Patareid - tüübid ja töö

Proovige Meie Instrumenti Probleemide Kõrvaldamiseks





Patareid on kõige tavalisem toiteallikas põhiliste pihuarvutite jaoks suuremahulistes tööstuslikes rakendustes. Aku võib määratleda, kuna see on ühe või mitme elektrokeemilise elemendi kombinatsioon, mis on võimeline muundama salvestatud keemilise energia elektrienergiaks.

Aku



Aku töö:

Aku on seade, mis koosneb erinevatest elektriakudest. Iga voltaalkest koosneb kahest poolest elemendist, mis on järjestikku ühendatud anioone ja kassioone hoidva juhtiva elektrolüüdiga. Üks poolelement sisaldab elektrolüüdi ja elektroodi, kuhu anioonid liiguvad, st anood või negatiivne elektrood, teine ​​poolelement sisaldab elektrolüüdi ja elektroodi, kuhu kassiioonid liiguvad, s.t katood või positiivne elektrood.


Aku toitmiseks redoksreaktsioonis toimub katoodi katioonide redutseerimine, anoodi anioonide oksüdatsioon. Elektroodid ei puuduta üksteist, vaid on elektrolüüdiga elektriliselt ühendatud. Enamasti on pooltel rakkudel erinevad elektrolüüdid. Kõik asjad, mida peetakse igaks pooleks rakuks, on suletud anumasse ja eraldamine, mis on poorne ioonide suhtes, kuid mitte suurem osa elektrolüütidest, takistab segamist.



Aku töö

Aku töö

Igal poolel elemendil on elektromotoorjõud (Emf), mis määratakse selle võime järgi juhtida elektrivoolu elemendi sisemusest välisküljele. Lahtri neto emf on vahe selle poolrakkude emf vahel. Sel viisil, kui elektroodidel on emf ja teisisõnu, on neto emf erinevus poolreaktsioonide redutseerimispotentsiaalide vahel.

Kuidas akut hooldada?

Aku heas seisukorras hoidmiseks on vajalik aku võrdsustamine. Vananemise tõttu ei lae kõik rakud sarnaselt ja mõned rakud aktsepteerivad laadimist ülikiirelt, teised aga järk-järgult. Tasandust saab teha aku tühja laadimisega, et ka nõrgemad elemendid saaksid täielikult laadida. Täielikult laetud aku klemmipinge on 12 V, autoakul näitab klemmides 13,8 V, 12-voldisel toruakuil aga 14,8 V. Sõiduki aku peaks värisemise vältimiseks olema sõidukis kindlalt fikseeritud. Inverteri aku tuleks võimaluse korral asetada puidust plangule.

2 tüüpi patareisid

1) primaarpatareid:

Nagu nimigi ütleb, on need patareid mõeldud ühekordseks kasutamiseks. Kui neid patareisid on kasutatud, ei saa neid uuesti laadida, kuna seadmed pole kergesti pööratavad ja aktiivsed materjalid ei pruugi oma algsel kujul tagasi tulla. Aku tootjad soovitavad primaarelementide laadimist vältida.


Mõned ühekordsete patareide näited on tavalised AA, AAA patareid, mida kasutame seinakellades, teleripuldis jne. Nende patareide teine ​​nimi on ühekordsed patareid.

Tüübid Aku

Tüübid Aku

2) sekundaarsed patareid:

Sekundaarpatareisid nimetatakse ka laetavateks patareideks. Neid akusid saab samaaegselt kasutada ja laadida. Need on tavaliselt kokku pandud aktiivsete materjalidega, mille aktiivne on tühjenenud olekus. Laetavaid akusid laaditakse elektrivoolu abil, mis muudab tühjenemise käigus tekkivad keemilised reaktsioonid vastupidiseks. Laadijad on seadmed, mis annavad vajaliku voolu.

Mõned näited nende laetavate patareide kohta on mobiiltelefonides, MP3-mängijates jne kasutatavad patareid. Sellistes seadmetes nagu kuuldeaparaadid ja käekellad kasutatakse miniatuurseid rakke ning näiteks telefonijaamas või arvutiandmekeskuses kasutatakse suuremaid patareisid.

Sekundaarpatareid

Sekundaarpatareid

Sekundaarpatareide tüübid:

SMF, pliihape, Li ja Nicd

SMF aku:

SMF on a suletud hooldusvaba aku, mis on mõeldud UPS-i rakenduste jaoks usaldusväärse, järjepideva ja madala hooldusvõimsuse pakkumiseks. Neid patareisid saab rakendada sügava tsükliga ja minimaalselt hooldada maapiirkondades ja elektrivarustuse defitsiidiga piirkondades. Need patareid on saadaval alates 12 V.

Tänapäeva informatiivses maailmas ei saa mööda vaadata nõudest, et akusüsteemid on mõeldud oluliste kvalifitseeritud andmete ja teabe taastamiseks ning põhiliste seadmete käitamiseks soovitud kestuse jooksul. Kohese toite saamiseks on vaja patareisid. Ebausaldusväärsed ja halvemad patareid võivad põhjustada andmete ja seadmete seiskamise, mis võib ettevõtetele maksta märkimisväärseid rahalisi kahjusid. Seejärel nõuab UPS-i segmendid usaldusväärse ja tõestatud akusüsteemi kasutamist.

SMF aku

SMF aku

Liitium (Li) aku:

Me kõik kasutame seda kaasaskantavates seadmetes, nagu mobiiltelefon, sülearvuti või elektritööriist. Liitiumaku on viimase kümnendi jooksul olnud üks kaasaskantava energia suurimatest saavutustest, kuna liitiumpatareide abil oleme suutnud mustvalgelt mobiiltelefonilt üle minna värvilistele mobiiltelefonidele lisafunktsioonidega nagu GPS, e-posti märguanded jne. Need on kõrged energiatiheduse potentsiaalsed seadmed suurema võimsuse jaoks. Ja suhteliselt madalad isetühjenevad patareid. Samuti võivad spetsiaalsed elemendid pakkuda väga suurt voolu sellistele rakendustele nagu elektritööriistad.

Li aku

Li aku

Nikkelkaadmium (Nicd) aku:

Kaadmium-nikkel-akude eeliseks on see, et neid laaditakse mitu korda ja neil on tühjenemise ajal suhteliselt püsiv potentsiaal ning suurem elektriline ja füüsiline taluvus. See aku kasutab katoodi jaoks nikkeloksiidi, anoodi kaadmiumiühendit ja kaaliumhüdroksiidi lahust elektrolüüdina.

Nicd Battery

Aku laadimisel muundatakse katoodi keemiline koostis ja nikkelhüdroksiid muutub NIOOHiks. Anoodis toimub kaadmiumioonide moodustumine kaadmiumhüdroksiidist. Kui aku on tühi, reageerib kaadmium NiOOH-ga, moodustades tagasi nikkelhüdroksiidi ja kaadmiumhüdroksiidi.

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

Pliihappe aku:

Pliiakusid kasutatakse laialdaselt autodes, inverterites, varutoitesüsteemides jne. Erinevalt toru- ja hooldusvabadest patareidest vajavad pliiakud nende eluea pikendamiseks korralikku hooldust ja hooldust. Pliihappe patarei koosneb seeria plaatidest, mida hoitakse väävelhappe lahuses. Plaatidel on võred, millele aktiivne materjal kinnitatakse. Plaadid on jagatud positiivseteks ja negatiivseteks plaatideks. Positiivsed plaadid hoiavad aktiivse materjalina puhast pliid, samal ajal kui plioksiid on negatiivsetele plaatidele kinnitatud.

Pliiakude

Pliiakude

Täielikult laetud aku võib koormaga ühendades voolu tühjendada. Väljalaskeprotsessi käigus ühendub väävelhape positiivsete ja negatiivsete plaatide aktiivsete ainetega, mille tulemuseks on pliisulfaadi moodustumine. Pliihappe aku hooldamisel on kõige olulisem vesi. Vee sagedus sõltub kasutamisest, laadimismeetodist ja töötemperatuurist. Protsessi käigus reageerivad väävelhappe vesiniku aatomid hapnikuga, moodustades vee.

Selle tulemuseks on positiivsete plaatide elektronide vabanemine, mille negatiivsed plaadid aktsepteerivad. See viib kogu aku elektrilise potentsiaali tekkimiseni. Pliihappe akus olev elektrolüüt on väävelhappe ja vee segu, millel on erikaal. Erikaal on happe-vee segu mass võrdse veekogusega. Puhta ioonidevaba vee erikaal on 1.

Pliiakud pakuvad parimat võimsuse ja energia väärtust kilovatt-tunni kohta, millel on pikim olelustsükkel ja suur keskkonnaeelis selle poolest, et neid töödeldakse erakordselt suure kiirusega. Ükski teine ​​keemia ei saa puudutada pliiakude kogumise, transportimise ja ringlussevõtu infrastruktuuri.

Koos selle artikliga käsitletakse liitiumioonakuid koos selle eeliste ja puudustega.

Liitiumioonaku töötamine

Liitiumioonaku

Liitiumioonakuid on nende kauakestva energiatõhususe tõttu nüüd populaarne enamus elektroonilisi kaasaskantavaid seadmeid, näiteks mobiiltelefon, sülearvuti, digitaalkaamera jne. Need on kõige populaarsemad laetavad patareid, millel on sellised eelised nagu parim energiatihedus, tühine laadikaotus ja mäluefektideta. Liitiumioonaku kasutab laengukandjatena liitiumioone, mis liiguvad tühjendamise ajal negatiivsest elektroodist positiivsesse ja laadimise ajal tagasi. Laadimise ajal rakendatakse laadija välisest voolust ülepinget kui akus. See sunnib voolu liikuma vastupidises suunas positiivsest negatiivsesse elektroodi, kus liitiumioonid põimuvad poorsesse elektroodimaterjali protsessi kaudu, mida nimetatakse interkalatsiooniks. Liitiumioonid läbivad veevaba elektrolüüdi ja separaatori membraani. Elektroodimaterjal on interkaleeritud liitiumühend.

Liitiumioonaku negatiivne elektrood koosneb süsinikust ja positiivne elektrood on metallioksiid. Negatiivse elektroodi kõige sagedamini kasutatav materjal on grafiit, samas kui positiivses elektroodis võib olla liitiumkoobaltoksiid, liitiumioonfosfaat või liitiummangaanoksiid. Elektrolüüdina kasutatakse orgaanilises lahustis olevat liitiumsoola. Elektrolüüt on tavaliselt liitiumioone sisaldavate orgaaniliste karbonaatide nagu etüleenkarbonaat või dietüülkarbonaat segu. Elektrolüüdis kasutatakse anioonsoolasid nagu liitiumheksafluorofosfaat, liitiumheksafluoroarsenaadi monohüdraat, liitium kloraadi kohta, liitiumheksafluoroboraat jne. Sõltuvalt kasutatud soolast varieerub aku pinge, mahtuvus ja tööiga. Puhas liitium reageerib veega hoogsalt, moodustades liitiumhüdroksiidi ja vesiniku ioone. Niisiis on kasutatud elektrolüüt orgaanilise lahusti vesilahus. Anoodi ja katoodi vaheliste elektroodide elektrokeemiline roll sõltub voolu suunast.

Li-ioonaku reaktsioon

Li-ioonaku reaktsioon

Liitiumioonaku korral suudavad mõlemad elektroodid liitiumi ioone vastu võtta ja vabastada. Interkalatsiooniprotsessi käigus liiguvad liitiumioonid elektroodi. Pöördprotsessi käigus, mida nimetatakse de interkalatsiooniks, liiguvad liitiumioonid tagasi. Väljalaske ajal ekstraheeritakse negatiivsetest elektroodidest positiivsed liitiumioonid ja sisestatakse positiivsesse elektroodi. Laadimisprotsessi käigus toimub liitiumioonide pöördliikumine.

Liitium-ioonaku eelised:

Liitiumioonakud ületavad NiCd-patareisid ja muid sekundaarpatareisid. Mõned eelised on

  • Kerge kaal võrreldes teiste sarnase suurusega patareidega
  • Saadaval erineva kujuga, sealhulgas lameda kujuga
  • Kõrge avatud ahela pinge, mis suurendab jõuülekannet väikese voolu korral
  • Mäluefekti puudumine.
  • Väga madal isetühjenemise määr 5–10% kuus. NiCd ja NiMh patareides on isetühjenemine umbes 30%.
  • Keskkonnasõbralik aku ilma liitiummetallita

Kuid koos eelistega, nagu ka teised patareid, on Li-Ion akul ka mõned puudused.

Liitiumioonaku puudused:

  • Elektrolüüdi sees olevad ladestused pärsivad aja jooksul laengu voogu. See suurendab aku sisetakistust ja raku võime voolu anda järk-järgult väheneb.
  • Kõrge laadimine ja kõrge temperatuur võivad põhjustada võimsuse kadu
  • Ülekuumenenud liitium-ioonaku võib termiliselt ära joosta ja rakud puruneda.
  • Sügav tühjenemine võib liitiumioonaku lühise tekitada. Nii et selle vältimiseks on mõnel tootjal sisemine väljalülitus, mis sulgeb aku, kui selle pinge ületab ohutut taset 3–4,2 volti. Sellisel juhul, kui akut ei kasutata pikka aega, tarbib sisemine vooluahel voolu ja tühjeneb aku allpool selle väljalülitatavat pinget. Nii et selliste akude laadimiseks pole tavalistest laadijatest kasu.