Wraz z ciągłym rozwojem pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii, akumulatory również cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Akumulator, silnik i elektryczny układ sterowania to trzy kluczowe elementy pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii, z których najważniejszy jest akumulator, który można nazwać „sercem” pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii. Na jakie kategorie dzieli się akumulatory w pojazdach napędzanych nowymi źródłami energii?
1. akumulator kwasowo-ołowiowy
Akumulator kwasowo-ołowiowy (VRLA) to akumulator, którego elektrody wykonane są głównie z ołowiu i jego tlenków, a elektrolit stanowi roztwór kwasu siarkowego. Głównym składnikiem elektrody dodatniej jest dwutlenek ołowiu, a głównym składnikiem elektrody ujemnej – ołów. W stanie rozładowania głównym składnikiem zarówno elektrody dodatniej, jak i ujemnej jest siarczan ołowiu. Napięcie nominalne jednoogniwowego akumulatora kwasowo-ołowiowego wynosi 2,0 V, może rozładowywać się do 1,5 V, a ładować do 2,4 V. W zastosowaniach, 6 jednoogniwowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest często połączonych szeregowo, tworząc akumulator kwasowo-ołowiowy o napięciu nominalnym 12 V, a także 24 V, 36 V, 48 V itd.
Akumulator niklowo-kadmowy (często w skrócie NiCd, wym. „nye-kad”) to popularny rodzaj akumulatora. Do wytwarzania energii elektrycznej akumulator wykorzystuje wodorotlenek niklu (NiOH) i kadm metaliczny (Cd). Chociaż jego wydajność jest lepsza niż akumulatorów kwasowo-ołowiowych, zawiera on metale ciężkie i zanieczyszcza środowisko po porzuceniu.
Akumulator niklowo-kadmowy można ładować i rozładowywać ponad 500 razy, jest ekonomiczny i trwały. Jego rezystancja wewnętrzna jest niewielka, co przekłada się na szybkie ładowanie i wysoki prąd ładowania. Podczas rozładowywania napięcie jest bardzo małe, co czyni go idealnym akumulatorem do zasilania prądem stałym. W porównaniu z innymi typami akumulatorów, akumulatory niklowo-kadmowe są odporne na przeładowanie i nadmierne rozładowanie.
Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe składają się z jonów wodoru i niklu metalicznego. Mają o 30% większą rezerwę mocy niż akumulatory niklowo-kadmowe, są lżejsze od akumulatorów niklowo-kadmowych, mają dłuższą żywotność i nie zanieczyszczają środowiska. Jednak ich cena jest znacznie wyższa niż akumulatorów niklowo-kadmowych.
Akumulator litowy to rodzaj baterii litowo-metalicznej lub stopu litu jako materiału elektrody ujemnej, wykorzystującego niewodny roztwór elektrolitu. Baterie litowe można ogólnie podzielić na dwie kategorie: baterie litowo-metaliczne i baterie litowo-jonowe. Baterie litowo-jonowe nie zawierają litu w stanie metalicznym i są akumulatorowe.
Baterie litowo-metalowe to zazwyczaj baterie wykorzystujące dwutlenek manganu jako materiał elektrody dodatniej, lit metaliczny lub jego stop jako materiał elektrody ujemnej oraz niewodne roztwory elektrolitu. Skład materiałowy baterii litowej to głównie: materiał elektrody dodatniej, materiał elektrody ujemnej, membrana i elektrolit.
Wśród materiałów katodowych najczęściej stosuje się kobaltan litu, manganian litu, fosforan litu i żelaza oraz materiały trójskładnikowe (polimery niklowo-kobaltowo-manganowe). Materiał elektrody dodatniej zajmuje znaczną część (stosunek mas elektrod dodatnich do ujemnych wynosi 3:1–4:1), ponieważ wydajność materiału elektrody dodatniej bezpośrednio wpływa na wydajność akumulatora litowo-jonowego, a jego koszt bezpośrednio determinuje koszt akumulatora.
Wśród materiałów elektrod ujemnych, obecnie stosowane są głównie grafit naturalny i sztuczny. Badane materiały anodowe to azotki, PAS, tlenki na bazie cyny, stopy cyny, materiały nanoanodowe i niektóre inne związki międzymetaliczne. Jako jeden z czterech głównych składników baterii litowych, materiały elektrod ujemnych odgrywają ważną rolę w poprawie pojemności baterii i wydajności cyklu, będąc kluczowym elementem branży baterii litowych.
Ogniwo paliwowe to urządzenie do elektrochemicznej konwersji energii, bez procesu spalania. Energia chemiczna wodoru (innych paliw) i tlenu jest stale przekształcana w energię elektryczną. Zasada działania polega na tym, że wodór (H2) jest utleniany do jonów H+ i E- pod wpływem katalizatora anodowego. Jon H+ dociera do elektrody dodatniej przez membranę wymiany protonów, reaguje z O2, tworząc wodę na katodzie, a jon E- dociera do katody poprzez obwód zewnętrzny, a ciągła reakcja generuje prąd. Chociaż ogniwo paliwowe nazywane jest „akumulatorem”, nie jest ono urządzeniem magazynującym energię w tradycyjnym rozumieniu, lecz urządzeniem generującym energię, co stanowi największą różnicę między ogniwami paliwowymi a tradycyjnymi bateriami.
Komora do testów szoku termicznego: Ta komora symuluje gwałtowne zmiany temperatury, którym mogą podlegać akumulatory podczas pracy. Poddając akumulatory działaniu ekstremalnych wahań temperatury, takich jak szybkie przejścia z wysokich do niskich temperatur, możemy ocenić ich wydajność i niezawodność w warunkach wahań temperatury.
Komora testowa starzenia się lamp ksenonowych: Urządzenie to symuluje warunki słoneczne, wystawiając akumulatory na intensywne promieniowanie świetlne z lamp ksenonowych. Symulacja ta pomaga ocenić degradację wydajności i trwałość akumulatora po długotrwałym narażeniu na działanie światła.
Komora testowa UV: Komora ta symuluje warunki panujące w środowisku promieniowania ultrafioletowego. Poddając akumulatory działaniu promieniowania UV, możemy symulować ich wydajność i trwałość w warunkach długotrwałego narażenia na promieniowanie UV.
Połączenie tych urządzeń testowych pozwala na kompleksowe testowanie wytrzymałości i żywotności akumulatorów. Należy pamiętać, że przed przeprowadzeniem tych testów należy bezwzględnie przestrzegać odpowiednich wytycznych bezpieczeństwa i ściśle przestrzegać instrukcji obsługi urządzeń testowych, aby zapewnić dokładność i bezpieczeństwo procedur testowych.
Czas publikacji: 12 września 2023 r.
