Γαλβανικά στοιχεία. Τύποι και συσκευή. Εργασία και χαρακτηριστικά. Γαλβανικές κυψέλες και μπαταρίες - συσκευή, αρχή λειτουργίας, τύποι Τι ισχύει για γαλβανικές μπαταρίες - συσκευές αποθήκευσης ενέργειας

Προϋποθέσεις για την ανάδυση γαλβανικών κυψελών. Λίγη ιστορία. Το 1786, ο Ιταλός καθηγητής ιατρικής, φυσιολόγος Luigi Aloisio Galvani ανακάλυψε ένα ενδιαφέρον φαινόμενο: οι μύες των πίσω ποδιών ενός φρεσκοανοιγμένου πτώματος βατράχου, κρεμασμένου σε χάλκινους γάντζους, συσπάστηκαν όταν ο επιστήμονας τους άγγιξε με ένα ατσάλινο νυστέρι. Ο Galvani κατέληξε αμέσως στο συμπέρασμα ότι αυτό ήταν μια εκδήλωση «ζωικού ηλεκτρισμού».

Μετά το θάνατο του Galvani, ο σύγχρονος του Alessandro Volta, χημικός και φυσικός, θα περιέγραφε και θα παρουσίαζε δημόσια έναν πιο ρεαλιστικό μηχανισμό για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος όταν έρχονται σε επαφή διαφορετικά μέταλλα.

Η Volta, μετά από μια σειρά πειραμάτων, θα καταλήξει στο αδιαμφισβήτητο συμπέρασμα ότι το ρεύμα εμφανίζεται στο κύκλωμα λόγω της παρουσίας σε αυτό δύο αγωγών διαφορετικών μετάλλων τοποθετημένων σε ένα υγρό, και αυτό δεν είναι καθόλου «ζωικός ηλεκτρισμός», όπως ο Galvani σκέψη. Η σύσπαση των ποδιών του βατράχου ήταν συνέπεια της δράσης του ρεύματος που παράγεται από την επαφή διαφορετικών μετάλλων (χάλκινοι γάντζοι και ατσάλινο νυστέρι).

Ο Volta θα δείξει τα ίδια φαινόμενα που έδειξε ο Galvani σε έναν νεκρό βάτραχο, αλλά σε ένα εντελώς άψυχο αυτοσχέδιο ηλεκτρόμετρο, και θα δώσει το 1800 μια ακριβή εξήγηση για την εμφάνιση ρεύματος: «ένας αγωγός δεύτερης κατηγορίας (υγρό) βρίσκεται στη μέση και βρίσκεται σε επαφή με δύο αγωγούς πρώτης κατηγορίας από δύο διαφορετικά μέταλλα... Ως αποτέλεσμα, προκύπτει ηλεκτρικό ρεύμα προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση.»

Σε ένα από τα πρώτα του πειράματα, ο Βόλτα βύθισε δύο πλάκες -ψευδάργυρο και χαλκό- σε ένα βάζο με οξύ και τις ένωσε με σύρμα. Μετά από αυτό, η πλάκα ψευδαργύρου άρχισε να διαλύεται και φυσαλίδες αερίου εμφανίστηκαν στον χαλκό χάλυβα. Ο Βόλτα πρότεινε και απέδειξε ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα από ένα καλώδιο.

Έτσι εφευρέθηκε το "στοιχείο Volta" - το πρώτο γαλβανικό στοιχείο. Για ευκολία, η Volta του έδωσε το σχήμα ενός κατακόρυφου κυλίνδρου (στήλης), που αποτελείται από διασυνδεδεμένους δακτυλίους από ψευδάργυρο, χαλκό και ύφασμα, εμποτισμένους με οξύ. Μια βολταϊκή στήλη ύψους μισού μέτρου δημιούργησε μια τάση που ήταν ευαίσθητη στους ανθρώπους.

Δεδομένου ότι η έρευνα ξεκίνησε από τον Luigi Galvani, το όνομα διατήρησε τη μνήμη του στο όνομά του.

Γαλβανικό κύτταροείναι μια χημική πηγή ηλεκτρικού ρεύματος που βασίζεται στην αλληλεπίδραση δύο μετάλλων ή/και των οξειδίων τους σε έναν ηλεκτρολύτη, που οδηγεί στην εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κλειστό κύκλωμα. Έτσι, στα γαλβανικά κύτταρα, η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Γαλβανικά κύτταρα σήμερα

Τα γαλβανικά κύτταρα σήμερα ονομάζονται μπαταρίες. Τρεις τύποι μπαταριών χρησιμοποιούνται ευρέως: αλάτι (ξηρό), αλκαλικές (ονομάζονται επίσης αλκαλικές, «αλκαλικές» που μεταφράζονται από τα αγγλικά ως «αλκαλικές») και λίθιο. Η αρχή της λειτουργίας τους είναι η ίδια όπως περιγράφεται από τον Volta το 1800: δύο μέταλλα και ένα ηλεκτρικό ρεύμα προκύπτει σε ένα εξωτερικό κλειστό κύκλωμα.

Η τάση της μπαταρίας εξαρτάται τόσο από τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται όσο και από τον αριθμό των στοιχείων της «μπαταρίας». Οι μπαταρίες, σε αντίθεση με τους συσσωρευτές, δεν είναι ικανές να αποκαταστήσουν τις ιδιότητές τους, αφού μετατρέπουν άμεσα τη χημική ενέργεια, δηλαδή την ενέργεια των αντιδραστηρίων που απαρτίζουν την μπαταρία (αναγωγικός παράγοντας και οξειδωτικός παράγοντας), σε ηλεκτρική ενέργεια.

Τα αντιδραστήρια που περιλαμβάνονται στη μπαταρία καταναλώνονται κατά τη λειτουργία της και το ρεύμα μειώνεται σταδιακά, οπότε η επίδραση της πηγής σταματά αφού τα αντιδραστήρια αντιδράσουν πλήρως.

Οι αλκαλικές κυψέλες και οι κυψέλες αλάτων (μπαταρίες) χρησιμοποιούνται ευρέως για την τροφοδοσία μιας ποικιλίας ηλεκτρονικές συσκευές, ραδιοφωνικός εξοπλισμός, παιχνίδια και λίθιο μπορούν να βρεθούν συχνότερα σε φορητές ιατρικές συσκευές όπως γλυκόμετρο ή σε ψηφιακό εξοπλισμό όπως κάμερες.

Τα κύτταρα μαγγανίου-ψευδαργύρου, που ονομάζονται μπαταρίες αλατιού, είναι «ξηρά» γαλβανικά στοιχεία που δεν περιέχουν υγρό διάλυμα ηλεκτρολύτη.

Το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου (+) είναι μια κάθοδος σε σχήμα γυαλιού και η άνοδος είναι ένα κονιοποιημένο μείγμα διοξειδίου του μαγγανίου και γραφίτη. Το ρεύμα ρέει μέσω της ράβδου γραφίτη. Ο ηλεκτρολύτης είναι μια πάστα διαλύματος χλωριούχου αμμωνίου με την προσθήκη αμύλου ή αλεύρου για να πήξει ώστε να μην ρέει τίποτα.

Συνήθως, οι κατασκευαστές μπαταριών δεν αναφέρουν την ακριβή σύνθεση των στοιχείων αλατιού, ωστόσο, οι μπαταρίες αλατιού είναι οι φθηνότερες, συνήθως χρησιμοποιούνται σε συσκευές όπου η κατανάλωση ενέργειας είναι εξαιρετικά χαμηλή: σε ρολόγια, σε τηλεχειριστήρια τηλεχειριστήριο, σε ηλεκτρονικά θερμόμετρα κ.λπ.

Η έννοια της «ονομαστικής χωρητικότητας» χρησιμοποιείται σπάνια για τον χαρακτηρισμό των μπαταριών ψευδαργύρου-μαγγανίου, καθώς η χωρητικότητά τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τους τρόπους και τις συνθήκες λειτουργίας. Τα κύρια μειονεκτήματα αυτών των στοιχείων είναι ο σημαντικός ρυθμός μείωσης της τάσης καθ' όλη τη διάρκεια της εκφόρτισης και η σημαντική μείωση της παρεχόμενης χωρητικότητας με την αύξηση του ρεύματος εκφόρτισης. Η τελική τάση εκφόρτισης ρυθμίζεται ανάλογα με το φορτίο στην περιοχή 0,7-1,0 V.

Σημαντικό δεν είναι μόνο το μέγεθος του ρεύματος εκφόρτισης, αλλά και το χρονοδιάγραμμα του φορτίου. Με διακοπτόμενη εκφόρτιση σε υψηλά και μεσαία ρεύματα, η απόδοση των μπαταριών αυξάνεται αισθητά σε σύγκριση με τη συνεχή λειτουργία. Ωστόσο, σε χαμηλά ρεύματα εκφόρτισης και πολύμηνες διακοπές λειτουργίας, η χωρητικότητά τους μπορεί να μειωθεί ως αποτέλεσμα της αυτοεκφόρτισης.

Το παραπάνω γράφημα δείχνει τις καμπύλες εκφόρτισης για μια μέση μπαταρία αλατιού για 4, 10, 20 και 40 ώρες για σύγκριση με την αλκαλική μπαταρία, περίπου θα μιλήσουμεΠεραιτέρω.

Μια αλκαλική μπαταρία είναι μια βολταϊκή μπαταρία μαγγανίου-ψευδαργύρου που χρησιμοποιεί διοξείδιο μαγγανίου ως κάθοδο, ψευδάργυρο σε σκόνη ως άνοδο και ένα αλκαλικό διάλυμα, συνήθως με τη μορφή πάστας υδροξειδίου του καλίου, ως ηλεκτρολύτη.

Αυτές οι μπαταρίες έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα (ιδίως, σημαντικά μεγαλύτερη χωρητικότητα, καλύτερη δουλειάσε χαμηλές θερμοκρασίες και σε ρεύματα υψηλού φορτίου).

Οι αλκαλικές μπαταρίες, σε σύγκριση με τις μπαταρίες αλατιού, μπορούν να παρέχουν περισσότερο ρεύμα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Ένα υψηλότερο ρεύμα καθίσταται δυνατό επειδή ο ψευδάργυρος χρησιμοποιείται εδώ όχι με τη μορφή γυαλιού, αλλά με τη μορφή σκόνης που έχει μεγαλύτερη περιοχή επαφής με τον ηλεκτρολύτη. Ως ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται το υδροξείδιο του καλίου σε μορφή πάστας.

Χάρη στην ικανότητα αυτού του τύπου γαλβανικών στοιχείων να παρέχουν σημαντικό ρεύμα (μέχρι 1 Α) για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι αλκαλικές μπαταρίες είναι πιο συνηθισμένες σήμερα.

Ηλεκτρικά παιχνίδια, φορητός ιατρικός εξοπλισμός, ηλεκτρονικές συσκευές και κάμερες χρησιμοποιούν αλκαλικές μπαταρίες. Διαρκούν 1,5 φορές περισσότερο από τα αλμυρά εάν η εκκένωση είναι χαμηλό ρεύμα. Το γράφημα δείχνει τις καμπύλες εκφόρτισης σε διάφορα ρεύματα για σύγκριση με μια μπαταρία αλατιού (το γράφημα φαίνεται παραπάνω) για 4, 10, 20 και 40 ώρες.

Μπαταρίες λιθίου

Ένας άλλος αρκετά κοινός τύπος βολταϊκών στοιχείων είναι οι μπαταρίες λιθίου - μεμονωμένες μη επαναφορτιζόμενες βολταϊκές κυψέλες που χρησιμοποιούν λίθιο ή τις ενώσεις του ως άνοδο. Χάρη στη χρήση αλκαλιμετάλλου, έχουν μεγάλη διαφορά δυναμικού.

Η κάθοδος και ο ηλεκτρολύτης μιας κυψέλης λιθίου μπορεί να διαφέρουν πολύ, επομένως ο όρος "κυψέλη λιθίου" συνδυάζει μια ομάδα στοιχείων με το ίδιο υλικό ανόδου. Για παράδειγμα, διοξείδιο του μαγγανίου, μονοφθοριούχος άνθρακας, πυρίτης, θειονυλοχλωρίδιο κ.λπ. μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κάθοδος.

Οι μπαταρίες λιθίου διαφέρουν από άλλες μπαταρίες ως προς τη μεγάλη διάρκεια ζωής και το υψηλό κόστος τους. Ανάλογα με το επιλεγμένο μέγεθος και τις χημικές ιδιότητες που χρησιμοποιούνται, μια μπαταρία λιθίου μπορεί να παράγει τάσεις από 1,5 V (συμβατές με αλκαλικές μπαταρίες) έως 3,7 V.

Αυτές οι μπαταρίες έχουν την υψηλότερη χωρητικότητα ανά μονάδα βάρους και μεγάλη διάρκεια ζωής. Οι κυψέλες λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε σύγχρονο φορητό ηλεκτρονικό εξοπλισμό: για την τροφοδοσία ρολογιών μητρικές πλακέτεςυπολογιστές, για την τροφοδοσία φορητών ιατρικών συσκευών, ρολογιών χειρός, αριθμομηχανών, φωτογραφικού εξοπλισμού κ.λπ.

Το παραπάνω γράφημα δείχνει τις καμπύλες εκφόρτισης για δύο μπαταρίες λιθίου από δύο δημοφιλείς κατασκευαστές. Το αρχικό ρεύμα ήταν 120 mA (ανά αντίσταση περίπου 24 Ohm).

Kyzyl, TSU

ΑΦΗΡΗΜΕΝΗ

Θέμα: "Γαλβανικά κύτταρα. Μπαταρίες."

Συντάχθηκε από: Spiridonova V.A.

I έτος, IV γρ., FMF

Έλεγχος: Kendivan O.D.

2001

εισαγωγή

II. Γαλβανικές πηγές ρεύματος

1. Τύποι γαλβανικών κυψελών

III. Μπαταρίες

1. Όξινο

2. Αλκαλικό

3. Σφραγισμένο νικέλιο-κάδμιο

4. Σφραγισμένο

5. Μπαταρίες τεχνολογίας “DRYFIT”.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Χημικές πηγές ρεύματος (CHS) για πολλά χρόνια

μπήκε σταθερά στη ζωή μας. Στην καθημερινή ζωή, ο καταναλωτής σπάνια δίνει σημασία

προσοχή στις διαφορές μεταξύ του HIT που χρησιμοποιείται. Για αυτόν είναι μπαταρίες και

μπαταρίες. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε συσκευές όπως

φακούς, παιχνίδια, ραδιόφωνα ή αυτοκίνητα.

Στην περίπτωση που η κατανάλωση ρεύματος είναι σχετικά

είναι μεγάλη (10Ah), χρησιμοποιούνται μπαταρίες, κυρίως όξινες,

καθώς και νικέλιο-σίδηρος και νικέλιο-κάδμιο. Χρησιμοποιούνται σε

φορητούς υπολογιστές (Laptop, Notebook, Palmtop), φορητές συσκευές

επικοινωνίες, φωτισμός έκτακτης ανάγκης κ.λπ.

Τα τελευταία χρόνια, τέτοιες μπαταρίες έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε

εφεδρικά τροφοδοτικά για υπολογιστές και ηλεκτρομηχανολογικά

συστήματα που αποθηκεύουν ενέργεια για πιθανά φορτία αιχμής

και παροχή ρεύματος έκτακτης ανάγκης ζωτικών συστημάτων.

ΓΑΛΒΑΝΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

Πηγές γαλβανικού ρεύματος μιας χρήσης

αποτελούν ένα ενιαίο δοχείο στο οποίο

περιέχει έναν ηλεκτρολύτη που απορροφάται από το ενεργό υλικό

διαχωριστή, και ηλεκτρόδια (άνοδος και κάθοδος), γι' αυτό ονομάζονται

ξηρά στοιχεία. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται σε σχέση με

όλα τα κύτταρα που δεν περιέχουν υγρό ηλεκτρολύτη. Στο συνηθισμένο

Τα ξηρά στοιχεία περιλαμβάνουν στοιχεία άνθρακα-ψευδαργύρου.

Τα ξηρά κύτταρα χρησιμοποιούνται για χαμηλά ρεύματα και διακοπτόμενα

τρόπους λειτουργίας. Επομένως, τέτοια στοιχεία χρησιμοποιούνται ευρέως σε

τηλέφωνα, παιχνίδια, συστήματα συναγερμού κ.λπ.

Η δράση οποιουδήποτε γαλβανικού κυττάρου βασίζεται στην εμφάνιση μιας αντίδρασης οξειδοαναγωγής σε αυτό. Στην απλούστερη μορφή του, ένα γαλβανικό στοιχείο αποτελείται από δύο πλάκες ή ράβδους κατασκευασμένες από διαφορετικά μέταλλα και βυθισμένες σε διάλυμα ηλεκτρολύτη. Ένα τέτοιο σύστημα καθιστά δυνατό τον χωρικό διαχωρισμό της αντίδρασης οξειδοαναγωγής: η οξείδωση συμβαίνει σε ένα μέταλλο και η αναγωγή σε ένα άλλο. Έτσι, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από τον αναγωγικό παράγοντα στον οξειδωτικό παράγοντα μέσω του εξωτερικού κυκλώματος.

Εξετάστε, για παράδειγμα, ένα γαλβανικό στοιχείο χαλκού-ψευδάργυρου, που τροφοδοτείται από την ενέργεια της παραπάνω αντίδρασης μεταξύ ψευδαργύρου και θειικού χαλκού. Αυτό το στοιχείο (κελί Jacobi-Daniel) αποτελείται από μια πλάκα χαλκού βυθισμένη σε διάλυμα θειικού χαλκού (ηλεκτρόδιο χαλκού) και μια πλάκα ψευδαργύρου βυθισμένη σε διάλυμα θειικού ψευδαργύρου (ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου). Και τα δύο διαλύματα έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, αλλά για να αποφευχθεί η ανάμειξη διαχωρίζονται από ένα χώρισμα κατασκευασμένο από πορώδες υλικό.

Όταν το στοιχείο λειτουργεί, π.χ. όταν η αλυσίδα είναι κλειστή, ο ψευδάργυρος οξειδώνεται: στην επιφάνεια της επαφής του με το διάλυμα, τα άτομα ψευδαργύρου μετατρέπονται σε ιόντα και, όταν ενυδατωθούν, περνούν στο διάλυμα. Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται σε αυτή την περίπτωση κινούνται κατά μήκος του εξωτερικού κυκλώματος προς το ηλεκτρόδιο χαλκού. Ολόκληρο το σύνολο αυτών των διεργασιών αναπαρίσταται σχηματικά από την εξίσωση μισής αντίδρασης ή ηλεκτροχημική εξίσωση:

Η αναγωγή των ιόντων χαλκού συμβαίνει στο ηλεκτρόδιο χαλκού. Τα ηλεκτρόνια που προέρχονται εδώ από το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου συνδυάζονται με τα αφυδατικά ιόντα χαλκού που εξέρχονται από το διάλυμα. Τα άτομα χαλκού σχηματίζονται και απελευθερώνονται ως μέταλλο. Η αντίστοιχη ηλεκτροχημική εξίσωση είναι:

Η συνολική εξίσωση της αντίδρασης που συμβαίνει στο στοιχείο προκύπτει προσθέτοντας τις εξισώσεις και των δύο ημιαντιδράσεων. Έτσι, κατά τη λειτουργία ενός γαλβανικού στοιχείου, τα ηλεκτρόνια από τον αναγωγικό παράγοντα περνούν στον οξειδωτικό παράγοντα μέσω του εξωτερικού κυκλώματος, λαμβάνουν χώρα ηλεκτροχημικές διεργασίες στα ηλεκτρόδια και παρατηρείται κατευθυντική κίνηση ιόντων στο διάλυμα.

Το ηλεκτρόδιο στο οποίο συμβαίνει η οξείδωση ονομάζεται άνοδος (ψευδάργυρος). Το ηλεκτρόδιο στο οποίο συμβαίνει η αναγωγή ονομάζεται κάθοδος (χαλκός).

Κατ' αρχήν, οποιαδήποτε αντίδραση οξειδοαναγωγής μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, ο αριθμός των αντιδράσεων

πρακτικά χρησιμοποιείται σε χημικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας είναι μικρή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κάθε αντίδραση οξειδοαναγωγής δεν καθιστά δυνατή τη δημιουργία ενός γαλβανικού στοιχείου με τεχνικά πολύτιμες ιδιότητες. Επιπλέον, πολλές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής απαιτούν την κατανάλωση ακριβών ουσιών.

Σε αντίθεση με το στοιχείο χαλκού-ψευδαργύρου, όλα τα σύγχρονα γαλβανικά στοιχεία και μπαταρίες χρησιμοποιούν όχι δύο, αλλά έναν ηλεκτρολύτη. Τέτοιες πηγές ρεύματος είναι πολύ πιο βολικές στη χρήση.

ΤΥΠΟΙ ΓΑΛΒΑΝΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

Στοιχεία άνθρακα-ψευδαργύρου

Τα στοιχεία άνθρακα-ψευδαργύρου (μαγγάνιο-ψευδάργυρος) είναι

τα πιο κοινά ξηρά στοιχεία. Σε άνθρακα-ψευδάργυρο

τα στοιχεία χρησιμοποιούν έναν συλλέκτη παθητικού ρεύματος (άνθρακα).

επαφή με άνοδο από διοξείδιο του μαγγανίου (MnO2), ηλεκτρολύτη από

χλωριούχο αμμώνιο και μια κάθοδο ψευδαργύρου. Ο ηλεκτρολύτης είναι μέσα

σχηματίζει πάστα ή εμποτίζει ένα πορώδες διάφραγμα.

Ένας τέτοιος ηλεκτρολύτης δεν είναι πολύ κινητός και δεν εξαπλώνεται, έτσι

τα στοιχεία λέγονται ξηρά.

Τα στοιχεία άνθρακα-ψευδαργύρου «αποκαθίστανται» κατά τη διάρκεια

διάλειμμα από τη δουλειά. Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στη σταδιακή

ευθυγράμμιση των τοπικών ανομοιογενειών στη σύνθεση

ηλεκτρολύτη που προκύπτει κατά τη διαδικασία εκφόρτισης. Σαν άποτέλεσμα

περιοδική "ξεκούραση" η διάρκεια ζωής του στοιχείου παρατείνεται.

Το πλεονέκτημα των στοιχείων άνθρακα-ψευδαργύρου είναι τους

σχετικά χαμηλό κόστος. Με σημαντικά μειονεκτήματα

θα πρέπει να περιλαμβάνει σημαντική μείωση της τάσης κατά την εκφόρτιση,

χαμηλή ειδική ισχύς (5...10 W/kg) και μικρή διάρκεια ζωής

αποθήκευση

Οι χαμηλές θερμοκρασίες μειώνουν την αποτελεσματικότητα χρήσης

γαλβανικές κυψέλες και την εσωτερική θέρμανση της μπαταρίας

αυξάνει. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί χημική διάβρωση του ηλεκτροδίου ψευδαργύρου από το νερό που περιέχεται στον ηλεκτρολύτη και ξήρανση του ηλεκτρολύτη. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να αντισταθμιστούν κάπως με τη διατήρηση της μπαταρίας σε υψηλές θερμοκρασίες και την εισαγωγή ενός αλατούχου διαλύματος στην κυψέλη μέσω μιας προκατασκευασμένης οπής.

Αλκαλικά στοιχεία

Όπως τα κύτταρα άνθρακα-ψευδαργύρου, τα αλκαλικά κύτταρα χρησιμοποιούν μια άνοδο MnO2 και μια κάθοδο ψευδαργύρου με διαχωρισμένο ηλεκτρολύτη.

Η διαφορά μεταξύ των αλκαλικών στοιχείων και των στοιχείων άνθρακα-ψευδαργύρου είναι

στη χρήση αλκαλικού ηλεκτρολύτη, ως αποτέλεσμα του οποίου

Δεν υπάρχει ουσιαστικά καμία έκλυση αερίου κατά την εκφόρτιση, και μπορεί να είναι

να σφραγιστεί, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για έναν αριθμό από αυτά

εφαρμογές.

Στοιχεία υδραργύρου

Τα στοιχεία υδραργύρου μοιάζουν πολύ με τα αλκαλικά στοιχεία. Σε αυτούς

Χρησιμοποιείται οξείδιο του υδραργύρου (HgO). Η κάθοδος αποτελείται από ένα μείγμα σκόνης

ψευδάργυρο και υδράργυρο. Η άνοδος και η κάθοδος χωρίζονται από έναν διαχωριστή και ένα διάφραγμα,

εμποτισμένο σε διάλυμα αλκαλίου 40%.

Δεδομένου ότι ο υδράργυρος είναι σπάνιος και τοξικός, τα στοιχεία υδραργύρου δεν είναι

πρέπει να πετιούνται αφού έχουν χρησιμοποιηθεί πλήρως. Πρέπει

πηγαίνετε για ανακύκλωση.

Ασημένια στοιχεία

Έχουν «ασημένιες» καθόδους από Ag2O και AgO.

Κύτταρα λιθίου

Χρησιμοποιούν ανόδους λιθίου, έναν οργανικό ηλεκτρολύτη

και καθόδους από διάφορα υλικά. Έχουν πολύ μεγάλα

διάρκεια ζωής, υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και αποδοτική

σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών επειδή δεν περιέχουν νερό.

Δεδομένου ότι το λίθιο έχει το υψηλότερο αρνητικό δυναμικό

σε σχέση με όλα τα μέταλλα, στοιχεία λιθίου

χαρακτηρίζεται από την υψηλότερη ονομαστική τάση στο

ελάχιστες διαστάσεις.

Η ιοντική αγωγιμότητα εξασφαλίζεται με την εισαγωγή σε

Διαλύτες αλάτων που έχουν μεγάλα ανιόντα.

Τα μειονεκτήματα των κυττάρων λιθίου περιλαμβάνουν τους

σχετικά υψηλό κόστος λόγω της υψηλής τιμής

λιθίου, ειδικές απαιτήσεις για την παραγωγή τους (η ανάγκη

αδρανής ατμόσφαιρα, καθαρισμός μη υδατικών διαλυτών). Πρέπει

Λάβετε επίσης υπόψη ότι ορισμένα κύτταρα λιθίου όταν αυτά

είναι εκρηκτικά εάν ανοιχτούν.

Οι κυψέλες λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφεδρικά τροφοδοτικά για κυκλώματα μνήμης, όργανα μέτρησης και άλλα συστήματα υψηλής τεχνολογίας.

ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ

Οι μπαταρίες είναι χημικές πηγές

επαναχρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Αποτελούνται από

δύο ηλεκτρόδια (θετικό και αρνητικό), ηλεκτρολύτη

και γάστρα. Η συσσώρευση ενέργειας στην μπαταρία συμβαίνει όταν

την εμφάνιση μιας χημικής αντίδρασης οξείδωσης-αναγωγής

ηλεκτρόδια. Όταν η μπαταρία είναι αποφορτισμένη, συμβαίνει το αντίστροφο

διαδικασίες. Η τάση της μπαταρίας είναι η διαφορά δυναμικού

μεταξύ των πόλων της μπαταρίας με σταθερό φορτίο.

Για να λάβετε επαρκώς μεγάλες τιμές τάσης ή

φόρτιση, μεμονωμένες μπαταρίες συνδέονται μεταξύ τους

σειρά ή παράλληλη με τις μπαταρίες. Υπάρχουν ένας αριθμός

γενικά αποδεκτές τάσεις για μπαταρίες: 2; 4; 6;

Θα περιοριστούμε στο να εξετάσουμε τις ακόλουθες μπαταρίες:

μπαταρίες οξέος κατασκευασμένες σύμφωνα με τα παραδοσιακά

τεχνολογίες·

σταθερό καλώδιο και κίνηση (αυτοκίνητο και

τρακτέρ);

σφραγισμένες μπαταρίες χωρίς συντήρηση, σφραγισμένες

νικέλιο-κάδμιο και οξύ "dryfit" A400 και A500 (που μοιάζει με ζελέ

ηλεκτρολύτης).

ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΟΞΥ

Για παράδειγμα, εξετάστε μια έτοιμη προς χρήση μπαταρία μολύβδου-οξέος. Αποτελείται από δικτυωτές πλάκες μολύβδου, μερικές από τις οποίες είναι γεμάτες με διοξείδιο μολύβδου και άλλες με μεταλλικό μόλυβδο σφουγγαριού. Οι πλάκες βυθίζονται σε διάλυμα H2SO4 35-40%. Σε αυτή τη συγκέντρωση, η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα του διαλύματος θειικού οξέος είναι μέγιστη.

Όταν η μπαταρία λειτουργεί - όταν είναι αποφορτισμένη - λαμβάνει χώρα μια αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής σε αυτήν, κατά την οποία ο μεταλλικός μόλυβδος οξειδώνεται:

Pb + SO4 = PbSO4 + 2e-

Και το διοξείδιο του μολύβδου μειώνεται:

Pb + SO4 + 4H+ + 2e- = PbSO4 + 2H2O

Τα ηλεκτρόνια που δίνονται από τα μεταλλικά άτομα μολύβδου κατά την οξείδωση γίνονται αποδεκτά από τα άτομα μολύβδου PbO2 κατά τη διάρκεια της αναγωγής. Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος.

Έτσι, το μέταλλο μολύβδου χρησιμεύει ως άνοδος σε μια μπαταρία μολύβδου και φορτίζεται αρνητικά, και το PbO2 χρησιμεύει ως κάθοδος και είναι θετικά φορτισμένο.

Στο εσωτερικό κύκλωμα (στο διάλυμα H2SO4), πραγματοποιείται μεταφορά ιόντων κατά τη λειτουργία της μπαταρίας. Τα ιόντα SO42 κινούνται προς την άνοδο και τα ιόντα Η+ προς την κάθοδο. Η κατεύθυνση αυτής της κίνησης καθορίζεται από το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει από την εμφάνιση διεργασιών ηλεκτροδίων: τα ανιόντα καταναλώνονται στην άνοδο και τα κατιόντα καταναλώνονται στην κάθοδο. Ως αποτέλεσμα, το διάλυμα παραμένει ηλεκτρικά ουδέτερο.

Αν αθροίσουμε τις εξισώσεις που αντιστοιχούν στην οξείδωση του μολύβδου και τη μείωση του PbO2, προκύπτει η ολική εξίσωση αντίδρασης,

διαρροή σε μπαταρία μολύβδου-οξέος κατά τη λειτουργία της (εκφόρτιση):

Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

Ε.μ.φ. μιας φορτισμένης μπαταρίας μολύβδου-οξέος είναι περίπου 2V. Καθώς μια μπαταρία αποφορτίζεται, καταναλώνονται τα υλικά της καθόδου (PbO2) και ανόδου (Pb). Επίσης καταναλώνεται θειικό οξύ. Ταυτόχρονα, πέφτει η τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας. Όταν γίνει μικρότερη από την τιμή που επιτρέπεται από τις συνθήκες λειτουργίας, η μπαταρία φορτίζεται ξανά.

Για φόρτιση (ή φόρτιση), η μπαταρία είναι συνδεδεμένη εξωτερική πηγήρεύμα (συν στο συν και μείον στο μείον). Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα ρέει μέσω της μπαταρίας προς την αντίθετη κατεύθυνση από αυτήν στην οποία πέρασε όταν η μπαταρία αποφορτίστηκε. Ως αποτέλεσμα αυτού, οι ηλεκτροχημικές διεργασίες στα ηλεκτρόδια «αντιστρέφονται». Το ηλεκτρόδιο μολύβδου υποβάλλεται τώρα σε διαδικασία αναγωγής

PbSO4 + 2e- = Pb + SO4

εκείνοι. Αυτό το ηλεκτρόδιο γίνεται η κάθοδος. Η διαδικασία οξείδωσης λαμβάνει χώρα στο ηλεκτρόδιο PbO2

PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H+ + 2e-

επομένως αυτό το ηλεκτρόδιο είναι πλέον η άνοδος. Τα ιόντα στο διάλυμα κινούνται σε κατευθύνσεις αντίθετες από αυτές στις οποίες κινούνταν όταν λειτουργούσε η μπαταρία.

Προσθέτοντας τις δύο τελευταίες εξισώσεις, λαμβάνουμε την εξίσωση για την αντίδραση που συμβαίνει κατά τη φόρτιση της μπαταρίας:

2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO4

Είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι αυτή η διαδικασία είναι η αντίθετη από αυτή που συμβαίνει όταν η μπαταρία είναι σε λειτουργία: όταν η μπαταρία φορτίζεται, παράγει και πάλι τις απαραίτητες ουσίες για τη λειτουργία της.

Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος συνδέονται συνήθως σε μια μπαταρία, η οποία

τοποθετείται σε μονομπλόκ από εβονίτη, θερμοπλαστικό, πολυπροπυλένιο,

πολυστυρένιο, πολυαιθυλένιο, σύνθεση πίσσας ασφάλτου, κεραμικά

ή γυαλί.

Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά μιας μπαταρίας είναι

διάρκεια ζωής ή διάρκεια ζωής (αριθμός κύκλων). Αλλοίωση

Οι παράμετροι της μπαταρίας και η αστοχία προκαλούνται κυρίως

ουρά διάβρωσης του πλέγματος και ολίσθησης της ενεργού μάζας

θετικό ηλεκτρόδιο. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας καθορίζεται

κυρίως από τον τύπο των θετικών πλακών και συνθηκών

λειτουργία.

Βελτιώσεις στις μπαταρίες μολύβδου-οξέος βρίσκονται σε καλό δρόμο

έρευνα νέων κραμάτων για σχάρες (για παράδειγμα, μόλυβδο-ασβέστιο), ελαφριά και ανθεκτικά υλικά στέγασης

(για παράδειγμα, με βάση το συμπολυμερές προπυλενίου-αιθυλενίου), βελτιώσεις

ποιότητα των διαχωριστών.

ΑΛΚΑΛΙΚΕΣ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ

Ασήμι-ψευδάργυρος.

Έχουν καλά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και είναι ελαφριά σε βάρος και όγκο. Τα ηλεκτρόδια σε αυτά είναι οξείδια αργύρου Ag2O, AgO (κάθοδος) και σπόγγος ψευδάργυρος (άνοδος). Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα διάλυμα ΚΟΗ.

Κατά τη λειτουργία της μπαταρίας, ο ψευδάργυρος οξειδώνεται, μετατρέπεται σε ZnO και Zn(OH)2 και το οξείδιο του αργύρου ανάγεται σε μέταλλο. Η συνολική αντίδραση που συμβαίνει όταν μια μπαταρία αποφορτίζεται μπορεί να εκφραστεί κατά προσέγγιση με την εξίσωση:

AgO + Zn = Ag + ZnO

Ε.μ.φ. μιας φορτισμένης μπαταρίας αργύρου-ψευδάργυρου είναι περίπου 1,85 V. Όταν η τάση πέσει στα 1,25 V, η μπαταρία φορτίζεται. Σε αυτή την περίπτωση, οι διεργασίες στα ηλεκτρόδια «αντιστρέφονται»: ο ψευδάργυρος μειώνεται, ο άργυρος οξειδώνεται - λαμβάνονται και πάλι οι απαραίτητες ουσίες για τη λειτουργία της μπαταρίας.

Κάδμιο-νικέλιο και σίδηρο-νικέλιο.

Το CN και το ZHN μοιάζουν πολύ μεταξύ τους. Η κύρια διαφορά τους είναι το υλικό των πλακών αρνητικών ηλεκτροδίων. στις μπαταρίες KN είναι καδμίου και στις μπαταρίες ZhN είναι σιδήρου. Οι μπαταρίες KN είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες.

Οι αλκαλικές μπαταρίες παράγονται κυρίως με ηλεκτρόδια ελασμάτων. Σε αυτά, οι ενεργές μάζες περικλείονται σε ελάσματα - επίπεδα κουτιά με τρύπες. Η ενεργή μάζα των θετικών πλακών μιας φορτισμένης μπαταρίας αποτελείται κυρίως από ενυδατωμένο οξείδιο του νικελίου (Ni) Ni2O3 x H2O ή NiOOH. Επιπλέον, περιέχει γραφίτη, ο οποίος προστίθεται για την αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Η ενεργή μάζα των αρνητικών πλακών των μπαταριών KN αποτελείται από ένα μείγμα σφουγγαριού καδμίου με σκόνη σιδήρου και από μπαταρίες ZhN - από μειωμένη σκόνη σιδήρου. Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα διάλυμα υδροξειδίου του καλίου που περιέχει μια μικρή ποσότητα LiOH.

Ας εξετάσουμε τις διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία μιας μπαταρίας KN. Όταν η μπαταρία αποφορτιστεί, το κάδμιο οξειδώνεται.

Cd + 2OH- = Cd(OH)2 + 2e-

Και το NiOOH αποκαθίσταται:

2NiOOH + 2H2O + 2e- = 2Ni(OH)2 + 2OH-

Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ηλεκτρόδιο καδμίου στο ηλεκτρόδιο νικελίου κατά μήκος του εξωτερικού κυκλώματος. Το ηλεκτρόδιο καδμίου χρησιμεύει ως άνοδος και είναι αρνητικά φορτισμένο, και το ηλεκτρόδιο νικελίου χρησιμεύει ως κάθοδος και είναι θετικά φορτισμένο.

Η συνολική αντίδραση που συμβαίνει στη μπαταρία KN κατά τη λειτουργία της μπορεί να εκφραστεί με την εξίσωση που προκύπτει προσθέτοντας τις δύο τελευταίες ηλεκτροχημικές εξισώσεις:

2NiOOH + 2H2O + Cd = 2NI(OH)2 + CD(OH)2

Ε.μ.φ. μιας φορτισμένης μπαταρίας νικελίου-καδμίου είναι περίπου 1,4 V. Καθώς η μπαταρία λειτουργεί (εκφορτίζεται), η τάση στους ακροδέκτες της πέφτει. Όταν πέσει κάτω από το 1 V, η μπαταρία φορτίζεται.

Κατά τη φόρτιση μιας μπαταρίας, οι ηλεκτροχημικές διεργασίες στα ηλεκτρόδιά της «αντιστρέφονται». Η αναγωγή μετάλλου συμβαίνει στο ηλεκτρόδιο καδμίου

Cd(OH)2 + 2e- = CD + 2OH-

Σχετικά με το νικέλιο - οξείδωση υδροξειδίου του νικελίου (P):

2Ni(OH)2 + 2OH- = 2NiOOH + 2H2O + 2e-

Η συνολική αντίδραση κατά τη φόρτιση είναι το αντίθετο από την αντίδραση που συμβαίνει κατά την εκφόρτιση:

2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 = 2NiOOH + 2H2O + Cd

ΣΦΡΑΓΙΣΜΕΝΕΣ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΝΙΚΕΛΟΥ-ΚΑΔΜΙΟΥ

Μια ειδική ομάδα μπαταριών νικελίου-καδμίου είναι οι σφραγισμένες μπαταρίες. Το οξυγόνο που απελευθερώνεται στο τέλος της φόρτισης οξειδώνει το κάδμιο, οπότε η πίεση στην μπαταρία δεν αυξάνεται. Ο ρυθμός σχηματισμού οξυγόνου πρέπει να είναι χαμηλός, επομένως η μπαταρία φορτίζεται με σχετικά χαμηλό ρεύμα.

Οι σφραγισμένες μπαταρίες χωρίζονται σε δίσκους,

κυλινδρικό και ορθογώνιο.

Σφραγισμένες ορθογώνιες μπαταρίες νικελίου-καδμίου

παράγονται με αρνητικά μη κεραμομεταλλικά ηλεκτρόδια οξειδίου του καδμίου ή με ηλεκτρόδια κεραμομεταλλικού καδμίου.

ΣΦΡΑΓΙΣΜΕΝΕΣ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ

Ευρέως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες οξέος,

κατασκευασμένα με χρήση κλασικής τεχνολογίας, προκαλούν πολλά προβλήματα

και έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις σε ανθρώπους και εξοπλισμό. Είναι οι περισσότεροι

φθηνά, αλλά απαιτούν πρόσθετο κόστος για τη συντήρησή τους,

ειδικούς χώρους και προσωπικό.

ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ "DRYFIT".

Οι πιο βολικές και ασφαλέστερες μπαταρίες οξέος

είναι πλήρως σφραγισμένες μπαταρίες χωρίς συντήρηση

VRLA (Valve Regulated Lead Acid) που παράγεται με τεχνολογία

«στεγνή εφαρμογή». Ο ηλεκτρολύτης σε αυτές τις μπαταρίες είναι σε κατάσταση που μοιάζει με ζελέ. Αυτό εγγυάται την αξιοπιστία των μπαταριών και την ασφάλεια της λειτουργίας τους.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ:

1. Deordiev S.S.

Μπαταρίες και φροντίδα τους.

Κ.: Τεχνολογία, 1985. 136 σελ.

2. Ηλεκτρολογικό βιβλίο αναφοράς.

Σε 3 τόμους Τ.2. Ηλεκτρικά προϊόντα και συσκευές/υπό

σύνολο εκδ. καθηγητές του Ινστιτούτου Ηλεκτρομηχανικής της Μόσχας (αρχισυντάκτης I.N. Orlov) και άλλοι 7η έκδ. 6 κορ. και επιπλέον

Μ.: Energoatomizdat, 1986. 712 σελ.

3. Ν.Λ.Γκλίνκα.

Γενική χημεία.

Εκδοτικός οίκος "Χημεία" 1977.

4. Bagotsky V.S., Skundin A.M.

Πηγές χημικού ρεύματος.

M.: Energoizdat, 1981. 360 p.

Κείμενο που παρέχεται από το Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών «Επιστήμη και Τεχνολογία»
Τα δικαιώματα για την ηλεκτρονική έκδοση της έκδοσης ανήκουν στην N&T (www.n-t.org)

Το βιβλίο περιέχει πληροφορίες για το σχεδιασμό, τις αρχές λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των πηγών χημικής ενέργειας (μπαταρίες και συσσωρευτές). Από αυτό το βιβλίο θα μάθετε πώς να επιλέγετε τις μπαταρίες και τους συσσωρευτές που χρειάζεστε, πώς να τις φορτίζετε και να τις επαναφέρετε σωστά.

• Η άνοδος είναι ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας.
• Μπαταρία - δύο ή περισσότερα κελιά συνδεδεμένα σε σειρά ή/και παράλληλα για παροχή απαιτούμενη τάσηκαι ρεύμα.
• Η εσωτερική αντίσταση είναι η αντίσταση στη ροή ρεύματος μέσω ενός στοιχείου, μετρούμενη σε ohms. Μερικές φορές ονομάζεται εσωτερική αντίσταση.
• Η παραγωγή ενέργειας είναι η κατανάλωση χωρητικότητας πολλαπλασιαζόμενη με τη μέση τάση κατά τη διάρκεια του χρόνου εκφόρτισης των μπαταριών, εκφρασμένη σε Watt ώρες (Wh).
• Η χωρητικότητα είναι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που απελευθερώνει μια μπαταρία υπό ορισμένες συνθήκες εκφόρτισης, εκφρασμένη σε αμπέρ-ώρες (Ah) ή κουλόμπ (1 Ah = 3600 C).
• Το φορτίο είναι η ηλεκτρική ενέργεια που μεταφέρεται σε ένα στοιχείο για να μετατραπεί σε αποθηκευμένη χημική ενέργεια.
• Η κάθοδος είναι ο αρνητικός ακροδέκτης της μπαταρίας.
• Η αντισταθμιστική φόρτιση είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιεί συνεχές ρεύμα για να φέρει την μπαταρία σε μια πλήρως φορτισμένη κατάσταση και να τη διατηρήσει σε αυτή την κατάσταση.
• Τάση διακοπής είναι η ελάχιστη τάση στην οποία η μπαταρία είναι ικανή να παρέχει χρήσιμη ενέργεια υπό ορισμένες συνθήκες εκφόρτισης.
• Τάση ανοιχτού κυκλώματος είναι η τάση στους εξωτερικούς ακροδέκτες της μπαταρίας απουσία έλξης ρεύματος.
• Ονομαστική τάση είναι η τάση σε μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία όταν αποφορτίζεται με πολύ χαμηλό ρυθμό.
• Η φόρτιση επίπλευσης είναι μια μέθοδος διατήρησης μιας επαναφορτιζόμενης μπαταρίας σε πλήρως φορτισμένη κατάσταση με την εφαρμογή μιας επιλεγμένης σταθερής τάσης για την αντιστάθμιση διαφόρων απωλειών σε αυτήν.
• Η ενεργειακή πυκνότητα είναι ο λόγος της ενέργειας ενός στοιχείου προς τη μάζα ή τον όγκο του, εκφρασμένος σε Watt ώρες ανά μονάδα μάζας ή όγκου.
• Η πόλωση είναι μια πτώση τάσης που προκαλείται από αλλαγές στη χημική σύνθεση των συστατικών των στοιχείων (η διαφορά μεταξύ της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και της τάσης ανά πάσα στιγμή κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης).
• Εκφόρτιση είναι η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από ένα στοιχείο σε ένα εξωτερικό κύκλωμα. Μια βαθιά εκφόρτιση είναι μια κατάσταση στην οποία εξαντλείται σχεδόν ολόκληρη η χωρητικότητα του στοιχείου. Μια ρηχή εκκένωση είναι μια εκκένωση στην οποία καταναλώνεται ένα μικρό μέρος της συνολικής χωρητικότητας.
• Διαχωριστής - ένα υλικό που χρησιμοποιείται για την απομόνωση ηλεκτροδίων το ένα από το άλλο. Μερικές φορές διατηρεί ηλεκτρολύτη σε ξηρά κύτταρα.
• Διάρκεια ζωής είναι η χρονική περίοδος κατά την οποία ένα στοιχείο που αποθηκεύεται υπό κανονικές συνθήκες (20oC) διατηρεί το 90% της αρχικής του χωρητικότητας.
• Η σταθερότητα είναι η ομοιομορφία της τάσης στην οποία η μπαταρία απελευθερώνει ενέργεια κατά τη λειτουργία πλήρους εκφόρτισης.
• Ένα στοιχείο είναι μια βασική μονάδα ικανή να μετατρέπει τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Αποτελείται από θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια βυθισμένα σε έναν κοινό ηλεκτρολύτη.
• Ένα ηλεκτρόδιο είναι ένα αγώγιμο υλικό ικανό να παράγει φορείς ρεύματος όταν αντιδρά με έναν ηλεκτρολύτη.
• Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα υλικό που μεταφέρει τους φορείς φορτίου σε ένα στοιχείο.
• Ένας κύκλος είναι μια ακολουθία φόρτισης και εκφόρτισης ενός στοιχείου.

Αγγλικοί όροι

• Μια μπαταρία - μπαταρία πυρακτώσεως
• μπαταρία αποθήκευσης οξέος - μπαταρία μπαταριών οξέος (μόλυβδου).
• μπαταρία αέρα - στοιχείο αέρα-μετάλλου
• αλκαλική μπαταρία - (κύριο) αλκαλικό στοιχείο
• αλκαλική μπαταρία - αλκαλική κυψέλη μαγγανίου-ψευδαργύρου
• αλκαλική ξηρή μπαταρία - ξηρή κυψέλη υδραργύρου-ψευδαργύρου
• αλκαλική ξηρή μπαταρία - ξηρό αλκαλικό στοιχείο
• αλκαλική μπαταρία μαγγανίου - κυψέλη αλκαλικού μαγγανίου-ψευδαργύρου
• αλκαλική μπαταρία αποθήκευσης - αλκαλική μπαταρία
• αλκαλική μπαταρία αποθήκευσης - αλκαλική μπαταρία
• μπαταρία ανόδου - μπαταρία ανόδου
• Μπαταρία Β - μπαταρία ανόδου
• Μπαταρία Bansen - (νιτρικό οξύ-ψευδάργυρος) κυψέλη Bunsen
• Μπαταρία τύπου τσάντας - κύπελλο (κύριο) στοιχείο με χρυσαλλίδα
• μπαταρία εξισορρόπησης - μπαταρία buffer
• μπαταρία - μπαταρία
• μπαταρία προκατάληψης - στοιχείο μπαταρίας πόλωσης, στοιχείο μπαταρίας δικτύου
• μπαταρία πόλωσης - μπαταρία πόλωσης, μπαταρία πλέγματος
• μπαταρία διχρωμικού - (πρωτογενές) στοιχείο με διάλυμα διχρωμικού
• buffer μπαταρία - buffer μπαταρία
• μπαταρία παράκαμψης - μπαταρία buffer
• Μπαταρία C - μπαταρία πόλωσης, μπαταρία πλέγματος
• Μπαταρία Clark - (υδράργυρος-ψευδάργυρος) Κυψέλη Clark
• κανονική μπαταρία καδμίου - (υδράργυρος-κάδμιο) κανονική κυψέλη Weston
• μπαταρία καδμίου-οξειδίου του αργύρου - γαλβανική κυψέλη οξειδίου του καδμίου
• μπαταρία άνθρακα - (πρωτεύον) στοιχείο με ηλεκτρόδιο άνθρακα
• μπαταρία άνθρακα-ψευδαργύρου - (ξηρό) στοιχείο με άνοδο ψευδαργύρου και κάθοδο άνθρακα
• κυψέλη - στοιχείο, στοιχείο, γαλβανικό στοιχείο (πρωτεύον στοιχείο, μπαταρία ή κυψέλη καυσίμου)
• χημική μπαταρία - μπαταρία πηγών χημικού ρεύματος
• φορτιζόμενη μπαταρία - επαναφορτιζόμενο στοιχείο
• μπαταρία χαλκού-ψευδάργυρου - κυψέλη χαλκού-ψευδάργυρου
• μετρητής (ηλεκτροκίνησης) μπαταρία - αντιδραστικό στοιχείο
• Μπαταρία Daniel - (χαλκός-ψευδάργυρος) Daniel cell
• μπαταρία αποσύνθεσης - ένα στοιχείο με μια (πλευρική) αντίδραση ηλεκτρολυτικής αποσύνθεσης
• διχρωμική μπαταρία - (πρωτογενές) στοιχείο με διάλυμα διχρωμικού
• μπαταρία μετατόπισης - ένα στοιχείο με μια (πλευρική) ηλεκτρολυτική αντίδραση αντικατάστασης
• μπαταρία δισθενούς οξειδίου αργύρου - ένα στοιχείο με οξείδωση του αργύρου στη δισθενή κατάσταση
• μπαταρία διπλού υγρού - στοιχείο δύο υγρών
• αποθήκευση τυμπάνου - μπαταρία νικελίου-ψευδαργύρου
• ξηρή μπαταρία - ξηρή κυψέλη
• ξηρή μπαταρία - ξηρή μπαταρία
• ξηρά φορτισμένη μπαταρία - μπαταρία ξηρών φορτισμένων μπαταριών
• dry-charged battery - dry-charged battery
• Μπαταρία Edison - μπαταρία νικελίου-σιδήρου
• ηλεκτρική μπαταρία - γαλβανική μπαταρία (μπαταρία πρωτευόντων στοιχείων, συσσωρευτών ή κυψελών καυσίμου)
• ηλεκτρική μπαταρία - γαλβανική κυψέλη (πρωτεύουσα κυψέλη), μπαταρία ή κυψέλη καυσίμου
• μπαταρίες έκτακτης ανάγκης - μπαταρίες έκτακτης ανάγκης
• μπαταρία έκτακτης ανάγκης - μπαταρία έκτακτης ανάγκης
• ακραίες μπαταρίες - εφεδρικές μπαταρίες
• Μπαταρία Faradey - Κυψέλη Faraday
• Μπαταρία αποθήκευσης Faure - μπαταρία με επικολλημένες πλάκες
• fiament battery - fiament battery
• αιωρούμενη μπαταρία - εφεδρική μπαταρία (συνδεδεμένη παράλληλα με την κύρια μπαταρία)
• Μπαταρία Grenet - (διχρωμικός ψευδάργυρος) Grenet cell
• γαλβανική μπαταρία - ηλεκτροχημική κυψέλη σε λειτουργία γαλβανικής κυψέλης
• μπαταρία πλέγματος - μπαταρία πλέγματος, μπαταρία μετατόπισης
• μπαταρία πόλωσης πλέγματος - μπαταρία πόλωσης, μπαταρία πλέγματος
• Μπαταρία Lalande - (αλκαλικό οξείδιο του ψευδαργύρου χαλκού) Κυψέλη Lalande
• Μπαταρία Leclanche - (μαγγάνιο-ψευδάργυρο) Κυψέλη Leclanche
• μπαταρία μολύβδου (-οξέος) - μπαταρία οξέος (μόλυβδου).
• μπαταρία μολύβδου-οξέος (μόλυβδος-αποθήκευσης) - μπαταρία μπαταριών μολύβδου (οξέος).
• μπαταρία μολύβδου-ασβεστίου - κυψέλη μολύβδου-ασβεστίου
• Πρωτεύουσα μπαταρία διοξειδίου μολύβδου - πρωτεύον στοιχείο διοξειδίου μολύβδου
• μπαταρία γραμμής - μπαταρία buffer
• μπαταρία λιθίου - ένα στοιχείο με άνοδο λιθίου
• Δευτερεύουσα μπαταρία θειούχου λιθίου-σιδήρου - μπαταρία χλωριούχου σιδήρου-λιθίου
• μπαταρία χρωμικού λιθίου-ασημί - κυψέλη χρωμικού λιθίου
• μπαταρία λιθίου-νερού - κυψέλη λιθίου-νερού
• μπαταρία μεγάλης διάρκειας σε υγρή κατάσταση - μια μπαταρία μπαταριών με μεγάλη διάρκεια ζωής σε κατάσταση πλημμύρας
• μπαταρία μαγνησίου - πρωτεύον στοιχείο με άνοδο μαγνησίου
• μπαταρία οξειδίου του μαγνησίου υδραργύρου - μπαταρία οξειδίου μαγνησίου-υδράργυρου
• μπαταρία χλωριούχου μαγνησίου-χάλκινου - κυψέλη χλωριούχου χαλκού-μαγνήσιου
• μπαταρία χλωριούχου μαγνησίου-αργύρου - κυψέλη χλωριούχου ασημιού-μαγνήσιου
• μπαταρία μαγνησίου-νερού - μπαταρία μαγνησίου-νερού
• μπαταρία υδραργύρου - (ξηρό) στοιχείο υδραργύρου-ψευδαργύρου
• μπαταρία υδραργύρου - μπαταρία (στεγνών) κυψελών υδραργύρου-ψευδαργύρου
• μπαταρία αποθήκευσης μετάλλου-αέρα - μεταλλική μπαταρία αέρα
• μπαταρία nicad (nickel-cadmium) - μπαταρία νικελίου-καδμίου
• μπαταρία νικελίου-καδμίου - μπαταρία νικελίου-καδμίου
• μπαταρία νικελίου-σιδήρου - μπαταρία νικελίου-σιδήρου
• μπαταρία νικελίου-σιδήρου - μπαταρία νικελίου-σιδήρου
• Μπαταρία Plante - Μπαταρία μολύβδου (οξέος) με διαχωριστικό λινού
• πιλοτική μπαταρία - έλεγχος μπαταρίας μπαταρίας
• μπαταρία πλάκας - μπαταρία ανόδου
• plug-in μπαταρία - αντικαταστάσιμη μπαταρία
• φορητή μπαταρία - φορητή μπαταρία
• κύρια μπαταρία - (πρωτεύον) στοιχείο
• κύρια μπαταρία - μπαταρία (κύριας) κυψελών
• αθόρυβη μπαταρία - μπαταρία μικροφώνου
• Μπαταρία Ruben - (ξηρό) στοιχείο υδραργύρου-ψευδαργύρου
• επαναφορτιζόμενη μπαταρία - μπαταρία μπαταριών
• επαναφορτιζόμενη μπαταρία - μπαταρία επαναφορτιζόμενων στοιχείων
• εφεδρική μπαταρία - γαλβανικό στοιχείο εφεδρικής μπαταρίας
• ringing battery - ringing (τηλεφωνική) μπαταρία
• μπαταρία sal-ammoniac - (πρωτογενές) στοιχείο με διαλύματα αλάτων αμμωνίου
• κορεσμένη τυπική μπαταρία - κορεσμένη κανονική κυψέλη
• σφραγισμένη μπαταρία - σφραγισμένη μπαταρία
• σφραγισμένη μπαταρία - σφραγισμένο (πρωτεύον) στοιχείο
• δευτερεύουσα μπαταρία - μπαταρία μπαταριών
• μπαταρία σηματοδότησης - μπαταρία κλήσης (τηλεφώνου).
• Μπαταρία αποθήκευσης ασημιού-καδμίου - μπαταρία μπαταριών ασημιού-καδμίου
• μπαταρία οξειδίου του αργύρου - (κύριο) στοιχείο με κάθοδο αργύρου
• Πρωτεύουσα μπαταρία ασημιού-ψευδάργυρου - πρωτεύον στοιχείο ασημιού-ψευδάργυρου
• Μπαταρία αποθήκευσης ασημιού-ψευδάργυρου - μπαταρία μπαταριών ασημιού-ψευδάργυρου
• ηλιακή μπαταρία - ηλιακή μπαταρία
• τυπική μπαταρία Daniel - (χαλκός-ψευδάργυρος) κανονική κυψέλη Daniel
• μπαταρία αναμονής - μπαταρία έκτακτης ανάγκης
• σταθερή μπαταρία - σταθερή μπαταρία αποθήκευσης μπαταρίας - μπαταρία μπαταριών
• μπαταρία ομιλίας - μπαταρία μικροφώνου
• Βολταϊκή μπαταρία - Στοιχείο Volta. στοιχείο με μεταλλικά ηλεκτρόδια και υγρό ηλεκτρολύτη
• Μπαταρία Weston (τυπική) - (υδράργυρος-κάδμιο) κανονική κυψέλη Weston
• υγρή μπαταρία - κυψέλη με υγρό ηλεκτρολύτη
• μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα - μπαταρία κυψελών ψευδαργύρου αέρα
• μπαταρία ψευδαργύρου-χλωρίου - μπαταρία ψευδαργύρου χλωρίου
• μπαταρία ψευδαργύρου-οξειδίου του χαλκού - κυψέλη οξειδίου χαλκού-ψευδάργυρου
• μπαταρία ψευδαργύρου-σιδήρου - κυψέλη σιδήρου ψευδαργύρου
• μπαταρία διοξειδίου ψευδαργύρου-μαγγανίου - μπαταρία κυψελών μαγγανίου-ψευδαργύρου
• μπαταρία ψευδαργύρου-υδράργυρου-οξειδίου - κυψέλη ψευδαργύρου-οξειδίου του υδραργύρου
• μπαταρία ψευδαργύρου-νικελίου - μπαταρία νικελίου-ψευδάργυρου
• Πρωτεύουσα μπαταρία ψευδαργύρου-χλωριούχου αργύρου - Πρωτεύουσα κυψέλη χλωριούχου αργύρου

Εισαγωγή

Οι χημικές πηγές ρεύματος (CHS) έχουν γίνει μέρος της ζωής μας εδώ και πολλά χρόνια. Στην καθημερινή ζωή, ο καταναλωτής σπάνια δίνει προσοχή στις διαφορές μεταξύ του HIT που χρησιμοποιείται. Για αυτόν, αυτές είναι μπαταρίες και συσσωρευτές. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε συσκευές όπως φακοί, παιχνίδια, ραδιόφωνα ή αυτοκίνητα.

Τις περισσότερες φορές, οι μπαταρίες και οι συσσωρευτές διακρίνονται από την εμφάνισή τους. Υπάρχουν όμως μπαταρίες που έχουν σχεδιαστεί με τον ίδιο τρόπο όπως οι μπαταρίες. Για παράδειγμα εμφάνισηΗ μπαταρία KNG-1D διαφέρει ελάχιστα από τις κλασικές μπαταρίες AA R6C. Και αντίστροφα. Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες και οι μπαταρίες τύπου δίσκου δεν διακρίνονται επίσης στην εμφάνιση. Για παράδειγμα, μια μπαταρία D-0.55 και μια κυψέλη υδραργύρου με κουμπιά (μπαταρία) RC-82.

Για τη διάκρισή τους, ο καταναλωτής πρέπει να προσέξει τις σημάνσεις στο σώμα του HIT. Οι σημάνσεις που εφαρμόζονται στα περιβλήματα των μπαταριών και των συσσωρευτών περιγράφονται στα Κεφάλαια 1 και 2 στα σχήματα και τους πίνακες. Αυτό είναι απαραίτητο για να επιλέξετε σωστά το τροφοδοτικό για τη συσκευή σας.

Η εμφάνιση φορητού ήχου, εικόνας και άλλου πιο ενεργοβόρου εξοπλισμού απαιτούσε αύξηση της ενεργειακής έντασης του HIT, της αξιοπιστίας και της αντοχής τους.

Αυτό το βιβλίο περιγράφει τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τις μεθόδους για την επιλογή του βέλτιστου HIT, μεθόδους φόρτισης, επαναφοράς, λειτουργίας και παράτασης της διάρκειας ζωής μπαταριών και συσσωρευτών.

Ο αναγνώστης προειδοποιείται να σημειώσει προσοχή σχετικά με την ασφάλεια και την απόρριψη των χημικών αποβλήτων.

Στην περίπτωση που η κατανάλωση ρεύματος είναι σχετικά υψηλή (10Ah), χρησιμοποιούνται μπαταρίες, κυρίως οξέος, καθώς και νικέλιο-σίδηρος και νικέλιο-κάδμιο. Χρησιμοποιούνται σε φορητούς υπολογιστές (Laptop, Notebook, Palmtop), φορητό εξοπλισμό επικοινωνιών, φωτισμό έκτακτης ανάγκης κ.λπ.

Οι μπαταρίες αυτοκινήτων έχουν ιδιαίτερη θέση στο βιβλίο. Παρέχονται διαγράμματα συσκευών για φόρτιση και επαναφορά μπαταριών και περιγράφονται νέες σφραγισμένες μπαταρίες που δημιουργήθηκαν με την τεχνολογία «dryfit» που δεν απαιτούν συντήρηση για 5...8 χρόνια λειτουργίας. Δεν έχουν επιβλαβή επίδραση σε ανθρώπους ή εξοπλισμό.

Τα τελευταία χρόνια, τέτοιες μπαταρίες έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε εφεδρικά τροφοδοτικά για υπολογιστές και ηλεκτρομηχανικά συστήματα που συσσωρεύουν ενέργεια για πιθανά φορτία αιχμής και παροχή ρεύματος έκτακτης ανάγκης ζωτικών συστημάτων.

Στην αρχή κάθε κεφαλαίου υπάρχει ένα γλωσσάρι με ειδικούς αγγλικούς όρους που χρησιμοποιούνται στις περιγραφές και την επισήμανση μπαταριών και συσσωρευτών. Στο τέλος του βιβλίου υπάρχει ενοποιημένο λεξικό όρων.

Τα κύρια χαρακτηριστικά των CCI για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών που παρουσιάζουν πρακτικό ενδιαφέρον δίνονται στον Πίνακα Β.1.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΓΑΛΒΑΝΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ, ΜΟΝΑΔΙΚΗ ΔΡΑΣΗ

Οι πηγές γαλβανικού ρεύματος μιας χρήσης είναι ένα ενοποιημένο δοχείο που περιέχει έναν ηλεκτρολύτη που απορροφάται από το ενεργό υλικό του διαχωριστή και ηλεκτρόδια (άνοδος και κάθοδος), γι' αυτό και ονομάζονται ξηρά κύτταρα. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται για να αναφέρεται σε όλα τα κύτταρα που δεν περιέχουν υγρό ηλεκτρολύτη. Τα κοινά ξηρά κύτταρα περιλαμβάνουν κύτταρα ψευδαργύρου-άνθρακα ή Leclanche.

Οι ξηρές κυψέλες χρησιμοποιούνται σε χαμηλά ρεύματα και διακοπτόμενους τρόπους λειτουργίας. Επομένως, τέτοια στοιχεία χρησιμοποιούνται ευρέως σε τηλέφωνα, παιχνίδια, συστήματα συναγερμού κ.λπ.

Δεδομένου ότι το φάσμα των συσκευών που χρησιμοποιούν ξηρά στοιχεία είναι πολύ ευρύ και, επιπλέον, απαιτούν περιοδική αντικατάσταση, υπάρχουν πρότυπα για τις διαστάσεις τους. Θα πρέπει να τονιστεί ότι οι διαστάσεις των στοιχείων που δίνονται στους πίνακες 1.1 και 1.2 που παράγονται από διαφορετικούς κατασκευαστές ενδέχεται να διαφέρουν ελαφρώς ως προς τη θέση των ακίδων και άλλα χαρακτηριστικά που καθορίζονται στις προδιαγραφές τους.

Κατά τη διαδικασία εκφόρτισης, η τάση των ξηρών κυψελών πέφτει από την ονομαστική τάση στην τάση αποκοπής (τάση διακοπής είναι η ελάχιστη τάση στην οποία η μπαταρία είναι ικανή να παρέχει ελάχιστη ενέργεια), δηλ. τυπικά 1,2V έως 0,8V/κελί ανάλογα με την εφαρμογή. Σε περίπτωση εκφόρτισης όταν συνδέεται με το στοιχείο σταθερή αντίστασημετά το κλείσιμο του κυκλώματος, η τάση στους ακροδέκτες του μειώνεται απότομα σε μια ορισμένη τιμή, κάπως μικρότερη από την αρχική τάση. Το ρεύμα που ρέει σε αυτή την περίπτωση ονομάζεται ρεύμα αρχικής εκφόρτισης.

Η λειτουργικότητα μιας ξηρής κυψέλης εξαρτάται από την κατανάλωση ρεύματος, την τάση διακοπής και τις συνθήκες εκφόρτισης. Η απόδοση του στοιχείου αυξάνεται καθώς μειώνεται το ρεύμα εκφόρτισης. Για ξηρά κύτταρα, η συνεχής εκφόρτιση για λιγότερο από 24 ώρες μπορεί να ταξινομηθεί ως εκφόρτιση υψηλού ρυθμού.

Η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός ξηρού στοιχείου καθορίζεται για εκφόρτιση μέσω μιας σταθερής αντίστασης σε μια δεδομένη τελική τάση σε ώρες ανάλογα με την αρχική εκφόρτιση και παρουσιάζεται σε γράφημα ή πίνακα. Συνιστάται να χρησιμοποιείτε το διάγραμμα ή τον πίνακα του κατασκευαστή για μια συγκεκριμένη μπαταρία. Αυτό οφείλεται όχι μόνο στην ανάγκη να ληφθούν υπόψη τα χαρακτηριστικά του προϊόντος, αλλά και στο γεγονός ότι κάθε κατασκευαστής δίνει τις δικές του συστάσεις για την καλύτερη χρήση των προϊόντων του. Ο Πίνακας 1.3 και ο Πίνακας 1.5 παρουσιάζουν τα τεχνικά χαρακτηριστικά των γαλβανικών κυψελών που είναι πιο συνηθισμένα πρόσφατα στα ράφια των καταστημάτων μας.

Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας μπορεί να περιορίσει το απαιτούμενο ρεύμα, για παράδειγμα όταν χρησιμοποιείται σε κάμερα φλας. Το αρχικό σταθερό ρεύμα που μπορεί να παρέχει μια μπαταρία για μικρό χρονικό διάστημα ονομάζεται ρεύμα φλας. Η ονομασία του τύπου στοιχείου περιέχει χαρακτηρισμούς γραμμάτων που αντιστοιχούν στα ρεύματα λάμψης και την εσωτερική αντίσταση του στοιχείου, μετρούμενη σε συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα (πίνακας 1.4). Το ρεύμα φλας και η εσωτερική αντίσταση είναι πολύ δύσκολο να μετρηθούν και οι κυψέλες μπορεί να έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής, αλλά το ρεύμα φλας μπορεί να μειωθεί.

1.1. ΤΥΠΟΙ ΓΑΛΒΑΝΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

Στοιχεία άνθρακα-ψευδαργύρου

Τα στοιχεία άνθρακα-ψευδάργυρου (μαγγάνιο-ψευδάργυρος) είναι τα πιο κοινά ξηρά στοιχεία. Τα κύτταρα άνθρακα-ψευδαργύρου χρησιμοποιούν έναν παθητικό συλλέκτη ρεύματος (άνθρακα) σε επαφή με μια άνοδο διοξειδίου του μαγγανίου (MnO2), έναν ηλεκτρολύτη χλωριούχου αμμωνίου και μια κάθοδο ψευδαργύρου. Ο ηλεκτρολύτης είναι σε μορφή πάστας ή εμποτίζει το πορώδες διάφραγμα. Ένας τέτοιος ηλεκτρολύτης είναι ελαφρώς κινητός και δεν εξαπλώνεται, γι 'αυτό τα στοιχεία ονομάζονται ξηρά.

Η ονομαστική τάση του στοιχείου άνθρακα-ψευδαργύρου είναι 1,5 V.

Τα ξηρά στοιχεία μπορούν να έχουν κυλινδρικό σχήμα, σχήμα 1.1, σχήμα δίσκου, σχήμα 1.2 και ορθογώνιο σχήμα. Ο σχεδιασμός των ορθογώνιων στοιχείων είναι παρόμοιος με τους δίσκους. Η άνοδος ψευδαργύρου κατασκευάζεται σε μορφή κυλινδρικού γυαλιού, το οποίο είναι επίσης δοχείο. Τα στοιχεία δίσκου αποτελούνται από μια πλάκα ψευδαργύρου, ένα διάφραγμα από χαρτόνι εμποτισμένο με διάλυμα ηλεκτρολύτη και ένα συμπιεσμένο στρώμα του θετικού ηλεκτροδίου. Τα στοιχεία του δίσκου συνδέονται σε σειρά μεταξύ τους, η μπαταρία που προκύπτει είναι μονωμένη και συσκευασμένη σε θήκη.

Τα στοιχεία άνθρακα-ψευδαργύρου «αποκαθίστανται» κατά τη διάρκεια μιας διακοπής λειτουργίας. Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στη σταδιακή ευθυγράμμιση των τοπικών ανομοιογενειών στη σύνθεση του ηλεκτρολύτη που προκύπτουν κατά τη διαδικασία εκκένωσης. Ως αποτέλεσμα της περιοδικής «ξεκούρασης», η διάρκεια ζωής του στοιχείου παρατείνεται.

Στο Σχ. Το σχήμα 1.3 παρουσιάζει ένα τρισδιάστατο διάγραμμα που δείχνει την αύξηση του χρόνου λειτουργίας ενός στοιχείου D όταν χρησιμοποιείται ένας διακοπτόμενος τρόπος λειτουργίας σε σύγκριση με έναν σταθερό. Αυτό θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την εντατική χρήση των στοιχείων (και να χρησιμοποιείτε πολλά σετ για λειτουργία, έτσι ώστε ένα σετ να έχει αρκετό χρόνο για την αποκατάσταση της λειτουργικότητας. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείτε μια συσκευή αναπαραγωγής, δεν συνιστάται η χρήση ενός σετ μπαταριών για περισσότερες από δύο ώρες στη σειρά Όταν αλλάζετε δύο σετ, τα στοιχεία χρόνου λειτουργίας τριπλασιάζονται.

Το πλεονέκτημα των στοιχείων άνθρακα-ψευδάργυρου είναι το σχετικά χαμηλό κόστος τους. Στα σημαντικά μειονεκτήματα περιλαμβάνονται η σημαντική μείωση της τάσης κατά την εκφόρτιση, η χαμηλή πυκνότητα ισχύος (5...10 W/kg) και η μικρή διάρκεια ζωής.

Οι χαμηλές θερμοκρασίες μειώνουν την απόδοση της χρήσης γαλβανικών στοιχείων και η εσωτερική θέρμανση της μπαταρίας την αυξάνει. Η επίδραση της θερμοκρασίας στην χωρητικότητα ενός γαλβανικού στοιχείου φαίνεται στο Σχ. 1.4. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί χημική διάβρωση του ηλεκτροδίου ψευδαργύρου από το νερό που περιέχεται στον ηλεκτρολύτη και ξήρανση του ηλεκτρολύτη. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να αντισταθμιστούν κάπως με τη διατήρηση της μπαταρίας σε υψηλές θερμοκρασίες και την εισαγωγή ενός αλατούχου διαλύματος στην κυψέλη μέσω μιας προηγουμένως δημιουργημένης οπής.

Αλκαλικά στοιχεία

Όπως τα κύτταρα άνθρακα-ψευδαργύρου, τα αλκαλικά κύτταρα χρησιμοποιούν μια άνοδο MnO2 και μια κάθοδο ψευδαργύρου με διαχωρισμένο ηλεκτρολύτη.

Η διαφορά μεταξύ των αλκαλικών στοιχείων και των στοιχείων άνθρακα-ψευδαργύρου είναι η χρήση ενός αλκαλικού ηλεκτρολύτη, ως αποτέλεσμα του οποίου δεν υπάρχει ουσιαστικά έκλυση αερίου κατά την εκκένωση και μπορούν να σφραγιστούν ερμητικά, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για μια σειρά από εφαρμογές τους .

Η τάση των αλκαλικών στοιχείων είναι περίπου 0,1 V μικρότερη από εκείνη των στοιχείων άνθρακα-ψευδαργύρου υπό τις ίδιες συνθήκες. Επομένως, αυτά τα στοιχεία είναι εναλλάξιμα.

Η τάση των κυψελών με αλκαλικό ηλεκτρολύτη αλλάζει σημαντικά λιγότερο από εκείνη των στοιχείων με ηλεκτρολύτη άλατος. Τα κύτταρα με αλκαλικό ηλεκτρολύτη έχουν επίσης υψηλότερη ειδική ενέργεια (65...90 Wh/kg), ειδική ισχύ (100...150 kWh/m3) και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Η φόρτιση των στοιχείων μαγγανίου-ψευδαργύρου και των μπαταριών πραγματοποιείται με ασύμμετρο εναλλασσόμενο ρεύμα. Μπορείτε να φορτίσετε τα κύτταρα με αλάτι ή αλκαλικό ηλεκτρολύτη οποιασδήποτε συγκέντρωσης, αλλά όχι πολύ αποφορτισμένο και χωρίς κατεστραμμένα ηλεκτρόδια ψευδαργύρου. Εντός της ημερομηνίας λήξης που έχει καθοριστεί για αυτού του τύπουκυψέλη ή μπαταρία, μπορείτε να επαναφέρετε τη λειτουργικότητα πολλές φορές (6...8 φορές).

Η φόρτιση ξηρών μπαταριών και κυψελών πραγματοποιείται από μια ειδική συσκευή που σας επιτρέπει να αποκτήσετε ρεύμα φόρτισης της απαιτούμενης μορφής: με αναλογία εξαρτημάτων φόρτισης και εκφόρτισης 10:1 και αναλογία διάρκειας παλμού αυτών των στοιχείων 1: 2. Αυτή η συσκευή σάς επιτρέπει να φορτίζετε μπαταρίες ρολογιών και να ενεργοποιείτε παλιές μικρές μπαταρίες. Κατά τη φόρτιση μπαταριών ρολογιών, το ρεύμα φόρτισης δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 2 mA. Ο χρόνος φόρτισης δεν υπερβαίνει τις 5 ώρες. Το διάγραμμα μιας τέτοιας συσκευής για τη φόρτιση μπαταριών φαίνεται στο Σχ. 1.5.

Εδώ, η μπαταρία που φορτίζεται συνδέεται μέσω δύο παράλληλων συνδεδεμένων αλυσίδων διόδων με αντιστάσεις. Το ασύμμετρο ρεύμα φόρτισης προκύπτει ως αποτέλεσμα της διαφοράς στις αντιστάσεις των αντιστάσεων. Το τέλος της φόρτισης καθορίζεται από τη διακοπή της αύξησης της τάσης στην μπαταρία. Δευτερεύουσα τάση μετασχηματιστή Φορτιστήςεπιλέγεται έτσι ώστε η τάση εξόδου να υπερβαίνει την ονομαστική τάση του στοιχείου κατά 50...60%.

Ο χρόνος φόρτισης της μπαταρίας χρησιμοποιώντας την περιγραφόμενη συσκευή θα πρέπει να είναι περίπου 12...16 ώρες. Η χωρητικότητα φόρτισης θα πρέπει να είναι περίπου 50% μεγαλύτερη από την ονομαστική χωρητικότητα της μπαταρίας.

Στοιχεία υδραργύρου

Τα στοιχεία υδραργύρου μοιάζουν πολύ με τα αλκαλικά στοιχεία. Χρησιμοποιούν οξείδιο του υδραργύρου (HgO). Η κάθοδος αποτελείται από ένα μείγμα σκόνης ψευδαργύρου και υδραργύρου. Η άνοδος και η κάθοδος διαχωρίζονται με έναν διαχωριστή και ένα διάφραγμα εμποτισμένο με ένα διάλυμα αλκαλίου 40%.

Αυτά τα στοιχεία έχουν μακροπρόθεσμεςαποθήκευση και υψηλότερες χωρητικότητες (με τον ίδιο όγκο). Η τάση μιας κυψέλης υδραργύρου είναι περίπου 0,15 V χαμηλότερη από αυτή ενός αλκαλικού στοιχείου.

Τα στοιχεία υδραργύρου χαρακτηρίζονται από υψηλή ειδική ενέργεια (90...120 Wh/kg, 300...400 kWh/m3), σταθερότητα τάσης και υψηλή μηχανική αντοχή.

Για συσκευές μικρού μεγέθους, έχουν δημιουργηθεί εκσυγχρονισμένα στοιχεία των τύπων RC-31S, RC-33S και RC-55US. Η ειδική ενέργεια των στοιχείων RC-31S και RC-55US είναι 600 kWh/m3, τα στοιχεία RC-33S είναι 700 kWh/m3. Τα στοιχεία RC-31S και RC-33S χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία ρολογιών και άλλου εξοπλισμού. Τα στοιχεία RC-55US προορίζονται για ιατρικό εξοπλισμό, ιδιαίτερα για εμφυτεύσιμες ιατρικές συσκευές.

Τα στοιχεία RC-31S και RC-33S λειτουργούν για 1,5 χρόνο σε ρεύματα 10 και 18 μΑ, αντίστοιχα, και το στοιχείο RC-55US διασφαλίζει τη λειτουργία των εμφυτευμένων ιατρικών συσκευών για 5 χρόνια. Όπως προκύπτει από τον Πίνακα 1.6, η ονομαστική χωρητικότητα αυτών των στοιχείων δεν αντιστοιχεί στην ονομασία τους.

Τα στοιχεία υδραργύρου λειτουργούν στο εύρος θερμοκρασιών από 0 έως +50oC· υπάρχουν ανθεκτικά στο κρύο RC-83X και RC-85U και ανθεκτικά στη θερμότητα στοιχεία RC-82T και RC-84, τα οποία είναι ικανά να λειτουργούν σε θερμοκρασίες έως +70oC . Υπάρχουν τροποποιήσεις των στοιχείων στα οποία χρησιμοποιούνται κράματα ινδίου και τιτανίου αντί για σκόνη ψευδαργύρου (αρνητικό ηλεκτρόδιο).

Επειδή ο υδράργυρος είναι σπάνιος και τοξικός, τα κύτταρα υδραργύρου δεν πρέπει να απορρίπτονται μετά την πλήρη χρήση τους. Πρέπει να ανακυκλωθούν.

Ασημένια στοιχεία

Έχουν «ασημένιες» καθόδους από Ag2O και AgO. Η τάση τους είναι 0,2 V υψηλότερη από αυτή των άνθρακα-ψευδάργυρου υπό συγκρίσιμες συνθήκες.

Κύτταρα λιθίου

Χρησιμοποιούν ανόδους λιθίου, έναν οργανικό ηλεκτρολύτη και καθόδους από διάφορα υλικά. Έχουν πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής, υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και λειτουργούν σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών, αφού δεν περιέχουν νερό.

Δεδομένου ότι το λίθιο έχει το υψηλότερο αρνητικό δυναμικό σε σχέση με όλα τα μέταλλα, οι κυψέλες λιθίου χαρακτηρίζονται από την υψηλότερη ονομαστική τάση με ελάχιστες διαστάσεις (Εικ. 1.6). ΠροδιαγραφέςΤα γαλβανικά κύτταρα λιθίου δίνονται στον Πίνακα 1.7.

Οι οργανικές ενώσεις χρησιμοποιούνται συνήθως ως διαλύτες σε τέτοια στοιχεία. Οι διαλύτες μπορεί επίσης να είναι ανόργανες ενώσεις, για παράδειγμα, SOCl2, οι οποίες είναι επίσης δραστικές ουσίες.

Η ιοντική αγωγιμότητα εξασφαλίζεται με την εισαγωγή αλάτων με μεγάλα ανιόντα σε διαλύτες, για παράδειγμα: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. Ειδικός ηλεκτρική αγωγιμότηταΤα μη υδατικά διαλύματα ηλεκτρολυτών είναι 1...2 τάξεις μεγέθους μικρότερα από την αγωγιμότητα των υδατικών διαλυμάτων. Επιπλέον, οι καθοδικές διεργασίες σε αυτά συνήθως προχωρούν αργά, επομένως, σε κύτταρα με μη υδατικούς ηλεκτρολύτες, οι πυκνότητες ρεύματος είναι χαμηλές.

Στα μειονεκτήματα των κυψελών λιθίου περιλαμβάνεται το σχετικά υψηλό κόστος τους, λόγω της υψηλής τιμής του λιθίου και των ειδικών απαιτήσεων για την παραγωγή τους (ανάγκη για αδρανή ατμόσφαιρα, καθαρισμό μη υδατικών διαλυτών). Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι ορισμένες κυψέλες λιθίου είναι εκρηκτικές εάν ανοιχτούν.

Τέτοια στοιχεία κατασκευάζονται συνήθως σε σχεδιασμό με κουμπιά με τάση 1,5 V και 3 V. Παρέχουν με επιτυχία ισχύ σε κυκλώματα με κατανάλωση περίπου 30 μΑ σε σταθερή λειτουργία ή 100 μΑ σε διαλείπουσες λειτουργίες. Οι κυψέλες λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφεδρικά τροφοδοτικά για κυκλώματα μνήμης, όργανα μέτρησης και άλλα συστήματα υψηλής τεχνολογίας.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1.2 ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΑΠΟ ΚΟΡΥΦΑΙΕΣ ΕΤΑΙΡΕΙΕΣ ΤΟΥ ΚΟΣΜΟΥ

Τις τελευταίες δεκαετίες, ο όγκος παραγωγής αλκαλικών αναλόγων στοιχείων Leclanche, συμπεριλαμβανομένου του αέρα ψευδαργύρου, έχει αυξηθεί (βλ. Πίνακα Β1).

Για παράδειγμα, στην Ευρώπη, η παραγωγή αλκαλικών στοιχείων μαγγανίου-ψευδαργύρου άρχισε να αναπτύσσεται το 1980 και το 1983 έφτασε ήδη στο 15% της συνολικής παραγωγής.

Η χρήση ελεύθερου ηλεκτρολύτη περιορίζει τις δυνατότητες χρήσης αυτόνομων και χρησιμοποιείται κυρίως σε σταθερό HIT. Ως εκ τούτου, πολυάριθμες μελέτες στοχεύουν στη δημιουργία των λεγόμενων ξηρών κυψελών, ή κυψελών με παχύρρευστο ηλεκτρολύτη, απαλλαγμένα από στοιχεία όπως ο υδράργυρος και το κάδμιο, που θέτουν σοβαρούς κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον.

Αυτή η τάση είναι συνέπεια των πλεονεκτημάτων των αλκαλικών χημικών ουσιών σε σύγκριση με τα κλασικά στοιχεία αλατιού:

σημαντική αύξηση στις πυκνότητες ρεύματος εκφόρτισης λόγω της χρήσης επικολλημένης ανόδου.

αύξηση της χωρητικότητας του χημικού εξοπλισμού θέρμανσης λόγω της δυνατότητας αύξησης της φόρτωσης ενεργών μαζών.

δημιουργία συνθέσεων ψευδαργύρου αέρα (στοιχεία τύπου 6F22) λόγω της μεγαλύτερης δραστηριότητας των υπαρχόντων υλικών καθόδου στην αντίδραση ηλεκτροαναγωγής του διοξυγόνου σε έναν αλκαλικό ηλεκτρολύτη.

Μπαταρίες από Duracell (ΗΠΑ)

Η Duracell είναι ένας αναγνωρισμένος ηγέτης στον κόσμο στην παραγωγή αλκαλικών γαλβανικών πηγών μιας χρήσης. Η ιστορία της εταιρείας ξεκινάει περισσότερα από 40 χρόνια.

Η ίδια η εταιρεία βρίσκεται στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής. Στην Ευρώπη, τα εργοστάσιά της βρίσκονται στο Βέλγιο. Σύμφωνα με τους καταναλωτές τόσο εδώ όσο και στο εξωτερικό, οι μπαταρίες Duracell κατέχουν ηγετική θέση σε δημοτικότητα, διάρκεια χρήσης και αναλογία τιμής-ποιότητας.

Η εμφάνιση της Duracell στην αγορά της Ουκρανίας τράβηξε την προσοχή των καταναλωτών μας.

Οι πυκνότητες ρεύματος εκφόρτισης στις πηγές λιθίου δεν είναι υψηλές (σε σύγκριση με άλλα HIT), της τάξης του 1 mA/cm2 (βλ. σελίδα 14). Με εγγυημένη διάρκεια ζωής 10 ετών και χαμηλή εκφόρτιση ρεύματος, είναι λογικό να χρησιμοποιείτε κυψέλες λιθίου Duracell σε συστήματα υψηλής τεχνολογίας.

Η πατενταρισμένη από τις ΗΠΑ τεχνολογία EXRA-POWER που χρησιμοποιεί διοξείδιο του τιτανίου (TiO2) και άλλα τεχνολογικά χαρακτηριστικά συμβάλλει στην αύξηση της ισχύος και της απόδοσης των χημικών αντιδραστήρων μαγγανίου-ψευδαργύρου Duracell.

Μέσα στο χαλύβδινο σώμα των αλκαλικών στοιχείων Duracell υπάρχει ένας κυλινδρικός συλλέκτης γραφίτη που συγκρατεί έναν ηλεκτρολύτη που μοιάζει με πάστα σε επαφή με μια κάθοδο βελόνας.

Η εγγυημένη διάρκεια ζωής των στοιχείων είναι 5 χρόνια, και ταυτόχρονα, η χωρητικότητα του στοιχείου που αναγράφεται στη συσκευασία είναι εγγυημένη στο τέλος της διάρκειας ζωής.

Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του Duracell HIT δίνονται στον Πίνακα 1.8.

Μπαταρίες από την εταιρεία Varta (Γερμανία)

Η ανησυχία Varta είναι ένας από τους παγκόσμιους ηγέτες στην παραγωγή HIT. Τα 25 εργοστάσια της ανησυχίας βρίσκονται σε περισσότερες από 100 χώρες σε όλο τον κόσμο και παράγουν περισσότερους από 1.000 τύπους μπαταριών και συσσωρευτών.

Οι κύριες εγκαταστάσεις παραγωγής καταλαμβάνονται από το Τμήμα Σταθερών Βιομηχανικών Συσσωρευτών. Ωστόσο, περίπου 600 τύποι βολταϊκών στοιχείων από μπαταρίες ρολογιών έως στεγανές μπαταρίες παράγονται στα εργοστάσια της εταιρείας από το Instrument Batteries Department στις ΗΠΑ, Ιταλία, Ιαπωνία, Τσεχία κ.λπ., με εγγύηση σταθερής ποιότητας ανεξαρτήτως γεωγραφικής θέση του εργοστασίου. Η φωτογραφική μηχανή του πρώτου ανθρώπου που πάτησε το πόδι του στη Σελήνη τροφοδοτήθηκε από μπαταρίες Varta.

Είναι αρκετά γνωστά στους καταναλωτές μας και έχουν σταθερή ζήτηση.

Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του ΙΜΤ αφορούν τον Varta με ένδειξη εγχώρια ανάλογαδίνονται στον πίνακα 1.9.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ

Οι μπαταρίες είναι επαναχρησιμοποιήσιμες χημικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας. Αποτελούνται από δύο ηλεκτρόδια (θετικό και αρνητικό), έναν ηλεκτρολύτη και ένα περίβλημα. Η συσσώρευση ενέργειας στην μπαταρία συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης οξείδωσης-αναγωγής των ηλεκτροδίων. Όταν η μπαταρία αποφορτιστεί, συμβαίνουν οι αντίστροφες διαδικασίες. Η τάση της μπαταρίας είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των πόλων της μπαταρίας σε σταθερό φορτίο.

Βιβλιογραφία

1. Kaufman Μ., Sidman. Ο Α.Γ.
   Ένας πρακτικός οδηγός για τους υπολογισμούς κυκλωμάτων στην ηλεκτρονική. Ευρετήριο. Σε 2 τόμους: Μετάφρ. από τα αγγλικά/Επιμ. F.N. Ποκρόφσκι. Μ.: Energoatomizdat, 1991. 368 σελ.
2. Tereshchuk R.M. κλπ. Μικρού μεγέθους εξοπλισμός. Εγχειρίδιο Ραδιοερασιτεχνών. Κ.: Naukova Dumka, 1975. 557 σελ.
3. Sena L.A. Μονάδες φυσικών μεγεθών και οι διαστάσεις τους. Εκπαιδευτικό και εγχειρίδιο αναφοράς. 3η έκδ., αναθεωρημένη. και επιπλέον Μ.: Επιστήμη. Ch. εκδ. φυσική και μαθηματικά λιτ., 1988. 432 σελ.
4. Deordiev S.S. Μπαταρίες και φροντίδα τους. Κ.: Τεχνολογία, 1985. 136 σελ.
5. Ηλεκτρολογικό βιβλίο αναφοράς. Σε 3 τόμους Τ.2. Ηλεκτρικά προϊόντα και συσκευές / γενικά. εκδ. καθηγητές του Ινστιτούτου Ηλεκτρομηχανικής της Μόσχας (αρχισυντάκτης I.N. Orlov) και άλλοι 7η έκδ. 6 στροφ. και επιπλέον Μ.: Energoatomizdat, 1986. 712 σελ.
6. Ψηφιακό και αναλογικό ολοκληρωμένα κυκλώματα. Ευρετήριο. Εκδ. S.V. Yakubovsky. Μ.: Ραδιόφωνο και επικοινωνία, 1990. 496 σελ.
7. Semushkin S. Τρέχουσες πηγές και η εφαρμογή τους. «Ραδιόφωνο», 1978. 2.3.
8. Veksler G.S. Υπολογισμός συσκευών τροφοδοσίας. Κ.: Technika, 1978. 208 σελ.
9. Lisovsky F.V., Kalugin I.K. Αγγλο-ρωσικό λεξικό ραδιοηλεκτρονικής. 2η έκδ., αναθεωρημένη. και επιπλέον ΕΝΤΑΞΕΙ. 63000 όροι. Μ.: Ρωσ. γλώσσα, 1987.
10. Bagotsky V.S., Skundin A.M. Πηγές χημικού ρεύματος. M.: Energoizdat, 1981. 360 p.
11. Crompton T. Πρωτεύουσες πηγές ρεύματος. Μ.: Mir, 1986. 326 σελ.

Συνέχισε να διαβάζεις

Διαφορετικοί τύποι γαλβανικών στοιχείων μετατρέπουν τη χημική τους ενέργεια σε ηλεκτρικό ρεύμα. Έλαβαν το όνομά τους προς τιμήν του Ιταλού επιστήμονα Galvani, ο οποίος διεξήγαγε τα πρώτα τέτοια πειράματα και έρευνες. Ο ηλεκτρισμός παράγεται από τη χημική αντίδραση δύο μετάλλων (συνήθως ψευδάργυρου και χαλκού) σε έναν ηλεκτρολύτη.

Λειτουργική αρχή

Οι επιστήμονες τοποθέτησαν μια πλάκα από χαλκό και ψευδάργυρο σε δοχεία με οξύ. Συνδέθηκαν με έναν αγωγό, στο πρώτο σχηματίστηκαν φυσαλίδες αερίου και το δεύτερο άρχισε να διαλύεται. Αυτό απέδειξε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω του αγωγού. Μετά τον Galvani, ο Volt ξεκίνησε πειράματα. Δημιούργησε ένα κυλινδρικό στοιχείο, παρόμοιο με κάθετη στήλη. Αποτελούνταν από ψευδάργυρο, χαλκό και υφασμάτινα δαχτυλίδια, προεμποτισμένα με οξύ. Το πρώτο στοιχείο είχε ύψος 50 cm και η τάση που παράγεται από αυτό έγινε αισθητή από ένα άτομο.

Η αρχή λειτουργίας είναι ότι δύο τύποι μετάλλου σε ένα ηλεκτρολυτικό μέσο αλληλεπιδρούν, ως αποτέλεσμα του οποίου το ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσω του εξωτερικού κυκλώματος. Οι σύγχρονες γαλβανικές κυψέλες και μπαταρίες ονομάζονται μπαταρίες. Η τάση τους εξαρτάται από το μέταλλο που χρησιμοποιείται. Η συσκευή τοποθετείται σε κύλινδρο από μαλακή λαμαρίνα. Τα ηλεκτρόδια είναι πλέγματα με οξειδωτικό και αναγωγικό ψεκασμό.

Η μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια εξαλείφει τη δυνατότητα αποκατάστασης των ιδιοτήτων των μπαταριών. Εξάλλου, όταν το στοιχείο λειτουργεί, καταναλώνονται αντιδραστήρια, γεγονός που προκαλεί μείωση του ρεύματος. Ο αναγωγικός παράγοντας είναι συνήθως ο αρνητικός μόλυβδος από λίθιο ή ψευδάργυρο. Κατά τη λειτουργία, χάνει ηλεκτρόνια. Το θετικό μέρος είναι κατασκευασμένο από άλατα μετάλλων ή οξείδιο του μαγνησίου, εκτελεί το έργο ενός οξειδωτικού παράγοντα.

Υπό κανονικές συνθήκες, ο ηλεκτρολύτης δεν επιτρέπει τη διέλευση ρεύματος· αποσυντίθεται σε ιόντα μόνο όταν το κύκλωμα είναι κλειστό. Αυτό είναι που προκαλεί την εμφάνιση αγωγιμότητας. Ένα διάλυμα οξέος, άλατα νατρίου ή καλίου χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρολύτης.

Ποικιλίες στοιχείων

Οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία συσκευών, συσκευών, εξοπλισμού και παιχνιδιών. Σύμφωνα με το σχήμα, όλα τα γαλβανικά στοιχεία χωρίζονται σε διάφορους τύπους:

• αλατούχος;
• αλκαλική;
• λίθιο

Οι πιο δημοφιλείς είναι οι μπαταρίες αλατιού από ψευδάργυρο και μαγγάνιο. Το στοιχείο συνδυάζει αξιοπιστία, ποιότητα και λογική τιμή. Πρόσφατα όμως, οι κατασκευαστές μειώνουν ή σταματούν εντελώς την παραγωγή τους, καθώς αυξάνονται σταδιακά οι απαιτήσεις τους από εταιρείες που παράγουν οικιακές συσκευές. Τα κύρια πλεονεκτήματα των γαλβανικών μπαταριών αυτού του τύπου:

• καθολικές παράμετροι που επιτρέπουν τη χρήση τους σε διαφορετικούς τομείς.
• εύκολη λειτουργία?
• χαμηλό κόστος;
• απλές συνθήκεςπαραγωγή;
• προσιτές και φθηνές πρώτες ύλες.

Μεταξύ των μειονεκτημάτων είναι η μικρή διάρκεια ζωής (όχι περισσότερο από δύο χρόνια), η μείωση των ιδιοτήτων λόγω χαμηλών θερμοκρασιών, η μείωση της χωρητικότητας με την αύξηση του ρεύματος και η μείωση της τάσης κατά τη λειτουργία. Όταν οι μπαταρίες αλατιού είναι αποφορτισμένες, μπορεί να διαρρεύσουν καθώς ο θετικός όγκος του ηλεκτροδίου ωθεί προς τα έξω τον ηλεκτρολύτη. Η αγωγιμότητα αυξάνεται από γραφίτη και αιθάλη, το ενεργό μείγμα αποτελείται από διοξείδιο του μαγγανίου. Η διάρκεια ζωής εξαρτάται άμεσα από τον όγκο του ηλεκτρολύτη.

Τον περασμένο αιώνα εμφανίστηκαν τα πρώτα αλκαλικά στοιχεία. Ο ρόλος του οξειδωτικού παράγοντα σε αυτά παίζει το μαγγάνιο και ο αναγωγικός παράγοντας είναι η σκόνη ψευδαργύρου. Το σώμα της μπαταρίας είναι συγχωνευμένο για την πρόληψη της διάβρωσης. Αλλά η χρήση του υδραργύρου απαγορεύτηκε, έτσι επικαλύφθηκαν με μείγματα σκόνης ψευδαργύρου και αναστολέων σκουριάς.

Η δραστική ουσία στη συσκευή ενός γαλβανικού στοιχείου είναι Αυτά είναι ο ψευδάργυρος, το ίνδιο, ο μόλυβδος και το αλουμίνιο. Η ενεργή μάζα περιλαμβάνει αιθάλη, μαγγάνιο και γραφίτη. Ο ηλεκτρολύτης είναι κατασκευασμένος από κάλιο και νάτριο. Η ξηρή σκόνη βελτιώνει σημαντικά την απόδοση της μπαταρίας. Με τις ίδιες διαστάσεις με τους τύπους αλατιού, τα αλκαλικά έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα. Συνεχίζουν να λειτουργούν καλά ακόμη και σε σοβαρό παγετό.

Οι κυψέλες λιθίου χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία της σύγχρονης τεχνολογίας. Παράγονται με τη μορφή μπαταριών και συσσωρευτών διαφορετικά μεγέθη. Οι πρώτες περιέχουν έναν στερεό ηλεκτρολύτη, ενώ άλλες συσκευές περιέχουν έναν υγρό ηλεκτρολύτη. Αυτή η επιλογή είναι κατάλληλη για συσκευές που απαιτούν σταθερή τάσηκαι μέσες τρέχουσες χρεώσεις. Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να φορτιστούν πολλές φορές, οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται μόνο μία φορά, δεν ανοίγονται.

Πεδίο εφαρμογής

Υπάρχει μια σειρά από απαιτήσεις για την παραγωγή γαλβανικών κυψελών. Η θήκη της μπαταρίας πρέπει να είναι αξιόπιστη και σφραγισμένη. Ο ηλεκτρολύτης δεν πρέπει να διαρρέει και δεν πρέπει να επιτρέπεται η είσοδος ξένων ουσιών στη συσκευή. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όταν διαρρέει υγρό, θα πάρει φωτιά. Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα κατεστραμμένο αντικείμενο. Οι διαστάσεις όλων των μπαταριών είναι σχεδόν ίδιες, μόνο τα μεγέθη των μπαταριών διαφέρουν. Τα στοιχεία μπορούν να έχουν διαφορετικά σχήματα: κυλινδρικό, πρισματικό ή δίσκο.

Όλοι οι τύποι συσκευών έχουν κοινά πλεονεκτήματα: είναι συμπαγείς και ελαφριές σε βάρος, προσαρμοσμένες σε διαφορετικά εύρη θερμοκρασιών λειτουργίας, έχουν μεγάλη χωρητικότητα και λειτουργούν σταθερά υπό διαφορετικές συνθήκες. Υπάρχουν επίσης ορισμένα μειονεκτήματα, αλλά σχετίζονται με ορισμένους τύπους στοιχείων. Τα αλατισμένα δεν διαρκούν πολύ, τα λιθίου είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να αναφλεγούν εάν αποσυμπιεστούν.

Οι εφαρμογές των μπαταριών είναι πολλές:

• ψηφιακή τεχνολογία;
• Παιδικά παιχνίδια?
• ιατρικές συσκευές;
• αμυντική και αεροπορική βιομηχανία·
• διαστημική παραγωγή.

Τα γαλβανικά κύτταρα είναι εύχρηστα και οικονομικά. Αλλά ορισμένοι τύποι πρέπει να αντιμετωπίζονται προσεκτικά και να μην χρησιμοποιούνται εάν καταστραφούν. Πριν αγοράσετε μπαταρίες, θα πρέπει να μελετήσετε προσεκτικά τις οδηγίες για τη συσκευή που θα τροφοδοτούν.

Πηγές ηλεκτρικής ενέργειας χαμηλής κατανάλωσης

Γαλβανικές κυψέλες και μπαταρίες χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία φορητού ηλεκτρικού και ραδιοεξοπλισμού.

Γαλβανικά κύτταρα- αυτές είναι μεμονωμένες πηγές δράσης, μπαταρίες- επαναχρησιμοποιήσιμες πηγές.

Το απλούστερο γαλβανικό στοιχείο

Το απλούστερο στοιχείο μπορεί να κατασκευαστεί από δύο λωρίδες: χαλκό και ψευδάργυρο, βυθισμένο σε νερό ελαφρώς οξινισμένο με θειικό οξύ. Εάν ο ψευδάργυρος είναι αρκετά καθαρός ώστε να είναι απαλλαγμένος από τοπικές αντιδράσεις, δεν θα υπάρξει αξιοσημείωτη αλλαγή έως ότου ο χαλκός και ο ψευδάργυρος συνδεθούν με σύρμα.

Ωστόσο, οι λωρίδες έχουν διαφορετικά δυναμικά μεταξύ τους και όταν συνδέονται με ένα καλώδιο, θα εμφανιστεί ένα μήνυμα σε αυτό. Καθώς προχωρά αυτή η ενέργεια, η λωρίδα ψευδαργύρου θα διαλυθεί σταδιακά και θα σχηματιστούν φυσαλίδες αερίου κοντά στο ηλεκτρόδιο χαλκού και θα συγκεντρωθούν στην επιφάνειά του. Αυτό το αέριο είναι υδρογόνο, που σχηματίζεται από τον ηλεκτρολύτη. Το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει από τη χάλκινη λωρίδα μέσω του σύρματος στη λωρίδα ψευδαργύρου και από αυτήν μέσω του ηλεκτρολύτη πίσω στον χαλκό.

Σταδιακά, το θειικό οξύ του ηλεκτρολύτη αντικαθίσταται από θειικό ψευδάργυρο, που σχηματίζεται από το διαλυμένο τμήμα του ηλεκτροδίου ψευδαργύρου. Λόγω αυτού, η τάση του στοιχείου μειώνεται. Ωστόσο, ακόμη μεγαλύτερη πτώση τάσης προκαλείται από το σχηματισμό φυσαλίδων αερίου στον χαλκό. Και οι δύο αυτές ενέργειες παράγουν «πόλωση». Τέτοια στοιχεία δεν έχουν σχεδόν καμία πρακτική σημασία.

Σημαντικές παράμετροι γαλβανικών κυψελών

Το μέγεθος της τάσης που παρέχεται από τα γαλβανικά στοιχεία εξαρτάται μόνο από τον τύπο και το σχεδιασμό τους, δηλαδή από το υλικό των ηλεκτροδίων και τη χημική σύνθεση του ηλεκτρολύτη, αλλά δεν εξαρτάται από το σχήμα και το μέγεθος των στοιχείων.

Η ποσότητα ρεύματος που μπορεί να παράγει ένα γαλβανικό στοιχείο περιορίζεται από την εσωτερική του αντίσταση.

Ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό μιας γαλβανικής κυψέλης είναι. Ως ηλεκτρική χωρητικότητα νοείται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να αποδώσει ένα γαλβανικό στοιχείο ή στοιχείο μπαταρίας καθ' όλη τη διάρκεια της λειτουργίας του, δηλαδή μέχρι να πραγματοποιηθεί η τελική εκφόρτιση.

Η χωρητικότητα που δίνεται από το στοιχείο προσδιορίζεται πολλαπλασιάζοντας το ρεύμα εκφόρτισης, εκφρασμένο σε αμπέρ, με το χρόνο σε ώρες κατά τις οποίες το στοιχείο εκφορτίστηκε μέχρι την έναρξη της πλήρης αποφόρτιση. Επομένως, η ηλεκτρική χωρητικότητα εκφράζεται πάντα σε αμπέρ-ώρες (A x h).

Με βάση τη χωρητικότητα του στοιχείου, μπορείτε επίσης να προσδιορίσετε εκ των προτέρων πόσες ώρες θα λειτουργήσει πριν αποφορτιστεί πλήρως. Για να γίνει αυτό, πρέπει να διαιρέσετε τη χωρητικότητα με το ρεύμα εκφόρτισης που επιτρέπεται για αυτό το στοιχείο.

Ωστόσο, η ηλεκτρική χωρητικότητα δεν είναι μια αυστηρά σταθερή τιμή. Διαφέρει σε αρκετά μεγάλα όρια ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας (τρόπο λειτουργίας) του στοιχείου και την τελική τάση εκφόρτισης.

Εάν το στοιχείο εκφορτιστεί με μέγιστο ρεύμα και χωρίς διακοπή, τότε θα εκπέμπει σημαντικά μικρότερη χωρητικότητα. Αντίθετα, όταν το ίδιο στοιχείο εκφορτίζεται με χαμηλότερο ρεύμα και με συχνές και σχετικά μεγάλες διακοπές, το στοιχείο θα εγκαταλείψει την πλήρη χωρητικότητά του.

Όσον αφορά την επίδραση της τελικής τάσης εκφόρτισης στην χωρητικότητα του στοιχείου, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι κατά την εκφόρτιση ενός γαλβανικού στοιχείου, η τάση λειτουργίας του δεν παραμένει στο ίδιο επίπεδο, αλλά σταδιακά μειώνεται.

Κοινοί τύποι γαλβανικών κυψελών

Τα πιο κοινά γαλβανικά κύτταρα είναι τα συστήματα μαγγανίου-ψευδάργυρου, μαγγανίου-αέρα, ψευδαργύρου-αέρα και υδραργύρου-ψευδαργύρου με αλάτι και αλκαλικούς ηλεκτρολύτες. Οι ξηρές κυψέλες μαγγανίου-ψευδαργύρου με ηλεκτρολύτη άλατος έχουν αρχική τάση 1,4 έως 1,55 V, χρόνος λειτουργίας σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος από -20 έως -60 o C από 7 ώρες έως 340 ώρες.

Οι ξηρές κυψέλες μαγγανίου-ψευδαργύρου και ψευδαργύρου-αέρα με αλκαλικό ηλεκτρολύτη έχουν τάση από 0,75 έως 0,9 V και χρόνο λειτουργίας από 6 ώρες έως 45 ώρες.

Οι ξηρές κυψέλες υδραργύρου-ψευδαργύρου έχουν αρχική τάση 1,22 έως 1,25 V και χρόνο λειτουργίας από 24 ώρες έως 55 ώρες.

Το μεγαλύτερο περίοδος εγγύησηςΤα ξηρά στοιχεία υδραργύρου-ψευδαργύρου έχουν διάρκεια αποθήκευσης έως και 30 μήνες.

Αυτά είναι δευτερεύοντα γαλβανικά κύτταρα.Σε αντίθεση με τα γαλβανικά στοιχεία, δεν συμβαίνουν χημικές διεργασίες στην μπαταρία αμέσως μετά τη συναρμολόγηση.

Έτσι, οι χημικές αντιδράσεις που σχετίζονται με την κίνηση ξεκινούν στην μπαταρία ηλεκτρικά φορτία, πρέπει να αλλάξετε τη χημική σύνθεση των ηλεκτροδίων του (και εν μέρει τον ηλεκτρολύτη) ανάλογα. Αυτή η αλλαγή στη χημική σύνθεση των ηλεκτροδίων συμβαίνει υπό την επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται από την μπαταρία.

Επομένως, για να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα η μπαταρία, πρέπει πρώτα να «φορτιστεί» με μια σταθερά ηλεκτροπληξίααπό κάποια εξωτερική πηγή ρεύματος.

Οι μπαταρίες διαφέρουν επίσης ευνοϊκά από τις συμβατικές γαλβανικές κυψέλες στο ότι μετά την εκφόρτιση μπορούν να φορτιστούν ξανά. Με καλή φροντίδα και υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, οι μπαταρίες μπορούν να αντέξουν έως και αρκετές χιλιάδες φορτίσεις και εκφορτίσεις.
Συσκευή μπαταρίας

Επί του παρόντος, οι μπαταρίες μολύβδου και καδμίου-νικελίου χρησιμοποιούνται συχνότερα στην πράξη. Για το πρώτο, ο ηλεκτρολύτης είναι ένα διάλυμα θειικού οξέος και για το δεύτερο, ένα διάλυμα αλκαλίων σε νερό. Οι μπαταρίες μολύβδου ονομάζονται επίσης μπαταρίες οξέος και οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου ονομάζονται αλκαλικές μπαταρίες.

Η αρχή λειτουργίας των μπαταριών βασίζεται στην πόλωση των ηλεκτροδίων. Η απλούστερη μπαταρία οξέος έχει σχεδιαστεί ως εξής: πρόκειται για δύο πλάκες μολύβδου βουτηγμένες σε έναν ηλεκτρολύτη. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης χημικής υποκατάστασης, οι πλάκες καλύπτονται με μια ελαφρά επικάλυψη θειικού μολύβδου PbSO4, όπως προκύπτει από τον τύπο Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2.

Συσκευή μπαταρίας οξέος

Αυτή η κατάσταση των πλακών αντιστοιχεί σε μια αποφορτισμένη μπαταρία. Εάν η μπαταρία είναι τώρα ενεργοποιημένη για φόρτιση, δηλαδή συνδέεται με μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος, τότε λόγω ηλεκτρόλυσης, θα αρχίσει η πόλωση των πλακών σε αυτήν. Ως αποτέλεσμα της φόρτισης της μπαταρίας, οι πλάκες της πολώνονται, δηλ. αλλάζουν την ουσία της επιφάνειάς τους και από ομοιογενείς (PbSO 4) μετατρέπονται σε ανόμοιες (Pb και Pb O 2).

Η μπαταρία γίνεται πηγή ρεύματος και το θετικό της ηλεκτρόδιο είναι μια πλάκα επικαλυμμένη με διοξείδιο του μολύβδου και το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι μια καθαρή πλάκα μολύβδου.

Προς το τέλος της φόρτισης, η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη αυξάνεται λόγω της εμφάνισης πρόσθετων μορίων θειικού οξέος σε αυτόν.

Αυτό είναι ένα από τα χαρακτηριστικά μιας μπαταρίας μολύβδου-οξέος: ο ηλεκτρολύτης της δεν παραμένει ουδέτερος και ο ίδιος συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις κατά τη λειτουργία της μπαταρίας.

Προς το τέλος της εκφόρτισης, και οι δύο πλάκες μπαταρίας καλύπτονται ξανά με θειικό μόλυβδο, με αποτέλεσμα η μπαταρία να παύει να είναι πηγή ρεύματος. Η μπαταρία δεν φέρεται ποτέ σε αυτήν την κατάσταση. Λόγω του σχηματισμού θειικού μολύβδου στις πλάκες, η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη στο τέλος της εκκένωσης μειώνεται. Εάν βάλετε την μπαταρία σε φόρτιση, μπορείτε να προκαλέσετε ξανά πόλωση για να την επαναφορτίσετε κ.λπ.

Πώς να φορτίσετε την μπαταρία

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι φόρτισης μπαταριών. Το πιο απλό είναι η κανονική φόρτιση της μπαταρίας, η οποία συμβαίνει ως εξής. Αρχικά, για 5 - 6 ώρες, η φόρτιση πραγματοποιείται με διπλό κανονικό ρεύμα έως ότου η τάση σε κάθε συστοιχία μπαταρίας φτάσει τα 2,4 V.

Το κανονικό ρεύμα φόρτισης καθορίζεται από τον τύπο I charge = Q/16

Όπου Q - ονομαστική χωρητικότητα μπαταρίας, Ah.

Μετά από αυτό, το ρεύμα φόρτισης μειώνεται σε κανονική τιμή και η φόρτιση συνεχίζεται για 15 - 18 ώρες, μέχρι να εμφανιστούν τα σημάδια λήξης της φόρτισης.

Σύγχρονες μπαταρίες

Οι μπαταρίες καδμίου-νικελίου ή αλκαλικές μπαταρίες εμφανίστηκαν πολύ αργότερα από τις μπαταρίες μολύβδου και, σε σύγκριση με αυτές, είναι πιο προηγμένες πηγές χημικού ρεύματος. Το κύριο πλεονέκτημα των αλκαλικών μπαταριών έναντι των μπαταριών μολύβδου είναι η χημική ουδετερότητα του ηλεκτρολύτη τους σε σχέση με τις ενεργές μάζες των πλακών. Λόγω αυτού, η αυτοεκφόρτιση των αλκαλικών μπαταριών είναι πολύ μικρότερη από αυτή των μπαταριών μολύβδου. Η αρχή λειτουργίας των αλκαλικών μπαταριών βασίζεται επίσης στην πόλωση των ηλεκτροδίων κατά την ηλεκτρόλυση.

Για την τροφοδοσία ραδιοεξοπλισμού, παράγονται σφραγισμένες μπαταρίες καδμίου-νικελίου, οι οποίες λειτουργούν σε θερμοκρασίες από -30 έως +50 o C και αντέχουν 400 - 600 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Αυτές οι μπαταρίες κατασκευάζονται με τη μορφή συμπαγών παραλληλεπίπεδων και δίσκων με μάζα από πολλά γραμμάρια έως κιλά.

Παράγουν μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου για παροχή ρεύματος σε αυτόνομες εγκαταστάσεις. Η ειδική ενέργεια μιας μπαταρίας νικελίου-υδρογόνου είναι 50 - 60 Wh kg -1.