L'àmbit d'aplicació de les bateries elèctriques és extremadament ampli. S'utilitzen com a fonts d'electricitat joguines infantils, i en eines elèctriques, i com a font de tracció en vehicles elèctrics. Per utilitzar correctament les piles, cal conèixer-ne les propietats, els seus punts forts i febles.
Contingut
Què és una bateria elèctrica i com funciona
Bateria elèctrica - és renovable font d'energia elèctrica. A diferència de les cèl·lules galvàniques, després de ser descarregada, es pot tornar a carregar. En principi, totes les bateries estan disposades de la mateixa manera i consisteixen en un càtode i un ànode col·locats en un electròlit.
El material dels elèctrodes i la composició de l'electròlit poden ser diferents, i això és el que determina les propietats de consum de les bateries i el seu abast.Entre el càtode i l'ànode, es pot col·locar un separador dielèctric porós: un separador impregnat d'electròlit. Però determina, en la seva major part, les propietats mecàniques del conjunt i no afecta fonamentalment el funcionament de l'element.
En general, el funcionament de la bateria es basa en dues transformacions energètiques:
- elèctrica a química durant la càrrega;
- químic en elèctric durant la descàrrega.
Tots dos tipus de conversió es basen en l'aparició de reaccions químiques reversibles, el curs de les quals està determinat per les substàncies utilitzades a la bateria. Així, en una cel·la de plom-àcid, la part activa de l'ànode està feta de diòxid de plom i el càtode de plom metàl·lic. Els elèctrodes es troben en un electròlit d'àcid sulfúric. Quan es descarrega a l'ànode, el diòxid de plom es redueix per formar sulfat de plom i aigua, i el plom al càtode s'oxida a sulfat de plom. Es produeixen reaccions inverses durant la càrrega. A les bateries d'altres dissenys, els components reaccionen de manera diferent, però el principi és similar.
Tipus i tipus de piles
Les propietats del consumidor de les bateries estan determinades principalment per la seva tecnologia de producció. A la vida quotidiana i a la indústria, els més comuns són diversos tipus de cèl·lules de bateries.
Àcid de plom
Aquest tipus de bateries es va inventar a mitjans del segle XIX, i encara té el seu propi nínxol d'aplicació. Els seus avantatges inclouen:
- tecnologia de producció senzilla, econòmica i de dècades d'antiguitat;
- sortida de corrent alta;
- llarga vida útil (de 300 a 1000 cicles de càrrega-descàrrega);
- el corrent d'autodescàrrega més baix;
- cap efecte de memòria.
També hi ha desavantatges.En primer lloc, es tracta d'una baixa intensitat energètica específica, que comporta un augment de dimensions i pes. També hi ha un rendiment baix a temperatures baixes, especialment per sota dels 20 °C. També hi ha problemes amb l'eliminació: els compostos de plom són força tòxics. Però aquesta tasca s'ha d'adreçar a altres tipus de bateries.
Tot i que les bateries de plom-àcid s'han optimitzat al màxim, fins i tot aquí hi ha marge per millorar. Per exemple, hi ha la tecnologia AGM, segons la qual es col·loca un material porós impregnat amb un electròlit entre els elèctrodes. Això no afecta els processos electroquímics de càrrega i descàrrega. Bàsicament, això millora les característiques mecàniques de les bateries (resistència a la vibració, capacitat de treballar en gairebé qualsevol posició, etc.) i augmenta una mica la seguretat de funcionament.
També un avantatge notable és el funcionament millorat sense pèrdua de capacitat i sortida de corrent a temperatures de fins a -30 °C. Els fabricants de bateries AGM reclamen un augment del corrent i dels recursos d'arrencada.
Les bateries de gel són una altra modificació de les bateries de plom-àcid. L'electròlit s'espesseix fins a un estat gelatinós. Això aconsegueix l'exclusió de fuites d'electròlits durant el funcionament i elimina la possibilitat de formació de gasos. Però la sortida de corrent es redueix una mica, i això limita la possibilitat d'utilitzar bateries de gel com a bateries d'arrencada. Les propietats miraculoses declarades d'aquestes bateries en termes d'augment de capacitat i augment dels recursos estan en la consciència dels venedors.
Les bateries de plom-àcid normalment es carreguen en mode d'estabilització de tensió. Al mateix temps, augmenta la tensió de la bateria i disminueix el corrent de càrrega. El criteri per al final del procés de càrrega és la caiguda actual fins al límit establert.
Níquel-cadmi
El seu segle està arribant a la seva fi i l'abast es va reduint gradualment. El seu principal inconvenient és un efecte de memòria pronunciat. Si comenceu a recarregar una bateria de Ni-Cd incompletament descarregada, l'element "recorda" aquest nivell i la capacitat es determina més a partir d'aquest valor. Un altre problema és la baixa compatibilitat amb el medi ambient. Els compostos tòxics de cadmi creen problemes amb l'eliminació d'aquestes bateries. Altres desavantatges inclouen:
- alta tendència a l'autodescàrrega;
- consum d'energia relativament baix.
Però també hi ha avantatges:
- baix cost;
- llarga vida útil (fins a 1000 cicles de càrrega-descàrrega);
- capacitat de subministrar un corrent elevat.
A més, els avantatges d'aquestes bateries inclouen la capacitat de treballar a baixes temperatures negatives.
La càrrega de les cèl·lules Ni-Cd es realitza en mode de corrent continu. Podeu utilitzar plenament la capacitat recarregant amb una disminució suau o gradual del corrent de càrrega. El final del procés es controla disminuint la tensió de la cel·la.
Hidrur metàl·lic de níquel
Dissenyat per substituir les bateries de níquel-cadmi. Moltes característiques i propietats de consum són superiors a les del Ni-Cd. Va ser possible desfer-se parcialment de l'efecte memòria, augmentar la intensitat energètica aproximadament una vegada i mitja i reduir la tendència a l'autodescàrrega. Al mateix temps, es va mantenir una alta eficiència actual i el cost es va mantenir aproximadament al mateix nivell. El problema ambiental es mitiga: les bateries es produeixen sense l'ús de compostos tòxics. Però vam haver de pagar-ho amb un recurs significativament reduït (fins a 5 vegades) i la capacitat de treballar a temperatures negatives, només fins a -20 ° C enfront de -40 ° C per als de níquel-cadmi.
Aquestes cèl·lules es carreguen en mode de corrent continu. El final del procés es controla augmentant la tensió de cada element fins a 1,37 volts. El més favorable és el mode de corrent polsat amb sobretensions negatives. Això elimina els efectes de l'efecte memòria.
Li-ió
Les bateries d'ions de liti estan prenent el món. Desplacen altres tipus de bateries d'aquelles zones on la situació semblava inamovible. Les cèl·lules d'ions de liti pràcticament no tenen efecte de memòria (és present, però a nivell teòric), suporten fins a 600 cicles de càrrega-descàrrega, la intensitat energètica és 2-3 vegades més gran que la relació de capacitat i pes de níquel-hidrur metàl·lic bateries.
La tendència a l'autodescàrrega durant l'emmagatzematge també és mínima, però literalment s'ha de pagar per tot això: aquestes bateries són molt més cares que les tradicionals. Es pot esperar reduccions de preus amb el desenvolupament de la producció, com sol ser el cas, però és poc probable que es superin altres desavantatges inherents d'aquestes bateries - eficiència actual reduïda, incapacitat de treballar a temperatures negatives - en el marc de les tecnologies existents.
Juntament amb un major risc d'incendi, això dificulta una mica l'ús Bateries Li-ion. També cal tenir en compte que aquests elements estan subjectes a degradació. Fins i tot si no es carreguen i descarreguen, el seu recurs en si es posa a zero en 1,5 ... 2 anys d'emmagatzematge.
El mode de càrrega més favorable és en dues etapes. Primer, un corrent estable (amb una tensió que augmenta suaument), després una tensió estable (amb un corrent que disminueix). A la pràctica, la segona etapa s'implementa en forma d'un corrent de càrrega reduït gradualment. Encara més sovint, aquesta etapa consta d'una etapa: el corrent estabilitzat simplement disminueix.
Característiques principals de les bateries
El primer paràmetre al qual es presta atenció a l'hora d'escollir una bateria és el seu Tensió nominal. La tensió d'una pila de bateria ve determinada pels processos fisicoquímics que es produeixen a l'interior de la cèl·lula i depèn del tipus de bateria. Un banc completament carregat ofereix:
- element de plom-àcid - 2,1 volts;
- níquel-cadmi - 1,25 volts;
- hidrur metàl·lic de níquel - 1,37 volts;
- ions de liti - 3,7 volts.
Per obtenir una tensió més alta, les cèl·lules s'ajunten en bateries. Per tant, per a una bateria de cotxe, cal connectar 6 llaunes de plom-àcid en sèrie per obtenir 12 volts (més precisament, 12,6 V) i per a un tornavís de 18 volts: 5 llaunes d'ió de liti de 3,7 volts cadascuna.
El segon paràmetre important és capacitat. Determina la durada de la bateria sota càrrega. Es mesura en amperes-hora (producte del corrent i el temps). Per tant, una bateria amb una capacitat de 3 A⋅h quan es descarrega amb un corrent d'1 ampere es descarregarà en 3 hores, i amb un corrent de 3 amperes, en 1 hora.
Important! Estrictament parlant, Capacitat de la bateria depèn del corrent descàrrega, de manera que el producte del corrent i el temps de descàrrega a diferents valors de càrrega per a una bateria no serà el mateix.
I el tercer paràmetre important: subministrament actual. Aquest és el corrent màxim que pot lliurar la bateria. És important, per exemple, per bateria d'automòbil - determina la possibilitat de girar l'eix del motor a l'estació de fred. A més, la capacitat de subministrar un corrent elevat, creant un parell elevat, és important, per exemple, per a eines elèctriques. I per als aparells mòbils, aquesta característica no és tan important.
Les propietats elèctriques i les qualitats de consum de les bateries depenen del seu disseny i tecnologia de producció. L'ús correcte de les bateries implica utilitzar els avantatges de les fonts d'energia química renovable i anivellar-ne els inconvenients.
Articles semblants:
