Содержание статьи:
Первые свинцово-кислотные батареи были созданы ещё в середине XIX века, но до сих пор остаются востребованными в различных областях. В 1970-х годах на смену обслуживаемым моделям пришли герметичные свинцово-кислотные батареи, которые не требуют постоянного ухода.
В настоящее время широко применяются аккумуляторы с абсорбирующим стеклянным матом (AGM) и гелевым электролитом (GEL или VRLA).
В 1980-х годах у свинцово-кислотных батарей появился серьёзный конкурент — литий-ионные аккумуляторы. Изначально они производились с катодом на основе оксида кобальта. Впоследствии появились варианты с другими типами химии: с добавлением никеля, марганца, кобальта, алюминия, литий-железо-фосфатные, литий-титанатные и другие. В будущем ожидается, что литий-ионные аккумуляторы полностью вытеснят своих предшественников. Однако многие покупатели до сих пор задаются вопросом: что лучше — литиевый аккумулятор или свинцовый?
Виды аккумуляторных батарей
Аккумуляторы на основе свинца и лития можно разделить на несколько категорий. У каждой из них есть свои особенности, связанные с технологией изготовления и техническими параметрами. Давайте рассмотрим основные типы аккумуляторов и их характеристики.
Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы — это один из самых эффективных типов литий-ионных аккумуляторов. Они отличаются высокой скоростью разрядки, способностью выдержать более 2000 циклов зарядки и разрядки, а также обеспечивают высокий уровень безопасности при использовании.
Аккумуляторы LiFePO4 обладают высокой термической и химической стабильностью, отлично сохраняют заряд и работают эффективно даже при низких температурах. Они также подходят для использования в качестве тяговых аккумуляторов.
Аккумуляторы с жидким электролитом (WET) — это обслуживаемые аккумуляторы, которые отличаются низкой стоимостью и способностью работать при низких температурах. Однако они имеют ряд недостатков, таких как большой вес, необходимость вертикального расположения, риск возгорания, длительное время зарядки в специальном помещении с хорошей вентиляцией и невозможность использования в жилых или плохо вентилируемых помещениях.
Аккумуляторы с абсорбированным электролитом (AGM) — это необслуживаемые аккумуляторы, которые отличаются безопасностью и простотой использования, устойчивостью к низким температурам до -30 °C, а также способностью выдерживать вибрации и работать в наклонном положении. Однако они имеют ограниченный срок службы и выдерживают около 400 циклов зарядки и разрядки. Тем не менее, они подходят для использования в буферном режиме и для обеспечения резервного питания.
Гелевые аккумуляторы — это необслуживаемые аккумуляторы, которые устойчивы к глубоким разрядам и могут выдержать около 700 циклов зарядки и разрядки. Они могут быть перевернуты и часто используются в качестве тяговых аккумуляторов для лодочных электромоторов. Хотя они стоят дороже, чем аккумуляторы WET или AGM, они более практичны в использовании.
Литий-ионные аккумуляторы — это необслуживаемые аккумуляторы с высокой плотностью энергии на единицу массы, большим сроком службы и широким диапазоном рабочих температур. В группу литий-ионных аккумуляторов входят различные типы, которые отличаются по химическому составу, ёмкости, напряжению и максимальному току. Все они характеризуются высокой надёжностью, низким уровнем саморазряда, способностью работать в широком диапазоне температур и отсутствием вредных выбросов.
Сравнение свинцовых и литиевых АКБ
Способ изготовления влияет на свойства аккумуляторов, выявляя их сильные и слабые стороны. Чтобы определить, какой тип батареи лучше всего подходит для конкретных нужд, необходимо провести анализ различий между ними. Основные характеристики аккумуляторов представлены в таблице для сравнения:
| Критерий сравнения | Свинцово-кислотные | Li-ion |
|---|---|---|
| Ресурс | Около 500 циклов | Около 1000 циклов и больше, в зависимости от типа химии |
| Масса | Тяжелые | Легкие |
| Удельная энергоемкость | Низкая | Высокая |
| Цена | Ниже | Выше |
| Техническое обслуживание | Долив дистиллированной воды (для обслуживаемых моделей), периодическая чистка от окиси, замена перемычек, продувка от пыли и грязи. | Нужно только следить за состоянием батареи и заряжать ее. |
| Время зарядки | 8–12 часов | 2 часа |
| Возможность многосменного использования, например, для работы клининговой или складской техники | Нет | Да |
| Возможность дробного заряда и быстрой подзарядки | Нет | Да |
| Эффект памяти | Есть | Не наблюдается |
| Вредные выбросы | Возможно газовыделение и утечка электролита (у обслуживаемых моделей) | Нет |
| Потребность в специальном помещении для зарядки | Да | Нет |
| КПД заряда | До 65% | До 85% |
Какая АКБ лучше?
Какой аккумулятор лучше: свинцово-кислотный или литий-ионный?
Очевидно, что литий-ионные аккумуляторы, особенно на основе литий-железо-фосфата, превосходят свинцово-кислотные по соотношению цены и рабочих характеристик. Они идеально подходят для использования в различных областях, таких как лодочные электромоторы, складская и клининговая техника, инвалидные коляски, гольфкары, электровелосипеды и другие транспортные средства на электротяге. Эти батареи обеспечивают стабильное электропитание и позволяют оборудованию работать на полную мощность.
В некоторых случаях литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторы используются в равной степени. Например, они применяются в гольфкарах, поломоечных машинах, вилочных погрузчиках, источниках бесперебойного питания и лодочных электромоторах. Аккумуляторы типа AGM подходят для небольших источников бесперебойного питания, инвалидных колясок и аварийного освещения. Гелевые аккумуляторы используются для более крупных источников бесперебойного питания, складской и клининговой техники.
Литий-ионные аккумуляторы обеспечивают питание различных устройств, от фонариков и электронных сигарет до электромобилей. Они являются оптимальным выбором для оснащения цифровой техники, портативных устройств, дронов, радиоуправляемых моделей, гироскутеров, моноколес, электросамокатов и других видов персонального электротранспорта. Благодаря своей универсальности, они могут заменить свинцовые батареи во многих сферах. Это позволяет сократить расходы при использовании погрузчиков и складской техники.
После сравнения характеристик литий-ионных и свинцово-кислотных аккумуляторов, часто возникает идея заменить последние на литий-ионные или литий-железо-фосфатные. И теоретически, и на практике это решение оказывается разумным. Литий-ионные аккумуляторы превосходят свинцово-кислотные по всем параметрам, включая срок службы, удельную ёмкость и проводимость заряда, а также удобство и безопасность использования.
Для замены свинцово-кислотного аккумулятора на литий-ионный или литий-железо-фосфатный необходимо убедиться в их совместимости. Обычно свинцово-кислотные аккумуляторы имеют напряжение 12 В или 24 В, но также доступны варианты с напряжением 36, 48 и 60 Вольт. Для замены используются литий-ионные или литий-железо-фосфатные аккумуляторы с аналогичным напряжением. Для этого элементы питания собираются в единую систему по подходящей схеме и оснащаются общей платой BMS.
На практике замена свинцово-кислотных аккумуляторов на литий-железо-фосфатные обеспечивает следующие преимущества:
- снижение затрат в пересчёте на год эксплуатации — примерно вдвое, поскольку LFP-аккумуляторы служат более пяти лет даже при ежедневном использовании.
- увеличение времени автономной работы.
- увеличение срока службы — количество циклов заряд-разряд увеличивается примерно в десять раз.
- Снижение веса оборудования — масса LFP-аккумулятора почти в три раза меньше, чем у аккумулятора той же ёмкости.
Выводы
В дискуссии о том, какой аккумулятор лучше — свинцово-кислотный или литиевый, нет однозначного ответа. Хотя литиевые технологии активно развиваются, свинцово-кислотные аккумуляторы всё ещё востребованы и применяются в складской технике, гольфкарах, источниках бесперебойного питания и других устройствах. Однако благодаря своим преимуществам литиевые аккумуляторы всё чаще становятся предпочтительным выбором.
Сегодня на рынке источников питания лидируют литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Они отличаются стабильной химической структурой, широким диапазоном рабочих температур и большим циклическим ресурсом. Такие аккумуляторы быстро заряжаются, не боятся глубокого разряда и могут работать в сложных условиях. Они часто используются в качестве тяговых батарей для электротранспорта, лодочных моторов, клининговой и складской техники.