Свет батерија - 3. део

Историја модерних батерија почиње у деветнаестом веку, из овог века потиче већина дизајна који се данас користе. Овакво стање сведочи, с једне стране, о одличним идејама тадашњих научника, ас друге стране, о потешкоћама које се јављају у развоју нових модела.

Мало ствари је толико добро да се не могу побољшати. Ово правило важи и за батерије - модели из КСНУМКС века су много пута дорађивани док нису попримили свој садашњи облик. Ово се такође односи на Лецланцхе ћелије.

Линк за побољшање

Дизајн француског хемичара је промењен Царл Гаснер у заиста користан модел: јефтин за производњу и сигуран за употребу. Међутим, и даље је било проблема - цинк премаз елемента је кородирао након контакта са киселим електролитом који је напунио посуду, а прскање агресивног садржаја могло би да онеспособи уређај са напајањем. Одлука је постала спајање унутрашња површина тела цинка (живин премаз).

Цинк амалгам практично не реагује са киселинама, али задржава сва електрохемијска својства чистог метала. Међутим, због еколошких прописа, овај начин продужења века ћелија се све ређе користи (на ћелијама без живе налази се натпис или) (1).

2. Распоред алкалне ћелије: 1) кућиште (катодно олово), 2) катода која садржи манган диоксид, 3) сепаратор електрода, 4) анода која садржи КОХ и цинк прашину, 5) анодни терминал, 6) заптивање ћелије (изолатор електроде). .

Други начин за повећање дуговечности и живота ћелија је додавање цинк хлорид ЗнЦл₂ за пасту за пуњење чаша. Ћелије овог дизајна се често називају Хеави Дути и (као што име сугерише) дизајниране су да напајају енергетски интензивније уређаје.

Пробој у области батерија за једнократну употребу била је изградња 1955. године алкална ћелија. Проналазак канадског инжењера Левис Урри, који користи тренутна компанија Енергизер, има структуру мало другачију од оне Лецланцхет ћелије.

Прво, тамо нећете наћи графитну катоду или цинк шољу. Обе електроде су направљене у облику влажних, одвојених паста (згушњивачи плус реагенси: катода се састоји од мешавине манган-диоксида и графита, анода од цинкове прашине са примесом калијум-хидроксида), а њихови терминали су од метала ( 2). Међутим, реакције које се јављају током рада су веома сличне онима које се јављају у ћелији Лецланцхет.

Задатак. Извршите „хемијску аутопсију“ алкалне ћелије да бисте открили да је садржај заиста алкални (3). Запамтите да се исте мере предострожности примењују и на демонтажу Лецланцхет ћелије. Погледајте поље кода батерије да бисте сазнали како да идентификујете алкалну ћелију.

3. "Пресек" алкалне ћелије потврђује садржај алкалија.

Домаће батерије

4. Домаће Ни-МХ и Ни-Цд батерије.

Ћелије које се могу пунити након употребе биле су циљ дизајнера од самог почетка развоја науке о електрицитету, па отуда и многе њихове врсте.

Тренутно, један од модела који се користи за напајање малих кућних апарата су никл-кадмијум батерије. Њихов прототип се појавио 1899. године када је то урадио шведски проналазач. Ернст Јунгнер поднео захтев за патент за никл-кадмијумску батерију која би могла да се такмичи са батеријама које се већ широко користе у аутомобилској индустрији. оловна батерија.

Анода ћелије је кадмијум, катода је тровалентно једињење никла, електролит је раствор калијум хидроксида (у модерним „сувим“ дизајном, влажна паста од згушњивача засићена раствором КОХ). Ни-Цд батерије (ово је њихова ознака) имају радни напон од приближно 1,2 В - то је мање од напона за једнократну употребу, што, међутим, није проблем за већину апликација. Велика предност је могућност потрошње значајне струје (чак и неколико ампера) и широк распон радних температура.

5. Проверите захтеве за различите типове батерија пре пуњења.

Недостатак никл-кадмијум батерија је оптерећујући "ефекат меморије". Ово се дешава када се често допуњују делимично испражњене Ни-Цд батерије: систем се понаша као да је његов капацитет једнак само напуњењу који се допуњава поновним пуњењем. Код неких типова пуњача „ефекат меморије“ се може смањити пуњењем ћелија у посебном режиму.

Стога, испражњене никл-кадмијумске батерије треба пунити у пуном циклусу: прво потпуно испражњене (користећи одговарајућу функцију пуњача), а затим поново напунити. Често пуњење такође смањује процењени животни век од 1000-1500 циклуса (да ће многе ћелије за једнократну употребу бити замењене једном батеријом током њеног животног века, тако да ће се већи трошак куповине вишеструко исплатити, а да не спомињемо много мање оптерећење батерије ). средине са производњом и одлагањем ћелија).

Ни-Цд елементи који садрже токсични кадмијум су замењени никл-метал хидридне батерије (ознака Ни-МХ). Њихова структура је слична Ни-Цд батеријама, али се уместо кадмијума користи порозна легура метала (Ти, В, Цр, Фе, Ни, Зр, ретки земни метали) са способношћу да апсорбује водоник (4). Радни напон Ни-МХ ћелије је такође око 1,2 В, што им омогућава да се користе наизменично са НиЦд батеријама. Капацитет никл метал хидридних ћелија је већи од капацитета никл-кадмијум ћелија исте величине. Међутим, НиМХ системи се брже самопразне. Већ постоје модерни дизајни који немају овај недостатак, али коштају много више од стандардних модела.

Никл-метал хидридне батерије не показују „ефекат меморије“ (делимично испражњене ћелије се могу поново пунити). Међутим, увек је потребно проверити захтеве за пуњење за сваки тип у упутствима за пуњач (5).

У случају Ни-Цд и Ни-МХ батерија, не препоручујемо њихово растављање. Прво, у њима нећемо наћи ништа корисно. Друго, никл и кадмијум нису сигурни елементи. Не ризикујте непотребно и препустите то обученим професионалцима.

Краљ акумулатора, тј.

6. „Краљ батерија” на делу.

… Оловна батерија, коју је 1859. године изградио француски физичар Гастон Плантего (да, да, уређај ће ове године напунити 161 годину!). Електролит батерије је око 37% раствор сумпорне киселине (ВИ), а електроде су олово (анода) и олово обложене слојем оловног диоксида ПбО.₂ (катода). Током рада, на електродама се формира преципитат олово(ИИ)(ИИ)ПбСО сулфата₄. Приликом пуњења, једна ћелија има напон већи од 2 волта.

оловна батерија заправо има све недостатке: значајну тежину, осетљивост на пражњење и ниске температуре, потребу складиштења у напуњеном стању, ризик од агресивног цурења електролита и употребу токсичног метала. Поред тога, захтева пажљиво руковање: провера густине електролита, додавање воде у коморе (користите само дестиловану или дејонизовану), контрола напона (пад испод 1,8 В у једној комори може оштетити електроде) и посебан режим пуњења.

Па зашто је древна структура још увек у употреби? "Краљ акумулатора" има оно што је атрибут правог владара - моћ. Велика потрошња струје и висока енергетска ефикасност до 75% (ова количина енергије која се користи за пуњење може се повратити током рада), као и једноставан дизајн и ниска цена производње, значи да оловна батерија Користи се не само за покретање мотора са унутрашњим сагоревањем, већ и као елемент напајања у нужди. Упркос 160-годишњој историји, оловна батерија и даље добро ради и није је замењена другим типовима ових уређаја (а са њим и само олово, које је захваљујући батерији један од метала који се производи у највећим количинама) . Све док моторизација заснована на моторима са унутрашњим сагоревањем настави да се развија, њен положај вероватно неће бити угрожен (6).

Проналазачи нису престали да покушавају да направе замену за оловну батерију. Неки од модела су постали популарни и данас се користе у аутомобилској индустрији. На прелазу из деветнаестог у двадесети век настали су дизајни у којима није коришћено решење Х.₂SO₄али алкални електролити. Пример је горе приказана никл-кадмијумска батерија Ернста Јунгнера. Године 1901 Тхомас Алва Едисон променио дизајн да користи гвожђе уместо кадмијума. У поређењу са киселим батеријама, алкалне батерије су много лакше, могу да раде на ниским температурама и нису тако тешке за руковање. Међутим, њихова производња је скупља, а енергетска ефикасност нижа.

Дакле, шта је следеће?

Наравно, чланци о батеријама не исцрпљују питања. Они не разматрају, на пример, литијумске ћелије, које се такође обично користе за напајање кућних апарата као што су калкулатори или матичне плоче рачунара. Више о њима можете сазнати у јануарском чланку о прошлогодишњој Нобеловој награди за хемију, а на практичном делу – за месец дана (укључујући рушење и искуство).

Постоје добри изгледи за ћелије, посебно батерије. Свет постаје све мобилнији, што значи и потребу да се осамостали од каблова за напајање. Осигурање ефикасног снабдевања енергијом за електрична возила такође је велики изазов. - тако да могу да се такмиче са аутомобилима са мотором са унутрашњим сагоревањем и по ефикасности.

акумулаторска батерија

Да би се олакшала идентификација типа ћелије, уведен је посебан алфанумерички код. За типове који се најчешће налазе у нашим домовима за мале уређаје, има облик број-слово-слово-број.

И да:

- прва цифра је број ћелија; игнорисано за појединачне ћелије;

– прво слово означава тип ћелије. Када недостаје, имате посла са везом Лецланцхе. Остали типови ћелија су означени на следећи начин:

C – литијумске ћелије (најчешћи тип),

H – Ни-МХ батерија,

K – никл-кадмијум батерија,

L – алкална ћелија;

- следеће слово означава облик везе:

F - тањир,

R - цилиндрични,

P - општу ознаку карика који имају облик који није цилиндричан;

– коначна фигура или бројке означавају величину линка (каталошке вредности или директно означавање димензија) (7).

7. Димензије популарних ћелија и батерија.

Примери обележавања:

РКСНУМКС
- цинк-графитна ћелија величине малог прста. Друга ознака је ААА или.

ЛРКСНУМКС - алкална ћелија величине прста. Друга ознака је АА или.

ХРКСНУМКС – Ни-МХ батерија; слово Ц се такође користи за означавање величине.

КРКСНУМКС – Ни-Цд батерија, чија је величина такође означена словом Д.

3ЛР12 – празна батерија напона 4,5 В, која се састоји од три цилиндричне алкалне ћелије.

КСНУМКСФКСНУМКС - 9-волтна батерија, која се састоји од шест Лецланцхет равних ћелија.

ЦРКСНУМКС – литијумска ћелија пречника 20 мм и дебљине 3,2 мм.

Погледајте и: