Что такое gel, agm и wet аккумуляторы

Принцип работы гелевого аккумулятора

Гелевый аккумулятор по принципу работы ничем не отличается от простого свинцово-кислотного. В нем так же присутствует электролит, электроды, несколько ячеек. Основное различие между ними состоит в том, что электролит находится не в жидком, а желеобразном состоянии, откуда и произошло название «гелевый» (от слова «гель»).

Данный тип аккумуляторов делится на две группы:

1. GEL – в кислоту добавляются компоненты, которые приводят к её загустению. Чаще всего это двуокись кремния.
2. AGM – между электродами находится специальный материал из стекловолокна, который, подобно губке, содержит в себе кислоту.

Гелевые аккумуляторы, в силу своих особенностей, являются герметизированными (не путать с герметичными, так как в процессе работы присутствует небольшое выделение газов, которые стравливаются через спец клапан).

Из-за того, что кислота находится в связанном состоянии (в виде геля или внутри сепаратора), такие аккумуляторы являются необслуживаемыми.

Для сохранения плотности электролита не требуется долив кислоты или дистиллированной воды.

Преимущества и недостатки

Из-за конструктивных особенностей, у гелевых аккумуляторов имеется ряд преимуществ перед простыми кислотно-свинцовыми:

• Корпус гелевых аккумуляторов герметизирован, и они не требуют обслуживания.
• Отсутствие ядовитых выделений во время зарядки. Пары водорода и кислорода, задерживаясь в геле (или в сепараторе) вступают в химическую реакцию с образованием воды. Данный процесс называется рекомбинацией газов.
• Из-за того, что кислота находится в связанном состоянии, такие аккумуляторы могут работать в любом положении. В случае повреждения корпуса электролит не вытекает.

Но кроме неоспоримых плюсов, имеются так же и значительные недостатки:

• Основным важным недостатком является их высокая чувствительность к напряжению в процессе зарядки. Напряжение не должно превышать 14.4 вольта, если напряжение заряда будет выше – электролит необратимо разрушается.
• Аккумуляторы очень боятся короткого замыкания, даже кратковременное короткое замыкание может полностью вывести аккумулятор из работоспособного состояния.
• Низкие температуры противопоказаны таким аккумуляторам. Электролит, будучи в желеобразном состоянии, ещё больше застывает и аккумулятор не может выдать нужный ток.

Чем AGM аккумулятор отличается от гелевого АКБ

При выборе аккумулятора потребители часто сталкиваются с необходимостью выбора подходящей батареи.

Сегодня в продаже представлены традиционные свинцово-кислотные батареи, кальциевые АКБ,  а также аккумулятор гелевый или аккумулятор АГМ.

При этом многие ошибочно полагают, что AGM и GEL являются одним типом АКБ. На самом деле, данные технологии заметно отличаются. По этой причине необходимо отдельно учитывать ряд нюансов.

Гелевый аккумулятор

Гелевые аккумуляторы (GEL — АКБ ) имеют электролит, который находится в гелеобразном состоянии за счет добавления соединений кремния. В результате электролит похож на силикон, в составе используется серная кислота и двуокись кремния, батарея имеет полную герметичность.  Газовыделение сведено к минимуму,  газы остаются во внутренних  порах геля.

Это значит, что электролит не испаряется при разряде АКБ,  пластины также не окисляются. Данный тип аккумуляторов на сегодня является лучшим, отличается высокой устойчивостью к глубокому разряду и большим сроком службы.

Дело в том, что даже в условиях глубокого разряда до 10.5В пластины не осыпаются, так как гель «удерживает» активный материал.  В результате GEL- аккумулятор  даже в таких условиях способен  пережить 300 циклов заряда.  Если же условия эксплуатации щадящие, можно рассчитывать на увеличение ресурса в 8-10 раз. 

Аккумулятор AGM

Аккумуляторы AGM  имеют пористый заполнитель, изготовленный из стекловолокна, который пропитан электролитом. В отличие от гелевых аналогов, в аккумуляторах AGM залита жидкая кислота. При этом электролит  удерживается в порах сепаратора (условно решение напоминает губку).

Данное решение обеспечивает возможность удерживать электролит внутри пор сепаратора. Даже если корпус аккумулятора будет поврежден, электролит не имеет возможности вытекать наружу благодаря наполнителю и батарея остается в рабочем состоянии.

Обзор AGM батерей разных производителей: характеристики, цены, отличия

Сегодня аккумуляторные батареи по технологии AGM можно встретить буквально повсюду. Ими на конвейерах комплектуют автомобили, оснащенные системой «старт–стоп». Они приводят в действие шлагбаумы, жалюзи и ворота. Благодаря аккумуляторным батареям, в темное время суток светятся неоновая реклама и дорожные знаки на автомагистралях. Добавим, что AGM-технология признана оптимальной в АКБ электростанций, работающих на таких источниках энергии как солнце, ветер и волны. Вне конкуренции преимущества АГМ оказались и в блоках бесперебойного питания компьютеров. В настоящее время практически все известные мировые бренды отдали значительные части своих объемов выпуска AGM-аккумуляторам. Это и BOSCH, и Optima, и Tudor, и Medalist и другие. Ниже для сравнения приведены несколько популярных моделей автомобильных аккумуляторов с технологией AGM и их характеристики.

Марка	Страна происхождения	Емкость	Вес	Ориентировочная цена	Срок службы
		А*ч	кг	руб.	лет
Haze HZB12-28 AGM	Китай-Великобритания	28	16	4300	5
ВОСТОК СК-1255	Россия	55	16	6200	5
DEKA	США	32	10	7000	7
TOPLA	Словения	60	15	9500	8
VARTA D52	Германия	60	16	10700	10

Таблица 1. Сравнительный обзор AGM-аккумуляторов

Отрадно, что в последнее время в рейтингах грандов по применению технологии AGM в аккумуляторных батареях все чаще стали встречаться АКБ российского производства. Помимо маркировки, указывающей на тип аккумулятора, на корпусах батарей часто можно увидеть: VRLA(Valve Regulated Lead Acid batteries) или SLA(Sealed Lead Acid batteries). Данные надписи обязательны по нормам международного стандарта безопасности. Первая аббревиатура обычно ставится на батареях с емкостью свыше 30 Ач и указывает, что устройство оборудовано клапаном безопасности. Вторая маркировка ставится на мало ёмкостные AGM аккумуляторы (до 30 Ач). Присутствие байпаса обусловлено неизбежным выделением водорода при перезарядках. При достижении значения 100 миллибар, клапан открывается и выпускает газ в атмосферу, тем самым сбрасывая давление до безопасного уровня.

Технология Gel в аккумуляторных батареях

Внутри химического источника тока есть анод и катод, сделанные из свинцового сплава, легированного сурьмой или кальцием, в виде решеток. Между ними залит электролит из смеси серной кислоты и дистиллированной воды. Традиционная схема: жидкий электролит, который разводят водой по мере ее испарения.

В аккумуляторах GEL-технологии раствор включает еще один ингредиент: загуститель, превращающий жидкость в желеобразную субстанцию. По мере работы батареи, электролит приобретает еще большую вязкость, потому что частицы загустителя связывают молекулы воды в трехмерную структуру.

Во время электролиза гелеобразной смеси образуется водород, который, если ему не дать выйти наружу из корпуса, может разорвать батарею. Поэтому внутри геля образуются микроканалы или каналы рекомбинации. Они помогают большей части газа вступить в реакцию рекомбинации, когда молекулы водорода вновь связываются с молекулами кислорода, образуя воду.

Рекомбинацию обеспечивает высокая вязкость электролита. Гель, в отличие от жидкости, достаточно долго удерживает свободные атомы, чтобы они могли вступить в обратную реакцию. Она начинается от анода, где скапливаются атомы кислорода, продвигается к катоду. Кроме этого, во время рекомбинации сульфат свинца, образовавшийся во время работы АКБ, вновь распадается на свинец и сульфатную группу, которая при соединении с атомами водорода вновь образует серную кислоту.

В новых АКБ клапанного типа с жидким содержимым, когда давление газа возрастает до определенных значений, клапан открывается, водород выбрасывается в атмосферу. А сульфат свинца оседает на пластинах, рано или поздно выводя аккумулятор из строя.

Различие между гелевой и кислотной батареей

С точки зрения многих автомобилистов, аккумулятор – это такой пластиковый короб, имеющий сверху клеммы, через которые он отдаёт электроэнергию, когда нужно завести мотор, или заряжается, когда машина движется.

По большому счёту тенденции в автомобильной отрасли таковы, что производители делают всё возможное, чтобы потребители действительно не задумывались о том, что и как устроено, и не пытались самостоятельно ремонтировать неисправные узлы и детали, в том числе аккумуляторы. Появление необслуживаемых АКБ – яркое доказательство этого тезиса. Возможно, именно поэтому многие начинающие, а порой и опытные автомобилисты слабо себе представляют, чем отличаются между собой классические кислотные батареи от гелевых, которым многие эксперты предрекают радужное будущее.

Мы постараемся внести ясность в этот вопрос.

Основные критерии кислотного аккумулятора

Эта разновидность АКБ не собирается уходить на пенсию. Она всё ещё популярна, несмотря на то, что более совершенные модели по большинству важных показателей вырвались вперёд. И на это есть веские причины.

Чтобы их понять, давайте рассмотрим, как работает современный автомобильный аккумулятор. Упрощённо АКБ можно представить в виде двух электродов, погружённых в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Это электрохимическая жидкость, которая взаимодействует с металлами, вступая в реакцию, сопровождающуюся выделением или поглощением электроэнергии.

В качестве катализатора реакций используются свинцовые пластины, покрытые слоем активного вещества – диоксидом свинца для положительных пластин и губчатым свинцом – для отрицательных. Оптимальное соотношение дистиллированной воды к серной кислоте в электролите – 65:35.

На самом деле электродов, или пластин, не два, а шесть – они называются банками, каждая из которых в нормальном заряженном состоянии обладает электрическим потенциалом порядка 2 В. Но это значение, как и плотность электролита, в процессе разряда или заряда батареи меняется – растёт или уменьшается.

При разряде АКБ, когда к ней подключается нагрузка, серная кислота связывается со свинцом, образуя на пластинах осадок в виде сульфата свинца, при этом концентрация серной кислоты уменьшается, как и плотность электролита. Процесс длится до тех пор, пока кислоты не станет критически мало (либо уменьшится площадь доступного для реакции свинца или его окисла).

Если бы эти реакции протекали без потерь, срок службы аккумулятора был бы неограниченным. Но эффективность восстановительных реакций, особенно в кислотных батареях, далека от 100%, поэтому со временем ухудшаются свойства и электролита, и активной массы, в результате чего батарея теряет ёмкость.

Принцип функционирования гелевых АКБ практически тот же, различия чисто конструктивные, поэтому зачастую определить, гелевый аккумулятор перед вами или свинцово-кислотный, затруднительно.

Перечислим достоинства кислотных батарей:

• доступная стоимость;
• приличный ресурс;
• небольшой ток саморазряда.

Минусов тоже хватает:

• достаточно продолжительная по времени зарядка;
• невысокая энергоёмкость в пересчёте на единицу веса;
• температурная зависимость;
• быстрый выход из строя при нахождении в разряженном состоянии.

Эксплуатация и обслуживание

Зарядка

Как уже говорилось при высоком зарядном токе в свинцово-кислотной АКБ начинается разложение (гидролиз) воды. Для моделей AGM это становится проблемой, поскольку возместить потери доливкой воды нельзя. Поэтому для аккумуляторов этого типа зарядка ведётся при постоянном напряжении. Это наиболее эффективный вариант для VRLA.

Автомобильные AGM аккумуляторы номиналом 12 В можно длительное время безопасно заряжать при напряжении 2,35 вольта на один элемент. Температура при этом должны быть не более 25 C. Большинство производителей рекомендуют прекратить заряд, когда температура достигает отметки 49 градусов Цельсия.

Применение

Теперь стоит немного подробнее сказать о сферах применения AGM аккумуляторов.

АКБ этого типа широко распространились в современных мотоциклах, вездеходах и прочей мототехнике. Это объясняется тем, что их можно устанавливать в любом положении и нет угрозы розлива кислоты под действием вибрации, резких поворотов, аварий и т. п.

Что касается легковых автомобилей, то AGM используются лишь в моделях сегмента люкс из-за своей высокой стоимости. По умолчанию автомобильные производители устанавливают их на модели, имеющие системы «Старт-Стоп» и рекуперацию тормозной энергии. При этом управление зарядом АКБ в бортовой сети должен управлять компьютер для исключения перезаряда.

Можно также отметить их использование в авиамоделировании. Там они успешно применяются наряду с литиевыми батареями. AGM аккумуляторы по-прежнему используются в военной и авиационной технике, для которой они изначально и разрабатывались. Мелкая морская и речная техника также использует эти АКБ. Например, питание троллинговых моторов для рыбацких лодок, водные мотоциклы и т. п.

• телекоммуникационное оборудование;
• блоки управления производственным оборудованием;
• различное автономное оборудование, где раньше использовались другие типы АКБ.

Заряд в три ступени

В этом случае используется три промежутка.

Особенности:

1. Базовый этап. Изменение U в пределах от 14,2 до 14,4 В. Ток — от 25 до 35% от емкости (указывается на корпусе аккумулятора).
2. Накопление. В этом случае напряжение — 14,4 В, а ток — 1% от величины А*ч.
3. Буферный. Здесь параметры U и I составляют 13,8 В и 1% от емкости.

Для реализации такого метода необходимо применение устройства на микропроцессорах с возможностью плавного изменения токовых и U характеристик.

При этом время выбирается индивидуально после изучения инструкции к зарядному.

Если аккумулятору уже несколько лет, и он в стадии глубокого разряда, то выставляйте максимальный ток заряда не 10% от емкости, а 2%, чтобы батарея не нагревалась в начальной стадии заряда.

Не рекомендуется превышение температуры батареи более 50С.

С учетом сказанного видно, что зарядка AGM аккумулятора происходит токами, которые мало отличаются от тех, что актуальны для стандартных устройств.

Следовательно, все мифы о необходимости применения гибридных токов, так и остаются таковыми.

Гелевые батареи

Гелевые батареи (GEL) и Absorbed Glass Mat (AGM) имеют очень похожие характеристики.

Аккумуляторы EFB / AFB / ECM — что-то для водителей, которым требуются аккумуляторы очень длительного действия.

Иногда стандартной батареи, даже в самой современной версии, просто недостаточно. В поисках автомобильных аккумуляторов, которые обеспечивают значительно увеличенный срок службы, дизайнеры разработали три типа аккумуляторов. Они отвечают этим условиям:

• Батареи EFB (Enhanced Flooded Battery),
• Аккумуляторы AFB (Advanced Flooded Battery),
• Аккумуляторы ECM (Enhanced Cycling Mat).

Каждая из этих батарей имеет:

1. увеличенный бак электролита,
2. с использованием пластин из сплава свинца, кальция и олова,
3. двухсторонний полиэтиленовый и полиэфирный микроволоконный сепаратор.

Батареи EFB / AFB / ECM очень хорошо работают в автомобилях с повышенным спросом на электроэнергию. То есть, практически, во всех современных моделях и автомобилях с системами Start-Stop. Конечно, они будут хорошо работать в любом другом автомобиле. Однако, они предназначены для автомобилей, которые потребляют много электроэнергии.

Преимущества и недостатки

Положительные характеристики определяют популярность представленных моделей:

• Устойчивость к разрядам практически под ноль. При этом восстанавливается емкость практически до 100%. Обычные батареи в таких случаях теряют часть ресурса.
• Функционирует в диапазоне температур от -50 до +60 °C.
• Показатели пускового тока улучшены на 30-50% относительно стандартных АКБ;
• Электролит практически не испаряется.
• Безопасны в связи с отсутствием испарения электролита.
• Улучшены показатели тока холодной прокрутки, позволяющие работать устройству в условиях низких температур.
• Заряда-разряда – цикл, который может осуществляться большее количество раз, чем при обычных АКБ. При этому сохраняется функциональность.

Главный недостаток – высокая стоимость изделия, на что не каждый потребитель решается.