Opseg primjene električnih baterija izuzetno je širok. Koriste se kao izvori električne energije u dječje igračke, i u električnim alatima, te kao izvor vuče u električnim vozilima. Da biste pravilno koristili baterije, morate znati njihova svojstva, njihove prednosti i slabosti.
Sadržaj
Što je električna baterija i kako radi
Električna baterija - obnovljiv je izvor električne energije. Za razliku od galvanskih ćelija, nakon pražnjenja može se ponovno puniti. U principu, sve su baterije raspoređene na isti način i sastoje se od katode i anode smještene u elektrolit.
Materijal elektroda i sastav elektrolita mogu biti različiti, a to je ono što određuje potrošačka svojstva baterija i njihov opseg.Između katode i anode može se položiti porozni dielektrični separator - separator impregniran elektrolitom. Ali on većinom određuje mehanička svojstva sklopa i ne utječe iz temelja na rad elementa.
Općenito, rad baterije temelji se na dvije energetske transformacije:
- električna do kemijska pri punjenju;
- kemijske u električnu tijekom pražnjenja.
Obje vrste pretvorbe temelje se na nastanku reverzibilnih kemijskih reakcija, čiji je tijek određen tvarima koje se koriste u bateriji. Dakle, u olovno-kiselinskoj ćeliji aktivni dio anode je izrađen od olovnog dioksida, a katoda od metalnog olova. Elektrode su u elektrolitu sumporne kiseline. Kada se isprazni na anodi, olovni dioksid se reducira u olovni sulfat i vodu, a olovo na katodi se oksidira u olovni sulfat. Tijekom punjenja dolazi do obrnutih reakcija. U baterijama drugih izvedbi, komponente reagiraju drugačije, ali princip je sličan.
Vrste i vrste baterija
Potrošačka svojstva baterija određena su uglavnom tehnologijom proizvodnje. U svakodnevnom životu i industriji najčešće je nekoliko vrsta baterijskih ćelija.
Olovna kiselina
Ova vrsta baterija izumljena je sredinom 19. stoljeća, a još uvijek ima svoju nišu primjene. Njegove prednosti uključuju:
- jednostavna, jeftina i desetljećima stara tehnologija proizvodnje;
- visoka izlazna struja;
- dug radni vijek (od 300 do 1000 ciklusa punjenja-pražnjenja);
- najniža struja samopražnjenja;
- nema efekta pamćenja.
Postoje i nedostaci.Prije svega, to je nizak specifični energetski intenzitet, što dovodi do povećanja dimenzija i težine. Tu je i slab učinak pri niskim temperaturama, osobito ispod minus 20 °C. Postoje i problemi s odlaganjem - olovni spojevi su prilično otrovni. Ali ovaj zadatak mora se obratiti za druge vrste baterija.
Iako su olovno-kiselinske baterije optimizirane na svoj maksimum, čak i ovdje ima mjesta za poboljšanje. Na primjer, postoji AGM tehnologija, prema kojoj se između elektroda postavlja porozni materijal impregniran elektrolitom. To ne utječe na elektrokemijske procese naboja i pražnjenja. U osnovi, to poboljšava mehaničke karakteristike baterija (otpornost na vibracije, sposobnost rada u gotovo svakom položaju itd.) i donekle povećava sigurnost rada.
Također značajna prednost je poboljšan rad bez gubitka kapacitivnosti i izlazne struje na temperaturama do minus 30 °C. Proizvođači AGM baterija tvrde povećanje početne struje i resursa.
Gel baterije su još jedna modifikacija olovnih baterija. Elektrolit se zgušnjava do žele stanja. Time se postiže isključenje istjecanja elektrolita tijekom rada i eliminira mogućnost stvaranja plinova. No, izlazna struja je donekle smanjena, a to ograničava mogućnost korištenja gel baterija kao starter baterija. Proglašena čudotvorna svojstva takvih baterija u smislu povećanog kapaciteta i povećanog resursa na savjesti su trgovcima.
Olovne baterije obično se pune u načinu stabilizacije napona. Istodobno se povećava napon na bateriji i smanjuje se struja punjenja. Kriterij za završetak procesa punjenja je pad struje do postavljene granice.
Nikl-kadmij
Njihovo stoljeće se bliži kraju, a opseg se postupno smanjuje. Njihov glavni nedostatak je izražen efekt pamćenja. Ako počnete puniti nepotpuno ispražnjenu Ni-Cd bateriju, tada element "pamti" ovu razinu, a kapacitet se dalje određuje iz ove vrijednosti. Drugi problem je niska ekološka prihvatljivost. Otrovni spojevi kadmija stvaraju probleme s odlaganjem takvih baterija. Ostali nedostaci uključuju:
- visoka sklonost samopražnjenju;
- relativno niska potrošnja energije.
Ali postoje i plusevi:
- niska cijena;
- dug radni vijek (do 1000 ciklusa punjenja-pražnjenja);
- sposobnost isporuke velike struje.
Također, prednosti takvih baterija uključuju sposobnost rada na niskim negativnim temperaturama.
Punjenje Ni-Cd ćelija vrši se u načinu istosmjerne struje. Kapacitet možete u potpunosti iskoristiti punjenjem s glatkim ili postupnim smanjenjem struje punjenja. Završetak procesa kontrolira se smanjenjem napona ćelije.
Nikl metal hidrid
Dizajniran za zamjenu nikal-kadmij baterija. Mnoga svojstva i potrošačka svojstva veća su od onih kod Ni-Cd. Bilo je moguće djelomično se riješiti efekta pamćenja, povećati energetski intenzitet za oko jedan i pol puta i smanjiti sklonost samopražnjenju. Istodobno je očuvana visoka strujna učinkovitost, a trošak je ostao približno na istoj razini. Problem okoliša je ublažen - baterije se proizvode bez upotrebe otrovnih spojeva. Ali to smo morali platiti značajno smanjenim resursom (do 5 puta) i sposobnošću rada na negativnim temperaturama - samo do -20 ° C naspram -40 ° C za nikal-kadmijeve.
Takve se ćelije pune u načinu istosmjerne struje. Završetak procesa kontrolira se povećanjem napona na svakom elementu do 1,37 volti. Najpovoljniji je režim impulsne struje s negativnim udarima. Time se eliminiraju učinci efekta pamćenja.
Li-ion
Litij-ionske baterije preuzimaju svijet. Oni istiskuju druge vrste baterija iz onih područja gdje se situacija činila nepokolebljivom. Li-ionske ćelije praktički nemaju memorijski učinak (prisutan je, ali na teoretskoj razini), izdržavaju do 600 ciklusa punjenja-pražnjenja, energetski intenzitet je 2-3 puta veći od omjera kapaciteta i težine nikl-metal-hidrida baterije.
Sklonost samopražnjenju tijekom skladištenja također je minimalna, ali za sve to doslovno morate platiti - takve su baterije puno skuplje od tradicionalnih. Može se očekivati sniženje cijena s razvojem proizvodnje, kao što to obično biva, ali drugi inherentni nedostaci takvih baterija - smanjena trenutna učinkovitost, nemogućnost rada na negativnim temperaturama - vjerojatno se neće prevladati u okviru postojećih tehnologija.
Uz povećanu opasnost od požara, to donekle otežava uporabu Li-ion baterije. Također treba imati na umu da su takvi elementi podložni degradaciji. Čak i ako nisu napunjeni i ispražnjeni, njihov resurs se spušta na nulu za 1,5 ... 2 godine skladištenja.
Najpovoljniji način punjenja je u dvije faze. Prvo, stabilna struja (s glatkim povećanjem napona), zatim stabilan napon (s lagano opadajućom strujom). U praksi se druga faza provodi u obliku postupno smanjene struje punjenja. Još češće se ova faza sastoji od jedne faze - stabilizirana struja jednostavno se smanjuje.
Glavne karakteristike baterija
Prvi parametar na koji se obraća pozornost pri odabiru baterije je njezin Nazivni napon. Napon jedne baterijske ćelije određen je fizikalno-kemijskim procesima koji se odvijaju unutar ćelije, a ovisi o vrsti baterije. Jedna potpuno napunjena banka daje:
- olovno-kiseli element - 2,1 volti;
- nikal-kadmij - 1,25 volti;
- nikl metal hidrid - 1,37 volti;
- litij-ion - 3,7 volti.
Da bi se dobio veći napon, ćelije se sastavljaju u baterije. Dakle, za automobilski akumulator trebate spojiti 6 limenki s olovnom kiselinom u seriju kako biste dobili 12 volti (točnije, 12,6 V), a za odvijač od 18 volti - 5 litij-ionskih limenki od 3,7 volti svaka.
Drugi važan parametar je kapacitet. Određuje vijek trajanja baterije pod opterećenjem. Mjeri se u amper-satima (umnožak struje i vremena). Dakle, baterija kapaciteta 3 A⋅h kada se isprazni strujom od 1 ampera ispraznit će se za 3 sata, a sa strujom od 3 ampera - za 1 sat.
Važno! Strogo govoreći, Kapacitet baterije ovisi o struji pražnjenje, pa umnožak struje i vremena pražnjenja pri različitim vrijednostima opterećenja za jednu bateriju neće biti isti.
I treći važan parametar - napajanje strujom. Ovo je maksimalna struja koju baterija može isporučiti. Važno je npr. za automobilski akumulator - određuje mogućnost okretanja osovine motora u hladnoj sezoni. Također, sposobnost isporuke velike struje, stvarajući veliki zakretni moment, važna je, na primjer, za električne alate. A za mobilne gadgete ova karakteristika nije toliko važna.
Električna svojstva i potrošačke kvalitete baterija ovise o njihovom dizajnu i tehnologiji proizvodnje. Ispravna uporaba baterija znači korištenje prednosti obnovljivih kemijskih izvora energije i izravnavanje nedostataka.
Slični članci:
