7 важных вопросов (и ответов) про аккумуляторы

Самые массовые автомобили по-прежнему оснащают свинцовокислотными батареями с жидким электролитом. Машины с системами «старт-стоп» имеют более дорогие батареи EFB или AGМ. В гибридах для пуска двигателя также применяют AGM-батареи. И только экзотические электромобили обходятся без «свинца», предпочитая литий-ионные источники электричества. Пробуем разобраться в перспективах источников питания для автомобилей.

Можно ли использовать никель-­металлгидридные (Ni-MH) батареи в качестве стартерных?

Батареи Ni-MH – разновидность щелочных батарей. Из-за высокого внутреннего сопротивления применять их в качестве стартерных нецелесообразно. Кроме того, по причине более низкого напряжения каждого аккумулятора батарею придется составлять не из шести аккумуляторов по 2 В, а уже из десяти. А требования к их правильному использованию (например, обязательность полного разряда перед зарядом) привели к вытеснению Ni-MH из большинства портативных устройств.

Самые реальные претенденты на место «обычных» свинцовых батарей – это AGM типа VRLA (например, Optima) или типа TPPL (например, Odyssey). Основной сдерживающий фактор ­высокая цена.

Если литиевые батареи подешевеют, можно ли будет использовать их вместо стартерных?

Разговоры о том, что стоимость лити­евых батарей падает, относятся разве что к батарейкам для компактных гаджетов. Силовые аккумуляторы, приведенные в таблице, подешевеют не скоро. Литиевые стартерные батареи иногда используют в спортивных машинах и мотоциклах. Их единственное реальное преимущество – снижение массы более чем вдвое по сравнению с обычным «свинцом». Это важно, когда идет битва за доли секунды.

Литиевые батареи требуют более трудоемкого обслуживания и внимательного отношения при эксплуатации, в то время как создатели современных автомобилей, наоборот, стремятся избавить водителя от лишней головной боли. Если же ставить такую батарею по всем правилам, то есть с системой контроля и регулирования параметров, то она обойдется втрое дороже самой дорогой батареи AGМ, которую, кстати, не нужно обслуживать. Вдобавок литиевые батареи плохо работают при отрицательных температурах.

Решена ли проблема с утилизацией литиевых аккумуляторов?

Нет, не решена – ни в России, ни за рубежом. Например, в Европе вводят дополнительные налоги на утилизацию, но технология до конца не отработана. Бывшие в употреблении литиевые батареи некоторых типов используют повторно, что сокращает вред, наносимый окружающей среде. Но в целом разборка и переработка литиевых батарей (равно как и щелочных) коммерчески неинтересны. В зависимости от культуры сбора отходы либо захоранивают по определенным правилам, либо просто отправляют на свалку. Кстати, свинцовые батареи перерабатываются на 99%.

Электромобили пойдут своим путем и в массовый сегмент придут не скоро. А основную работу на автомобилях ­с ДВС по-прежнему будут выполнять свинцовокислотные АКБ.

Почему прорекламированные несколько лет назад батареи EFB фактически сошли со сцены?

Батареи EFB были разработаны как дешевая альтернатива AGM для машин с системой «старт-стоп». Но характеристики AGM оказались значительно лучше, поэтому покупать батареи EFB оказалось невыгодно. В дополнительном слое сепаратора EFB есть минимальные конструктивные отличия от обычных батарей с жидким электролитом, что в эксплуатации дает бóльшую стойкость к глубоким разрядам. В обычном автомобиле средняя глубина разряда батареи – 15%, а в автомобиле с постоянно работающей системой «старт-стоп» – до 40%. Дополнительная пленка на поверхности положительных пластин препятствует оплыванию активной массы с решеток. Таким образом, у обычной стартерной батареи срок службы сокращается, а у EFB остается на прежнем уровне.

Есть ли прорыв в применении суперконденсаторов в качестве источников питания?

Были попытки использовать суперконденсаторы как параллельный источник для пуска двигателя. Их достоинство – большой пус­ковой ток. Но кратковременный. Поэто­му ­заменить аккумуляторы они не могут.

Чем принципиально отличается батарея Optima от остальных AGM – только лишь спиральной конструкцией?

Optima отличается не только спиральными пластинами. Главное – это решетки пластин из чистого (99,9%) свинца, в то время как у всех стартерных AGM-батарей решетки сделаны из свинцово­кальциевых сплавов с легирующими добавками. Кальций нужен для придания решеткам прочности. Отсутствие примесей означает улучшение разрядных и зарядных характеристик. Сегодня на рынке всего две такие батареи – Optima и Odyssey. При сравнимых габаритах появившаяся раньше Optima содержит меньше свинца, а потому обладает несколько худшими характеристиками (например, внутренним сопротивлением около 2,0–2,5 мОм) по сравнению с батареей Odyssey. Спиральные конструкции постепенно уходят с мирового рынка вследствие неокупаемости.

На чем ездит Tesla? Говорят, в ней понапиханы чуть ли не аккумуляторы от мобильников…

Нет, не от мобильников. Использованы аккумуляторы массового типоразмера Panasonic 18650 – их 7104 штуки. Если бы применялся специально разработанный аккумулятор, Tesla по цене оказалась бы соизмерима с космическим кораблем. При этом не следует путать тяговую высоковольтную батарею и «стартерную» 12‑вольтовую, которая у Теслы тоже есть, – она свинцовая, емкостью 45 А·ч.

НАШ СЛОВАРИК

• AGM – absorbent glass mat, то есть абсорбирующее стекловолокно. Речь о сепараторе в герметизированных свинцовых аккумуляторах, который позволяет рекомбинировать газы при заряде и удерживает активную массу от выпадения при интенсивной эксплуатации. AGM-сепаратор заменяет полиэтиленовый сепаратор-конверт, применяемый в обычных стартерных батареях с жидким электролитом.
  Материалы по теме

  Большой тест аккумуляторов. Выжили не все!
• VRLA – valve regulated lead acid, то есть клапанно-регулируемые свинцовокислотные конструкции с сепараторами AGM. Этот термин указан в актуальном ГОСТ Р 53165-2008, по которому производят все свинцовые аккумуляторные батареи в России. Для снижения испарения воды из электролита и предотвращения газовыделения при эксплуатации в VRLA- конструкциях стартерных батарей используют сепаратор AGM из стекловолокна, который связывает жидкий электролит в своих микроволокнах и позволяет осуществлять цикл рекомбинации газов. Если бы такие батареи производились в России, то наименование по ГОСТ было бы 6СТ‑55VRLA. Сегодня батареи с жидким электролитом называются 6СТ‑55L или 6СТ‑55VL (у них разная степень расхода воды в зависимости от сплава, использованного в решетке пластин, – гибридного или кальциевого).
• TPPL (thin plate pure lead) – еще одна модификация AGM-батарей, решетки которой состоят из чистого свинца без примеси кальция.
• EFB (enhanced flooded battery) – улучшенная батарея с жидким электролитом.
• Ni-MH (nickel metal hydrid battery) – никель-металлгидридный аккумулятор, в котором анодом является водородный металлгидридный электрод, электролитом – гидроксид калия, а катодом – оксид никеля.
• LTO (lithium titanium oxide) – литий-титанатная разновидность литий-ионных аккумуляторов, у которых электрод, соединяемый с положительным источником питания (анодом), сделан из титаната лития Li₄Ti₅O₁₂.
• LFP (lithium ferrum phosphate) – литий-­железофосфатный аккумулятор; литий­-ионный аккумулятор, в котором катод сделан из LiFePO₄.

Редакция благодарит эксперта Национальной ассоциации производителей источников тока Дмитрия Тищенко за помощь в подготовке материала.