Автомобильные аккумуляторы являются одним из важнейших элементов бортовой сети подавляющего большинства современных транспортных средств. В нашей статье мы расскажем Вам об истории создания аккумуляторных батарей, принципах их работы и перспективах дальнейшего развития.

В своём первоначальном виде ранние аккумуляторы, созданные ещё в XIX веке, едва ли были пригодны для питания транспортных средств. К счастью, с тех пор они претерпели немало изменений, стали более эффективными, совершенными и безопасными. Современные бренды производят высокотехнологичную продукцию, которая неплохо зарекомендовала себя на рынке. К примеру, компания A-mega-Auto предлагает автомобильные аккумуляторы европейского уровня, представленные как бюджетными моделями, так и изделиями премиум-класса: ознакомиться с их продукцией Вы можете по ссылке: http://a-mega-auto.com/.

Прародителем современных батарей является «вольтов столб» – первый в истории химический источник тока, разработанный Алессандро Вольтой в 1800 году. Изначально гальванический элемент состоял из соединённых проволокой цинковой и медной пластинок, помещённых в банку с кислотой. В кислоте цинковая пластина растворялась, а на медной выделялись пузырьки газа: наблюдая эти явления, Алессандро предположил, что проволока между пластинками проводит электрический ток. Позже для удобства физик придал своему изобретению вид вертикального столба: на металлический стержень он нанизал медные и цинковые диски, а в качестве электролита использовал пропитанное кислотой сукно.

Спустя три года последователь Вольты – немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер открыл принцип работы аккумулятора – устройства, способного накапливать электричество и служить вторичным источником энергии. В ходе опытов он соорудил собственный вариант «вольтова столба» из 50 медных дисков и пропитанного соляным раствором сукна. Это устройство Риттер подключил к стандартному «вольтову столбу» из 100 медных и цинковых элементов. При прохождении тока медные пластины поляризовались: после отключения от первичного источника энергии столб Риттера на непродолжительное время сохранял заряд и продолжал отдавать энергию.

На протяжении последующих десятилетий эксперименты с собственными вариациями «вольтова столба» продолжали многочисленные последователи Вольты (Риттер, Беккерель, Грове и т. д.), привнося в его конструкцию лишь незначительные улучшения. К примеру, английский физик и химик Уильям Грове заменил медные электроды платиновыми и использовал в качестве электролита раствор серной кислоты. Его версия гальванического элемента действовала за счёт накопления газов, потому его также называют газовым элементом. Подключение «элемента Грове» к стандартному «вольтову столбу» провоцировало выделение и концентрацию водорода на одном полюсе и кислорода на противоположном. Без первичного источника питания внутри газового аккумулятора начиналась обратная реакция, которая превращала его во вторичный источник питания. Подобные аккумуляторы были ненадёжными и громоздкими, ведь для запасания газов были необходимы большие герметичные ёмкости.

Изобретателем свинцово-кислотного аккумулятора признан французский физик Гастон Планте. Будучи ассистентом в лаборатории Александра Беккереля, Гастон принимал участие в разработке источников питания для телеграфа. В ходе экспериментов с газовым «элементом Грове» Планте в корне преобразил его конструкцию. Первый прототип Планте представил в 1859 году. Вместо платиновых электродов он использовал тонкие свинцовые пластины, разделённые плотным льняным сукном. Свинцовые электроды физик обернул спиралью вокруг деревянного цилиндра и поместил их в стеклянный сосуд с водным раствором серной кислоты. Такой гальванический элемент был небольшим, но поверхность соприкосновения электродов с электролитом была достаточной для получения энергии от источника питания и последующего хранения заряда. Проблему малой ёмкости Планте решил спустя год, параллельно подключив 9 элементов.

Гастон заложил основные принципы работы свинцово-кислотных аккумуляторов, а его последователь Камилл Фор привёл их конструкцию к более современному виду. В 1880-х гг. он предложил аккумуляторы с более экономичными и энергоёмкими электродами, которые представляли собой решётчатые пластины, покрытые свинцовым суриком (оксидом свинца). За счёт пористой структуры материала увеличивалась площадь контакта электродов с электролитом, то есть для бо́льшей ёмкости требовалось меньше гальванических элементов, что упрощало и снижало себестоимость производства аккумулятора. Изготовленные по методу Фора аккумуляторы первыми стали представлять коммерческий интерес в глазах широкой публики. В частности, до конца XIX века большинство индустриальных стран наладили их серийное производство, а на заре XX века в Германии на их основе стали изготавливать стартерные аккумуляторные батареи для автомобилей.

Свинцово-кислотные аккумуляторы работают за счёт взаимодействия оксида свинца и серной кислоты. Электрохимические реакции начинаются при подключении электродов к источнику питания или внешней нагрузки. Заряд такого аккумулятора осуществляется через реакции разложения сульфата свинца на катоде и восстановления свинца и сульфата свинца на аноде, а при разряде на электродах протекают обратные реакции: восстановление диоксида свинца на положительной пластине и окисление свинца до сульфата свинца у отрицательной. Вместе с этими процессами происходит изменение концентрации электролита: при разряде плотность раствора падает из-за выделения воды, а в ходе заряда восстанавливается до нормального уровня путём разложения сульфата свинца. Свинцово-кислотные аккумуляторы «боятся» перезаряда, при котором на катоде расходуется весь сульфат свинца и начинается реакция электролиза – разложения воды на водород и кислород – с нарастанием плотности электролита. Как следствие, «активный» кислород начинает окислять металлические элементы устройства, а водород выделяется в атмосферу, и аккумулятор «закипает».

Все последующие исследования автомобильных аккумуляторов были направлены на борьбу с недостатками и совершенствование характеристик батарей: уменьшение их размеров, увеличение ёмкости и стартерной мощности, снижение чувствительности к глубоким разрядам, а также к механическим, термическим и химическим факторам воздействия. К примеру, в 1970-х годах на международном рынке появились необслуживаемые аккумуляторы, которые могут работать практически в любом положении. Это стало возможным благодаря разработке устройств с абсорбированным или гелевым электролитом. Кроме того, в современных аккумуляторах устанавливают клапаны для отвода газов, которые делают конструкцию более герметичной. Эксперты утверждают, что в обозримом будущем стоит ожидать взрывного развития технологий производства аккумуляторов с гелевым электролитом, а пока автомобилисты могут выбирать среди различных воплощений традиционных свинцово-кислотных АКБ.