Rozsah použití elektrických baterií je extrémně široký. Používají se jako zdroje elektřiny v dětské hračkya v elektrickém nářadí a jako zdroj trakce v elektrických vozidlech. Pro správné používání baterií potřebujete znát jejich vlastnosti, jejich silné a slabé stránky.
Obsah
Co je elektrická baterie a jak funguje
Elektrická baterie - je obnovitelný zdroj elektrické energie. Na rozdíl od galvanických článků jej lze po vybití znovu nabít. V zásadě jsou všechny baterie uspořádány stejně a sestávají z katody a anody umístěné v elektrolytu.
Materiál elektrod a složení elektrolytu mohou být různé, a to určuje spotřebitelské vlastnosti baterií a jejich rozsah.Mezi katodu a anodu lze položit porézní dielektrický separátor - separátor napuštěný elektrolytem. Ale určuje z velké části mechanické vlastnosti sestavy a zásadně neovlivňuje činnost prvku.
Obecně je provoz na baterie založen na dvou přeměnách energie:
- elektrické na chemické při nabíjení;
- chemikálie do elektrického během vybíjení.
Oba typy přeměny jsou založeny na výskytu vratných chemických reakcí, jejichž průběh je dán použitými látkami v baterii. Takže v olověném článku je aktivní část anody vyrobena z oxidu olovnatého a katoda je vyrobena z kovového olova. Elektrody jsou v elektrolytu kyseliny sírové. Při vypouštění na anodě se oxid olovnatý redukuje za vzniku síranu olovnatého a vody a olovo na katodě se oxiduje na síran olovnatý. Při nabíjení dochází k obráceným reakcím. V bateriích jiných konstrukcí reagují součásti odlišně, ale princip je podobný.
Typy a typy baterií
Spotřebitelské vlastnosti baterií jsou dány především technologií jejich výroby. V každodenním životě a průmyslu je nejběžnějších několik typů bateriových článků.
Kyselina olova
Tento typ baterie byl vynalezen v polovině 19. století a stále má své vlastní uplatnění. Mezi jeho výhody patří:
- jednoduchá, levná a desítky let stará výrobní technologie;
- vysoký proudový výstup;
- dlouhá životnost (od 300 do 1000 cyklů nabití-vybití);
- nejnižší samovybíjecí proud;
- žádný paměťový efekt.
Existují i nevýhody.V první řadě se jedná o nízkou měrnou energetickou náročnost, vedoucí ke zvětšení rozměrů a hmotnosti. Slabý výkon je také při nízkých teplotách, zejména pod minus 20 °C. Problémy jsou i s likvidací – sloučeniny olova jsou dost toxické. Ale tento úkol nutno řešit pro jiné typy baterií.
Přestože byly olověné akumulátory optimalizovány na maximum, i zde je prostor pro zlepšení. Existuje například technologie AGM, podle které je mezi elektrody umístěn porézní materiál napuštěný elektrolytem. To neovlivňuje elektrochemické procesy nabíjení a vybíjení. V zásadě to zlepšuje mechanické vlastnosti baterií (odolnost vůči vibracím, schopnost pracovat téměř v jakékoli poloze atd.) a poněkud zvyšuje bezpečnost provozu.
Nezanedbatelnou výhodou je také zlepšený provoz bez ztráty kapacity a proudového výstupu při teplotách až -30 °C. Výrobci baterií AGM uvádějí zvýšení startovacího proudu a zdrojů.
Gelové baterie jsou další modifikací olověných baterií. Elektrolyt zhoustne do rosolovitého stavu. Tím je dosaženo vyloučení úniku elektrolytu během provozu a vyloučena možnost tvorby plynů. Proudový výkon je však poněkud snížen, což omezuje možnost použití gelových baterií jako startovacích baterií. Obchodníci mají na svědomí deklarované zázračné vlastnosti takových baterií, pokud jde o zvýšenou kapacitu a zvýšené zdroje.
Olověné baterie se obvykle nabíjejí v režimu stabilizace napětí. Současně se zvyšuje napětí na baterii a snižuje se nabíjecí proud. Kritériem pro ukončení procesu nabíjení je pokles proudu na nastavenou mez.
Nikl-kadmium
Jejich století se chýlí ke konci a rozsah se postupně zmenšuje. Jejich hlavní nevýhodou je výrazný paměťový efekt. Pokud začnete dobíjet neúplně vybitou Ni-Cd baterii, prvek si tuto úroveň „pamatuje“ a z této hodnoty se dále určuje kapacita. Dalším problémem je nízká šetrnost k životnímu prostředí. Toxické sloučeniny kadmia způsobují problémy s likvidací takových baterií. Mezi další nevýhody patří:
- vysoká tendence k samovybíjení;
- relativně nízká spotřeba energie.
Ale jsou tu i plusy:
- nízké náklady;
- dlouhá životnost (až 1000 cyklů nabití-vybití);
- schopnost dodávat vysoký proud.
Mezi výhody takových baterií patří také schopnost pracovat při nízkých záporných teplotách.
Nabíjení Ni-Cd článků probíhá stejnosměrným proudem. Plně využijete kapacitu dobíjením s plynulým nebo postupným snižováním nabíjecího proudu. Konec procesu je řízen snížením napětí článku.
Nikl-metal hydrid
Navrženo jako náhrada nikl-kadmiových baterií. Mnohé charakteristiky a spotřebitelské vlastnosti jsou vyšší než vlastnosti Ni-Cd. Podařilo se částečně zbavit paměťového efektu, zvýšit energetickou náročnost asi jedenapůlkrát a snížit sklon k samovybíjení. Zároveň byla zachována vysoká proudová účinnost a náklady zůstaly přibližně na stejné úrovni. Ekologický problém je zmírněn – baterie jsou vyráběny bez použití toxických sloučenin. Ale museli jsme za to zaplatit výrazně sníženým zdrojem (až 5krát) a schopností pracovat při záporných teplotách - pouze do -20 ° C oproti -40 ° C u nikl-kadmiových.
Takové články se nabíjejí stejnosměrným proudem. Konec procesu je řízen zvýšením napětí na každém prvku až na 1,37 voltu. Nejvýhodnější je režim pulzního proudu se zápornými rázy. Tím se eliminují účinky paměťového efektu.
Li-ion
Lithium-iontové baterie přebírají svět. Vytlačují jiné typy baterií z těch oblastí, kde se situace zdála neotřesitelná. Li-ion články nemají prakticky žádný paměťový efekt (je přítomen, ale na teoretické úrovni), vydrží až 600 cyklů nabití-vybití, energetická náročnost je 2-3x vyšší než poměr kapacity a hmotnosti nikl-metalhydridu baterie.
Sklon k samovybíjení při skladování je také minimální, ale za to vše musíte doslova zaplatit – takové baterie jsou mnohem dražší než klasické. S rozvojem výroby lze očekávat snižování cen, jak tomu obvykle bývá, ale další inherentní nevýhody takových baterií - snížená proudová účinnost, neschopnost pracovat při záporných teplotách - se v rámci stávajících technologií pravděpodobně nepodaří překonat.
Spolu se zvýšeným nebezpečím požáru to poněkud brání použití Li-ion baterie. Je také třeba mít na paměti, že takové prvky podléhají degradaci. I když nejsou nabité a vybité, jejich zdroj sám klesne na nulu za 1,5 ... 2 roky skladování.
Nejvýhodnější režim nabíjení je dvoustupňový. Nejprve stabilní proud (s plynule rostoucím napětím), poté stabilní napětí (s plynule klesajícím proudem). V praxi je druhý stupeň realizován ve formě postupně snižovaného nabíjecího proudu. Ještě častěji se tento stupeň skládá z jednoho stupně - stabilizovaný proud prostě klesá.
Hlavní vlastnosti baterií
První parametr, kterému se při výběru baterie věnuje pozornost, je její Jmenovité napětí. Napětí jednoho článku baterie je určeno fyzikálně-chemickými procesy probíhajícími uvnitř článku a závisí na typu baterie. Jedna plně nabitá banka vydává:
- olověný prvek - 2,1 voltů;
- nikl-kadmium - 1,25 voltů;
- hydrid niklu - 1,37 voltů;
- lithium-iontové - 3,7 voltů.
Pro získání vyššího napětí jsou články sestaveny do baterií. Takže pro autobaterii musíte zapojit 6 olověných plechovek do série, abyste získali 12 voltů (přesněji 12,6 V), a pro 18voltový šroubovák - 5 lithium-iontových plechovek po 3,7 voltech.
Druhým důležitým parametrem je kapacita. Určuje životnost baterie při zatížení. Měří se v ampérhodinách (součin proudu a času). Takže baterie s kapacitou 3 A⋅h při vybití proudem 1 ampér se vybije za 3 hodiny a s proudem 3 ampéry - za 1 hodinu.
Důležité! Přesně řečeno, Kapacita baterie záleží na proudu vybití, takže součin proudu a doby vybíjení při různých hodnotách zatížení pro jednu baterii nebude stejný.
A třetí důležitý parametr - přívod proudu. To je maximální proud, který může baterie dodat. Důležité je např. pro automobilová baterie - určuje možnost otáčení hřídele motoru v chladném období. Také schopnost dodávat vysoký proud vytvářející vysoký točivý moment je důležitá například pro elektrické nářadí. A pro mobilní gadgety tato vlastnost není tak důležitá.
Elektrické vlastnosti a spotřebitelské vlastnosti baterií závisí na jejich konstrukci a technologii výroby. Správné používání baterií znamená využití výhod obnovitelných chemických zdrojů energie a vyrovnání nevýhod.
Podobné články:
