Δημοφιλή είδη μπαταριών

Η συσκευή (με λίγα λόγια), πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Μόλυβδος-οξύ, νικέλιο-κάδμιο, υδρίδιο νικελίου-μετάλλου και μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Η τεχνολογία της μπαταρίας μπήκε αθόρυβα και σταθερά στη ζωή μας. Ασύρματα τηλέφωνα, κινητά τηλέφωνα, ασύρματα ηλεκτρικά εργαλεία, φωτογραφικές μηχανές, διάφορα παιχνίδια ... Εάν όλα αυτά έλαβαν ηλεκτρική ενέργεια μόνο από συνηθισμένο όξινο ή αλκαλικό, τότε ένα σημαντικό μερίδιο του προϋπολογισμού κάθε ρωσικής οικογένειας θα δαπανηθεί για μπαταρίες. Ως εκ τούτου, μπορείτε συχνά να πιάσετε τον εαυτό σας σκέψης: πώς κάναμε ακόμα και χωρίς οικιακές μπαταρίες?

Μπαταρίες - Πρόκειται για ηλεκτροχημικές συσκευές ικανές να αποθηκεύουν και να εκπέμπουν ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, πίσω από έναν τόσο απλό ορισμό βρίσκεται μια μεγάλη ποικιλία σχεδίων και αρχών λειτουργίας διαφόρων μπαταριών. Η εξέλιξη και η τεχνολογική πρόοδος έχουν πληγεί πλήρως και σήμερα υπάρχουν στη βιομηχανία επαναφορτιζόμενες μπαταρίεςικανό να λειτουργεί με μέγιστη ισχύ για κυριολεκτικά χρόνια χωρίς επαναφόρτιση.

Ωστόσο, ο μέσος απλός είναι μόνο εξοικειωμένος με πολλών τύπων μπαταριών. Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τα θέματα αυτά.

Στα συστήματα ηλεκτροκίνησης των οχημάτων μας χρησιμοποιούνται μπαταρίες μολύβδου μίζας. Σύγχρονες μπαταρίες Αυτή η ομάδα δεν απαιτεί συντήρηση. Ο ηλεκτρολύτης σε αυτά είναι ένα διάλυμα θειικού οξέος και τα ενεργά αντιδραστήρια είναι οξείδιο του μολύβδου και μόλυβδος. Κατά τη διάρκεια της απόρριψης, τα αντιδραστήρια μειώνονται στην άνοδο και την κάθοδο για να οδηγήσουν θειικό άλας και ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω του ηλεκτρολύτη. Κατά τη φόρτιση, συμβαίνει αντίστροφη χημική αντίδραση και το ρεύμα ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Οι μπαταρίες αυτοκινήτου ονομάζονται μπαταρίες εκκίνησης επειδή απαιτείται να είναι πρόθυμες να δώσουν ένα μεγάλο αρχικό ρεύμα ακόμη και στις πιο ακραίες συνθήκες, για παράδειγμα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος -30 βαθμούς Κελσίου ή χαμηλότερη.

Οι μπαταρίες εκκίνησης και οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος γενικά απουσιάζουν "Εφέ μνήμης". Αυτό σημαίνει ότι απολύτως δεν ενδιαφέρονται με ποια συχνότητα και σε ποιο βαθμό χρεώνονται, η ικανότητά τους από άνιση και ατελής χρέωση δεν μειώνεται.

Επιπλέον, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος εκφορτίζονται σε ελάχιστο βαθμό, έχουν σχετικά χαμηλό κόστος και μπορούν να αντέξουν μέχρι και χίλιους κύκλους φόρτισης.

Αλλά ταυτόχρονα, οι μπαταρίες εκκίνησης έχουν επίσης μειονεκτήματα. Για παράδειγμα, η χωρητικότητα μιας μπαταρίας μολύβδου, που αναφέρεται σε μια μονάδα όγκου και μάζας, είναι μικρή. Συνεπώς, η μπαταρία μολύβδου δεν μπορεί να καλείται συμπαγής και ελαφριά. Ένα άλλο μειονέκτημα αυτού του τύπου μπαταρίας είναι ο φόβος των βαθιών εκκενώσεων. Το βέλτιστο για μια μπαταρία εκκίνησης θα είναι μια απόρριψη που δεν υπερβαίνει το μισό της χωρητικότητας.

Στις οικιακές και γενικές βιομηχανικές συμπαγείς συσκευές, μέχρι πρόσφατα διατηρήθηκε η απόλυτη ηγεσία στον επιπολασμό μπαταρίες νικελίου καδμίου (Ni-Cd). Αυτές είναι αλκαλικές μπαταρίες, χρησιμοποιούν υδροξείδιο του καλίου ως ηλεκτρολύτη. Και οι δραστικές ουσίες σε αυτές είναι το κάδμιο και το υδροξείδιο του νικελίου (εξ ου και το όνομα).

Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου είναι μοναδικές στη στάση τους έναντι της βαθιάς εκκένωσης. Τους αρέσει και έχει ευεργετική επίδραση στην ικανότητα και στον αριθμό των πιθανών κύκλων επαναφόρτισης. Γενικά, μια μπαταρία νικελίου-καδμίου είναι καλή επειδή είναι σε θέση να δουλεύει με σταθερή ισχύ σε όλο τον κύκλο εκφόρτισης, παράγοντας το ίδιο ρεύμα.

Όπως και οι μπαταρίες μολύβδου, οι μπαταρίες νικελίου και καδμίου μπορούν να αντέξουν τις αλλαγές θερμοκρασίας και είναι έτοιμες για μεγάλο αριθμό κύκλων επαναφόρτισης.

Το κόστος των μπαταριών νικελίου-καδμίου είναι ελαφρώς υψηλότερο από το κόστος των μπαταριών μολύβδου, αλλά δεν μπορούμε να πούμε ότι οι πρώτες είναι ιδιαίτερα δαπανηρές.

Το κύριο μειονέκτημα των μπαταριών νικελίου-καδμίου είναι το έντονο φαινόμενο μνήμης. Επομένως, τέτοιες μπαταρίες είναι πολύ επιβλαβείς για να διατηρούν συνεχώς "φορτίο" και να μην εκφορτίζονται πλήρως. Δεν πρέπει να λησμονούμε ότι το κάδμιο είναι ένα δηλητήριο, εξαιτίας του οποίου ενδέχεται να υπάρχουν κάποιες δυσκολίες κατά τη διάθεση των μπαταριών νικελίου-καδμίου.

Για την επίλυση του προβλήματος της τοξικότητας του καδμίου και την επίτευξη υψηλότερων επιχειρησιακών χαρακτηριστικών αναπτύχθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 80 του περασμένου αιώνα επαναφορτιζόμενες μπαταρίες υδριδίου μετάλλων νικελίου (Ni-Mh). Η διαφορά μεταξύ αυτών των μπαταριών και των μπαταριών νικελίου-καδμίου είναι ότι η κάθοδος τους περιέχει απορροφημένο υδρογόνο (διαμεταλλικό). Οι μπαταρίες νικελίου-μετάλλου υδριδίου είναι λιγότερο επιρρεπείς στο "φαινόμενο μνήμης", έχουν υψηλότερη ειδική χωρητικότητα.

Αλλά ταυτόχρονα, αυτές οι μπαταρίες έχουν υψηλότερο κόστος από τις μπαταρίες καδμίου, είναι σε θέση να αντέξουν λιγότερους κύκλους φόρτισης και εκκένωσης και δεν είναι σε θέση να δώσουν μεγάλα ρεύματα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Λόγω αυτών των ελλείψεων, οι μπαταρίες μεταλλικού υδριδίου δεν κατάφεραν να ανταγωνιστούν τις μπαταρίες καδμίου.

Ένα από τα πιο προηγμένα και, ταυτόχρονα, δημοφιλή είδη μπαταριών είναι μπαταρίες ιόντων λιθίου. Από την πλευρά τους είναι και το μικρό βάρος, και ένας μεγάλος πόρος, καθώς και η απουσία ενός "εφέ μνήμης" και αυτοεκφόρτωσης.

Συσκευή μπαταρίας ιόντων λιθίου πολύ περίπλοκη: η κάθοδος είναι κατασκευασμένη από γραφίτη και η άνοδος είναι κατασκευασμένη από κοβάλτιο ή μαγγάνιο. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της μπαταρίας, το οξείδιο του λιθίου είναι εναλλάξ είτε στο θετικό είτε στο αρνητικό ηλεκτρόδιο.

Για να τα μειονεκτήματα των μπαταριών ιόντων λιθίου μπορεί να αποδοθεί, πρώτον, το υψηλό κόστος τους. Μπορείτε να προσθέσετε σε αυτό ένα μικρό εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας. Ωστόσο, αυτές οι αδυναμίες δεν μπορούν να θεωρηθούν σημαντικές και η παραγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου συνεχώς αυξάνεται. Επιπλέον, πιο σύγχρονοι τύποι μπαταριών, όπως το πολυμερές λιθίου, δεν έχουν ακόμη διαδοθεί.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τους πιο σύγχρονους τύπους μπαταριών εδώ:

Μπαταρίες ιόντων λιθίου

Μπαταρίες γέλης

Υπόσχετες τεχνολογίες:

Μπαταρίες αλουμινίου

Μπαταρίες άνθρακα

Μπαταρίες Graphene

Αλέξανδρο Μόλοκοφ

Comments

[#1]

Στο Ni-MH, το διαμεταλλικό είναι μια άνοδος, όχι μια κάθοδος. Κάθοδος οξείδιο του νικελίου.

[#3]

Συσκευή για την τρέχουσα συντήρηση (αποθείωση) των μπαταριών που λειτουργούν.

Η μπαταρία αντιμετώπισε το πρόβλημα της θείωσης πριν από μερικά χρόνια, ο κινητήρας ντίζελ του αυτοκινήτου μου άρχισε να κρυώνει με κρύο. Με μια φορτισμένη μπαταρία, ο εκκινητής περιστρέφεται, αλλά με κάποιο τρόπο υποτονική. Κοίταξα μέσα από τα υλικά του συντελεστή μπαταρίας (με τον ακατανόητο παλμογράφο), το σχήμα της Valraven (μια καλή ιδέα, αλλά μια αναλφάβητη τεχνική λύση) κλπ. Ένιωσα την ιδέα ενεργοποίησης της διαδικασίας αποθείωσης από παλμούς ρεύματος με απότομες ακμές. Συναρμολόγησα ένα απλό κύκλωμα σε ένα breadboard, το έβαλα σε μια μπαταρία για τη νύχτα και ξεκίνησα το αυτοκίνητο χωρίς προβλήματα το πρωί. T.O. Έφτασα στο τέλος της σεζόν (δεν πάω το χειμώνα), πήγα άνοιξη-καλοκαίρι χωρίς προβλήματα και το φθινόπωρο πήρα μια νέα μπαταρία, επεκτείνοντας τη ζωή των παλαιών έξι ετών για ένα χρόνο. Ήρθε στα συμπεράσματα: 1- Η συσκευή είναι αποτελεσματική, αλλά αδύναμη για θεραπεία. 2- πρόληψη αποθείωσης είναι απαραίτητη, borzh πρέπει να είναι μεθυσμένος εγκαίρως. Διάστρεψα το TD για να επαναλάβω τη συσκευή για την οποία μιλούσα, ο καθένας μπορεί να μην είναι τεμπέλης, όλα τα εξαρτήματα δεν είναι σε σύντομο χρονικό διάστημα. Κοιτάξτε

[#4 τιτ]

Το άρθρο δεν είναι κακό.Τίποτα όμως δεν λέγεται για το μόλυβδο VRLA AGM και τις μπαταρίες γέλης, οι οποίες χρησιμοποιούνται αρκετά συχνά στην καθημερινή ζωή (για παράδειγμα, για συστήματα με συστοιχίες αναστροφέων ή UPS για λέβητες ..)
Και παρεμπιπτόντως, το νικέλιο-κάδμιο είναι σήμερα 2-3 φορές ακριβότερο από το μόλυβδο.

[#5 Anton]

Εφέ μνήμης ιόντων λιθίου

Ερευνητές στο Ελβετικό Ινστιτούτο του Paul Scherrer, μαζί με τους συνεργάτες του από την Toyota Research στην Ιαπωνία, διαπίστωσαν ότι ο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος μπαταριών ιόντων λιθίου εξακολουθεί να υπόκειται σε αρνητικό "φαινόμενο μνήμης".

Όπως έδειξε η μελέτη, οι συχνές κύκλοι ατελούς φόρτισης και επακόλουθης εκφόρτισης οδηγούν στην εμφάνιση ξεχωριστών "μικροεπιδράσεων της μνήμης", οι οποίες στη συνέχεια συνοψίζονται. Αυτό συμβαίνει επειδή η λειτουργία της μπαταρίας είναι η απελευθέρωση και η επανάκτηση ιόντων λιθίου, η δυναμική των οποίων απέχει πολύ από τη βέλτιστη κατάσταση στην περίπτωση ατελούς φόρτισης.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, τα ιόντα λιθίου αφήνουν σωματίδια σιδηροφωσφορικού λιθίου, το μέγεθος των οποίων είναι δεκάδες μικρόμετρα, το ένα μετά το άλλο. Το υλικό της καθόδου αρχίζει να χωρίζεται σε σωματίδια με διαφορετικά περιεχόμενα λιθίου.

Η φόρτιση της μπαταρίας συμβαίνει σε σχέση με το αυξανόμενο ηλεκτροχημικό δυναμικό. Σε ένα συγκεκριμένο σημείο, φτάνει την οριακή τιμή του. Αυτό οδηγεί σε επιτάχυνση της απελευθέρωσης των υπόλοιπων ιόντων λιθίου από το υλικό καθόδου, αλλά δεν αλλάζουν πλέον η συνολική τάση της μπαταρίας.

Εάν δεν είναι πλήρως φορτισμένο, τότε ένας ορισμένος αριθμός σωματιδίων κοντά στην κατάσταση των ορίων θα παραμείνει στην κάθοδο. Πραγματικά έφτασαν στο φράγμα απελευθέρωσης ιόντων λιθίου, αλλά δεν κατάφεραν να το ξεπεράσουν.

Κατά την εκκένωση, τα ελεύθερα ιόντα λιθίου έχουν την τάση να επιστρέφουν στη θέση τους και να ανασυνδυάζονται με ιόντα σιδηροφωσφορικών. Ωστόσο, στην επιφάνεια της καθόδου, πληρούνται επίσης από σωματίδια στην οριακή κατάσταση που ήδη περιέχουν λίθιο. Η ανασύσταση παρεμποδίζεται και η μικροδομή του ηλεκτροδίου διαταράσσεται.

Επί του παρόντος, εξετάζονται δύο τρόποι επίλυσης του προβλήματος: να γίνουν αλλαγές στους αλγορίθμους του συστήματος διαχείρισης μπαταριών και να αναπτυχθούν κάθοδοι με αυξημένη επιφάνεια.