Elektrinių baterijų pritaikymo sfera itin plati. Jie naudojami kaip elektros energijos šaltinis vaikiški žaislai, ir elektriniuose įrankiuose bei kaip elektrinių transporto priemonių traukos šaltinis. Norėdami teisingai naudoti baterijas, turite žinoti jų savybes, stipriąsias ir silpnąsias puses.
Turinys
Kas yra elektros baterija ir kaip ji veikia
Elektrinis akumuliatorius - jis yra atsinaujinantis elektros energijos šaltinis. Skirtingai nuo galvaninių elementų, išsikrovus, jį galima vėl įkrauti. Iš esmės visos baterijos yra išdėstytos taip pat ir susideda iš katodo ir anodo, įdėto į elektrolitą.
Elektrodų medžiaga ir elektrolito sudėtis gali būti skirtinga, o tai lemia baterijų vartojimo savybes ir jų taikymo sritį.Tarp katodo ir anodo galima pakloti porėtą dielektrinį separatorių - elektrolitu impregnuotą separatorių. Tačiau tai daugiausia lemia mechanines mazgo savybes ir iš esmės neturi įtakos elemento veikimui.
Paprastai akumuliatoriaus veikimas pagrįstas dviem energijos transformacijomis:
- nuo elektros iki cheminio įkrovimo;
- cheminė medžiaga patenka į elektros energiją iškrovos metu.
Abiejų tipų konversijos yra pagrįstos grįžtamomis cheminėmis reakcijomis, kurių eigą lemia akumuliatoriuje naudojamos medžiagos. Taigi švino rūgšties elemente aktyvioji anodo dalis yra pagaminta iš švino dioksido, o katodas - iš metalinio švino. Elektrodai yra sieros rūgšties elektrolite. Išleidžiant anode, švino dioksidas redukuojamas, kad susidarytų švino sulfatas ir vanduo, o švinas prie katodo oksiduojamas iki švino sulfato. Įkrovimo metu vyksta atvirkštinės reakcijos. Kitų konstrukcijų akumuliatoriuose komponentai reaguoja skirtingai, tačiau principas panašus.
Baterijų tipai ir tipai
Baterijų vartojimo savybes daugiausia lemia jų gamybos technologija. Kasdieniame gyvenime ir pramonėje dažniausiai naudojami kelių tipų baterijų elementai.
Švino rūgštis
Šio tipo baterijos buvo išrastos XIX amžiaus viduryje ir iki šiol turi savo pritaikymo nišą. Jo pranašumai apima:
- paprasta, nebrangi ir dešimtmečių senumo gamybos technologija;
- didelė srovės išvestis;
- ilgas tarnavimo laikas (nuo 300 iki 1000 įkrovimo-iškrovimo ciklų);
- mažiausia savaiminio išsikrovimo srovė;
- nėra atminties efekto.
Yra ir trūkumų.Visų pirma, tai yra mažas specifinis energijos intensyvumas, dėl kurio padidėja matmenys ir svoris. Taip pat prastai veikia žemoje temperatūroje, ypač žemesnėje nei minus 20 °C temperatūroje. Taip pat yra problemų su šalinimu – švino junginiai yra gana toksiški. Tačiau ši užduotis reikia atkreipti dėmesį į kitų tipų baterijas.
Nors švino rūgšties akumuliatoriai buvo optimizuoti iki optimalaus, net ir čia yra kur tobulėti. Pavyzdžiui, yra AGM technologija, pagal kurią tarp elektrodų dedama akyta medžiaga, impregnuota elektrolitu. Tai neturi įtakos elektrocheminiams įkrovimo ir iškrovimo procesams. Iš esmės tai pagerina akumuliatorių mechanines charakteristikas (atsparumą vibracijai, galimybę dirbti beveik bet kokioje padėtyje ir kt.) ir šiek tiek padidina eksploatavimo saugumą.
Taip pat pastebimas pranašumas yra patobulintas veikimas neprarandant talpos ir srovės išėjimo, esant temperatūrai iki minus 30 °C. AGM baterijų gamintojai teigia, kad padidėja paleidimo srovė ir ištekliai.
Gelio baterijos yra dar viena švino rūgšties akumuliatorių modifikacija. Elektrolitas sutirštėja iki želė būsenos. Taip išvengiama elektrolito nutekėjimo eksploatacijos metu ir pašalinama dujų susidarymo galimybė. Tačiau srovės galia yra šiek tiek sumažinta, o tai apriboja galimybę naudoti gelinius akumuliatorius kaip starterio baterijas. Deklaruojamos stebuklingos tokių baterijų savybės, susijusios su padidėjusia talpa ir padidintais ištekliais, yra ant rinkodaros specialistų sąžinės.
Švino rūgšties akumuliatoriai paprastai įkraunami įtampos stabilizavimo režimu. Tuo pačiu metu akumuliatoriaus įtampa didėja, o įkrovimo srovė mažėja. Įkrovimo proceso pabaigos kriterijus yra srovės kritimas iki nustatytos ribos.
Nikelis-kadmis
Jų šimtmetis eina į pabaigą, o apimtis po truputį mažėja. Pagrindinis jų trūkumas yra ryškus atminties efektas. Jei pradedate krauti nevisiškai išsikrovusį Ni-Cd akumuliatorių, elementas „atsimena“ šį lygį, o talpa toliau nustatoma pagal šią vertę. Kita problema – mažas ekologiškumas. Toksiški kadmio junginiai sukelia problemų šalinant tokias baterijas. Kiti trūkumai:
- didelis polinkis į savaiminį išsikrovimą;
- santykinai mažas energijos suvartojimas.
Tačiau yra ir pliusų:
- žema kaina;
- ilgas tarnavimo laikas (iki 1000 įkrovimo-iškrovimo ciklų);
- gebėjimas tiekti didelę srovę.
Be to, tokių baterijų pranašumai yra galimybė dirbti esant žemai neigiamai temperatūrai.
Ni-Cd elementų įkrovimas atliekamas nuolatinės srovės režimu. Galite visiškai išnaudoti talpą įkraudami sklandžiai arba laipsniškai mažindami įkrovimo srovę. Proceso pabaiga kontroliuojama mažinant elementų įtampą.
Nikelio metalo hidridas
Sukurta pakeisti nikelio-kadmio baterijas. Daugelis charakteristikų ir vartotojų savybių yra aukštesnės nei Ni-Cd. Pavyko iš dalies atsikratyti atminties efekto, maždaug pusantro karto padidinti energijos intensyvumą ir sumažinti polinkį savaiminiam išsikrovimui. Tuo pačiu metu buvo išsaugotas didelis srovės efektyvumas, o kaina išliko maždaug tokio paties lygio. Aplinkos problema sušvelninama – baterijos gaminamos nenaudojant toksiškų junginių. Tačiau už tai turėjome mokėti su žymiai sumažintais ištekliais (iki 5 kartų) ir galimybe dirbti esant neigiamai temperatūrai - tik iki -20 ° C, palyginti su -40 ° C nikelio-kadmio.
Tokios ląstelės įkraunamos nuolatinės srovės režimu. Proceso pabaiga kontroliuojama padidinant kiekvieno elemento įtampą iki 1,37 volto. Palankiausias yra impulsinės srovės režimas su neigiamais viršįtampiais. Tai pašalina atminties efekto poveikį.
Ličio jonų
Ličio jonų baterijos užvaldo pasaulį. Jie išstumia kitų tipų baterijas iš tų vietų, kur situacija atrodė nepajudinama. Ličio jonų elementai praktiškai neturi atminties efekto (yra, bet teoriniame lygmenyje), atlaiko iki 600 įkrovimo-iškrovimo ciklų, energijos intensyvumas 2-3 kartus didesnis nei nikelio-metalo hidrido talpos ir masės santykis. baterijos.
Savaiminio išsikrovimo polinkis saugojimo metu taip pat minimalus, tačiau už visa tai tiesiogine prasme reikia mokėti – tokios baterijos yra daug brangesnės nei tradicinės. Galima tikėtis kainų mažėjimo plėtojant gamybą, kaip dažniausiai būna, tačiau kitų būdingų tokių akumuliatorių trūkumų – sumažėjusio srovės efektyvumo, nesugebėjimo dirbti esant neigiamai temperatūrai – vargu ar pavyks įveikti esamų technologijų rėmuose.
Kartu su padidėjusiu gaisro pavojumi tai šiek tiek trukdo naudoti Ličio jonų baterijos. Taip pat reikėtų nepamiršti, kad tokie elementai gali suirti. Net jei jie nėra įkraunami ir neiškraunami, per 1,5 ... 2 saugojimo metus jų ištekliai tampa nuliui.
Palankiausias įkrovimo režimas yra dviem etapais. Pirma, stabili srovė (su sklandžiai didėjančia įtampa), tada stabili įtampa (su tolygiai mažėjančia srove). Praktiškai antrasis etapas įgyvendinamas laipsniškai sumažintos įkrovimo srovės forma. Dar dažniau šis etapas susideda iš vienos pakopos – stabilizuota srovė tiesiog mažėja.
Pagrindinės baterijų savybės
Pirmasis parametras, į kurį atkreipiamas dėmesys renkantis akumuliatorių, yra jo Nominali įtampa. Vieno akumuliatoriaus elemento įtampą lemia fizikiniai ir cheminiai procesai, vykstantys elemento viduje, ir priklauso nuo baterijos tipo. Vienas pilnai apmokestintas bankas išduoda:
- švino rūgšties elementas - 2,1 volto;
- nikelis-kadmis - 1,25 voltai;
- nikelio metalo hidridas - 1,37 volto;
- ličio jonų - 3,7 volto.
Norint gauti didesnę įtampą, elementai surenkami į baterijas. Taigi automobilio akumuliatoriui reikia nuosekliai sujungti 6 švino rūgšties balionėlius, kad gautumėte 12 voltų (tiksliau, 12,6 V), o 18 voltų atsuktuvui - 5 ličio jonų skardines po 3,7 volto.
Antras svarbus parametras yra talpa. Nustato akumuliatoriaus veikimo laiką esant apkrovai. Jis matuojamas ampervalandėmis (srovės ir laiko sandauga). Taigi, 3 A⋅h talpos akumuliatorius, išsikrovęs 1 ampero srove, išsikraus per 3 valandas, o esant 3 amperų srovei – per 1 valandą.
Svarbu! Griežtai kalbant, Baterijos talpa priklauso nuo srovės iškrova, todėl srovės ir iškrovimo laiko sandauga esant skirtingoms vienos baterijos apkrovos vertėms nebus vienoda.
Ir trečias svarbus parametras - srovės tiekimas. Tai didžiausia srovė, kurią gali tiekti baterija. Tai svarbu, pvz automobilio akumuliatorius - nustato variklio veleno pasukimo galimybę šaltuoju metų laiku. Taip pat, pavyzdžiui, elektriniams įrankiams, svarbi galimybė tiekti didelę srovę, sukuriant didelį sukimo momentą. O mobiliesiems įtaisams ši charakteristika nėra tokia svarbi.
Akumuliatorių elektrinės savybės ir vartotojų savybės priklauso nuo jų konstrukcijos ir gamybos technologijos. Teisingas akumuliatorių naudojimas reiškia atsinaujinančių cheminių energijos šaltinių privalumų panaudojimą ir trūkumų išlyginimą.
Panašūs straipsniai:
