Skop penggunaan bateri elektrik adalah sangat luas. Mereka digunakan sebagai sumber elektrik di mainan kanak-kanak, dan dalam alatan kuasa, dan sebagai sumber daya tarikan dalam kenderaan elektrik. Untuk menggunakan bateri dengan betul, anda perlu mengetahui sifatnya, kekuatan dan kelemahannya.
Kandungan
Apakah bateri elektrik dan bagaimana ia berfungsi
Bateri elektrik - ia boleh diperbaharui sumber tenaga elektrik. Tidak seperti sel galvanik, selepas dilepaskan, ia boleh dicas semula. Pada dasarnya, semua bateri disusun dengan cara yang sama dan terdiri daripada katod dan anod yang diletakkan dalam elektrolit.
Bahan elektrod dan komposisi elektrolit boleh berbeza, dan inilah yang menentukan sifat pengguna bateri dan skopnya.Di antara katod dan anod, pemisah dielektrik berliang boleh diletakkan - pemisah yang diresapi dengan elektrolit. Tetapi ia menentukan, untuk sebahagian besar, sifat mekanikal pemasangan dan tidak menjejaskan operasi elemen secara asas.
Secara umum, operasi bateri adalah berdasarkan dua transformasi tenaga:
- elektrik kepada bahan kimia semasa mengecas;
- kimia ke dalam elektrik semasa nyahcas.
Kedua-dua jenis penukaran adalah berdasarkan berlakunya tindak balas kimia boleh balik, perjalanannya ditentukan oleh bahan yang digunakan dalam bateri. Jadi, dalam sel asid plumbum, bahagian aktif anod diperbuat daripada plumbum dioksida, dan katod diperbuat daripada plumbum logam. Elektrod berada dalam elektrolit asid sulfurik. Apabila dilepaskan di anod, plumbum dioksida dikurangkan untuk membentuk plumbum sulfat dan air, dan plumbum di katod dioksidakan kepada plumbum sulfat. Tindak balas terbalik berlaku semasa pengecasan. Dalam bateri reka bentuk lain, komponen bertindak balas secara berbeza, tetapi prinsipnya serupa.
Jenis dan jenis bateri
Sifat pengguna bateri ditentukan terutamanya oleh teknologi pengeluarannya. Dalam kehidupan seharian dan industri, beberapa jenis sel bateri adalah yang paling biasa.
Asid plumbum
Bateri jenis ini dicipta pada pertengahan abad ke-19, dan masih mempunyai niche aplikasinya sendiri. Kelebihannya termasuk:
- teknologi pengeluaran yang mudah, murah dan berpuluh tahun lamanya;
- keluaran arus tinggi;
- hayat perkhidmatan yang panjang (dari 300 hingga 1000 kitaran caj-pelepasan);
- arus nyahcas diri yang paling rendah;
- tiada kesan ingatan.
Terdapat juga keburukan.Pertama sekali, ini adalah keamatan tenaga khusus yang rendah, yang membawa kepada peningkatan dalam dimensi dan berat. Terdapat juga prestasi buruk pada suhu rendah, terutamanya di bawah tolak 20 °C. Terdapat juga masalah dengan pelupusan - sebatian plumbum agak toksik. Tetapi tugasan ini mesti ditangani untuk jenis bateri lain.
Walaupun bateri asid plumbum telah dioptimumkan ke tahap optimumnya, walaupun di sini terdapat ruang untuk penambahbaikan. Sebagai contoh, terdapat teknologi AGM, mengikut mana bahan berliang yang diresapi dengan elektrolit diletakkan di antara elektrod. Ini tidak menjejaskan proses elektrokimia cas dan nyahcas. Pada asasnya, ini meningkatkan ciri mekanikal bateri (rintangan terhadap getaran, keupayaan untuk bekerja di hampir mana-mana kedudukan, dll.) dan sedikit sebanyak meningkatkan keselamatan operasi.
Juga kelebihan ketara ialah operasi yang dipertingkatkan tanpa kehilangan kapasitansi dan keluaran semasa pada suhu turun hingga tolak 30 °C. Pengilang bateri AGM mendakwa peningkatan dalam arus dan sumber permulaan.
Bateri gel adalah satu lagi pengubahsuaian bateri asid plumbum. Elektrolit menjadi pekat kepada keadaan jeli. Ini mencapai pengecualian kebocoran elektrolit semasa operasi dan menghapuskan kemungkinan pembentukan gas. Tetapi output semasa agak berkurangan, dan ini mengehadkan kemungkinan menggunakan bateri gel sebagai bateri pemula. Sifat ajaib yang diisytiharkan bagi bateri sedemikian dari segi peningkatan kapasiti dan peningkatan sumber adalah atas kesedaran pemasar.
Bateri asid plumbum biasanya dicas dalam mod penstabilan voltan. Pada masa yang sama, voltan pada bateri meningkat dan arus pengecasan berkurangan. Kriteria untuk penamatan proses pengecasan ialah penurunan semasa ke had yang ditetapkan.
Nikel-kadmium
Abad mereka akan berakhir, dan skopnya secara beransur-ansur mengecil. Kelemahan utama mereka ialah kesan ingatan yang ketara. Jika anda mula mengecas semula bateri Ni-Cd yang tidak dicas sepenuhnya, maka elemen "mengingat" tahap ini, dan kapasiti ditentukan selanjutnya daripada nilai ini. Masalah lain ialah keramahan alam sekitar yang rendah. Sebatian kadmium toksik menimbulkan masalah dengan pelupusan bateri tersebut. Kelemahan lain termasuk:
- kecenderungan tinggi untuk melepaskan diri;
- penggunaan kuasa yang agak rendah.
Tetapi terdapat juga kelebihan:
- kos rendah;
- hayat perkhidmatan yang panjang (sehingga 1000 kitaran caj-pelepasan);
- keupayaan untuk menghantar arus yang tinggi.
Juga, kelebihan bateri sedemikian termasuk keupayaan untuk bekerja pada suhu negatif yang rendah.
Pengecasan sel Ni-Cd dijalankan dalam mod arus terus. Anda boleh menggunakan kapasiti sepenuhnya dengan mengecas semula dengan penurunan lancar atau berperingkat dalam arus pengecasan. Penghujung proses dikawal dengan mengurangkan voltan sel.
Nikel logam hidrida
Direka untuk menggantikan bateri nikel-kadmium. Banyak ciri dan sifat pengguna lebih tinggi daripada Ni-Cd. Ia adalah mungkin untuk menyingkirkan sebahagian daripada kesan ingatan, meningkatkan keamatan tenaga kira-kira satu setengah kali dan mengurangkan kecenderungan untuk melepaskan diri. Pada masa yang sama, kecekapan semasa yang tinggi telah dipelihara dan kosnya kekal pada tahap yang sama. Masalah alam sekitar dapat dikurangkan - bateri dihasilkan tanpa menggunakan sebatian toksik. Tetapi kami terpaksa membayar untuk ini dengan sumber yang berkurangan dengan ketara (sehingga 5 kali ganda) dan keupayaan untuk bekerja pada suhu negatif - hanya sehingga -20 ° C berbanding -40 ° C untuk yang nikel-kadmium.
Sel tersebut dicas dalam mod arus terus. Penghujung proses dikawal dengan meningkatkan voltan pada setiap elemen sehingga 1.37 volt. Yang paling menguntungkan ialah mod arus berdenyut dengan lonjakan negatif. Ini menghapuskan kesan kesan ingatan.
Li-ion
Bateri litium-ion mengambil alih dunia. Mereka menggantikan jenis bateri lain dari kawasan yang keadaannya kelihatan tidak tergoyahkan. Sel-sel li-ion hampir tidak mempunyai kesan ingatan (ia hadir, tetapi pada tahap teori), menahan sehingga 600 kitaran cas-nyahcas, keamatan tenaga adalah 2-3 kali lebih tinggi daripada nisbah kapasiti dan berat hidrida nikel-logam bateri.
Kecenderungan untuk melepaskan diri semasa penyimpanan juga adalah minimum, tetapi anda benar-benar perlu membayar untuk semua ini - bateri sedemikian jauh lebih mahal daripada yang tradisional. Seseorang boleh menjangkakan pengurangan harga dengan perkembangan pengeluaran, seperti yang biasa berlaku, tetapi kelemahan lain yang wujud pada bateri tersebut - mengurangkan kecekapan semasa, ketidakupayaan untuk bekerja pada suhu negatif - tidak mungkin dapat diatasi dalam rangka kerja teknologi sedia ada.
Bersama-sama dengan peningkatan bahaya kebakaran, ini agak menghalang penggunaan Bateri li-ion. Ia juga harus diingat bahawa unsur-unsur tersebut tertakluk kepada degradasi. Walaupun mereka tidak dicaj dan dilepaskan, sumber mereka sendiri menjadi sifar dalam 1.5 ... 2 tahun penyimpanan.
Mod pengecasan yang paling sesuai adalah dalam dua peringkat. Pertama, arus yang stabil (dengan voltan yang meningkat dengan lancar), kemudian voltan yang stabil (dengan arus yang berkurangan dengan lancar). Dalam amalan, peringkat kedua dilaksanakan dalam bentuk arus pengecasan yang dikurangkan secara berperingkat. Lebih kerap lagi, peringkat ini terdiri daripada satu peringkat - arus yang stabil hanya berkurangan.
Ciri-ciri utama bateri
Parameter pertama yang diberi perhatian apabila memilih bateri ialahnya Voltan terkadar. Voltan satu sel bateri ditentukan oleh proses fizikokimia yang berlaku di dalam sel, dan bergantung pada jenis bateri. Satu bank yang dicas penuh memberikan:
- unsur asid plumbum - 2.1 volt;
- nikel-kadmium - 1.25 volt;
- hidrida logam nikel - 1.37 volt;
- litium-ion - 3.7 volt.
Untuk mendapatkan voltan yang lebih tinggi, sel-sel dipasang menjadi bateri. Jadi, untuk bateri kereta, anda perlu menyambungkan 6 tin asid plumbum secara bersiri untuk mendapatkan 12 volt (lebih tepat, 12.6 V), dan untuk pemutar skru 18 volt - 5 tin litium-ion 3.7 volt setiap satu.
Parameter penting kedua ialah kapasiti. Menentukan hayat bateri di bawah beban. Ia diukur dalam ampere-jam (hasil arus dan masa). Jadi, bateri dengan kapasiti 3 A⋅h apabila dinyahcas dengan arus 1 ampere akan dinyahcas dalam masa 3 jam, dan dengan arus 3 ampere - dalam 1 jam.
Penting! Tegasnya, Kapasiti bateri bergantung kepada arus nyahcas, jadi produk masa semasa dan nyahcas pada nilai beban yang berbeza untuk satu bateri tidak akan sama.
Dan parameter penting ketiga - bekalan semasa. Ini ialah arus maksimum yang boleh dihantar oleh bateri. Ia penting, sebagai contoh, untuk bateri automotif - menentukan kemungkinan memusingkan aci motor pada musim sejuk. Juga, keupayaan untuk menyampaikan arus tinggi, mencipta tork yang tinggi, adalah penting, sebagai contoh, untuk alat kuasa. Dan untuk alat mudah alih, ciri ini tidak begitu penting.
Sifat elektrik dan kualiti pengguna bateri bergantung pada reka bentuk dan teknologi pengeluarannya. Penggunaan bateri yang betul bermakna menggunakan kelebihan sumber kuasa kimia boleh diperbaharui dan meratakan keburukan.
Artikel yang serupa:
