Изобретён французским врачом Гастон ПлантеВ 1859 году свинцово-кислотная батарея стала первой перезаряжаемой батареей для коммерческого использования. Несмотря на преклонный возраст, химия свинца продолжает широко использоваться и сегодня. Есть веские причины для его популярности; Свинцово-кислотные источники питания надежны и недороги с точки зрения стоимости за ватт. Есть несколько других аккумуляторов, которые обеспечивают большую мощность так же дешево, как свинцово-кислотные, и это делает аккумулятор экономически эффективным для автомобилей, гольф-каров, вилочных погрузчиков, морских судов и источников бесперебойного питания (ИБП).
Сетчатая структура свинцово-кислотной батареи изготовлена из свинцового сплава. Чистый свинец слишком мягок и не поддерживает себя, поэтому для придания механической прочности и улучшения электрических свойств добавляются небольшие количества других металлов. Наиболее распространенными добавками являются сурьма, кальций, олово и селен. Эти батареи часто называют «свинцово-сурьмяными» и «свинцово-кальциевыми».
Добавление сурьмы и олова улучшает глубокий цикл, но это увеличивает расход воды и увеличивает необходимостьуравнивать. Кальций уменьшает саморазряд, но положительная свинцово-кальциевая пластина имеет побочный эффект: она разрастается из-за окисления сетки при перезарядке. В современных свинцово-кислотных аккумуляторах также используются легирующие вещества, такие как селен, кадмий, олово и мышьяк, для снижения содержания сурьмы и кальция.
Свинцово-кислотные системы тяжелы и менее долговечны, чем системы на основе никеля и лития при глубоком цикле. Полная разрядка вызывает перенапряжение, и каждый цикл разрядки/зарядки навсегда лишает батарею небольшой емкости. Эти потери невелики, пока батарея находится в хорошем рабочем состоянии, но затухание увеличивается, когда производительность падает до половины номинальной емкости. Эта характеристика износа в различной степени применима ко всем батареям.
В зависимости от глубины разряда свинцово-кислотные аккумуляторы для применений с глубоким циклом обеспечивают от 200 до 300 циклов разрядки/зарядки. Основными причинами относительно короткого срока службы являются коррозия сетки положительного электрода, истощение активного материала и расширение положительных пластин. Это явление старения ускоряется при повышенных рабочих температурах и при прохождении высоких токов разряда.
Зарядка свинцово-кислотного аккумулятора проста, но необходимо соблюдать правильные пределы напряжения. Выбор нижнего предела напряжения защищает батарею, но это снижает ее производительность и вызывает накопление сульфатации на отрицательной пластине. Высокое ограничение напряжения улучшает производительность, но вызывает коррозию сетки на положительной пластине. Хотя сульфатацию можно устранить при своевременном обслуживании, коррозия необратима.
Свинцово-кислотные аккумуляторы не поддаются быстрой зарядке, и для большинства типов полная зарядка занимает 14–16 часов. Аккумулятор всегда следует хранить в полностью заряженном состоянии. Низкий заряд вызывает сульфатацию — состояние, которое лишает аккумулятор работоспособности. Добавление углерода на отрицательный электрод уменьшает эту проблему, но снижает удельную энергию.
Свинцово-кислотные батареи имеют умеренный срок службы, но они не подвержены эффекту памяти, как системы на основе никеля, а сохранение заряда является лучшим среди аккумуляторных батарей. В то время как NiCd теряет примерно 40 процентов накопленной энергии за три месяца, свинцово-кислотные аккумуляторы саморазряжаются столько же за год. Свинцово-кислотный аккумулятор хорошо работает при низких температурах и превосходит литий-ионный при работе в минусовых условиях. По данным RWTH, Аахен, Германия (2018 г.), стоимость залитой свинцово-кислотной батареи составляет около 150 долларов США за кВтч, что является одной из самых низких показателей среди аккумуляторов.
Время публикации: 13 ноября 2021 г.