Batterier - Typer og arbejde

Batterier er den mest almindelige strømkilde til basale håndholdte enheder til store industrielle applikationer. Et batteri kan defineres, da det er en kombination af en eller flere elektrokemiske celler, der er i stand til at konvertere lagret kemisk energi til elektrisk energi.

Arbejde med batteri:

Et batteri er en enhed, der består af forskellige voltaiske celler. Hver voltaisk celle består af to halvceller, der er forbundet i serie med en ledende elektrolyt, der holder anioner og katteioner. En halvcelle indbefatter elektrolyt og elektroden, hvortil anioner bevæger sig, dvs. anoden eller den negative elektrode, den anden halvcelle indbefatter elektrolyt, og elektroden, hvortil kationer bevæger sig, dvs. katoden eller den positive elektrode.

I redoxreaktionen, der driver batteriet, sker der reduktion til kationer ved katoden, mens oxidation sker til anioner ved anoden. Elektroderne berører ikke hinanden, men er elektrisk forbundet med elektrolytten. For det meste har halvcellerne forskellige elektrolytter. Alt taget i betragtning hver halve celle er lukket i en beholder og en separator, der er porøs over for ioner, men ikke størstedelen af ​​elektrolytterne forhindrer blanding.

Arbejde med batteri

Hver halvcelle har en elektromotorisk kraft (Emf), bestemt af dens kapacitet til at drive elektrisk strøm fra det indre til det ydre af cellen. Cellenes netto-emf er forskellen mellem emf af dens halvceller. På denne måde, hvis elektroderne har emf, og med andre ord, er netto emf forskellen mellem reduktionspotentialerne for halvreaktionerne.

Hvordan vedligeholdes batteriet?

For at holde batteriet i god stand er det nødvendigt at udjævne batteriet. På grund af aldring oplades ikke alle celler ens, og nogle celler accepterer opladning ekstremt hurtigt, mens andre oplades gradvist. Udligning kan gøres ved at lade batteriet marginalt over for at lade de svagere celler også oplade helt. Terminalens spænding på et fuldt opladet batteri er 12V, bilbatteriet viser 13,8V i sine terminaler, mens et 12 volt rørformet batteri viser 14,8V. Bilbatteriet skal sidde fast i køretøjet for at undgå rystelser. Inverterbatteri skal placeres på en træplank, hvis det er muligt.

2 typer batterier

1) Primære batterier:

Som navnet antyder, er disse batterier beregnet til engangsbrug. Når disse batterier er brugt, kan de ikke genoplades, da enhederne ikke er lette at vende om, og aktive materialer muligvis ikke vender tilbage til deres originale form. Batteriproducenter anbefaler mod genopladning af primære celler.

Nogle af eksemplerne på engangsbatterierne er de normale AA-, AAA-batterier, som vi bruger til vægure, fjernsynsfjernbetjening osv. Et andet navn på disse batterier er engangsbatterier.

Typer Batteri

2) Sekundære batterier:

Sekundære batterier kaldes også genopladelige batterier. Disse batterier kan bruges og genoplades samtidigt. De samles normalt med aktive materialer med aktive i afladet tilstand. Genopladelige batterier genoplades ved at anvende elektrisk strøm, som vender de kemiske reaktioner, der opstår under afladningen. Opladere er enheder, der leverer den krævede strøm.

Nogle eksempler på disse genopladelige batterier er de batterier, der bruges i mobiltelefoner, MP3-afspillere osv. Enheder som høreapparater og armbåndsure bruger miniatureceller, og på steder som telefoncentraler eller computerdatacentre anvendes der større batterier.

Sekundære batterier

Typer af sekundære (genopladelige) batterier:

SMF, blysyre, Li og Nicd

SMF batteri:

SMF er en forseglet vedligeholdelsesfrit batteri, designet til at tilbyde pålidelig, ensartet og lav vedligeholdelseseffekt til UPS-applikationer. Disse batterier kan være underlagt dyb cyklusapplikationer og minimal vedligeholdelse i landdistrikter og strømunderskudsområder. Disse batterier fås fra 12V.

I dagens informative verden kan man ikke overse kravet om, at batterisystemer er designet til at gendanne vigtige kvalificerede data og information og køre grundlæggende instrumenter til den ønskede varighed. Batterier kræves for at levere øjeblikkelig strøm. Upålidelige og ringere batterier kan resultere i tab af data- og udstyrsnedlukninger, som kan koste virksomheder betydelige økonomiske tab. Derefter kræver UPS-segmenterne brug af et pålideligt og gennemprøvet batterisystem.

SMF batteri

Lithium (Li) batteri:

Vi bruger det alle i bærbare enheder såsom mobiltelefon, en bærbar computer eller et elværktøj. Litiumbatteriet har været en af ​​de største bedrifter inden for bærbar strøm i det sidste årti med brug af lithiumbatterier, vi har været i stand til at skifte fra sort og hvid mobil til farvemobiler med yderligere funktioner som GPS, e-mail-alarmer osv. Disse er de høje energitæthedspotentiale enheder til højere kapacitet. Og relativt lave selvafladningsbatterier. Også specielle celler kan give meget høj strøm til applikationer såsom elværktøj.

Li-batteri

Nikkel cadmium (Nicd) batteri:

Nickel Cadmium-batterierne har den fordel, at de genoplades mange gange og har et relativt konstant potentiale under afladning og har mere elektrisk og fysisk modstandsdygtighed. Dette batteri bruger nikkeloxid til katoden, en cadmiumforbindelse til anode- og kaliumhydroxidopløsning som elektrolyt.

Når batteriet oplades, omdannes den kemiske sammensætning af katoden, og nikkelhydroxidet skifter til NIOOH. I anoden finder dannelse af cadmiumioner sted fra cadmiumhydroxid. Når batteriet aflades, reagerer cadmium med NiOOH for at danne nikkelhydroxid og cadmiumhydroxid.

Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Blybatteri:

Blybatterier anvendes i vid udstrækning i biler, invertere, backup-strømsystemer osv. I modsætning til rørformede og vedligeholdelsesfrie batterier kræver blybatterier korrekt pleje og vedligeholdelse for at forlænge levetiden. Blybatteriet består af en række plader, der holdes nedsænket i svovlsyreopløsning. Pladerne har gitre, hvorpå det aktive materiale er fastgjort. Pladerne er opdelt i positive og negative plader. De positive plader holder rent bly som det aktive materiale, mens blyoxid er fastgjort på de negative plader.

Blybatteri

Et fuldt opladet batteri kan aflade sin strøm, når det er tilsluttet en belastning. Under afladningsprocessen kombineres svovlsyre med de aktive materialer på de positive og negative plader, hvilket resulterer i dannelsen af ​​blysulfat. Vand er det vigtigste trin i vedligeholdelsen af ​​et blysyrebatteri. Hyppigheden af ​​vand afhænger af brug, opladningsmetode og driftstemperatur. Under processen reagerer hydrogenatomer fra svovlsyre med ilt til dannelse af vand.

Dette resulterer i frigivelse af elektroner fra de positive plader, som vil blive accepteret af de negative plader. Dette fører til dannelsen af ​​et elektrisk potentiale over batteriet. Elektrolytten i blybatteriet er en blanding af svovlsyre og vand, der har en specifik tyngdekraft. Specifik tyngdekraft er vægten af ​​syre-vand-blandingen sammenlignet med det samme vandvolumen. Den specifikke tyngdekraft for rent ionfrit vand er 1.

Bly-syrebatterierne giver den bedste værdi for strøm og energi pr. Kilowatt-time har den længste livscyklus og en stor miljømæssig fordel ved, at de genbruges i en ekstraordinær høj hastighed. Ingen anden kemi kan røre ved den infrastruktur, der findes til opsamling, transport og genbrug af blybatterier.

Sammen med denne artikel diskuteres lithiumionbatterier med sine fordele og ulemper.

Brug af lithium - ionbatteri

Lithium-ion-batterier er nu populære i de fleste elektroniske bærbare enheder som mobiltelefon, bærbar computer, digitalkamera osv. På grund af deres langvarige strømeffektivitet. Disse er de mest populære genopladelige batterier med fordele som bedste energitæthed, ubetydeligt opladningstab og ingen hukommelseseffekt. Li-ion-batteri bruger lithiumioner som opladningsbærere, der bevæger sig fra den negative elektrode til den positive elektrode under afladning og tilbage under opladning. Under opladning tilfører den eksterne strøm fra opladeren en overspænding end den i batteriet. Dette tvinger strømmen til at passere i omvendt retning fra den positive til den negative elektrode, hvor lithiumionerne bliver indlejret i det porøse elektrodemateriale gennem en proces kaldet Intercalation. Li-ionerne passerer gennem den ikke vandige elektrolyt og en skillemembran. Elektrodematerialet er interkaleret lithiumforbindelse.

Li-ion-batteriets negative elektrode består af kulstof, og den positive elektrode er et metaloxid. Det mest almindeligt anvendte materiale i den negative elektrode er grafit, mens det i den positive elektrode kan være lithiumcobaltoxid, lithiumionphosphat eller lithiummanganoxid. Lithiumsalt i et organisk opløsningsmiddel anvendes som elektrolyt. Elektrolytten er typisk en blanding af organiske carbonater som Ethylencarbonat eller Diethylcarbonat indeholdende lithiumioner. Elektrolytten bruger anionsalte som lithiumhexafluorphosphat, lithiumhexafluorarsenatmonohydrat, lithium pr. Chlorat, lithiumhexafluorborat osv. Afhængig af det anvendte salt varierer batteriets spænding, kapacitet og levetid. Rent lithium reagerer kraftigt med vand til dannelse af lithiumhydroxid og hydrogenioner. Så den anvendte elektrolyt er ikke vandigt organisk opløsningsmiddel. Den elektrokemiske rolle af elektroderne ladning mellem anode og katode afhænger af retningen af ​​strømmen.

Li-ion-batterireaktion

I Li-Ion-batteriet kan begge elektroder acceptere og frigive lithiumioner. Under interkalationsprocessen bevæger lithiumionerne sig ind i elektroden. Under den omvendte proces kaldet de intercalation bevæger lithiumionerne sig tilbage. Under afladningen ekstraheres de positive lithiumioner fra de negative elektroder og indsættes i den positive elektrode. Under opladningsprocessen finder den omvendte bevægelse af lithiumioner sted.

Fordele ved lithium - ionbatteri:

Lithium-ion-batterier overgår NiCd-batterier og andre sekundære batterier. Nogle af fordelene er

• Letvægt sammenlignet med andre batterier af samme størrelse
• Fås i forskellige former inklusive flad form
• Høj åben kredsløbsspænding, der øger effektoverførslen ved lav strøm
• Mangel på hukommelseseffekt.
• Meget lav selvudladningshastighed på 5-10% pr. Måned. Selvudladning er omkring 30% i NiCd- og NiMh-batterier.
• Miljøvenligt batteri uden noget frit lithiummetal

Men sammen med fordelene, ligesom andre batterier, har Li-Ion-batteriet også nogle ulemper.

Ulemper ved Li-Ion-batteri:

• Aflejringerne inde i elektrolytten over tid vil hæmme strømmen af ​​ladning. Dette øger batteriets interne modstand, og cellens kapacitet til at levere strøm falder gradvist.
• Høj opladning og høj temperatur kan føre til tab af kapacitet
• Når det er overophedet, kan Li-Ion-batteriet lide termisk løb væk og cellebrud.
• Dyb afladning kan kortslutte Li-Ion-batteriet. For at forhindre dette har nogle fabrikanter internt nedlukningskredsløb, der lukker batteriet, når dets spænding er over det sikre niveau på 3 til 4,2 volt. I dette tilfælde, når batteriet ikke bruger i lang tid, vil det interne kredsløb forbruge strøm og dræne batteriet under dets nedlukningsspænding. Så at oplade sådanne batterier er normale opladere ikke nyttige.