Baterije so najpogostejši vir energije za osnovne ročne naprave za velike industrijske namene. Baterijo lahko opredelimo kot kombinacijo ene ali več elektrokemičnih celic, ki lahko pretvorijo shranjeno kemično energijo v električno.
Delovanje baterije:
Baterija je naprava, ki jo sestavljajo različne voltaične celice. Vsaka voltaična celica je sestavljena iz dveh polovičnih celic, ki so zaporedno povezane s prevodnim elektrolitom, ki zadržuje anione in mačje ione. Ena polovična celica vključuje elektrolit in elektrodo, na katero se premikajo anioni, tj. Anoda ali negativna elektroda, druga polovična celica vključuje elektrolit in elektrodo, na katero se premikajo mačji ioni, tj. Katodo ali pozitivno elektrodo.
Pri redoks reakciji, ki napaja baterijo, pride do redukcije kationov na katodi, medtem ko pride do oksidacije do anionov na anodi. Elektrode se med seboj ne dotikajo, temveč jih elektrolit električno poveže. Večinoma imajo pol celice različne elektrolite. Vse, kar se upošteva, je vsaka polcelica zaprta v posodo in ločevalnik, ki je porozen za ione, ne pa tudi večina elektrolitov, ki preprečujejo mešanje.
Delovanje baterije
Vsaka polovična celica ima elektromotorno silo (Emf), ki jo določa njegova sposobnost za pogon električnega toka iz notranjosti v zunanjost celice. Neto emf celice je razlika med emf njene polcelice. Na ta način, če imajo elektrode emf in z drugimi besedami, je neto emf razlika med redukcijskimi potenciali polovičnih reakcij.
Kako vzdrževati baterijo?
Da bi baterijo ohranili v dobrem stanju, je potrebno njeno izenačevanje. Zaradi staranja se vse celice ne polnijo podobno in nekatere celice naboj sprejmejo izjemno hitro, druge pa polnijo postopoma. Izravnavo lahko dosežemo tako, da malo napolnimo baterijo, da se tudi šibkejše celice popolnoma napolnijo. Končna napetost popolnoma napolnjene baterije je 12V, avtomobilska baterija kaže 13,8V na svojih terminalih, 12-voltna cevna baterija pa 14,8V. Avtomobilski akumulator mora biti trdno pritrjen v vozilu, da se prepreči tresenje. Invertersko baterijo po možnosti namestite na leseno desko.
2 Vrste baterij
1) Primarne baterije:
Kot že ime pove, so te baterije namenjene za enkratno uporabo. Po uporabi teh baterij jih ni mogoče več napolniti, saj naprav ni mogoče enostavno obrniti, aktivni materiali pa se morda ne bodo vrnili v prvotno obliko. Proizvajalci baterij odsvetujejo polnjenje primarnih celic.
Nekateri primeri baterij za enkratno uporabo so običajne baterije AA, AAA, ki jih uporabljamo v stenskih urah, daljinskem televizijskem sprejemniku itd. Drugo ime teh baterij so baterije za enkratno uporabo.
Vrste baterije
2) Sekundarne baterije:
Sekundarne baterije se imenujejo tudi polnilne baterije. Te baterije je mogoče hkrati uporabljati in jih napolniti. Običajno so sestavljeni iz aktivnih materialov z aktivnim v praznjenem stanju. Akumulatorske baterije se napolnijo z električnim tokom, ki obrne kemijske reakcije, ki se pojavijo med praznjenjem. Polnilniki so naprave, ki napajajo potrebni tok.
Nekateri primeri teh polnilnih baterij so baterije, ki se uporabljajo v mobilnih telefonih, MP3 predvajalnikih itd. Naprave, kot so slušni aparati in ročne ure, uporabljajo miniaturne celice, na mestih, kot so telefonske centrale ali računalniški podatkovni centri, pa se uporabljajo večje baterije.
Sekundarne baterije
Vrste sekundarnih (polnilnih) baterij:
SMF, svinčena kislina, Li in Nicd
SMF baterija:
SMF je zaprta baterija brez vzdrževanja, zasnovana tako, da nudi zanesljivo, dosledno in nizko moč vzdrževanja za aplikacije UPS. Te baterije so lahko predmet globokega cikla in minimalno vzdrževanje na podeželju in območjih s pomanjkanjem električne energije. Te baterije so na voljo od 12V.
V današnjem informativnem svetu ni mogoče spregledati zahteve, da so baterijski sistemi zasnovani tako, da obnavljajo ključne kvalificirane podatke in informacije ter izvajajo osnovne instrumente za želeno trajanje. Baterije so potrebne za takojšnjo napajanje. Nezanesljive in slabše baterije lahko povzročijo izgubo podatkov in izklopov opreme, kar lahko podjetja stane precejšnje finančne izgube. Nato segmenti UPS pozivajo k uporabi zanesljivega in preizkušenega baterijskega sistema.
SMF baterija
Litijeva (Li) baterija:
Vsi ga uporabljamo v prenosnih napravah, kot so mobilni telefon, prenosni računalnik ali električno orodje. Litijeva baterija je bila v zadnjem desetletju eden največjih dosežkov na področju prenosne energije. Z uporabo litijevih baterij smo lahko prešli s črno-belih mobilnih na barvne mobitele z dodatnimi funkcijami, kot so GPS, opozorila po e-pošti itd. naprave za potencialno gostoto energije za večje zmogljivosti. In razmeroma nizke samoprazne baterije. Tudi posebne celice lahko zagotavljajo zelo močan tok aplikacijam, kot so električna orodja.
Li baterija
Nikelj-kadmijeva (Nicd) baterija:
Prednost nikelj-kadmijevih baterij je, da se večkrat napolnijo in imajo med praznjenjem razmeroma stalen potencial ter imajo večjo električno in fizično zmogljivost. Ta baterija uporablja nikljev oksid za katodo, kadmijevo spojino za anodo in raztopino kalijevega hidroksida kot elektrolit.
Ko se baterija napolni, se kemična sestava katode spremeni in nikelj-hidroksid se spremeni v NIOOH. V anodi se iz kadmijevega hidroksida tvorijo kadmijevi ioni. Ko se baterija izprazni, kadmij reagira z NiOOH in tvori nazaj nikljev hidroksid in kadmijev hidroksid.
Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Svinčena kislina:
Svinčeve baterije se pogosto uporabljajo v avtomobilih, pretvornikih, rezervnih napajalnih sistemih itd. Za razliko od cevnih baterij in baterij, ki ne zahtevajo vzdrževanja, svinčeve baterije potrebujejo ustrezno nego in vzdrževanje, da podaljšajo svojo življenjsko dobo. Svinčeva baterija je sestavljena iz vrste plošč, potopljenih v raztopino žveplove kisline. Plošče imajo rešetke, na katere je pritrjen aktivni material. Plošče delimo na pozitivne in negativne plošče. Pozitivne plošče vsebujejo čisti svinec kot aktivno snov, medtem ko je svinčev oksid pritrjen na negativne plošče.
Svinčena kislina
Popolnoma napolnjena baterija lahko izprazni svoj tok, ko je priključena na breme. Med postopkom praznjenja se žveplova kislina združuje z aktivnimi snovmi na pozitivni in negativni plošči, kar povzroči tvorbo svinčevega sulfata. Voda je najpomembnejši korak pri vzdrževanju svinčeve baterije. Pogostost vode je odvisna od uporabe, načina polnjenja in delovne temperature. Med postopkom vodikovi atomi iz žveplove kisline reagirajo s kisikom in tvorijo vodo.
Posledica tega je sproščanje elektronov iz pozitivnih plošč, ki jih bodo negativne plošče sprejele. To vodi v električni potencial v akumulatorju. Elektrolit v svinčevi bateriji je mešanica žveplove kisline in vode s specifično težo. Specifična teža je teža zmesi kislina-voda v primerjavi z enako količino vode. Specifična teža vode brez čistih ionov je 1.
Svinčene kislinske baterije zagotavljajo najboljšo vrednost za moč in energijo na kilovatno uro, imajo najdaljši življenjski cikel in veliko okoljsko prednost, saj se reciklirajo z izjemno visoko hitrostjo. Nobena druga kemija se ne more dotakniti obstoječe infrastrukture za zbiranje, prevoz in recikliranje svinčevih baterij.
Skupaj s tem člankom je opisana litij-ionska baterija s svojimi prednostmi in slabostmi.
Delovanje litij-ionske baterije
Litij-ionske baterije so zdaj zaradi svoje dolgotrajne učinkovitosti porabe energije priljubljene v večini elektronskih prenosnih naprav, kot so mobilni telefon, prenosni računalnik, digitalni fotoaparat itd. To so najbolj priljubljene polnilne baterije s prednostmi, kot so najboljša gostota energije, zanemarljiva izguba naboja in brez spominskega učinka. Li-Ion baterija uporablja litijeve ione kot nosilce naboja, ki se med praznjenjem in med polnjenjem premikajo od negativne do pozitivne elektrode. Med polnjenjem zunanji tok polnilnika odda prenapetostno napetost kot v bateriji. To prisili tok, da prehaja v obratni smeri s pozitivne na negativno elektrodo, kjer se litijevi ioni vgradijo v porozni elektrodni material s postopkom, imenovanim interkalacija. Lijoni prehajajo skozi nevodni elektrolit in ločilno membrano. Material elektrode je interkalirana litijeva spojina.
Negativna elektroda Li-Ion baterije je sestavljena iz ogljika, pozitivna elektroda pa je kovinski oksid. Najpogosteje uporabljeni material v negativni elektrodi je grafit, medtem ko je v pozitivni elektrodi lahko litijev kobaltov oksid, litijev ionski fosfat ali litijev manganov oksid. Kot elektrolit se uporablja litijeva sol v organskem topilu. Elektrolit je običajno mešanica organskih karbonatov, kot sta etilen karbonat ali dietil karbonat, ki vsebuje litijeve ione. Elektrolit uporablja anionske soli, kot so litij heksa fluoro fosfat, litij heksa fluoro arsenat monohidrat, litij na klorat, litij heksa fluoro borat itd. Odvisno od uporabljene soli se napetost, zmogljivost in življenjska doba baterije spreminjajo. Čisti litij močno reagira z vodo in tvori litijev hidroksid in vodikove ione. Torej uporabljeni elektrolit je nevodno organsko topilo. Elektrokemijska vloga naboja elektrod med anodo in katodo je odvisna od smeri toka toka.
Reakcija Li Ion baterije
V Li-Ion bateriji lahko obe elektrodi sprejmeta in sproščata litijeve ione. Med postopkom interkalacije se litijevi ioni premaknejo v elektrodo. Med obratnim postopkom, imenovanim interkalacija, se litijevi ioni premaknejo nazaj. Med praznjenjem bodo pozitivni litijevi ioni izvlečeni iz negativnih elektrod in vstavljeni v pozitivno elektrodo. Med postopkom polnjenja pride do obratnega gibanja litijevih ionov.
Prednosti litij-ionske baterije:
Litij-ionske baterije presegajo NiCd in druge sekundarne baterije. Nekatere prednosti so
- Majhna teža v primerjavi z drugimi baterijami podobne velikosti
- Na voljo v različnih oblikah, vključno z ravno obliko
- Visoka napetost odprtega kroga, ki poveča prenos moči pri nizkem toku
- Pomanjkanje spominskega učinka.
- Zelo nizka stopnja samopraznjenja 5-10% na mesec. Samopraznjenje je približno 30% v baterijah NiCd in NiMh.
- Okolju prijazna baterija brez proste litijeve kovine
Toda poleg prednosti, tako kot druge baterije, ima Li-Ion baterija tudi nekatere pomanjkljivosti.
Pomanjkljivosti Li-Ion baterije:
- Obloge znotraj elektrolita sčasoma zavirajo pretok naboja. To poveča notranji upor baterije in sposobnost celice za oddajanje toka se postopoma zmanjšuje.
- Visoko polnjenje in visoke temperature lahko vodijo do izgube zmogljivosti
- Če se Li-Ion baterija pregreje, lahko pride do toplotnega odtekanja in porušitve celice.
- Globok izpust lahko povzroči kratek stik Li-Ion baterije. Da bi to preprečili, imajo nekateri proizvajalci notranje izklopljeno vezje, ki izklopi akumulator, ko je njegova napetost nad varnim nivojem od 3 do 4,2 volta. V tem primeru, ko baterija ne deluje dlje časa, bo notranje vezje porabilo energijo in izpraznilo baterijo pod izklopljeno napetostjo. Za polnjenje takšnih baterij običajni polnilci niso koristni.
