Светот на батериите - дел 3

Историјата на модерните батерии започнува во деветнаесеттиот век, од овој век потекнуваат повеќето дизајни што се користат денес. Оваа ситуација сведочи, од една страна, за одличните идеи на тогашните научници, а од друга страна, за тешкотиите што се јавуваат во развојот на нови модели.

Неколку работи се толку добри што не можат да се подобрат. Ова правило важи и за батериите - моделите од XNUMX век беа рафинирани многу пати додека не ја заземат својата сегашна форма. Ова важи и за Лекланче клетки.

Линк за подобрување

Променет е дизајнот на францускиот хемичар Карл Гаснер во навистина корисен модел: евтин за производство и безбеден за употреба. Сепак, сè уште имаше проблеми - цинковата обвивка на елементот кородираше при контакт со киселиот електролит што го наполни садот, а прскањето на агресивна содржина може да го оневозможи напојуваниот уред. Одлуката стана соединување внатрешната површина на телото од цинк (жива облога).

Цинк амалгамот практично не реагира со киселини, но ги задржува сите електрохемиски својства на чист метал. Сепак, поради еколошките прописи, овој метод за продолжување на животниот век на ќелиите се користи сè помалку (на ќелиите без жива, можете да го најдете натписот или) (1).

2. Распоред на алкални ќелии: 1) куќиште (катодно олово), 2) катода што содржи манган диоксид, 3) сепаратор на електроди, 4) анода што содржи KOH и прашина од цинк, 5) терминал на анодата, 6) запечатување на ќелиите (изолатор на електрода) . .

Друг начин да се зголеми долговечноста и животот на клетките е да се додаде цинк хлорид ZnCl₂ за паста за полнење чаши. Ќелиите од овој дизајн често се нарекуваат Heavy Duty и (како што сугерира името) се дизајнирани да напојуваат уреди со поголема потрошувачка на енергија.

Пробив во областа на батериите за еднократна употреба беше изградбата во 1955 година на алкална клетка. Изум на канадски инженер Луис Ури, што се користи од сегашната компанија Energizer, има структура малку поинаква од онаа на ќелијата Leclanchet.

Прво, таму нема да најдете графитна катода или чаша со цинк. Двете електроди се направени во форма на влажни, одвоени пасти (згуснувачи плус реагенси: катодата се состои од мешавина од манган диоксид и графит, анодата од цинк прашина со мешавина на калиум хидроксид), а нивните терминали се направени од метал ( 2). Сепак, реакциите што се случуваат за време на операцијата се многу слични на оние што се случуваат во клетката Лекланшет.

Задачата. Направете „хемиска обдукција“ на алкална ќелија за да откриете дека содржината е навистина алкална (3). Запомнете дека истите мерки на претпазливост важат и за демонтирање на ќелијата Лекланше. Погледнете го полето Код за батерија за тоа како да идентификувате алкална ќелија.

3. „Пресекот“ на алкалната ќелија ја потврдува содржината на алкали.

Домашни батерии

4. Домашни Ni-MH и Ni-Cd батерии.

Ќелиите што може да се полнат по употребата се цел на дизајнерите од самиот почеток на развојот на науката за електрична енергија, па оттука и многуте видови од нив.

Во моментов, еден од моделите што се користат за напојување на мали апарати за домаќинство се никел-кадмиумски батерии. Нивниот прототип се појавил во 1899 година кога тоа го направил шведски пронаоѓач. Ернст Јунгнер аплицираше за патент за никел-кадмиумска батерија која би можела да се натпреварува со батериите кои веќе се широко користени во автомобилската индустрија. оловна киселина батерија.

Клеточната анода е кадмиум, катодата е тривалентно соединение на никел, електролитот е раствор на калиум хидроксид (во современите „суви“ дизајни, влажна паста од згуснувачи заситена со раствор на KOH). Ni-Cd батериите (ова е нивната ознака) имаат работен напон од приближно 1,2 V - тоа е помало од оној на ќелиите за еднократна употреба, што, сепак, не е проблем за повеќето апликации. Големата предност е способноста да се троши значителна струја (дури и неколку ампери) и широк опсег на работни температури.

5. Ве молиме проверете ги барањата за различни типови на батерии пред да ги полните.

Недостатокот на никел-кадмиумските батерии е оптоварувачкиот „мемориски ефект“. Ова се случува кога често се полни делумно испразнети Ni-Cd батерии: системот се однесува како неговиот капацитет да е само еднаков на полнењето што се надополнува со полнење. Кај некои типови полначи, „меморискиот ефект“ може да се намали со полнење на ќелиите во посебен режим.

Затоа, испразнетите Ni-Cad батерии треба да се полнат во цел циклус: прво целосно испразнети (со користење на соодветната функција на полначот), а потоа повторно да се полнат. Честото полнење, исто така, го намалува проценетиот век на траење од 1000-1500 циклуси (дека многу ќелии за еднократна употреба ќе се заменат со една батерија за време на нејзиниот животен век, така што повисоките трошоци за купување ќе се исплатат многукратно, а да не зборуваме за многу помал оптоварување на батеријата ). средина со производство и отстранување на клетки).

Заменети се елементите на Ni-Cd кои содржат токсичен кадмиум никел-метал хидрид батерии (Ознака Ni-MH). Нивната структура е слична на Ni-Cd батериите, но наместо кадмиум, се користи порозна метална легура (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, метали од ретки земји) со способност да апсорбира водород (4). Работниот напон на Ni-MH ќелијата е исто така околу 1,2 V, што им овозможува да се користат наизменично со NiCd батериите. Капацитетот на ќелиите на никел-метал хидрид е поголем од оној на никел-кадмиумските ќелии со иста големина. Сепак, NiMH системите се само-празнеат побрзо. Веќе има модерни дизајни кои го немаат овој недостаток, но чинат многу повеќе од стандардните модели.

Никел-металхидрид батериите не покажуваат „мемориски ефект“ (делумно испразнетите ќелии може да се полнат). Сепак, секогаш е неопходно да се проверат барањата за полнење од секој тип во упатствата за полначот (5).

Во случај на Ni-Cd и Ni-MH батерии, не препорачуваме нивно расклопување. Прво, нема да најдеме ништо корисно во нив. Второ, никелот и кадмиумот не се безбедни елементи. Не преземајте ризици непотребно и оставете го на располагање на обучени професионалци.

Кралот на акумулаторите, односно...

6. „Кралот на батериите“ на работа.

… Оловен-киселинска батерија, изградена во 1859 година од француски физичар Гастона Плантего (да, да, оваа година уредот ќе наполни 161 година!). Електролитот на батеријата е околу 37% раствор на сулфурна киселина (VI), а електродите се олово (анода) и олово обложени со слој од олово диоксид PbO.₂ (катода). За време на работата, на електродите се формира талог од олово(II)(II)PbSO сулфат₄. Кога се полни, една ќелија има напон поголем од 2 волти.

оловна батерија всушност ги има сите недостатоци: значителна тежина, чувствителност на празнење и ниски температури, потреба од складирање во наполнета состојба, ризик од агресивно истекување на електролит и употреба на токсичен метал. Дополнително, бара внимателно ракување: проверка на густината на електролитот, додавање вода во коморите (користете само дестилирана или дејонизирана), контрола на напон (падот под 1,8 V во една комора може да ги оштети електродите) и посебен режим на полнење.

Значи, зошто античката структура сè уште се користи? „Кралот на акумулаторите“ го има она што е атрибут на вистински владетел - моќ. Високата потрошувачка на струја и високата енергетска ефикасност до 75% (оваа количина на енергија што се користи за полнење може да се поврати за време на работата), како и едноставниот дизајн и ниската цена на производството, значат дека оловна батерија Се користи не само за стартување на мотори со внатрешно согорување, туку и како елемент за итно напојување. И покрај 160 години историја, оловната батерија сè уште работи добро и не е заменета со други видови на овие уреди (а со тоа и самото олово, кое благодарение на батеријата е еден од металите што се произведуваат во најголеми количини) . Сè додека моторизацијата базирана на мотори со внатрешно согорување продолжува да се развива, нејзината позиција веројатно нема да биде загрозена (6).

Пронаоѓачите не престанаа да се обидуваат да создадат замена за оловно-киселинската батерија. Некои од моделите станаа популарни и сè уште се користат во автомобилската индустрија денес. На крајот на деветнаесеттиот и дваесеттиот век, беа создадени дизајни во кои растворот H не се користеше.₂SO₄туку алкални електролити. Пример е никел-кадмиумската батерија на Ернст Јунгнер прикажана погоре. Во 1901 г Томас Алва Едисон го смени дизајнот за да користи железо наместо кадмиум. Во споредба со киселинските батерии, алкалните батерии се многу полесни, можат да работат на ниски температури и не се толку тешки за ракување. Но, нивното производство е поскапо, а енергетската ефикасност е помала.

Значи, што е следно?

Се разбира, написите за батерии не ги исцрпуваат прашањата. Тие не разговараат, на пример, за литиумските ќелии, кои исто така вообичаено се користат за напојување на апарати за домаќинство како што се калкулатори или матични плочи на компјутери. Можете да дознаете повеќе за нив во јануарската статија за минатогодишната Нобелова награда за хемија, а за практичниот дел - за еден месец (вклучувајќи уривање и искуство).

Има добри изгледи за ќелиите, особено за батериите. Светот станува се повеќе подвижен, што значи потреба да се стане независен од енергетските кабли. Обезбедувањето ефикасно снабдување со енергија за електричните возила е исто така голем предизвик. - за да можат да се натпреваруваат со автомобили со мотор со внатрешно согорување и по економичност.

акумулаторска батерија

За да се олесни идентификацијата на типот на ќелијата, воведен е посебен алфанумерички код. За типовите што најчесто се среќаваат во нашите домови за мали апарати, има форма број-буква-буква-број.

И тоа:

- првата цифра е бројот на ќелии; игнорирани за единечни клетки;

– првата буква го означува типот на ќелијата. Кога недостасува, имате работа со врската Лекланш. Другите типови на клетки се означени на следниов начин:

C - литиумски ќелии (најчест тип),

H – Ni-MH батерија,

K – никел-кадмиумска батерија,

L - алкална клетка;

- следната буква го означува обликот на врската:

F - чинија,

R - цилиндричен,

P - општата ознака на врски со форма различна од цилиндрична;

– конечната бројка или бројки ја означуваат големината на врската (вредностите на каталогот или директно означуваат димензии) (7).

7. Димензии на популарни ќелии и батерии.

Примери за обележување:

R03
- ќелија од цинк-графит со големина на мал прст. Друга ознака е ААА или.

LR6 - алкална клетка со големина на прст. Друга ознака е АА или.

HR14 – Ni-MH батерија; буквата C се користи и за означување на големината.

KR20 – Ni-Cd батерија, чија големина е означена и со буквата D.

3LR12 – рамна батерија со напон од 4,5 V, составена од три цилиндрични алкални ќелии.

6F22 - Батерија од 9 волти, составена од шест рамни ќелии Leclanchet.

CR2032 – литиумска ќелија со дијаметар од 20 mm и дебелина од 3,2 mm.

Видете исто така: