Опсег примене електричних батерија је изузетно широк. Користе се као извори електричне енергије у дечије играчке, и у електричним алатима, и као извор вуче у електричним возилима. Да бисте правилно користили батерије, морате знати њихова својства, њихове предности и слабости.
Садржај
Шта је електрична батерија и како функционише
Електрична батерија - то је обновљиво извор електричне енергије. За разлику од галванских ћелија, након пражњења може се поново пунити. У принципу, све батерије су распоређене на исти начин и састоје се од катоде и аноде смештене у електролит.
Материјал електрода и састав електролита могу бити различити, а то је оно што одређује потрошачка својства батерија и њихов обим.Између катоде и аноде може се положити порозни диелектрични сепаратор - сепаратор импрегниран електролитом. Али он углавном одређује механичка својства склопа и суштински не утиче на рад елемента.
Генерално, рад батерије се заснива на две трансформације енергије:
- електрична до хемијска при пуњењу;
- хемијски у електрични током пражњења.
Обе врсте конверзије се заснивају на настанку реверзибилних хемијских реакција, чији ток одређују супстанце које се користе у батерији. Дакле, у ћелији са оловном киселином, активни део аноде је направљен од оловног диоксида, а катода од металног олова. Електроде су у електролиту сумпорне киселине. Када се испразни на аноди, оловни диоксид се редукује да формира оловни сулфат и воду, а олово на катоди се оксидира у оловни сулфат. Обрнуте реакције се јављају током пуњења. У батеријама других дизајна, компоненте реагују другачије, али је принцип сличан.
Врсте и врсте батерија
Потрошачка својства батерија одређена су углавном технологијом производње. У свакодневном животу и индустрији најчешће је неколико типова батеријских ћелија.
Олово киселине
Ова врста батерија је измишљена средином 19. века, и још увек има своју нишу примене. Његове предности укључују:
- једноставна, јефтина и деценијама стара технологија производње;
- висок струјни излаз;
- дуг радни век (од 300 до 1000 циклуса пуњења-пражњења);
- најнижа струја самопражњења;
- нема ефекта меморије.
Постоје и недостаци.Пре свега, ово је низак специфични енергетски интензитет, што доводи до повећања димензија и тежине. Такође су слабе перформансе на ниским температурама, посебно испод минус 20 °Ц. Постоје и проблеми са одлагањем - једињења олова су прилично токсична. Али овај задатак морају се адресирати за друге типове батерија.
Док су оловно-киселинске батерије оптимизоване до свог максимума, чак и овде има простора за побољшање. На пример, постоји АГМ технологија, према којој се између електрода поставља порозни материјал импрегниран електролитом. Ово не утиче на електрохемијске процесе пуњења и пражњења. У основи, ово побољшава механичке карактеристике батерија (отпорност на вибрације, способност рада у скоро сваком положају, итд.) И донекле повећава сигурност рада.
Такође приметна предност је побољшан рад без губитка капацитивности и излазне струје на температурама до минус 30 °Ц. Произвођачи АГМ батерија тврде повећање почетне струје и ресурса.
Гел батерије су још једна модификација оловних батерија. Електролит се згушњава до желе стања. Тиме се постиже искључење цурења електролита током рада и елиминише се могућност стварања гасова. Али струјни излаз је донекле смањен, а то ограничава могућност коришћења гел батерија као стартер батерија. Проглашена чудотворна својства таквих батерија у смислу повећаног капацитета и повећаног ресурса су на савести маркетиншких стручњака.
Оловне батерије се обично пуне у режиму стабилизације напона. Истовремено, напон на батерији се повећава, а струја пуњења се смањује. Критеријум за завршетак процеса пуњења је пад струје до постављене границе.
Никл-кадмијум
Њихов век се ближи крају, а обим се постепено смањује. Њихов главни недостатак је изражен ефекат меморије. Ако почнете да пуните непотпуно испражњену Ни-Цд батерију, онда елемент „памти“ овај ниво, а капацитет се даље одређује из ове вредности. Други проблем је ниска еколошка прихватљивост. Токсична једињења кадмијума стварају проблеме са одлагањем таквих батерија. Остали недостаци укључују:
- висока тенденција самопражњења;
- релативно мала потрошња енергије.
Али постоје и плусеви:
- ниска цена;
- дуг радни век (до 1000 циклуса пуњења-пражњења);
- способност испоруке велике струје.
Такође, предности таквих батерија укључују могућност рада на ниским негативним температурама.
Пуњење Ни-Цд ћелија се врши у режиму једносмерне струје. Капацитет можете у потпуности да искористите пуњењем са глатким или постепеним смањењем струје пуњења. Завршетак процеса се контролише смањењем напона ћелије.
Никл метал хидрид
Дизајниран за замену никл-кадмијум батерија. Многе карактеристике и потрошачка својства су веће од оних код Ни-Цд. Било је могуће делимично се ослободити меморијског ефекта, повећати енергетски интензитет за око један и по пута и смањити склоност самопражњењу. Истовремено, очувана је висока струјна ефикасност, а трошак је остао приближно на истом нивоу. Проблем животне средине је ублажен - батерије се производе без употребе токсичних једињења. Али за то смо морали да платимо значајно смањеним ресурсом (до 5 пута) и способношћу рада на негативним температурама - само до -20 ° Ц наспрам -40 ° Ц за никл-кадмијумове.
Такве ћелије се пуне у режиму једносмерне струје. Завршетак процеса се контролише повећањем напона на сваком елементу до 1,37 волти. Најповољнији је режим импулсне струје са негативним ударима. Ово елиминише ефекте меморијског ефекта.
Ли-ион
Литијум-јонске батерије преузимају свет. Они истискују друге врсте батерија из оних области где је ситуација деловала непоколебљиво. Ли-јонске ћелије практично немају меморијски ефекат (присутан је, али на теоретском нивоу), издржавају до 600 циклуса пуњења-пражњења, енергетски интензитет је 2-3 пута већи од односа капацитета и тежине никл-метал хидрида батерије.
Склоност самопражњењу током складиштења је такође минимална, али за све ово буквално морате платити - такве батерије су много скупље од традиционалних. Може се очекивати смањење цена са развојем производње, као што то обично бива, али други инхерентни недостаци таквих батерија - смањена струјна ефикасност, немогућност рада на негативним температурама - тешко да ће бити превазиђени у оквиру постојећих технологија.
Уз повећану опасност од пожара, ово донекле отежава употребу Ли-јонске батерије. Такође треба имати на уму да су такви елементи подложни деградацији. Чак и ако нису напуњени и испражњени, сам њихов ресурс иде на нулу за 1,5 ... 2 године складиштења.
Најповољнији режим пуњења је у две фазе. Прво, стабилна струја (са глатким повећањем напона), затим стабилан напон (са лагано опадајућом струјом). У пракси, друга фаза се спроводи у виду степенасто смањене струје пуњења. Још чешће, ова фаза се састоји од једне фазе - стабилизована струја се једноставно смањује.
Главне карактеристике батерија
Први параметар на који се обраћа пажња при избору батерије је њен Напон. Напон једне батеријске ћелије одређен је физичко-хемијским процесима који се одвијају унутар ћелије и зависи од типа батерије. Једна потпуно наплаћена банка даје:
- оловно-кисели елемент - 2,1 волти;
- никл-кадмијум - 1,25 волти;
- никл метал хидрид - 1,37 волти;
- литијум-јонски - 3,7 волти.
Да би се добио већи напон, ћелије се склапају у батерије. Дакле, за аутомобилски акумулатор потребно је да повежете 6 оловних конзерви у серију да добијете 12 волти (тачније, 12,6 В), а за шрафцигер од 18 волти - 5 литијум-јонских конзерви од 3,7 волти свака.
Други важан параметар је капацитет. Одређује трајање батерије под оптерећењем. Мери се у ампер-часовима (производ струје и времена). Дакле, батерија капацитета 3 А⋅х када се испразни струјом од 1 ампера испразниће се за 3 сата, а са струјом од 3 ампера - за 1 сат.
Важно! Строго-говорећи, Капацитет батерије зависи од струје пражњење, тако да производ струје и времена пражњења при различитим вредностима оптерећења за једну батерију неће бити исти.
И трећи важан параметар - напајање струјом. Ово је максимална струја коју батерија може да испоручи. Важно је, на пример, за аутомобилска батерија - одређује могућност окретања осовине мотора у хладној сезони. Такође, способност испоруке велике струје, стварајући велики обртни момент, важна је, на пример, за електричне алате. А за мобилне уређаје ова карактеристика није толико важна.
Електрична својства и потрошачки квалитети батерија зависе од њиховог дизајна и технологије производње. Правилна употреба батерија подразумева коришћење предности обновљивих хемијских извора енергије и нивелисање недостатака.
Слични чланци:
