în acest tutorial, vom afla despre una dintre componentele importante din sistemele electrice și electronice: o baterie. Vom vedea câteva informații de bază despre o baterie, vom arunca o privire asupra diferitelor tipuri de baterii și, de asemenea, un ghid despre ce tip de baterie este potrivit pentru aplicația dvs.,
Contur
Introducere
Dacă sunteți un Inginer Electric sau nu, s-ar putea să fi venit peste cel putin o pereche de diferite tipuri de baterii în viața ta. Unele dintre locurile comune în care utilizați baterii sunt Ceasuri de perete, alarme sau detectoare de fum care utilizează baterii de unică folosință mici sau mașini, camioane sau motociclete care utilizează baterii reîncărcabile relativ mari.
bateriile au devenit o sursă foarte importantă de energie în ultimul deceniu sau cam asa ceva., Chiar și înainte de asta, au fost o parte integrantă a vieții noastre în alimentarea mai multor dispozitive portabile, cum ar fi radiouri tranzistoare, Walkman, jocuri portabile, Camere foto etc.dar, odată cu dezvoltarea telefoanelor inteligente avansate, a tabletelor, a laptopurilor, a energiei solare și a vehiculelor electrice, cercetarea bateriilor puternice care pot dura mai mult și pot furniza energia necesară a fost la vârf.de fapt, Premiul Nobel pentru Chimie din 2019 a fost acordat celor trei oameni de știință John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham și Akira Yoshino pentru dezvoltarea bateriilor litiu-ion.,
Ce este o Baterie?
o baterie este un dispozitiv chimic care stochează energia electrică sub formă de substanțe chimice și prin intermediul reacției electrochimice transformă energia chimică stocată în energie electrică de curent continuu. Alessandro Volta, fizician Italian, a inventat prima baterie în 1800.reacția electrochimică dintr-o baterie implică transferul de electroni de la un material la altul (numiți electrozi) printr-un curent electric.,chiar dacă termenul de baterie este adesea folosit, unitatea electrochimică de bază responsabilă de stocarea efectivă a energiei se numește celulă. O celulă, așa cum am menționat, este unitatea electrochimică fundamentală care este sursa de energie electrică produsă prin conversia energiei chimice.în forma sa de bază, o celulă conține de obicei trei componente principale: doi electrozi și electroliți și constă, de asemenea, din terminale, separator și un recipient. Vorbind despre electrozi, există două tipuri de electrozi numiți anod și catod.,
anodul este electrodul negativ (numit și electrodul de combustibil sau electrodul reducător). Pierde electroni în circuitul extern și în reacția electrochimică se oxidează.
catod pe de altă parte, este electrodul pozitiv (numit și electrodul oxidant). Acceptă electroni din circuitul etern și în reacția electrochimică, devine redus. Prin urmare, conversia energiei într-o baterie se datorează reacției electrochimice de reducere a oxidării.a treia componentă importantă a unei celule este electrolitul., Un electrolit acționează ca mediu pentru transferul de sarcină sub formă de ioni între cei doi electrozi. Prin urmare, electrolitul este uneori denumit Conductor Ionic. Un punct important de remarcat aici că electrolitul nu este conductiv electric, ci are doar conductivitate Ionică.
o baterie constă adesea dintr-una sau mai multe „celule” care sunt conectate electric fie în serie, fie în configurație paralelă pentru a furniza nivelurile de tensiune și curent necesare.,
Diferite Tipuri de Baterii
Practic, toate celulele electrochimice și bateriile sunt clasificate în două tipuri:
- Primare (nereîncărcabile)
- Secundari (reîncărcabili)
Chiar dacă există o serie de alte clasificări în cadrul acestor două tipuri de baterii, acestea sunt cele două tipuri de bază. Pur și simplu vorbind, bateriile primare sunt baterii nereîncărcabile, adică nu pot fi reîncărcate electric, în timp ce bateriile secundare sunt baterii reîncărcabile, adică pot fi reîncărcate electric.,o baterie primară este una dintre sursele simple și convenabile de alimentare pentru mai multe dispozitive electronice și electrice portabile, cum ar fi lumini, camere, ceasuri, jucării, radiouri etc. Deoarece nu pot fi reîncărcate electric, sunt de tip „folosiți-l și, atunci când sunt descărcate, aruncați-l”.
De obicei, bateriile primare sunt ieftine, ușoare, mici și foarte convenabile de utilizat, cu o întreținere relativ mică sau mai mică., Majoritatea bateriilor primare care sunt utilizate în aplicații casnice sunt de tip Single cell și de obicei vin în configurație cilindrică (deși, este foarte ușor să le producă în diferite forme și dimensiuni).
tipuri comune de baterii primare
până în anii 1970, bateriile pe bază de anod de Zinc erau tipurile predominante de baterii primare. În anii 1940, Al Doilea Război Mondial și după război, bateriile pe bază de Zinc – Carbon și au o capacitate medie de 50 Wh / kg.dezvoltarea cea mai semnificativă în tehnologia bateriilor a avut loc în perioada 1970 – 1990., În acest timp, au fost dezvoltate celebrele Baterii Zinc / alcaline cu dioxid de mangan și au înlocuit încet tipurile mai vechi de Zinc – Carbon ca baterie principală primară.
Zinc – Oxid Mercuric și Cadmiu – Mercur Oxid de baterii au fost, de asemenea, utilizat în această perioadă, dar, din cauza preocupărilor legate de mediu cu privire la utilizarea de Mercur, aceste tipuri de baterii încet eliminate.,în această perioadă a început dezvoltarea bateriilor cu litiu ca material anod activ și este considerată o realizare majoră datorită energiei specifice ridicate și duratei de depozitare mai lungi a bateriilor cu litiu față de bateriile tradiționale de Zinc.bateriile cu litiu sunt fabricate ca celule cu butoane și monede pentru o gamă specifică de aplicații (cum ar fi Ceasuri, backup de memorie etc.).) în timp ce sunt disponibile și baterii cilindrice mai mari.tabelul de mai jos prezintă diferite tipuri de baterii primare, împreună cu caracteristicile și aplicațiile acestora.,shelf life
Replacement for button and cylindrical cells
Lithium/Solid Electrolyte
Memory circuits, medical electronics
Secondary Batteries
A Secondary Battery is also called as Rechargeable Battery as they can be electrically recharged after discharge., Starea chimică a celulelor electrochimice poate fi „reîncărcată” la starea inițială prin trecerea unui curent prin celule în direcția opusă descărcării lor.practic, bateriile secundare pot fi utilizate în două moduri: în prima categorie de aplicații, bateriile secundare sunt utilizate în esență ca dispozitive de stocare a energiei, unde sunt conectate electric la o sursă principală de energie și, de asemenea, încărcate de aceasta și, de asemenea, furnizează energie atunci când este necesar. Exemple de astfel de aplicații sunt vehiculele electrice hibride (HEV), sursele de alimentare neîntrerupte (UPS) etc.,a doua categorie de aplicații ale bateriilor secundare sunt acele aplicații în care bateria este utilizată și descărcată ca baterie primară. Odată ce este complet descărcat (sau aproape complet descărcat), în loc să îl aruncați, bateria este reîncărcată cu un mecanism de încărcare adecvat. Exemple de astfel de aplicații sunt toate electronice portabile moderne, cum ar fi telefoane mobile, laptop-uri, vehicule electrice, etc.,densitatea energetică a bateriei secundare este relativ mai mică decât cea a bateriilor primare, dar are și alte caracteristici bune, cum ar fi densitatea mare de putere, curbele de descărcare plană, rata ridicată de descărcare, performanța la temperatură scăzută.două dintre cele mai vechi baterii sunt de fapt baterii secundare numite baterii plumb – Acid, care au fost dezvoltate la sfârșitul anilor 1850 și baterii nichel – cadmiu, care au fost dezvoltate la începutul anilor 1900. până de curând, există doar două tipuri de baterii secundare.,
primele și cele mai frecvent utilizate baterii reîncărcabile se numesc baterii plumb – Acid. Ele se bazează pe cuplul electrochimic plumb – dioxid de plumb (Pb – PbO2). Electrolitul utilizat în aceste tipuri de baterii este acidul Sulfuric foarte comun.al doilea tip de baterii reîncărcabile se numesc baterii nichel – cadmiu. Ele se bazează pe Oxihidroxid de nichel (oxid de nichel) ca electrod pozitiv și electrod negativ pe bază de metal cadmiu. Venind la electrolit, se utilizează o soluție alcalină de hidroxid de potasiu.,în ultimele decenii, au apărut două noi tipuri de baterii reîncărcabile. Acestea sunt bateria cu hidrură de nichel-Metal și bateria litiu – Ion. Dintre acestea două, bateria litiu – ion a devenit un schimbător de jocuri și a devenit superioară din punct de vedere comercial cu cifrele sale specifice de energie și densitate de energie (150 Wh / kg și 400 Wh / L).,există și alte tipuri de baterii secundare, dar cele patru tipuri majore sunt:
- baterii plumb – Acid
- baterii nichel – cadmiu
- baterii nichel – metal hidrură
- baterii litiu – Ion
să vedem acum pe scurt despre aceste tipuri de baterii în mod individual.bateriile plumb-Acid Sunt de departe cele mai populare și mai utilizate baterii reîncărcabile. Ele au fost un produs de succes pentru mai mult de un secol., Bateriile plumb-acid sunt disponibile în mai multe configurații diferite, cum ar fi celule mici sigilate cu o capacitate de 1 Ah la celule mari cu o capacitate de 12.000 Ah.una dintre aplicațiile majore ale bateriilor plumb-acid sunt în industria auto, deoarece sunt utilizate în principal ca Baterii SLI (pornire, iluminare și aprindere).alte aplicații ale bateriilor plumb-acid includ stocarea energiei, energia de urgență, vehiculele electrice (chiar și vehiculele hibride), sistemele de comunicații, sistemele de iluminat de urgență etc.,gama largă de aplicații ale bateriilor plumb-acid sunt rezultatul gamelor sale largi de tensiune, forme și dimensiuni diferite, costuri reduse și întreținere relativ ușoară. În comparație cu alte tehnologii de baterii secundare, bateriile plumb-acid sunt opțiunea cea mai puțin costisitoare pentru orice aplicație și oferă performanțe foarte bune.eficiența electrică a bateriilor plumb-acid este între 75 și 80%. Această eficiență le valorizează potrivite pentru stocarea energiei (surse de alimentare neîntrerupte – UPS) și vehicule electrice.,bateriile nichel – cadmiu
bateriile nichel – cadmiu sau pur și simplu bateriile Ni-Cd sunt unul dintre cele mai vechi tipuri de baterii disponibile astăzi împreună cu bateriile plumb-acid. Ei au o viață foarte lungă și sunt foarte fiabile și robuste.unul dintre principalele avantaje ale bateriilor Ni-Cd este că pot fi supuse unor rate mari de descărcare și pot fi operate pe o gamă largă de temperaturi. De asemenea, termenul de valabilitate al bateriilor Ni-Cd este foarte lung., Costul acestor baterii este mai mare decât bateriile cu plumb-acid pe bază de Watt-oră, dar este mai mic decât alt tip de baterii alcaline.așa cum am menționat anterior, bateriile Ni-Cd utilizează Oxihidroxidul de nichel (NiOOH) ca catod și metalul cadmiu (Cd) ca anod. Bateriile tipice de consum vin cu o tensiune on-line de 1,2 V. În aplicațiile industriale, Ni-Cd sunt doar al doilea la bateriile plumb-acid datorită performanțelor lor de temperatură scăzută, tensiunii de descărcare plană, duratei lungi de viață, întreținerii reduse și fiabilității excelente.,din păcate, există o caracteristică majoră a bateriilor Ni-Cd numită „efect de memorie”, care este singurul lor dezavantaj. Când celulele Ni-Cd sunt descărcate parțial și apoi reîncărcate, acestea își pierd capacitatea progresiv, adică ciclu cu ciclu. „Condiționarea” este procesul în care capacitatea pierdută a bateriilor poate fi restabilită.în acest proces, celulele sunt complet descărcate la zero volți și apoi reîncărcate complet.,acestea sunt relativ nou tip de baterii sunt o versiune extinsă a bateriilor cu electrozi nichel-hidrogen, care au fost utilizate exclusiv în aplicații aerospațiale (sateliți). Electrodul pozitiv este Oxihidroxidul de nichel (NiOOH), în timp ce electrodul negativ al celulei este un aliaj metalic, unde hidrogenul este stocat reversibil.
în timpul încărcării, aliajul metalic absoarbe hidrogenul pentru a forma hidrură metalică și în timpul descărcării, hidrura metalică pierde hidrogen.,un avantaj principal al bateriilor cu hidrură de nichel-metal față de Ni-Cd batterie energia specifică mai mare și densitatea de energie. Bateriile etanșate cu hidrură de nichel-metal sunt disponibile comercial sub formă de celule cilindrice mici și sunt utilizate în electronice portabile.
baterii litiu – Ion
apariția bateriilor litiu-ion în ultimele decenii a fost destul de fenomenală. Mai mult de 50% din piața de consum a adoptat utilizarea bateriilor litiu-ion. În special, laptopuri, telefoane mobile, camere foto etc. sunt cele mai mari aplicații ale bateriilor litiu-ion.,
bateriile litiu-ion au o densitate energetică semnificativ ridicată, o energie specifică ridicată și o durată de viață mai lungă a ciclului. Alte avantaje principale ale bateriilor litiu-ion sunt rata lentă de auto-descărcare și o gamă largă de temperaturi de funcționare.
aplicații pentru baterii
în ultimele decenii, utilizarea bateriilor sigilate mici în aplicațiile pentru consumatori a fost exponențială. Bateriile primare sau reîncărcabile în factor de formă mic sunt utilizate într-un număr mare de aparate. Unele dintre ele sunt menționate mai jos.,dispozitive electronice portabile: Ceasuri, Aparate Foto, telefoane Mobile, laptopuri, Camere video, calculatoare, echipamente de testare (multimetre).divertisment: radiouri, playere MP3, CD playere, toate telecomenzile cu infraroșu, jucării, jocuri, tastaturi.
Lasă un răspuns