Galvaniske elementer. Typer og enhet. Arbeid og funksjoner. Galvaniske celler og batterier - enhet, driftsprinsipp, typer Hva gjelder galvaniske batterier - energilagringsenheter

Forutsetninger for fremveksten av galvaniske celler. Litt historie. I 1786 oppdaget den italienske professoren i medisin, fysiolog Luigi Aloisio Galvani et interessant fenomen: musklene i bakbena til et nyåpnet froskelik, hengt opp på kobberkroker, trakk seg sammen da forskeren berørte dem med en stålskalpell. Galvani konkluderte umiddelbart med at dette var en manifestasjon av "dyreelektrisitet."

Etter Galvanis død ville hans samtidige Alessandro Volta, som var kjemiker og fysiker, beskrive og offentlig demonstrere en mer realistisk mekanisme for generering av elektrisk strøm når forskjellige metaller kommer i kontakt.

Volta, etter en rekke eksperimenter, vil komme til den utvetydige konklusjonen at strøm vises i kretsen på grunn av tilstedeværelsen i den av to ledere av forskjellige metaller plassert i en væske, og dette er ikke "dyreelektrisitet" i det hele tatt, som Galvani tanken. Rykningene i froskebein var en konsekvens av virkningen av strøm generert ved kontakt med forskjellige metaller (kobberkroker og en stålskalpell).

Volta vil vise de samme fenomenene som Galvani demonstrerte på en død frosk, men på et helt livløst hjemmelaget elektrometer, og vil i 1800 gi en presis forklaring på forekomsten av strøm: «en leder av andre klasse (væske) er i midten og er i kontakt med to ledere av første klasse fra to forskjellige metaller... Som et resultat oppstår det en elektrisk strøm i en eller annen retning.»

I et av sine første eksperimenter dyppet Volta to plater - sink og kobber - i en krukke med syre og koblet dem sammen med ledning. Etter dette begynte sinkplaten å løse seg opp, og det ble frigjort gassbobler på kobberstålet. Volta foreslo og beviste at en elektrisk strøm flyter gjennom en ledning.

Slik ble "Volta-elementet" oppfunnet - den første galvaniske cellen. For enkelhets skyld ga Volta den formen av en vertikal sylinder (søyle), bestående av sammenkoblede ringer av sink, kobber og tøy, dynket i syre. En halvmeter høy voltaisk søyle skapte en spenning som var følsom for mennesker.

Siden forskningen ble startet av Luigi Galvani, har navnet beholdt minnet om ham i navnet.

Galvanisk celle er en kjemisk kilde til elektrisk strøm basert på samspillet mellom to metaller og/eller deres oksider i en elektrolytt, noe som fører til utseendet av elektrisk strøm i en lukket krets. I galvaniske celler blir kjemisk energi omdannet til elektrisk energi.

Galvaniske celler i dag

Galvaniske celler kalles i dag batterier. Tre typer batterier er mye brukt: salt (tørre), alkaliske (de kalles også alkaliske, "alkaliske" oversatt fra engelsk som "alkaliske") og litium. Prinsippet for deres operasjon er det samme som beskrevet av Volta i 1800: to metaller, og en elektrisk strøm oppstår i en ekstern lukket krets.

Spenningen til batteriet avhenger både av metallene som brukes og antall elementer i "batteriet". Batterier, i motsetning til akkumulatorer, er ikke i stand til å gjenopprette egenskapene, siden de direkte konverterer kjemisk energi, det vil si energien til reagensene som utgjør batteriet (reduksjonsmiddel og oksidasjonsmiddel), til elektrisk energi.

Reagensene som er inkludert i batteriet forbrukes under driften, og strømmen avtar gradvis, slik at effekten av kilden slutter etter at reagensene har reagert fullstendig.

Alkaliske og saltceller (batterier) er mye brukt til å drive en rekke elektroniske enheter, radioutstyr, leker og litium finnes oftest i bærbare medisinske enheter som glukometer eller i digitalt utstyr som kameraer.

Mangan-sinkceller, som kalles saltbatterier, er "tørre" galvaniske celler som ikke inneholder en flytende elektrolyttløsning.

Sinkelektroden (+) er en glassformet katode, og anoden er en pulverisert blanding av mangandioksid og grafitt. Strøm flyter gjennom grafittstaven. Elektrolytten er en pasta av ammoniumkloridløsning med tilsetning av stivelse eller mel for å tykne den slik at ingenting renner.

Batteriprodusenter angir vanligvis ikke den nøyaktige sammensetningen av saltceller, men saltbatterier er de billigste, de brukes vanligvis i enheter der strømforbruket er ekstremt lavt: klokker, fjernkontroller fjernkontroll, i elektroniske termometre, etc.

Konseptet "nominell kapasitet" brukes sjelden for å karakterisere sink-mangan-batterier, siden deres kapasitet i stor grad avhenger av driftsmoduser og forhold. Hovedulempene med disse elementene er den betydelige spenningsreduksjonshastigheten gjennom utladningen og en betydelig reduksjon i levert kapasitet med økende utladningsstrøm. Den endelige utladningsspenningen settes avhengig av belastningen i området 0,7-1,0 V.

Ikke bare størrelsen på utladningsstrømmen er viktig, men også tidsplanen for lasten. Ved periodisk utlading ved høy og middels strøm øker ytelsen til batteriene merkbart sammenlignet med kontinuerlig drift. Ved lave utladningsstrømmer og måneder lange driftspauser kan imidlertid kapasiteten reduseres som følge av selvutlading.

Grafen over viser utladningskurvene for et gjennomsnittlig saltbatteri i 4, 10, 20 og 40 timer for sammenligning med det alkaliske batteriet, ca. vi vil snakke Lengre.

Et alkalisk batteri er et mangan-sink voltaisk batteri som bruker mangandioksid som katode, pulverisert sink som anode, og en alkaliløsning, vanligvis i form av kaliumhydroksidpasta, som elektrolytt.

Disse batteriene har en rekke fordeler (spesielt betydelig høyere kapasitet, beste jobben ved lave temperaturer og ved høye belastningsstrømmer).

Alkaliske batterier, sammenlignet med saltbatterier, kan gi mer strøm over lengre tid. En høyere strøm blir mulig fordi sink her ikke brukes i form av et glass, men i form av et pulver som har et større kontaktareal med elektrolytten. Kaliumhydroksid i form av en pasta brukes som en elektrolytt.

Det er takket være denne typen galvaniske cellers evne til å levere betydelig strøm (opptil 1 A) over lang tid at alkaliske batterier er mest vanlig i dag.

Elektriske leker, bærbart medisinsk utstyr, elektroniske enheter og kameraer bruker alle alkaliske batterier. De varer 1,5 ganger lenger enn salt hvis utladningen er lavstrøm. Grafen viser utladningskurvene ved forskjellige strømmer for sammenligning med et saltbatteri (grafen ble vist ovenfor) i 4, 10, 20 og 40 timer.

Litium batterier

En annen ganske vanlig type voltaisk celle er litiumbatterier - enkeltstående ikke-oppladbare voltaiske celler som bruker litium eller dets forbindelser som anode. Takket være bruken av alkalimetall har de en høy potensialforskjell.

Katoden og elektrolytten til en litiumcelle kan være svært forskjellige, så begrepet "litiumcelle" kombinerer en gruppe celler med det samme anodematerialet. For eksempel kan mangandioksid, karbonmonofluorid, pyritt, tionylklorid, etc. brukes som katode.

Litiumbatterier skiller seg fra andre batterier i lang levetid og høye kostnader. Avhengig av valgt størrelse og kjemiene som brukes, kan et litiumbatteri produsere spenninger fra 1,5 V (kompatibelt med alkaliske batterier) til 3,7 V.

Disse batteriene har høyest kapasitet per vektenhet og lang holdbarhet. Litiumceller er mye brukt i moderne bærbart elektronisk utstyr: for å drive klokker hovedkort datamaskiner, for å drive bærbart medisinsk utstyr, armbåndsur, kalkulatorer, fotografisk utstyr, etc.

Grafen over viser utladningskurvene for to litiumbatterier fra to populære produsenter. Startstrømmen var 120 mA (per motstand på ca. 24 Ohm).

Kyzyl, TSU

ABSTRAKT

Emne: "Galvaniske celler. Batterier."

Satt sammen av: Spiridonova V.A.

I år, IV gr., FMF

Sjekket av: Kendivan O.D.

2001

introduksjon

II. Galvaniske strømkilder

1. Typer galvaniske celler

III. Batterier

1. Syrlig

2. Alkalisk

3. Forseglet nikkel-kadmium

4. Forseglet

5. DRYFIT teknologi batterier

INTRODUKSJON

Kjemiske strømkilder (CHS) i mange år

kommet godt inn i livene våre. I hverdagen tar forbrukeren sjelden oppmerksomhet til

oppmerksomhet til forskjellene mellom HIT som brukes. For ham er dette batterier og

batterier. De brukes vanligvis i enheter som f.eks

lommelykter, leker, radioer eller biler.

I tilfellet hvor strømforbruket er relativt

er stor (10Ah), batterier brukes, hovedsakelig sure,

samt nikkel-jern og nikkel-kadmium. De brukes i

bærbare datamaskiner (bærbare datamaskiner, bærbare, bærbare datamaskiner), bærbare enheter

kommunikasjon, nødlys, etc.

De siste årene har slike batterier blitt mye brukt i

backup strømforsyninger for datamaskiner og elektromekaniske

systemer som lagrer energi for mulige toppbelastninger

og nødstrømforsyning av vitale systemer.

GALVANISK STRØMKILDER

Engangs galvaniske strømkilder

representerer en enhetlig beholder der

inneholder en elektrolytt absorbert av det aktive materialet

separator, og elektroder (anode og katode), som er grunnen til at de kalles

tørre elementer. Dette begrepet brukes ift

alle celler som ikke inneholder flytende elektrolytt. Til vanlig

Tørre elementer inkluderer karbon-sink elementer.

Tørre celler brukes for lavstrøm og intermitterende

driftsmoduser. Derfor er slike elementer mye brukt i

telefoner, leker, alarmsystemer m.m.

Virkningen til enhver galvanisk celle er basert på forekomsten av en redoksreaksjon i den. I sin enkleste form består en galvanisk celle av to plater eller stenger laget av forskjellige metaller og nedsenket i en elektrolyttløsning. Et slikt system gjør det mulig å separere redoksreaksjonen romlig: oksidasjon skjer på ett metall, og reduksjon skjer på et annet. Dermed overføres elektroner fra reduksjonsmidlet til oksidasjonsmidlet gjennom den eksterne kretsen.

Tenk på, som et eksempel, en kobber-sink galvanisk celle, drevet av energien fra reaksjonen ovenfor mellom sink og kobbersulfat. Denne cellen (Jacobi-Daniel celle) består av en kobberplate nedsenket i en kobbersulfatløsning (kobberelektrode) og en sinkplate nedsenket i en sinksulfatløsning (sinkelektrode). Begge løsningene er i kontakt med hverandre, men for å hindre blanding er de adskilt av en skillevegg laget av porøst materiale.

Når elementet er i drift, dvs. når kjeden er lukket, oksideres sink: på overflaten av dens kontakt med løsningen blir sinkatomer til ioner og, når de er hydrert, går de over i løsningen. Elektronene som frigjøres i dette tilfellet beveger seg langs den eksterne kretsen til kobberelektroden. Hele settet med disse prosessene er skjematisk representert av halvreaksjonsligningen, eller elektrokjemisk ligning:

Reduksjon av kobberioner skjer ved kobberelektroden. Elektronene som kommer hit fra sinkelektroden kombineres med de dehydrerende kobberionene som kommer ut av løsningen; kobberatomer dannes og frigjøres som metall. Den tilsvarende elektrokjemiske ligningen er:

Den totale ligningen for reaksjonen som oppstår i elementet oppnås ved å legge til ligningene til begge halvreaksjonene. Således, under driften av en galvanisk celle, passerer elektroner fra reduksjonsmidlet til oksidasjonsmidlet gjennom den eksterne kretsen, elektrokjemiske prosesser finner sted ved elektrodene, og retningsbestemt bevegelse av ioner observeres i løsningen.

Elektroden der oksidasjon skjer kalles anode (sink). Elektroden der reduksjonen skjer kalles katoden (kobber).

I prinsippet kan enhver redoksreaksjon produsere elektrisk energi. Imidlertid antall reaksjoner

praktisk brukt i kjemiske kilder til elektrisk energi er liten. Dette skyldes det faktum at ikke hver redoksreaksjon gjør det mulig å lage en galvanisk celle med teknisk verdifulle egenskaper. I tillegg krever mange redoksreaksjoner inntak av dyre stoffer.

I motsetning til kobber-sinkcellen bruker alle moderne galvaniske celler og batterier ikke to, men én elektrolytt; Slike strømkilder er mye mer praktisk å bruke.

TYPER AV GALVANISKE CELLER

Karbon-sink elementer

Kull-sinkelementer (mangan-sink) er

de vanligste tørre elementene. I kull-sink

elementer bruker en passiv (karbon) strømkollektor i

kontakt med en anode laget av mangandioksid (MnO2), elektrolytt laget av

ammoniumklorid og en sinkkatode. Elektrolytten er inne

pasta danner eller impregnerer en porøs diafragma.

En slik elektrolytt er ikke veldig mobil og sprer seg ikke, så

elementene kalles tørre.

Kull-sinkelementer "gjenopprettes" i løpet av

pause fra jobben. Dette fenomenet skyldes den gradvise

justering av lokale inhomogeniteter i sammensetningen

elektrolytt som oppstår under utladningsprosessen. Som et resultat

periodisk "hvile" levetiden til elementet forlenges.

Fordelen med karbon-sinkelementer er deres

relativt lav kostnad. Til betydelige ulemper

bør inkludere en betydelig reduksjon i spenning under utlading,

lav spesifikk effekt (5...10 W/kg) og kort levetid

Oppbevaring

Lave temperaturer reduserer effektiviteten

galvaniske celler, og den interne oppvarmingen av batteriet

øker. En økning i temperatur forårsaker kjemisk korrosjon av sinkelektroden av vannet i elektrolytten og uttørking av elektrolytten. Disse faktorene kan kompenseres noe for ved å holde batteriet ved høye temperaturer og introdusere en saltvannsløsning inn i cellen gjennom et forhåndslaget hull.

Alkaliske elementer

Som karbon-sinkceller bruker alkaliske celler en MnO2-anode og en sinkkatode med en separert elektrolytt.

Forskjellen mellom alkaliske grunnstoffer og karbon-sinkelementer er

ved bruk av en alkalisk elektrolytt, som et resultat av dette

Det er praktisk talt ingen gassutvikling under utslipp, og det kan de være

forsegles, noe som er svært viktig for en rekke av dem

applikasjoner.

Merkur elementer

Kvikksølvelementer ligner veldig på alkaliske elementer. I dem

Kvikksølvoksid (HgO) brukes. Katoden består av en blanding av pulver

sink og kvikksølv. Anoden og katoden er atskilt med en separator og en membran,

dynket i 40 % alkalisk løsning.

Siden kvikksølv er lite og giftig, er ikke kvikksølvelementer det

bør kastes etter at de er fullstendig brukt. De må

gå til resirkulering.

Sølvelementer

De har "sølv" katoder laget av Ag2O og AgO.

Litiumceller

De bruker litiumanoder, en organisk elektrolytt

og katoder laget av forskjellige materialer. De har veldig store

holdbarhet, høy energitetthet og brukbarhet

over et bredt temperaturområde fordi de ikke inneholder vann.

Siden litium har det høyeste negative potensialet

i forhold til alle metaller, litiumelementer

karakterisert ved den høyeste nominelle spenningen ved

minimumsdimensjoner.

Ioneledningsevne sikres ved innføring i

Løsemidler av salter med store anioner.

Ulempene med litiumceller inkluderer deres

relativt høye kostnader på grunn av høy pris

litium, spesielle krav til produksjonen deres (behovet

inert atmosfære, rensing av ikke-vandige løsningsmidler). Bør

Ta også hensyn til at noen litiumceller når de

er eksplosive hvis de åpnes.

Litiumceller er mye brukt i reservestrømforsyninger for minnekretser, måleinstrumenter og andre høyteknologiske systemer.

BATTERIER

Batterier er kjemiske kilder

gjenbrukbar elektrisk energi. De består av

to elektroder (positive og negative), elektrolytt

og skrog. Akkumuleringen av energi i batteriet skjer når

forekomsten av en kjemisk oksidasjons-reduksjonsreaksjon

elektroder. Når batteriet er utladet, skjer det motsatte

prosesser. Batterispenning er potensialforskjellen

mellom batteripolene ved fast belastning.

For å oppnå tilstrekkelig store spenningsverdier eller

lader, individuelle batterier er koblet til hverandre

serie eller parallelt med batterier. Det er et antall

generelt aksepterte spenninger for batterier: 2; 4; 6;

Vi vil begrense oss til å vurdere følgende batterier:

syrebatterier laget i henhold til tradisjonelle

teknologier;

stasjonær bly og drivverk (bil- og

traktor);

forseglede vedlikeholdsfrie batterier, forseglet

nikkel-kadmium og syre "dryfit" A400 og A500 (geléaktig

elektrolytt).

SYREBATTERIER

Tenk for eksempel på et blybatteri som er klart til bruk. Den består av gitterblyplater, hvorav noen er fylt med blydioksid og andre med metallsvamp bly. Platene nedsenkes i en 35-40% H2SO4-løsning; ved denne konsentrasjonen er den spesifikke elektriske ledningsevnen til svovelsyreløsningen maksimal.

Når batteriet er i drift - når det er utladet - oppstår en oksidasjonsreduksjonsreaksjon i det, hvor metallblyet oksideres:

Pb + SO4= PbSO4 + 2e-

Og blydioksid reduseres:

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

Elektroner som gis opp av metalliske blyatomer under oksidasjon, aksepteres av blyatomer PbO2 under reduksjon; elektroner overføres fra en elektrode til en annen gjennom en ekstern krets.

Dermed tjener blymetall som anode i et blybatteri og er negativt ladet, og PbO2 fungerer som katode og er positivt ladet.

I den interne kretsen (i H2SO4-løsningen) skjer ioneoverføring under batteridrift. SO42-ioner beveger seg mot anoden, og H+-ioner beveger seg mot katoden. Retningen til denne bevegelsen bestemmes av det elektriske feltet som følge av forekomsten av elektrodeprosesser: anioner forbrukes ved anoden, og kationer forbrukes ved katoden. Som et resultat forblir løsningen elektrisk nøytral.

Hvis vi legger sammen ligningene som tilsvarer oksidasjonen av bly og reduksjonen av PbO2, får vi den totale reaksjonsligningen,

lekkasje i et blybatteri under drift (utlading):

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

E.m.f. av et ladet blybatteri er omtrent 2V. Når et batteri utlades, forbrukes dets katode (PbO2) og anode (Pb) materialer. Svovelsyre forbrukes også. Samtidig synker spenningen ved batteripolene. Når den blir mindre enn verdien tillatt av driftsforholdene, lades batteriet opp igjen.

For å lade (eller lade), kobles batteriet til ekstern kilde strøm (pluss til pluss og minus til minus). I dette tilfellet flyter strømmen gjennom batteriet i motsatt retning av den den passerte da batteriet ble utladet. Som et resultat blir de elektrokjemiske prosessene på elektrodene "reversert". Blyelektroden gjennomgår nå en reduksjonsprosess

PbSO4 + 2e- = Pb + SO4

de. Denne elektroden blir katoden. Oksidasjonsprosess skjer på PbO2-elektroden

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

derfor er denne elektroden nå anoden. Ionene i løsningen beveger seg i motsatt retning av de de beveget seg i da batteriet var i drift.

Ved å legge til de to siste ligningene får vi ligningen for reaksjonen som oppstår når batteriet lades:

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

Det er lett å se at denne prosessen er det motsatte av den som skjer når batteriet er i drift: når batteriet lades, produserer det igjen stoffene som er nødvendige for driften.

Bly-syre batterier er vanligvis koblet til et batteri, som

plassert i en monoblokk laget av ebonitt, termoplast, polypropylen,

polystyren, polyetylen, asfaltbeksammensetning, keramikk

eller glass.

En av de viktigste egenskapene til et batteri er

levetid eller levetid (antall sykluser). Forringelse

batteriparametere og feil er primært forårsaket

kø av gitterkorrosjon og glidning av den aktive massen

positiv elektrode. Batterilevetiden bestemmes

først og fremst av typen positive plater og forhold

operasjon.

Forbedringer i bly-syre-batterier er på vei

forsker på nye legeringer for rister (for eksempel bly-kalsium), lette og slitesterke husmaterialer

(for eksempel basert på propylen-etylen-kopolymer), forbedringer

kvalitet på separatorer.

ALKALINE BATTERIER

Sølv-sink.

De har gode elektriske egenskaper, lav vekt og volum. Elektrodene i dem er sølvoksider Ag2O, AgO (katode) og svampesink (anode); Elektrolytten er en KOH-løsning.

Under batteridrift oksideres sink, og blir til ZnO og Zn(OH)2, og sølvoksid reduseres til metall. Den totale reaksjonen som oppstår når et batteri er utladet kan tilnærmet uttrykkes ved ligningen:

AgO + Zn = Ag + ZnO

E.m.f. av et ladet sølv-sink-batteri er omtrent 1,85 V. Når spenningen synker til 1,25 V, lades batteriet. I dette tilfellet er prosessene på elektrodene "reversert": sink reduseres, sølv oksideres - stoffene som er nødvendige for driften av batteriet, oppnås igjen.

Kadmium-nikkel og jern-nikkel.

CN og ZHN er veldig like hverandre. Hovedforskjellen deres er materialet til de negative elektrodeplatene; i KN-batterier er de kadmium, og i ZhN-batterier er de jern. KN-batterier er de mest brukte.

Alkaliske batterier produseres hovedsakelig med lamellelektroder. I dem er de aktive massene innelukket i lameller - flate bokser med hull. Den aktive massen til de positive platene til et ladet batteri består hovedsakelig av hydratisert nikkeloksid (Ni) Ni2O3 x H2O eller NiOOH. I tillegg inneholder den grafitt, som tilsettes for å øke elektrisk ledningsevne. Den aktive massen til de negative platene til KN-batterier består av en blanding av svampkadmium med jernpulver, og av ZhN-batterier - av redusert jernpulver. Elektrolytten er en løsning av kaliumhydroksid som inneholder en liten mengde LiOH.

La oss vurdere prosessene som skjer under driften av et KN-batteri. Når et batteri lades ut, oksiderer kadmium.

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

Og NiOOH er gjenopprettet:

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

I dette tilfellet overføres elektroner fra kadmiumelektroden til nikkelelektroden langs den eksterne kretsen. Kadmiumelektroden tjener som anode og er negativt ladet, og nikkelelektroden fungerer som katode og er positivt ladet.

Den totale reaksjonen som oppstår i KN-batteriet under driften kan uttrykkes ved ligningen som oppnås ved å legge til de to siste elektrokjemiske ligningene:

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

E.m.f. av et ladet nikkel-kadmium-batteri er omtrent 1,4 V. Når batteriet fungerer (utlades), synker spenningen ved polene. Når den faller under 1V, lades batteriet.

Når du lader et batteri, blir de elektrokjemiske prosessene ved elektrodene "reversert". Metallreduksjon skjer ved kadmiumelektroden

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

På nikkel - oksidasjon av nikkelhydroksid (P):

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

Den totale reaksjonen under lading er det motsatte av reaksjonen som oppstår under utladning:

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

FORSEGLET NIKKEL-KADMIUM BATTERIER

En spesiell gruppe nikkel-kadmium-batterier er forseglede batterier. Oksygenet som frigjøres på slutten av ladningen oksiderer kadmium, slik at trykket i batteriet ikke øker. Hastigheten for oksygendannelse bør være lav, så batteriet lades med relativt lav strøm.

Forseglede batterier er delt inn i disker,

sylindrisk og rektangulær.

Forseglede rektangulære nikkel-kadmium-batterier

er produsert med negative ikke-cermet kadmium oksid elektroder eller med cermet kadmium elektroder.

FORSEGLET BATTERIER

Mye brukte syrebatterier,

laget ved hjelp av klassisk teknologi, forårsaker mye trøbbel

og har en skadelig effekt på mennesker og utstyr. De er de fleste

billig, men krever ekstra kostnader for vedlikehold,

spesielle lokaler og personell.

"DRYFIT" TEKNOLOGI BATTERIER

Det mest praktiske og sikreste av syrebatterier

er helt vedlikeholdsfrie forseglede batterier

VRLA (Valve Regulated Lead Acid) produsert ved hjelp av teknologi

"dryfit". Elektrolytten i disse batteriene er i en gelélignende tilstand. Dette garanterer påliteligheten til batteriene og driftsikkerheten.

BIBLIOGRAFI:

1. Deordiev S.S.

Batterier og deres vedlikehold.

K.: Technika, 1985. 136 s.

2. Elektroteknisk oppslagsbok.

I 3 bind T.2. Elektriske produkter og enheter/under

Total utg. professorer ved Moscow Power Engineering Institute (sjefredaktør I.N. Orlov) og andre. 6korr. og tillegg

M.: Energoatomizdat, 1986. 712 s.

3. N.L.Glinka.

Generell kjemi.

Forlag "Chemistry" 1977.

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

Kjemiske strømkilder.

M.: Energoizdat, 1981. 360 s.

Tekst levert av Scientific Research Center "Vitenskap og teknologi"
Rettighetene til den elektroniske versjonen av publikasjonen tilhører N&T (www.n-t.org)

Boken inneholder informasjon om design, driftsprinsipper og karakteristiske trekk ved kjemiske strømkilder (batterier og akkumulatorer). Du vil lære fra denne boken hvordan du velger batteriene og akkumulatorene du trenger, hvordan du lader og gjenoppretter dem riktig.

• Anoden er den positive polen til batteriet.
• Batteri - to eller flere celler koblet i serie og/eller parallelt for å gi nødvendig spenning og nåværende.
• Intern motstand er motstanden mot strøm som flyter gjennom et element, målt i ohm. Noen ganger kalt intern impedans.
• Energieffekt er kapasitetsforbruket multiplisert med gjennomsnittlig spenning under utladingstiden til batteriene, uttrykt i wattimer (Wh).
• Kapasitet er mengden elektrisk energi som et batteri frigjør under visse utladingsforhold, uttrykt i amperetimer (Ah) eller coulombs (1 Ah = 3600 C).
• Ladning er elektrisk energi som overføres til et grunnstoff som skal omdannes til lagret kjemisk energi.
• Katoden er den negative polen til batteriet.
• Kompensatorisk lading er en metode som bruker likestrøm for å bringe batteriet til en fulladet tilstand og holde det i denne tilstanden.
• Cut-off spenning er minimumsspenningen der batteriet er i stand til å levere nyttig energi under visse utladningsforhold.
• Åpen kretsspenning er spenningen ved de eksterne terminalene til batteriet i fravær av strømtrekk.
• Nominell spenning er spenningen over et fulladet batteri når det utlades med en svært lav hastighet.
• Float charge er en metode for å holde et oppladbart batteri i fulladet tilstand ved å bruke en valgt konstant spenning for å kompensere for ulike tap i det.
• Energitetthet er forholdet mellom energien til et element og dets masse eller volum, uttrykt i wattimer per enhet masse eller volum.
• Polarisering er et spenningsfall forårsaket av endringer i den kjemiske sammensetningen av komponentene i elementene (forskjellen mellom åpen kretsspenning og spenningen til enhver tid under utladningen).
• Utladning er forbruket av elektrisk energi fra et element til en ekstern krets. En dyp utladning er en tilstand der nesten hele kapasiteten til elementet er brukt opp. Et grunt utslipp er et utslipp der en liten del av den totale kapasiteten forbrukes.
• Separator - et materiale som brukes til å isolere elektroder fra hverandre. Noen ganger beholder det elektrolytt i tørre celler.
• Holdbarhet er perioden hvor et element lagret under normale forhold (20oC) beholder 90 % av sin opprinnelige kapasitet.
• Stabilitet er ensartetheten av spenningen som batteriet frigjør energi ved under full utladingsmodus.
• Et grunnstoff er en grunnleggende enhet som er i stand til å omdanne kjemisk energi til elektrisk energi. Den består av positive og negative elektroder nedsenket i en vanlig elektrolytt.
• En elektrode er et ledende materiale som er i stand til å produsere strømbærere når den reagerer med en elektrolytt.
• Elektrolytt er et materiale som leder ladningsbærere i en celle.
• En syklus er en sekvens av lading og utlading av et element.

Engelske termer

• Et batteri - glødebatteri
• syre lagringsbatteri - batteri av syre (bly) batterier
• luftbatteri - luft-metallelement
• alkalisk batteri - (primær) alkalisk celle
• alkalisk batteri - alkalisk mangan-sinkcelle
• alkalisk tørrbatteri - tørr kvikksølv-sinkcelle
• alkalisk tørrbatteri - tørr alkalisk celle
• alkalisk manganbatteri - alkalisk mangan-sinkcelle
• alkalisk lagringsbatteri - alkalisk batteri
• alkalisk lagringsbatteri - alkalisk batteri
• anode batteri - anode batteri
• B batteri - anode batteri
• Bansen batteri - (salpetersyre-sink) Bunsencelle
• pose-type batteri - kopp (primært) element med en puppe
• balansebatteri - bufferbatteri
• batteri - batteri
• bias batteri - bias batteri element, grid batteri element
• forspenningsbatteri - forspenningsbatteri, nettbatteri
• bikromatbatteri - (primær) celle med dikromatløsning
• bufferbatteri - bufferbatteri
• bypass batteri - bufferbatteri
• C batteri - forspenningsbatteri, nettbatteri
• Clark batteri - (kvikksølv-sink) Clark celle
• kadmium normalt batteri - (kvikksølv-kadmium) Weston normal celle
• kadmium-sølv-oksid batteri - kadmium oksid galvanisk celle
• karbonbatteri - (primær) celle med en karbonelektrode
• karbon-sink batteri - (tørr) celle med en sinkanode og en karbonkatode
• celle - element, celle, galvanisk celle (primærcelle, batteri eller brenselcelle)
• kjemisk batteri - batteri av kjemiske strømkilder
• ladbart batteri - oppladbart element
• cooper-zink batteri - kobber-sink celle
• mot (elektromotorisk) batteri - motvirkende element
• Daniel batteri - (kobber-sink) Daniel celle
• dekomponeringsbatteri - en celle med en (side)reaksjon av elektrolytisk dekomponering
• dikromatbatteri - (primær) celle med dikromatløsning
• fortrengningsbatteri - en celle med en (side) elektrolytisk erstatningsreaksjon
• divalent sølvoksidbatteri - en celle med oksidasjon av sølv til divalent tilstand
• dobbelt-væske batteri - to-væske element
• trommellagring - nikkel-sink batteri
• tørr batteri - tørr celle
• tørt batteri - tørt batteri
• tørrladet batteri - batteri av tørrladede batterier
• tørrladet batteri - tørrladet batteri
• Edison batteri - nikkel-jern batteri
• elektrisk batteri - galvanisk batteri (batteri av primærceller, akkumulatorer eller brenselceller)
• elektrisk batteri - galvanisk celle (primærcelle), batteri eller brenselcelle
• nødbatterier - nødbatterier
• nødbatteri - nødbatteri
• sluttbatterier - reservebatterier
• Faradey batteri - Faraday celle
• Faure lagringsbatteri - batteri med limte plater
• filament batteri - filament batteri
• flytende batteri - reservebatteri (koblet parallelt med hovedbatteriet)
• Grenet batteri - (sinkdikromat) Grenet celle
• galvanisk batteri - elektrokjemisk celle i galvanisk cellemodus
• nettbatteri - nettbatteri, fortrengningsbatteri
• grid-bias batteri - bias batteri, grid batteri
• Lalande batteri - (alkalisk kobber sinkoksid) Lalande celle
• Leclanche batteri - (mangan-sink) Leclanche celle
• bly (-syre) batteri - syre (bly) batteri
• bly-syre (bly-lagring) batteri - batteri av bly (syre) batterier
• bly-kalsium batteri - bly-kalsium celle
• bly-dioksid primærbatteri - blydioksid primærcelle
• linjebatteri - bufferbatteri
• litiumbatteri - en celle med en litiumanode
• litium-jernsulfid sekundærbatteri - jern-litiumkloridbatteri
• litium-sølv kromat batteri - sølv-litium kromat celle
• litium-vann batteri - litium-vann celle
• batteri med lang levetid for våt stativ - et batteri med batterier med lang holdbarhet i oversvømmet tilstand
• magnesiumbatteri - primærcelle med magnesiumanode
• magnesium kvikksølvoksid batteri - magnesium-oksid-kvikksølv batteri
• magnesium-cupro klorid batteri - kobber-magnesium klorid celle
• magnesium-sølvkloridbatteri - sølv-magnesiumkloridcelle
• magnesium-vann batteri - magnesium-vann batteri
• kvikksølvbatteri - (tørr) kvikksølv-sinkcelle
• kvikksølvbatteri - batteri av (tørre) kvikksølv-sinkceller
• metall-luft lagringsbatteri - metall luftbatteri
• nicad (nikkel-kadmium) batteri - nikkel-kadmium batteri
• nikkel-kadmium batteri - nikkel-kadmium batteri
• nikkel-jern batteri - nikkel-jern batteri
• nikkel-jern batteri - nikkel-jern batteri
• Plante batteri - bly (syre) batteri med linseparator
• pilotbatteri - kontrollbatteribatteri
• platebatteri - anodebatteri
• plug-in batteri - utskiftbart batteri
• bærbart batteri - bærbart batteri
• primærbatteri - (primært) element
• primærbatteri - batteri av (primær) celler
• stille batteri - mikrofonbatteri
• Ruben batteri - (tørr) kvikksølv-sinkcelle
• oppladbart batteri - batteri av batterier
• oppladbart batteri - batteri av oppladbare elementer
• reservebatteri - galvanisk celle til et reservebatteri
• ringende batteri - ringende (telefon) batteri
• sal-ammoniakkbatteri - (primær) celle med løsninger av ammoniumsalter
• mettet standardbatteri - mettet normalcelle
• forseglet batteri - forseglet batteri
• forseglet batteri - forseglet (primært) element
• sekundært batteri - batteri av batterier
• signalbatteri - ringe (telefon)batteri
• sølv-kadmium lagringsbatteri - batteri av sølv-kadmium batterier
• sølv-oksid batteri - (primær) celle med en sølv katode
• sølv-sink primærbatteri - sølv-sink primærcelle
• sølv-sink lagringsbatteri - batteri av sølv-sink batterier
• solcellebatteri - solcellebatteri
• standard Daniel batteri - (kobber-sink) normal Daniel celle
• standby batteri - nødbatteri
• stasjonært batteri - stasjonært batteri lagringsbatteri - batteri av batterier
• snakkende batteri - mikrofonbatteri
• Voltaisk batteri - Volta-element; element med metallelektroder og flytende elektrolytt
• Weston (standard) batteri - (kvikksølv-kadmium) normal Weston-celle
• vått batteri - celle med flytende elektrolytt
• sink-luft batteri - batteri av sink luftceller
• sink-klor batteri - sink klor batteri
• sink-koper-oksid batteri - kobber-sink oksid celle
• sink-jern batteri - sink jern celle
• sink-mangandioksid batteri - batteri av mangan-sink celler
• sink-kvikksølv-oksid batteri - sink-kvikksølv-oksid celle
• sink-nikkel batteri - nikkel-sink batteri
• sink-sølv-klorid primærbatteri - sølv-sinkklorid primærcelle

Introduksjon

Kjemiske strømkilder (CHS) har blitt en del av livene våre i mange år. I hverdagen legger forbrukeren sjelden oppmerksomhet til forskjellene mellom HIT som brukes. For ham er dette batterier og akkumulatorer. De brukes vanligvis i enheter som lommelykter, leker, radioer eller biler.

Oftest er batterier og akkumulatorer preget av utseendet. Men det finnes batterier som er utformet på samme måte som batterier. For eksempel utseende KNG-1D-batteriet skiller seg lite fra de klassiske R6C AA-batteriene. Og vice versa. Oppladbare batterier og batterier av disktype er også umulig å skille i utseende. For eksempel et D-0,55-batteri og en trykknapp-kvikksølvcelle (batteri) RC-82.

For å skille mellom dem, må forbrukeren være oppmerksom på merkingene på HIT-kroppen. Merkingene som er påført batterier og akkumulatorer er beskrevet i kapittel 1 og 2 i figurene og tabellene. Dette er nødvendig for å velge riktig strømforsyning for enheten din.

Fremveksten av bærbar lyd, video og annet mer energikrevende utstyr krevde en økning i energiintensiteten til HIT, deres pålitelighet og holdbarhet.

Denne boken beskriver de tekniske egenskapene og metodene for å velge den optimale HIT, metoder for lading, gjenoppretting, drift og forlengelse av levetiden til batterier og akkumulatorer.

Leseren oppfordres til å være forsiktig med hensyn til sikkerhet og avhending av kjemiske avfallsprodukter.

I tilfellet hvor strømforbruket er relativt høyt (10Ah), brukes batterier, hovedsakelig syrebatterier, samt nikkel-jern og nikkel-kadmium. De brukes i bærbare datamaskiner (bærbare datamaskiner, bærbare, bærbare datamaskiner), bærbare kommunikasjonsutstyr, nødbelysning, etc.

Bilbatterier har en spesiell plass i boken. Diagrammer over enheter for lading og gjenoppretting av batterier er gitt, og nye forseglede batterier laget ved hjelp av "dryfit"-teknologien som ikke krever vedlikehold i 5...8 års drift er beskrevet. De har ingen skadelig effekt på mennesker eller utstyr.

De siste årene har slike batterier blitt mye brukt i reservestrømforsyninger til datamaskiner og elektromekaniske systemer som akkumulerer energi for mulige toppbelastninger og nødstrømforsyning av vitale systemer.

I begynnelsen av hvert kapittel er det en ordliste over spesielle engelske termer som brukes i beskrivelser og merking av batterier og akkumulatorer. På slutten av boken er det en konsolidert ordbok over termer.

Hovedkarakteristikkene til CCIer for et bredt spekter av bruksområder som er av praktisk interesse, er gitt i tabell B.1.

KAPITTEL 1
GALVANISK STRØMKILDER, ENKELHANDLING

Engangs galvaniske strømkilder er en enhetlig beholder som inneholder en elektrolytt absorbert av det aktive materialet i separatoren, og elektroder (anode og katode), som er grunnen til at de kalles tørre celler. Dette begrepet brukes for å referere til alle celler som ikke inneholder en flytende elektrolytt. Vanlige tørre celler inkluderer sink-karbon eller Leclanche-celler.

Tørre celler brukes ved lave strømmer og intermitterende driftsmoduser. Derfor er slike elementer mye brukt i telefoner, leker, alarmsystemer, etc.

Siden utvalget av enheter som bruker tørre elementer er veldig bredt, og i tillegg krever periodisk utskifting, er det standarder for dimensjonene deres. Det bør understrekes at dimensjonene til elementene gitt i tabell 1.1 og 1.2 produsert av forskjellige produsenter kan variere noe med hensyn til plasseringen av pinnene og andre funksjoner spesifisert i deres spesifikasjoner.

Under utladningsprosessen faller spenningen til tørre celler fra nominell spenning til avskjæringsspenning (avskjæringsspenning er minimumsspenningen som batteriet er i stand til å levere minimumsenergi ved), dvs. typisk 1,2V til 0,8V/celle avhengig av bruk. Ved utladning ved tilkopling til elementet konstant motstand etter å ha lukket kretsen, synker spenningen ved terminalene kraftig til en viss verdi, noe mindre enn den opprinnelige spenningen. Strømmen som flyter i dette tilfellet kalles den innledende utladningsstrømmen.

Funksjonaliteten til en tørrcelle avhenger av strømforbruk, avskjæringsspenning og utladningsforhold. Effektiviteten til elementet øker når utladningsstrømmen avtar. For tørre celler kan kontinuerlig utladning i mindre enn 24 timer klassifiseres som høyhastighetsutladning.

Den elektriske kapasiteten til en tørr celle er spesifisert for utlading gjennom en fast motstand ved en gitt sluttspenning i timer avhengig av den første utladningen og presenteres i en graf eller tabell. Det anbefales å bruke produsentens diagram eller tabell for et spesifikt batteri. Dette skyldes ikke bare behovet for å ta hensyn til egenskapene til produktet, men også det faktum at hver produsent gir sine egne anbefalinger om best mulig bruk av produktene. Tabell 1.3 og Tabell 1.5 presenterer de tekniske egenskapene til galvaniske celler som nylig har vært vanligst i hyllene i våre butikker.

Den interne motstanden til batteriet kan begrense strømmen som kreves, for eksempel når det brukes i et blitskamera. Den initiale stabile strømmen som et batteri kan levere i kort tid kalles blitsstrøm. Elementtypebetegnelsen inneholder bokstavbetegnelser, som tilsvarer elementets blinkstrømmer og indre motstand, målt ved like- og vekselstrøm (tabell 1.4). Blitsstrøm og intern motstand er svært vanskelig å måle, og celler kan ha lang holdbarhet, men blitsstrømmen kan avta.

1.1. TYPER AV GALVANISKE CELLER

Karbon-sink elementer

Karbon-sinkelementer (mangan-sink) er de vanligste tørre elementene. Karbon-sinkceller bruker en passiv (karbon) strømkollektor i kontakt med en mangandioksid (MnO2) anode, en ammoniumkloridelektrolytt og en sinkkatode. Elektrolytten er i pastaform eller impregnerer den porøse diafragmaen. En slik elektrolytt er litt mobil og sprer seg ikke, og derfor kalles elementene tørre.

Merkespenningen til karbon-sinkcellen er 1,5 V.

Tørre elementer kan ha en sylindrisk form, fig. 1.1, en skiveform, fig. 1.2, og en rektangulær form. Utformingen av rektangulære elementer ligner på disk. Sinkanoden er laget i form av et sylindrisk glass, som også er en beholder. Skiveelementer består av en sinkplate, en pappmembran impregnert med en elektrolyttløsning og et komprimert lag av den positive elektroden. Diskelementene er koblet i serie med hverandre, det resulterende batteriet er isolert og pakket i et etui.

Kull-sinkelementer "gjenopprettes" under en driftspause. Dette fenomenet skyldes den gradvise justeringen av lokale inhomogeniteter i elektrolyttsammensetningen som oppstår under utladningsprosessen. Som et resultat av periodisk "hvile" forlenges levetiden til elementet.

I fig. Figur 1.3 viser et tredimensjonalt diagram som viser økningen i driftstiden til et D-element ved bruk av en intermitterende driftsmodus sammenlignet med en konstant. Dette bør tas i betraktning ved intensiv bruk av elementene (og bruk flere sett for drift slik at ett sett har tilstrekkelig tid til å gjenopprette funksjonalitet. For eksempel ved bruk av en spiller anbefales det ikke å bruke ett sett med batterier i mer enn to timer i strekk Ved endring av to sett tredobles driftstidselementene.

Fordelen med karbon-sinkelementer er deres relativt lave pris. Vesentlige ulemper inkluderer en betydelig reduksjon i spenning under utlading, lav effekttetthet (5...10 W/kg) og kort holdbarhet.

Lave temperaturer reduserer effektiviteten ved bruk av galvaniske celler, og intern oppvarming av batteriet øker den. Effekten av temperatur på kapasitansen til en galvanisk celle er vist i fig. 1.4. En økning i temperatur forårsaker kjemisk korrosjon av sinkelektroden av vannet i elektrolytten og uttørking av elektrolytten. Disse faktorene kan kompenseres noe for ved å holde batteriet ved høye temperaturer og introdusere en saltvannsløsning inn i cellen gjennom et forhåndslaget hull.

Alkaliske elementer

Som karbon-sinkceller bruker alkaliske celler en MnO2-anode og en sinkkatode med en separert elektrolytt.

Forskjellen mellom alkaliske celler og karbon-sinkceller er bruken av en alkalisk elektrolytt, som et resultat av at det praktisk talt ikke er gassutvikling under utladning, og de kan gjøres hermetisk forseglet, noe som er svært viktig for en rekke av deres bruksområder. .

Spenningen til alkaliske celler er omtrent 0,1 V mindre enn spenningen til karbon-sinkceller under de samme forholdene. Derfor er disse elementene utskiftbare.

Spenningen til celler med en alkalisk elektrolytt endres betydelig mindre enn for celler med en saltelektrolytt. Celler med alkalisk elektrolytt har også høyere spesifikk energi (65...90 Wh/kg), spesifikk effekt (100...150 kWh/m3) og lengre holdbarhet.

Lading av mangan-sinkceller og batterier utføres med asymmetrisk vekselstrøm. Du kan lade celler med en salt eller alkalisk elektrolytt i hvilken som helst konsentrasjon, men ikke for utladet og uten skadede sinkelektroder. Innen utløpsdatoen fastsatt for av denne typen celle eller batteri, kan du gjenopprette funksjonaliteten flere ganger (6...8 ganger).

Lading av tørre batterier og celler utføres fra en spesiell enhet som lar deg oppnå en ladestrøm av den nødvendige formen: med et forhold mellom lade- og utladningskomponenter på 10:1 og et forhold mellom pulsvarighetene til disse komponentene på 1: 2. Denne enheten lar deg lade klokkebatterier og aktivere gamle små batterier. Ved lading av klokkebatterier bør ladestrømmen ikke overstige 2 mA. Ladetiden er ikke mer enn 5 timer. Diagrammet av en slik enhet for lading av batterier er vist i fig. 1.5.

Her kobles batteriet som lades gjennom to parallellkoblede kjeder av dioder med motstander. Den asymmetriske ladestrømmen oppnås som et resultat av forskjellen i motstandene til motstandene. Slutten av ladningen bestemmes av opphør av spenningsvekst på batteriet. Transformator sekundærspenning lader velges slik at utgangsspenningen overstiger elementets merkespenning med 50...60%.

Batteriladetiden ved bruk av den beskrevne enheten bør være ca. 12...16 timer. Ladekapasiteten bør være omtrent 50 % større enn den nominelle batterikapasiteten.

Merkur elementer

Kvikksølvelementer ligner veldig på alkaliske elementer. De bruker kvikksølvoksid (HgO). Katoden består av en blanding av sinkpulver og kvikksølv. Anoden og katoden separeres med en separator og et membran impregnert med en 40% alkalisk løsning.

Disse elementene har lang sikt lagring og høyere kapasitet (med samme volum). Spenningen til en kvikksølvcelle er omtrent 0,15 V lavere enn for en alkalisk celle.

Kvikksølvelementer kjennetegnes av høy spesifikk energi (90...120 Wh/kg, 300...400 kWh/m3), spenningsstabilitet og høy mekanisk styrke.

For små enheter er det laget moderniserte elementer av typene RC-31S, RC-33S og RC-55US. Den spesifikke energien til RC-31S- og RC-55US-elementene er 600 kWh/m3, RC-33S-elementene er 700 kWh/m3. RC-31S- og RC-33S-elementer brukes til å drive klokker og annet utstyr. RC-55US-elementer er beregnet på medisinsk utstyr, spesielt for implanterbart medisinsk utstyr.

RC-31S- og RC-33S-elementene fungerer i 1,5 år ved strømmer på henholdsvis 10 og 18 µA, og RC-55US-elementet sikrer driften av implantert medisinsk utstyr i 5 år. Som det følger av tabell 1.6 tilsvarer ikke den nominelle kapasiteten til disse elementene deres betegnelse.

Kvikksølvelementer er operative i temperaturområdet fra 0 til +50oC, det er kuldebestandige RC-83X og RC-85U og varmebestandige elementer RC-82T og RC-84, som er i stand til å fungere ved temperaturer opp til +70oC; . Det er modifikasjoner av elementene der indium og titanlegeringer brukes i stedet for sinkpulver (negativ elektrode).

Fordi kvikksølv er lite og giftig, bør kvikksølvceller ikke kasseres etter at de er fullt brukt. De må resirkuleres.

Sølvelementer

De har "sølv" katoder laget av Ag2O og AgO. Deres spenning er 0,2 V høyere enn for karbon-sink under sammenlignbare forhold.

Litiumceller

De bruker litiumanoder, en organisk elektrolytt og katoder laget av forskjellige materialer. De har svært lang holdbarhet, høy energitetthet og er operative i et bredt temperaturområde, siden de ikke inneholder vann.

Siden litium har det høyeste negative potensialet i forhold til alle metaller, kjennetegnes litiumceller av høyest merkespenning med minimale dimensjoner (fig. 1.6). Spesifikasjoner litiumgalvaniske celler er gitt i tabell 1.7.

Organiske forbindelser brukes vanligvis som løsemidler i slike grunnstoffer. Løsemidler kan også være uorganiske forbindelser, for eksempel SOCl2, som også er reaktive stoffer.

Ioneledningsevne sikres ved å introdusere salter med store anioner i løsningsmidler, for eksempel: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. Spesifikk elektrisk Strømføringsevne ikke-vandige elektrolyttløsninger er 1...2 størrelsesordener lavere enn ledningsevnen til vandige løsninger. I tillegg går katodiske prosesser i dem vanligvis sakte, derfor er strømtetthetene lave i celler med ikke-vandige elektrolytter.

Ulempene med litiumceller inkluderer deres relativt høye kostnader, på grunn av den høye prisen på litium og spesielle krav til deres produksjon (behovet for en inert atmosfære, rensing av ikke-vandige løsningsmidler). Det bør også tas i betraktning at enkelte litiumceller er eksplosive hvis de åpnes.

Slike elementer er vanligvis laget i en trykknappdesign med en spenning på 1,5 V og 3 V. De gir vellykket strøm til kretser med et forbruk på omtrent 30 μA i konstant modus eller 100 μA i intermitterende moduser. Litiumceller er mye brukt i reservestrømforsyninger for minnekretser, måleinstrumenter og andre høyteknologiske systemer.

KAPITTEL 1.2 BATTERIER FRA VERDENS LEDENDE SELSKAPER

De siste tiårene har produksjonsvolumet av alkaliske analoger av Leclanche-elementer, inkludert sinkluft, økt (se tabell B1).

For eksempel i Europa begynte produksjonen av alkaliske mangan-sinkelementer å utvikle seg i 1980, og i 1983 nådde den allerede 15% av den totale produksjonen.

Bruk av fri elektrolytt begrenser mulighetene for å bruke autonome og brukes hovedsakelig i stasjonær HIT. Derfor er en rekke studier rettet mot å lage såkalte tørre celler, eller celler med fortykket elektrolytt, fri for elementer som kvikksølv og kadmium, som utgjør alvorlige farer for menneskers helse og miljøet.

Denne trenden er en konsekvens av fordelene med alkaliske kjemikalier sammenlignet med klassiske saltelementer:

en betydelig økning i utladningsstrømtettheter på grunn av bruken av en limt anode;

øke kapasiteten til kjemisk oppvarmingsutstyr på grunn av muligheten for å øke belastningen av aktive masser;

opprettelse av sinkluftsammensetninger (elementer av type 6F22) på grunn av den større aktiviteten til eksisterende katodematerialer i elektroreduksjonsreaksjonen av dioksygen i en alkalisk elektrolytt.

Batterier fra Duracell (USA)

Duracell er en anerkjent leder i verden innen produksjon av alkaliske galvaniske engangskilder. Selskapets historie går mer enn 40 år tilbake.

Selve selskapet er lokalisert i USA. I Europa er fabrikkene lokalisert i Belgia. I følge forbrukere både her og i utlandet inntar Duracell-batterier en ledende posisjon når det gjelder popularitet, bruksvarighet og forhold mellom pris og kvalitet.

Utseendet til Duracell på det ukrainske markedet vakte oppmerksomheten til våre forbrukere.

Utladningsstrømtetthetene i litiumkilder er ikke høye (sammenlignet med andre HIT-er), i størrelsesorden 1 mA/cm2 (se side 14). Med en garantert holdbarhet på 10 år og lav strømutladning er det rasjonelt å bruke Duracell litiumceller i høyteknologiske systemer.

USA-patentert EXRA-POWER-teknologi som bruker titandioksid (TiO2) og andre teknologiske funksjoner bidrar til å øke kraften og effektiviteten til Duracells kjemiske mangan-sinkreaktorer.

Inne i stålkroppen til Duracell alkaliske celler er en sylindrisk grafittsamler som holder en pastalignende elektrolytt i kontakt med en nålekatode.

Elementenes garanterte holdbarhet er 5 år, og samtidig er kapasiteten til elementet angitt på emballasjen garantert ved slutten av holdbarheten.

Tekniske egenskaper for Duracell HIT er gitt i tabell 1.8.

Batterier fra Varta-konsernet (Tyskland)

Varta-konsernet er en av verdens ledende innen produksjon av HIT. Konsernets 25 fabrikker er lokalisert i mer enn 100 land og produserer mer enn 1000 typer batterier.

De viktigste produksjonsanleggene er okkupert av Institutt for stasjonære industrielle batterier. Imidlertid produseres rundt 600 typer voltaiske celler fra klokkebatterier til forseglede batterier ved selskapets fabrikker av Instrument Batteries Department i USA, Italia, Japan, Tsjekkia, etc., med en garanti for konstant kvalitet uavhengig av geografisk plasseringen av anlegget. Det fotografiske kameraet til den første mannen som satte sin fot på månen ble drevet av Varta-batterier.

De er ganske godt kjent for våre forbrukere og er i jevn etterspørsel.

Tekniske egenskaper ved HIT gjelder Varta med indikasjon innenlandske analoger er gitt i tabell 1.9.

KAPITTEL 2. BATTERIER

Batterier er gjenbrukbare kjemiske kilder til elektrisk energi. De består av to elektroder (positive og negative), en elektrolytt og et hus. Energiakkumulering i batteriet skjer under en kjemisk reaksjon av oksidasjon-reduksjon av elektrodene. Når batteriet er utladet, skjer de omvendte prosessene. Batterispenning er potensialforskjellen mellom polene til batteriet ved en fast belastning.

Bibliografi

1. Kaufman M., Sidman. A.G.
   En praktisk veiledning til kretsberegninger i elektronikk. Katalog. I 2 bind: Overs. fra engelsk / Ed. F.N. Pokrovsky. M.: Energoatomizdat, 1991. 368 s.
2. Tereshchuk R.M. etc. Små utstyr. Håndbok for amatørradio. K.: Naukova Dumka, 1975. 557 s.
3. Sena L.A. Enheter av fysiske mengder og deres dimensjoner. Utdannings- og referansehåndbok. 3. utg., revidert. og tillegg M.: Vitenskap. Ch. utg. fysikk og matematikk lit., 1988. 432 s.
4. Deordiev S.S. Batterier og deres vedlikehold. K.: Technika, 1985. 136 s.
5. Elektrisk oppslagsbok. I 3 bind T.2. Elektriske produkter og enheter/under generelt. utg. professorer ved Moscow Power Engineering Institute (sjefredaktør I.N. Orlov) og andre. 6 rev. og tillegg M.: Energoatomizdat, 1986. 712 s.
6. Digital og analog integrerte kretser. Katalog. Ed. S.V. Yakubovsky. M.: Radio og kommunikasjon, 1990. 496 s.
7. Semushkin S. Aktuelle kilder og deres anvendelse. "Radio", 1978. 2.3.
8. Veksler G.S. Beregning av strømforsyningsenheter. K.: Tekhnika, 1978. 208 s.
9. Lisovsky F.V., Kalugin I.K. Engelsk-russisk ordbok for radioelektronikk. 2. utg., revidert. og tillegg OK. 63 000 vilkår. M.: Rus. lang., 1987.
10. Bagotsky V.S., Skundin A.M. Kjemiske strømkilder. M.: Energoizdat, 1981. 360 s.
11. Crompton T. Primære strømkilder. M.: mir, 1986. 326 s.

Fortsett å lese

Ulike typer galvaniske celler konverterer sin kjemiske energi til elektrisk strøm. De fikk navnet sitt til ære for den italienske forskeren Galvani, som utførte de første slike eksperimenter og forskning. Elektrisitet genereres ved kjemisk reaksjon av to metaller (vanligvis sink og kobber) i en elektrolytt.

Driftsprinsipp

Forskere plasserte en kobber- og sinkplate i beholdere med syre. De var forbundet med en leder, gassbobler dannet på den første, og den andre begynte å oppløses. Dette beviste at elektrisk strøm flyter gjennom lederen. Etter Galvani tok Volt opp eksperimenter. Han skapte et sylindrisk element, som ligner på en vertikal søyle. Den besto av sink-, kobber- og tøyringer, forhåndsimpregnert med syre. Det første elementet hadde en høyde på 50 cm, og spenningen generert av det ble følt av en person.

Driftsprinsippet er at to typer metall i et elektrolytisk medium samhandler, som et resultat av at strømmen begynner å strømme gjennom den eksterne kretsen. Moderne galvaniske celler og batterier kalles batterier. Spenningen deres avhenger av metallet som brukes. Enheten er plassert i en sylinder laget av mykt metallplate. Elektrodene er mesh med oksidativ og reduksjonssputtering.

Konvertering av kjemisk energi til elektrisitet eliminerer muligheten for å gjenopprette egenskapene til batterier. Når alt kommer til alt, når elementet fungerer, forbrukes reagenser, noe som får strømmen til å reduseres. Reduksjonsmidlet er vanligvis det negative blyet fra litium eller sink. Under drift mister den elektroner. Den positive delen er laget av metallsalter eller magnesiumoksid, den utfører arbeidet med et oksidasjonsmiddel.

Under normale forhold tillater ikke elektrolytten strøm å passere gjennom den desintegrerer til ioner bare når kretsen er lukket. Det er dette som får konduktivitet til å vises. En syreløsning, natrium- eller kaliumsalter brukes som elektrolytt.

Varianter av elementer

Batterier brukes til å drive enheter, enheter, utstyr og leker. I henhold til ordningen er alle galvaniske elementer delt inn i flere typer:

• saltvann;
• alkalisk;
• litium

De mest populære er saltbatterier laget av sink og mangan. Elementet kombinerer pålitelighet, kvalitet og rimelig pris. Men nylig har produsenter redusert eller helt stoppet produksjonen, ettersom selskaper som produserer husholdningsapparater gradvis øker kravene til dem. De viktigste fordelene med galvaniske batterier av denne typen:

• universelle parametere som tillater bruk på forskjellige områder;
• enkel betjening;
• lave kostnader;
• enkle forhold produksjon;
• tilgjengelige og rimelige råvarer.

Blant ulempene er kort levetid (ikke mer enn to år), reduksjon i egenskaper på grunn av lave temperaturer, reduksjon i kapasitet med økende strøm og reduksjon i spenning under drift. Når saltbatterier utlades, kan de lekke ettersom det positive volumet til elektroden skyver ut elektrolytten. Konduktiviteten økes av grafitt og kjønrøk, den aktive blandingen består av mangandioksid. Levetiden avhenger direkte av volumet av elektrolytt.

I forrige århundre dukket de første alkaliske elementene opp. Rollen til oksidasjonsmidlet i dem spilles av mangan, og reduksjonsmidlet er sinkpulver. Batterikroppen er sammenslått for å forhindre korrosjon. Men bruk av kvikksølv ble forbudt, så de ble belagt med blandinger av sinkpulver og rusthemmere.

Det aktive stoffet i enheten til en galvanisk celle er disse er sink, indium, bly og aluminium. Den aktive massen inkluderer sot, mangan og grafitt. Elektrolytten er laget av kalium og natrium. Tørt pulver forbedrer batteriets ytelse betydelig. Med samme dimensjoner som salttyper har alkaliske større kapasitet. De fortsetter å fungere godt selv i sterk frost.

Litiumceller brukes til å drive moderne teknologi. De produseres i form av batterier og akkumulatorer forskjellige størrelser. Førstnevnte inneholder en fast elektrolytt, mens andre enheter inneholder en flytende elektrolytt. Dette alternativet er egnet for enheter som krever stabil spenning og gjennomsnittlige løpende kostnader. Litiumbatterier kan lades flere ganger, batterier brukes kun én gang, de er ikke åpnet.

Anvendelsesområde

Det stilles en rekke krav til produksjon av galvaniske celler. Batterikassen må være pålitelig og forseglet. Elektrolytten må ikke lekke ut, og fremmedstoffer må ikke komme inn i enheten. I noen tilfeller, når væske lekker ut, vil det ta fyr. En skadet gjenstand kan ikke brukes. Dimensjonene på alle batteriene er nesten like, bare størrelsene på batteriene er forskjellige. Elementene kan ha forskjellige former: sylindrisk, prismatisk eller skive.

Alle typer enheter har felles fordeler: de er kompakte og lette i vekt, tilpasset ulike driftstemperaturområder, har stor kapasitet og fungerer stabilt under forskjellige forhold. Det er også noen ulemper, men de er knyttet til visse typer elementer. Salte varer ikke lenge, litium er utformet på en slik måte at de kan antennes hvis de trykkavlastes.

Bruksområdene for batterier er mange:

• digital teknologi;
• Leker for barn;
• Medisinsk utstyr;
• forsvars- og luftfartsindustrien;
• romproduksjon.

Galvaniske celler er enkle å bruke og rimelige. Men noen typer må håndteres forsiktig og ikke brukes hvis de er skadet. Før du kjøper batterier, bør du nøye studere instruksjonene for enheten som de skal drive.

Lavstrømskilder til elektrisk energi

Galvaniske celler og batterier brukes til å drive bærbart elektrisk utstyr og radioutstyr.

Galvaniske celler- Dette er enkelthandlingskilder, batterier- gjenbrukbare kilder.

Det enkleste galvaniske elementet

Det enkleste elementet kan lages av to strimler: kobber og sink, nedsenket i vann som er lett surgjort med svovelsyre. Hvis sinken er ren nok til å være fri for lokale reaksjoner, vil ingen merkbar endring skje før kobber og sink er forbundet med ledning.

Strimlene har imidlertid forskjellige potensialer i forhold til hverandre, og når de er forbundet med en ledning, vil det vises en i den. Etter hvert som denne handlingen fortsetter, vil sinkstrimmelen gradvis oppløses, og gassbobler vil dannes nær kobberelektroden og samle seg på overflaten. Denne gassen er hydrogen, dannet av elektrolytten. Elektrisk strøm går fra kobberstrimmelen gjennom ledningen til sinkstrimmelen, og fra den gjennom elektrolytten tilbake til kobberet.

Gradvis erstattes svovelsyren i elektrolytten med sinksulfat, dannet fra den oppløste delen av sinkelektroden. På grunn av dette reduseres spenningen til elementet. Et enda større spenningsfall er imidlertid forårsaket av dannelsen av gassbobler på kobberet. Begge disse handlingene produserer "polarisering". Slike elementer har nesten ingen praktisk betydning.

Viktige parametere for galvaniske celler

Størrelsen på spenningen levert av galvaniske celler avhenger bare av deres type og design, det vil si materialet til elektrodene og den kjemiske sammensetningen av elektrolytten, men avhenger ikke av formen og størrelsen på elementene.

Mengden strøm som en galvanisk celle kan produsere er begrenset av dens indre motstand.

En veldig viktig egenskap ved en galvanisk celle er. Elektrisk kapasitet betyr mengden elektrisitet som en galvanisk celle eller battericelle er i stand til å levere under hele driftstiden, dvs. før den endelige utladningen skjer.

Kapasiteten gitt av elementet bestemmes ved å multiplisere utladningsstrømmen, uttrykt i ampere, med tiden i timer elementet ble utladet til begynnelsen av full utladning. Derfor er elektrisk kapasitet alltid uttrykt i amperetimer (A x h).

Basert på kapasiteten til elementet kan du også på forhånd bestemme hvor mange timer det skal virke før det er helt utladet. For å gjøre dette må du dele kapasiteten med utladningsstrømmen som er tillatt for dette elementet.

Imidlertid er elektrisk kapasitans ikke en strengt konstant verdi. Det varierer innenfor ganske vide grenser avhengig av driftsforholdene (modus) til elementet og den endelige utladningsspenningen.

Hvis elementet utlades med maksimal strømstyrke og dessuten uten avbrudd, vil det gi en betydelig lavere kapasitet. Tvert imot, når det samme elementet utlades med lavere strøm og med hyppige og relativt lange pauser, vil elementet gi opp sin fulle kapasitet.

Når det gjelder effekten av den endelige utladningsspenningen på kapasitansen til elementet, må det huskes at under utladningen av en galvanisk celle forblir ikke driftsspenningen på samme nivå, men avtar gradvis.

Vanlige typer galvaniske celler

De vanligste galvaniske cellene er mangan-sink, mangan-luft, sink-luft og kvikksølv-sink-systemer med salt og alkaliske elektrolytter. Tørre mangan-sinkceller med en saltelektrolytt har en startspenning på 1,4 til 1,55 V, driftstid ved omgivelsestemperaturer fra -20 til -60 o C fra 7 timer til 340 timer.

Tørre mangan-sink- og sink-luftceller med en alkalisk elektrolytt har en spenning fra 0,75 til 0,9 V og en driftstid fra 6 timer til 45 timer.

Tørre kvikksølv-sinkceller har en startspenning på 1,22 til 1,25 V og en driftstid på 24 timer til 55 timer.

Størst garantiperiode tørre kvikksølv-sinkelementer har en lagringstid på opptil 30 måneder.

Dette er sekundære galvaniske celler.I motsetning til galvaniske celler skjer det ingen kjemiske prosesser i batteriet umiddelbart etter montering.

Slik at kjemiske reaksjoner knyttet til bevegelse begynner i batteriet elektriske ladninger, må du endre den kjemiske sammensetningen av elektrodene (og delvis elektrolytten) tilsvarende. Denne endringen i den kjemiske sammensetningen av elektrodene skjer under påvirkning av elektrisk strøm som går gjennom batteriet.

Derfor, for at batteriet skal produsere elektrisk strøm, må det først "lades" med likestrøm fra en ekstern strømkilde.

Batterier skiller seg også gunstig fra konvensjonelle galvaniske celler ved at de etter utlading kan lades igjen. Med god forsiktighet og under normale driftsforhold tåler batterier opptil flere tusen opp- og utladninger.
Batterienhet

For tiden brukes bly- og kadmium-nikkel-batterier oftest i praksis. For førstnevnte er elektrolytten en løsning av svovelsyre, og for sistnevnte en løsning av alkalier i vann. Blybatterier kalles også syrebatterier, og nikkel-kadmium-batterier kalles alkaliske batterier.

Prinsippet for drift av batterier er basert på polarisering av elektroder. Det enkleste syrebatteriet er utformet som følger: Dette er to blyplater dyppet i en elektrolytt. Som et resultat av den kjemiske substitusjonsreaksjonen dekkes platene med et lett belegg av blysulfat PbSO4, som følger av formelen Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2.

Syrebatterienhet

Denne tilstanden til platene tilsvarer et utladet batteri. Hvis du nå slår på batteriet for lading, dvs. kobler det til generatoren likestrøm, da vil polarisering av platene begynne i den på grunn av elektrolyse. Som et resultat av lading av batteriet blir platene polariserte, det vil si at de endrer stoffet på overflaten, og blir fra homogene (PbSO 4) til forskjellige (Pb og Pb O 2).

Batteriet blir en strømkilde, og dens positive elektrode er en plate belagt med blydioksid, og den negative elektroden er en ren blyplate.

Mot slutten av ladningen øker elektrolyttkonsentrasjonen på grunn av utseendet av ytterligere svovelsyremolekyler i den.

Dette er en av egenskapene til et blybatteri: elektrolytten forblir ikke nøytral og deltar selv i kjemiske reaksjoner under batteridrift.

Mot slutten av utladningen er begge batteriplatene igjen dekket med blysulfat, som et resultat av at batteriet slutter å være en strømkilde. Batteriet bringes aldri til denne tilstanden. På grunn av dannelsen av blysulfat på platene synker elektrolyttkonsentrasjonen ved slutten av utladningen. Hvis du setter batteriet på lading, kan du igjen forårsake polarisering for å sette det på utlading igjen osv.

Hvordan lade batteriet

Det er flere måter å lade batterier på. Den enkleste er normal batterilading, som skjer som følger. Til å begynne med, i 5 - 6 timer, utføres ladingen med dobbel normal strøm til spenningen på hver batteribank når 2,4 V.

Normal ladestrøm bestemmes av formelen I ladning = Q/16

Hvor Q - nominell batterikapasitet, Ah.

Etter dette reduseres ladestrømmen til normal verdi og ladningen og flyten fortsetter i 15 - 18 timer, til tegn på slutten av ladningen vises.

Moderne batterier

Kadmium-nikkel, eller alkaliske batterier, dukket opp mye senere enn blybatterier og er, sammenlignet med dem, mer avanserte kjemiske strømkilder. Hovedfordelen med alkaliske batterier fremfor blybatterier er den kjemiske nøytraliteten til elektrolyttene deres med hensyn til platenes aktive masse. På grunn av dette er selvutladingen av alkaliske batterier betydelig mindre enn for blybatterier. Driftsprinsippet til alkaliske batterier er også basert på polariseringen av elektrodene under elektrolyse.

For å drive radioutstyr produseres det forseglede kadmium-nikkel-batterier, som er operative ved temperaturer fra -30 til +50 o C og tåler 400 - 600 lade-utladingssykluser. Disse batteriene er laget i form av kompakte parallellepipeder og disker med en masse på flere gram til kilo.

De produserer nikkel-hydrogen-batterier for strømforsyning til autonome anlegg. Den spesifikke energien til et nikkel-hydrogen batteri er 50 - 60 Wh kg -1.