Batterier - Typer og arbeid

Batterier er den vanligste strømkilden for basale håndholdte enheter til store industrielle applikasjoner. Et batteri kan defineres som det er en kombinasjon av en eller flere elektrokjemiske celler som er i stand til å konvertere lagret kjemisk energi til elektrisk energi.

Arbeid av batteri:

Et batteri er en enhet som består av forskjellige voltaiske celler. Hver voltaisk celle består av to halvceller koblet i serie med en ledende elektrolytt som holder anioner og kattioner. Den ene halvcellen inkluderer elektrolytt og elektroden som anionene beveger seg til, dvs. anoden eller den negative elektroden, den andre halvcellen inkluderer elektrolytt og elektroden som kattioner beveger seg til, dvs. katoden eller den positive elektroden.

I redoksreaksjonen som driver batteriet, skjer reduksjon til kationer ved katoden, mens oksidasjon skjer til anioner ved anoden. Elektrodene berører ikke hverandre, men er elektrisk forbundet med elektrolytten. For det meste har halvcellene forskjellige elektrolytter. Alt tatt i betraktning hver halvcelle er lukket i en beholder og en separator som er porøs for ioner, men ikke størstedelen av elektrolyttene, forhindrer blanding.

Arbeid med batteri

Hver halvcelle har en elektromotorisk kraft (Emf), bestemt av kapasiteten til å drive elektrisk strøm fra det indre til det ytre av cellen. Netto emf av cellen er forskjellen mellom emf av halvcellene. På denne måten, hvis elektrodene har emf, og med andre ord, er netto emf forskjellen mellom reduksjonspotensialene til halvreaksjonene.

Hvordan vedlikeholde batteriet?

For å holde batteriet i god stand, er det nødvendig med utjevning av batteriet. På grunn av aldring lades ikke alle cellene på samme måte, og noen celler aksepterer lading ekstremt raskt, mens andre lades gradvis. Utjevning kan gjøres ved å lade batteriet marginalt for å tillate at de svakere cellene også lades helt. Terminalspenningen til et fulladet batteri er 12V, bilbatteriet viser 13,8V i terminalene mens et 12 volt rørbatteri viser 14,8V. Bilbatteriet skal være ordentlig festet i kjøretøyet for å unngå risting. Omformerbatteriet bør plasseres på en treplank hvis mulig.

2 typer batterier

1) Primære batterier:

Som navnet indikerer, er disse batteriene ment for engangsbruk. Når disse batteriene er brukt, kan de ikke lades opp ettersom enhetene ikke er lett reversible, og aktive materialer kanskje ikke kommer tilbake til sin opprinnelige form. Batteriprodusenter anbefaler mot opplading av primærceller.

Noen av eksemplene på engangsbatteriene er de normale AA-, AAA-batteriene som vi bruker i veggklokker, fjernsyns fjernkontroll osv. Andre navn på disse batteriene er engangsbatterier.

Typer Batteri

2) Sekundære batterier:

Sekundære batterier kalles også som oppladbare batterier. Disse batteriene kan brukes og lades samtidig. De er vanligvis satt sammen med aktive materialer med aktive i utladet tilstand. Oppladbare batterier lades opp ved å bruke elektrisk strøm, som reverserer de kjemiske reaksjonene som oppstår under utladning. Ladere er enheter som leverer den nødvendige strømmen.

Noen eksempler på disse oppladbare batteriene er batteriene som brukes i mobiltelefoner, MP3-spillere osv. Enheter som høreapparater og armbåndsur bruker miniatyrceller og på steder som telefonsentraler eller datasentre brukes større batterier.

Sekundære batterier

Typer sekundære (oppladbare) batterier:

SMF, blysyre, Li og Nicd

SMF-batteri:

SMF er en forseglet vedlikeholdsfritt batteri, designet for å tilby pålitelig, konsistent og lite vedlikeholdseffekt for UPS-applikasjoner. Disse batteriene kan være underlagt dypsyklusapplikasjoner og minimalt vedlikehold i landlige områder og strømunderskuddsområder. Disse batteriene er tilgjengelige fra 12V.

I dagens informative verden kan man ikke overse kravet om at batterisystemer er designet for å gjenopprette viktige kvalifiserte data og informasjon og kjøre grunnleggende instrumenter for ønsket varighet. Batterier kreves for å levere øyeblikkelig strøm. Upålitelige og dårligere batterier kan føre til tap av data og utstyrsstans som kan koste selskaper betydelig økonomisk tap. Deretter krever UPS-segmentene bruk av et pålitelig og velprøvd batterisystem.

SMF-batteri

Litium (Li) batteri:

Vi bruker det alle på bærbare enheter som mobiltelefon, bærbar datamaskin eller elektroverktøy. Litiumbatteriet har vært en av de største prestasjonene innen bærbar kraft det siste tiåret med bruk av litiumbatterier. Vi har kunnet skifte fra svart-hvitt-mobil til fargemobiler med tilleggsfunksjoner som GPS, e-postvarsler osv. Dette er de høye energi tetthet potensielle enheter for høyere kapasitet. Og relativt lave selvutladningsbatterier. Også spesielle celler kan gi veldig høy strøm til applikasjoner som elektroverktøy.

Li-batteri

Nikkelkadmium (Nicd) batteri:

Nikkelkadmiumbatteriene har fordelen av å lades mange ganger og har et relativt konstant potensial under utladning og har mer elektrisk og fysisk motstandskapasitet. Dette batteriet bruker nikkeloksid til katoden, en kadmiumforbindelse for anode- og kaliumhydroksydoppløsning som elektrolytt.

Når batteriet er ladet, blir den kjemiske sammensetningen av katoden transformert og nikkelhydroksidet endres til NIOOH. I anoden skjer dannelsen av kadmiumioner fra kadmiumhydroksid. Når batteriet er utladet, reagerer kadmium med NiOOH for å danne nikkelhydroksid og kadmiumhydroksid.

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

Blybatteri:

Blybatterier brukes mye i biler, omformere, reservekraftsystemer etc. I motsetning til rørformede og vedlikeholdsfrie batterier, krever blybatterier riktig pleie og vedlikehold for å forlenge levetiden. Blybatteriet består av en serie plater holdt nedsenket i svovelsyreoppløsning. Platene har rutenett som det aktive materialet er festet på. Platene er delt inn i positive og negative plater. De positive platene holder rent bly som det aktive materialet mens blyoksid er festet på de negative platene.

Blybatteri

Et fulladet batteri kan lade ut strømmen når den er koblet til en last. Under prosessen med utslipp kombineres svovelsyren med de aktive materialene på de positive og negative platene, noe som resulterer i dannelsen av blysulfat. Vann er det viktigste trinnet i å vedlikeholde et blybatteri. Hyppigheten av vann avhenger av bruk, lademetode og driftstemperatur. Under prosessen reagerer hydrogenatomene fra svovelsyren med oksygen for å danne vann.

Dette resulterer i frigjøring av elektroner fra de positive platene som vil bli akseptert av de negative platene. Dette fører til dannelsen av et elektrisk potensial over batteriet. Elektrolytten i blybatteriet er en blanding av svovelsyre og vann som har en egenvekt. Spesifikk tyngdekraft er vekten av syre-vann-blandingen sammenlignet med like stort vannvolum. Den spesifikke tyngdekraften til rent vann uten ioner er 1.

Blybatteriene gir den beste verdien for kraft og energi per kilowattime, har den lengste livssyklusen og en stor miljøfordel ved at de resirkuleres med en ekstraordinær høy hastighet. Ingen annen kjemi kan berøre infrastrukturen som finnes for innsamling, transport og resirkulering av blybatterier.

Sammen med denne artikkelen diskuteres litiumionbatterier med fordeler og ulemper.

Arbeid av litium - ionbatteri

Litium-ion-batterier er nå populære i de fleste elektroniske bærbare enheter som mobiltelefon, bærbar PC, digitalkamera osv. På grunn av deres langvarige strømeffektivitet. Dette er de mest populære oppladbare batteriene med fordeler som best energitetthet, ubetydelig ladetap og ingen minneeffekt. Li-Ion batteri bruker litiumioner som ladebærere som beveger seg fra den negative elektroden til den positive elektroden under utladning og tilbake når den lades. Under lading bruker den eksterne strømmen fra laderen en overspenning enn den i batteriet. Dette tvinger strømmen til å passere i motsatt retning fra den positive til den negative elektroden der litiumionene blir innebygd i det porøse elektrodematerialet gjennom en prosess som kalles Intercalation. Li-ionene passerer gjennom den ikke-vandige elektrolytten og en skillemembran. Elektrodematerialet er interkalert litiumforbindelse.

Den negative elektroden til Li-Ion-batteriet består av karbon og den positive elektroden er et metalloksid. Det mest brukte materialet i den negative elektroden er grafitt, mens det i den positive elektroden kan være litiumkobaltoksid, litiumionfosfat eller litiummanganoksid. Litiumsalt i et organisk løsningsmiddel brukes som elektrolytt. Elektrolytten er vanligvis en blanding av organiske karbonater som etylenkarbonat eller dietylkarbonat som inneholder litiumioner. Elektrolytten bruker anionsalter som litiumheksafluorfosfat, litiumheksafluorarsenatmonohydrat, litium per klorat, litiumheksafluorborat etc. Avhengig av saltet som brukes, varierer batteriets spenning, kapasitet og levetid. Rent litium reagerer kraftig med vann for å danne litiumhydroksid og hydrogenioner. Så elektrolytten som brukes er ikke vandig organisk løsningsmiddel. Den elektrokjemiske rollen til elektrodene som lades mellom anode og katode, avhenger av strømningsretningen.

Li Ion batterireaksjon

I Li-Ion-batteriet kan begge elektrodene ta imot og frigjøre litiumioner. Under interkalasjonsprosessen beveger litiumionene seg inn i elektroden. Under den omvendte prosessen kalt de intercalation, beveger litiumionene seg tilbake. Under utlading vil de positive litiumionene ekstraheres fra de negative elektrodene og settes inn i den positive elektroden. Under ladeprosessen finner den omvendte bevegelsen av litiumioner sted.

Fordeler med litium - ionbatteri:

Litiumionbatterier overgår NiCd-batterier og andre sekundære batterier. Noen av fordelene er

• Lett vekt sammenlignet med andre batterier av samme størrelse
• Tilgjengelig i forskjellige former inkludert flat form
• Høy åpen kretsspenning som øker kraftoverføringen ved lav strøm
• Mangel på minneeffekt.
• Svært lav selvutladningshastighet på 5-10% per måned. Selvutladning er rundt 30% i NiCd- og NiMh-batterier.
• Miljøvennlig batteri uten gratis litiummetall

Men sammen med fordelene, som andre batterier, lider også Li-Ion-batteriet av noen ulemper.

Ulemper med Li-Ion batteri:

• Avsetningene inne i elektrolytten over tid vil hemme strømmen av ladning. Dette øker batteriets indre motstand og cellens kapasitet til å levere strøm avtar gradvis.
• Høy lading og høy temperatur kan føre til tap av kapasitet
• Når det er overopphetet, kan Li-Ion-batteriet bli termisk rømt og ødelegge celler.
• Dyp utladning kan kortslutte Li-Ion-batteriet. Så for å forhindre dette, har noen fabrikker interne stengekretser som slår av batteriet når spenningen er over det sikre nivået på 3 til 4,2 volt. I dette tilfellet, når batteriet ikke bruker lenge, vil det interne kretsløpet forbruke strøm og tømme batteriet under spenningen. Så å lade slike batterier er normale ladere ikke nyttige.