i denna handledning kommer vi att lära oss om en av de viktiga komponenterna i elektriska och elektroniska system: ett batteri. Vi kommer att se några grundläggande information om ett batteri, ta en titt på olika typer av batterier och även en guide om vilken batterityp som passar för din ansökan.,
översikt
introduktion
oavsett om du är Elingenjör eller inte kan du ha stött på minst ett par olika typer av batterier i ditt liv. Några av de vanligaste platserna där du använder batterier är en väggklocka, larm eller rökdetektorer som använder små engångsbatterier eller bilar, lastbilar eller motorcyklar som använder relativt stora uppladdningsbara batterier.
batterier har blivit en mycket viktig energikälla under det senaste decenniet eller så., Redan innan det var de en integrerad del av våra liv för att driva flera bärbara enheter som transistorradioer, Walkman, handhållna spel, kameror etc.
men med utvecklingen i avancerade smarta telefoner, surfplattor, bärbara datorer, solenergi och elfordon har forskningen om kraftfulla batterier som kan vara längre och kan leverera den nödvändiga energin varit på topp.
faktum är att 2019 års Nobelpris i kemi har tilldelats tre forskare John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham och Akira Yoshino för utveckling av litiumjonbatterier.,
Vad är ett batteri?
ett batteri är en kemisk enhet som lagrar elektrisk energi i form av kemikalier och med hjälp av elektrokemisk reaktion omvandlar den lagrade kemiska energin till likström elektrisk energi. Alessandro Volta, en italiensk fysiker, uppfann det första batteriet 1800.
den elektrokemiska reaktionen i ett batteri innebär överföring av elektroner från ett material till ett annat (kallat elektroder) genom en elektrisk ström.,
Cell och batteri
även om termen batteri används ofta kallas den grundläggande elektrokemiska enheten som är ansvarig för den faktiska lagringen av energi en Cell. En Cell, som just nämnts, är den grundläggande elektrokemiska enheten som är källan till elektrisk energi som produceras genom omvandling av kemisk energi.
i sin grundläggande form innehåller en cell typiskt tre huvudkomponenter: två elektroder och elektrolyt och består också av terminaler, separator och en behållare. Med tanke på elektroder finns det två typer av elektroder som kallas anoden och katoden.,
anoden är den negativa elektroden (även kallad Bränsleelektroden eller reducerande elektroden). Det förlorar elektroner till den yttre kretsen och i den elektrokemiska reaktionen blir den oxiderad.
katod å andra sidan är den positiva elektroden (även kallad oxiderande elektroden). Det accepterar elektroner från den eviga kretsen och i den elektrokemiska reaktionen blir den reducerad. Därför beror energiomvandlingen i ett batteri på elektrokemisk oxidationsreduceringsreaktion.
den tredje viktiga komponenten i en cell är elektrolyten., En elektrolyt fungerar som medium för överföring av laddning i form av joner mellan de två elektroderna. Därför kallas elektrolyten någon gång som Jonledare. En viktig punkt som bör noteras här att elektrolyten inte är elektriskt ledande men bara har jonisk ledningsförmåga.
ett batteri består ofta av en eller flera ”celler” som är elektriskt anslutna i antingen en serie eller parallell konfiguration för att ge de nödvändiga spännings-och strömnivåerna.,
olika typer av batterier
i grund och botten klassificeras alla elektrokemiska celler och batterier i två typer:
- primär (ej uppladdningsbar)
- sekundär (uppladdningsbar)
även om det finns flera andra klassificeringar inom dessa två typer av batterier är dessa två de grundläggande typerna. Enkelt uttryckt är primärbatterier icke-laddningsbara batterier, dvs de kan inte laddas elektriskt medan Sekundärbatterierna är laddningsbara batterier, dvs de kan laddas elektriskt.,
batterier
ett primärt batteri är en av de enkla och praktiska strömkällorna för flera bärbara elektroniska och elektriska enheter som ljus, kameror, klockor, leksaker, radio etc. Eftersom de inte kan laddas elektriskt, är de av” använda den och när de släpps ut, kassera den ” typ.
vanligtvis är primärbatterier billiga, lätta, små och mycket praktiska att använda med relativt inte eller mindre underhåll., Majoriteten av de primära batterierna som används i hushållsapplikationer är encellstyp och brukar komma i cylindrisk konfiguration (även om det är mycket lätt att producera dem i olika former och storlekar).
vanliga primära batterityper
fram till 1970-talet var Zinkanodbaserade batterier de dominerande primära batterityperna. Under 1940 – talet, Andra Världskriget och efter kriget, zink-kolbaserade batterier och de har en genomsnittlig kapacitet på 50 Wh / kg.
den viktigaste utvecklingen inom batteritekniken ägde rum under perioden 1970-1990., Det är under denna tid de berömda zink / Alkaliska Mangandioxidbatterierna utvecklades och de ersatte långsamt de äldre Zinkkoltyperna som huvudbatteriet.
batterier av zink – kvicksilveroxid och kadmium – kvicksilveroxid användes också under denna period, men på grund av miljöhänsyn när det gäller användningen av kvicksilver avvecklades dessa batterityper långsamt.,
det är under denna period, där utvecklingen av batterier med litium som aktivt anodmaterial har startats och anses vara en stor prestation på grund av den höga specifika energin och längre hållbarhet av Litiumbatterier över traditionella zinkbatterier.
litiumbatterier tillverkas som knapp-och myntcell för ett visst antal applikationer (som klockor, minnesbackup etc.) medan större cylindriska batterier finns också tillgängliga.
Följande tabell visar olika typer av primärbatterier tillsammans med deras egenskaper och tillämpningar.,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., Den kemiska statusen hos de elektrokemiska cellerna kan” laddas ” till sin ursprungliga status genom att passera en ström genom cellerna i motsatt riktning av deras urladdning.i grund och botten kan sekundära batterier användas på två sätt:
i den första kategorin av applikationer används sekundära batterier huvudsakligen som energilagringsenheter där de är elektriskt anslutna till en huvudkälla och även laddas av den och även levererar energi vid behov. Exempel på sådana tillämpningar är hybridelfordon (HEV), oavbrutna nätaggregat (UPS) etc.,
den andra kategorin av tillämpningar av sekundära batterier är de program där batteriet används och urladdas som ett primärt batteri. När det är helt urladdat (eller nästan helt urladdat), istället för att kassera det, laddas batteriet med en lämplig laddningsmekanism. Exempel på sådana tillämpningar är alla moderna bärbara elektronik som mobiler, bärbara datorer, elfordon, etc.,
energitätheten hos sekundärbatteri är relativt lägre än för primärbatterier men har andra goda egenskaper som hög effekttäthet, platta urladdningskurvor, hög urladdningshastighet, lågtemperaturprestanda.
vanliga sekundära batterityper
två av de äldsta batterierna är faktiskt sekundära batterier som kallas bly-syra batterier, som utvecklades i slutet av 1850 – talet och Nickel-kadmiumbatterier, som utvecklades i början av 1900 – talet. fram till senare tid finns det bara två typer av sekundära batterier.,
de första och vanligaste uppladdningsbara batterierna kallas blybatterier. De är baserade på bly – Blydioxid (Pb – PbO2) elektrokemisk par. Elektrolyten som används i dessa typer av batterier är den mycket vanliga svavelsyran.
den andra typen av uppladdningsbara batterier kallas Nickel – kadmiumbatterier. De är baserade på Nickeloxihydroxid (nickeloxid) som den positiva elektroden och Kadmiummetallbaserade negativa elektroden. Kommer till elektrolyten används en alkalisk lösning av kaliumhydroxid.,
under de senaste decennierna har två nya typer av uppladdningsbara batterier uppstått. De är Nickelmetallhydridbatteriet och litiumjonbatteriet. Av dessa två kom litiumjonbatteriet ut för att vara en spelväxlare och blev kommersiellt överlägsen med sina höga specifika energi-och energidensitetsfigurer (150 Wh / kg och 400 Wh / L).,
det finns några andra typer av sekundära batterier men de fyra huvudtyperna är:
- blybatterier
- nickelkadmiumbatterier
- Nickelmetallhydrid-batterier
- litiumjonbatterier
Låt oss nu kortfattat se om dessa batterityper individuellt.
blybatterier
blybatterierna är överlägset de mest populära och mest använda laddningsbara batterierna. De har varit en framgångsrik produkt i mer än ett sekel., Blybatterier finns i flera olika konfigurationer som små förseglade celler med kapacitet på 1 Ah till stora celler med kapacitet på 12 000 Ah.
en av de viktigaste applikationerna od blybatterier är inom bilindustrin eftersom de främst används som SLI-batterier (start, belysning och tändning).
andra tillämpningar av blybatterier inkluderar energilagring, nödkraft, elfordon (även hybridfordon), kommunikationssystem, nödbelysningssystem etc.,
det breda utbudet av tillämpningar av blybatterier är ett resultat av dess breda spänningsområden, olika former och storlekar, låg kostnad och relativt enkelt underhåll. Jämfört med andra sekundära batteritekniker är blybatterier det billigaste alternativet för alla applikationer och ger mycket bra prestanda.
elektrisk effektivitet i blybatterier är mellan 75 och 80%. Denna effektivitet värdesätter dem lämpliga för energilagring (oavbruten strömförsörjning – UPS) och elfordon.,
Nickel – kadmiumbatterier
Nickel – Kadmiumbatterierna eller helt enkelt Ni-Cd-batterierna är en av de äldsta batterityperna som finns tillgängliga idag tillsammans med bly-syrabatterierna. De har ett mycket långt liv och är mycket pålitliga och robusta.
en av de främsta fördelarna med Ni-Cd-batterier är att de kan utsättas för höga urladdningshastigheter och de kan drivas över ett brett temperaturområde. Hållbarheten för Ni-Cd-batterier är också mycket lång., Kostnaden för dessa batterier är högre att bly-syra batterier på per Watt-timme grundläggande men det är mindre att andra typer av alkaliska batterier.
som tidigare nämnts använder Ni-Cd-batterierna Nickeloxihydroxid (NiOOH) som katod och Kadmiummetall (Cd) som anod. Typiska konsumentbatterier levereras med en nätspänning på 1,2 V. i industriella applikationer är Ni-Cd bara andra till blybatterier på grund av deras låga temperaturprestanda, platt urladdningsspänning, lång livslängd, lågt underhåll och utmärkt tillförlitlighet.,
tyvärr finns det en viktig egenskap hos Ni-Cd-batterier som kallas ”minneseffekten”, vilket är deras enda nackdel. När Ni-Cd-celler släpps ut delvis och sedan laddas, förlorar de sin kapacitet gradvis, dvs cykel-för-cykel. ”Conditioning” är processen där batteriernas förlorade kapacitet kan återställas.
i denna process är cellerna helt urladdade till noll volt och sedan helt laddade.,
nickelmetallhydridbatterier
dessa är relativt nya typer av batterier är en utökad version av Nickel – Väteelektrodbatterier, som uteslutande användes i flyg – och rymdapplikationer (satelliter). Den positiva elektroden är Nickeloxihydroxiden (NiOOH) medan cellens negativa elektrod är en metallegering, där väte lagras reversibelt.
under laddning absorberar metallegeringen vätet för att bilda metallhydrid och under urladdning förlorar metallhydriden väte.,
en stor fördel med nickelmetallhydridbatterier över Ni-Cd-batteriets högre specifika energi-och energitäthet. Förseglade nickelmetallhydridbatterier finns kommersiellt tillgängliga som små cylindriska celler och används i bärbar elektronik.
litiumjonbatterier
framväxten av litiumjonbatterier under de senaste decennierna har varit ganska fenomenal. Mer än 50% av konsumentmarknaden har antagit användningen av litiumjonbatterier. Särskilt bärbara datorer, mobiltelefoner, kameror etc. är de största användningarna av litiumjonbatterier.,
litiumjonbatterier har signifikant hög energitäthet, hög specifik energi och längre livslängd. Andra främsta fördelarna med litiumjonbatterier är långsam självurladdningshastighet och brett spektrum av driftstemperaturer.
Batteriapplikationer
under de senaste decennierna har användningen av små förseglade batterier i konsumentapplikationer varit exponentiell. Primära eller laddningsbara batterier i liten formfaktor används i ett stort antal apparater. Några av dem nämns nedan.,
- bärbara elektroniska enheter: klockor, kameror, mobiltelefoner, bärbara datorer, videokameror, räknare, testutrustning (multimetrar).
- underhållning: Radio, MP3-spelare, CD-spelare, alla infraröda fjärrkontroller, leksaker, spel, tangentbord.
- hushåll: klockor, larm, rökdetektorer, blixtljus, UPS, nödljus, tandborstar, hårtrimmare och rakapparater, blodtrycksmätare, hörapparater, pacemakers, bärbara elverktyg (borrar, skruvförare).
hur man väljer ett batteri?,
att välja ett batteri för din ansökan kan ringas ner till bara två egenskaper: prestanda och kostnad. Men om vi gräver lite djupare, är följande avgörande faktorer för att välja rätt batteri för din applikation.
- primär eller sekundär
- energi eller effekt
- hållbarhet
- energieffektivitet och laddningshastighet
- batteritid
- batteritemperatur
Lämna ett svar