mik a különböző típusú elemek?

Bevezetés

akár Villamosmérnök, akár nem, lehet, hogy találkoznak atleast egy pár különböző típusú elemek az életedben. Néhány a közös helyek, ahol használja az elemeket egy falióra, riasztások vagy füstérzékelők, amely kis eldobható akkumulátorok vagy autók, teherautók vagy motorkerékpárok, amely viszonylag nagy Újratölthető Akkumulátorok.

Az akkumulátorok nagyon fontos energiaforrássá váltak az elmúlt évtizedben., Még azelőtt, hogy, ők szerves része az életünknek a meghajtására több hordozható eszközök, mint a Tranzisztoros rádiók, Walkman, kézi játékok, kamerák stb ..

de a fejlett okostelefonok, táblagépek, laptopok, napenergia és elektromos járművek fejlesztésével a nagy teljesítményű akkumulátorok kutatása, amelyek hosszabb ideig tarthatnak, és képesek a szükséges energiát szállítani, csúcspontján volt.

a 2019-es kémiai Nobel-díjat három tudós, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham és Akira Yoshino kapta a lítium-ion akkumulátorok kifejlesztéséért.,

mi az akkumulátor?

Az akkumulátor olyan kémiai eszköz, amely az elektromos energiát vegyi anyagok formájában tárolja, és elektrokémiai reakcióval a tárolt kémiai energiát egyenáramú elektromos energiává alakítja. Alessandro Volta, egy olasz fizikus, 1800-ban találta fel az első akkumulátort.

az akkumulátor elektrokémiai reakciója magában foglalja az elektronok egyik anyagból a másikba történő átvitelét (úgynevezett elektródák) elektromos áramon keresztül.,

Cell and Battery

annak ellenére, hogy az akkumulátor kifejezést gyakran használják, az energia tényleges tárolásáért felelős alapvető elektrokémiai egységet cellának nevezik. A cella, amint azt már említettük, az alapvető elektrokémiai egység, amely a kémiai energia átalakításával előállított elektromos energia forrása.

alapformájában egy cella jellemzően három fő komponenst tartalmaz: két elektródát és elektrolitot, továbbá terminálok,elválasztó és egy tartály. Az elektródákról szólva kétféle elektróda létezik, az úgynevezett anód és a katód.,

az anód a negatív elektróda (más néven Üzemanyagelektród vagy redukáló elektróda). Elveszíti az elektronokat a külső áramkörben, az elektrokémiai reakcióban pedig oxidálódik.

a katód viszont a pozitív elektróda (más néven oxidáló elektróda). Elfogadja az elektronokat az örök áramkörből, az elektrokémiai reakcióban pedig csökken. Ezért az akkumulátor energiaátalakítása az elektrokémiai oxidációs redukciós reakciónak köszönhető.

a sejt harmadik fontos összetevője az elektrolit., Az elektrolit a töltésnek a két elektróda közötti ionok formájában történő átviteléhez közegként működik. Ezért az elektrolitot valamikor Ionos vezetőnek nevezik. Fontos megjegyezni, hogy az elektrolit nem elektromosan vezetőképes, hanem csak Ionos vezetőképességgel rendelkezik.

az akkumulátor gyakran egy vagy több “cellából” áll, amelyek elektromos kapcsolatban vannak egy sorozatban vagy párhuzamos konfigurációban, hogy biztosítsák a szükséges feszültséget és áramszintet.,

a Különböző Típusú Elemek

Tulajdonképpen, mind az elektrokémiai cellák, illetve az elemek sorolni két típusa van:

• Elsődleges (nem újratölthető)
• a Másodlagos (újratölthető)

bár számos más osztályozások belül a két típusú akkumulátorok, e két alapvető típusa van. Egyszerűen szólva, az elsődleges akkumulátorok nem Újratölthető Akkumulátorok, azaz nem tölthetők fel elektromosan, míg a másodlagos akkumulátorok újratölthető akkumulátorok, azaz elektromosan tölthetők fel.,

elsődleges elemek

az elsődleges akkumulátor az egyik egyszerű és kényelmes energiaforrás számos hordozható elektronikus és elektromos eszköz számára, mint a fények, kamerák, órák, játékok, rádiók stb. Mivel nem tölthetők fel elektromosan, “használják, és amikor lemerülnek, dobják el” típusúak.

Általában elsődleges elemek olcsó, könnyű, kicsi, nagyon kényelmes a használata viszonylag nem vagy kevesebb karbantartás., A hazai alkalmazásokban használt elsődleges akkumulátorok többsége egycellás, általában hengeres konfigurációjú (bár nagyon könnyű őket különböző formákban és méretekben előállítani).

közös primer akkumulátor típusok

Az 1970-es évekig a cink anód alapú akkumulátorok voltak az elsődleges elemtípusok. Az 1940 – es, a második világháború és a háború után a cink-szén alapú akkumulátorok átlagos kapacitása 50 Wh / kg.

az akkumulátor technológia legjelentősebb fejlődése az 1970-1990 közötti időszakban történt., Ez alatt az idő alatt fejlesztették ki a híres cink / alkáli mangán-dioxid elemeket, amelyek lassan felváltották a régebbi cink – szén típusokat, mint a fő elsődleges akkumulátort.

cink – higany – oxidot és kadmium-higany-oxid elemeket is használtak ebben az időszakban, de a higany használatával kapcsolatos környezeti aggályok miatt ezek az akkumulátortípusok lassan megszűntek.,

ebben az időszakban kezdődött el a lítium mint aktív anód anyagú akkumulátorok fejlesztése, és jelentős teljesítménynek számít a lítium akkumulátorok nagy fajlagos energiája és a hagyományos cink elemeknél hosszabb eltarthatósága miatt.

A lítium elemeket gomb – és érmesejtként gyártják egy adott alkalmazási körhöz (például órák, memória biztonsági mentés stb.), míg nagyobb hengeres típusú akkumulátorok is rendelkezésre állnak.

az alábbi táblázat az elsődleges elemek különböző típusait mutatja be azok jellemzőivel és alkalmazásaival együtt.,shelf life

Replacement for button and cylindrical cells

Lithium/Solid Electrolyte

Low power, extremely long shelf life

Memory circuits, medical electronics

Secondary Batteries

A Secondary Battery is also called as Rechargeable Battery as they can be electrically recharged after discharge., Az elektrokémiai sejtek kémiai állapota” feltölthető ” eredeti állapotukba azáltal, hogy áramot vezet át a sejteken a kisülésük ellentétes irányában.

alapvetően a másodlagos akkumulátorok kétféle módon használhatók:

az alkalmazások első kategóriájában a másodlagos elemeket lényegében energiatároló eszközként használják, ahol elektromosan kapcsolódnak egy fő energiaforráshoz, valamint feltöltik, és szükség esetén energiát is szolgáltatnak. Ilyen alkalmazások például a hibrid elektromos járművek (HEV), a megszakítás nélküli tápegységek (UPS) stb.,

a másodlagos akkumulátorok alkalmazásának második kategóriája azok az alkalmazások, ahol az akkumulátort elsődleges akkumulátorként használják és lemerítik. Miután teljesen lemerült (vagy majdnem teljesen lemerült), ahelyett, hogy eldobná, az akkumulátort megfelelő töltési mechanizmussal töltik fel. Ilyen alkalmazásokra példa az összes modern hordozható elektronika, például mobiltelefonok, laptopok, elektromos járművek stb.,

a másodlagos akkumulátor energiasűrűsége viszonylag alacsonyabb, mint az elsődleges elemeké, de más jó tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a nagy teljesítménysűrűség, az lapos kisülési görbék, a nagy kisülési sebesség, az alacsony hőmérsékleti teljesítmény.

Közös Másodlagos Akkumulátor Típusok

Két legrégebbi elemek valójában másodlagos elemek az úgynevezett Ólom – Savas Akkumulátorok, amelyek fejlett végén 1850, valamint a Nikkel – Kadmium Akkumulátorok, amely fejlesztettek ki az 1900-as évek elején. Egészen az utóbbi időben, csak két típusú másodlagos elemek.,

Az első és a leggyakrabban használt újratölthető elemeket ólom – sav akkumulátoroknak nevezik. Ezek az ólom – ólom – dioxid (Pb-PbO2) elektrokémiai páron alapulnak. Az ilyen típusú elemekben használt elektrolit a nagyon gyakori kénsav.

Az újratölthető elemek második típusát nikkel – kadmium elemeknek nevezik. Pozitív elektródaként nikkel-Oxihidroxidra (nikkel-oxidra) és kadmium alapú negatív elektródára épülnek. Az elektrolithoz kálium-hidroxid lúgos oldatát használják.,

az elmúlt évtizedekben két új típusú újratölthető elem alakult ki. Ezek a nikkel-fémhidrid akkumulátor és a lítium-Ion akkumulátor. E kettő közül a lítium – ion akkumulátor játékváltóként jelent meg, és nagy fajlagos energia-és energiasűrűségi adataival (150 Wh / kg és 400 Wh / L) kereskedelmi szempontból jobbá vált.,

vannak más típusú másodlagos elemek, de a négy fő típus a következő:

• ólom – savas akkumulátorok
• nikkel – kadmium akkumulátorok
• nikkel-fém-hidrid akkumulátorok
• lítium – Ion akkumulátorok

nézzük meg röviden ezeket az akkumulátor típusokat külön-külön.

ólom – sav akkumulátorok

az ólom-sav akkumulátorok messze a legnépszerűbb és leggyakrabban használt Újratölthető Akkumulátorok. Több mint egy évszázada sikeres termék., Az ólom-sav akkumulátorok számos különböző konfigurációban kaphatók, mint például az 1 Ah kapacitású kis zárt cellák a 12 000 Ah kapacitású nagy cellákhoz.

az egyik legfontosabb alkalmazás az ólom-sav akkumulátorok az autóiparban vannak, mivel elsősorban SLI elemekként (indítás, világítás és gyújtás) használják őket.

az ólom-sav akkumulátorok egyéb alkalmazásai közé tartozik az energiatárolás, a vészenergia, az elektromos járművek (akár hibrid járművek), a kommunikációs rendszerek, a vészvilágítási rendszerek stb.,

az ólom-sav akkumulátorok széles alkalmazási köre széles feszültségtartományának, különböző formáinak és méreteinek, alacsony költségének és viszonylag könnyű karbantartásának köszönhető. Más másodlagos akkumulátor-technológiákhoz képest az ólom-sav akkumulátorok a legkevésbé költséges megoldás minden alkalmazáshoz, és nagyon jó teljesítményt nyújtanak.

az ólom-sav akkumulátorok elektromos hatékonysága 75-80% között van. Ez a hatékonyság az energiatárolásra (megszakítás nélküli tápegységek) és az elektromos járművekre alkalmas érték.,

nikkel-kadmium akkumulátorok

A nikkel – kadmium akkumulátorok vagy egyszerűen a Ni-Cd akkumulátorok az egyik legrégebbi Akkumulátor típus, amely ma elérhető az ólom – sav akkumulátorokkal együtt. Nagyon hosszú élettartamuk van, nagyon megbízhatóak és erősek.

a Ni-Cd akkumulátorok egyik fő előnye, hogy magas lemerülési sebességnek vannak kitéve, és széles hőmérsékleti tartományban működtethetők. A Ni-Cd akkumulátorok eltarthatósága is nagyon hosszú., Ezeknek az elemeknek a költsége magasabb, mint az ólom-sav akkumulátorok Wattóránként, de kevesebb, mint más típusú alkáli elemek.

mint korábban említettük, a Ni-Cd akkumulátorok nikkel-Oxihidroxidot (NiOOH) használnak katódként és Kadmiumfémként (Cd) anódként. Tipikus fogyasztói minőségű akkumulátorok jön egy on-line feszültség 1,2 V. az ipari alkalmazások, Ni-Cd csak második ólom-sav akkumulátorok miatt alacsony hőmérsékletű teljesítmény, lapos kisülési feszültség, hosszú élettartam, alacsony karbantartási és kiváló megbízhatóság.,

sajnos a Ni-Cd akkumulátorok egyik fő jellemzője a “memory effect”, ami az egyetlen hátránya. Amikor a Ni-Cd cellák részben lemerülnek, majd feltöltődnek,fokozatosan elveszítik kapacitásukat, azaz ciklusonként. A “kondicionálás” az a folyamat, ahol az elemek Elveszett kapacitása visszaállítható.

ebben a folyamatban a cellák teljesen lemerülnek nulla V-ra, majd teljesen feltöltődnek.,

nikkel-fém-hidrid akkumulátorok

ezek viszonylag új típusú elemek a nikkel – hidrogén-elektróda akkumulátorok kiterjesztett változata, amelyeket kizárólag repülőgépipari alkalmazásokban (műholdak) használtak. A pozitív elektróda a nikkel-Oxihidroxid (NiOOH), míg a sejt negatív elektróda fémötvözet, ahol a hidrogént reverzibilisen tárolják.

töltés közben a fémötvözet elnyeli a hidrogént, hogy fémhidridet képezzen, és kisülés közben a fémhidrid elveszíti a hidrogént.,

A nikkel-fém-hidrid akkumulátorok egyik fő előnye a Ni-Cd akkumulátorral szemben, nagyobb fajlagos energiája és energiasűrűsége miatt. A lezárt nikkel-fémhidrid akkumulátorok kereskedelmi forgalomban kis hengeres cellákként kaphatók, és hordozható elektronikában is felhasználhatók.

lítium-Ion akkumulátorok

a lítium-ion akkumulátorok megjelenése az elmúlt néhány évtizedben meglehetősen fenomenális volt. A fogyasztói piac több mint 50%-a elfogadta a lítium-ion akkumulátorok használatát. Különösen a laptopok, mobiltelefonok, kamerák stb. a lítium-ion akkumulátorok legnagyobb alkalmazása.,

a lítium-ion akkumulátorok jelentősen nagy energiasűrűséggel, nagy fajlagos energiával és hosszabb ciklusélettel rendelkeznek. A lítium-ion akkumulátorok további fő előnyei a lassú önkisülési sebesség és az üzemi hőmérsékletek széles skálája.

Battery Applications

az elmúlt évtizedekben a kis zárt akkumulátorok használata a fogyasztói alkalmazásokban exponenciális volt. Az elsődleges vagy újratölthető elemeket kis formában használják nagyszámú készülékben. Néhányat az alábbiakban említünk.,

• hordozható elektronikus eszközök: órák, kamerák, mobiltelefonok, laptopok, videokamerák, számológépek, tesztelő berendezések (multiméterek).
• Szórakozás: rádiók, MP3 lejátszók, CD lejátszók, minden infravörös távirányító, játékok, játékok, billentyűzetek.
• háztartás: órák, riasztók, füstérzékelők, villanófények, UPS, vészfények, fogkefék, hajvágók és borotvák, vérnyomásmérők, hallókészülékek, pacemakerek, hordozható elektromos szerszámok (fúrók, csavarmeghajtók).

Hogyan válasszuk ki az akkumulátort?,

az alkalmazáshoz szükséges akkumulátor kiválasztása két jellemzőre bontható: teljesítményre és költségre. De ha egy kicsit mélyebbre ásunk, akkor a következők meghatározó tényezők az alkalmazáshoz megfelelő akkumulátor kiválasztásában.

• elsődleges vagy másodlagos
• energia vagy teljesítmény
• eltarthatóság
• energiahatékonyság és újratöltési sebesség
• akkumulátor élettartama
• akkumulátor hőmérséklete