Аккумуляторные батареи: история создания и совершенствования

Аккумуляторные батареи: история создания и совершенствования

История аккумуляторных батарей – устройств, которые в наши дни имеют широчайшее распространение – отсчитывается с 1859 года. Он был ознаменован созданием французом Беккерелем Гастоном Планте первого в мире накопителя электрической энергии. Устройство было разработано далеко не сразу. Сначала ученый заменил электроды «газового элемента» Грове, использовавшегося в те годы, с платиновых на свинцовые. Далее ученый изменил форму электродов и установил в свое устройство тонкие пластины из свинца. Конструкция, включавшая электроды, суконную прослойку между ними и центральный деревянный стержень, была помещена в круглую банку с электролитом. Получившаяся батарея была соединена с источником питания и по прошествии некоторого времени оказалась заряженной.

В последующие годы велась непрекращающаяся работа над совершенствованием конструкции и характеристик аккумуляторных батарей. Одним из направлений этой работы стали поиски заменителя свинца. Американский ученый Томас Алва Эдисон разработал аккумулятор, в котором электроды были изготовлены из железоникелевого сплава, а в качестве электролита использовалась щелочь.

В наши дни наиболее массовой и недорогой разновидностью являются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. В их конструкцию входят разноименные электроды, помещенные в прочный корпус, наполненный жидким электролитом (водным раствором серной кислоты). Такие аккумуляторы могут быть как обслуживаемыми, так и необслуживаемыми. Конструкцией первых предусмотрена возможность контроля уровня и плотности электролита, а также его долива по мере необходимости. Вторые не нуждаются в выполнении перечисленных действий.

Проблемы и их решения

Современные аккумуляторы сделали возможным создание и широкое распространение самых разных устройств – от часов, фонарей и мобильных телефонов до автомобилей. Существует, однако, фактор, который делает использование аккумуляторных батарей и устройств, в которые они устанавливаются, менее удобным, чем хотелось бы: всякая АКБ имеет ограниченный срок службы. Причин, объясняющих это ограничение, существует несколько. Вот основные из них:

- на электродах в ходе эксплуатации аккумуляторов образуется и кристаллизуется сульфат свинца, являющийся диэлектриком и постепенно уменьшающий рабочую площадь пластин;

- высокие токовые нагрузки нередко приводят к коррозии электродов;

- электрохимические процессы, протекающие в аккумуляторах, вызывают постепенное осыпание пластин.

Разработчики аккумуляторных батарей, действующие в разных странах мира, ведут интенсивную работу над увеличением срока их службы. Одной из первых вех в этой работе стало использование в аккумуляторах губчатого свинца. Этот материал позволил значительно увеличить рабочую площадь электродов и, как следствие, повысить их емкость и замедлить процесс сульфатации. Использование губчатого свинца, однако, обнаружило новую проблему: этот материал оказался непрочным в механическом отношении. Он быстро смывался раствором электролита и «оплывал», что, в свою очередь, нередко приводило к замыканию электродов. Проблема была устранена включением в конструкцию аккумуляторных батарей сепараторов – решеток из диэлектрического материала, которые разделяли разноименные электроды.

В 1996 году Николай Солдатенко, инженер-химик из Винницы, разработал новую формулу электролита для аккумуляторных батарей и технологию ее использования. Подразумевалось изменение самого процесса образования электрического тока, при этом происходило связывание ионов свинца и прекращалось образование сульфата свинца. Одни вещества, содержащиеся в электролите, замедляют сульфатацию, другие – разрушют уже образовавшиеся кристаллы. В настоящее время начато производство аккумуляторных батарей на основе технологий, разработанных Солдатенко.