Anvendelsesområdet for elektriske batterier er ekstremt bredt. De bruges som kilder til elektricitet i børns legetøj, og i elværktøj og som en kilde til trækkraft i elektriske køretøjer. For at bruge batterier korrekt skal du kende deres egenskaber, deres styrker og svagheder.
Indhold
Hvad er et elektrisk batteri, og hvordan virker det
Elektrisk batteri - det er fornybart kilde til elektrisk energi. I modsætning til galvaniske celler kan den efter afladning oplades igen. I princippet er alle batterier arrangeret på samme måde og består af en katode og en anode placeret i en elektrolyt.
Elektrodernes materiale og elektrolyttens sammensætning kan være forskellig, og det er det, der bestemmer batteriernes forbrugeregenskaber og deres omfang.Mellem katoden og anoden kan der lægges en porøs dielektrisk separator - en separator imprægneret med elektrolyt. Men det bestemmer for det meste de mekaniske egenskaber af samlingen og påvirker ikke grundlæggende elementets funktion.
Generelt er batteridrift baseret på to energitransformationer:
- elektrisk til kemisk ved opladning;
- kemikalie til elektrisk under afladning.
Begge typer omdannelse er baseret på forekomsten af reversible kemiske reaktioner, hvis forløb bestemmes af de stoffer, der bruges i batteriet. Så i en blysyrecelle er den aktive del af anoden lavet af blydioxid, og katoden er lavet af metallisk bly. Elektroderne er i en elektrolyt af svovlsyre. Når det udledes ved anoden, reduceres blydioxid til dannelse af blysulfat og vand, og bly ved katoden oxideres til blysulfat. Omvendte reaktioner opstår under opladning. I batterier af andre designs reagerer komponenterne forskelligt, men princippet er det samme.
Typer og typer af batterier
Forbrugeregenskaber af batterier bestemmes hovedsageligt af deres produktionsteknologi. I hverdagen og industrien er flere typer battericeller mest almindelige.
Bly-syre
Denne type batteri blev opfundet i midten af det 19. århundrede og har stadig sin egen anvendelsesniche. Dens fordele omfatter:
- enkel, billig og årtier gammel produktionsteknologi;
- høj strømudgang;
- lang levetid (fra 300 til 1000 opladnings-afladningscyklusser);
- den laveste selvafladningsstrøm;
- ingen hukommelseseffekt.
Der er også ulemper.Først og fremmest er dette en lav specifik energiintensitet, hvilket fører til en stigning i dimensioner og vægt. Der er også dårlig ydelse ved lave temperaturer, især under minus 20 °C. Der er også problemer med bortskaffelse - blyforbindelser er ret giftige. Men denne opgave skal behandles for andre typer batterier.
Mens bly-syre-batterier er blevet optimeret til deres optimale, er der også her plads til forbedringer. For eksempel er der AGM-teknologi, ifølge hvilken et porøst materiale imprægneret med en elektrolyt placeres mellem elektroderne. Dette påvirker ikke de elektrokemiske processer af ladning og afladning. Grundlæggende forbedrer dette batteriernes mekaniske egenskaber (modstand mod vibrationer, evnen til at arbejde i næsten enhver position osv.) og øger driftsikkerheden noget.
En bemærkelsesværdig fordel er også forbedret drift uden tab af kapacitans og strømudgang ved temperaturer ned til minus 30 °C. Producenter af AGM-batterier hævder en stigning i startstrøm og ressource.
Gel-batterier er en anden modifikation af bly-syre-batterier. Elektrolytten tykner til en gelétilstand. Dette opnår udelukkelse af lækage af elektrolyt under drift og eliminerer muligheden for dannelse af gasser. Men strømudgangen er noget reduceret, og det begrænser muligheden for at bruge gelbatterier som startbatterier. De erklærede mirakuløse egenskaber ved sådanne batterier i form af øget kapacitet og øget ressource er på marketingfolks samvittighed.
Bly-syrebatterier oplades normalt i spændingsstabiliseringstilstand. Samtidig stiger spændingen på batteriet, og ladestrømmen falder. Kriteriet for afslutningen af opladningsprocessen er strømfaldet til den fastsatte grænse.
Nikkel-cadmium
Deres århundrede er ved at være slut, og omfanget skrumper gradvist. Deres største ulempe er en udtalt hukommelseseffekt. Hvis du begynder at genoplade et ufuldstændigt afladet Ni-Cd-batteri, så "husker" elementet dette niveau, og kapaciteten bestemmes yderligere ud fra denne værdi. Et andet problem er lav miljøvenlighed. Giftige cadmiumforbindelser skaber problemer med bortskaffelsen af sådanne batterier. Andre ulemper omfatter:
- høj tendens til selvafladning;
- relativt lavt strømforbrug.
Men der er også fordele:
- lavpris;
- lang levetid (op til 1000 opladnings-afladningscyklusser);
- evne til at levere høj strøm.
Fordelene ved sådanne batterier inkluderer også evnen til at arbejde ved lave negative temperaturer.
Opladning af Ni-Cd-celler udføres i jævnstrømstilstand. Du kan udnytte kapaciteten fuldt ud ved at genoplade med et jævnt eller trinvist fald i ladestrømmen. Slutningen af processen styres ved at reducere cellespændingen.
Nikkelmetalhydrid
Designet til at erstatte nikkel-cadmium-batterier. Mange egenskaber og forbrugeregenskaber er højere end Ni-Cd. Det var muligt delvist at slippe af med hukommelseseffekten, øge energiintensiteten med cirka halvanden gang og mindske tendensen til selvafladning. Samtidig blev høj strømeffektivitet bevaret, og omkostningerne forblev omtrent på samme niveau. Miljøproblemet afbødes – batterier produceres uden brug af giftige forbindelser. Men vi skulle betale for dette med en betydeligt reduceret ressource (op til 5 gange) og evnen til at arbejde ved negative temperaturer - kun op til -20 ° C mod -40 ° C for nikkel-cadmium.
Sådanne celler oplades i jævnstrømstilstand. Slutningen af processen styres ved at øge spændingen på hvert element op til 1,37 volt. Den mest gunstige er den pulserende strømtilstand med negative overspændinger. Dette eliminerer virkningerne af hukommelseseffekten.
Li-ion
Lithium-ion-batterier er ved at overtage verden. De fortrænger andre typer batterier fra de områder, hvor situationen virkede urokkelig. Li-ion-celler har praktisk talt ingen hukommelseseffekt (den er til stede, men på et teoretisk niveau), modstår op til 600 ladnings-afladningscyklusser, energiintensiteten er 2-3 gange højere end forholdet mellem kapacitet og vægt af nikkel-metalhydrid batterier.
Tendensen til selvafladning under opbevaring er også minimal, men du skal bogstaveligt talt betale for alt dette - sådanne batterier er meget dyrere end traditionelle. Man kan forvente prisreduktioner med udviklingen af produktionen, som det normalt er tilfældet, men andre iboende ulemper ved sådanne batterier - reduceret strømeffektivitet, manglende evne til at arbejde ved negative temperaturer - vil næppe blive overvundet inden for rammerne af eksisterende teknologier.
Sammen med en øget brandfare hæmmer dette en del brugen Li-ion batterier. Det skal også huskes på, at sådanne elementer er udsat for nedbrydning. Selvom de ikke oplades og aflades, går deres ressource i sig selv til nul efter 1,5 ... 2 års opbevaring.
Den mest gunstige opladningstilstand er i to trin. Først en stabil strøm (med en jævnt stigende spænding), derefter en stabil spænding (med en jævnt faldende strøm). I praksis implementeres anden fase i form af en trinvis reduceret ladestrøm. Endnu oftere består dette trin af et trin - den stabiliserede strøm aftager simpelthen.
Hovedkarakteristika for batterier
Den første parameter, der er opmærksom på, når du vælger et batteri, er dens Nominel spænding. Spændingen af en battericelle bestemmes af de fysisk-kemiske processer, der foregår inde i cellen, og afhænger af batteritypen. En fuldt opladet bank giver ud:
- bly-syre element - 2,1 volt;
- nikkel-cadmium - 1,25 volt;
- nikkelmetalhydrid - 1,37 volt;
- lithium-ion - 3,7 volt.
For at få en højere spænding samles cellerne til batterier. Så for et bilbatteri skal du forbinde 6 blysyredåser i serie for at få 12 volt (mere præcist 12,6 V), og for en 18-volt skruetrækker - 5 lithium-ion-dåser på 3,7 volt hver.
Den anden vigtige parameter er kapacitet. Bestemmer batteriets levetid under belastning. Det måles i ampere-timer (produktet af strøm og tid). Så et batteri med en kapacitet på 3 A⋅h, når det aflades med en strøm på 1 ampere, vil blive afladet på 3 timer, og med en strøm på 3 ampere - på 1 time.
Vigtig! Strengt taget, Batterikapacitet afhænger af strømmen afladning, så produktet af strøm og afladningstid ved forskellige belastningsværdier for et batteri vil ikke være det samme.
Og den tredje vigtige parameter - strømforsyning. Dette er den maksimale strøm, som batteriet kan levere. Det er vigtigt f.eks bilbatteri - bestemmer muligheden for at dreje motorakslen i den kolde årstid. Evnen til at levere høj strøm, hvilket skaber et højt drejningsmoment, er også vigtig, for eksempel for elværktøj. Og for mobile gadgets er denne egenskab ikke så vigtig.
Batteriernes elektriske egenskaber og forbrugerkvaliteter afhænger af deres design og produktionsteknologi. Korrekt brug af batterier betyder at bruge fordelene ved vedvarende kemiske strømkilder og udjævne ulemperne.
Lignende artikler:
