Обхватът на приложение на електрическите батерии е изключително широк. Използват се като източници на електричество в детски играчки, и в електрически инструменти, и като източник на сцепление в електрически превозни средства. За да използвате правилно батериите, трябва да знаете техните свойства, техните силни и слаби страни.
Съдържание
Какво е електрическа батерия и как работи
Електрическа батерия - той е възобновяем източник на електрическа енергия. За разлика от галваничните елементи, след като бъде разреден, той може да бъде зареден отново. По принцип всички батерии са подредени по един и същи начин и се състоят от катод и анод, поставени в електролит.
Материалът на електродите и съставът на електролита могат да бъдат различни и това определя потребителските свойства на батериите и техния обхват.Между катода и анода може да се постави порест диелектричен сепаратор - сепаратор, импрегниран с електролит. Но той определя в по-голямата си част механичните свойства на монтажа и не влияе основно върху работата на елемента.
Като цяло работата на батерията се основава на две енергийни трансформации:
- електрически до химически при зареждане;
- химикал в електрически по време на разреждане.
И двата вида преобразуване се основават на протичането на обратими химични реакции, чийто ход се определя от веществата, използвани в батерията. Така че, в оловно-киселинна клетка, активната част на анода е направена от оловен диоксид, а катодът е направен от метално олово. Електродите са в електролит от сярна киселина. Когато се разрежда на анода, оловният диоксид се редуцира до образуване на оловен сулфат и вода, а оловото на катода се окислява до оловен сулфат. По време на зареждане възникват обратни реакции. В батериите с друг дизайн компонентите реагират различно, но принципът е подобен.
Видове и видове батерии
Потребителските свойства на батериите се определят главно от технологията на тяхното производство. В ежедневието и индустрията най-често се срещат няколко вида батерии.
Оловна киселина
Този тип батерии е изобретен в средата на 19 век и все още има своя собствена ниша на приложение. Неговите предимства включват:
- проста, евтина и десетилетна производствена технология;
- висок изходен ток;
- дълъг експлоатационен живот (от 300 до 1000 цикъла на зареждане-разреждане);
- най-ниският ток на саморазряд;
- няма ефект на паметта.
Има и недостатъци.На първо място, това е ниска специфична енергийна интензивност, което води до увеличаване на размерите и теглото. Има и лоша производителност при ниски температури, особено под минус 20 °C. Проблеми има и с изхвърлянето – оловните съединения са доста токсични. Но тази задача трябва да се адресира за други видове батерии.
Докато оловно-киселинните батерии са оптимизирани до техния оптимум, дори и тук има място за подобрение. Например има AGM технология, според която между електродите се поставя порест материал, импрегниран с електролит. Това не засяга електрохимичните процеси на зареждане и разреждане. По принцип това подобрява механичните характеристики на батериите (устойчивост на вибрации, способност за работа в почти всяка позиция и т.н.) и донякъде повишава безопасността на работа.
Също така забележително предимство е подобрената работа без загуба на капацитет и изходен ток при температури до минус 30 °C. Производителите на AGM батерии твърдят, че са увеличили стартовия ток и ресурс.
Гел батериите са друга модификация на оловно-киселинните батерии. Електролитът се сгъстява до желеобразно състояние. Това постига изключване на изтичане на електролит по време на работа и елиминира възможността за образуване на газове. Но токовият изход е малко намален и това ограничава възможността за използване на гел батерии като стартерни батерии. Обявените чудодейни свойства на такива батерии по отношение на увеличен капацитет и увеличен ресурс са на съвестта на търговците.
Оловно-киселинните батерии обикновено се зареждат в режим на стабилизиране на напрежението. В същото време напрежението на батерията се увеличава и токът на зареждане намалява. Критерият за края на процеса на зареждане е спадът на тока до зададената граница.
Никел-кадмий
Техният век е към своя край, а обхватът постепенно се свива. Основният им недостатък е изразен ефект на паметта. Ако започнете да презареждате ненапълно разредена Ni-Cd батерия, тогава елементът „запомня“ това ниво и капацитетът се определя допълнително от тази стойност. Друг проблем е ниската екологичност. Токсичните кадмиеви съединения създават проблеми с изхвърлянето на такива батерии. Други недостатъци включват:
- висока склонност към саморазреждане;
- относително ниска консумация на енергия.
Но има и плюсове:
- ниска цена;
- дълъг експлоатационен живот (до 1000 цикъла зареждане-разреждане);
- способност за доставяне на висок ток.
Също така, предимствата на такива батерии включват способността да работят при ниски отрицателни температури.
Зареждането на Ni-Cd клетки се извършва в режим на постоянен ток. Можете да използвате напълно капацитета чрез презареждане с плавно или стъпаловидно намаляване на тока на зареждане. Краят на процеса се контролира чрез намаляване на напрежението на клетката.
Никел метал хидрид
Предназначен за замяна на никел-кадмиеви батерии. Много характеристики и потребителски свойства са по-високи от тези на Ni-Cd. Беше възможно частично да се отървете от ефекта на паметта, да увеличите енергийната интензивност с около един и половина пъти и да намалите тенденцията към саморазреждане. В същото време беше запазена висока ефективност на тока и цената остана приблизително на същото ниво. Екологичният проблем е смекчен - батериите се произвеждат без използване на токсични съединения. Но трябваше да платим за това със значително намален ресурс (до 5 пъти) и възможност за работа при отрицателни температури - само до -20 ° C срещу -40 ° C за никел-кадмиеви.
Такива клетки се зареждат в режим на постоянен ток. Краят на процеса се контролира чрез увеличаване на напрежението на всеки елемент до 1,37 волта. Най-благоприятен е режимът на импулсен ток с отрицателни скокове. Това елиминира ефектите от ефекта на паметта.
Li-ion
Литиево-йонните батерии превземат света. Те изместват други видове батерии от онези области, където ситуацията изглеждаше непоклатима. Литиево-йонните клетки практически нямат ефект на памет (той е налице, но на теоретично ниво), издържат до 600 цикъла на зареждане-разряд, енергийната интензивност е 2-3 пъти по-висока от съотношението на капацитета и теглото на никел-металния хидрид батерии.
Тенденцията към саморазреждане по време на съхранение също е минимална, но буквално трябва да плащате за всичко това - такива батерии са много по-скъпи от традиционните. Може да се очаква намаление на цените с развитието на производството, както обикновено се случва, но други присъщи недостатъци на такива батерии - намалена токова ефективност, невъзможност за работа при отрицателни температури - е малко вероятно да бъдат преодолени в рамките на съществуващите технологии.
Наред с повишената опасност от пожар, това донякъде затруднява използването Li-ion батерии. Трябва също да се има предвид, че такива елементи подлежат на деградация. Дори и да не са заредени и разредени, самият им ресурс отива на нула за 1,5 ... 2 години съхранение.
Най-благоприятният режим на зареждане е на два етапа. Първо, стабилен ток (с плавно нарастващо напрежение), след това стабилно напрежение (с плавно намаляващ ток). На практика вторият етап се реализира под формата на стъпаловидно намален заряден ток. Още по-често този етап се състои от един етап - стабилизираният ток просто намалява.
Основни характеристики на батериите
Първият параметър, на който се обръща внимание при избора на батерия, е нейният Номинално напрежение. Напрежението на една акумулаторна клетка се определя от физикохимичните процеси, протичащи вътре в клетката, и зависи от типа батерия. Една напълно заредена банка издава:
- оловно-кисел елемент - 2,1 волта;
- никел-кадмий - 1,25 волта;
- никел метален хидрид - 1,37 волта;
- литиево-йонни - 3,7 волта.
За да се получи по-високо напрежение, клетките се сглобяват в батерии. Така че, за автомобилен акумулатор, трябва да свържете 6 кутии с оловна киселина последователно, за да получите 12 волта (по-точно 12,6 V), а за 18-волтова отвертка - 5 литиево-йонни кутии от 3,7 волта всяка.
Вторият важен параметър е капацитет. Определя живота на батерията при натоварване. Измерва се в ампер-часове (продуктът на тока и времето). Така че батерия с капацитет 3 A⋅h при разреждане с ток от 1 ампер ще се разреди за 3 часа, а с ток от 3 ампера - за 1 час.
Важно! Строго погледнато, Капацитет на батерията зависи от тока разреждане, така че произведението на тока и времето на разреждане при различни стойности на натоварване за една батерия няма да е еднакво.
И третият важен параметър - захранване с ток. Това е максималният ток, който батерията може да достави. Важно е например за автомобилна батерия - определя възможността за завъртане на вала на двигателя през студения сезон. Също така, способността за доставяне на висок ток, създавайки висок въртящ момент, е важна, например, за електрически инструменти. А за мобилните джаджи тази характеристика не е толкова важна.
Електрическите свойства и потребителските качества на батериите зависят от техния дизайн и технология на производство. Правилното използване на батериите означава използване на предимствата на възобновяемите химически източници на енергия и изравняване на недостатъците.
Подобни статии:
