Akumulators , elektroenerģijā un elektroķīmijā jebkura no ierīču klasēm, kas ķīmisko enerģiju pārvērš tieši elektriskajā enerģijā. Kaut arī termins akumulatoru , stingri lietojot, apzīmē divu vai vairāku galvanisko elementu bloku, kas uz to spēj enerģijas pārveidošana , to parasti lieto vienai šāda veida šūnai.
sārma-mangāna dioksīda akumulators: griezuma skats Sārma – mangāna dioksīda spēka elementa griezuma skats. Enciklopēdija Britannica, Inc.
Katrā akumulatorā (vai šūnā) ir katods vai pozitīvā plāksne un anoda vai negatīvā plāksne. Šie elektrodi ir jāatdala un bieži tiek iegremdēti elektrolītā, kas ļauj joniem pāriet starp elektrodiem. Elektrodu materiāli un elektrolīts tiek izvēlēti un sakārtoti tā, lai būtu pietiekami elektromotors (mērīts volti ) un elektriskā strāva (mērot ampēros) var izveidot starp akumulatora spailēm, lai darbinātu gaismas, mašīnas vai citas ierīces. Tā kā elektrodā ir tikai ierobežots skaits ķīmiskās enerģijas vienību, kas pārveidojama par elektrisko enerģiju, no tā izriet, ka noteikta lieluma akumulatoram ir tikai noteikta spēja darbināt ierīces un galu galā tas tiks izsmelts. Akumulatora aktīvās daļas parasti ir ievietotas kastē ar vāka sistēmu (vai apvalku), kas uztur gaisu ārpusē un elektrolīta šķīdinātāju iekšpusē un nodrošina struktūru montāžai.
elektroķīmiskā šūna: pamatkomponenti Elektroķīmiskās šūnas pamatkomponenti. Enciklopēdija Britannica, Inc.
Komerciāli pieejamās baterijas ir izstrādātas un izgatavotas, ņemot vērā tirgus faktorus. Materiālu kvalitāte un elektrodu un konteineru dizaina sarežģītība ir atspoguļota tirgus cenā, kas tiek pieprasīta jebkuram konkrētam produktam. Atklājot jaunus materiālus vai uzlabojot tradicionālo materiālu īpašības, pat vecāku akumulatoru sistēmu tipiskais sniegums dažkārt palielinās par lieliem procentiem.
Baterijas ir sadalītas divās vispārējās grupās: (1) primārās baterijas un (2) sekundārās jeb uzglabāšanas baterijas. Primārās baterijas ir paredzētas lietošanai, līdz spriegums ir pārāk zems, lai darbotos ar konkrēto ierīci, un pēc tam tiek izmesti. Sekundārajām baterijām ir daudz īpašu dizaina iezīmju, kā arī īpaši materiāli elektrodiem, kas ļauj tās atjaunot (uzlādēt). Pēc daļējas vai pilnīgas izlādes tos var uzlādēt, izmantojot līdzstrāvas (līdzstrāvas) spriegumu. Lai gan sākotnējais stāvoklis parasti netiek pilnībā atjaunots, zaudējumi vienā uzlādes ciklā komerciālās baterijās ir tikai neliela 1% daļa pat dažādos apstākļos.
ko nozīmē pussabrukšanas periods
Elektroķīmiskās šūnas anods parasti ir metāls, kas tiek oksidēts (atmet elektronus) ar potenciālu starp 0,5 volts un aptuveni 4 volti virs katoda. Katods parasti sastāv no metāla oksīda vai sulfīda, kas tiek pārveidots par mazāk oksidētu stāvokli, pieņemot elektronus kopā ar joniem tā struktūrā. Jānodrošina vadoša saite caur ārēju ķēdi (piemēram, lampu vai citu ierīci), kas elektronus nogādā no anoda uz negatīvo akumulatora kontaktu. Jābūt arī pietiekamam daudzumam elektrolīta. Elektrolīts sastāv no šķīdinātāja (ūdens, organisks šķidrums vai pat cieta viela) un vienas vai vairāku ķīmisku vielu, kas šķīdinātājā disociējas jonos. Šie joni kalpo elektronu un ķīmisko vielu piegādei caur šūnas iekšpusi, lai līdzsvarotu elektriskās strāvas plūsmu ārpus šūnas šūnas darbības laikā.
Akumulatora lietderību ierobežo ne tikai jauda, bet arī tas, cik ātri no tā var iegūt strāvu. Elektrolīta šķīdumam izvēlētajiem sāls joniem jāspēj pietiekami ātri pārvietoties pa šķīdinātāju, lai starp elektrodiem pārvadātu ķīmisko vielu, kas ir vienāda ar elektriskā pieprasījuma ātrumu. Tādējādi akumulatora darbību ierobežo difūzija iekšējo ķīmisko vielu likmes, kā arī pēc jaudas.
Atsevišķas šūnas spriegums un difūzijas ātrums tās iekšienē tiek samazināts, ja temperatūra tiek pazemināts no atskaites punkta, piemēram, 21 ° C (70 ° F). Ja temperatūra nokrītas zem elektrolīta sasalšanas punkta, šūna parasti rada ļoti maz noderīgas strāvas un faktiski var mainīt iekšējos izmērus, kā rezultātā iekšējie bojājumi un pasliktinās veiktspēja pat pēc tam, kad tā atkal ir iesildījusies. Ja temperatūra tiek apzināti paaugstināta, var panākt ātrāku izlādi, taču tas parasti nav ieteicams, jo akumulatora ķīmiskās vielas var iztvaikot vai spontāni reaģēt savā starpā, izraisot agru atteici.
Šūnu elektroķīmiskās darbības pamatsakarības, ko izvirzījis angļu fiziķis-ķīmiķis Maikls Faradejs 1834. gadā ir tas, ka katrai ampērai, kas plūst uz noteiktu laiku, ir jāveic atbilstoša ķīmiskā reakcija vai citas izmaiņas. Šādu izmaiņu apjoms ir atkarīgs no elementu molekulārās un elektroniskās struktūras kas veido akumulatora elektrodus un elektrolītu. Var notikt arī sekundāras izmaiņas, taču elektrodam, lai ražotu elektrību, pie elektrodiem jānotiek primāri teorētiski atgriezenisku reakciju pārim. Faktisko akumulatora radīto enerģiju mēra pēc saražoto ampēru skaita × laika vienība × vidējais spriegums šajā laikā. Šūnā ar cinka un mangāna dioksīda elektrodiem (piemēram, parastā lukturīša sausā šūna) ir konstatēts, ka cinka ķīmiskais ekvivalents sver 32,5 gramus (1,4 unces) un mangāna dioksīdu aptuveni 87 gramus (3,1 unces). Izlādējot vienu ekvivalentu svaru no šiem elektrodiem, 32,5 grami cinka izšķīst un 87 grami mangāna dioksīda mainīsies citā oksīdā, kas satur vairāk ūdeņraža un cinka jonu. Daļa elektrolīta arī tiks patērēta reakcijā. Viens katra elektroda ķīmiskais ekvivalents rada vienu faraday jeb 96 485 kulonas strāvu, kas vienāda ar 26,8 ampēriem stundā. Ja šūnas darbojas vidēji 1,2 volti , tas dotu 32,2 vatu stundas līdzstrāvas enerģiju. Izteikts citā veidā, kur n ir vienāds ar izvadīto ķīmisko ekvivalentu skaitu, F ir Faradejas konstante (9,6485 × 104kulonas uz molu), V ir šūnas vidējais (ne vienmēr nemainīgais) spriegums izlādes periodā, un džouls ≅ 2,78 × 10−4vatstundas.
lukturīšu baterijas Baterijas, kas nodrošina lukturīša strāvu. Enciklopēdija Britannica, Inc.
Ir liels skaits elementu un savienojumi no kuriem izvēlēties potenciāli noderīgas bateriju kombinācijas. Tirdzniecības sistēmas, kas parasti tiek izmantotas, ir pārdzīvojušie daudzos testos, kur turpmāka lietošana ir atkarīga no atbilstoša sprieguma, lielas strāvas pārneses jaudas, zemu izmaksu materiāliem un tolerances pret lietotāju nevērību. Labāka blīvēšanas tehnoloģija un plastmasa ļauj turpināt attīstīt visas šūnu sistēmas, īpaši tās, kurās anodam tiek izmantots ļoti aktīvs litijs. Šī situācija ir devusi komerciālas šūnas ar 3,9 voltu slodzi un ļoti augstu strāvas pārneses spēju.
Bateriju ražotāji ir izstrādājuši daudz dažādu izmēru, spriegumu un strāvas slodzes dažādām specializētām lietojumprogrammām. Parastu sadzīves bateriju gadījumā ( redzēt tabulu), standarta izmērus un elektriskās īpašības ir noteikušas Amerikas Nacionālais standartu institūts (ANSI) un Starptautiskā elektrotehniskā komisija (IEC). Visizplatītākie izmēri, kas norādīti formā ANSI (IEC), ir AAA (R03), AA (R6), C (R14), D (R20) un 9V (6F22).
Primārās baterijas | |||
---|---|---|---|
tips | ķīmija | izmēri un parastās lietojumprogrammas | Iespējas |
cinka ogleklis (Leclanché) | cinka sakausējuma anoda-mangāna dioksīda katods ar elektrolītu maisījumu, kurā 80% amonija hlorīda un 20% cinka hlorīda ir ap oglekļa stieņa elektrodu; 1,55 volti vienā šūnā, samazinoties lietošanai | visplašākais izmēru, formu un ietilpības diapazons (ieskaitot visas galvenās cilindriskās un taisnstūrveida jakas); izmanto tālvadības pultīs, lukturīšos, portatīvajos radioaparātos | lēts un viegls; zems enerģijas blīvums; ļoti slikta lietošanai ar lielu drenāžu; slikta veiktspēja zemā temperatūrā; cinka sakausējumā esošā toksiskā dzīvsudraba un kadmija iznīcināšanas bīstamība |
cinka hlorīds | cinka anoda-mangāna dioksīda katods ar cinka hlorīda elektrolītu; 1,55 volti vienā šūnā, samazinoties lietošanai | plašs cilindrisku un taisnstūrveida jaku klāsts; izmanto motorizētās rotaļlietās, kasešu un kompaktdisku atskaņotājos, lukturīšos, portatīvajos radioaparātos | parasti apzīmēts kā “lieljaudas”; mazāks sprieguma kritums pie lielākiem notekas ātrumiem un zemākām temperatūrām nekā cinka ogleklis; parasti 2–3 reizes ilgāks par cinka-oglekļa bateriju kalpošanas laiku; videi nekaitīgi |
Sārmains | |||
cinka-mangāna dioksīds | cinka anoda-mangāna dioksīda katods ar kālija hidroksīda elektrolītu; 1,55 volti uz šūnu | plašs cilindrisku un taisnstūrveida jaku klāsts; vislabāk izmantot motorizētās rotaļlietās, kasešu un kompaktdisku atskaņotājos | ilgs glabāšanas laiks; izturīgs pret noplūdi; vislabākais sniegums pie smagām slodzēm; 4–10 reizes ilgāks par cinka-oglekļa bateriju kalpošanas laiku |
cinka-sudraba oksīds | cinka anoda-sudraba oksīda katods ar kālija hidroksīda elektrolītu; 1,55 volti uz šūnu | pogu baterijas; izmanto dzirdes aparātos, pulksteņos, kalkulatoros | augsts enerģijas blīvums; ilgs glabāšanas laiks; dārga |
cinks-gaiss | cinka anoda-skābekļa katods ar kālija hidroksīda elektrolītu | cilindriskas, 9 voltu, pogu un monētu jakas; izmanto dzirdes aparātos, peidžeros, pulksteņos | augstākais enerģijas blīvums no visām vienreizlietojamām baterijām; praktiski neierobežots glabāšanas laiks; videi nekaitīgi |
Litijs | |||
litija-dzelzs sulfīds | litija anoda-dzelzs sulfīda katods ar organisko elektrolītu; 1,6 volti šūnā | cilindriskas un pogu baterijas; izmanto digitālajās kamerās, mazās ierīcēs | augsts enerģijas blīvums; atbalsta augstu izlādes līmeni; ilgs glabāšanas laiks; dārga |
litija-mangāna dioksīds | litija anoda-mangāna dioksīda katods ar organisko elektrolītu; 2,8–3,2 volti šūnā | cilindriskas un pogu baterijas; izmanto digitālajās kamerās, mazās ierīcēs | augsts enerģijas blīvums; atbalsta augstu izlādes līmeni; ilgs glabāšanas laiks; dārga |
Sekundārās (uzlādējamās) baterijas | |||
tips | ķīmija | izmēri un parastās lietojumprogrammas | Iespējas |
svina-skābe | svina anoda-svina dioksīda katods ar sērskābes elektrolītu | plašs izmēru klāsts; izmanto automašīnās, ratiņkrēslos, bērnu elektriskajos transportlīdzekļos, avārijas barošanas avotos | lētākais un smagākais akumulators; gara dzīve; nav atmiņas efekta; plašs izlādes ātrumu diapazons |
Sārmains | |||
niķeļa-kadmija | kadmija anoda-niķeļa dioksīda katods ar kālija hidroksīda elektrolītu | parastās cilindriskās jakas; izmanto elektroinstrumentos, bezvadu telefonos, biomedicīnas iekārtās | lielisks sniegums smagā izlādē; gandrīz nemainīgs spriegums; vislabākais uzlādējamā cikla mūžs; atmiņas efekts dažos; kadmijs ir ļoti toksisks un kancerogēns, ja to nepareizi pārstrādā |
niķeļa-metāla hidrīds | lantanīda vai niķeļa sakausējuma anoda-niķeļa dioksīda katods ar kālija hidroksīda elektrolītu | dažas cilindriskas jakas; izmanto dūmu signalizācijā, elektroinstrumentos, mobilajos tālruņos | augsts enerģijas blīvums; labs sniegums smagā izlādē; gandrīz nemainīga 1,2 voltu izlāde; nav atmiņas efekta; videi nekaitīgi |
Litijs | |||
litija jons | oglekļa anoda-litija kobalta dioksīda katods ar organisko elektrolītu | lielākā daļa cilindrisko jaku; izmanto mobilajos telefonos, portatīvajos datoros | lielāks enerģijas blīvums un īsāks kalpošanas laiks nekā niķeļa-kadmijam; dārgs; nav atmiņas efekta |
Copyright © Visas Tiesības Aizsargātas | asayamind.com