Що таке акумулятор? Яке його призначення? Для яких цілей використовуються сучасні моделі?
Огляд присвячений ключовим питанням, пов’язаним з будовою та принципом дії сучасних акумуляторів.

Призначення сучасних акумуляторів
Акумулятор — спеціально розроблений пристрій, у якому вироблення енергії відбувається завдяки хімічним процесам. Енергія, що виділяється під час хімічних реакцій, перетворюється на електричну й далі передається для живлення різних приладів і пристроїв. Цей процес є зворотним. Під час розряду батареї електрична енергія знову перетворюється на хімічну, накопичуючи енергетичний запас.

Акумуляторні батареї можуть працювати в трьох режимах:

  • у циклічному — коли пристрій працює автономно, без підключення до джерела живлення;

  • у буферному режимі — коли акумулятор постійно підключений до джерела струму;

  • у змішаному — коли відбувається комбінація параметрів перших двох режимів.

Для чого потрібен акумулятор?
Акумуляторна батарея — затребуване сьогодні джерело енергії. Вона створює необхідний запас електроенергії для живлення різних електротехнічних пристроїв і механізмів. Батареї використовуються тоді, коли немає можливості підключитися до централізованої електромережі.

 

Акумулятори в дії: як працює акумуляторна батарея?
Акумуляторні батареї, як і будь-яка інша техніка, мають свою унікальну будову та структуру. У сучасних акумуляторах застосовуються певні матеріали, впроваджуються системи, засновані на фізичних і хімічних властивостях конкретних речовин і металів. Розглянемо принцип роботи акумуляторної батареї на прикладі свинцево-кислотної.

Перше, з чим ми стикаємось, — це корпус. Корпус батареї має бути надійним і якісним. Адже всередині, забігаючи наперед, — складні хімічні речовини. Ненадійний, крихкий або неякісний корпус був би просто небезпечним у використанні. Корпусна оболонка, в якій розміщені всі основні елементи, обов’язково повинна бути стійкою до вібрацій, повністю герметичною та несприйнятливою до впливу хімічних речовин і реагентів.

Під кришкою корпусу розташовані два електроди — спеціальні пластини з різними зарядами: позитивним і негативним (у фізичній термінології — анод і катод відповідно). Зазвичай вони виготовляються зі свинцю, а сама конструкція пластин має ґратчасту форму. Така конструкція необхідна для того, щоб

хімічні реакції відбувалися надініше і стабільніше.

Позитивну пластину додатково покривають так званою активною масою — комбінацією свинцю та кисню, в результаті чого утворюється діоксид свинцю (PbO₂). Негативна електродна решітка покривається активною масою з звичайного губчастого свинцю. У таблиці Менделєєва цей елемент позначено як Pb.

Між електродними пластинами обов’язково розміщується додатковий ізоляційний матеріал. Це робиться для того, щоб під час використання батареї уникнути короткого замикання.

Останній елемент нашої батареї — електроліт, який являє собою рідину на основі сірчаної кислоти. У цю рідину занурюються електродні решітчасті блоки.

 

Принцип роботи акумулятора не є складним, однак важливо розуміти все, що відбувається всередині:

  • коли до акумулятора підключається навантаження (якийсь електронний прилад, механізм тощо), всередині батареї утворюється замкнене коло з комбінації електродних пластин, електроліту та самого навантаження;

  • у середині акумуляторної батареї починається очікувана нами реакція: активні маси двох пластин (Pb і PbO₂) починають перетворюватися на зовсім іншу речовину — сульфат свинцю (його формула — PbSO₄);

  • щільність електролітної речовини (сірчаної кислоти) поступово знижується;

  • у замкнутому колі починають рухатися іони, після чого починає текти електричний струм.

Описаний вище процес називається розрядом — коли акумулятор унаслідок внутрішніх хімічних перетворень віддає електричний струм. Зворотний процес — заряд, коли до батареї підключається зовнішнє джерело струму. Під час зворотного процесу всі речовини відновлюються, електроліт (сірчана кислота) поступово набуває своєї початкової щільності.

Історія акумуляторів

 

Перший акумулятор, за офіційними даними, було винайдено у 1798 році Алессандро Вольтою — італійським ученим, який розробив перше хімічне джерело струму.
1802 року англійський фізик Вільям Крукшенк винайшов батарею, яку вперше почали виробляти в промислових масштабах.

Починаючи з 1820 року, низка видатних учених світу (Ампер, Фарадей, Деніел та інші) розробляли нові концепції, фізичні та хімічні закони, пов’язані з акумуляторами.

1899 року Вальдмар Юнгнер розробив батарею, в якій електродами слугували пластини з кадмію та нікелю.

1901 року відомий учений Томас Едісон винайшов доступну за вартістю модель залізо-нікелевого акумулятора.

1947 року, завдяки вченому Нойману, батарея стала повністю герметичною.

У 1970-х роках були розроблені перші моделі популярних свинцево-кислотних акумуляторів.

У 1990-х роках розпочинається розробка та виробництво нових моделей акумуляторів на основі металгідриду та нікелю.