Področje uporabe električnih baterij je izjemno široko. Uporabljajo se kot vir električne energije v otroške igrače, v električnem orodju in kot vir vleke v električnih vozilih. Za pravilno uporabo baterij morate poznati njihove lastnosti, njihove prednosti in slabosti.
Vsebina
Kaj je električna baterija in kako deluje
Električna baterija - je obnovljiv vir električne energije. Za razliko od galvanskih celic se lahko po izpraznitvi ponovno napolni. Načeloma so vse baterije razporejene na enak način in so sestavljene iz katode in anode, nameščene v elektrolit.
Material elektrod in sestava elektrolita sta lahko različna, kar je tisto, kar določa potrošniške lastnosti baterij in njihov obseg.Med katodo in anodo je mogoče položiti porozni dielektrični separator - separator, impregniran z elektrolitom. Toda večinoma določa mehanske lastnosti sklopa in bistveno ne vpliva na delovanje elementa.
Na splošno delovanje baterije temelji na dveh energetskih transformacijah:
- električni do kemični pri polnjenju;
- kemično v električno med praznjenjem.
Obe vrsti pretvorbe temeljita na pojavu reverzibilnih kemičnih reakcij, katerih potek določajo snovi, ki se uporabljajo v bateriji. Torej, v svinčevo-kislinski celici je aktivni del anode izdelan iz svinčevega dioksida, katoda pa iz kovinskega svinca. Elektrode so v elektrolitu žveplove kisline. Ko se izprazni na anodi, se svinčev dioksid reducira v svinčev sulfat in vodo, svinec na katodi pa se oksidira v svinčev sulfat. Med polnjenjem se pojavijo povratne reakcije. Pri baterijah drugih izvedb se komponente reagirajo drugače, vendar je princip podoben.
Vrste in vrste baterij
Porabniške lastnosti baterij določa predvsem njihova proizvodna tehnologija. V vsakdanjem življenju in industriji je najpogostejših več vrst baterijskih celic.
Svinčena kislina
Ta tip baterije je bil izumljen sredi 19. stoletja in ima še vedno svojo nišo uporabe. Njegove prednosti vključujejo:
- preprosta, poceni in desetletja stara tehnologija proizvodnje;
- visoka tokovna moč;
- dolga življenjska doba (od 300 do 1000 ciklov polnjenja in praznjenja);
- najnižji tok samopraznjenja;
- brez spominskega učinka.
Obstajajo tudi slabosti.Najprej je to nizka specifična energetska intenzivnost, kar vodi v povečanje dimenzij in teže. Slabo delovanje je tudi pri nizkih temperaturah, predvsem pod minus 20 °C. Težave so tudi z odstranjevanjem - svinčene spojine so precej strupene. Toda ta naloga je treba obravnavati za druge vrste baterij.
Čeprav so bile svinčeve baterije optimizirane na svoj optimalen, je tudi tukaj prostor za izboljšave. Na primer, obstaja tehnologija AGM, po kateri je med elektrodami nameščen porozni material, impregniran z elektrolitom. To ne vpliva na elektrokemične procese polnjenja in praznjenja. V bistvu se s tem izboljšajo mehanske lastnosti baterij (odpornost proti vibracijam, zmožnost dela v skoraj vsakem položaju itd.) in nekoliko poveča varnost delovanja.
Pomembna prednost je tudi izboljšano delovanje brez izgube kapacitivnosti in tokovne moči pri temperaturah do minus 30 °C. Proizvajalci akumulatorjev AGM trdijo, da se zagonski tok in vir povečajo.
Gel baterije so še ena modifikacija svinčenih baterij. Elektrolit se zgosti do želenega stanja. S tem dosežemo izključitev puščanja elektrolita med delovanjem in odpravimo možnost nastajanja plinov. Toda izhodni tok je nekoliko zmanjšan, kar omejuje možnost uporabe gelskih baterij kot zagonskih baterij. Razglašene čudežne lastnosti takšnih baterij v smislu povečane zmogljivosti in povečanega vira so na vesti tržnikov.
Svinčeno-kislinske baterije se običajno polnijo v načinu stabilizacije napetosti. Hkrati se poveča napetost na akumulatorju in zmanjša polnilni tok. Kriterij za konec postopka polnjenja je padec toka na nastavljeno mejo.
Nikelj-kadmij
Njihovo stoletje se bliža koncu, obseg pa se postopoma krči. Njihova glavna pomanjkljivost je izrazit spominski učinek. Če začnete polniti nepopolno izpraznjeno Ni-Cd baterijo, si element "zapomni" to raven, zmogljivost pa se dodatno določi iz te vrednosti. Druga težava je nizka prijaznost do okolja. Strupene kadmijeve spojine povzročajo težave pri odstranjevanju takšnih baterij. Druge pomanjkljivosti vključujejo:
- visoka nagnjenost k samopraznjenju;
- relativno nizka poraba energije.
Obstajajo pa tudi plusi:
- poceni;
- dolga življenjska doba (do 1000 ciklov polnjenja-praznjenja);
- sposobnost zagotavljanja visokega toka.
Prednosti takšnih baterij vključujejo tudi sposobnost delovanja pri nizkih negativnih temperaturah.
Polnjenje Ni-Cd celic poteka v enosmernem načinu. Zmogljivost lahko v celoti izkoristite s ponovnim polnjenjem z gladkim ali postopnim zmanjševanjem polnilnega toka. Konec procesa se nadzoruje z znižanjem napetosti celice.
Nikelj kovinski hidrid
Zasnovan za zamenjavo nikelj-kadmijevih baterij. Številne lastnosti in potrošniške lastnosti so višje kot pri Ni-Cd. Delno se je bilo mogoče znebiti spominskega učinka, povečati energijsko intenzivnost za približno en in pol krat in zmanjšati nagnjenost k samopraznjenju. Hkrati se je ohranila visoka tokovna učinkovitost, stroški pa so ostali približno na enaki ravni. Okoljski problem se ublaži - baterije se proizvajajo brez uporabe strupenih spojin. Toda za to smo morali plačati z znatno zmanjšanim virom (do 5-krat) in zmožnostjo dela pri negativnih temperaturah - le do -20 ° C proti -40 ° C za nikelj-kadmijeve.
Takšne celice se polnijo v enosmernem načinu. Konec procesa je nadzorovan s povečanjem napetosti na vsakem elementu do 1,37 voltov. Najbolj ugoden je način impulznega toka z negativnimi udarci. To odpravlja učinke spominskega učinka.
Li-ion
Litij-ionske baterije prevzemajo svet. Izpodrivajo druge vrste baterij iz tistih območij, kjer se je situacija zdela neomajna. Li-ionske celice praktično nimajo spominskega učinka (prisoten je, vendar na teoretični ravni), prenesejo do 600 ciklov polnjenja-praznjenja, energetska intenzivnost je 2-3 krat večja od razmerja zmogljivosti in teže nikelj-kovinskega hidrida baterije.
Tudi nagnjenost k samopraznjenju med skladiščenjem je minimalna, a za vse to morate dobesedno plačati - takšne baterije so veliko dražje od tradicionalnih. Z razvojem proizvodnje lahko pričakujemo znižanje cen, kot je to običajno, vendar je malo verjetno, da bi v okviru obstoječih tehnologij premagali druge inherentne pomanjkljivosti takšnih baterij - zmanjšano tokovno učinkovitost, nezmožnost dela pri negativnih temperaturah.
Poleg povečane požarne nevarnosti to nekoliko ovira uporabo Li-ionske baterije. Upoštevati je treba tudi, da so takšni elementi podvrženi degradaciji. Tudi če niso napolnjeni in izpraznjeni, se njihov vir sam v 1,5 ... 2 letih skladiščenja izprazni.
Najbolj ugoden način polnjenja je v dveh stopnjah. Najprej stabilen tok (z gladko naraščajočo napetostjo), nato stabilna napetost (z gladko padajočim tokom). V praksi se druga stopnja izvaja v obliki postopno zmanjšanega polnilnega toka. Še pogosteje je ta stopnja sestavljena iz ene stopnje - stabilizirani tok se preprosto zmanjša.
Glavne značilnosti baterij
Prvi parameter, na katerega smo pozorni pri izbiri baterije, je njen Nazivna napetost. Napetost ene baterijske celice je določena s fizikalno-kemijskimi procesi, ki se odvijajo v celici, in je odvisna od vrste baterije. Ena polno zaračunana banka izda:
- svinčevo-kislinski element - 2,1 volta;
- nikelj-kadmij - 1,25 voltov;
- nikelj kovinski hidrid - 1,37 voltov;
- litij-ionski - 3,7 voltov.
Da bi dobili višjo napetost, so celice sestavljene v baterije. Torej, za avtomobilski akumulator morate serijsko povezati 6 pločevink s svinčevo kislino, da dobite 12 voltov (natančneje, 12,6 V), za 18-voltni izvijač pa 5 litij-ionskih pločevink po 3,7 voltov.
Drugi pomemben parameter je zmogljivost. Določa življenjsko dobo baterije pod obremenitvijo. Meri se v amper urah (zmnožek toka in časa). Torej se baterija s kapaciteto 3 A⋅h, ko se izprazni s tokom 1 amper, izprazni v 3 urah, s tokom 3 ampere pa v 1 uri.
Pomembno! Strogo rečeno, Zmogljivost baterije odvisno od toka praznjenje, zato produkt toka in časa praznjenja pri različnih vrednostih obremenitve za eno baterijo ne bo enak.
In tretji pomemben parameter - trenutna oskrba. To je največji tok, ki ga lahko oddaja baterija. Pomembno je npr avtomobilska baterija - določa možnost obračanja gredi motorja v hladni sezoni. Prav tako je sposobnost zagotavljanja velikega toka, ki ustvarja visok navor, pomembna, na primer za električna orodja. In za mobilne pripomočke ta lastnost ni tako pomembna.
Električne lastnosti in potrošniške lastnosti baterij so odvisne od njihove zasnove in proizvodne tehnologije. Pravilna uporaba baterij pomeni uporabo prednosti obnovljivih kemičnih virov energije in izravnavo pomanjkljivosti.
Podobni članki:
