Клиентская база. Развитие аккумуляторных батарей

Свинцовые аккумуляторные батареи известны уже сто пятьдесят лет. Однако и сегодня они являются наиболее массовым и дешёвым из химических источников тока, как благодаря относительной дешевизне применяемых для их производства материалов, так и высокой степени автоматизации современных аккумуляторных производств.

Первая свинцовая аккумуляторная батарея, которую французский учёный Гастон Планте (1834-1889) изготовил и подарил в 1860 году Французской Академии наук, имела общую активную поверхность (площадь) электродов 10 м2. Она собиралась из электродов поверхностного типа, которые имели очень большую массу и требовали длительных формировочных циклов, с периодическим изменением полярности электродов. Этот процесс продолжался от нескольких месяцев до двух лет.

Создание в 1881 году Фолькмаром (1847-1884) пластин на решётчатой основе стало той базой, на которой очень активно и успешно начал развиваться наиболее распространённый и весьма эффективный вид аккумуляторов.

За время своего существования технические характеристики свинцовых аккумуляторов с решётчатыми пастированными (намазными) пластинами существенно изменились, как в отношении их качественных показателей, так и в отношении долговечности. Лучшие образцы конца XIX века имели удельную энергию по массе, равную 7-8 Вт-ч/кг при длительном разряде, и наработку около 100 циклов (заряд-разряд). Лучшие современные образцы стартерных батарей имеют удельную энергию 40-47 Вт-ч/кг, а наработка в зависимости от исполнения составляет 200-300 циклов, причём батареи с большей удельной энергией имеют несколько меньшую долговечность.

В нашей стране аккумуляторная промышленность начала активно развиваться параллельно с развитием автомобилестроения в тридцатые годы и к началу 1940 года сложилась в самостоятельную отрасль народного хозяйства, которая имела ряд заводов, свои квалифицированные научно-технические и производственные кадры. В этот период, вместе с созданием отечественных автомобилей и тракторов, было создано большое количество новых типов аккумуляторных батарей. Это были первые батареи для мотоциклов, стартерные аккумуляторные батареи для автотракторной техники в корпусах из асфальтопековой массы и эбонита (моноблочного типа).

В послевоенный период, после восстановления эвакуированных заводов, начались работы по их реконструкции, оснащению новым механизированным и прогрессивным на то время оборудованием. Одновременно создавались и запускались в серийное производство более совершенные типы аккумуляторных батарей для новых видов автотракторной техники. На смену деревянным сепараторам пришли более долговечные синтетические из поливинилхлорида и каучука («мипласт» и «мипор»).

В шестидесятые годы XX столетия, на фоне быстрого прогресса автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения, бурного развития автомобильного транспорта, создаётся практически весь современный типоразмерный ряд отечественных стартерных аккумуляторных батарей. Эти батареи выпускались в моноблоках из эбонита и имели комбинированный сепаратор из мипласта и стекловолокна для повышения эксплуатационного срока службы.

Семидесятые годы ознаменовались целым рядом технологических разработок, внедрение которых позволило улучшить качество выпускаемых стартерных аккумуляторных батарей. Разработка и промышленное освоение коррозионностойких сплавов (с добавлением мышьяка) и усовершенствование технологии (с целью повышения коэффициента использования активных масс) позволили примерно на 20% снизить материалоёмкость батарей. Применение синтетических волокон, в качестве добавки в активную массу положительных электродов, позволило отказаться от массового применения сепараторов из стекловолокна без ущерба для долговечности батарей. Это значительно снизило трудоёмкость их сборки. Создание синтетических органических расширителей для отрицательного электрода и эффективных ингибиторов окисления свинца позволило улучшить разрядные характеристики аккумуляторных батарей при отрицательных температурах (что особенно актуально для эксплуатации в условиях наших холодных зимних месяцев) и освоить производство аккумуляторных батарей в сухозаряженном исполнении.

В восьмидесятые годы активно велись работы по разработке и освоению производства современных конструкций батарей в тонкостенных моноблоках из сополимера пропилена с общей крышкой и создание оборудования для их производства. Тогда же были заложены основы и начато производство аккумуляторных батарей с увеличенными межрегламентными сроками. В девяностые годы в России начали осваиваться стартерные батареи с сепараторами-конвертами из микропористого полиэтилена, что значительно повысило их мощность и надёжность.

Прогресс в автомобилестроении ведёт к росту мощности автомобильных двигателей при снижении удельного расхода топлива, в том числе и за счёт повышения степени его сжатия в камере сгорания. Это требует соответствующего увеличения мощности стартерного разряда аккумуляторной батареи. И одновременно с этим, для достижения максимальной экономичности, необходимо снижать удельную массу всех составных частей автомобиля, в том числе и аккумуляторных батарей, масса которых составляет от 15 кг на легковом автомобиле с двигателем до 1,5 л до 120 кг (две батареи по 12 В) на магистральных автопоездах. Вместе с тем, создатели современных автомобилей стремятся минимизировать объём работ по обслуживанию отдельных его элементов в процессе эксплуатации. Появляется всё больше узлов и комплектующих изделий в закрытом исполнении, исключающем возможность доступа в них со стороны водителя. Такие же требования с конца девяностых годов XX столетия стали применять ведущие мировые автопроизводители и к стартерным аккумуляторным батареям. Поэтому задача дальнейшего совершенствования свинцовых стартерных аккумуляторных батарей, являющихся в настоящее время главным источником электрической энергии для запуска двигателей внутреннего сгорания, сохраняет свою актуальность и сегодня. В ближайшем будущем ожидается значительное ужесточение требований к автомобильным аккумуляторным батареям по выполнению всех основных потребительских функций. Это связано с планируемым переводом в 2015-2017 годах всех автомобилей, выпускаемых в Западной Европе, на системы, функционирующие в режиме «старт-стоп».

На значительном количестве автотракторной техники стартерная , после пуска двигателя в начале движения, длительное время работает в условиях непрерывного заряда. К характерным «представителям» данной категории, работающим в таких условиях, можно отнести магистральные грузовики на междугородных грузоперевозках, междугородные автобусы и другие машины, работающие с большими среднесуточными пробегами без частых остановок при относительно стабильном режиме работы двигателя. На этих машинах батареи работают в режиме преобладающей кратковременной стартерной нагрузки с последующим длительным зарядом при постоянном напряжении и конструктивно построены таким образом, чтобы иметь форсированную мощность стартерного разряда при отрицательной температуре.

Другой типичной группой автотракторной техники являются машины для внутригородских перевозок, грузовые и строительно-дорожные машины с агрегатами, имеющими гидравлический привод, радиофицированные такси и другие транспортные средства аналогичного назначения. На них батарея служит не только для пуска двигателя, но и используется как буферный источник питания для покрытия пиковых нагрузок энергопотребления с возможностью глубоких (до 40 % от номинальной ёмкости) разрядов. Создание батарей для такой техники требует несколько иного подхода. Эти батареи должны быть более устойчивы к глубоким разрядам и при этом могут иметь меньшую удельную мощность стартерного разряда (исполнение HD и SHD).

Современное развитие науки и техники позволило начать массовое производство свинцовых батарей закрытого исполнения с регулирующим клапаном (VRLA). В этих батареях удалось реализовать замкнутый кислородный цикл по аналогии со щелочными герметичными аккумуляторами. Благодаря этому, в процессе эксплуатации вода, входящая в состав электролита, почти не разлагается и, следовательно, доливка дистиллированной воды в процессе эксплуатации не требуется. Батареи закрытого исполнения с регулирующим клапаном () имеют иммобилизованный (связанный) электролит. Такие батареи нашли применение, в первую очередь там, где требуется обеспечить работоспособность в любом пространственном положении. Это системы резервного и аварийного энергоснабжения, бытовая техника и т.д. Использование аккумуляторных батарей такого типа на современных автомобилях и перспективной технике постоянно расширяется, благодаря созданию систем оптимизации электроснабжения и стабилизации режимов работы бортового электрооборудования.

Дата добавления: 2011-06-29

Под мотивацией торговых представителей понимается заинтересованность торгового представителя в выполнении тех или иных задач за соответствующее денежное вознаграждение со стороны работодателя. Другими словами грамотная и достойная мотивация побуждает торгового представителя делать что либо с большим рвением. Как следствие после проведения мотивационных мероприятий компания остается в плюсе, развивается и растет.

В большинстве своем торговый представитель получает оклад+бонус. Мотивация относится к бонусной части заработной платы торгового представителя.

Существует великое множество мотивационных программ. Рассмотрим лишь наиболее распространенные.

Процент от вывоза.

Достойная мотивация при условии, что поставляемый товар хорошо продается. Главное не перестараться с отгрузками, если Вы торгуете скоропортом. Иначе существует риск заполучить потом огромный возврат просрочки . Из минусов данного вида мотивации можно отметить низкую представленность ассортимента на полках (т.е. что лучше всего продается, то торговый представитель и валит «тоннами», а про расширение ассортимента внутри группы определенного товара, как правило, забывает). Так же не особо выгодна такая мотивация, если компания-поставщик реализует свой товар и дополнительно привлеченную продукцию. Производитель может потерять в продажах собственного товара, если привлеченка будет уходить лучше и быстрее.

В следствии этого всплывает в памяти следующий тип мотивации.

Выполнение плана продаж отдельно за собственную продукцию и отдельно за привлеченку.

В данной ситуации торговому представителю приходится контролировать как отгрузки собственной продукции, так и привлеченки. Данный тип мотивации на мой взгляд наиболее выгоден компаниям, которые не только производят, но и реализуют собственную продукцию своими силами (через свой штат торговых представителей).

Обычно этот пункт мотивации является основным в бонусной части и составляет около 40-60%.

Далеко не все компании платят своим торговым представителям деньги за поддержание дебиторки в хорошем состоянии . На мой взгляд это является упущением. Все просто. Закон торговли что гласит? Товар-деньги-товар. И чем чаще оборачивается этот цикл, тем лучше для компании. Она растет и вверх, и вширь, и во все стороны. Поэтому желательно выделять порядка 20-25% от бонусной части на поддержание дебиторки в норме. Если у торгового представителя на конец отчетного периода нет просроченной дебиторки или она минимальна - грех не вручить ему премию за хорошую работу.

Одна из самых полезных мотиваций со стороны работодателя. Логика проста - чем большую часть рынка охватывает компания, тем более весомым игроком она становится в глазах своих потенциальных поставщиков новой привлеченной продукции. Соответственно крупные компании могут диктовать свои условия поставщикам и выбивать для себя лучшие условия и цены.
Мотивируют торговых представителей на открытие новых торговых точек различными способами. Кто-то платит определенную сумму за каждую новую точку. Но это не совсем корректно по отношению к разным торговым представителям. Ведь у одного торгового активная клиентская база (АКБ) 50 торговых точек, а у другого 100. Занятость немного различается, согласитесь. Поэтому целесообразнее выделить те же 20-25% из бонусной части на развитие клиентской базы и поставить каждому торговому представителю индивидуальный план по открытию новых торговых точек.

Время от времени полезно мотивационные программы чередовать. Это не относится разве что к выполнению плана отгрузок. План отгрузок, кстати, обычно всегда повышают по отношению к факту вывоза предыдущего месяца. В зависимости от сезона (если товар имеет такую зависимость) план повышают от 10 (для особо отличившихся торговых представителей) до 40 (для «проваливших» план прошлого месяца) %. Все это необходимо для роста компании, чтобы она не топталась на одном месте.

Коэффициент полезного действия торгового представителя (КПД).

Данная мотивация не относится к соотношению количества заказов деленное на количество посещений. Здесь под КПД подразумевается следующее.
Допустим существует «свой» товар и привлеченная продукция. В «своем» товаре может быть несколько групп товаров. В привлеченке то же самое и еще плюс может быть несколько различных поставщиков. Компания заинтересована в том, чтобы в каждой торговой точке был весь ассортимент поставляемой ею продукции. В идеале 100% КПД будет тогда, когда все точки прогружены в течение месяца всеми группами товаров и поставщиками (привлеченки). В силу ряда причин такого быть практически не может, если АКБ у Вас больше хотя бы 50 торговых точек. Но нужно к этому стремиться. Нет предела совершенству.

Мотивация торговых представителей в отношении КПД может заключаться в следующем. За идеал (100%) берется лучший показатель КПД по всей компании за предыдущий месяц (например, это 70% от максимально возможного). По результатам текущего месяца выносится вердикт, кто попадает в этот бонус. Можно установить минимальный порог (например, от 80-90% лучшего результата прошлого месяца бонус выплачивается).
Очень действенная мотивация. Испытано неоднократно на собственном опыте.

Мотивация от производителя и от привлеченной продукции.

Электрокары должны решить немало проблем окружающей среды. Если их заряжать током из возобновляемых источников, то они окажутся практически безвредны для атмосферы. Конечно, если не учитывать их технологически сложного производства. И ехать на электрической тяге без привычного гудения двигателя - просто приятнее. Морокой до сих пор остаются постоянные хлопоты из-за состояния заряда аккумулятора. Ведь если он опустится до нуля и рядом не будет ни одной зарядной станции, то проблем не оберешься.

Есть шесть решающих факторов успешности электрокаров, которые запитаны от аккумуляторных батарей. Прежде всего, речь идет о емкости - то есть сколько электроэнергии может хранить аккумулятор, количество циклического использования батареи - то есть «заряд-разряд», которые аккумулятор выдерживает, прежде чем выйти из строя, и время подпитки - то есть сколько водителю придется ждать, заряжая автомобиль, чтобы ехать дальше.

Не менее важна и надежность самого аккумулятора. Скажем, сможет ли он выдержать поездку в высокогорье или путешествие жаркой летней порой. Конечно, решая, стоит ли покупать электрокар, следует учитывать и такой фактор, как количество станций подзарядки и цену аккумуляторов.

Как далеко уедешь на батареях?

Легковые электрокары, представленные на рынке сегодня, на одном заряде преодолевают дистанции от 150 до более 200 километров. В принципе, эти расстояния можно увеличить, если удвоить или утроить количество аккумуляторов. Но, во-первых, сейчас это было бы настолько дорого, что покупка электромобиля оказалась бы непосильной, а во-вторых, сами электромобили стали бы гораздо тяжелее, поэтому их надо было бы конструировать, рассчитывая на большие нагрузки. А это противоречит цели, которые преследуют компании-производители электрокаров, а именно - легкость конструкции.

К примеру, Daimler недавно представил грузовик на электроприводе, который может преодолевать на одной подзарядке до 200 километров. Однако сам аккумулятор весит не менее двух тонн. Зато двигатель значительно легче, чем у грузовика на дизеле.

Какие аккумуляторы доминируют на рынке?

Современные аккумуляторы, безразлично, идет ли речь о мобильные телефоны, ноутбуки или электрокары, это - почти исключительно варианты так называемых литий-ионных аккумуляторов. Речь идет о разновидности типов аккумуляторов, где щелочной металл литий встречается как в положительных и отрицательных электродах, так и в жидкости - так называемом электролите. Как правило, отрицательный электрод состоит из графита. В зависимости от того, какие еще материалы применяются в положительном электроде, различают, например, литий-кобальтовые (LiCoO2), литий-титановые (Li4Ti5O12) и литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4).

Особую роль играют литий-полимерные аккумуляторы. Здесь электролитом выступает гелеобразная пластмасса. На сегодня эти аккумуляторы - самые мощные из тех, что найдешь на рынке, они достигают емкости энергии до 260 ватт-часов на килограмм. Остальные литиево-ионные аккумуляторы способны максимум на 140 до 210 ватт-часов на килограмм.

А если сравнить типы батарей?

Литий-ионные батареи очень дорогие, прежде всего, из-за высокой рыночной стоимости лития. Однако есть немало преимуществ по сравнению с теми типами сделанных из свинца и никеля аккумуляторов, которые применялись ранее.

Кроме того, литий-ионные аккумуляторы достаточно быстро заряжаются. Это означает, что с обычным током от электросети электрокар можно подзарядить за два - три часа. А на станциях специальной быстрой подзарядки на это может уйти один час.

Старые типы аккумуляторов не имеют таких преимуществ и энергии они могут аккумулировать значительно меньше. Аккумуляторы на никелевой основе имеют емкость энергии от 40 до 60 ватт-часов на килограмм. Еще хуже свойства в свинцовых аккумуляторах - емкость энергии в них около 30 ватт-часов на килограмм. Однако они - значительно дешевле и без проблем выдерживают много лет эксплуатации.

На сколько хватает современных аккумуляторов?

Многие помнят так называемый эффект памяти аккумуляторной батареи в старых аккумуляторах. Больше всего он проявлялся в никелевых аккумуляторах. Тогда, если кто-то думал зарядить аккумулятор шуруповерта или ноутбука, хотя батарея была чуть ли не наполовину заряжена, способность накапливать электрическую энергию удивительно сильно сокращалась. Поэтому перед каждым процессом зарядки следовало полностью расходовать энергию. Для электромобилей это было бы катастрофой, ведь их надо подзарядить именно тогда, когда они находятся на подходящем расстоянии от зарядной установки, а не тогда, когда у аккумулятора кончился заряд.

Зато литий-ионные аккумуляторы не имеют такого «эффекта памяти». Производители обещают до 10 000 циклов «заряд-разряд» и 20 лет бесперебойной работы. В то же время нередко опыт потребителей свидетельствует о другом - аккумуляторы ноутбуков «умирают» уже после нескольких лет работы. Кроме того, нанести непоправимый вред аккумуляторам могут внешние факторы - например, экстремальные температуры или допущенный по недосмотру полный разряд аккумулятора или его перезаряд. Очень важной в современных аккумуляторных батареях является бесперебойная работа электроники, контролирующей процесс подпитки.

Суперакумуляторы - лишь пустой звук?

Эксперты из исследовательского центра Jülich работают над разработкой кремний-воздушных аккумуляторов. Идея воздушных аккумуляторов - не такая уж и новая. Так, ранее пробовали разработать литий-воздушные аккумуляторы, в которых положительный электрод состоял бы из нанокристаллической решетки углерода. При этом сам электрод не участвует в электрохимическом процессе, а выступает лишь как проводник, на поверхности которого восстанавливается кислород.

По такому же принципу действуют и кремниево-воздушные аккумуляторы. Впрочем, они имеют преимущество, как состоящие из очень дешевого кремния, который встречается практически в неограниченном количестве в природе в виде песка. Кроме того, кремний активно используют в полупроводниковой технологии.

В дополнение к потенциально низкой себестоимости производства, технические характеристики воздушных аккумуляторов тоже, на первый взгляд, достаточно привлекательны. Ведь они могут достичь такой емкости энергии, которая превышает сегодняшние показатели втрое, а то и в десять раз.

Однако до выхода на рынок этим разработкам еще далеко. Самой большой проблемой является неудовлетворительно короткая «продолжительность жизни» воздушных аккумуляторов. Она значительно ниже 1000 циклов «заряд-разряд». Определенную надежду подает эксперимент исследователей центра Jülich. Им удалось выяснить, что продолжительность эксплуатации таких аккумуляторов можно значительно повысить, если регулярно наполнять электролит в этих аккумуляторных батареях. Но даже и при таких технических решениях эти аккумуляторы не достигнут и доли той продолжительности эксплуатации, которую имеют сегодняшние литий-ионные аккумуляторные батареи.

В отношении аккумуляторов действует правило «все или ничего». Без энергетических накопителей нового поколения не будет ни перелома в энергетической политике, ни на рынке электромобилей.

Закон Мура, постулируемый в IT-индустрии, обещает увеличение производительности процессоров каждые два года. Развитие аккумуляторов отстает: их эффективность увеличивается в среднем на 7% в год. И хотя литий-ионные батареи в современных смартфонах работают все дольше и дольше, это во многом связано с оптимизированной производительностью чипов.

Литий-ионные батареи доминируют на рынке из-за их малого веса и высокой плотности накапливаемой энергии.

Ежегодно миллиарды аккумуляторов устанавливаются в мобильные устройства, электромобили и системы для хранения электричества от возобновляемых источников энергии. Однако современная техника достигла своего предела.

Хорошей новостью является то, что следующее поколение литий-ионных батарей уже почти соответствует требованиям рынка. В качестве аккумулирующего материала в них применяется литий, который теоретически позволяет в десять раз увеличить плотность хранения энергии.

Наряду с этим приводятся исследования других материалов. Хотя литий и обеспечивает приемлемую плотность энергии, однако речь идет о разработках на несколько порядков оптимальнее и дешевле. В конце концов, природа могла бы предоставить нам лучшие схемы для высококачественных аккумуляторов.

Научно-исследовательские лаборатории университетов разрабатывают первые образцы органических аккумуляторов . Однако до выхода таких биобатарей на рынок может пройти не одно десятилетие. Мостик в будущее помогают протянуть малогабаритные батареи, которые заряжаются путем улавливания энергии.

Мобильные источники питания

По данным компании Gartner, в этом году будет продано более 2 млрд. мобильных устройств, в каждом из которых установлен литий-ионный аккумулятор. Эти аккумуляторы сегодня считаются стандартом, отчасти потому, что они весьма легкие. Тем не менее они обладают максимальной плотностью энергии только 150-200 Вт·ч/кг.

Литий-ионные батареи заряжаются и отдают энергию путем перемещения ионов лития. При зарядке положительно заряженные ионы двигаются от катода через раствор электролита между слоями графита анода, накапливаются там и присоединяют электроны тока зарядки.

При разрядке они отдают электроны в контур тока, ионы лития перемещаются обратно к катоду, в котором они вновь связываются с находящимся в нем металлом (в большинстве случаев - кобальтом) и кислородом.

Емкость литий-ионных аккумуляторов зависит от того, какое количество ионов лития может располагаться между слоями графита. Однако благодаря кремнию сегодня можно добиться более эффективной работы аккумуляторов.

Для сравнения: для связывания одного иона лития требуется шесть атомов углерода. Один атом кремния, напротив, может удерживать четыре иона лития.

Литий-ионный аккумулятор сохраняет свою элетроэнергию в литии. При зарядке анода атомы лития сохраняются между слоями графита. При разрядке они отдают электроны и перемещаются в виде ионов лития в слоистую структуру катода (кобальтит лития).

Кремний повышает емкость

Емкость аккумуляторов растет при включении кремния между слоями графита. Она увеличивается в три-четыре раза при соединении кремния с литием, однако после нескольких циклов зарядки графитовый слой разрывается.

Решение этой проблемы найдено в стартап-проекте Amprius , созданном учеными из Стэндфордского университета. Проект Amprius получил поддержку таких лю­дей, как Эрик Шмидт (председателя совета директоров Google) и лауреат Нобелевской премии Стивен Чу (до 2013 года – министр энергетики США).

Пористый кремний в аноде увеличивает эффективность литий-ионных аккумуляторов до 50%. В ходе реализации стартап-проекта Amprius же произведены первые кремниевые аккумуляторы.

В рамках этого проекта доступны три метода решения «проблемы графита». Первый из них - применение пористого кремния , который можно рассматривать как «губку». При сохранении лития он крайне мало увеличивается в объеме, следовательно, слои графита остаются неповрежденными. Amprius может создать аккумуляторы, которые сохраняют до 50% больше энергии, чем обычные.

Более эффективно, чем пористый кремний, накапливает энергию слой кремниевых нанотрубок . В прототипах было достигнуто почти двукратное увеличение зарядной емкости (до 350 Вт·ч/кг).

«Губка» и трубки должны быть по-прежнему покрыты графитом, так как кремний вступает в реакцию с раствором электролита и тем самым уменьшает время работы аккумулятора.

Но есть и третий метод. Исследователи проекта Ampirus внедрили в углеродную оболочку группы частиц кремния , которые непосредст­венно не соприкасаются, а обеспечивают свободное пространство для увеличения частиц в объеме. Литий может накапливаться на этих частицах, а оболочка остается неповрежденной. Даже после тысячи циклов зарядки емкость прототипа снизилась только на 3%.

Кремний соединяется с несколькими атомами лития, но при этом расширяется. Для предотвращения разрушения графита исследователи используют структуру растения граната: они вводят кремний в графитовые оболочки, размер которых достаточно велик, чтобы дополнительно присоединять литий.

Сегодня мы отправимся в увлекательную историю развития аккумуляторов, батарей и элементов питания.

Человечество никогда не стояло на месте. С древних времен наших предков интересовал целый спектр всевозможных физических и химических явлений. Ученые постоянно открывали что-то новое. Такое ноу-хау, как правило, сперва напрочь отрицалось наукой, затем о нем забывали, а спустя несколько десятилетий, уже забытого всеми ученого восхваляли и называли «человеком, который изменил мир». Наверняка вы читаете эти строки с устройства, работающего от розетки или имеющего в своем распоряжении один из важнейших элементов – аккумулятор . И если бы 2 700 лет назад древнегреческий философ Фалес не обратил внимание на взаимодействие шерсти и янтаря, если бы в 1600 году не был введен термин электричество, а в 1800 Аллесандро Вольта не заинтересовался пластинами из цинка и меди, возможно современный мир был намного скучнее.

С чего все началось

Наука средневековья – весьма спорное и запутанное явление. Тем не менее, именно существование целого ряда схоластических теорий породило такое понятие, как научно-технический прогресс. До появления первых аккумуляторов пройдет еще более 2,5 тысяч лет, а пока в солнечной Греции дочь философа Фалеса безуспешно пытается очистить янтарное веретено от мелких частичек ворса, ниток и пыли. Как оказалось, смахнуть их не так-то просто.

Во время правления английской королевы Елизаветы I (1533 – 1603) ее лейб-медик Вильям Гильберт Колчестерский всерьез заинтересовался устройством компаса, магнитами, янтарем и прочими драгоценными камнями, которые после натирания мехом притягивали к себе мелкие частички пергамента. Становилось понятным, что несмотря на определенную схожесть, магнетизм и электричество (термин, введенный самим Гильбертом) имеют совершенно разную природу. Магнит способен притягивать исключительно железо, в то время как электричество, вызванное трением, способно к притяжению частичек неметалического происхождения.

Понятие «притяжение» в средневековье относили к категории «магнитов» . Все дополняющие друг-друга явления, вроде ветра и мельницы, солнца и тепла, мужчины и женщины относили к магнитам. Ненависти собак и кошек, друзей и врагов, льда и огня приписывали категорию «феамидов» , а в магнетизме это понятие подтверждалось северным и южным полюсами магнита. С появлением электричества «магниты» и «феамиды» станут знакомы по маркировкам «плюс» и «минус» , которые можно найти на любом аккумуляторе.

В последующих опытах бургомистра Отто Фон Герике в качестве источника электричества использовался шар из серы . Во время вращения его придерживали руками, а скапливающийся электрический заряд передавался металлическому бруску, который в последствии назовут «лейденской банкой» – главный атрибут престижной средневековой лаборатории, который и стал прообразом современного аккумулятора.

После введения понятия электричество в 1600 году и вплоть до начала XIX века по Европе прокатилась буря опытов, связанных с изучением материалов, способных вызывать так называемый «универсальный временный магнетизм». Тем временем во Франции проводил свои эксперимент ученый, имя которого навсегда осталось нераздельно связанным с любым электрическим прибором.

Великий Вольт

Желая понять природу электричества и в прямом смысле слова «почувствовать его вкус», Алессандро Вольта экспериментировал с монетами, изготовленными из разных металлов . Положив одну из них на язык, а другую под, и соединив их проволокой, Вольта отмечал присутствие характерного кисловатого привкуса . Так острота вкусовых рецепторов человека привела к открытию гальванического электричества , явления, которое еще в середине XVIII века описывал итальянский врач, анатом и физик Луиджи Гальвани , проводя опыты по препарированию лягушек.

Следующим шагом стало конструирование первой электрической батареи , принцип работы которой заключался в погружении медных и цинковых пластин , соединенных последовательно, в раствор кислоты. Изобретение первого химического источника тока, полученного в лабораторных условиях, принято датировать 1798 годом, а его автором стал Аллесандро Вольта.

В течение последующих пяти лет в области исследования гальванических батарей начнется настоящий ажиотаж. 1801 год ознаменовался появлением кратковременного источника питания . Проводя опыты, Готеро (франц. физик), используя воду, платиновые электроды и ток, доказал, что даже после прекращения подачи тока, электроды продолжают излучать электричество. Два года спустя, немецкий химик Иоганн Риттер , заменив платиновые электроды на медные и сформировав из них цепочку пластин, переложенных кусками сукна, сконструировал первый вторичный элемент питания – иными словами, первую аккумуляторную батарею, способную сперва накапливать заряд, а потом постепенного его отдавать без участия «гальванической подпитки».

Пятьдесят медных кружков, смоченной в соленом растворе сукно и вольтов столб положили начало эры аккумуляторов с возможностью многократного цикла заряд-разряд. Появляется новая наука – электрохимия . Начатые в 1854 году немецким врачом Вильгельмом Зингстеденом опыты по использованию свинцовых электродов и их поведению в серной кислоте, спустя пять лет вылились в знаменательное открытие французского инженера Гастона Планте . В 1859 году Планте проводил исследования с листовым свинцом, свернутым в трубочку и разделенным полосами сукна. При погружении в подкисленную воду и под действием тока, свинцовые пластины покрывались активным действующим слоем. Многократное пропускание тока приводило к постепенному росту емкости первой свинцово-кислотной батареи , но рутинное осуществление этого трудоемкого процесса (на изготовление требовалось около 500 часов) приводило к росту конечной стоимости аккумулятора. Более того, потенциальный заряд аккумулятора был сравнительно невелик.

Наследие Зингстедена и Планте будет усовершенствовано через 23 года ученным Камиллом Фором , пересмотревшим процесс изготовления используемых в аккумуляторе пластин. Ускорить формирование активного слоя стало возможным благодаря покрытию пластин окислами свинца . Под действием тока вещество превращалось в перекись, а полученные окислы приобретали пористое строение , способствующее аккумулированию газов на электродах.

Параллельно с разработкой и совершенствованием свинцово-кислотных батарей велась работа и над построением «влажных» элементов Лекланше и их преемников угольно-цинковых аккумуляторов , предложенных в 1888 году Карлом Гасснером и использующихся вплоть до сегодняшнего дня.

В течение длительного периода времени аккумуляторы, электрохимия и все, что было связано с использованием кислых сред, пластин и гальванического электричества будоражило умы исключительно ограниченного круга – ученых, физиков, химиков и врачей. Ситуация кардинально изменилась с появлением в 1827 году динамо-машины – первого электрического генератора постоянного тока. Эволюция генераторов, в свою очередь, подталкивала развитие аккумуляторов и батарей. Узкопрофильные опыты Вольта наконец начали получать промышленное применение.

Промышленная эра аккумуляторов

В 1896 году на территории США, в штате Колумбия открывается компания National Carbon Company (NCC). NCC становится первым предприятием специализацией которого становится серийное производство сухих элементов и батарей . В последующие сто лет Национальную Угольную компанию ждет две стадии ребрендинга: сперва NCC станет Eveready , а сегодня мы знаем ее под именем Energizer .

Предложенный Фором метод заполнения пластин в течение продолжительного времени будет являться основой для построения практически любого типа аккумулятора. В поисках альтернативы морально устаревшему (еще по меркам конца XIX века) свинцово-кислотному аккумулятору и попытках решить две основных проблемы этого некогда революционного источника питания (огромный размер и малоэффективная емкость), в 1901 году легендарный изобретатель Томас Эдисон и Вальдмар Юнгнер одновременно патентуют несвинцовый тип батарей: никель-кадмиевых и никель-железных .

Батарея Юнгнера состояла из положительной пластины, изготовленной из никеля. В качестве отрицательной использовался лист кадмия. Значительное повышение емкости, многократное снижение веса и неприхотливость к регулярности подзарядки не смогли выдержать практического применения в связи с дороговизной процесса изготовления никель-кадмиемых аккумуляторов. Достойной заменой стал предложенный Эдисоном никель-железный элемент, который получил имя щелочного аккумулятора .

Развитие эры электричества, появление мощных промышленных генераторов, трансформаторов и глобальная электрификация приводит к резкому росту популярности портативных элементов питания. Щелочные батареи начинают использовать в корабле- и машиностроении, в транспорте и на электростанциях. На улицах появляются первые электромобили, а конструкторы уже успели сформировать принципы построения аккумуляторных батарей с различным вольтажом.

В поисках идеального корпуса

Опыты с электричеством и попытки построения первых батарей нераздельно были связаны с использованием кислоты или кислой водной среды. Любая жидкость для успешного проведения эксперимента требует соответствующий сосуд, а сбор аккумулятора – свой собственный корпус.

В течение продолжительного времени корпус аккумуляторов изготавливался из дерева . Увы, реакции, происходящие в моменты окисления электродов, и кислотная среда батарей приводили к быстрому разрушению органической оболочки. Дерево заменяют на эбонит – каучук с большим содержанием серы, обладающий высокими электроизоляционными свойствами.

Общепринятым стандартом, использующимся при построении составных аккумуляторов начала XX века, было формирование батареи из нескольких элементов, рабочее напряжение которого составляло 2,2 вольта . Первые «пальчиковые батареи» появились еще в далеком 1907 году. С тех пор внешне они мало в чем изменились. Аккумулятор с напряжением в 6 вольт (три элемента по 2,2 В) оставался эталонным при производстве автомобилей вплоть до начала 50-х годов. Элементы на 12 и 24 Вольта имели более узкую специализацию. В первой половине прошлого века об эстетике в машиностроении никто не задумывался, поэтому любой аккумулятор выглядел весьма неряшливо. Эбонитовый корпус с напичканными элементами и грубыми торчащими перемычками намертво заливался мастикой.

Изобретение немецких ученых Шлехта и Аккермана и демонстрация в 1932 году процесса изготовления прессованных пластин для аккумуляторов не могло не повлиять на внешний вид батарей. В 1941 году в производство корпусов вмешивается австрийская компания Baren , проводившая серию экспериментов по разработке синтетических материалов. Через шесть лет француз Нойман предлагает конструкцию герметичного никель-кадмиевого аккумулятора . Параллельно с этим вся промышленность переходит на батареи с напряжением в 12 вольт , а синтетически полученный американской компанией Johnson Controls полипропилен становится основой для изготовления корпуса любых аккумуляторов. Они стали легче, практичнее, перестали бояться ударов и строгих ограничений при подзарядке.

Настоящее и обозримое будущее

Дальнейшее развитие индустрии аккумуляторных батарей движется настолько стремительно, что проследить за той чередой открытий, которые пришлись на последние пятьдесят лет практически невозможно. На сегодняшний день существует более 30 разновидностей аккумуляторов при построении которых используются два различных электрода, чем и определяется их название: никель-цинковые, литий-титанатные, цинк-хлорные. Среди этого обилия в быту мы сталкиваемся лишь с несколькими.

Причина, по которой мобильные устройства начали свою стремительную эволюцию лишь с начала 90-х годов XX века и за последние 35 лет превратились из громоздких и неповоротливых «чемоданов» в ультракомпактные плоские коробочки, кроется именно в элементах питания.

В 1991 году компания Sony выпускает первый литий-ионный аккумулятор . Этот тип портативных батарей пришел на смену некогда широко использовавшимся никель-кадмиевым (Ni-Cd) и никель-металлгидридным (Ni-MH), изобретенных еще в начале прошлого века.

Литий-ионные аккумуляторы имеют целый ряд преимуществ: они заряжаются на порядок быстрее никелевых, имеют более продолжительный срок эксплуатации и большой запас емкости. Li-ion-аккумуляторы получили широкое распространение в сфере портативной электроники, а предложенные инженерами решения позволили не только значительно увеличить максимальные токи разряда, сделавшие возможным использование этого типа аккумуляторов и в среде мощного оборудования, но и обеспечить внушительный рост емкости.