Batérie sú najbežnejším zdrojom energie pre základné vreckové zariadenia pre veľké priemyselné aplikácie. Batériu je možné definovať ako kombináciu jedného alebo viacerých elektrochemických článkov, ktoré sú schopné premieňať uloženú chemickú energiu na elektrickú.
Fungovanie batérie:
Batéria je zariadenie, ktoré sa skladá z rôznych galvanických článkov. Každý galvanický článok sa skladá z dvoch polovičných článkov spojených do série vodivým elektrolytom, ktorý drží anióny a katiónové ióny. Jeden polčlánok obsahuje elektrolyt a elektródu, ku ktorej sa pohybujú anióny, t. J. Anóda alebo záporná elektróda, druhý polčlánok obsahuje elektrolyt a elektródu, ku ktorej sa pohybujú katiónové ióny, t. J. Katódu alebo kladnú elektródu.
Pri redoxnej reakcii, ktorá napája batériu, dochádza k redukcii na katióny na katóde, zatiaľ čo k oxidácii na anióny na anóde. Elektródy sa navzájom nedotýkajú, ale sú elektricky spojené elektrolytom. Polovičné články majú väčšinou rôzne elektrolyty. Všetko, čo sa považuje za to, že každý polčlánok je uzavretý v nádobe a zmiešavaču bráni separátor, ktorý je pórovitý pre ióny, ale nie veľká časť elektrolytov.
Fungovanie batérie
Každý polčlánok má elektromotorickú silu (Emf), určenú jeho schopnosťou poháňať elektrický prúd z interiéru do exteriéru článku. Čistý emf bunky je rozdiel medzi emf jej polčlánkov. Týmto spôsobom, ak elektródy majú emf a inými slovami, čistý emf je rozdiel medzi redukčnými potenciálmi polovičných reakcií.
Ako udržiavať batériu?
Na udržanie dobrého stavu batérie je potrebné vyrovnať batériu. V dôsledku starnutia sa všetky bunky nenabíjajú podobne a niektoré bunky nabíjajú extrémne rýchlo, zatiaľ čo iné sa nabíjajú postupne. Vyrovnanie je možné vykonať okrajovým prebitím batérie, aby sa slabšie články mohli tiež úplne nabiť. Koncové napätie úplne nabitej batérie je 12 V, automobilová batéria ukazuje na svorkách 13,8 V, zatiaľ čo 12-voltová rúrková batéria ukazuje 14,8 V. Autobatéria by mala byť vo vozidle pevne pripevnená, aby sa zabránilo chveniu. Batéria invertora by mala byť, pokiaľ je to možné, umiestnená na drevenej doske.
2 typy batérií
1) Primárne batérie:
Ako naznačuje názov, tieto batérie sú určené na jedno použitie. Len čo sa tieto batérie použijú, nie je možné ich znovu nabiť, pretože zariadenia nie sú ľahko reverzibilné a aktívne materiály sa nemusia vrátiť do pôvodnej podoby. Výrobcovia batérií odporúčajú nenabíjať primárne články.
Niektoré z príkladov jednorazových batérií sú normálne AA, AAA batérie, ktoré používame v nástěnných hodinách, v diaľkovom ovládaní televízora atď. Ďalším názvom týchto batérií sú jednorazové batérie.
Typy batérií
2) Sekundárne batérie:
Sekundárne batérie sa tiež nazývajú nabíjateľné batérie. Tieto batérie je možné používať a nabíjať súčasne. Spravidla sú zostavené z aktívnych materiálov aktívnych vo vybitom stave. Nabíjateľné batérie sa nabíjajú pomocou elektrického prúdu, ktorý obracia chemické reakcie, ktoré sa vyskytujú pri vybití. Nabíjačky sú zariadenia, ktoré dodávajú požadovaný prúd.
Príkladom týchto nabíjateľných batérií sú batérie používané v mobilných telefónoch, prehrávačoch MP3 atď. Zariadenia, ako sú načúvacie prístroje a náramkové hodinky, používajú miniatúrne články a na miestach, ako sú telefónne ústredne alebo počítačové dátové centrá, sa používajú väčšie batérie.
Sekundárne batérie
Typy sekundárnych (nabíjateľných) batérií:
SMF, kyselina olovnatá, Li a Nicd
Batéria SMF:
SMF je a zapečatená bezúdržbová batéria navrhnutá tak, aby ponúkala spoľahlivý, konzistentný výkon s nízkou údržbou pre aplikácie UPS. Tieto batérie môžu byť predmetom hlbokých cyklov a minimálnej údržby vo vidieckych oblastiach a v oblastiach s nedostatkom energie. Tieto batérie sú k dispozícii od 12V.
V dnešnom informačnom svete nemožno prehliadnuť požiadavku, aby boli batériové systémy navrhnuté tak, aby obnovovali rozhodujúce kvalifikované údaje a informácie a fungovali základné prístrojové vybavenie po požadovanú dobu. Na zabezpečenie okamžitého napájania sú potrebné batérie. Nespoľahlivé a nekvalitné batérie môžu mať za následok stratu dát a odstávok zariadení, čo môže spoločnosti stáť značné finančné straty. Následne segmenty UPS požadujú využitie spoľahlivého a osvedčeného batériového systému.
Batéria SMF
Lítiová (Li) batéria:
Všetci ho používame v prenosných zariadeniach, ako sú mobilné telefóny, prenosné počítače alebo elektrické náradie. Lítiová batéria bola jedným z najväčších úspechov v oblasti prenosného napájania za posledné desaťročie. Vďaka použitiu lítiových batérií sme boli schopní prejsť z čiernobieleho mobilného telefónu na farebný mobilný telefón s ďalšími funkciami, ako je GPS, e-mailové upozornenia atď. zariadenia s potenciálom energetickej hustoty pre vyššie kapacity. A relatívne nízke samovybíjacie batérie. Špeciálne články tiež môžu dodávať veľmi vysoký prúd do aplikácií, ako je elektrické náradie.
Li batéria
Nikel-kadmium (nič) batéria:
Výhodou nikel-kadmiových batérií je to, že sa mnohokrát nabíjajú, majú relatívne konštantný potenciál počas vybitia a majú väčšiu elektrickú a fyzickú výdrž. Táto batéria používa pre katódu oxid nikelnatý, pre anódu zlúčeninu kadmia a ako elektrolyt roztok hydroxidu draselného.
Po nabití batérie sa chemické zloženie katódy transformuje a hydroxid nikelnatý sa zmení na NIOOH. V anóde dochádza k tvorbe kademnatých iónov z hydroxidu kademnatého. Keď je batéria vybitá, kadmium reaguje s NiOOH a vytvára späť hydroxid nikelnatý a hydroxid kademnatý.
Cd + 2H20 + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Olovená batéria:
Olovené batérie sa často používajú v automobiloch, invertoroch, záložných napájacích systémoch atď. Na rozdiel od rúrkových a bezúdržbových batérií vyžadujú olovené batérie náležitú starostlivosť a údržbu, aby sa predĺžila ich životnosť. Batéria s kyselinou olovnatou sa skladá zo série platní ponorených do roztoku kyseliny sírovej. Dosky majú mriežky, na ktorých je pripevnený aktívny materiál. Doštičky sú rozdelené na pozitívne a negatívne platne. Pozitívne doštičky obsahujú čisté olovo ako aktívny materiál, zatiaľ čo oxid olovnatý je pripojený k negatívnym doštičkám.
Olovená batéria
Úplne nabitá batéria môže pri pripojení k záťaži vybiť svoj prúd. Počas procesu vypúšťania sa kyselina sírová kombinuje s aktívnymi materiálmi na pozitívnych a negatívnych platniach, čo vedie k tvorbe síranu olovnatého. Voda je najdôležitejším krokom pri údržbe batérie s kyselinou olovnatou. Frekvencia vody závisí od použitia, spôsobu nabíjania a prevádzkovej teploty. Počas procesu atómy vodíka z kyseliny sírovej reagujú s kyslíkom za vzniku vody.
To má za následok uvoľnenie elektrónov z pozitívnych platní, ktoré budú akceptované negatívnymi platňami. To vedie k vytvoreniu elektrického potenciálu cez batériu. Elektrolyt v batérii s kyselinou olovnatou je zmesou kyseliny sírovej a vody, ktorá má špecifickú hmotnosť. Merná hmotnosť je hmotnosť zmesi kyseliny a vody v porovnaní s rovnakým objemom vody. Merná hmotnosť čistej vody neobsahujúcej ióny je 1.
Olovené batérie poskytujú najlepšiu hodnotu energie a energie na kilowatthodinu, majú najdlhší životný cyklus a veľkú environmentálnu výhodu v tom, že sa recyklujú mimoriadne vysokou rýchlosťou. Žiadna iná chémia sa nemôže dotknúť infraštruktúry, ktorá existuje na zber, prepravu a recykláciu olovených batérií.
Spolu s týmto článkom sa diskutuje o lítium-iónovej batérii s jej výhodami a nevýhodami.
Fungovanie lítium-iónovej batérie
Lítium-iónové batérie sú dnes vďaka svojej dlhotrvajúcej energetickej účinnosti populárne vo väčšine elektronických prenosných zariadení, ako sú mobilné telefóny, notebooky, digitálne fotoaparáty atď. Jedná sa o najobľúbenejšie nabíjateľné batérie s výhodami ako najlepšia hustota energie, zanedbateľná strata nabitia a žiadny pamäťový efekt. Li-Ion batéria využíva ako nosiče náboja lítiové ióny, ktoré sa počas vybitia pohybujú od zápornej elektródy k pozitívnej elektróde a späť pri nabíjaní. Počas nabíjania vyvíja externý prúd z nabíjačky prepätie ako napätie v batérii. To núti prúd prechádzať v opačnom smere od kladnej k zápornej elektróde, kde sa lítiové ióny zapúšťajú do pórovitého elektródového materiálu procesom nazývaným interkalácia. Li-iony prechádzajú nevodným elektrolytom a separačnou membránou. Materiál elektródy je interkalátovaná zlúčenina lítia.
Záporná elektróda Li-Ion batérie je vyrobená z uhlíka a kladná elektróda je oxid kovu. Najbežnejšie používaným materiálom v zápornej elektróde je grafit, zatiaľ čo v kladnej elektróde môže byť oxid lítny kobalt, lítium ión fosfát alebo lítium mangán. Ako elektrolyt sa používa lítna soľ v organickom rozpúšťadle. Elektrolyt je zvyčajne zmesou organických uhličitanov, ako je etylénkarbonát alebo dietylkarbonát, obsahujúcich ióny lítia. Elektrolyt používa aniónové soli, ako je hexafluórfosforečnan lítny, monohydrát hexafluórfosforečnanu lítneho, chlorid lítny, hexafluórboritan lítny atď. Podľa použitej soli sa líši napätie, kapacita a životnosť batérie. Čisté lítium prudko reaguje s vodou za vzniku hydroxidu lítneho a vodíkových iónov. Použitým elektrolytom je teda nevodné organické rozpúšťadlo. Elektrochemická úloha náboja elektród medzi anódou a katódou závisí od smeru prúdenia.
Reakcia Li Ion batérie
V batérii Li-Ion môžu obe elektródy prijímať a uvoľňovať lítiové ióny. Počas procesu interkalácie sa lítiové ióny pohybujú do elektródy. Počas reverzného procesu zvaného de interkalácia sa lítiové ióny pohybujú späť. Počas vybíjania sa kladné ióny lítia extrahujú zo záporných elektród a vloží sa do kladnej elektródy. Počas procesu nabíjania dochádza k spätnému pohybu iónov lítia.
Výhody lítium-iónovej batérie:
Lítium-iónové batérie prekonávajú NiCd batérie a ďalšie sekundárne batérie. Niektoré z výhod sú
- Nízka hmotnosť v porovnaní s inými batériami podobnej veľkosti
- Dostupné v rôznych tvaroch vrátane plochých
- Vysoké napätie otvoreného obvodu, ktoré zvyšuje prenos energie pri malom prúde
- Nedostatok pamäťového efektu.
- Veľmi nízka miera samovybíjania 5-10% mesačne. Samovybíjanie je v batériách NiCd a NiMh okolo 30%.
- Ekologická batéria bez voľného lítiového kovu
Ale okrem výhod, ako ostatné batérie, aj Li-Ion batéria má niektoré nevýhody.
Nevýhody Li-Ion batérie:
- Usadeniny vo vnútri elektrolytu v priebehu času brzdia tok náboja. To zvyšuje vnútorný odpor batérie a kapacita článku dodávať prúd sa postupne znižuje.
- Vysoké nabíjanie a vysoká teplota môžu viesť k strate kapacity
- Pri prehriatí môže Li-Ion batéria utrpieť tepelný únik a prasknutie článku.
- Hlboké vybitie môže skratovať Li-Ion akumulátor. Aby sa tomu zabránilo, niektoré značky majú vnútorné vypínacie obvody, ktoré vypínajú batériu, keď je jej napätie nad bezpečnou úrovňou 3 až 4,2 voltu. V takom prípade, keď batéria nie je dlhšiu dobu používaná, vnútorné obvody spotrebujú energiu a vybijú ju pod vypínacím napätím. Normálne nabíjačky nie sú na nabíjanie takýchto batérií užitočné.
