 – 16
часов. В зависимости от глубины разряда и температуры эксплуатации,
аккумуляторы обеспечивает от 200 до 500 циклов разряда / заряда.
Свинцово-кислотные аккумуляторы в нашей стране
изготавливают 10 основных предприятий.
На сегодняшний день украинские предприятия производят
современные необслуживаемые и герметичные свинцово-кислотные аккумуляторные
батареи (АКБ) с решетками из сплавов свинца с кальцием и др. Освоено
производство мотоциклетных АКБ батарей емкостью от 4 до 18 Ач, а также батарей для катеров и яхт с
возможностью работы при больших углах наклона.
Кроме стартерных АКБ, предназначенных для пуска
двигателей и питания электрического оборудования автомобилей, мотоциклов и
автокрановой техники, предприятия Украины производят также тяговые и
стационарные аккумуляторы.
8.2 Щелочные
аккумуляторы -
аккумуляторы, в которых в качестве электролита используют раствор щелочи в
воде.
Главная особенность щелочных
аккумуляторных батарей - способность постепенно отдавать
накопленный заряд за достаточно длительный промежуток времени. Это свойство
способствует обеспечению бесперебойного питания огромному количеству различных
устройств.
Применяются данные аккумуляторы в качестве:
основных источников электроэнергии на
электрокарах и в мобильных устройствах (фотоаппараты, видеокамеры,
телефоны, карманные и переносные фонари и т.д.)
дополнительных источников энергии в трамваях и
троллейбусах, тепловозах и электровозах
источников энергии для питания аварийных устройств, таких как
аварийное освещение, охранно-пожарные сигнализации, источники
бесперебойного питания персональных компьютеров и т. п.
Щелочные аккумуляторы вторые по объемам выпуска на
Украине. Прежде всего - это никель-кадмиевый и никель-железный аккумуляторы.
ХИТ этих систем имеют большой ресурс (несколько тысяч зарядно-разрядных
циклов). Они компактны и сравнительно просты в обращении. Эти аккумуляторы
используются в различных областях промышленности и в быту. Во время длительной
работы электроды «стареют», их характеристики ухудшаются. Консорциум «Укр Бат»
единственное предприятие в Украине, которое изготавливает щелочные аккумуляторы
и АКБ для всех отраслей промышленности. В производстве консорциума в настоящее
время аккумуляторы таких
электрохимических систем: никель-кадмиевая, никель-железная и
серебряно-цинковая. Продукция предприятия предназначена для питания телефонных
станций, для городского электротранспорта, шахтных электровозов, электрокар, а
также для питания портативной техники. Кроме указанных областей применения,
изделия этого предприятия используются в авиации и военно-морском флоте.
Никель-кадмиевые
аккумуляторы –
аккумуляторы с наиболее отработанной технологией, имеют более высокую
энергетическую плотность по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами,
менее всех остальных критичны к ошибкам пользователей при эксплуатации.
Допускают восстановление своей емкости, но на специальной аппаратуре и по
специальному алгоритму. Наиболее долговечные при правильной эксплуатации и
своевременном обслуживании, число циклов заряда / разряда может достигать 1000
и более. Но имеют большой саморазряд (до 10 % в течение первых 24-х часов) и
подвержены эффекту памяти, который устраняется периодическими циклами глубокого
разряда (примерно1 раз в месяц). Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы имеют
много общего в конструкции и характеристиках. Они имеют большой ресурс,
компактны и сравнительно просты в обращении.
Серебряно-цинковые аккумуляторы имеют высокую удельную энергию
(до 130 Вт.ч/кг, возможность разряда большими токами. Источники тока с
серебряным электродом содержат 4 - 5 г/А.ч металлического серебра. Поэтому эти
ХИТ используют в тех случаях, когда другие варианты непригодны и важность
задачи оправдывает затраты.
6. СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ХИТ
6.1 МОБИЛЬНЫЕ ТЕЛЕФОНЫ
При интенсивных разгворах по телефону, и наличии достаточных
средств, а также предпочтении к меньшим
габаритам и весу телефонного аппарата – выбирайте литий-ионные аккумуляторы. В
случае рациональности, бережливости и готовности примириться с несколько
большими габаритами и уделять большее внимание обслуживанию аккумулятора – ваш
выбор никель-металл гидридный аккумулятор. Если по какой-либо причине
приходится выбирать или пользоваться никель-кадмиевым аккумулятором – не расстраивайтесь
– у Вас в руках “рабочая ломовая лошадь”, которая естественно требует большего
внимания и затрат в обслуживании.
6.2 НОУТ БУКИ
Современные
ноутбуки очень противоречивы в требованиях к элементам питания. Во-первых, им
нужна максимальная емкость. Во-вторых, ноутбуки требовательны к размерам и весу
аккумуляторов. Выполнить всё это разом не является возможным, поэтому, как
правило, приходится выбирать компромиссное решение.
Большинство
ноутбуков использует один из трех популярных типов подзаряжаемых батареек -
никель-кадмиевые, никель-металлгидридные или литий-ионные. Производителей таких
аккумуляторов не так и много. При выборе же в основном руководствуются
соотношением времени работы и цены. Никель-кадмиевые элементы, как правило,
наиболее дешевые, но и энергии они вырабатывают меньше. Литий-ионные батарейки
могут работать вдвое дольше, но стоят на 50-75 процентов дороже.
Никель-металлгидридные считаются золотой серединой.
Как
правило, выбирать приходится из того, что предлагает производитель компьютеров
- ведь именно он разрабатывает дизайн отсека для батареек. Производители могут
создавать такие отсеки индивидуально для каждой модели ноутбука. Хотя
разработка такого персонального отсека имеет свои преимущества - например,
такое решение позволяет производителю ноутбука оптимальным образом использовать
имеющееся в компьютере место - это сковывает потребителя в выборе батареек.
Обычно стоимость таких батареек крайне велика.
Большинство
ноутбуков использует аккумуляторы стандартных размеров. Вы можете открыть
батарейный отсек и поменять аккумулятор на новый. Но, как правило, в этом
случае вы теряете гарантию как на батарейку, так и на ноутбук.
Уровни
продаж наиболее популярных ноутбуков достаточно высоки, так что совместимые
источники питания от сторонних производителей также находят свой спрос. Но
учтите, что химические процессы накладывают свои ограничения на зарядные
устройства, и если вы захотите использовать более мощные элементы на другой
химии, удостоверьтесь, что ваше зарядное устройство сможет подзарядить такие
элементы. Не стоит рисковать и ставить в ноутбук элементы питания, не
рекомендованные производителем компьютера.
Батарейки материнской платы
Для
того чтобы компьютер не забывал время в момент выключения, в большинстве систем
имеются маленькие встроенные батарейки. Каждый производитель компьютеров
по-своему смотрит на эти батарейки. Наиболее часто используются заменяемые
кнопочные элементы, в основе которых - литий, и второй вариант -
интегрированные модули со встроенными элементами.
Обычно
на материнской плате можно встретить литиевые батарейки. Присмотритесь и
заметите крошечные металлические кругляши. В большинстве гнезд батарейки
придерживает металлическая защелка, одновременно выступающая в качестве
контакта на аноде. Чтобы заменить батарейку, можно высвободить её из гнезда с
помощью отвертки. На её место нужно вставить новую, только удостоверьтесь, что
она плотно попала на своё место.
Что
касается модулей, то чаще всего встречаются интегрированные модули от Dallas
Semiconductor. Некоторые производители, чтобы сделать их заменяемыми,
устанавливают их в гнезда. Но в большинстве случаев эти модули припаяны к
плате. Теоретически, литиевые элементы, используемые в модуле, должны
непрерывно проработать в течение десяти лет, и предполагается, что компьютер
дольше не живет. Поэтому, теоретически, вам не придется их менять.
Когда
такая батарейка садится, компьютер, как правило, сам предложит вам её поменять.
Если ваш компьютер регулярно забывает название диска, или каждый раз у вас
неправильное время, скорее всего, наступил момент поменять батарейку.
Системы обеспечения бесперебойного питания
Так
как вес в таких устройствах роли не играет (в отличие от цены), то чаще всего
используются свинцовые аккумуляторы. Чтобы обеспечить максимальное удобство в
обслуживании таких устройств, в большинстве систем бесперебойного питания
применяется желеобразный электролит.
Зарядные
устройства в этих системах достаточно сложны и превосходно выполняют свою
работу подзаряжая (свинцовые аккумуляторы от непрерывной подзарядки малым током
даже восстанавливаются) и предохраняя их от полного разряда. Лучшие системы
бесперебойного питания периодически проверяют аккумуляторы, хватит ли их
емкости для обеспечения работы на определенное время.
Если
вы пользуетесь источником бесперебойного питания, помните, что срок службы
аккумулятора в нем ограничен. Через несколько лет желеобразный электролит уже
не сможет обеспечить работы устройства даже на короткое время.
Если
не проверять периодически работоспособность аккумулятора, то незаметный выход
их из строя может оказаться большим сюрпризом для вас - источник бесперебойного
питания проработает не дольше нескольких секунд и тут же выключится. Проблема
заключается в том, что элементы с желеобразным электролитом способны удерживать
заряд всё время срока службы. Тем не менее, после трёх-пяти лет службы, они
могут внезапно дать о себе знать - батарея может выти из строя уже через
несколько недель после первого ухудшения. Неделю устройство ещё как-то
проработает, а на следующую - откажет.
Заметим,
что такие аккумуляторы изнашиваются в независимости от того, активно ими
пользовались, или нет. Они портятся даже если их не использовать вовсе. Хотя
при повторяющихся сильных нагрузках срок их службы укорачивается быстрее.
Чтобы
предотвратить такого рода неприятности, в хороших системах обеспечения
бесперебойного питания автоматические механизмы периодически проверяют емкость
аккумулятора. Не следует пренебрегать сигналом о неисправности батареи. Следует
немедленно её заменить.
Заметим,
что основную долю в стоимости таких систем составляет стоимость непосредственно
аккумулятора. Если же вы захотите купить аккумулятор, чтобы заменить
испортившийся, он обойдётся вам ещё дороже.
В
некоторых случаях бывает дешевле купить новую систему бесперебойного питания,
чем поменять аккумуляторы в старом - особенно когда эту работу выполняют
квалифицированные мастера. В больших и более дорогих устройствах, как правило,
предусмотрены детали, облегчающие процесс замены аккумулятора. Например, в
некоторых устройствах предусмотрен выдвижной отсек.
6.3 ПИТАНИЕ ДРУГИХ УСТРОЙСТВ
В
большинстве таких устройств используются батарейки стандартных размеров. Это
позволяет вам найти оптимальное с экономической стороны решение.
Отметкой
"heavy-duty" на помечают батарейки, используемые в фонариках и
игрушках с моторчиками. В подобных приложениях с высоким потреблением
электроэнергии такие элементы по сроку службы значительно превосходят
обыкновенные. Когда же потребности в высоких токах не возникает (например, в
настенных часах), преимущество таких элементов незначительно. И с экономической
точки зрения традиционные элементы могут оказаться значительнее эффективнее. То
же самое относится и к элементам с отметкой "super heavy-duty".
Всё
вышеизложенное не относится к литиевым элементам. Для устройств, потребляющих
высокие токи, лучше использовать совместимые по напряжению (1,5 В)
литий-сульфидные элементы. Но в маломощных устройствах, они работают хуже, чем
батарейки других типов. Их размеры не отличаются от обычных щелочных элементов.
Впрочем, некоторые типы литиевых элементов превосходно работают и в маломощных
устройствах, например, в компьютерах используются кнопочные литиевые источники
напряжением в 3 Вольта.
В
устройствах, где тип источника не важен (подзаряжаемый или одноразовый), если
устройства должны работать много и долго, лучше использовать подзаряжаемые ХИТ.
Несмотря на то, что они и стоят в 5-10 раз дороже обыкновенных источников, их
можно подзаряжать сотни раз. Хотя в старых подзаряжаемых ХИТ емкость и меньше,
чем в неподзаряжаемых, современные никель-металлгидридные источники таким
недостатком не обладают.
Тем
не менее, подзаряжаемые источники не стоит использовать в маломощных или в
редко работающих устройствах. Высокая скорость саморазряда большинства
подзаряжаемых ХИТ делает их малоудобными (скорее всего, вам придется
подзаряжать их каждую неделю, в независимости от того, пользовались вы ими, или
нет). Редко работающие устройства, например фонарики, требуют ХИТ, скорость
саморазряда которых невысока - чтобы не случилось так, что в нужный момент в
аккумуляторах не осталось энергии.
Каждый
производитель при производстве ХИТ проводит свои экспертизы. Отличия в источниках
различных марок едва уловимы, но они могут играть важную роль в определенных
приложениях. Например, производитель цифровых фотоаппаратов может
порекомендовать пользоваться только определенным типом щелочных источников.
Журнал PC Magazine проводил своё исследование работы различных типов щелочных ХИТ
на различных фотоаппаратах. Тесты показали огромную разницу в количестве
снимков.
Внутреннее
сопротивление ограничивает ток, производимый батареей. Сопротивление
углецинковых ХИТ сравнительно велико, поэтому эти источники могут вырабатывать
довольно невысокие токи - порядка нескольких сот миллиампер. Свинцовые,
никель-кадмиевые, и никель-металлгидридные ХИТ обладают невысоким внутренним
сопротивлением и могут вырабатывать токи огромной величины.
Чтобы
нейтрализовать эффект памяти, емкость никель-кадмиевых источников лучше
использовать целиком (до конца разряжать перед подзарядкой). Например, чтобы во
время бизнес-тура использовать всю емкость никель-кадмиевых ХИТ, необходимо
непосредственно перед поездкой полностью их разрядить.
Литий-ионные
аккумуляторы, в отличие от никель-кадмиевых, не обладают эффектом памяти. Перед
поездкой лучше подзаряжать их не разряжая.
Выбор
оптимального ХИТ для конкретного устройства лучше всего предоставить
специалистам. У каждого устройства свои требования к источникам.
В
ряде случаев право выбора остаётся за вами. Например, в некоторых компьютерах
могут нормально работать ХИТ разных типов. К примеру, в периферийных
устройствах выбор источника ограничен только размерами. В разных случаях
правильный выбор ХИТ может зависеть от многих факторов - начиная химическими
процессами заканчивая торговой маркой.
7. ПРАВИЛА ХРАНЕНИЯ ХИТ
Чтобы
продлить срок службы ХИТ, их нужно эксплуатировать правильным образом. В случае
первичных источников тока, большое значение имеет способ их хранения. Если
такой элемент правильно хранить в надлежащих условиях, он может всё это время практически
полностью сохранять свой заряд. Относительно подзаряжаемых ХИТ, важно уметь
правильно их подзаряжать.
В
источниках тока используются тщательно выверенные химические реакции. Как и
любые другие химические реакции, они зависят от температуры. Высокие
температуры не только повышают скорость реакций саморазряда, они могут стать
причиной непроизвольных химических реакций внутри источника, в результате
которых могут произойти необратимые процессы и источник перестанет вырабатывать
электричество. Например, если хранить углецинковые элементы при температуре 20
градусов, они портятся значительно быстрее. Поэтому их рекомендуется хранить
при более низких температурах. От температур ниже 0 эти источники не
испортятся, но от слишком низких температур они лучше работать не станут.
Многие
подзаряжаемые источники, в особенности никель-кадмиевые, лучше всего хранятся в
разряженном состоянии. Поэтому батарейки в новых устройствах, как правило, не
заряжены. На склады ноутбуки попадают с незаряженными аккумуляторами. В
розничных же магазинах они, скорее всего, заряжаются непосредственно перед тем,
как попасть на прилавок.
Щелочные
ХИТ хранятся лучше, чем стандартные углецинковые. При меньших температурах срок
годности этих источников увеличивается. Чем выше температура хранения, тем
быстрее ХИТ выходят из строя.
Срок
годности литий-дисульфидных источников довольно большой (10 лет) даже при
комнатной температуре. Но если температура хранения будет выше, срок их
годности значительно сократится.
Все
подзаряжаемые источники питания плохо переносят перегрев. Не важно, был он
вызван плохими условиями хранения, или неправильным подзарядом. Сильный
перегрев в результате неправильной подзарядки может испортить практически любой
аккумулятор. Большинство ХИТ при подзарядке нагреваются. Обычно такой сильный
перегрев возникает из-за неисправностей зарядного устройства или при попытке
подзарядить не разряженную батарею допотопным зарядным устройством.
8. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ХИТ
В отличие
от обычных, одноразовых, элементов питания, никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы
держат напряжение "до последнего", а затем, когда энергия
аккумулятора будет исчерпана, напряжение быстро снижается. Наиболее
благоприятный режим работы для этих аккумуляторов:
разряд средними токами и заряд в течение 14
часов током, равным 0,1 от ёмкости аккумулятора (для никель-кадмиевого)
разряд небольшим током, от 0,2 до 0,5
номинальной ёмкости, время заряда - обычно вдвое больше, чем у никель-кадмиевого (для никель-металл-гидридного).
Ни
один аккумулятор не разряжается полностью - разве что при коротком замыкании
электродов. Некоторые элементы, если разрядить их сильнее положенного, могут
поменять полярность. Поэтому если устройство предупреждает вас, что батарейка
села, и выключается - не пытайтесь продолжать разряжать элемент.
Если
замкнуть электроды таких батарей - то предмет, которым вы произведёте это
замыкание (провод, полоска металла, монета в кармане), станет нагреваться
вследствие своего сопротивления. Например, если замкнуть электроды заряженного
автомобильного аккумулятора гаечным ключом, вы можете его расплавить. Если же
по неосторожности замкнуть электроды никель-кадмиевого аккумулятора для
ноутбука, можно устроить пожар. Следует быть осторожным при обращении с
аккумуляторами ( не замыкать их).
У
большинства подзаряжаемых источников при чрезмерной подзарядке из-за
электролиза вырабатывается водород. В герметичных источниках, используемых в
современных компьютерах и сотовых телефонах, возможность воспламенения и взрыва
водорода сведена к минимуму. Но такой шанс, хотя и небольшой, все ещё есть. Во
всех таких аккумуляторах предусмотрены вентиляционные клапаны, которые
открываются под сильным давлением, возникающим внутри элемента в результате
электролиза. Шанс, что выходящий водород загорится, невелик. Намного опаснее
закупорить эти вентиляционные отверстия - в результате давление внутри источника
будет повышаться, что может привести к взрыву ХИТ даже без возгорания газа.
Никогда не затыкайте вентиляционные отверстия в подзаряжаемых источниках.
Обычные
ХИТ, как правило, герметичны. При сильном нагревании используемые внутри
материалы могут испортиться и даже закипеть. Внутри источника может
образоваться давление, достаточное для взрыва. При попытке заряда
неподзаряжаемого источника, как и при его нагревании, может случиться взрыв.
Несмотря
на то, что характеристики разряда никель-металлгидридных и никель-кадмиевых источников
практически одинаковы, процесс заряда этих аккумуляторов различен. Особенно эта
разница заметна в тепловых режимах - никель-кадмиевые аккумуляторы
эндотермичны, а никель-металлгидридные - экзотермичны, то есть при подзарядке
они выделяют тепло. Как только они приближаются к состоянию полного заряда, их
температура значительно увеличиваются. Соответственно, для каждого из этих
типов аккумуляторов должны быть разработаны свои зарядные устройства.
Лучше
всего подзаряжать никель-металлгидридные аккумуляторы с помощью специальных
зарядных устройств. Тем не менее, они прекрасно выносят и непрерывную
подзарядку малым током.
Практически
во всех ХИТ в той или иной степени содержатся вредные вещества. Свинец и кадмий
являются токсичными металлами. Литий быстро вступает в химические реакции. Металлический
литий, к примеру, воспламеняется при взаимодействии с водой. Хотя ртуть уже не
используется в большинстве элементов, даже марганец, применяемый в углецинковых
источниках, считается опасным.
Все
ХИТ, так или иначе, представляют экологическую опасность. Поэтому необходимо их
правильно эксплуатировать. Некоторые производители начинают создавать средства
по переработке использованных источников тока. Не следует забывать об экологии,
рекомендуется использовать ХИТ, которые можно отдать на вторичную переработку.
9. ВЫВОДЫ
Сравнение энергетических и эксплуатационных
характеристик ХИТ различных электрохимических систем позволяет сделать вывод,
что между ними нет взаимозаменяемости. Следовательно, в ближайшее время на
рынке будут присутствовать практически все известные их виды. Каждый из этих
видов ХИТ имеет свою специфическую область применения, обусловленную его
энергетическими и экономическими показателями.
|
