Baterijos yra labiausiai paplitęs pagrindinių rankinių prietaisų, naudojamų didelio masto pramonės reikmėms, maitinimo šaltinis. Bateriją galima apibrėžti, nes tai yra vieno ar kelių elektrocheminių elementų derinys, galintis paversti sukauptą cheminę energiją į elektros energiją.
Baterijos veikimas:
Baterija yra prietaisas, susidedantis iš įvairių įtampos elementų. Kiekvieną voltačio elementą sudaro dvi pusės ląstelės, nuosekliai sujungtos laidžiu elektrolitu, laikančiu anijonus ir katės jonus. Viena ląstelių pusė apima elektrolitą ir elektrodą, į kurį juda anijonai, t. Y. Anodas arba neigiamas elektrodas, kitoje pusės ląstelėje yra elektrolitas ir elektrodas, į kurį juda katės jonai, t. Y. Katodas arba teigiamasis elektrodas.
Redokso reakcijoje, kuri maitina akumuliatorių, sumažėja katijonų katode, o aniodų anode oksidacija. Elektrodai neliečia vienas kito, bet yra elektriniu būdu sujungti elektrolitu. Dažniausiai pusė elementų turi skirtingus elektrolitus. Viskas, kas laikoma kiekviena puselemente, yra uždaryta į konteinerį, o separatorius, kuris yra akytas jonams, bet ne didžioji dalis elektrolitų, neleidžia maišytis.
Baterijos veikimas
Kiekviena pusė elemento turi elektromotorinę jėgą (Emf), kurią lemia jos pajėgumas varyti elektros srovę iš kameros vidaus į išorę. Grynasis ląstelės emf yra skirtumas tarp jos pusės ląstelių emf. Tokiu būdu, jei elektrodai turi emf ir, kitaip tariant, grynasis emf yra skirtumas tarp pusinių reakcijų redukcijos potencialų.
Kaip prižiūrėti bateriją?
Norint išlaikyti gerą baterijos būklę, būtina ją išlyginti. Dėl senėjimo visos ląstelės nesikrauna panašiai, o vienos ląstelės kraunasi labai greitai, o kitos - laipsniškai. Pusiausvyrą galima padaryti šiek tiek perkraunant akumuliatorių, kad silpnesni elementai taip pat galėtų visiškai įkrauti. Visiškai įkrauto akumuliatoriaus gnybto įtampa yra 12 V, automobilio akumuliatoriaus gnybtuose rodoma 13,8 V, o 12 voltų vamzdinėje - 14,8 V. Automobilio akumuliatorius turi būti tvirtai pritvirtintas transporto priemonėje, kad nesudrebėtų. Jei įmanoma, keitiklio akumuliatorių reikia pastatyti ant medinės lentos.
2 baterijų tipai
1) Pirminės baterijos:
Kaip rodo pavadinimas, šios baterijos yra skirtos vienkartiniam naudojimui. Panaudojus šias baterijas, jų negalima įkrauti, nes prietaisai nėra lengvai apverčiami, o aktyviosios medžiagos gali nebegali būti pradinės. Baterijų gamintojai nerekomenduoja įkrauti pirminių elementų.
Kai kurie vienkartinių baterijų pavyzdžiai yra įprastos AA, AAA baterijos, kurias naudojame sieniniuose laikrodžiuose, televizoriaus nuotolinio valdymo pultelyje ir kt. Kitas šių baterijų pavadinimas yra vienkartinės baterijos.
Tipai Baterija
2) Antrinės baterijos:
Antrinės baterijos taip pat vadinamos įkraunamomis baterijomis. Šias baterijas galima naudoti ir įkrauti vienu metu. Paprastai jie surenkami su aktyviomis medžiagomis, kurių aktyvioji yra išsikrovusi. Įkraunamos baterijos įkraunamos naudojant elektros srovę, kuri pakeičia iškrovos metu vykstančias chemines reakcijas. Įkrovikliai yra prietaisai, tiekiantys reikiamą srovę.
Kai kurie šių įkraunamų baterijų pavyzdžiai yra baterijos, naudojamos mobiliuosiuose telefonuose, MP3 grotuvuose ir kt. Tokiuose prietaisuose kaip klausos aparatai ir rankiniai laikrodžiai naudojami miniatiūriniai elementai, o tokiose vietose kaip telefono stotelės ar kompiuterių duomenų centrai naudojamos didesnės baterijos.
Antrinės baterijos
Antrinių (įkraunamų) baterijų tipai:
SMF, švino rūgštis, Li ir Nicd
SMF akumuliatorius:
SMF yra a sandari priežiūros nereikalaujanti baterija, sukurta siekiant užtikrinti patikimą, pastovų ir mažą priežiūros energijos kiekį UPS programoms. Šios baterijos gali būti taikomos giluminio ciklo sąlygomis ir minimaliai prižiūrimos kaimo vietovėse ir energijos trūkumo srityse. Šias baterijas galima įsigyti nuo 12 V įtampos.
Šiuolaikiniame informaciniame pasaulyje negalima pamiršti, kad akumuliatorių sistemos yra skirtos atkurti svarbiausius kvalifikuotus duomenis ir informaciją bei paleisti pagrindinius prietaisus norimai trukmei. Akumuliatoriai reikalingi momentiniam energijos tiekimui. Dėl nepatikimų ir prastesnių akumuliatorių gali prarasti duomenis ir įrangą, o tai gali kainuoti įmonėms didelius finansinius nuostolius. Vėliau UPS segmentai reikalauja naudoti patikimą ir patikrintą akumuliatorių sistemą.
SMF akumuliatorius
Ličio (Li) baterija:
Mes visi naudojame nešiojamuose įrenginiuose, tokiuose kaip mobilusis telefonas, nešiojamas kompiuteris ar elektrinis įrankis. Ličio baterija buvo vienas didžiausių nešiojamojo maitinimo pasiekimų per pastarąjį dešimtmetį naudojant ličio baterijas, kurias mes galėjome perjungti iš juodai baltų mobiliųjų į spalvotus mobiliuosius su papildomomis funkcijomis, tokiomis kaip GPS, el. Pašto įspėjimai ir kt. Tai yra didelis energijos tankio potencialo įtaisai, skirti didesnėms talpoms. Ir santykinai mažai išsikrovusių baterijų. Taip pat specialios kameros gali tiekti labai didelę srovę tokioms programoms kaip elektriniai įrankiai.
Li akumuliatorius
Nikelio kadmio (Nicd) baterija:
Nikelio kadmio akumuliatorių pranašumas yra daugkartinis įkrovimas, jų iškrovimo metu jų potencialas yra gana pastovus, jie turi daugiau elektrinių ir fizinių galimybių. Šioje baterijoje elektrodui naudojamas nikelio oksidas katodui, kadmio junginys anodui ir kalio hidroksido tirpalas.
Įkraunant akumuliatorių, cheminė katodo sudėtis transformuojama, o nikelio hidroksidas pasikeičia į NIOOH. Anode kadmio jonai susidaro iš kadmio hidroksido. Išsikrovus akumuliatoriui, kadmis reaguoja su NiOOH ir susidaro atgalinis nikelio hidroksidas ir kadmio hidroksidas.
Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Švino rūgšties akumuliatorius:
Švino rūgšties akumuliatoriai yra plačiai naudojami automobiliuose, inverteriuose, atsarginėse maitinimo sistemose ir pan. Skirtingai nuo vamzdinių ir nereikalaujančių priežiūros akumuliatorių, švino rūgšties akumuliatoriams reikia tinkamos priežiūros ir priežiūros, kad pailgėtų jų tarnavimo laikas. Švino rūgšties akumuliatorius susideda iš plokščių, laikomų panardintų į sieros rūgšties tirpalą, serijos. Plokštėse yra tinkleliai, ant kurių tvirtinama veiklioji medžiaga. Plokštės skirstomos į teigiamas ir neigiamas. Teigiamose plokštelėse kaip veiklioji medžiaga yra grynas švinas, o ant neigiamų plokščių yra pritvirtintas švino oksidas.
Švino rūgšties akumuliatorius
Visiškai įkrauta baterija gali iškrauti savo srovę, kai ji yra prijungta prie krovinio. Išmetimo procese sieros rūgštis jungiasi su aktyviosiomis medžiagomis ant teigiamų ir neigiamų plokščių, todėl susidaro švino sulfatas. Vanduo yra vienintelis svarbiausias žingsnis palaikant švino rūgšties akumuliatorių. Vandens dažnis priklauso nuo naudojimo, įkrovimo būdo ir darbo temperatūros. Proceso metu sieros rūgšties vandenilio atomai reaguoja su deguonimi ir susidaro vanduo.
Dėl to iš teigiamų plokščių išsiskiria elektronai, kuriuos priims neigiamos plokštelės. Tai lemia elektrinio potencialo susidarymą visoje baterijoje. Švino rūgšties akumuliatoriuje esantis elektrolitas yra sieros rūgšties ir vandens mišinys, kurio savitasis sunkis yra. Savitasis svoris yra rūgšties ir vandens mišinio masė, lyginant su vienodu vandens kiekiu. Gryno jonų laisvo vandens savitasis svoris yra 1.
Švino rūgštinės baterijos yra geriausios kainos ir energijos, tenkančios kilovatvalandei, ilgiausias gyvavimo ciklas ir didelis aplinkos pranašumas, nes jos yra perdirbamos nepaprastai dideliu greičiu. Jokia kita chemija negali paliesti esamos švino rūgštinių baterijų rinkimo, gabenimo ir perdirbimo infrastruktūros.
Kartu su šiuo straipsniu aptariami ličio jonų akumuliatoriai su jo privalumais ir trūkumais.
Ličio jonų baterijos veikimas
Ličio jonų baterijos dabar yra populiarios daugumoje elektroninių nešiojamųjų prietaisų, tokių kaip mobilusis telefonas, nešiojamas kompiuteris, skaitmeninis fotoaparatas ir kt., Dėl savo ilgalaikio energijos vartojimo efektyvumo. Tai yra populiariausios įkraunamos baterijos, pasižyminčios tokiais privalumais kaip geriausias energijos tankis, nereikšmingas įkrovos praradimas ir atminties efektas. Ličio jonų akumuliatorius naudoja ličio jonus kaip įkrovos nešiklius, kurie iš neigiamo elektrodo pereina į teigiamą elektrodą iškrovimo metu ir atgal įkraunant. Įkraunant išorinę įkroviklio srovę, viršijama įtampa, nei akumuliatoriuje. Tai priverčia srovę pereiti atvirkštine kryptimi nuo teigiamo iki neigiamo elektrodo, kur ličio jonai įterpiami į porėtą elektrodo medžiagą per procesą, vadinamą Interkaliacija. Ličio jonai praeina per vandeninį elektrolitą ir separatoriaus diafragmą. Elektrodo medžiaga yra interkaluotas ličio junginys.
Neigiamą ličio jonų akumuliatoriaus elektrodą sudaro anglis, o teigiamasis - metalo oksidas. Dažniausiai neigiamame elektrode naudojama grafito medžiaga, o teigiamajame elektrode gali būti ličio kobalto oksidas, ličio jonų fosfatas arba ličio mangano oksidas. Ličio druska organiniame tirpiklyje naudojama kaip elektrolitas. Elektrolitas paprastai yra organinių karbonatų, tokių kaip etileno karbonatas arba dietilkarbonatas, turintis ličio jonų, mišinys. Elektrolite naudojamos anijoninės druskos, tokios kaip ličio heksa fluoro fosfatas, ličio heksa fluoro arsenato monohidratas, ličio chloratas, ličio heksa fluoro boratas ir kt. Priklausomai nuo naudojamos druskos, akumuliatoriaus įtampa, talpa ir tarnavimo laikas skiriasi. Grynasis ličio aktyviai reaguoja su vandeniu ir susidaro ličio hidroksido ir vandenilio jonai. Taigi naudojamas elektrolitas yra ne vandeninis organinis tirpiklis. Elektrodų, besiskiriančių anodu ir katodu, elektrocheminis vaidmuo priklauso nuo srovės srauto krypties.
Ličio jonų baterijos reakcija
Ličio jonų baterijoje abu elektrodai gali priimti ir išleisti ličio jonus. Interkaliacijos proceso metu ličio jonai juda į elektrodą. Atvirkštinio proceso, vadinamo de interkaliacija, metu ličio jonai juda atgal. Išmetimo metu teigiami ličio jonai bus ištraukti iš neigiamų elektrodų ir įkišti į teigiamą elektrodą. Įkrovimo proceso metu vyksta atvirkštinis ličio jonų judėjimas.
Ličio jonų akumuliatoriaus privalumai:
Ličio jonų baterijos pranoksta NiCd ir kitas antrines baterijas. Kai kurie privalumai yra
- Lengvas svoris, palyginti su kitomis panašaus dydžio baterijomis
- Yra skirtingos formos, įskaitant plokščią
- Didelė atviros grandinės įtampa, padidinanti energijos perdavimą esant mažai srovei
- Trūksta atminties efekto.
- Labai mažas savaiminio išsikrovimo greitis - 5–10% per mėnesį. „NiCd“ ir „NiMh“ baterijose savaime išsikrauna.
- Ekologiška baterija be jokio ličio metalo
Tačiau kartu su privalumais, kaip ir kitos baterijos, ličio jonų baterija taip pat turi tam tikrų trūkumų.
Ličio jonų akumuliatoriaus trūkumai:
- Elektrolito viduje esančios nuosėdos laikui bėgant slopins krūvio srautą. Tai padidina akumuliatoriaus vidinę varžą, o elemento pajėgumas tiekti srovę palaipsniui mažėja.
- Didelis įkrovimas ir aukšta temperatūra gali prarasti talpą
- Perkaitus ličio jonų akumuliatorius gali termiškai išbėgti ir plyšti elementai.
- Gilus iškrovimas gali trumpai sudaryti ličio jonų bateriją. Taigi, norint to išvengti, kai kurie gamintojai turi vidines išjungimo schemas, kurios išjungia akumuliatorių, kai jo įtampa viršija saugų 3–4,2 voltų lygį. Tokiu atveju, kai baterija nenaudojama ilgą laiką, vidinė grandinė sunaudos energiją ir išeikvos akumuliatorių žemiau jo išjungimo įtampos. Taigi, norint įkrauti tokias baterijas, įprasti įkrovikliai nėra naudingi.
