Anvendelsesområdet for elektriske batterier er ekstremt bredt. De brukes som strømkilder i barneleker, og i elektroverktøy, og som en kilde til trekkraft i elektriske kjøretøy. For å bruke batterier riktig, må du kjenne deres egenskaper, deres styrker og svakheter.
Innhold
Hva er et elektrisk batteri og hvordan fungerer det
Elektrisk batteri – den er fornybar kilde til elektrisk energi. I motsetning til galvaniske celler, kan den lades på nytt etter å ha blitt utladet. I prinsippet er alle batterier ordnet på samme måte og består av en katode og en anode plassert i en elektrolytt.
Materialet til elektrodene og sammensetningen av elektrolytten kan være forskjellig, og det er dette som bestemmer forbrukeregenskapene til batterier og deres omfang.Mellom katoden og anoden kan det legges en porøs dielektrisk separator - en separator impregnert med elektrolytt. Men det bestemmer for det meste de mekaniske egenskapene til monteringen og påvirker ikke grunnleggende driften av elementet.
Generelt er batteridrift basert på to energitransformasjoner:
- elektrisk til kjemisk ved lading;
- kjemisk til elektrisk under utladning.
Begge typer konvertering er basert på forekomsten av reversible kjemiske reaksjoner, hvis forløp bestemmes av stoffene som brukes i batteriet. Så i en blysyrecelle er den aktive delen av anoden laget av blydioksid, og katoden er laget av metallisk bly. Elektrodene er i en elektrolytt av svovelsyre. Når det slippes ut ved anoden, reduseres blydioksid for å danne blysulfat og vann, og bly ved katoden oksideres til blysulfat. Omvendte reaksjoner oppstår under lading. I batterier av andre design reagerer komponentene forskjellig, men prinsippet er likt.
Typer og typer batterier
Forbrukeregenskapene til batterier bestemmes hovedsakelig av produksjonsteknologien. I hverdagen og industrien er flere typer battericeller mest vanlig.
Bly syre
Denne typen batteri ble oppfunnet på midten av 1800-tallet, og har fortsatt sin egen bruksnisje. Dens fordeler inkluderer:
- enkel, rimelig og tiår gammel produksjonsteknologi;
- høy strømutgang;
- lang levetid (fra 300 til 1000 lade-utladingssykluser);
- den laveste selvutladningsstrømmen;
- ingen minneeffekt.
Det er også ulemper.Først av alt er dette en lav spesifikk energiintensitet, noe som fører til en økning i dimensjoner og vekt. Det er også dårlig ytelse ved lave temperaturer, spesielt under minus 20 °C. Det er også problemer med avhending - blyforbindelser er ganske giftige. Men denne oppgaven må adresseres for andre typer batterier.
Mens blybatterier har blitt optimalisert til sitt optimale, er det også her rom for forbedring. For eksempel er det AGM-teknologi, ifølge hvilken et porøst materiale impregnert med en elektrolytt plasseres mellom elektrodene. Dette påvirker ikke de elektrokjemiske prosessene for ladning og utladning. I utgangspunktet forbedrer dette de mekaniske egenskapene til batteriene (motstand mot vibrasjoner, evnen til å jobbe i nesten hvilken som helst stilling, etc.) og øker driftssikkerheten noe.
En bemerkelsesverdig fordel er også forbedret drift uten tap av kapasitans og strømutgang ved temperaturer ned til minus 30 °C. Produsenter av AGM-batterier hevder en økning i startstrøm og ressurs.
Gel-batterier er en annen modifikasjon av bly-syre-batterier. Elektrolytten tykner til en gelétilstand. Dette oppnår utelukkelse av lekkasje av elektrolytt under drift og eliminerer muligheten for dannelse av gasser. Men strømeffekten er noe redusert, og dette begrenser muligheten for å bruke gelbatterier som startbatterier. De erklærte mirakuløse egenskapene til slike batterier i form av økt kapasitet og økt ressurs ligger på markedsførernes samvittighet.
Bly-syrebatterier lades vanligvis i spenningsstabiliseringsmodus. Samtidig øker spenningen på batteriet og ladestrømmen synker. Kriteriet for slutten av ladeprosessen er strømfallet til den fastsatte grensen.
Nikkel-kadmium
Deres århundre går mot slutten, og omfanget krymper gradvis. Deres største ulempe er en uttalt minneeffekt. Hvis du begynner å lade opp et ufullstendig utladet Ni-Cd-batteri, "husker" elementet dette nivået, og kapasiteten bestemmes videre fra denne verdien. Et annet problem er lav miljøvennlighet. Giftige kadmiumforbindelser skaper problemer med avhending av slike batterier. Andre ulemper inkluderer:
- høy tendens til selvutladning;
- relativt lavt strømforbruk.
Men det er også plusser:
- lave kostnader;
- lang levetid (opptil 1000 lade-utladingssykluser);
- evne til å levere høy strøm.
Fordelene med slike batterier inkluderer også muligheten til å jobbe ved lave negative temperaturer.
Lading av Ni-Cd-celler utføres i likestrømsmodus. Du kan utnytte kapasiteten fullt ut ved å lade opp med jevn eller trinnvis reduksjon i ladestrømmen. Slutten av prosessen styres ved å redusere cellespenningen.
Nikkelmetallhydrid
Designet for å erstatte nikkel-kadmium-batterier. Mange egenskaper og forbrukeregenskaper er høyere enn Ni-Cd. Det var mulig å delvis kvitte seg med hukommelseseffekten, øke energiintensiteten med omtrent en og en halv gang og redusere tendensen til selvutladning. Samtidig ble høy strømeffektivitet bevart og kostnadene holdt seg omtrent på samme nivå. Miljøproblemet reduseres – batterier produseres uten bruk av giftige forbindelser. Men vi måtte betale for dette med en betydelig redusert ressurs (opptil 5 ganger) og evnen til å jobbe ved negative temperaturer - bare opptil -20 ° C mot -40 ° C for nikkel-kadmium.
Slike celler lades i likestrømsmodus. Slutten av prosessen styres ved å øke spenningen på hvert element opp til 1,37 volt. Den mest gunstige er den pulserte strømmodusen med negative overspenninger. Dette eliminerer effekten av minneeffekten.
Li-ion
Litium-ion-batterier tar over verden. De fortrenger andre typer batterier fra de områdene hvor situasjonen virket urokkelig. Li-ion-celler har praktisk talt ingen minneeffekt (den er tilstede, men på et teoretisk nivå), tåler opptil 600 ladnings-utladningssykluser, energiintensiteten er 2-3 ganger høyere enn forholdet mellom kapasitet og vekt av nikkel-metallhydrid batterier.
Tendensen til selvutlading under lagring er også minimal, men du må bokstavelig talt betale for alt dette - slike batterier er mye dyrere enn tradisjonelle. Man kan forvente prisreduksjoner med utviklingen av produksjonen, slik det vanligvis er tilfelle, men andre iboende ulemper ved slike batterier - redusert strømeffektivitet, manglende evne til å arbeide ved negative temperaturer - vil neppe bli overvunnet innenfor rammen av eksisterende teknologier.
Sammen med økt brannfare hindrer dette bruken noe Li-ion batterier. Det bør også tas i betraktning at slike elementer er utsatt for nedbrytning. Selv om de ikke lades og utlades, går ressursen i seg selv til null på 1,5 ... 2 års lagring.
Den mest gunstige lademodusen er i to trinn. Først en stabil strøm (med jevnt økende spenning), deretter en stabil spenning (med jevnt avtagende strøm). I praksis implementeres det andre trinnet i form av en trinnvis redusert ladestrøm. Enda oftere består dette stadiet av ett trinn - den stabiliserte strømmen avtar ganske enkelt.
Hovedegenskaper til batterier
Den første parameteren som er lagt merke til når du velger et batteri, er dens Merkespenning. Spenningen til en battericelle bestemmes av de fysisk-kjemiske prosessene som skjer inne i cellen, og avhenger av batteritypen. En fulladet bank gir ut:
- blysyreelement - 2,1 volt;
- nikkel-kadmium - 1,25 volt;
- nikkelmetallhydrid - 1,37 volt;
- litium-ion - 3,7 volt.
For å få høyere spenning settes cellene sammen til batterier. Så, for et bilbatteri, må du koble til 6 blysyrebokser i serie for å få 12 volt (mer presist, 12,6 V), og for en 18-volts skrutrekker - 5 litiumionbokser på 3,7 volt hver.
Den andre viktige parameteren er kapasitet. Bestemmer batterilevetiden under belastning. Det måles i amperetimer (produktet av strøm og tid). Så et batteri med en kapasitet på 3 A⋅h når det utlades med en strøm på 1 ampere vil bli utladet om 3 timer, og med en strøm på 3 ampere - om 1 time.
Viktig! Strengt talt, Batterikapasitet avhenger av strømmen utlading, så produktet av strøm og utladningstid ved forskjellige belastningsverdier for ett batteri vil ikke være det samme.
Og den tredje viktige parameteren - strømforsyning. Dette er den maksimale strømmen som batteriet kan levere. Det er viktig for eksempel for bilbatteri - bestemmer muligheten for å dreie motorakselen i den kalde årstiden. Evnen til å levere høy strøm, skape et høyt dreiemoment, er også viktig, for eksempel for elektroverktøy. Og for mobile gadgets er ikke denne egenskapen så viktig.
De elektriske egenskapene og forbrukerkvalitetene til batterier avhenger av deres design og produksjonsteknologi. Riktig bruk av batterier betyr å bruke fordelene med fornybare kjemiske kraftkilder og utjevne ulempene.
Lignende artikler:
