Paristot - tyypit ja toiminta

Paristot ovat yleisimpiä virtalähdettä peruskäsilaitteille laajamittaisiin teollisiin sovelluksiin. Akku voidaan määritellä, koska se on yhden tai useamman sähkökemiallisen kennon yhdistelmä, joka kykenee muuttamaan varastoidun kemiallisen energian sähköenergiaksi.

Akun toiminta:

Akku on laite, joka koostuu erilaisista volttikennoista. Jokainen voltaattikenno koostuu kahdesta puolikennosta, jotka on kytketty sarjaan johtavalla elektrolyytillä, joka pitää anionit ja kissaionit. Yksi puolikenno sisältää elektrolyytin ja elektrodin, johon anionit liikkuvat, so. Anodi tai negatiivinen elektrodi, toinen puolikenno sisältää elektrolyytin ja elektrodin, johon kissaionit liikkuvat, ts. Katodi tai positiivinen elektrodi.

Redox-reaktiossa, joka käyttää akkua, pelkistys tapahtuu katodissa olevilla kationeilla, kun taas hapetus tapahtuu anodeilla anodissa. Elektrodit eivät kosketa toisiaan, mutta elektrolyytti on kytketty ne sähköisesti. Enimmäkseen puolisoluissa on erilaisia ​​elektrolyyttejä. Jokainen puolisoluinen asia on suljettu astiaan ja ioneille huokoinen erotin, mutta suurin osa elektrolyytteistä estää sekoittumisen.

Akun toiminta

Jokaisella puolikennolla on sähkömoottori (Emf), joka määräytyy sen kyvyn kuljettaa sähkövirtaa kennon sisäpuolelta ulkopuolelle. Solun netto-emf on ero sen puolisolujen emf: n välillä. Tällä tavoin, jos elektrodeissa on emf eli toisin sanoen, nettoemf on puolireaktioiden pelkistyspotentiaalien välinen ero.

Kuinka ylläpitää akkua?

Akun pitämiseksi kunnossa akun tasaus on tarpeen. Ikääntymisen takia kaikki solut eivät lataudu samalla tavalla, ja jotkut solut hyväksyvät varauksen erittäin nopeasti, kun taas toiset lataavat vähitellen. Tasaus voidaan suorittaa lataamalla hieman akkua, jotta myös heikommat kennot latautuvat kokonaan. Täyteen ladatun akun napajännite on 12 V, auton akun liittimissä on 13,8 V, kun taas 12 voltin putkiparistossa 14,8 V. Auton akun tulee olla kunnolla kiinni ajoneuvossa tärinän välttämiseksi. Invertteriparisto tulee sijoittaa puulautalle, jos mahdollista.

2 paristotyyppiä

1) Ensisijaiset paristot:

Nimensä mukaisesti nämä paristot on tarkoitettu kertakäyttöön. Kun näitä paristoja on käytetty, niitä ei voi ladata, koska laitteet eivät ole helposti palautettavissa ja aktiiviset materiaalit eivät välttämättä palaa alkuperäiseen muotoonsa. Akunvalmistajat suosittelevat ensisijaisten solujen lataamista.

Joitakin esimerkkejä kertakäyttöisistä paristoista ovat tavalliset AA-, AAA-paristot, joita käytämme seinäkelloissa, television kaukosäätimissä jne. Näiden paristojen toinen nimi on kertakäyttöiset paristot.

Tyypit Akku

2) Toissijaiset paristot:

Toissijaisia ​​paristoja kutsutaan myös ladattaviksi pareiksi. Näitä akkuja voidaan käyttää ja ladata samanaikaisesti. Ne kootaan yleensä aktiivisten aineiden kanssa, joiden aktiivinen aine on tyhjentynyt. Ladattavat akut ladataan sähkövirralla, mikä kääntää purkautumisen aikana tapahtuvat kemialliset reaktiot. Laturit ovat laitteita, jotka syöttävät vaaditun virran.

Joitakin esimerkkejä näistä ladattavista paristoista ovat matkapuhelimissa, MP3-soittimissa jne. Käytettävät paristot. Kuulokojeiden ja rannekellojen kaltaiset laitteet käyttävät pienikokoisia kennoja, ja esimerkiksi puhelinkeskuksissa tai tietokonekeskuksissa käytetään suurempia paristoja.

Toissijaiset paristot

Toissijaisten paristojen tyypit:

SMF, lyijyhappo, Li ja Nicd

SMF-akku:

SMF on a suljettu huoltovapaa akku, joka on suunniteltu tarjoamaan luotettavaa, tasaista ja vähän huoltotehoa UPS-sovelluksiin. Näihin akuihin voidaan soveltaa syväsyklisiä sovelluksia, ja niitä on huollettava vähiten maaseudulla ja virralla. Näitä akkuja on saatavana 12 V: n jännitteellä.

Nykypäivän informatiivisessa maailmassa ei voida sivuuttaa vaatimusta, että akkujärjestelmät on suunniteltu palauttamaan tärkeät pätevät tiedot ja suorittamaan peruslaitteita haluttuun kestoon. Paristoja tarvitaan välittömän virran saamiseksi. Luotettavat ja huonolaatuiset paristot voivat johtaa tietojen ja laitteiden sammumiseen, mikä voi maksaa yrityksille huomattavia taloudellisia menetyksiä. Tämän jälkeen UPS-segmentit vaativat luotettavan ja todistetun akkujärjestelmän käyttöä.

SMF-akku

Litium (Li) -akku:

Me kaikki käytämme sitä kannettavissa laitteissa, kuten matkapuhelimessa, kannettavassa tietokoneessa tai sähkötyökalussa. Litiumparisto on ollut yksi viime vuosikymmenen suurimmista saavutuksista kannettavassa virrassa. Litiumparistojen avulla olemme voineet siirtyä mustavalkoisista matkapuhelimista värimobiileihin lisäominaisuuksilla, kuten GPS, sähköpostihälytykset jne. Nämä ovat korkeita energian tiheyspotentiaalilaitteet suuremmille kapasiteeteille. Ja suhteellisen vähän itsepurkautuvia paristoja. Myös erikoiskennot voivat tarjota erittäin suurta virtaa sovelluksille, kuten sähkötyökaluille.

Li-akku

Nikkeli-kadmium (Nicd) -akku:

Nikkeli-kadmiumakkujen etuna on, että niitä ladataan useita kertoja, ja niillä on suhteellisen vakaa potentiaali purkauksen aikana ja niillä on enemmän sähköistä ja fyysistä kestävyyttä. Tämä akku käyttää nikkelioksidia katodissa, kadmiumyhdistettä anodille ja kaliumhydroksidiliuosta elektrolyyttinä.

Kun akkua ladataan, katodin kemiallinen koostumus muuttuu ja nikkelihydroksidi muuttuu NIOOH: ksi. Anodissa kadmiumionien muodostuminen tapahtuu kadmiumhydroksidista. Kun akku on tyhjä, kadmium reagoi NiOOH: n kanssa muodostaen takaisin nikkelihydroksidia ja kadmiumhydroksidia.

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

Lyijyakku:

Lyijyhappoakkuja käytetään laajalti autoissa, inverttereissä, varavoimajärjestelmissä jne. Toisin kuin putkimaisissa ja huoltovapaissa paristoissa, lyijyhappoakut tarvitsevat asianmukaista hoitoa ja huoltoa pidentääkseen niiden käyttöikää. Lyijyhappoakku koostuu sarjasta levyjä, jotka pidetään upotettuna rikkihappoliuokseen. Levyissä on ristikot, joihin aktiivinen materiaali on kiinnitetty. Levyt on jaettu positiivisiin ja negatiivisiin levyihin. Positiiviset levyt pitävät puhdasta lyijyä aktiivisena materiaalina, kun taas lyijyoksidi on kiinnittynyt negatiivisiin levyihin.

Lyijyakku

Täyteen ladattu akku voi purkaa virran, kun se on kytketty kuormaan. Purkausprosessin aikana rikkihappo yhdistyy positiivisten ja negatiivisten levyjen aktiivisten materiaalien kanssa, mikä johtaa lyijysulfaatin muodostumiseen. Vesi on tärkein yksittäinen vaihe lyijyhappoakun ylläpidossa. Veden tiheys riippuu käytöstä, lataustavasta ja käyttölämpötilasta. Prosessin aikana rikkihapon vetyatomit reagoivat hapen kanssa muodostaen vettä.

Tämä johtaa elektronien vapautumiseen positiivisilta levyiltä, ​​jotka negatiiviset levyt hyväksyvät. Tämä johtaa sähköisen potentiaalin muodostumiseen akun yli. Lyijyhappoakun elektrolyytti on rikkihapon ja veden seos, jolla on ominaispaino. Ominaispaino on happo-vesi-seoksen paino verrattuna yhtä suureen vesimäärään. Puhtaan ionien vapaan veden ominaispaino on 1.

Lyijyakut tarjoavat parhaan vastineen teholle ja energialle kilowattituntia kohti. Niillä on pisin elinkaari ja suuri ympäristöetu, koska ne kierrätetään poikkeuksellisen nopeasti. Mikään muu kemia ei voi koskea infrastruktuuria, joka on olemassa lyijyakkujen keräämiseksi, kuljettamiseksi ja kierrättämiseksi.

Tämän artikkelin ohella keskustellaan litiumioniakusta sen eduista ja haitoista.

Litiumioniakun toiminta

Litiumioniakut ovat nyt suosittuja useimmissa kannettavissa elektronisissa laitteissa, kuten matkapuhelimessa, kannettavassa tietokoneessa, digitaalikamerassa jne., Niiden pitkäaikaisen virrankulutuksen vuoksi. Nämä ovat suosituimpia ladattavia paristoja, joilla on etuja, kuten paras energiatiheys, vähäinen lataushäviö ja ei muistivaikutuksia. Litiumioniakku käyttää litiumioneja varauksen kantajina, jotka siirtyvät negatiivisesta elektrodista positiiviseen elektrodiin purkautumisen aikana ja takaisin latauksen aikana. Latauksen aikana laturin ulkoinen virta aiheuttaa ylijännitteen kuin akussa oleva. Tämä pakottaa virran kulkemaan päinvastaisessa suunnassa positiivisesta negatiiviseen elektrodiin, jossa litiumionit upotetaan huokoiseen elektrodimateriaaliin prosessin, jota kutsutaan interkalaatioksi. Litiumionit kulkevat vedettömän elektrolyytin ja erotinkalvon läpi. Elektrodimateriaali on interkaloitu litiumyhdiste.

Li-Ion-akun negatiivinen elektrodi koostuu hiilestä ja positiivinen elektrodi on metallioksidi. Negatiivisen elektrodin yleisimmin käytetty materiaali on grafiitti, kun taas positiivisessa elektrodissa materiaali voi olla litiumkobolttioksidi, litiumionifosfaatti tai litiummangaanioksidi. Orgaanisessa liuottimessa olevaa litiumsuolaa käytetään elektrolyyttinä. Elektrolyytti on tyypillisesti orgaanisten karbonaattien, kuten etyleenikarbonaatin tai dietyylikarbonaatin, seos, joka sisältää litiumioneja. Elektrolyytissä käytetään anionisuoloja, kuten litiumheksafluorifosfaatti, litiumheksafluoriarsenaattimonohydraatti, litium per kloraatti, litiumheksafluoriboraatti jne. Käytetystä suolasta riippuen akun jännite, kapasiteetti ja käyttöikä vaihtelevat. Puhdas litium reagoi veden kanssa voimakkaasti muodostaen litiumhydroksidi- ja vetyioneja. Joten käytetty elektrolyytti on vedetön orgaaninen liuotin. Anodin ja katodin välisen varauksen elektrodien kemiallinen rooli riippuu virran suunnasta.

Li-ioniakun reaktio

Li-Ion-akussa molemmat elektrodit voivat hyväksyä ja vapauttaa litiumioneja. Interkalaation aikana litiumionit liikkuvat elektrodiin. Interkalaatiota kutsutun käänteisen prosessin aikana litiumionit liikkuvat takaisin. Purkautumisen aikana positiiviset litiumionit uutetaan negatiivisista elektrodeista ja työnnetään positiivisiin elektrodeihin. Latausprosessin aikana tapahtuu litiumionien käänteinen liike.

Litiumioniakun edut:

Litiumioniakut ovat parempia kuin NiCd-paristot ja muut toissijaiset paristot. Jotkut edut ovat

• Kevyt verrattuna muihin vastaavan kokoisiin paristoihin
• Saatavana eri muotoisena, mukaan lukien tasainen muoto
• Korkea avoimen piirin jännite, joka lisää virransiirtoa pienellä virralla
• Muistin puute.
• Erittäin pieni itsepurkautumisnopeus, 5-10% kuukaudessa. Itsepurkautuminen on noin 30% NiCd- ja NiMh-akuissa.
• Ympäristöystävällinen akku ilman vapaata litiummetallia

Mutta etujen lisäksi, kuten muut akut, litiumioniakku kärsii myös joistakin haitoista.

Litiumioniakun haitat:

• Elektrolyytin sisällä olevat kerrostumat estävät ajan mittaan varauksen virtausta. Tämä lisää akun sisäistä vastusta ja kennon kyky syöttää virtaa vähitellen vähenee.
• Korkea lataus ja korkea lämpötila voivat johtaa kapasiteetin menetykseen
• Ylikuumentuneen litiumioniakku saattaa kärsiä lämpövirtauksesta ja kennojen repeämästä.
• Syväpurkautuminen voi oikosulkea litiumioniakun. Joten tämän estämiseksi joissakin valmistajissa on sisäinen sammutuspiiri, joka sammuttaa akun, kun sen jännite on yli turvallisen tason 3–4,2 volttia. Tässä tapauksessa, kun akkua ei käytetä pitkään aikaan, sisäinen piiri kuluttaa virtaa ja tyhjentää akun sammutusjännitteen alapuolella. Joten tällaisten akkujen lataaminen ei ole normaalia laturia.