Elektrisko akumulatoru pielietojuma joma ir ārkārtīgi plaša. Tos izmanto kā elektroenerģijas avotus bērnu rotaļlietasun elektroinstrumentos, kā arī kā vilces avotu elektriskajos transportlīdzekļos. Lai pareizi lietotu baterijas, jums jāzina to īpašības, stiprās un vājās puses.
Saturs
Kas ir elektriskais akumulators un kā tas darbojas
Elektriskais akumulators - tas ir atjaunojams elektriskās enerģijas avots. Atšķirībā no galvaniskajiem elementiem, pēc izlādes to var atkārtoti uzlādēt. Principā visas baterijas ir izvietotas vienādi un sastāv no katoda un anoda, kas ievietots elektrolītā.
Elektrodu materiāls un elektrolīta sastāvs var būt atšķirīgs, un tieši tas nosaka akumulatoru patērētāja īpašības un to apjomu.Starp katodu un anodu var novietot porainu dielektrisku separatoru - separatoru, kas piesūcināts ar elektrolītu. Bet tas lielākoties nosaka mezgla mehāniskās īpašības un būtiski neietekmē elementa darbību.
Kopumā akumulatora darbības pamatā ir divas enerģijas transformācijas:
- uzlādes laikā no elektriskās līdz ķīmiskajai vielai;
- ķīmiska viela nonāk elektrībā izlādes laikā.
Abi pārveidošanas veidi ir balstīti uz atgriezenisku ķīmisku reakciju rašanos, kuru norisi nosaka akumulatorā izmantotās vielas. Tātad svina-skābes šūnā anoda aktīvā daļa ir izgatavota no svina dioksīda, bet katods ir izgatavots no metāla svina. Elektrodi atrodas sērskābes elektrolītā. Izvadot pie anoda, svina dioksīds tiek reducēts, veidojot svina sulfātu un ūdeni, un svins pie katoda tiek oksidēts par svina sulfātu. Uzlādes laikā notiek reversas reakcijas. Citu konstrukciju akumulatoros komponenti reaģē atšķirīgi, taču princips ir līdzīgs.
Bateriju veidi un veidi
Bateriju patēriņa īpašības galvenokārt nosaka to ražošanas tehnoloģija. Ikdienā un rūpniecībā visbiežāk sastopami vairāku veidu akumulatoru elementi.
Svina skābe
Šāda veida baterijas tika izgudrotas 19. gadsimta vidū, un joprojām ir sava pielietojuma niša. Tās priekšrocības ietver:
- vienkārša, lēta un gadu desmitiem veca ražošanas tehnoloģija;
- liela strāvas jauda;
- ilgs kalpošanas laiks (no 300 līdz 1000 uzlādes-izlādes cikliem);
- zemākā pašizlādes strāva;
- nav atmiņas efekta.
Ir arī trūkumi.Pirmkārt, tā ir zema īpatnējā enerģijas intensitāte, kā rezultātā palielinās izmēri un svars. Slikta veiktspēja ir arī zemā temperatūrā, īpaši zem mīnus 20 °C. Ir arī problēmas ar utilizāciju – svina savienojumi ir diezgan toksiski. Bet šis uzdevums jārisina attiecībā uz cita veida akumulatoriem.
Lai gan svina-skābes akumulatori ir optimizēti līdz optimālajam līmenim, pat šeit ir vietas uzlabojumiem. Piemēram, ir AGM tehnoloģija, saskaņā ar kuru starp elektrodiem tiek novietots porains materiāls, kas piesūcināts ar elektrolītu. Tas neietekmē uzlādes un izlādes elektroķīmiskos procesus. Būtībā tas uzlabo akumulatoru mehāniskās īpašības (vibrācijas noturību, spēju strādāt gandrīz jebkurā pozīcijā utt.) un nedaudz palielina darbības drošību.
Ievērojama priekšrocība ir arī uzlabota darbība, nezaudējot kapacitāti un strāvas izvadi temperatūrā līdz mīnus 30 °C. AGM akumulatoru ražotāji apgalvo, ka ir palielināta starta strāva un resurss.
Gēla akumulatori ir vēl viena svina-skābes akumulatoru modifikācija. Elektrolīts sabiezē līdz želejveida stāvoklim. Tādējādi tiek novērsta elektrolīta noplūde darbības laikā un izslēgta gāzu veidošanās iespēja. Taču strāvas jauda ir nedaudz samazināta, un tas ierobežo iespēju izmantot gēla akumulatorus kā startera akumulatorus. Šādu bateriju deklarētās brīnumainās īpašības palielinātas jaudas un palielināta resursa ziņā ir uz tirgotāju sirdsapziņas.
Svina-skābes akumulatori parasti tiek uzlādēti sprieguma stabilizācijas režīmā. Tajā pašā laikā akumulatora spriegums palielinās un uzlādes strāva samazinās. Uzlādes procesa beigu kritērijs ir strāvas kritums līdz iestatītajai robežai.
Niķelis-kadmijs
Viņu gadsimts tuvojas beigām, un vēriens pamazām sarūk. To galvenais trūkums ir izteikts atmiņas efekts. Ja sākat uzlādēt nepilnīgi izlādētu Ni-Cd akumulatoru, tad elements “atceras” šo līmeni, un kapacitāte tālāk tiek noteikta no šīs vērtības. Vēl viena problēma ir zemā videi draudzīgums. Toksiski kadmija savienojumi rada problēmas ar šādu akumulatoru iznīcināšanu. Citi trūkumi ietver:
- augsta pašizlādes tendence;
- salīdzinoši zems enerģijas patēriņš.
Bet ir arī plusi:
- lēts;
- ilgs kalpošanas laiks (līdz 1000 uzlādes-izlādes cikliem);
- spēja piegādāt lielu strāvu.
Arī šādu akumulatoru priekšrocības ietver spēju strādāt zemā negatīvā temperatūrā.
Ni-Cd elementu uzlāde tiek veikta līdzstrāvas režīmā. Varat pilnībā izmantot jaudu, uzlādējot, vienmērīgi vai pakāpeniski samazinot uzlādes strāvu. Procesa beigas tiek kontrolētas, samazinot šūnas spriegumu.
Niķeļa metāla hidrīds
Paredzēts niķeļa-kadmija akumulatoru nomaiņai. Daudzas īpašības un patērētāja īpašības ir augstākas nekā Ni-Cd. Bija iespējams daļēji atbrīvoties no atmiņas efekta, aptuveni pusotru reizi palielināt enerģijas intensitāti un samazināt pašizlādes tendenci. Tajā pašā laikā tika saglabāta augsta strāvas efektivitāte, un izmaksas palika aptuveni tādā pašā līmenī. Vides problēma ir mazināta – baterijas tiek ražotas, neizmantojot toksiskus savienojumus. Bet mums par to bija jāmaksā ar ievērojami samazinātu resursu (līdz 5 reizēm) un spēju strādāt negatīvā temperatūrā - tikai līdz -20 ° C pret -40 ° C niķeļa-kadmija.
Šādas šūnas tiek uzlādētas līdzstrāvas režīmā. Procesa beigas tiek kontrolētas, palielinot katra elementa spriegumu līdz 1,37 voltiem. Vislabvēlīgākais ir impulsa strāvas režīms ar negatīviem pārspriegumiem. Tas novērš atmiņas efekta sekas.
Li-ion
Litija jonu akumulatori pārņem pasauli. Tie izspiež cita veida baterijas no tām vietām, kur situācija šķita nesatricināma. Li-ion elementiem praktiski nav atmiņas efekta (tā ir, bet teorētiskā līmenī), iztur līdz 600 uzlādes-izlādes cikliem, enerģijas intensitāte ir 2-3 reizes lielāka par niķeļa-metāla hidrīda ietilpības un svara attiecību. baterijas.
Arī pašizlādes tendence uzglabāšanas laikā ir minimāla, taču par to visu burtiski ir jāmaksā - šādas baterijas ir daudz dārgākas nekā tradicionālās. Var sagaidīt cenu samazinājumu, attīstoties ražošanai, kā tas parasti notiek, taču citus šādiem akumulatoriem raksturīgos trūkumus - samazinātu strāvas efektivitāti, nespēju strādāt pie negatīvas temperatūras - esošo tehnoloģiju ietvaros diez vai varēs pārvarēt.
Līdz ar paaugstinātu ugunsbīstamību tas nedaudz apgrūtina lietošanu Li-ion akumulatori. Jāpatur prātā arī tas, ka šādi elementi ir pakļauti degradācijai. Pat ja tie netiek uzlādēti un izlādēti, to resurss pats nokļūst uz nulli 1,5 ... 2 gadu uzglabāšanas laikā.
Vislabvēlīgākais uzlādes režīms ir divos posmos. Pirmkārt, stabila strāva (ar vienmērīgi augošu spriegumu), pēc tam stabils spriegums (ar vienmērīgi samazinās strāvu). Praksē otrais posms tiek īstenots pakāpeniski samazinātas uzlādes strāvas veidā. Pat biežāk šis posms sastāv no viena posma - stabilizētā strāva vienkārši samazinās.
Bateriju galvenās īpašības
Pirmais parametrs, kam tiek pievērsta uzmanība, izvēloties akumulatoru, ir tā Nominālais spriegums. Viena akumulatora elementa spriegumu nosaka elementā notiekošie fizikāli ķīmiskie procesi, un tas ir atkarīgs no akumulatora veida. Viena pilnībā uzlādēta banka izsniedz:
- svina-skābes elements - 2,1 volti;
- niķelis-kadmijs - 1,25 volti;
- niķeļa metāla hidrīds - 1,37 volti;
- litija jonu - 3,7 volti.
Lai iegūtu augstāku spriegumu, šūnas tiek saliktas baterijās. Tātad automašīnas akumulatoram virknē jāpievieno 6 svina-skābes kannas, lai iegūtu 12 voltus (precīzāk, 12,6 V), un 18 voltu skrūvgriezim - 5 litija jonu kannas ar 3,7 voltiem katrā.
Otrs svarīgais parametrs ir jaudu. Nosaka akumulatora darbības laiku zem slodzes. To mēra ampērstundās (strāvas un laika reizinājums). Tātad akumulators ar jaudu 3 A⋅h, kad tas ir izlādējies ar 1 ampēru strāvu, izlādēsies 3 stundās, bet ar 3 ampēru strāvu - 1 stundā.
Svarīgs! Stingri sakot, Akumulatora ietilpība atkarīgs no strāvas izlāde, tāpēc strāvas un izlādes laika reizinājums pie dažādām slodzes vērtībām vienam akumulatoram nebūs vienāds.
Un trešais svarīgais parametrs - strāvas padeve. Šī ir maksimālā strāva, ko akumulators var nodrošināt. Tas ir svarīgi, piemēram, lai automobiļu akumulators - nosaka iespēju pagriezt motora vārpstu aukstajā sezonā. Tāpat, piemēram, elektroinstrumentiem svarīga ir spēja piegādāt lielu strāvu, radot lielu griezes momentu. Un mobilajiem sīkrīkiem šī īpašība nav tik svarīga.
Akumulatoru elektriskās īpašības un patērētāja īpašības ir atkarīgas no to konstrukcijas un ražošanas tehnoloģijas. Pareiza bateriju izmantošana nozīmē izmantot atjaunojamo ķīmisko enerģijas avotu priekšrocības un izlīdzināt trūkumus.
Līdzīgi raksti:
