Mundo ng baterya - bahagi 3

Ang kasaysayan ng mga modernong baterya ay nagsisimula sa ikalabinsiyam na siglo, mula sa siglong ito karamihan sa mga disenyong ginagamit ngayon ay nagmula. Ang sitwasyong ito ay nagpapatotoo, sa isang banda, sa mahuhusay na ideya ng mga siyentipiko noong panahong iyon, at, sa kabilang banda, sa mga paghihirap na lumitaw sa pagbuo ng mga bagong modelo.

Ilang bagay ang napakahusay na hindi na maaaring pagbutihin. Nalalapat din ang panuntunang ito sa mga baterya - ang mga modelo ng ika-XNUMX siglo ay pino nang maraming beses hanggang sa makuha ang kanilang kasalukuyang anyo. Nalalapat din ito sa Mga cell ng leclanche.

I-link upang mapabuti

Ang disenyo ng French chemist ay binago Carl Gasner sa isang talagang kapaki-pakinabang na modelo: mura sa paggawa at ligtas na gamitin. Gayunpaman, may mga problema pa rin - ang zinc coating ng elemento ay naagnas kapag nadikit ang acidic electrolyte na pumupuno sa bowl, at ang pag-splash ng mga agresibong nilalaman ay maaaring hindi paganahin ang pinapatakbo na device. Naging desisyon pagsasama-sama ang panloob na ibabaw ng zinc body (mercury coating).

Ang zinc amalgam ay halos hindi tumutugon sa mga acid, ngunit pinapanatili ang lahat ng mga electrochemical na katangian ng purong metal. Gayunpaman, dahil sa mga regulasyon sa kapaligiran, ang pamamaraang ito ng pagpapahaba ng buhay ng mga cell ay ginagamit nang mas kaunti (sa mga cell na walang mercury, maaari mong mahanap ang inskripsiyon o) (1).

2. Alkaline cell layout: 1) case (cathode lead), 2) cathode na naglalaman ng manganese dioxide, 3) electrode separator, 4) anode na naglalaman ng KOH at zinc dust, 5) anode terminal, 6) cell sealing (electrode insulator) . .

Ang isa pang paraan upang madagdagan ang mahabang buhay at buhay ng cell ay ang pagdaragdag sink chloride ZnCl₂ para sa cup filling paste. Ang mga cell ng disenyong ito ay madalas na tinutukoy bilang Heavy Duty at (tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan) ay idinisenyo upang paganahin ang mas maraming energy intensive device.

Ang isang pambihirang tagumpay sa larangan ng mga disposable na baterya ay ang pagtatayo noong 1955 ng alkalina na selula. Ang imbensyon ng inhinyero ng Canada Lewis Urry, na ginagamit ng kasalukuyang kumpanya ng Energizer, ay may istraktura na bahagyang naiiba sa Leclanchet cell.

Una, wala kang makikitang graphite cathode o zinc cup doon. Ang parehong mga electrodes ay ginawa sa anyo ng basa, pinaghiwalay na mga pastes (mga pampalapot kasama ang mga reagents: ang katod ay binubuo ng isang halo ng manganese dioxide at grapayt, ang anode ng zinc dust na may isang admixture ng potassium hydroxide), at ang kanilang mga terminal ay gawa sa metal ( 2). Gayunpaman, ang mga reaksyon na nangyayari sa panahon ng operasyon ay halos kapareho sa mga nangyayari sa Leclanchet cell.

Isang gawain. Magsagawa ng "chemical autopsy" sa isang alkaline cell upang malaman na ang mga nilalaman ay talagang alkaline (3). Tandaan na ang parehong mga pag-iingat ay nalalapat sa pagtanggal ng Leclanchet cell. Tingnan ang field ng Battery Code para sa kung paano makilala ang isang alkaline na cell.

3. Kinukumpirma ng "Seksyon" ng alkaline cell ang nilalaman ng alkali.

Mga bateryang gawang bahay

4. Domestic Ni-MH at Ni-Cd na mga baterya.

Ang mga cell na maaaring ma-recharge pagkatapos gamitin ay ang layunin ng mga taga-disenyo mula pa sa simula ng pag-unlad ng agham ng kuryente, kaya ang maraming uri ng mga ito.

Sa kasalukuyan, isa sa mga modelong ginagamit sa pagpapagana ng maliliit na gamit sa bahay ay mga baterya ng nickel-cadmium. Ang kanilang prototype ay lumitaw noong 1899 nang gawin ito ng isang Swedish inventor. Ernst Jungner nag-apply para sa isang patent para sa isang nickel-cadmium na baterya na maaaring makipagkumpitensya sa mga baterya na malawakang ginagamit sa industriya ng automotive. baterya ng lead acid.

Ang cell anode ay cadmium, ang cathode ay isang trivalent nickel compound, ang electrolyte ay isang potassium hydroxide solution (sa modernong "dry" na mga disenyo, isang wet paste ng mga pampalapot na puspos ng isang KOH solution). Ang mga baterya ng Ni-Cd (ito ang kanilang pagtatalaga) ay may operating voltage na humigit-kumulang 1,2 V - ito ay mas mababa kaysa sa mga disposable cell, na, gayunpaman, ay hindi isang problema para sa karamihan ng mga application. Ang malaking bentahe ay ang kakayahang kumonsumo ng makabuluhang kasalukuyang (kahit na ilang amperes) at isang malawak na hanay ng mga operating temperatura.

5. Suriin ang mga kinakailangan para sa iba't ibang uri ng mga baterya bago mag-charge.

Ang kawalan ng nickel-cadmium na mga baterya ay isang mabigat na "memory effect". Nangyayari ito kapag madalas na nagre-recharge ng bahagyang na-discharge na Ni-Cd na mga baterya: ang sistema ay kumikilos na parang ang kapasidad nito ay katumbas lamang ng singil na na-replenished sa pamamagitan ng recharging. Sa ilang uri ng mga charger, ang "memory effect" ay maaaring bawasan sa pamamagitan ng pag-charge sa mga cell sa isang espesyal na mode.

Samakatuwid, ang mga na-discharge na nickel-cadmium na baterya ay dapat na ma-charge sa buong cycle: una ganap na na-discharge (gamit ang naaangkop na charger function) at pagkatapos ay muling magkarga. Binabawasan din ng madalas na pag-recharge ang tinantyang buhay na 1000-1500 na mga cycle (na maraming mga disposable cell ang mapapalitan ng isang baterya habang tumatagal nito, kaya ang mas mataas na halaga ng pagbili ay magbabayad para sa sarili nito nang maraming beses, hindi pa banggitin ang mas kaunting strain sa baterya ). kapaligiran na may paggawa at pagtatapon ng mga selula).

Ang mga elemento ng Ni-Cd na naglalaman ng nakakalason na cadmium ay pinalitan mga baterya ng nickel-metal hydride (Pagtatalaga ng Ni-MH). Ang kanilang istraktura ay katulad ng mga baterya ng Ni-Cd, ngunit sa halip na cadmium, isang porous metal alloy (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, rare earth metals) na may kakayahang sumipsip ng hydrogen ay ginagamit (4). Ang operating boltahe ng Ni-MH cell ay humigit-kumulang 1,2 V din, na nagpapahintulot sa kanila na magamit nang palitan ng mga baterya ng NiCd. Ang kapasidad ng mga cell ng Nickel-Metal Hydride ay mas malaki kaysa sa mga cell ng Nickel-Cadmium na may parehong laki. Gayunpaman, mas mabilis na naglalabas ng sarili ang mga sistema ng NiMH. Mayroon nang mga modernong disenyo na walang ganitong disbentaha, ngunit mas mahal ang mga ito kaysa sa mga karaniwang modelo.

Ang mga baterya ng Nickel-metal hydride ay hindi nagpapakita ng "epekto sa memorya" (maaaring ma-recharge ang mga cell na bahagyang na-discharge). Gayunpaman, palaging kinakailangan na suriin ang mga kinakailangan sa pagsingil ng bawat uri sa mga tagubilin para sa charger (5).

Sa kaso ng mga baterya ng Ni-Cd at Ni-MH, hindi namin inirerekomenda na i-disassemble ang mga ito. Una, wala tayong makikitang kapaki-pakinabang sa kanila. Pangalawa, ang nickel at cadmium ay hindi ligtas na mga elemento. Huwag makipagsapalaran nang hindi kinakailangan at iwanan ang pagtatapon sa mga sinanay na propesyonal.

Ang hari ng mga nagtitipon, iyon ay...

6. "Hari ng mga baterya" sa trabaho.

… Lead-acid na baterya, na itinayo noong 1859 ng isang French physicist Gaston Plantego (oo, oo, magiging 161 taong gulang ang device sa taong ito!). Ang baterya electrolyte ay tungkol sa 37% sulfuric acid (VI) na solusyon, at ang mga electrodes ay lead (anode) at lead na pinahiran ng isang layer ng lead dioxide PbO.₂ (katode). Sa panahon ng operasyon, isang precipitate ng lead(II)(II)PbSO sulfate ay nabubuo sa mga electrodes₄. Kapag nagcha-charge, ang isang cell ay may boltahe na higit sa 2 volts.

lead na baterya mayroon talaga itong lahat ng mga disadvantages: makabuluhang timbang, sensitivity sa discharge at mababang temperatura, ang pangangailangan na mag-imbak sa isang sisingilin na estado, ang panganib ng agresibong pagtagas ng electrolyte at ang paggamit ng nakakalason na metal. Bilang karagdagan, nangangailangan ito ng maingat na paghawak: pagsuri sa density ng electrolyte, pagdaragdag ng tubig sa mga silid (gamitin lamang ang distilled o deionized), kontrol ng boltahe (Ang pagbaba sa ibaba ng 1,8 V sa isang silid ay maaaring makapinsala sa mga electrodes) at isang espesyal na mode ng pagsingil.

Kaya bakit ginagamit pa rin ang sinaunang istraktura? Ang "Hari ng mga Accumulator" ay may katangian ng isang tunay na pinuno - kapangyarihan. Mataas na kasalukuyang pagkonsumo at mataas na kahusayan ng enerhiya hanggang sa 75% (ang halaga ng enerhiya na ginamit para sa pagsingil ay maaaring mabawi sa panahon ng operasyon), pati na rin ang simpleng disenyo at mababang gastos ng produksyon, nangangahulugan na lead na baterya Ito ay ginagamit hindi lamang upang simulan ang panloob na combustion engine, ngunit din bilang isang elemento ng emergency power supply. Sa kabila ng 160 taon ng kasaysayan, ang lead na baterya ay gumagana pa rin nang maayos at hindi napalitan ng iba pang mga uri ng mga device na ito (at kasama nito, ang lead mismo, na, salamat sa baterya, ay isa sa mga metal na ginawa sa pinakamalaking dami) . Hangga't ang motorization batay sa panloob na combustion engine ay patuloy na umuunlad, ang posisyon nito ay malamang na hindi nanganganib (6).

Ang mga imbentor ay hindi tumigil sa pagsisikap na lumikha ng kapalit para sa lead-acid na baterya. Ang ilan sa mga modelo ay naging popular at ginagamit pa rin sa industriya ng automotive ngayon. Sa pagliko ng ikalabinsiyam at ikadalawampu siglo, ang mga disenyo ay nilikha kung saan ang H solusyon ay hindi ginamit.₂SO₄ngunit alkaline electrolytes. Ang isang halimbawa ay ang nickel-cadmium na baterya ni Ernst Jungner na ipinapakita sa itaas. Noong 1901 Thomas Alva Edison binago ang disenyo upang gumamit ng bakal sa halip na cadmium. Kung ikukumpara sa mga acid na baterya, ang mga alkaline na baterya ay mas magaan, maaaring gumana sa mababang temperatura at hindi gaanong mahirap hawakan. Gayunpaman, ang kanilang produksyon ay mas mahal, at ang kahusayan ng enerhiya ay mas mababa.

Kaya, ano ang susunod?

Siyempre, hindi nauubos ng mga artikulo sa mga baterya ang mga tanong. Hindi nila tinatalakay, halimbawa, ang mga lithium cell, na karaniwang ginagamit din sa pagpapagana ng mga gamit sa sambahayan tulad ng mga calculator o motherboard ng computer. Maaari kang matuto nang higit pa tungkol sa mga ito sa artikulo sa Enero tungkol sa Nobel Prize sa Chemistry noong nakaraang taon, at sa praktikal na bahagi - sa isang buwan (kabilang ang demolisyon at karanasan).

May magandang prospect para sa mga cell, lalo na ang mga baterya. Ang mundo ay nagiging mas at mas mobile, na nangangahulugang ang pangangailangan na maging independyente sa mga kable ng kuryente. Ang pagtiyak ng mahusay na supply ng enerhiya para sa mga de-koryenteng sasakyan ay isa ring malaking problema. - upang maaari silang makipagkumpitensya sa mga kotse na may panloob na combustion engine din sa mga tuntunin ng kahusayan.

baterya ng nagtitipid

Upang mapadali ang pagkilala sa uri ng cell, isang espesyal na alphanumeric code ang ipinakilala. Para sa mga uri na kadalasang matatagpuan sa ating mga tahanan para sa maliliit na appliances, mayroon itong form na numero-titik-titik-number.

At iyon:

- ang unang digit ay ang bilang ng mga cell; hindi pinansin para sa mga solong cell;

– ang unang titik ay nagpapahiwatig ng uri ng cell. Kapag ito ay nawawala, ikaw ay nakikitungo sa Leclanche link. Ang iba pang mga uri ng cell ay may label na sumusunod:

C – lithium cell (ang pinakakaraniwang uri),

H - Baterya ng Ni-MH,

K – nickel-cadmium na baterya,

L - alkalina na selula;

- ang sumusunod na titik ay nagpapahiwatig ng hugis ng link:

F - plato,

R - cylindrical,

P - ang pangkalahatang pagtatalaga ng mga link na may hugis maliban sa cylindrical;

– ang huling figure o figure ay nagpapahiwatig ng laki ng link (mga halaga ng catalogue o direktang nagpapahiwatig ng mga sukat) (7).

7. Mga sukat ng mga sikat na cell at baterya.

Mga halimbawa ng pagmamarka:

R03
- isang zinc-graphite cell na kasing laki ng isang maliit na daliri. Ang isa pang pagtatalaga ay AAA o.

LR6 - isang alkaline cell na kasinglaki ng daliri. Ang isa pang pagtatalaga ay AA o.

HR14 - Baterya ng Ni-MH; ang titik C ay ginagamit din upang ipahiwatig ang laki.

KR20 – Ni-Cd na baterya, ang laki nito ay minarkahan din ng letrang D.

3LR12 – isang flat na baterya na may boltahe na 4,5 V, na binubuo ng tatlong cylindrical alkaline na mga cell.

6F22 - 9-volt na baterya, na binubuo ng anim na Leclanchet flat cell.

CR2032 – lithium cell na may diameter na 20 mm at may kapal na 3,2 mm.

Tingnan din ang: