Bateriile sunt cea mai comună sursă de alimentare pentru dispozitivele portabile de bază pentru aplicații industriale la scară largă. O baterie poate fi definită deoarece este o combinație de una sau mai multe celule electrochimice care sunt capabile să convertească energia chimică stocată în energie electrică.
Funcționarea bateriei:
O baterie este un dispozitiv, care constă dintr-o diversă celulă voltaică. Fiecare celulă voltaică este formată din două jumătăți de celule conectate în serie printr-un electrolit conductor care ține anioni și ioni de pisică. O jumătate de celulă include electrolitul și electrodul către care se mișcă anionii, adică anodul sau electrodul negativ, cealaltă jumătate de celulă include electrolitul și electrodul către care se mișcă ionii de pisică, adică catodul sau electrodul pozitiv.
În reacția redox care alimentează bateria, reducerea are loc la cationi la catod, în timp ce oxidarea are loc la anioni la anod. Electrozii nu se ating unul de celălalt, ci sunt conectați electric de către electrolit. În cea mai mare parte, jumătățile de celule au electroliți diferiți. Toate lucrurile luate în considerare pentru fiecare jumătate de celulă sunt închise într-un recipient și un separator care este poros pentru ioni, dar nu cea mai mare parte a electroliților împiedică amestecarea.
Funcționarea bateriei
Fiecare jumătate de celulă are o forță electromotivă (Emf), determinată de capacitatea sa de a conduce curent electric de la interior la exteriorul celulei. EMF net al celulei este diferența dintre EMF a jumătăților sale de celule. În acest fel, dacă electrozii au emf și cu alte cuvinte, emf net este diferența dintre potențialele de reducere ale jumătăților de reacții.
Cum se întreține bateria?
Pentru a menține bateria în stare bună, este necesară egalizarea bateriei. Datorită îmbătrânirii, toate celulele nu se încarcă în mod similar și unele celule acceptă încărcarea extrem de rapidă, în timp ce altele se încarcă treptat. Egalizarea se poate face prin încărcarea marginală a bateriei pentru a permite celulelor mai slabe să se încarce complet. Tensiunea terminală a unei baterii complet încărcate este de 12V, bateria auto prezintă 13,8V în bornele sale, în timp ce o baterie tubulară de 12 volți va arăta 14,8V. Bateria automobilului trebuie fixată ferm în vehicul pentru a evita agitarea. Dacă este posibil, bateria invertorului trebuie așezată pe o scândură de lemn.
2 tipuri de baterii
1) Baterii primare:
După cum indică și numele, aceste baterii sunt destinate unei singure utilizări. Odată ce aceste baterii sunt utilizate, acestea nu mai pot fi reîncărcate, deoarece dispozitivele nu sunt ușor reversibile și este posibil ca materialele active să nu revină la formele lor originale. Producătorii de baterii recomandă împotriva reîncărcării celulelor primare.
Unele dintre exemplele pentru bateriile de unică folosință sunt bateriile normale AA, AAA pe care le folosim în ceasuri de perete, telecomandă pentru televizor etc. Un alt nume pentru aceste baterii este bateriile de unică folosință.
Tipuri Baterie
2) Baterii secundare:
Bateriile secundare sunt numite și baterii reîncărcabile. Aceste baterii pot fi utilizate și se reîncarcă simultan. Acestea sunt de obicei asamblate cu materiale active cu active în stare descărcată. Bateriile reîncărcabile sunt reîncărcate prin aplicarea curentului electric, care inversează reacțiile chimice care apar în timpul descărcării. Încărcătoarele sunt dispozitive care furnizează curentul necesar.
Câteva exemple pentru aceste baterii reîncărcabile sunt bateriile utilizate în telefoanele mobile, playere MP3 etc. Dispozitivele precum aparatele auditive și ceasurile de mână folosesc celule miniaturale și în locuri precum centralele telefonice sau centrele de date ale computerului se folosesc baterii mai mari.
Baterii secundare
Tipuri de baterii secundare (reîncărcabile):
SMF, plumb acid, Li și Nicd
Baterie SMF:
SMF este un baterie sigilată fără întreținere, concepută pentru a oferi o putere de întreținere fiabilă, consistentă și redusă pentru aplicațiile UPS. Aceste baterii pot fi supuse aplicațiilor cu ciclu profund și întreținere minimă în zonele rurale și cu deficit de energie. Aceste baterii sunt disponibile de la 12V.
În lumea informativă de astăzi, nu se poate trece cu vederea cerința ca sistemele de baterii să fie concepute pentru a recupera date și informații esențiale calificate și pentru a rula instrumente de bază pentru durata dorită. Bateriile sunt necesare pentru a furniza energie instantanee. Bateriile nesigure și inferioare pot duce la pierderea opririlor de date și echipamente care pot costa companiile pierderi financiare considerabile. Ulterior, segmentele UPS solicită utilizarea unui sistem de baterii fiabil și dovedit.
Baterie SMF
Baterie litiu (Li):
Cu toții îl folosim în dispozitive portabile precum telefonul mobil, un computer laptop sau un instrument electric. Bateria cu litiu a fost una dintre cele mai mari realizări în domeniul energiei portabile în ultimul deceniu, cu utilizarea bateriilor cu litiu, am reușit să trecem de la mobil alb-negru la telefoane mobile color cu funcții suplimentare, cum ar fi GPS, alerte prin e-mail etc. dispozitive potențiale de densitate energetică pentru capacități mai mari. Și baterii cu descărcare automată relativ scăzute. De asemenea, celulele speciale pot furniza curent foarte mare aplicațiilor precum sculele electrice.
Baterie Li
Baterie nichel cadmiu (Nicd):
Bateriile cu nichel cadmiu au avantajul de a fi reîncărcate de multe ori și au un potențial relativ constant în timpul descărcării și au o capacitate de rezistență mai mare electrică și fizică. Această baterie folosește oxid de nichel pentru catod, un compus de cadmiu pentru anod și soluție de hidroxid de potasiu ca electrolit.
Când bateria este încărcată, compoziția chimică a catodului este transformată și hidroxidul de nichel se transformă în NIOOH. În anod, formarea ionilor de cadmiu are loc din hidroxid de cadmiu. Când bateria este descărcată, cadmiul reacționează cu NiOOH pentru a forma înapoi hidroxid de nichel și hidroxid de cadmiu.
Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Baterie cu plumb acid:
Bateriile cu plumb acid sunt utilizate pe scară largă în automobile, invertoare, sisteme de alimentare de rezervă etc. Spre deosebire de bateriile tubulare și fără întreținere, bateriile cu plumb acid necesită îngrijire și întreținere adecvate pentru a-și prelungi durata de viață. Bateria cu acid de plumb este formată dintr-o serie de plăci păstrate scufundate în soluție de acid sulfuric. Plăcile au grile pe care este atașat materialul activ. Plăcile sunt împărțite în plăci pozitive și negative. Plăcile pozitive dețin plumbul pur ca material activ în timp ce oxidul de plumb este atașat pe plăcile negative.
Baterie cu plumb acid
O baterie complet încărcată își poate descărca curentul atunci când este conectată la o sarcină. În timpul procesului de descărcare, acidul sulfuric se combină cu materialele active de pe plăcile pozitive și negative, rezultând formarea sulfatului de plumb. Apa este cel mai important pas în menținerea unei baterii cu plumb acid. Frecvența apei depinde de utilizare, metoda de încărcare și temperatura de funcționare. În timpul procesului, atomii de hidrogen din acidul sulfuric reacționează cu oxigenul pentru a forma apă.
Aceasta are ca rezultat eliberarea de electroni de pe plăcile pozitive care vor fi acceptate de plăcile negative. Acest lucru duce la formarea unui potențial electric pe baterie. Electrolitul din bateria cu acid de plumb este un amestec de acid sulfuric și apă care are o greutate specifică. Greutatea specifică este greutatea amestecului acid-apă comparativ cu volumul egal de apă. Greutatea specifică a apei fără ioni pure este 1.
Bateriile cu plumb-acid oferă cea mai bună valoare pentru putere și energie pe kilowatt-oră au cel mai lung ciclu de viață și un mare avantaj de mediu, deoarece sunt reciclate la o rată extraordinar de mare. Nicio altă substanță chimică nu poate atinge infrastructura care există pentru colectarea, transportul și reciclarea bateriilor cu plumb-acid.
Împreună cu acest articol, bateria litiu-ion este discutată cu avantajele și dezavantajele sale.
Funcționarea bateriei litiu-ion
Bateriile cu litiu-ion sunt acum populare în majoritatea dispozitivelor electronice portabile precum telefonul mobil, laptopul, camera digitală, etc. datorită eficienței lor energetice de lungă durată. Acestea sunt cele mai populare baterii reîncărcabile cu avantaje precum cea mai bună densitate a energiei, pierderea de încărcare neglijabilă și fără efect de memorie. Bateria Li-Ion folosește ioni de litiu ca purtători de încărcare care se deplasează de la electrodul negativ la electrodul pozitiv în timpul descărcării și înapoi la încărcare. În timpul încărcării, curentul extern de la încărcător aplică o supratensiune decât cea din baterie. Acest lucru forțează curentul să treacă în direcția inversă de la electrodul pozitiv la cel negativ în care ionii de litiu sunt încorporați în materialul poros al electrodului printr-un proces numit Intercalare. Lionii trec prin electrolitul neapos și printr-o diafragmă separatoare. Materialul electrodului este compus din litiu intercalat.
Electrodul negativ al bateriei Li-Ion este alcătuit din carbon, iar electrodul pozitiv este un oxid de metal. Materialul cel mai frecvent utilizat în electrodul negativ este Grafit, în timp ce cel din electrodul pozitiv poate fi oxid de cobalt de litiu, fosfat de ion de litiu sau oxid de mangan de litiu. Sarea de litiu într-un solvent organic este utilizată ca electrolit. Electrolitul este de obicei un amestec de carbonați organici cum ar fi etilen carbonat sau dietil carbonat conținând ioni de litiu. Electrolitul folosește săruri anionice cum ar fi fosfat de litiu hexa fluoro, arseniat de litiu hexa fluor monohidrat, litiu per clorat, borat de litiu hexa fluor etc. În funcție de sarea utilizată, tensiunea, capacitatea și durata de viață a bateriei variază. Litiul pur reacționează energic cu apa pentru a forma ioni de hidroxid de litiu și hidrogen. Deci electrolitul utilizat este solvent organic neapos. Rolul electrochimic al sarcinii electrozilor între anod și catod depinde de direcția curentului curent.
Reacția bateriei Li Ion
În bateria Li-Ion, ambii electrozi pot accepta și elibera ioni de litiu. În timpul procesului de intercalare, ionii de litiu se deplasează în electrod. În timpul procesului invers numit intercalare, ionii de litiu se mișcă înapoi. În timpul descărcării, ionii pozitivi de litiu vor fi extrși din electrozii negativi și introduși în electrodul pozitiv. În timpul procesului de încărcare, are loc mișcarea inversă a ionilor de litiu.
Avantajele bateriei litiu-ion:
Bateriile litiu-ion depășesc bateriile NiCd și alte baterii secundare. Unele dintre avantaje sunt
- Greutate redusă comparativ cu alte baterii de dimensiuni similare
- Disponibil în diferite forme, inclusiv forme plate
- Tensiune ridicată în circuit deschis care mărește transferul de putere la curent scăzut
- Lipsa efectului de memorie.
- Rată foarte mică de auto-descărcare de 5-10% pe lună. Auto descărcarea este de aproximativ 30% în bateriile NiCd și NiMh.
- Baterie ecologică fără litiu metalic gratuit
Dar, împreună cu avantajele, ca și alte baterii, bateria Li-Ion suferă și de unele dezavantaje.
Dezavantaje ale bateriei Li-Ion:
- Depozitele în interiorul electrolitului în timp vor inhiba fluxul de sarcină. Aceasta crește rezistența internă a bateriei și capacitatea celulei de a furniza curent scade treptat.
- Încărcarea ridicată și temperatura ridicată pot duce la pierderea capacității
- Când este supraîncălzită, bateria Li-Ion poate suferi o fugă termică și o ruptură a celulei.
- Descărcarea profundă poate scurtcircuita bateria Li-Ion. Deci, pentru a preveni acest lucru, unele mărci au circuite de oprire interne care opresc bateria atunci când tensiunea sa este peste nivelul sigur de 3 până la 4,2 volți. În acest caz, când bateria nu se folosește mult timp, circuitele interne vor consuma energie și vor scurge bateria sub tensiunea de oprire. Deci, pentru a încărca astfel de baterii, încărcătoarele normale nu sunt utile.
