دنیای باتری - قسمت 3

تاریخچه باتری های مدرن از قرن نوزدهم شروع می شود، از این قرن بیشتر طرح های مورد استفاده امروز سرچشمه می گیرند. این وضعیت از یک سو گواه ایده های عالی دانشمندان آن زمان و از سوی دیگر بر مشکلاتی است که در توسعه مدل های جدید به وجود می آید.

چند چیز آنقدر خوب هستند که نتوان آنها را بهبود بخشید. این قانون در مورد باتری ها نیز صدق می کند - مدل های قرن XNUMX بارها اصلاح شدند تا زمانی که شکل فعلی خود را به خود گرفتند. این نیز در مورد سلول های لکلانش.

پیوند برای بهبود

طرح شیمیدان فرانسوی تغییر کرده است کارل گاسنر به یک مدل واقعا مفید: ارزان برای ساخت و ایمن برای استفاده. با این حال، هنوز مشکلاتی وجود داشت - پوشش روی عنصر در اثر تماس با الکترولیت اسیدی که کاسه را پر کرده بود، خورده شد و پاشیدن محتویات تهاجمی می‌تواند دستگاه برق را غیرفعال کند. تصمیم شد ادغام سطح داخلی بدنه روی (پوشش جیوه ای).

آمالگام روی عملا با اسیدها واکنش نمی دهد، اما تمام خواص الکتروشیمیایی فلز خالص را حفظ می کند. اما با توجه به قوانین محیطی، این روش افزایش عمر سلول ها کمتر و کمتر مورد استفاده قرار می گیرد (روی سلول های بدون جیوه می توانید کتیبه یا) (1) را پیدا کنید.

2. طرح سلول قلیایی: 1) مورد (سرب کاتدی)، 2) کاتد حاوی دی اکسید منگنز، 3) جداکننده الکترود، 4) آند حاوی KOH و گرد و غبار روی، 5) ترمینال آند، 6) آب بندی سلول (عایق الکترود). .

یکی دیگر از راه های افزایش طول عمر و عمر سلولی، افزودن آن است کلرید روی ZnCl₂ برای خمیر پر کردن فنجان سلول های این طرح اغلب به عنوان وظیفه سنگین شناخته می شوند و (همانطور که از نام آن پیداست) برای تامین انرژی دستگاه های انرژی بر بیشتر طراحی شده اند.

یک پیشرفت در زمینه باتری های یکبار مصرف ساخت در سال 1955 بود سلول قلیایی. اختراع مهندس کانادایی لوئیس اوری، که توسط شرکت فعلی Energizer استفاده می شود، ساختار کمی متفاوت از سلول Leclanchet دارد.

اول، شما یک کاتد گرافیت یا یک فنجان روی در آنجا پیدا نخواهید کرد. هر دو الکترود به شکل خمیرهای مرطوب و جدا شده ساخته می شوند (ضخیم کننده ها به علاوه معرف ها: کاتد از مخلوطی از دی اکسید منگنز و گرافیت، آند گرد و غبار روی با مخلوطی از هیدروکسید پتاسیم) و پایانه های آنها از فلز ساخته شده است. 2). با این حال، واکنش هایی که در طول عملیات رخ می دهد بسیار شبیه به واکنش هایی است که در سلول Leclanchet رخ می دهد.

یک وظیفه. یک "کالبد شکافی شیمیایی" روی یک سلول قلیایی انجام دهید تا متوجه شوید که محتویات آن واقعا قلیایی هستند (3). به یاد داشته باشید که همان اقدامات احتیاطی برای از بین بردن سلول Leclanchet اعمال می شود. برای نحوه شناسایی سلول قلیایی به قسمت کد باتری مراجعه کنید.

3. "بخش" سلول قلیایی محتوای قلیایی را تایید می کند.

باتری های خانگی

4. باتری های Ni-MH و Ni-Cd داخلی.

سلول هایی که می توانند پس از استفاده مجدداً شارژ شوند، از همان ابتدای توسعه علم الکتریسیته هدف طراحان بوده است، از این رو انواع بسیاری از آنها وجود دارد.

در حال حاضر یکی از مدل هایی که برای برق رسانی به لوازم خانگی کوچک استفاده می شود باتری های نیکل کادمیوم. نمونه اولیه آنها در سال 1899 هنگامی که یک مخترع سوئدی این کار را انجام داد ظاهر شد. ارنست یونگنر درخواست ثبت اختراع برای باتری نیکل کادمیوم که می تواند با باتری هایی که قبلاً به طور گسترده در صنعت خودرو استفاده می شد رقابت کند. باتری سربی - اسیدی.

آند سلولی کادمیوم است، کاتد یک ترکیب نیکل سه ظرفیتی است، الکترولیت یک محلول هیدروکسید پتاسیم است (در طرح های مدرن "خشک" خمیر مرطوب غلیظ کننده اشباع شده با محلول KOH). باتری های Ni-Cd (این نام آنها است) دارای ولتاژ کاری تقریباً 1,2 ولت هستند - این ولتاژ کمتر از سلول های یکبار مصرف است که با این حال برای اکثر برنامه ها مشکلی ایجاد نمی کند. مزیت بزرگ توانایی مصرف جریان قابل توجه (حتی چند آمپر) و طیف گسترده ای از دمای عملیاتی است.

5. قبل از شارژ، الزامات انواع مختلف باتری ها را بررسی کنید.

نقطه ضعف باتری های نیکل کادمیوم "اثر حافظه" سنگین است. این زمانی اتفاق می‌افتد که مکرر باتری‌های Ni-Cd نیمه‌دشارژ شده را مجدداً شارژ می‌کنید: سیستم طوری رفتار می‌کند که گویی ظرفیت آن تنها برابر با شارژی است که با شارژ مجدد پر می‌شود. در برخی از انواع شارژرها می توان با شارژ سلول ها در حالت ویژه، «اثر حافظه» را کاهش داد.

بنابراین، باتری های نیکل-کادمیم تخلیه شده باید در یک چرخه کامل شارژ شوند: ابتدا کاملاً تخلیه شوند (با استفاده از عملکرد شارژر مناسب) و سپس دوباره شارژ شوند. شارژ مجدد مکرر همچنین عمر تخمینی 1000-1500 چرخه را کاهش می دهد (این تعداد سلول های یکبار مصرف با یک باتری در طول عمر خود جایگزین می شود، بنابراین هزینه خرید بیشتر هزینه خود را چندین برابر می کند، نه اینکه به فشار بسیار کمتری روی باتری اشاره کنیم. ). محیط با تولید و دفع سلول ها).

عناصر Ni-Cd حاوی کادمیوم سمی جایگزین شده اند باتری های هیدرید نیکل فلزی (تعیین Ni-MH). ساختار آنها شبیه باتری های Ni-Cd است اما به جای کادمیوم از آلیاژ فلز متخلخل (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, فلزات خاکی کمیاب) با قابلیت جذب هیدروژن استفاده می شود (4). ولتاژ کار سلول Ni-MH نیز حدود 1,2 ولت است که به آنها اجازه می دهد به جای باتری های NiCd استفاده شوند. ظرفیت سلول های نیکل-فلز هیدرید بیشتر از سلول های نیکل-کادمیم هم اندازه است. با این حال، سیستم های NiMH سریعتر خود تخلیه می شوند. در حال حاضر طرح های مدرنی وجود دارد که این اشکال را ندارند، اما قیمت آنها بسیار بیشتر از مدل های استاندارد است.

باتری های نیکل-فلز هیدرید "اثر حافظه" را نشان نمی دهند (سلول های نیمه تخلیه شده را می توان دوباره شارژ کرد). با این حال، همیشه لازم است الزامات شارژ هر نوع در دستورالعمل شارژر بررسی شود (5).

در مورد باتری های Ni-Cd و Ni-MH، ما جدا کردن آنها را توصیه نمی کنیم. اولاً ما هیچ چیز مفیدی در آنها نخواهیم یافت. ثانیاً نیکل و کادمیوم عناصر بی خطری نیستند. بی جهت ریسک نکنید و این کار را به متخصصان آموزش دیده بسپارید.

پادشاه انباشته ها یعنی...

6. "پادشاه باتری ها" در محل کار.

… باتری سربی - اسیدی، ساخته شده در سال 1859 توسط یک فیزیکدان فرانسوی گاستون پلانتگو (بله، بله، دستگاه امسال 161 ساله می شود!). الکترولیت باتری حدود 37 درصد محلول اسید سولفوریک (VI) است و الکترودها سرب (آند) و سرب با لایه ای از دی اکسید سرب PbO پوشیده شده اند.₂ (کاتد). در حین کار، رسوبی از سولفات سرب(II)(II)PbSO روی الکترودها تشکیل می شود.₄. هنگام شارژ، یک سلول دارای ولتاژ بیش از 2 ولت است.

باتری سرب در واقع تمام معایب را دارد: وزن قابل توجه، حساسیت به تخلیه و دمای پایین، نیاز به نگهداری در حالت شارژ، خطر نشت الکترولیت تهاجمی و استفاده از فلز سمی. علاوه بر این، نیاز به رسیدگی دقیق دارد: بررسی چگالی الکترولیت، افزودن آب به محفظه ها (فقط از مقطر یا دیونیزه استفاده کنید). کنترل ولتاژ (افتادن کمتر از 1,8 ولت در یک محفظه ممکن است به الکترودها آسیب برساند) و یک حالت شارژ ویژه.

پس چرا این سازه باستانی هنوز در حال استفاده است؟ "پادشاه انباشته ها" دارای ویژگی یک حاکم واقعی است - قدرت. مصرف جریان بالا و راندمان انرژی بالا تا 75% (این مقدار انرژی مصرف شده برای شارژ می تواند در حین کار بازیابی شود) و همچنین طراحی ساده و هزینه تولید پایین به این معنی است که باتری سرب این نه تنها برای راه اندازی موتورهای احتراق داخلی، بلکه به عنوان یک عنصر منبع تغذیه اضطراری نیز استفاده می شود. با وجود 160 سال سابقه، باتری سرب هنوز به خوبی کار می کند و با انواع دیگر این دستگاه ها (و همراه با آن، خود سرب که به لطف باتری یکی از فلزات تولید شده در بیشترین مقدار است) جایگزین نشده است. . تا زمانی که موتورسازی مبتنی بر موتورهای احتراق داخلی به توسعه خود ادامه دهد، احتمالاً موقعیت آن تهدید نخواهد شد (6).

مخترعان از تلاش برای ایجاد جایگزینی برای باتری سرب-اسید دست برنداشتند. برخی از مدل ها محبوب شدند و هنوز هم در صنعت خودروسازی استفاده می شوند. در اواخر قرن نوزدهم و بیستم، طرح هایی ایجاد شد که در آنها از محلول H استفاده نمی شد.₂SO₄اما الکترولیت های قلیایی یک مثال باتری نیکل-کادمیم ارنست یونگنر است که در بالا نشان داده شده است. در سال 1901 توماس آلوا ادیسون طراحی را به استفاده از آهن به جای کادمیوم تغییر داد. در مقایسه با باتری‌های اسیدی، باتری‌های قلیایی بسیار سبک‌تر هستند، می‌توانند در دمای پایین کار کنند و کار با آن‌ها چندان دشوار نیست. با این حال، تولید آنها گران تر است و بازده انرژی پایین تر است.

بنابراین، بعدی چیست؟

البته مقالات مربوط به باتری سوالات را تمام نمی کند. آنها به عنوان مثال در مورد سلول های لیتیومی که معمولاً برای تأمین انرژی لوازم خانگی مانند ماشین حساب یا مادربردهای رایانه استفاده می شود، صحبت نمی کنند. می توانید در مقاله ژانویه در مورد جایزه نوبل شیمی در سال گذشته، و در بخش عملی - در یک ماه (از جمله تخریب و تجربه) بیشتر در مورد آنها بیاموزید.

چشم انداز خوبی برای سلول ها، به ویژه باتری ها وجود دارد. جهان روز به روز متحرک تر می شود، که به معنای نیاز به مستقل شدن از کابل های برق است. تضمین تامین انرژی کارآمد برای وسایل نقلیه الکتریکی نیز یک چالش بزرگ است. - تا بتوانند از نظر کارایی نیز با خودروهای دارای موتور احتراق داخلی رقابت کنند.

باتری باتری

برای تسهیل شناسایی نوع سلول، یک کد الفبایی عددی ویژه معرفی شده است. برای انواعی که بیشتر در خانه‌های ما برای لوازم کوچک یافت می‌شود، شکل عدد-حروف-حرف-عدد دارد.

و بله:

- رقم اول تعداد سلول ها است. برای سلول های تک نادیده گرفته می شود.

- حرف اول نوع سلول را نشان می دهد. وقتی از دست رفته است، با لینک Leclanche سروکار دارید. سایر انواع سلول ها به صورت زیر برچسب گذاری می شوند:

C – سلول لیتیومی (شایع ترین نوع)،

H – باتری Ni-MH

K – باتری نیکل کادمیوم،

L - سلول قلیایی؛

- حرف زیر شکل پیوند را نشان می دهد:

F - بشقاب،

R - استوانه ای،

P - نامگذاری کلی پیوندهایی که شکلی غیر از استوانه دارند.

- شکل یا ارقام نهایی اندازه پیوند را نشان می دهد (مقادیر کاتالوگ یا نشان دهنده مستقیم ابعاد) (7).

7. ابعاد سلول ها و باتری های محبوب.

نمونه هایی از علامت گذاری:

R03
- یک سلول روی-گرافیت به اندازه یک انگشت کوچک. نام دیگر AAA یا است.

LR6 - یک سلول قلیایی به اندازه یک انگشت. نام دیگر AA یا است.

HR14 – باتری Ni-MH؛ از حرف C نیز برای نشان دادن اندازه استفاده می شود.

KR20 – باتری Ni-Cd که اندازه آن نیز با حرف D مشخص شده است.

3LR12 - یک باتری تخت با ولتاژ 4,5 ولت، متشکل از سه سلول قلیایی استوانه ای.

6F22 - باتری 9 ولتی، متشکل از شش سلول تخت Leclanchet.

CR2032 – سلول لیتیومی با قطر 20 میلی متر و ضخامت 3,2 میلی متر.

همچنین ببینید: