Batterier - Typer och arbete

Batterier är den vanligaste strömkällan för grundläggande handhållna enheter för stora industriella applikationer. Ett batteri kan definieras eftersom det är en kombination av en eller flera elektrokemiska celler som kan omvandla lagrad kemisk energi till elektrisk energi.

Arbeta med batteri:

Ett batteri är en enhet som består av olika voltaiska celler. Varje voltaisk cell består av två halvceller som är kopplade i serie med en ledande elektrolyt som håller anjoner och kattjoner. En halvcell innefattar elektrolyt och elektroden till vilken anjoner rör sig, dvs anoden eller den negativa elektroden, den andra halvcellen innefattar elektrolyt och den elektrod till vilken katjoner rör sig, dvs. katoden eller den positiva elektroden.

I redoxreaktionen som driver batteriet sker minskning till katjoner vid katoden, medan oxidation sker till anjoner vid anoden. Elektroderna rör inte varandra utan är elektriskt anslutna av elektrolyten. För det mesta har halva cellerna olika elektrolyter. Alla saker som beaktas är varje halvcell innesluten i en behållare och en separator som är porös mot joner men inte huvuddelen av elektrolyterna förhindrar blandning.

Arbeta med batteri

Varje halvcell har en elektromotorisk kraft (Emf), bestämd av dess kapacitet att driva elektrisk ström från det inre till det yttre av cellen. Nettos emf i cellen är skillnaden mellan emf i dess halvceller. På detta sätt, om elektroderna har emf och med andra ord, är netto emf skillnaden mellan halvreaktionernas reduktionspotential.

Hur underhåller jag batteriet?

För att hålla batteriet i gott skick är batteriutjämning nödvändig. På grund av åldrande laddas inte alla celler på samma sätt och vissa celler tar laddning extremt snabbt medan andra laddas gradvis. Utjämning kan göras genom att ladda batteriet marginellt så att de svagare cellerna också kan ladda helt. Terminalspänningen för ett helt laddat batteri är 12V, bilbatteriet visar 13,8V i sina terminaler medan ett 12 volt rörbatteri visar 14,8V. Bilbatteriet ska vara ordentligt fastsatt i fordonet för att undvika skakningar. Omvandlarbatteriet bör placeras på en träplanka om möjligt.

2 typer av batterier

1) Primära batterier:

Som namnet antyder är dessa batterier avsedda för engångsbruk. När dessa batterier har använts kan de inte laddas eftersom enheterna inte är lätt att vända och aktiva material kanske inte återgår till sina ursprungliga former. Batteritillverkare rekommenderar att de primära cellerna inte laddas.

Några av exemplen för engångsbatterierna är de normala AA-, AAA-batterierna som vi använder i väggur, TV-fjärrkontroll etc. Annat namn på dessa batterier är engångsbatterier.

Typer Batteri

2) Sekundära batterier:

Sekundära batterier kallas också för uppladdningsbara batterier. Dessa batterier kan användas och laddas samtidigt. De är vanligtvis monterade med aktiva material med aktiva i urladdat tillstånd. Uppladdningsbara batterier laddas genom att använda elektrisk ström, vilket reverserar de kemiska reaktioner som uppstår under urladdningen. Laddare är enheter som levererar erforderlig ström.

Några exempel på dessa uppladdningsbara batterier är batterierna som används i mobiltelefoner, MP3-spelare etc. Enheter som hörapparater och armbandsur använder miniatyrceller och på platser som telefonväxlar eller datordatacenter används större batterier.

Sekundära batterier

Typer av sekundära (uppladdningsbara) batterier:

SMF, blysyra, Li och Nicd

SMF-batteri:

SMF är en förseglat underhållsfritt batteri, utformat för att erbjuda tillförlitlig, jämn och låg underhållseffekt för UPS-applikationer. Dessa batterier kan vara föremål för djupcykelapplikationer och minimalt underhåll i landsbygdsområden och kraftunderskott. Dessa batterier är tillgängliga från 12V.

I dagens informativa värld kan man inte förbise kravet på att batterisystem är utformade för att återställa avgörande kvalificerad data och information och köra grundläggande instrument för önskad varaktighet. Batterier krävs för att leverera omedelbar ström. Otillförlitliga och sämre batterier kan leda till förlust av data och utrustningsavstängningar som kan kosta företag betydande ekonomiska förluster. Därefter kräver UPS-segmenten användning av ett pålitligt och beprövat batterisystem.

SMF-batteri

Litiumbatteri:

Vi använder alla den i bärbara enheter som mobiltelefon, en bärbar dator eller ett elverktyg. Litiumbatteriet har varit en av de största framgångarna inom bärbar kraft under det senaste decenniet med användning av litiumbatterier som vi har kunnat byta från svartvita mobiltelefoner till färgmobiler med ytterligare funktioner som GPS, e-postvarningar etc. Dessa är de höga energidensitetspotentialanordningar för högre kapacitet. Och relativt låga självurladdningsbatterier. Specialceller kan också ge mycket hög ström till applikationer som elverktyg.

Li-batteri

Nickelkadmium (Nicd) batteri:

Nickelkadmiumbatterierna har fördelen att de laddas många gånger och har en relativt konstant potential under urladdning och har mer elektrisk och fysisk motståndskraft. Detta batteri använder nickeloxid för katod, en kadmiumförening för anod och kaliumhydroxidlösning som elektrolyt.

När batteriet laddas transformeras katodens kemiska sammansättning och nickelhydroxiden ändras till NIOOH. I anoden sker kadmiumjoner från kadmiumhydroxid. När batteriet är urladdat reagerar kadmium med NiOOH för att bilda nickelhydroxid och kadmiumhydroxid.

Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Blybatteri:

Blybatterier används ofta i bilar, växelriktare, reservkraftsystem etc. Till skillnad från rörformiga och underhållsfria batterier kräver blybatterier ordentlig skötsel och underhåll för att förlänga livslängden. Blybatteriet består av en serie plattor som förvaras nedsänkta i svavelsyralösning. Plattorna har galler på vilka det aktiva materialet är fäst. Plattorna är uppdelade i positiva och negativa plattor. De positiva plattorna håller rent bly som det aktiva materialet medan blyoxid är fäst på de negativa plattorna.

Blybatteri

Ett helt laddat batteri kan ladda ur ström när det är anslutet till en last. Under urladdningsprocessen kombineras svavelsyran med de aktiva materialen på de positiva och negativa plattorna vilket resulterar i bildandet av blysulfat. Vatten är det viktigaste steget för att underhålla ett blybatteri. Vattnets frekvens beror på användning, laddningsmetod och driftstemperatur. Under processen reagerar väteatomerna från svavelsyran med syre för att bilda vatten.

Detta resulterar i frisättning av elektroner från de positiva plattorna som accepteras av de negativa plattorna. Detta leder till att en elektrisk potential bildas över batteriet. Elektrolyten i blybatteriet är en blandning av svavelsyra och vatten med en specifik vikt. Specifik vikt är vikten av syra-vattenblandningen jämfört med lika stor volym vatten. Den specifika vikten för rent vatten utan vatten är 1.

Blybatterierna ger det bästa värdet för kraft och energi per kilowattimme har den längsta livscykeln och en stor miljöfördel genom att de återvinns i en extremt hög hastighet. Ingen annan kemi kan beröra den infrastruktur som finns för insamling, transport och återvinning av blybatterier.

Tillsammans med denna artikel diskuteras litiumjonbatterier med dess fördelar och nackdelar.

Arbeta med litium - jonbatteri

Litiumjonbatterier är nu populära i de flesta elektroniska bärbara enheter som mobiltelefon, bärbar dator, digitalkamera osv. På grund av deras långvariga energieffektivitet. Dessa är de mest populära uppladdningsbara batterierna med fördelar som bästa energitäthet, försumbar laddningsförlust och ingen minneseffekt. Li-Ion-batteriet använder litiumjoner som laddningsbärare som rör sig från den negativa elektroden till den positiva elektroden under urladdning och tillbaka vid laddning. Under laddningen tillför den externa strömmen från laddaren en överspänning än den i batteriet. Detta tvingar strömmen att gå i omvänd riktning från den positiva till den negativa elektroden där litiumjonerna blir inbäddade i det porösa elektrodmaterialet genom en process som kallas Intercalation. Li-ionerna passerar genom den icke vattenhaltiga elektrolyten och en separatormembran. Elektrodmaterialet är inbördes litiumförening.

Den negativa elektroden i Li-ion-batteriet består av kol och den positiva elektroden är en metalloxid. Det vanligaste materialet i den negativa elektroden är grafit medan det i den positiva elektroden kan vara litiumkobaltoxid, litiumjonfosfat eller litiummanganoxid. Litiumsalt i ett organiskt lösningsmedel används som elektrolyt. Elektrolyten är typiskt en blandning av organiska karbonater som etylenkarbonat eller dietylkarbonat innehållande litiumjoner. Elektrolyten använder anionsalter som litiumhexafluorfosfat, litiumhexafluorarsenatmonohydrat, litium per klorat, litiumhexafluorborat etc. Beroende på vilket salt som används varierar batteriets spänning, kapacitet och livslängd. Rent litium reagerar kraftigt med vatten för att bilda litiumhydroxid och vätejoner. Så den använda elektrolyten är ett icke vattenhaltigt organiskt lösningsmedel. Den elektrokemiska rollen för elektrodernas laddning mellan anod och katod beror på strömflödets riktning.

Li-ion-batterireaktion

I Li-Ion-batteriet kan båda elektroderna ta emot och frigöra litiumjoner. Under interkalationsprocessen rör sig litiumjonerna in i elektroden. Under den omvända processen som kallas de intercalation rör sig litiumjonerna tillbaka. Under urladdningen extraheras de positiva litiumjonerna från de negativa elektroderna och införs i den positiva elektroden. Under laddningsprocessen sker omvänd rörelse av litiumjoner.

Fördelar med litium - jonbatteri:

Litiumjonbatterier överträffar NiCd-batterier och andra sekundära batterier. Några av fördelarna är

• Lätt vikt jämfört med andra batterier av samma storlek
• Finns i olika former inklusive platt form
• Hög öppen kretsspänning som ökar kraftöverföringen vid låg ström
• Brist på minneseffekt.
• Mycket låg självurladdningshastighet på 5-10% per månad. Självurladdning är cirka 30% i NiCd- och NiMh-batterier.
• Miljövänligt batteri utan gratis litiummetall

Men tillsammans med fördelarna, liksom andra batterier, har Li-Ion-batteriet också vissa nackdelar.

Nackdelar med Li-Ion-batteri:

• Avlagringarna i elektrolyten över tid kommer att hämma laddningsflödet. Detta ökar batteriets inre motstånd och cellens kapacitet att leverera ström minskar gradvis.
• Hög laddning och hög temperatur kan leda till kapacitetsförlust
• Vid överhettning kan Li-Ion-batteriet drabbas av termisk avrinning och cellbrott.
• Djupurladdning kan kortsluta Li-Ion-batteriet. För att förhindra detta har vissa fabrikat interna avstängningskretsar som stänger av batteriet när dess spänning ligger över den säkra nivån på 3 till 4,2 volt. I detta fall, när batteriet inte använder länge, kommer den interna kretsen att förbruka ström och tömma batteriet under dess avstängningsspänning. Så att ladda sådana batterier är vanliga laddare inte användbara.