Аккумуляторы окружают нас везде — в телефонах, автомобилях, носимой электронике и так далее. Но как они работают и из чего состоят? И почему с течением времени начинают быстрее разряжаться
Аккумуляторы представляют собой, фактически, перезаряжаемые гальванические элементы. Первый гальванический элемент — Вольтов столб — появился в 1800 году, тогда как первый аккумулятор был придуман спустя три года.
В основе работы аккумуляторов лежит принцип обратимости химической реакции. Некоторые химические реакции необратимы — в их результате могут выделяться газы, которые уходят в атмосферу и их нельзя больше возвратить в систему, выпадает осадок или образуются продукты, которые невозможно затем обратно превратить в исходные вещества. В гальванических элементах — обычных батарейках — идут именно необратимые химические реакции, после протекания которых вернуть систему в исходное состояние невозможно.
Сегодня наиболее часто используют свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы. В первых протекает обратимая реакция превращения диоксида свинца PbO2 в сульфат свинца PbSO4. Во втором типе протекает несколько другой процесс — ионы лития под действием электрического тока внедряются в графит и образуют с ним прочную связь. Когда требуется выдать электроэнергию в сеть, ионы выходят из графита и протекает обратный процесс.
На сегодня практически все виды аккумуляторов подвержены потере емкости. Это происходит по нескольким причинам. Во-первых, компоненты аккумулятора могут взаимодействовать между собой и с корпусом, в результате чего медленно, но верно при постоянном действии тока электроды загрязняются и предельная емкость уменьшается. Также влияет на скорость потери емкости режим заряда и температура эксплуатации.
Если разряжать литий-ионный аккумулятор «в ноль», в скором времени его емкость может сильно упасть из-за чрезмерных нагрузок, разрушающих электроды. Низкие и высокие температуры также способствуют потере емкости, но даже без них аккумулятор стареет со временем, теряя от 2 до 20% за год.