Гальваникалық элементтер. Түрлері және құрылғысы. Жұмыс және ерекшеліктері. Гальваникалық элементтер мен батареялар - құрылғы, жұмыс принципі, түрлері Гальваникалық аккумуляторларға не жатады - энергия сақтау құрылғылары

Гальваникалық элементтердің пайда болуының алғы шарттары. Кішкене тарих. 1786 жылы итальяндық медицина профессоры, физиолог Луиджи Алоизио Гальвани қызық құбылысты ашты: жаңадан ашылған бақа мәйітінің мыс ілгектерге ілінген артқы аяқтарының бұлшық еттері ғалым оларға болат скальпельмен түрткен кезде жиырылады. Гальвани бірден бұл «жануарлар электр тогының» көрінісі деген қорытындыға келді.

Гальвани қайтыс болғаннан кейін оның замандасы Алессандро Вольта химик және физик бола отырып, әртүрлі металдар байланысқан кезде электр тогын тудырудың неғұрлым шынайы механизмін сипаттап, көпшілікке көрсететін еді.

Вольта эксперименттер сериясынан кейін тізбекте ток сұйықтыққа орналастырылған әртүрлі металдардың екі өткізгішінің болуына байланысты пайда болады және бұл Галвани сияқты «жануарлар электр тогы» емес деген біржақты қорытындыға келеді. ой. Бақаның аяқтарының жиырылуы әртүрлі металдардың (мыс ілмектері мен болат скальпель) жанасуынан туындаған ток әсерінің салдары болды.

Вольта Галвани өлі бақада көрсеткен құбылыстарды, бірақ мүлдем жансыз қолдан жасалған электрометрде көрсетеді және 1800 жылы токтың пайда болуы туралы нақты түсініктеме береді: «Ортада екінші класты өткізгіш (сұйықтық) бар. және екі түрлі металдан жасалған бірінші класты екі өткізгішпен жанасады... Нәтижесінде бір бағытта немесе басқада электр тогы пайда болады».

Вольта өзінің алғашқы тәжірибелерінің бірінде екі табақшаны - мырыш пен мысты қышқыл құмыраға батырып, оларды сыммен жалғады. Осыдан кейін мырыш табақшасы ери бастады, ал мыс болаттан газ көпіршіктері бөлінді. Вольта электр тогының сым арқылы өтетінін ұсынды және дәлелдеді.

Осылайша «Вольта элементі» - алғашқы гальваникалық элемент ойлап табылды. Ыңғайлы болу үшін Вольта оған қышқылға малынған мырыш, мыс және шүберектің өзара байланысқан сақиналарынан тұратын тік цилиндрдің (бағананың) пішінін берді. Жарты метр биіктіктегі вольт бағанасы адамдарға сезімтал кернеуді тудырды.

Зерттеуді Луиджи Галвани бастағандықтан, бұл есім оның есімін есте қалдырды.

Гальваникалық жасушаэлектролиттегі екі металдың және/немесе олардың оксидтерінің өзара әрекеттесуіне негізделген, тұйық тізбекте электр тогының пайда болуына әкелетін электр тогының химиялық көзі болып табылады. Осылайша, гальваникалық элементтерде химиялық энергия электр энергиясына айналады.

Қазіргі уақытта гальваникалық жасушалар

Қазіргі уақытта гальваникалық элементтер батареялар деп аталады. Батареялардың үш түрі кеңінен қолданылады: тұз (құрғақ), сілтілі (олар сілтілі деп те аталады, ағылшын тілінен аударғанда «сілтілі» «сілтілі») және литий. Олардың жұмыс істеу принципі 1800 жылы Вольта сипаттағандай: екі металл және сыртқы тұйық тізбекте электр тогы пайда болады.

Аккумулятордың кернеуі қолданылатын металдарға да, «батареядағы» элементтердің санына да байланысты. Аккумуляторлардан айырмашылығы аккумуляторлар өздерінің қасиеттерін қалпына келтіре алмайды, өйткені олар химиялық энергияны, яғни аккумуляторды құрайтын реагенттердің энергиясын (тотықсыздандырғыш және тотықтырғыш) электр энергиясына тікелей түрлендіреді.

Батареяның құрамына кіретін реагенттер оның жұмыс істеуі кезінде тұтынылады, ал ток бірте-бірте азаяды, сондықтан көздің әсері реагенттер толығымен әрекет еткеннен кейін аяқталады.

Сілтілік және тұзды элементтер (батареялар) әртүрлі қуат алу үшін кеңінен қолданылады электрондық құрылғылар, радиожабдықтарды, ойыншықтарды және литийді көбінесе глюкометрлер сияқты портативті медициналық құрылғыларда немесе камералар сияқты сандық жабдықта табуға болады.

Тұз батареялары деп аталатын марганец-мырыш жасушалары сұйық электролит ерітіндісі жоқ «құрғақ» гальваникалық элементтер болып табылады.

Мырыш электроды (+) – шыны тәрізді катод, ал анод – марганец диоксиді мен графиттің ұнтақ қоспасы. Ток графит таяқшасы арқылы өтеді. Электролит - бұл аммоний хлоридінің ерітіндісі, оны ештеңе ағып кетпес үшін қоюлату үшін крахмал немесе ұн қосылған.

Әдетте, аккумулятор өндірушілері тұз ұяшықтарының нақты құрамын көрсетпейді, алайда тұзды батареялар ең арзан болып табылады, олар әдетте қуат тұтынуы өте төмен құрылғыларда қолданылады: сағаттар, қашықтан басқару құралдары қашықтықтан басқару, электронды термометрлерде және т.б.

«Номиналды сыйымдылық» ұғымы мырыш-марганецті аккумуляторларды сипаттау үшін сирек қолданылады, өйткені олардың сыйымдылығы жұмыс режимдері мен шарттарына байланысты. Бұл элементтердің негізгі кемшіліктері бүкіл разрядта кернеудің айтарлықтай төмендеуі және разряд тоғының жоғарылауымен жеткізілетін қуаттың айтарлықтай төмендеуі болып табылады. Соңғы разряд кернеуі 0,7-1,0 В диапазонындағы жүктемеге байланысты орнатылады.

Разрядтық токтың шамасы ғана емес, сонымен қатар жүктеменің уақыт кестесі де маңызды. Жоғары және орташа токтарда үзіліссіз зарядсыздану кезінде батареялардың өнімділігі үздіксіз жұмыспен салыстырғанда айтарлықтай артады. Дегенмен, аз разрядтық токтар мен пайдаланудағы айлардағы үзілістер кезінде олардың қуаты өздігінен разрядтың нәтижесінде төмендеуі мүмкін.

Жоғарыдағы график сілтілі батареямен салыстыру үшін орташа тұзды батареяның 4, 10, 20 және 40 сағаттағы зарядсыздану қисықтарын көрсетеді. сөйлесемізӘрі қарай.

Сілтілік батарея – катод ретінде марганец диоксиді, анод ретінде ұнтақ мырыш және электролит ретінде әдетте калий гидроксиді пастасы түріндегі сілті ерітіндісін пайдаланатын марганец-мырыш вольтты батарея.

Бұл батареялардың бірқатар артықшылықтары бар (атап айтқанда, айтарлықтай жоғары сыйымдылық, ең жақсы жұмыстөмен температурада және жоғары жүктеме токтарында).

Тұз батареяларымен салыстырғанда сілтілі батареялар ұзақ уақыт бойы көбірек ток бере алады. Жоғары ток мүмкін болады, өйткені мырыш мұнда шыны түрінде емес, электролитпен жанасу аймағы үлкенірек ұнтақ түрінде қолданылады. Электролит ретінде паста түріндегі калий гидроксиді қолданылады.

Дәл осы түрдегі гальваникалық элементтердің ұзақ уақыт бойы маңызды ток (1 А-ға дейін) беру қабілетінің арқасында сілтілі батареялар бүгінгі күні жиі кездеседі.

Электрлік ойыншықтар, портативті медициналық жабдықтар, электронды құрылғылар мен камералар сілтілі батареяларды пайдаланады. Егер разряд аз ток болса, олар тұзға қарағанда 1,5 есе ұзақ қызмет етеді. График 4, 10, 20 және 40 сағат ішінде тұзды батареямен (график жоғарыда көрсетілген) салыстыру үшін әртүрлі токтардағы разряд қисықтарын көрсетеді.

Литий батареялары

Волталық элементтердің тағы бір кең таралған түрі литий батареялары болып табылады - анод ретінде литийді немесе оның қосылыстарын пайдаланатын бір рет зарядталмайтын вольттік элементтер. Сілтілік металды қолданудың арқасында оларда потенциалдар айырмашылығы жоғары.

Литий элементінің катоды мен электролиті өте әртүрлі болуы мүмкін, сондықтан «литий элементі» термині бір анод материалы бар жасушалар тобын біріктіреді. Мысалы, катод ретінде марганец диоксиді, көміртек монофториді, пирит, тионилхлорид және т.б.

Литий батареялары басқа батареялардан ұзақ қызмет ету мерзімімен және жоғары құнымен ерекшеленеді. Таңдалған өлшемге және қолданылатын химиялық заттарға байланысты литий батареясы 1,5 В-тан (сілтілі батареялармен үйлесімді) 3,7 В-қа дейінгі кернеулерді шығара алады.

Бұл аккумуляторлар салмақ бірлігіндегі ең жоғары сыйымдылыққа және ұзақ сақтау мерзіміне ие. Литий жасушалары заманауи портативті электронды жабдықта кеңінен қолданылады: сағаттарды қуаттандыру үшін аналық платаларкомпьютерлер, портативті медициналық құрылғыларды, қол сағаттарын, калькуляторларды, фотоаппаратураларды және т.б.

Жоғарыдағы графикте екі танымал өндірушінің екі литий батареясы үшін разряд қисықтары көрсетілген. Бастапқы ток 120 мА болды (шамамен 24 Ом резисторға).

Қызыл, ТМУ

АНСТРАТ

Тақырыбы: «Гальваникалық элементтер. Батареялар».

Құрастырған: Спиридонова В.А.

I жас, IV гр., ЖМФ

Тексерген: Кендиван О.Д.

2001

I. Кіріспе

II. Гальваникалық ток көздері

1. Гальваникалық элементтердің түрлері

III. Батареялар

1. Қышқыл

2. Сілтілік

3. Тығыздалған никель-кадмий

4. Мөрленген

5. DRYFIT технологиясының батареялары

КІРІСПЕ

Көптеген жылдар бойы химиялық ток көздері (ХТҚ).

өмірімізге мықтап енді. Күнделікті өмірде тұтынушы сирек назар аударады

пайдаланылатын HIT арасындағы айырмашылықтарға назар аударыңыз. Ол үшін бұл батареялар және

батареялар. Олар әдетте сияқты құрылғыларда қолданылады

шамдар, ойыншықтар, радиоқабылдағыштар немесе автомобильдер.

Қуатты тұтыну салыстырмалы түрде болған жағдайда

үлкен (10Ач), батареялар пайдаланылады, негізінен қышқылдар,

сондай-ақ никель-темір және никель-кадмий. Олар қолданылады

портативті компьютерлер (ноутбук, ноутбук, пальмтоп), киілетін құрылғылар

байланыс, авариялық жарықтандыру және т.б.

Соңғы жылдары мұндай батареялар кеңінен қолданыла бастады

компьютерлер мен электромеханикалық құрылғыларға арналған резервтік қуат көздері

ықтимал ең жоғары жүктемелер үшін энергияны сақтайтын жүйелер

және өмірлік жүйелерді авариялық электрмен жабдықтау.

ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ ТОҚ КӨЗДЕРІ

Бір реттік гальваникалық ток көздері

біртұтас контейнерді білдіреді

құрамында белсенді зат сіңіретін электролит бар

сепаратор және электродтар (анод және катод), сондықтан оларды атайды

құрғақ элементтер. Бұл термин қатысты қолданылады

құрамында сұйық электролит жоқ барлық жасушалар. Кәдімгіге

Құрғақ элементтерге көміртегі-мырыш элементтері жатады.

Құрғақ ұяшықтар төмен токтар және үзіліс үшін қолданылады

жұмыс режимдері. Сондықтан мұндай элементтер кеңінен қолданылады

телефондар, ойыншықтар, дабыл жүйесі және т.б.

Кез келген гальваникалық элементтің әрекеті ондағы тотығу-тотықсыздану реакциясының пайда болуына негізделген. Қарапайым түрде гальваникалық элемент әртүрлі металдардан жасалған және электролит ерітіндісіне батырылған екі пластинадан немесе өзекшеден тұрады. Мұндай жүйе тотығу-тотықсыздану реакциясын кеңістікте бөлуге мүмкіндік береді: тотығу бір металда, ал тотықсыздану басқа металлда жүреді. Осылайша, электрондар тотықсыздандырғыштан тотықтырғышқа сыртқы контур арқылы беріледі.

Мысал ретінде мырыш пен мыс сульфаты арасындағы жоғарыда аталған реакцияның энергиясымен жұмыс істейтін мыс-мырыш гальваникалық элементті қарастырайық. Бұл ұяшық (Якоби-Даниель ұясы) мыс сульфаты ерітіндісіне батырылған мыс пластинасынан (мыс электрод) және мырыш сульфаты ерітіндісіне батырылған мырыш пластинасынан (мырыш электрод) тұрады. Екі ерітінді де бір-бірімен байланыста, бірақ араласпау үшін олар кеуекті материалдан жасалған қалқамен бөлінген.

Элемент жұмыс істеп тұрғанда, яғни. тізбек жабылған кезде мырыш тотығады: оның ерітіндімен жанасу бетінде мырыш атомдары иондарға айналады және гидратталған кезде ерітіндіге өтеді. Бұл жағдайда босатылған электрондар сыртқы контур бойымен мыс электродына жылжиды. Бұл процестердің барлық жиынтығы схемалық түрде жартылай реакция теңдеуімен немесе электрохимиялық теңдеумен ұсынылған:

Мыс иондарының тотықсыздануы мыс электродында жүреді. Мұнда мырыш электродынан келетін электрондар ерітіндіден шығатын сусыздандыратын мыс иондарымен бірігеді; мыс атомдары түзіліп, металл түрінде шығарылады. Сәйкес электрохимиялық теңдеу:

Элементте болатын реакцияның жалпы теңдеуі екі жарты реакцияның теңдеулерін қосу арқылы алынады. Сонымен, гальваникалық элементтің жұмысы кезінде тотықсыздандырғыштың электрондары сыртқы контур арқылы тотықтырғышқа өтеді, электродтарда электрохимиялық процестер жүреді, ерітіндіде иондардың бағытталған қозғалысы байқалады.

Тотығу процесі жүретін электрод анод (мырыш) деп аталады. Тотықсыздану орын алатын электрод катод (мыс) деп аталады.

Негізінде кез келген тотығу-тотықсыздану реакциясы электр энергиясын өндіре алады. Дегенмен, реакциялардың саны

электр энергиясының химиялық көздерінде іс жүзінде пайдаланылады. Мұның себебі әрбір тотығу-тотықсыздану реакциясы техникалық құнды қасиеттері бар гальваникалық элементті жасауға мүмкіндік бермейді. Сонымен қатар, көптеген тотығу-тотықсыздану реакциялары қымбат заттарды тұтынуды талап етеді.

Мыс-мырыш элементінен айырмашылығы, барлық заманауи гальваникалық элементтер мен батареялар екі емес, бір электролит пайдаланады; Мұндай ток көздерін пайдалану әлдеқайда ыңғайлы.

ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ КЕЛТОРЛАР ТҮРЛЕРІ

Көміртек-мырыш элементтері

Көмір-мырыш элементтері (марганец-мырыш) болып табылады

ең көп таралған құрғақ элементтер. Көмір-мырышта

элементтер пассивті (көміртекті) ток коллекторын пайдаланады

марганец диоксидінен (MnO2), электролиттен жасалған анодпен жанасу

аммоний хлориді және мырыш катоды. Электролит ішке кіреді

кеуекті диафрагманы жабыстырады немесе сіңдіреді.

Мұндай электролит өте мобильді емес және таралмайды, сондықтан

элементтері құрғақ деп аталады.

Көмір-мырыш элементтері кезінде «қалпына келтіріледі».

жұмыстан үзіліс. Бұл құбылыс біртіндеп жүруіне байланысты

құрамдағы жергілікті біртекті еместерді теңестіру

разряд процесі кезінде пайда болатын электролит. Нәтижесінде

мерзімді «тынығу» элементтің қызмет ету мерзімі ұзартылады.

Көміртек-мырыш элементтерінің артықшылығы олардың

салыстырмалы төмен құны. Маңызды кемшіліктерге

разряд кезінде кернеудің айтарлықтай төмендеуін қамтуы керек,

төмен меншікті қуат (5...10 Вт/кг) және қысқа қызмет ету мерзімі

сақтау

Төмен температура тиімділікті төмендетеді

гальваникалық элементтер және батареяның ішкі жылытуы

артады. Температураның жоғарылауы электролит құрамындағы сумен мырыш электродының химиялық коррозиясын және электролиттің кебуін тудырады. Бұл факторларды батареяны жоғары температурада ұстап тұру және алдын ала жасалған тесік арқылы жасушаға тұзды ерітінді енгізу арқылы біршама өтеуге болады.

Сілтілік элементтер

Көміртек-мырыш жасушалары сияқты, сілтілі жасушалар MnO2 анодын және бөлінген электролиті бар мырыш катодын пайдаланады.

Сілтілік элементтердің көміртек-мырыш элементтерден айырмашылығы

сілтілі электролит қолдануда, соның нәтижесінде

Ағызу кезінде газ эволюциясы іс жүзінде жоқ және олар болуы мүмкін

мөрленеді, бұл олардың бірқатары үшін өте маңызды

қолданбалар.

Сынап элементтері

Сынап элементтері сілтілі элементтерге өте ұқсас. Оларда

Сынап оксиді (HgO) қолданылады. Катод ұнтақ қоспасынан тұрады

мырыш және сынап. Анод пен катод сепаратормен және диафрагмамен бөлінген,

40% сілті ерітіндісіне малынған.

Сынап тапшы және улы болғандықтан, сынап элементтері жоқ

олар толығымен пайдаланылғаннан кейін лақтырылуы керек. Олар керек

қайта өңдеуге барыңыз.

Күміс элементтер

Олардың Ag2O және AgO-дан жасалған «күміс» катодтары бар.

Литий жасушалары

Олар органикалық электролит литий анодтарын пайдаланады

және әртүрлі материалдардан жасалған катодтар. Олар өте үлкен

сақтау мерзімі, жоғары энергия тығыздығы және жұмыс қабілеттілігі

кең температура диапазонында, өйткені олардың құрамында су жоқ.

Өйткені литий ең жоғары теріс потенциалға ие

барлық металдарға, литий элементтеріне қатысты

кезіндегі ең жоғары номиналды кернеумен сипатталады

минималды өлшемдер.

Иондық өткізгіштік енгізу арқылы қамтамасыз етіледі

Ірі аниондары бар тұздардың еріткіштері.

Литий жасушаларының кемшіліктеріне олардың жатады

жоғары бағаға байланысты салыстырмалы түрде жоғары құны

литий, оларды өндіруге қойылатын арнайы талаптар (қажеттілік

инертті атмосфера, сусыз еріткіштерді тазарту). керек

Сондай-ақ кейбір литий жасушалары оларда екенін ескеріңіз

ашылған жағдайда жарылғыш болып табылады.

Литий жасушалары жад схемалары, өлшеу құралдары және басқа да жоғары технологиялық жүйелер үшін резервтік қуат көздерінде кеңінен қолданылады.

БАТАРЕЯЛАР

Батареялар химиялық көздер болып табылады

қайта пайдалануға болатын электр энергиясы. Олар тұрады

екі электрод (оң және теріс), электролит

және корпустар. Батареядағы энергияның жинақталуы орын алады

химиялық тотығу-тотықсыздану реакциясының пайда болуы

электродтар. Батарея заряды таусылғанда, кері жағдай орын алады

процестер. Батарея кернеуі потенциалдар айырмасы болып табылады

бекітілген жүктеме кезінде батарея тіректерінің арасында.

Жеткілікті үлкен кернеу мәндерін алу үшін немесе

зарядтау, жеке батареялар бір-біріне қосылған

сериялы немесе батареяларға параллель. Сан бар

үшін жалпы қабылданған кернеулер батареялар: 2; 4; 6;

Біз келесі батареяларды қарастырумен шектелеміз:

қышқыл батареялар дәстүрлі түрде жасалған

технологиялар;

стационарлық жетекші және жетек (автокөлік және

трактор);

мөрленген, техникалық қызмет көрсетпейтін батареялар

никель-кадмий және қышқыл «dryfit» A400 және A500 (желе тәрізді

электролит).

Қышқылды аккумуляторлар

Мысал ретінде пайдалануға дайын қорғасын-қышқылды аккумуляторды қарастырайық. Ол торлы қорғасын пластиналарынан тұрады, олардың кейбіреулері қорғасын диоксидімен, ал басқалары металл губкалы қорғасынмен толтырылған. Пластиналар 35-40% H2SO4 ерітіндісіне батырылады; бұл концентрацияда күкірт қышқылы ерітіндісінің меншікті электр өткізгіштігі максималды болады.

Батарея жұмыс істеп тұрған кезде - ол зарядсызданған кезде - онда тотығу-тотықсыздану реакциясы жүреді, оның барысында металл қорғасын тотығады:

Pb + SO4= PbSO4 + 2e-

Ал қорғасын диоксиді төмендейді:

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

Тотығу кезінде металл қорғасын атомдары бас тартқан электрондарды тотықсыздану кезінде қорғасын атомдары PbO2 қабылдайды; электрондар бір электродтан екіншісіне сыртқы тізбек арқылы беріледі.

Осылайша, қорғасын металы қорғасын батареясында анод ретінде қызмет етеді және теріс зарядталады, ал PbO2 катод ретінде қызмет етеді және оң зарядталады.

Ішкі контурда (H2SO4 ерітіндісінде) иондардың тасымалдануы батареяның жұмысы кезінде орын алады. SO42 иондары анодқа, ал H+ иондары катодқа қарай жылжиды. Бұл қозғалыстың бағыты электродтық процестердің пайда болуынан туындайтын электр өрісімен анықталады: анодта аниондар, ал катодтар катодта тұтынылады. Нәтижесінде ерітінді электрлік бейтарап болып қалады.

Қорғасынның тотығуына және PbO2 тотықсыздануына сәйкес теңдеулерді қоссақ, жалпы реакция теңдеуін аламыз,

жұмыс кезінде қорғасын-қышқылды аккумулятордың ағуы (разряды):

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

Е.м.ф. зарядталған қорғасын-қышқылды аккумулятордың қуаты шамамен 2 В. Батарея зарядсызданған кезде оның катодтық (PbO2) және анодтық (Pb) материалдары жұмсалады. Күкірт қышқылы да тұтынылады. Бұл ретте батарея терминалдарындағы кернеу төмендейді. Ол жұмыс жағдайлары рұқсат еткен мәннен аз болған кезде, батарея қайтадан зарядталады.

Зарядтау (немесе зарядтау) үшін батарея жалғанған сыртқы көзток (плюс плюс және минус минус). Бұл жағдайда ток аккумулятор арқылы батарея зарядсызданған кезде өткенге қарама-қарсы бағытта өтеді. Нәтижесінде электродтардағы электрохимиялық процестер «керісінше». Қорғасын электроды енді тотықсыздану процесінен өтеді

PbSO4 + 2e- = Pb + SO4

анау. Бұл электрод катодқа айналады. PbO2 электродында тотығу процесі жүреді

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

сондықтан бұл электрод енді анод болып табылады. Ерітіндідегі иондар батарея жұмыс істеп тұрған кезде қозғалған бағытқа қарама-қарсы бағытта қозғалады.

Соңғы екі теңдеуді қосып, батареяны зарядтау кезінде болатын реакция теңдеуін аламыз:

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

Бұл процесс аккумулятор жұмыс істеп тұрған кезде болатын процеске қарама-қарсы екенін түсіну оңай: аккумулятор зарядталған кезде оның жұмысына қажетті заттарды қайтадан шығарады.

Қорғасын-қышқылды аккумуляторлар әдетте батареяға қосылады, ол

эбониттен, термопластиктен, полипропиленнен жасалған моноблокқа орналастырылған,

полистирол, полиэтилен, асфальт қабатының құрамы, керамика

немесе шыны.

Батареяның ең маңызды сипаттамаларының бірі

қызмет ету мерзімі немесе қызмет ету мерзімі (циклдар саны). Нашарлау

Батарея параметрлері мен істен шығу бірінші кезекте туындайды

тордың коррозиясының кезегі және белсенді массаның сырғанауы

оң электрод. Батареяның қызмет ету мерзімі анықталды

ең алдымен оң пластиналар мен жағдайлардың түрі бойынша

операция.

Қорғасын-қышқылды аккумуляторларды жақсарту жолында

торларға арналған жаңа қорытпаларды (мысалы, қорғасын-кальций), жеңіл және берік корпус материалдарын зерттеу

(мысалы, пропилен-этилен сополимеріне негізделген), жақсартулар

сепараторлардың сапасы.

СІЛТІ БАТАРЕЯЛАР

Күміс-мырыш.

Олардың жақсы электрлік сипаттамалары, салмағы мен көлемі аз. Олардағы электродтар күміс оксидтері Ag2O, AgO (катод) және губка мырыш (анод); Электролит - бұл KOH ерітіндісі.

Аккумулятор жұмысы кезінде мырыш тотығады, ZnO және Zn(OH)2-ге айналады, ал күміс оксиді металға дейін тотықсызданады. Батарея заряды таусылғанда болатын жалпы реакцияны шамамен мына теңдеумен өрнектеуге болады:

AgO + Zn = Ag + ZnO

E.m.f. зарядталған күміс-мырыш батареясының қуаты шамамен 1,85 В. Кернеу 1,25 В дейін төмендегенде, батарея зарядталады. Бұл жағдайда электродтардағы процестер «кері» болады: мырыш азаяды, күміс тотығады - батареяның жұмысына қажетті заттар қайтадан алынады.

Кадмий-никель және темір-никель.

CN және ZHN бір-біріне өте ұқсас. Олардың негізгі айырмашылығы - теріс электрод пластиналарының материалы; KN аккумуляторларында олар кадмий, ал ЖН батареяларында темір. KN батареялары ең көп қолданылады.

Сілтілік батареялар негізінен ламельді электродтармен шығарылады. Оларда белсенді массалар ламеллалармен қоршалған - саңылаулары бар жалпақ жәшіктер. Зарядталған батареяның оң пластинкаларының белсенді массасы негізінен гидратталған никель оксидінен (Ni) Ni2O3 x H2O немесе NiOOH тұрады. Сонымен қатар, оның құрамында электр өткізгіштігін арттыру үшін қосылатын графит бар. KN аккумуляторларының теріс пластиналарының белсенді массасы губкалы кадмийдің темір ұнтағымен қоспасынан, ал ZhN аккумуляторларының - қысқартылған темір ұнтағынан тұрады. Электролит - құрамында аз мөлшерде LiOH бар калий гидроксидінің ерітіндісі.

KN батареясының жұмысы кезінде болатын процестерді қарастырайық. Батарея зарядсызданған кезде кадмий тотығады.

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

Ал NiOOH қалпына келтірілді:

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

Бұл жағдайда электрондар кадмий электродынан никель электродқа сыртқы тізбек бойымен беріледі. Кадмий электроды анод қызметін атқарады және теріс зарядталады, ал никель электроды катод қызметін атқарады және оң зарядталады.

KN аккумуляторында оның жұмысы кезінде болатын жалпы реакцияны соңғы екі электрохимиялық теңдеуді қосу арқылы алынған теңдеу арқылы көрсетуге болады:

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

Е.м.ф. зарядталған никель-кадмий батареясының қуаты шамамен 1,4 В. Батарея жұмыс істегенде (разрядталады), оның терминалдарындағы кернеу төмендейді. Ол 1 В төмен түссе, батарея зарядталады.

Аккумуляторды зарядтау кезінде оның электродтарындағы электрохимиялық процестер «керісінше» жүреді. Металл тотықсыздануы кадмий электродында жүреді

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

Никельде - никель гидроксидінің тотығуы (P):

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

Зарядтау кезіндегі жалпы реакция разряд кезінде болатын реакцияға қарама-қарсы:

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

НИКЕЛДІК-КАДМИИЙ БАТАРЕЯЛАРЫ

Никель-кадмий батареяларының ерекше тобы - тығыздалған батареялар. Зарядтың соңында бөлінетін оттегі кадмийді тотықтырады, сондықтан батареядағы қысым көтерілмейді. Оттегінің пайда болу жылдамдығы төмен болуы керек, сондықтан батарея салыстырмалы түрде төмен токпен зарядталады.

Жабық батареялар дискілерге бөлінеді,

цилиндрлік және тікбұрышты.

Нығыздалған тікбұрышты никель-кадмий батареялары

теріс керметсіз кадмий оксиді электродтармен немесе керметтік кадмий электродтарымен өндіріледі.

ЖАБЫЛҒАН БАТАРЕЯЛАР

Кеңінен қолданылатын қышқылдық батареялар,

классикалық технологияны қолдану арқылы жасалған, көп қиындық тудырады

және адамдар мен жабдықтарға зиянды әсер етеді. Олар ең көп

арзан, бірақ оларды ұстау үшін қосымша шығындарды талап етеді,

арнайы үй-жайлар мен қызметкерлер.

«DRYFIT» ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БАТАРЕЯЛАР

Қышқыл батареялардың ішіндегі ең ыңғайлысы және қауіпсізі

толығымен техникалық қызмет көрсетпейтін герметикалық батареялар

VRLA (клапанмен реттелетін қорғасын қышқылы) технологияны қолдану арқылы өндіріледі

«драйфит». Бұл батареялардағы электролит желе тәрізді күйде. Бұл батареялардың сенімділігіне және олардың жұмыс қауіпсіздігіне кепілдік береді.

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ:

1. Деордиев С.С.

Батареялар және оларға күтім жасау.

Қ.: Техника, 1985. 136 б.

2. Электротехникалық анықтамалық.

3 томда Т.2. Электрлік өнімдер мен құрылғылар/төмен

жалпы ред. Мәскеу энергетикалық институтының профессорлары (бас редактор И.Н. Орлов) және т.б. 6корр. және қосымша

М.: Энергоатимиздат, 1986. 712 б.

3. Н.Л.Глинка.

Жалпы химия.

«Химия» баспасы 1977 ж.

4. Баготский В.С., Скундин А.М.

Химиялық ток көздері.

М.: Энергоиздат, 1981. 360 б.

«Ғылым және технология» ғылыми-зерттеу орталығы ұсынған мәтін
Жарияланымның электрондық нұсқасына құқықтар N&T (www.n-t.org) компаниясына тиесілі.

Кітапта химиялық қуат көздерінің (батареялар мен аккумуляторлар) құрылымы, жұмыс істеу принциптері және сипаттамалық ерекшеліктері туралы ақпарат бар. Сіз бұл кітаптан өзіңізге қажет батареялар мен аккумуляторларды қалай таңдауға болатынын, оларды дұрыс зарядтау және қалпына келтіруді үйренесіз.

• Анод батареяның оң терминалы болып табылады.
• Батарея – қамтамасыз ету үшін тізбектей және/немесе параллель қосылған екі немесе одан да көп ұяшықтар қажетті кернеужәне ағымдағы.
• Ішкі кедергі - оммен өлшенетін элемент арқылы өтетін токтың кедергісі. Кейде ішкі кедергі деп аталады.
• Шығарылатын энергия - бұл батареялардың зарядсыздану уақытындағы орташа кернеуге көбейтілген қуат тұтынуы, ватт сағатпен (Вт сағ) көрсетілген.
• Сыйымдылық – ампер сағатымен (Ач) немесе кулонмен (1 Ah = 3600 С) өрнектелетін белгілі разряд жағдайында аккумулятор шығаратын электр энергиясының мөлшері.
• Заряд - бұл жинақталған химиялық энергияға айналу үшін элементке берілетін электр энергиясы.
• Катод батареяның теріс терминалы болып табылады.
• Компенсаторлық зарядтау – батареяны толық зарядталған күйге келтіру және оны осы күйде ұстау үшін тұрақты токты пайдаланатын әдіс.
• Өшіру кернеуі - белгілі бір разряд жағдайында батарея пайдалы энергияны жеткізуге қабілетті ең төменгі кернеу.
• Ашық тізбектегі кернеу - бұл ток күші болмаған кезде батареяның сыртқы терминалдарындағы кернеу.
• Номиналды кернеу - бұл өте төмен жылдамдықпен зарядсызданған кезде толық зарядталған батареядағы кернеу.
• Қалқымалы заряд - бұл әр түрлі жоғалтуларды өтеу үшін таңдалған тұрақты кернеуді қолдану арқылы қайта зарядталатын батареяны толық зарядталған күйде ұстау әдісі.
• Энергия тығыздығы - бұл элемент энергиясының оның массасына немесе көлеміне қатынасы, масса немесе көлем бірлігіне ватт сағатпен көрсетілген.
• Поляризация - элементтердің құрамдас бөліктерінің химиялық құрамының өзгеруінен туындаған кернеудің төмендеуі (разряд кезіндегі кез келген уақытта ашық тізбектегі кернеу мен кернеу арасындағы айырмашылық).
• Разряд - бұл элементтен сыртқы тізбекке электр энергиясын тұтыну. Терең разряд - бұл элементтің барлық сыйымдылығы дерлік пайдаланылған күй. Таяз разряд - бұл жалпы қуаттың аз бөлігі тұтынылатын разряд.
• Сепаратор - электродтарды бір-бірінен оқшаулау үшін қолданылатын материал. Ол кейде құрғақ жасушаларда электролит ұстайды.
• Жарамдылық мерзімі - қалыпты жағдайда (20oC) сақталған элемент өзінің бастапқы сыйымдылығының 90% сақтайтын уақыт кезеңі.
• Тұрақтылық - бұл толық зарядсыздану режимінде батарея энергияны шығаратын кернеудің біркелкілігі.
• Элемент – химиялық энергияны электр энергиясына түрлендіруге қабілетті негізгі бірлік. Ол жалпы электролитке батырылған оң және теріс электродтардан тұрады.
• Электрод - электролитпен әрекеттесу кезінде ток тасымалдаушыларын шығаруға қабілетті өткізгіш материал.
• Электролит - бұл жасушадағы заряд тасымалдаушыларды өткізетін материал.
• Цикл – элементті зарядтау мен зарядсыздандырудың бір тізбегі.

Ағылшынша терминдер

• Батарея - қыздыру батареясы
• қышқылды сақтау батареясы – қышқылды (қорғасын) аккумулятор батареясы
• ауа батареясы - ауа-металл элементі
• сілтілі батарея - (бастапқы) сілтілі ұяшық
• сілтілі аккумулятор - сілтілі марганец-мырыш элементі
• сілтілі құрғақ батарея - құрғақ сынап-мырыш элементі
• сілтілі құрғақ батарея - құрғақ сілтілі ұяшық
• сілтілі марганец батареясы - сілтілі марганец-цинк элементі
• сілтілі аккумулятор - сілтілі батарея
• сілтілі аккумулятор - сілтілі батарея
• анодты батарея - анодты батарея
• B батареясы - анодты батарея
• Бансен батареясы - (азот қышқылы-мырыш) Бунсен ұяшығы
• сөмке типті аккумулятор - қуыршақпен тостаған (бастапқы) элемент
• теңдестіру батареясы - буферлік батарея
• аккумулятор - батарея
• ығыстырғыш батарея - ығысу батарея элементі, торлы батарея элементі
• ығыстырғыш батарея - ығысу батареясы, торлы батарея
• бихромат батареясы - бихромат ерітіндісі бар (бастапқы) ұяшық
• буферлі аккумулятор - буферлік батарея
• айналма батарея - буферлік батарея
• C батареясы - ығысу батареясы, торлы батарея
• Кларк батареясы - (сынап-мырыш) Кларк ұяшығы
• кадмий қалыпты батарея - (сынап-кадмий) Weston қалыпты ұяшық
• кадмий-күміс-оксидті аккумулятор - кадмий оксиді гальваникалық элемент
• көміртекті аккумулятор - көміртекті электроды бар (бастапқы) ұяшық
• көмір-мырыш аккумуляторы - мырыш аноды мен көміртегі катоды бар (құрғақ) ұяшық
• ұяшық - элемент, ұяшық, гальваникалық элемент (бастапқы ұяшық, батарея немесе отын элементі)
• химиялық батарея – химиялық ток көздерінің батареясы
• зарядталатын батарея - қайта зарядталатын элемент
• мыс-мырыш батареясы - мыс-мырыш ұяшық
• қарсы (электр қозғалтқыш) батарея - қарсы элемент
• Даниел батареясы - (мыс-мырыш) Даниел ұяшығы
• ыдырау батареясы – электролиттік ыдыраудың (жүйірлік) реакциясы бар ұяшық
• дихроматты аккумулятор - (бастапқы) бихромат ерітіндісі бар ұяшық
• орын ауыстыру батареясы – электролиттік ауыстыру реакциясы бар (жүйірлік) ұяшық
• екі валентті күміс оксидті батарея – күмістің екі валентті күйге дейін тотығуы бар ұяшық
• қос сұйықтықты батарея - екі сұйықтықты элемент
• барабан қоймасы - никель-мырыш батареясы
• құрғақ батарея - құрғақ ұяшық
• құрғақ батарея - құрғақ батарея
• құрғақ зарядталған аккумулятор – құрғақ зарядталған аккумулятор батареясы
• құрғақ зарядталған батарея - құрғақ зарядталған батарея
• Эдисон батареясы - никель-темір батарея
• электр аккумуляторы - гальваникалық аккумулятор (бастапқы элементтердің, аккумуляторлардың немесе отын элементтерінің батареясы)
• электр батареясы - гальваникалық элемент (бастапқы элемент), батарея немесе отын элементі
• авариялық батареялар - авариялық батареялар
• авариялық батарея - авариялық батарея
• соңғы батареялар - қосалқы батареялар
• Фарадей батареясы - Фарадей ұяшығы
• Faure сақтау батареясы - жабыстырылған пластиналары бар батарея
• жіпті батарея - жіпті батарея
• қалқымалы батарея - қосалқы батарея (негізгі батареяға параллель қосылған)
• Грена батареясы - (мырыш дихроматы) Грена ұяшығы
• гальваникалық батарея - гальваникалық элемент режиміндегі электрохимиялық элемент
• торлы аккумулятор - торлы аккумулятор, орын ауыстыру батареясы
• торлы батарея - ығысу батареясы, торлы батарея
• Lalande аккумуляторы - (сілтілі мыс мырыш оксиді) Lalande ұяшығы
• Лекланш батареясы - (марганец-мырыш) Лекланш ұяшығы
• қорғасын (-қышқылды) аккумулятор – қышқылды (қорғасын) аккумулятор
• қорғасын-қышқылды (қорғасын-сақтау) аккумулятор – қорғасын (қышқылды) аккумулятор батареясы
• қорғасын-кальций батареясы - қорғасын-кальций элементі
• қорғасын-диоксидті бастапқы батарея - қорғасын диоксиді бастапқы ұяшық
• желілік батарея - буферлік батарея
• литий батареясы - литий аноды бар ұяшық
• литий-темір сульфидті екінші батарея - темір-литий хлоридті батарея
• литий-күміс хроматты батарея - күміс-литий хроматты ұяшық
• литий-су батареясы - литий-су элементі
• ұзақ суға төзімді батарея - су басқан күйде ұзақ сақтау мерзімі бар батареялар батареясы
• магний батареясы - магний аноды бар бастапқы ұяшық
• магний сынапты оксидті аккумулятор - магний-оксидті-сынапты батарея
• магний-хлоридті аккумулятор - мыс-магний хлоридті ұяшық
• магний-күміс хлоридті батарея - күміс-магний хлоридті ұяшық
• магний-су батареясы - магний-су батареясы
• сынап батареясы - (құрғақ) сынапты-мырыш элементі
• сынапты батарея - (құрғақ) сынапты-мырыш элементтерінің батареясы
• металл-ауа сақтау батареясы - металл ауа батареясы
• никад (никель-кадмий) батареясы - никель-кадмий батареясы
• никель-кадмий батареясы - никель-кадмий батареясы
• никель-темір батарея - никель-темір батарея
• никель-темір батарея - никель-темір батарея
• Өсімдік батареясы - зығыр сепараторы бар қорғасын (қышқыл) аккумулятор
• пилоттық батарея - басқару батареясының батареясы
• пластиналы батарея - анодты батарея
• қосылатын батарея - ауыстырылатын батарея
• портативті батарея - портативті батарея
• бастапқы батарея - (бастапқы) элемент
• бастапқы батарея - (бастапқы) ұяшықтардың батареясы
• тыныш батарея - микрофон батареясы
• Рубен батареясы - (құрғақ) сынап-мырыш элементі
• қайта зарядталатын батарея – аккумулятор батареясы
• қайта зарядталатын батарея - қайта зарядталатын элементтердің батареясы
• резервтік аккумулятор – резервтік аккумулятордың гальваникалық элементі
• ринг батареясы – ринг (телефон) батареясы
• саль-аммиак батареясы - аммоний тұздарының ерітінділері бар (бастапқы) ұяшық
• қаныққан стандартты батарея - қаныққан қалыпты ұяшық
• герметикалық батарея - герметикалық батарея
• герметикалық батарея - герметикалық (бастапқы) элемент
• қосалқы батарея – аккумулятор батареясы
• сигналдық батарея – шақырушы (телефон) батареясы
• күміс-кадмий аккумуляторы - күміс-кадмий батареяларының батареясы
• күміс-оксидті батарея - күміс катодты (бастапқы) ұяшық
• күміс-мырыш бастапқы батарея - күміс-мырыш бастапқы ұяшық
• күміс-мырыш аккумуляторы - күміс-мырыш батареяларының батареясы
• күн батареясы - күн батареясы
• стандартты Daniel батареясы - (мыс-мырыш) қалыпты Даниел ұяшығы
• күту режиміндегі батарея - апаттық батарея
• стационарный аккумулятор – стационарный аккумулятор батареясы – аккумулятор батареясы
• сөйлейтін батарея - микрофон батареясы
• Кернеу батареясы - Вольта элементі; металл электродтары мен сұйық электролиті бар элемент
• Weston (стандартты) аккумулятор - (сынап-кадмий) қалыпты Weston ұяшығы
• дымқыл батарея - сұйық электролиті бар ұяшық
• мырыш-ауа батареясы - мырыш ауа элементтерінің батареясы
• мырыш-хлорлы аккумулятор - мырыш хлорлы батарея
• мырыш-мыс-оксидті аккумулятор - мыс-мырыш оксидті ұяшық
• мырыш-темір батарея - мырыш темір ұяшық
• мырыш-марганец диоксидті батарея - марганец-мырыш элементтерінің батареясы
• мырыш-сынап-оксидті аккумулятор - мырыш-сынап оксиді элементі
• мырыш-никельді аккумулятор - никель-цинк батареясы
• мырыш-күміс-хлоридті біріншілік батарея - күміс-мырыш хлоридті бастапқы ұяшық

Кіріспе

Химиялық ток көздері (ХҚҚ) көптеген жылдар бойы біздің өміріміздің бір бөлігіне айналды. Күнделікті өмірде тұтынушы пайдаланылған HIT арасындағы айырмашылықтарға сирек назар аударады. Ол үшін бұл батареялар мен аккумуляторлар. Олар әдетте шамдар, ойыншықтар, радиолар немесе автомобильдер сияқты құрылғыларда қолданылады.

Көбінесе батареялар мен аккумуляторлар сыртқы түрімен ерекшеленеді. Бірақ батареялар сияқты жасалған батареялар бар. Мысалы сыртқы түрі KNG-1D батареясының классикалық R6C AA батареяларынан айырмашылығы аз. Және керісінше. Қайта зарядталатын батареялар мен диск түріндегі батареялар да сыртқы түрі бойынша ерекшеленбейді. Мысалы, D-0,55 аккумуляторы және түймелі сынап элементі (батарея) RC-82.

Оларды ажырату үшін тұтынушы HIT корпусындағы белгілерге назар аударуы керек. Батареялар мен аккумуляторлардың корпустарына қолданылатын белгілер суреттер мен кестелердің 1 және 2 тарауларында сипатталған. Бұл құрылғының қуат көзін дұрыс таңдау үшін қажет.

Портативті аудио, бейне және басқа энергияны көп қажет ететін жабдықтардың пайда болуы HIT энергия сыйымдылығын, олардың сенімділігі мен ұзақ мерзімділігін арттыруды талап етті.

Бұл кітап техникалық сипаттамалар мен оңтайлы HIT таңдау әдістерін, батареялар мен аккумуляторларды зарядтау, қалпына келтіру, пайдалану және қызмет ету мерзімін ұзарту әдістерін сипаттайды.

Оқырманға химиялық қалдықтардың қауіпсіздігі мен жойылуына қатысты сақтық шараларын ескертеді.

Қуатты тұтыну салыстырмалы түрде жоғары болған жағдайда (10Ач), батареялар қолданылады, негізінен қышқылды батареялар, сондай-ақ никель-темір және никель-кадмий. Олар портативті компьютерлерде (ноутбук, ноутбук, пальмтоп), киілетін байланыс құралдарында, апаттық жарықтандыруда және т.б.

Кітапта автокөлік аккумуляторларының орны ерекше. Батареяларды зарядтауға және қалпына келтіруге арналған құрылғылардың схемалары берілген және 5...8 жыл жұмыс істеуге техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейтін «dryfit» технологиясы бойынша жасалған жаңа тығыздалған аккумуляторлар сипатталған. Олар адамдарға немесе жабдыққа зиянды әсер етпейді.

Соңғы жылдары мұндай аккумуляторлар компьютерлер мен электромеханикалық жүйелердің резервтік қуат көздерінде кеңінен қолданылды, олар мүмкін болатын ең жоғары жүктемелерге және өмірлік маңызды жүйелерді авариялық қуатпен қамтамасыз етуге арналған энергияны жинайды.

Әр тараудың басында аккумуляторлар мен аккумуляторларды сипаттауда және таңбалауда қолданылатын арнайы ағылшын терминдерінің глоссарийі берілген. Кітаптың соңында терминдердің жиынтық сөздігі берілген.

Практикалық қызығушылық тудыратын қолданбалардың кең ауқымы үшін CCI негізгі сипаттамалары В.1 кестесінде келтірілген.

1-тарау
ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ ТОҚ КӨЗДЕРІ, БІР БІР ӘРЕКЕТ

Бір реттік гальваникалық ток көздері - бұл сепаратордың белсенді материалымен сіңірілген электролит және электродтар (анод және катод) бар біртұтас ыдыс, сондықтан оларды құрғақ элементтер деп атайды. Бұл термин құрамында сұйық электролит жоқ барлық жасушаларға қатысты қолданылады. Кең таралған құрғақ жасушаларға мырыш-көміртекті немесе Лекланш жасушалары жатады.

Құрғақ ұяшықтар төмен токтарда және үзік-үзік жұмыс режимдерінде қолданылады. Сондықтан мұндай элементтер телефондарда, ойыншықтарда, дабыл жүйелерінде және т.б.

Құрғақ элементтерді қолданатын құрылғылардың ауқымы өте кең болғандықтан және сонымен қатар олар мерзімді ауыстыруды қажет етеді, олардың өлшемдері үшін стандарттар бар. Әртүрлі өндірушілер шығарған 1.1 және 1.2 кестелерде келтірілген элементтердің өлшемдері түйреуіштердің орналасуына және олардың техникалық сипаттамаларында көрсетілген басқа да ерекшеліктеріне байланысты аздап ерекшеленуі мүмкін екенін атап өткен жөн.

Разрядтау процесі кезінде құрғақ элементтердің кернеуі номиналды кернеуден өшіру кернеуіне дейін төмендейді (кесу кернеуі - бұл аккумулятор ең аз энергияны бере алатын ең төменгі кернеу), яғни. әдетте қолданбаға байланысты 1,2В-тан 0,8В/клетка. Элементке қосылған кезде разряд болған жағдайда тұрақты қарсылықтізбекті жапқаннан кейін оның терминалдарындағы кернеу бастапқы кернеуден біршама аз белгілі бір мәнге дейін күрт төмендейді. Бұл жағдайда өтетін ток бастапқы разрядтық ток деп аталады.

Құрғақ ұяшықтың функционалдығы ток тұтынуына, өшіру кернеуіне және разряд жағдайларына байланысты. Разряд тогы азайған сайын элементтің тиімділігі артады. Құрғақ жасушалар үшін 24 сағаттан аз уақытқа созылған разрядты жоғары жылдамдықты разряд ретінде жіктеуге болады.

Құрғақ ұяшықтың электрлік сыйымдылығы бастапқы разрядқа байланысты сағаттарда берілген соңғы кернеуде тіркелген кедергі арқылы разрядтау үшін көрсетілген және графикте немесе кестеде көрсетілген. Белгілі бір батарея үшін өндірушінің кестесін немесе кестесін қолданған жөн. Бұл өнімнің ерекшеліктерін ескеру қажеттілігінен ғана емес, сонымен қатар әр өндірушінің өз өнімдерін тиімді пайдалану бойынша өз ұсыныстарын беретіндігімен байланысты. 1.3-кестеде және 1.5-кестеде біздің дүкендердің сөрелерінде соңғы уақытта жиі кездесетін гальваникалық элементтердің техникалық сипаттамалары берілген.

Батареяның ішкі кедергісі қажет токты шектеуі мүмкін, мысалы, жарқыл камерасында пайдаланылғанда. Батарея қысқа уақыт бойы бере алатын бастапқы тұрақты ток флэш ток деп аталады. Элемент түрінің белгілеуінде бар әріптік белгілер, олар тікелей және айнымалы токта өлшенетін элементтің жарқыл токтары мен ішкі кедергісіне сәйкес келеді (1.4 кесте). Жарқ ету тогы мен ішкі кедергіні өлшеу өте қиын, ұяшықтардың жарамдылық мерзімі ұзақ болуы мүмкін, бірақ жарқыл тоғы төмендеуі мүмкін.

1.1. ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ КЕЛТОРЛАР ТҮРЛЕРІ

Көміртек-мырыш элементтері

Көміртек-мырыш элементтері (марганец-мырыш) ең көп таралған құрғақ элементтер болып табылады. Көміртек-мырыш жасушаларында марганец диоксиді (MnO2) анодымен, аммоний хлориді электролитімен және мырыш катодымен байланыста пассивті (көміртек) ток жинағышты пайдаланады. Электролит паста түрінде болады немесе кеуекті диафрагманы сіңдіреді. Мұндай электролит аздап қозғалғыш және таралмайды, сондықтан элементтер құрғақ деп аталады.

Көміртек-мырыш элементінің номиналды кернеуі 1,5 В.

Құрғақ элементтердің цилиндрлік пішіні, 1.1-суреті, дискінің пішіні, 1.2-суреті және тікбұрышты пішіні болуы мүмкін. Тікбұрышты элементтердің дизайны дискілік элементтерге ұқсас. Мырыш аноды цилиндрлік шыны түрінде жасалған, ол да ыдыс болып табылады. Диск элементтері мырыш табақшасынан, электролит ерітіндісімен сіңдірілген картон диафрагмадан және оң электродтың сығылған қабатынан тұрады. Диск элементтері бір-бірімен тізбектей жалғанған, нәтижесінде алынған батарея оқшауланған және қорапқа салынған.

Көмір-мырыш элементтері пайдаланудағы үзіліс кезінде «қалпына келтіріледі». Бұл құбылыс разряд процесі кезінде пайда болатын электролиттік құрамдағы жергілікті біртекті еместердің бірте-бірте теңестірілуіне байланысты. Мерзімді «демалу» нәтижесінде элементтің қызмет ету мерзімі ұзарады.

Суретте. 1.3-суретте тұрақтымен салыстырғанда үзіліссіз жұмыс режимін пайдалану кезінде D-элементінің жұмыс уақытының ұлғаюын көрсететін үш өлшемді диаграмма келтірілген. Бұл элементтерді қарқынды пайдалану кезінде ескерілуі керек (және бір жиынтықта функционалдылықты қалпына келтіру үшін жеткілікті уақыт кезеңі болуы үшін жұмыс істеу үшін бірнеше жиынтықты пайдаланыңыз. Мысалы, ойнатқышты пайдаланған кезде, батареялардың бір жинағын пайдалану ұсынылмайды. қатарынан екі сағаттан астам екі жинақты ауыстырған кезде жұмыс уақыты элементтері үш есе артады.

Көміртек-мырыш элементтерінің артықшылығы олардың салыстырмалы түрде төмен құны болып табылады. Елеулі кемшіліктерге разряд кезінде кернеудің айтарлықтай төмендеуі, қуаттың төмен тығыздығы (5...10 Вт/кг) және сақтау мерзімінің қысқа болуы жатады.

Төмен температура гальваникалық элементтерді пайдалану тиімділігін төмендетеді, ал батареяның ішкі жылытуы оны арттырады. Гальваникалық элементтің сыйымдылығына температураның әсері суретте көрсетілген. 1.4. Температураның жоғарылауы электролит құрамындағы сумен мырыш электродының химиялық коррозиясын және электролиттің кебуін тудырады. Бұл факторларды батареяны жоғары температурада ұстап тұру және алдын ала жасалған тесік арқылы жасушаға тұзды ерітінді енгізу арқылы біршама өтеуге болады.

Сілтілік элементтер

Көміртек-мырыш жасушалары сияқты, сілтілі жасушалар MnO2 анодын және бөлінген электролиті бар мырыш катодын пайдаланады.

Сілтілік жасушалар мен көміртегі-мырыш жасушаларының арасындағы айырмашылық сілтілі электролит қолдану болып табылады, нәтижесінде разряд кезінде газдың бөлінуі іс жүзінде болмайды және оларды герметикалық түрде жабуға болады, бұл олардың бірқатар қолданулары үшін өте маңызды. .

Сілтілік элементтердің кернеуі бірдей жағдайларда көміртегі-мырыш жасушаларының кернеуінен шамамен 0,1 В төмен. Сондықтан бұл элементтер бір-бірін алмастырады.

Сілтілік электролиті бар жасушалардың кернеуі тұз электролиті бар жасушаларға қарағанда айтарлықтай аз өзгереді. Сілтілік электролиті бар ұяшықтар да жоғары меншікті энергияға (65...90 Вт/кг), меншікті қуатқа (100...150 кВт/м3) және ұзақ сақтау мерзіміне ие.

Марганец-мырыш элементтерін және аккумуляторларды зарядтау асимметриялық айнымалы ток арқылы жүзеге асырылады. Сіз ұяшықтарды кез келген концентрациядағы тұз немесе сілтілі электролитпен зарядтай аласыз, бірақ тым разрядсыз және зақымдалған мырыш электродтары жоқ. Белгіленген жарамдылық мерзімі ішінде осы түрдегіұяшықты немесе батареяны пайдалансаңыз, функционалдылықты бірнеше рет қалпына келтіруге болады (6...8 рет).

Құрғақ аккумуляторлар мен ұяшықтарды зарядтау қажетті түрдегі зарядтау тогын алуға мүмкіндік беретін арнайы құрылғыдан жүзеге асырылады: зарядтау және разрядтау компоненттерінің қатынасы 10:1 және осы компоненттердің импульс ұзақтығының қатынасы 1: 2. Бұл құрылғы сағат батареяларын зарядтауға және ескі шағын батареяларды іске қосуға мүмкіндік береді. Сағат батареяларын зарядтау кезінде зарядтау тогы 2 мА аспауы керек. Зарядтау уақыты 5 сағаттан аспайды. Батареяларды зарядтауға арналған мұндай құрылғының диаграммасы 2-суретте көрсетілген. 1.5.

Мұнда зарядталып жатқан аккумулятор резисторлары бар диодтардың параллель жалғанған екі тізбегі арқылы қосылады. Асимметриялық заряд тогы резисторлардың кедергілерінің айырмашылығы нәтижесінде алынады. Зарядтың аяқталуы аккумулятордағы кернеудің өсуін тоқтатумен анықталады. Трансформатордың қайталама кернеуі зарядтағышшығыс кернеуі элементтің номиналды кернеуінен 50...60% асатындай таңдалады.

Сипатталған құрылғыны пайдаланып батареяны зарядтау уақыты шамамен 12...16 сағат болуы керек. Зарядтау сыйымдылығы батареяның номиналды сыйымдылығынан шамамен 50% артық болуы керек.

Сынап элементтері

Сынап элементтері сілтілі элементтерге өте ұқсас. Олар сынап оксидін (HgO) пайдаланады. Катод мырыш ұнтағы мен сынап қоспасынан тұрады. Анод пен катод 40% сілті ерітіндісімен сіңдірілген сепаратормен және диафрагмамен бөлінген.

Бұл элементтерде бар ұзақ мерзімдерсақтау және жоғары сыйымдылықтар (бірдей көлемде). Сынап элементінің кернеуі сілтілі элементке қарағанда шамамен 0,15 В төмен.

Сынап элементтері жоғары меншікті энергиямен (90...120 Вт/кг, 300...400 кВт/м3), кернеу тұрақтылығымен және жоғары механикалық беріктігімен сипатталады.

Шағын өлшемді құрылғылар үшін RC-31S, RC-33S және RC-55US үлгілерінің жаңартылған элементтері жасалды. RC-31S және RC-55US элементтерінің меншікті энергиясы 600 кВт/м3, RC-33S элементтерінің меншікті энергиясы 700 кВт/м3. RC-31S және RC-33S элементтері сағаттарды және басқа жабдықты қуаттандыру үшін қолданылады. RC-55US элементтері медициналық жабдыққа, атап айтқанда имплантацияланатын медициналық құрылғыларға арналған.

RC-31S және RC-33S элементтері сәйкесінше 10 және 18 мкА токтарда 1,5 жыл жұмыс істейді, ал RC-55US элементі имплантацияланған медициналық құрылғылардың жұмысын 5 жыл бойы қамтамасыз етеді. 1.6-кестеден көрінетіндей, бұл элементтердің номиналды сыйымдылығы олардың белгілеуіне сәйкес келмейді.

Сынап элементтері 0-ден +50oС-қа дейінгі температура диапазонында жұмыс істейді, суыққа төзімді RC-83X және RC-85U және ыстыққа төзімді RC-82T және RC-84 элементтері бар, олар +70oC температурада жұмыс істей алады; . Мырыш ұнтағының (теріс электрод) орнына индий және титан қорытпалары қолданылатын элементтердің модификациялары бар.

Сынап тапшы және улы болғандықтан, сынап жасушаларын толық пайдаланғаннан кейін тастауға болмайды. Оларды қайта өңдеу керек.

Күміс элементтер

Олардың Ag2O және AgO-дан жасалған «күміс» катодтары бар. Олардың кернеуі салыстырмалы жағдайларда көміртегі-мырышқа қарағанда 0,2 В жоғары.

Литий жасушалары

Олар литий анодтарын, органикалық электролиттерді және әртүрлі материалдардан жасалған катодтарды пайдаланады. Олардың сақтау мерзімі өте ұзақ, энергия тығыздығы жоғары және оларда су жоқ болғандықтан кең температура диапазонында жұмыс істейді.

Литий барлық металдарға қатысты ең жоғары теріс потенциалға ие болғандықтан, литий жасушалары минималды өлшемдері бар ең жоғары номиналды кернеумен сипатталады (1.6-сурет). Техникалық сипаттамалитий гальваникалық элементтер 1.7-кестеде келтірілген.

Мұндай элементтерде әдетте еріткіш ретінде органикалық қосылыстар қолданылады. Еріткіштер бейорганикалық қосылыстар да болуы мүмкін, мысалы, SOCl2, олар да реактивті заттар болып табылады.

Иондық өткізгіштік үлкен аниондары бар тұздарды еріткіштерге енгізу арқылы қамтамасыз етіледі, мысалы: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. Арнайы электр өткізгіштіксусыз электролит ерітінділері сулы ерітінділердің өткізгіштігінен 1...2 рет төмен. Сонымен қатар, олардағы катодтық процестер әдетте баяу жүреді, сондықтан сусыз электролиттері бар жасушаларда ток тығыздығы төмен.

Литий жасушаларының кемшіліктері литийдің жоғары бағасына және оларды өндіруге қойылатын ерекше талаптарға (инертті атмосфераның қажеттілігі, сусыз еріткіштерді тазарту) байланысты салыстырмалы түрде жоғары құнын қамтиды. Сондай-ақ кейбір литий жасушалары ашылған жағдайда жарылғыш болатынын ескеру қажет.

Мұндай элементтер әдетте 1,5 В және 3 В кернеуі бар түймелі дизайнда жасалады. Олар тұрақты режимде шамамен 30 мкА немесе үзіліс режимінде 100 мкА тұтынуы бар тізбектерді сәтті қамтамасыз етеді. Литий жасушалары жад схемалары, өлшеу құралдары және басқа да жоғары технологиялық жүйелер үшін резервтік қуат көздерінде кеңінен қолданылады.

1.2 ТАРАУ ӘЛЕМНІҢ ЖЕТЕКШІ КОМПАНИЯЛАРЫНДАҒЫ БАТАРЕЯЛАР

Соңғы онжылдықтарда Лекланш элементтерінің сілтілі аналогтарын, оның ішінде мырыш ауасын өндіру көлемі артты (В1 кестені қараңыз).

Мысалы, Еуропада сілтілі марганец-мырыш элементтерінің өндірісі 1980 жылы дами бастады, ал 1983 жылы ол жалпы өнім көлемінің 15%-ына жетті.

Бос электролиттерді пайдалану автономдыларды пайдалану мүмкіндіктерін шектейді және негізінен стационарлық HIT-те қолданылады. Сондықтан көптеген зерттеулер адам денсаулығы мен қоршаған ортаға елеулі қауіп төндіретін сынап пен кадмий сияқты элементтерден таза құрғақ жасушалар немесе қоюланған электролиті бар жасушаларды жасауға бағытталған.

Бұл тенденция сілтілі химиялық заттардың классикалық тұз элементтерімен салыстырғандағы артықшылықтарының салдары болып табылады:

жабыстырылған анодты қолдану есебінен разрядтық ток тығыздықтарының айтарлықтай артуы;

белсенді массалардың жүктелуін арттыру мүмкіндігі есебінен химиялық жылыту жабдығының қуаттылығын арттыру;

сілтілі электролиттегі диоттегінің электрототықсыздану реакциясында бар катодты материалдардың белсенділігінің жоғары болуына байланысты мырыш ауа композицияларын (6F22 типті элементтер) құру.

Duracell аккумуляторлары (АҚШ)

Duracell бір реттік сілтілі гальваникалық көздерді өндіруде әлемде танылған көшбасшы болып табылады. Компанияның тарихы 40 жылдан асады.

Компанияның өзі Америка Құрама Штаттарында орналасқан. Еуропада оның зауыттары Бельгияда орналасқан. Мұнда және шетелде тұтынушылардың пікірінше, Duracell аккумуляторлары танымалдылық, пайдалану ұзақтығы және баға-сапаның арақатынасы бойынша жетекші орынды алады.

Duracell-дің Украина нарығында пайда болуы біздің тұтынушылардың назарын аударды.

Литий көздеріндегі разряд тоғының тығыздығы жоғары емес (басқа HIT-термен салыстырғанда), 1 мА/см2 (14-бетті қараңыз). Кепілдендірілген сақтау мерзімі 10 жыл және ток разряды төмен болғандықтан, Duracell литий жасушаларын жоғары технологиялық жүйелерде пайдалану ұтымды.

Титан диоксиді (TiO2) және басқа да технологиялық мүмкіндіктерді пайдаланатын АҚШ патенті бар EXRA-POWER технологиясы Duracell марганец-мырыш химиялық реакторларының қуаты мен тиімділігін арттыруға көмектеседі.

Duracell сілтілі жасушаларының болат корпусының ішінде иненің катодымен байланыста паста тәрізді электролит ұстайтын цилиндрлік графит жинағышы бар.

Элементтердің кепілдік берілген жарамдылық мерзімі 5 жылды құрайды, сонымен бірге қаптамада көрсетілген элементтің сыйымдылығына жарамдылық мерзімінің соңында кепілдік беріледі.

Duracell HIT техникалық сипаттамалары 1.8-кестеде келтірілген.

Varta концернінің аккумуляторлары (Германия)

Varta концерні HIT өндірісі бойынша әлемдік көшбасшылардың бірі болып табылады. Концерннің 25 зауыты 100-ден астам елде орналасқан және аккумулятордың 1000-нан астам түрін шығарады.

Негізгі өндіріс орындарын Стационарлық өнеркәсіптік аккумуляторлар басқармасы алып жатыр. Дегенмен, концерннің зауыттарында сағат батареяларынан бастап герметикалық батареяларға дейін 600-ге жуық вольт элементтерінің түрін АҚШ, Италия, Жапония, Чехия және т.б.-дағы Құрал батареялары департаменті географиялық жағдайына қарамастан тұрақты сапа кепілдігімен шығарады. зауыттың орналасқан жері. Айға алғаш аяқ басқан адамның фотоаппараты Варта батареяларынан қуат алған.

Олар біздің тұтынушыларымызға жақсы таныс және тұрақты сұранысқа ие.

HIT техникалық сипаттамалары нұсқауымен Вартаға қатысты отандық аналогтар 1.9 кестеде келтірілген.

2-ТАРАУ. БАТАРЕЯЛАР

Батареялар электр энергиясының қайта пайдалануға болатын химиялық көзі болып табылады. Олар екі электродтан (оң және теріс), электролиттен және корпустан тұрады. Аккумулятордағы энергияның жинақталуы электродтардың тотығу-тотықсыздануының химиялық реакциясы кезінде жүреді. Батарея заряды таусылғанда кері процестер жүреді. Аккумулятордың кернеуі - бекітілген жүктеме кезіндегі батареяның полюстері арасындағы потенциалдар айырмасы.

Әдебиеттер тізімі

1. Кауфман М., Сидман. А.Г.
   Электроникадағы тізбектерді есептеуге арналған практикалық нұсқаулық. Каталог. 2 томда: Аударма. ағылшын тілінен / Ред. Ф.Н. Покровский. М.: Энергоатимиздат, 1991. 368 б.
2. Терещук Р.М. т.б. шағын өлшемді жабдықтар. Әуесқойлық радио анықтамалығы. Қ.: Наукова Думка, 1975. 557 б.
3. Сена Л.А. Физикалық шамалардың бірліктері және олардың өлшемдері. Оқу-анықтамалық нұсқаулық. 3-бас., қайта қаралған. және қосымша М.: Ғылым. Ч. ред. физика және математика лит., 1988. 432 б.
4. Деордиев С.С. Батареялар және оларға күтім жасау. Қ.: Техника, 1985. 136 б.
5. Электрлік анықтамалық. 3 томда Т.2. Электр бұйымдары мен құрылғылары/жалпы. ред. Мәскеу энергетикалық институтының профессорлары (бас редактор И.Н. Орлов) және т.б. 6 рев. және қосымша М.: Энергоатимиздат, 1986. 712 б.
6. Сандық және аналогтық интегралдық схемалар. Каталог. Ред. С.В.Якубовский. М.: Радио және байланыс, 1990. 496 б.
7. Семушкин С. Қазіргі көздер және олардың қолданылуы. «Радио», 1978. 2.3.
8. Векслер Г.С. Электрмен жабдықтау құрылғыларын есептеу. Қ.: Техника, 1978. 208 б.
9. Лисовский Ф.В., Калугин И.К. Радиоэлектрониканың ағылшынша-орысша сөздігі. 2-бас., қайта қаралған. және қосымша ЖАРАЙДЫ МА. 63 000 термин. М .: орыс. тіл., 1987 ж.
10. Баготский В.С., Скундин А.М. Химиялық ток көздері. М.: Энергоиздат, 1981. 360 б.
11. Crompton T. Бастапқы ток көздері. М.: мир, 1986. 326 б.

Оқуды жалғастыру

Гальваникалық элементтердің әртүрлі түрлері өздерінің химиялық энергиясын электр тогына айналдырады. Олар осындай алғашқы эксперименттер мен зерттеулерді жүргізген итальяндық ғалым Галванидің құрметіне өз есімдерін алды. Электр тогы электролиттегі екі металдың (әдетте мырыш пен мыс) химиялық реакциясы нәтижесінде пайда болады.

Жұмыс принципі

Ғалымдар қышқылы бар ыдыстарға мыс пен мырыш табақшасын орналастырды. Олар өткізгіш арқылы қосылды, біріншісінде газ көпіршіктері пайда болды, ал екіншісі ери бастады. Бұл электр тогының өткізгіш арқылы өтетінін дәлелдеді. Гальваниден кейін Вольт тәжірибелер жүргізді. Ол тік бағанға ұқсас цилиндрлік элемент жасады. Ол қышқылмен алдын ала сіңдірілген мырыш, мыс және мата сақиналарынан тұрды. Бірінші элементтің биіктігі 50 см болды, ал оның тудырған кернеуін адам сезінді.

Жұмыс принципі электролиттік ортадағы металдың екі түрі өзара әрекеттеседі, нәтижесінде ток сыртқы контур арқылы өте бастайды. Қазіргі гальваникалық элементтер мен батареялар батареялар деп аталады. Олардың кернеуі қолданылатын металға байланысты. Құрылғы жұмсақ қаңылтырдан жасалған цилиндрге орналастырылған. Электродтар тотығу және қалпына келтіру шашыратқыштары бар торлар болып табылады.

Химиялық энергияны электр энергиясына айналдыру батареялардың қасиеттерін қалпына келтіру мүмкіндігін болдырмайды. Өйткені, элемент жұмыс істегенде, реагенттер тұтынылады, бұл токтың төмендеуіне әкеледі. Тотықсыздандырғыш агент әдетте литийден немесе мырыштан алынған теріс қорғасын болып табылады. Жұмыс кезінде ол электрондарды жоғалтады. Оң бөлігі металл тұздарынан немесе магний оксидінен жасалған, ол тотықтырғыштың жұмысын орындайды.

Қалыпты жағдайда электролит токтың өтуіне жол бермейді, ол тізбек жабылған кезде ғана иондарға ыдырайды; Бұл өткізгіштіктің пайда болуына себеп болады. Электролит ретінде қышқыл ерітіндісі, натрий немесе калий тұздары қолданылады.

Элементтердің әртүрлілігі

Батареялар құрылғыларды, құрылғыларды, жабдықтарды және ойыншықтарды қуаттандыру үшін қолданылады. Схема бойынша барлық гальваникалық элементтер бірнеше түрге бөлінеді:

• тұзды ерітінді;
• сілтілі;
• литий

Ең танымал - мырыш пен марганецтен жасалған тұзды батареялар. Элемент сенімділікті, сапа мен қолайлы бағаны біріктіреді. Бірақ соңғы уақытта өндірушілер өз өндірісін қысқартады немесе толығымен тоқтатты, өйткені тұрмыстық техниканы шығаратын компаниялар оларға қойылатын талаптарды біртіндеп арттырады. Осы типтегі гальваникалық аккумуляторлардың негізгі артықшылықтары:

• оларды әртүрлі салаларда қолдануға мүмкіндік беретін әмбебап параметрлер;
• оңай жұмыс;
• төмен баға;
• қарапайым шарттарөндіріс;
• қолжетімді және арзан шикізат.

Кемшіліктердің қатарында қысқа қызмет мерзімі (екі жылдан аспайды), төмен температураға байланысты қасиеттердің төмендеуі, токтың жоғарылауымен қуаттың төмендеуі және жұмыс кезінде кернеудің төмендеуі бар. Тұз батареялары зарядсызданған кезде олар ағып кетуі мүмкін, өйткені электродтың оң көлемі электролитті итеріп жібереді. Өткізгіштік графит пен қара көміртегімен артады, белсенді қоспасы марганец диоксидінен тұрады. Қызмет ету мерзімі электролит көлеміне тікелей байланысты.

Өткен ғасырда алғашқы сілтілі элементтер пайда болды. Олардағы тотықтырғыштың рөлін марганец атқарады, ал тотықсыздандырғыш - мырыш ұнтағы. Батарея корпусы коррозияны болдырмау үшін біріктірілген. Бірақ сынапты пайдалануға тыйым салынды, сондықтан олар мырыш ұнтағы мен тот ингибиторларының қоспаларымен қапталған.

Гальваникалық элементтің құрылғысындағы белсенді зат болып табылады бұл мырыш, индий, қорғасын және алюминий. Белсенді массаға күйе, марганец және графит кіреді. Электролит калий мен натрийден жасалған. Құрғақ ұнтақ батареяның жұмысын айтарлықтай жақсартады. Тұз түрлерімен бірдей өлшемдермен сілтілілер үлкен сыйымдылыққа ие. Олар қатты аязда да жақсы жұмысын жалғастырады.

Литий жасушалары заманауи технологияны қуаттандыру үшін қолданылады. Олар аккумуляторлар мен аккумуляторлар түрінде шығарылады әртүрлі өлшемдер. Біріншісінде қатты электролит бар, ал басқа құрылғыларда сұйық электролит болады. Бұл опция қажет құрылғылар үшін қолайлы тұрақты кернеужәне орташа ағымдағы зарядтар. Литий батареяларын бірнеше рет зарядтауға болады, батареялар тек бір рет пайдаланылады, олар ашылмайды.

Қолдану аясы

Гальваникалық элементтерді өндіруге бірқатар талаптар қойылады. Батарея корпусы сенімді және мөрленген болуы керек. Электролит сыртқа ағып кетпеуі керек және бөгде заттардың құрылғыға енуіне жол бермеу керек. Кейбір жағдайларда сұйықтық ағып кетсе, ол өртенеді. Зақымдалған затты пайдалану мүмкін емес. Барлық батареялардың өлшемдері дерлік бірдей, тек батареялардың өлшемдері ерекшеленеді. Элементтердің пішіні әртүрлі болуы мүмкін: цилиндрлік, призмалық немесе дискілік.

Құрылғылардың барлық түрлерінің ортақ артықшылықтары бар: олар ықшам және салмағы бойынша жеңіл, жұмыс температурасының әртүрлі диапазондарына бейімделген, үлкен сыйымдылыққа ие және әртүрлі жағдайларда тұрақты жұмыс істейді. Кейбір кемшіліктер де бар, бірақ олар элементтердің белгілі бір түрлеріне қатысты. Тұздар ұзаққа шыдамайды, литийлер қысымды төмендеткенде тұтанатындай етіп жасалған.

Батареялардың қолдану аясы өте көп:

• цифрлық технология;
• бала ойыншықтары;
• медициналық мақсаттағы бұйымдар;
• қорғаныс және авиация өнеркәсібі;
• ғарыштық өндіріс.

Гальваникалық элементтерді пайдалану оңай және бағасы қолжетімді. Бірақ кейбір түрлерін мұқият өңдеу керек және зақымдалған жағдайда пайдаланбау керек. Батареяларды сатып алмас бұрын, олар қуат беретін құрылғының нұсқауларын мұқият оқып шығу керек.

Электр энергиясының аз қуатты көздері

Гальваникалық элементтер мен аккумуляторлар портативті электр және радиожабдықтарды қоректендіру үшін қолданылады.

Гальваникалық жасушалар- бұл бір әрекет көздері, батареялар- қайта пайдалануға болатын көздер.

Ең қарапайым гальваникалық элемент

Ең қарапайым элементті екі жолақтан жасауға болады: күкірт қышқылымен аздап қышқылдандырылған суға батырылған мыс және мырыш. Егер мырыш жергілікті реакциялардан таза болатындай таза болса, мыс пен мырыш сым арқылы жалғанбайынша айтарлықтай өзгеріс болмайды.

Дегенмен, жолақтар бір-біріне қатысты әртүрлі потенциалдарға ие және олар сым арқылы қосылған кезде онда пайда болады. Бұл әрекетті орындау барысында мырыш жолағы бірте-бірте ериді, ал мыс электродының жанында газ көпіршіктері пайда болады және оның бетіне жиналады. Бұл газ электролиттен түзілген сутегі. Электр тогы мыс жолағынан сым арқылы мырыш жолағына, ал одан электролит арқылы қайтадан мысға өтеді.

Біртіндеп электролиттің күкірт қышқылы мырыш электродының еріген бөлігінен түзілген мырыш сульфатымен ауыстырылады. Осыған байланысты элементтің кернеуі төмендейді. Дегенмен, кернеудің одан да көп төмендеуі мыс үстінде газ көпіршіктерінің пайда болуынан туындайды. Бұл әрекеттердің екеуі де «поляризацияны» тудырады. Мұндай элементтердің практикалық маңызы жоқ дерлік.

Гальваникалық элементтердің маңызды параметрлері

Гальваникалық элементтермен қамтамасыз етілген кернеудің шамасы тек олардың түріне және конструкциясына, яғни электродтардың материалына және электролиттің химиялық құрамына байланысты, бірақ элементтердің пішіні мен өлшеміне байланысты емес.

Гальваникалық элемент шығара алатын ток мөлшері оның ішкі кедергісімен шектеледі.

Гальваникалық элементтің өте маңызды сипаттамасы болып табылады. Электр сыйымдылығы гальваникалық немесе аккумуляторлық ұяшық жұмыс істеп тұрған барлық уақыт ішінде, яғни соңғы разряд пайда болғанға дейін жеткізуге қабілетті электр энергиясының мөлшерін білдіреді.

Элемент берген сыйымдылық ампермен көрсетілген разряд тогын элемент басталғанға дейін разрядталған сағатқа көбейту арқылы анықталады. толық разряд. Сондықтан электр сыйымдылығы әрқашан ампер-сағатпен (A x h) көрсетіледі.

Элементтің сыйымдылығына сүйене отырып, оның толық зарядсыздануына дейін қанша сағат жұмыс істейтінін де алдын ала анықтауға болады. Мұны істеу үшін сыйымдылықты осы элемент үшін рұқсат етілген разрядтық токқа бөлу керек.

Дегенмен, электр сыйымдылығы қатаң тұрақты шама емес. Ол элементтің жұмыс жағдайларына (режиміне) және соңғы разряд кернеуіне байланысты жеткілікті кең шектерде өзгереді.

Егер элемент максималды ток күшімен және оның үстіне үзіліссіз разрядталса, ол айтарлықтай төмен қуатты береді. Керісінше, сол элементті азырақ токпен және жиі және салыстырмалы түрде ұзақ үзілістермен разрядтағанда, элемент өзінің толық сыйымдылығынан бас тартады.

Ақырғы разрядтық кернеудің элементтің сыйымдылығына әсеріне келетін болсақ, гальваникалық элементтің разряды кезінде оның жұмыс кернеуі бір деңгейде қалмай, бірте-бірте төмендейтінін ескеру қажет.

Гальваникалық элементтердің жалпы түрлері

Ең кең тараған гальваникалық элементтерге марганец-мырыш, марганец-ауа, мырыш-ауа және сынап-мырыш тұздары мен сілтілі электролиттері бар жүйелер жатады. Тұз электролиті бар құрғақ марганец-мырыш элементтерінің бастапқы кернеуі 1,4-тен 1,55 В-қа дейін, қоршаған орта температурасында -20-дан -60 o C-қа дейінгі жұмыс уақыты 7 сағаттан 340 сағатқа дейін.

Құрғақ марганец-мырыш және мырыш-ауа сілтілі электролиті бар элементтердің кернеуі 0,75-тен 0,9 В-қа дейін және жұмыс уақыты 6 сағаттан 45 сағатқа дейін.

Құрғақ сынап-мырыш элементтерінің бастапқы кернеуі 1,22-ден 1,25 В-қа дейін және жұмыс уақыты 24 сағаттан 55 сағатқа дейін.

Ең үлкен кепілдік мерзіміқұрғақ сынап-мырыш элементтерінің сақтау мерзімі 30 айға дейін.

Бұл екінші реттік гальваникалық элементтер.Гальваникалық элементтерден айырмашылығы, аккумуляторды жинағаннан кейін бірден химиялық процестер болмайды.

Осылайша, қозғалысқа байланысты химиялық реакциялар батареяда басталады электр зарядтары, сәйкесінше оның электродтарының (және ішінара электролиттің) химиялық құрамын өзгерту керек. Электродтардың химиялық құрамының бұл өзгерісі аккумулятор арқылы өтетін электр тогының әсерінен болады.

Сондықтан аккумулятор электр тогын шығару үшін алдымен оны қандай да бір сыртқы ток көзінен тікелей электр тогымен «зарядтау» керек.

Батареялардың әдеттегі гальваникалық элементтерден жақсы айырмашылығы бар, олар зарядсызданғаннан кейін қайтадан зарядталады. Жақсы күтіммен және қалыпты жұмыс жағдайында батареялар бірнеше мың заряд пен разрядқа төтеп бере алады.
Батарея құрылғысы

Қазіргі уақытта іс жүзінде қорғасын және кадмий-никельді аккумуляторлар жиі қолданылады. Біріншісі үшін электролит күкірт қышқылының ерітіндісі, ал екіншісі үшін сілтілердің судағы ерітіндісі. Қорғасын батареяларды қышқыл батареялар, ал никель-кадмий батареяларын сілтілі батареялар деп атайды.

Батареялардың жұмыс істеу принципі электродтардың поляризациясына негізделген. Ең қарапайым қышқылды аккумулятор келесідей жасалған: бұл электролитке батырылған екі қорғасын пластина. Химиялық орын басу реакциясының нәтижесінде пластиналар Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 формуласы бойынша PbSO4 қорғасын сульфаты аздап жабынымен жабылады.

Қышқылды батарея құрылғысы

Пластиналардың бұл күйі зарядсызданған батареяға сәйкес келеді. Егер сіз қазір батареяны зарядтау үшін қоссаңыз, яғни оны генераторға қосыңыз тұрақты ток, содан кейін онда электролизге байланысты пластиналардың поляризациясы басталады. Аккумуляторды зарядтау нәтижесінде оның пластиналары поляризацияланады, яғни олар бетінің затын өзгертеді және біртектіден (PbSO 4) бір-біріне ұқсамайтынға (Pb және Pb O 2) айналады.

Батарея ток көзіне айналады, ал оның оң электроды қорғасын диоксидімен қапталған пластина, ал теріс электрод таза қорғасын пластина болып табылады.

Зарядтың соңына қарай электролит концентрациясы ондағы қосымша күкірт қышқылы молекулаларының пайда болуына байланысты жоғарылайды.

Бұл қорғасын-қышқылды аккумулятордың ерекшеліктерінің бірі: оның электролиті бейтарап қалмайды және өзі аккумулятор жұмысы кезінде химиялық реакцияларға қатысады.

Разрядтың соңына қарай аккумулятордың екі тақтасы қайтадан қорғасын сульфатымен жабылады, нәтижесінде батарея ток көзі болудан қалады. Батарея ешқашан мұндай күйге келтірілмейді. Пластиналарда қорғасын сульфатының түзілуіне байланысты разрядтың соңында электролит концентрациясы төмендейді. Егер сіз батареяны зарядтасаңыз, оны қайтадан зарядсыздандыру үшін поляризацияны тудыруы мүмкін, т.б.

Батареяны қалай зарядтауға болады

Батареяларды зарядтаудың бірнеше жолы бар. Ең қарапайым - батареяны қалыпты зарядтау, ол келесідей орын алады. Бастапқыда 5 - 6 сағат бойы зарядтау аккумулятордың әрбір банкіндегі кернеу 2,4 В жеткенше екі есе қалыпты токпен жүзеге асырылады.

Қалыпты зарядтау тогы I заряд = Q/16 формуласымен анықталады

Мұндағы Q - номиналды батарея сыйымдылығы, Ah.

Осыдан кейін зарядтау тогы қалыпты мәнге дейін азаяды және заряд пен ағын зарядтың аяқталу белгілері пайда болғанша 15 - 18 сағат бойы жалғасады.

Қазіргі заманғы аккумуляторлар

Кадмий-никель немесе сілтілі аккумуляторлар қорғасын батареяларына қарағанда әлдеқайда кейінірек пайда болды және олармен салыстырғанда неғұрлым жетілдірілген химиялық ток көздері болып табылады. Сілтілі аккумуляторлардың қорғасын батареяларынан басты артықшылығы олардың электролитінің пластиналардың белсенді массасына қатысты химиялық бейтараптығы болып табылады. Осыған байланысты сілтілі батареялардың өздігінен разрядталуы қорғасын батареяларына қарағанда айтарлықтай аз. Сілтілік батареялардың жұмыс принципі де электролиз кезінде электродтардың поляризациясына негізделген.

Радиожабдықтарды қуаттандыру үшін -30-дан +50 oС-қа дейінгі температурада жұмыс істейтін және 400 - 600 зарядтау-разряд цикліне төтеп беретін тығыздалған кадмий-никельді батареялар шығарылады. Бұл батареялар ықшам параллелепипедтер және массасы бірнеше граммнан килограммға дейінгі дискілер түрінде жасалған.

Олар автономды нысандарды электрмен жабдықтау үшін никель-сутегі батареяларын шығарады. Никель-сутекті аккумулятордың меншікті энергиясы 50 - 60 Втсағ кг -1.