Batterywêreld - deel 3

Die geskiedenis van moderne batterye begin in die negentiende eeu, vanaf hierdie eeu kom die meeste van die ontwerpe wat vandag gebruik word. Hierdie situasie getuig aan die een kant van die uitstekende idees van wetenskaplikes van daardie tyd, en aan die ander kant van die probleme wat ontstaan ​​in die ontwikkeling van nuwe modelle.

Min dinge is so goed dat dit nie verbeter kan word nie. Hierdie reël geld ook vir batterye - modelle van die XNUMXste eeu is baie keer verfyn totdat hulle hul huidige vorm aangeneem het. Dit geld ook vir Leclanche selle.

Skakel om te verbeter

Die ontwerp van die Franse chemikus is verander Carl Gasner tot 'n baie nuttige model: goedkoop om te vervaardig en veilig om te gebruik. Daar was egter steeds probleme – die sinkbedekking van die element het geroes met kontak met die suur elektroliet wat die bak gevul het, en om aggressiewe inhoud uit te spat, kan die aangedrewe toestel deaktiveer. Die besluit het geword samesmelting die binneoppervlak van die sinkliggaam (kwikbedekking).

Sinkamalgaam reageer feitlik nie met sure nie, maar behou al die elektrochemiese eienskappe van suiwer metaal. As gevolg van omgewingsregulasies word hierdie metode om die lewe van die selle te verleng egter al hoe minder gebruik (op kwikvrye selle kan jy die inskripsie kry of) (1).

2. Alkaliese seluitleg: 1) omhulsel (katodelood), 2) katode wat mangaandioksied bevat, 3) elektrodeskeier, 4) anode wat KOH en sinkstof bevat, 5) anodeterminaal, 6) selverseëling (elektrode-isolator). .

Nog 'n manier om sel se langlewendheid en lewe te verhoog, is om by te voeg sinkchloried ZnCl₂ vir koppievulpasta. Selle van hierdie ontwerp word dikwels na verwys as Heavy Duty en (soos die naam aandui) is ontwerp om meer energie-intensiewe toestelle aan te dryf.

'n Deurbraak op die gebied van weggooibare batterye was die konstruksie in 1955 van alkaliese sel. Kanadese ingenieur se uitvinding Lewis Urry, wat deur die huidige Energizer-maatskappy gebruik word, het 'n struktuur wat effens verskil van dié van die Leclanchet-sel.

Eerstens sal jy nie 'n grafietkatode of 'n sinkbeker daar vind nie. Beide elektrodes word gemaak in die vorm van nat, geskeide pastas (verdikkers plus reagense: die katode bestaan ​​uit 'n mengsel van mangaandioksied en grafiet, die anode van sinkstof met 'n mengsel van kaliumhidroksied), en hul terminale is gemaak van metaal ( 2). Die reaksies wat tydens operasie voorkom, is egter baie soortgelyk aan dié wat in die Leclanchet-sel voorkom.

'N Taak. Doen 'n "chemiese lykskouing" op 'n alkaliese sel om uit te vind dat die inhoud wel alkalies is (3). Onthou dat dieselfde voorsorgmaatreëls geld vir die aftakeling van die Leclanchet-sel. Sien die Batterykode-veld vir hoe om 'n alkaliese sel te identifiseer.

3. "Seksie" van die alkaliese sel bevestig die alkali-inhoud.

Tuisgemaakte batterye

4. Huishoudelike Ni-MH en Ni-Cd batterye.

Selle wat na gebruik herlaai kan word, was die doel van ontwerpers van die begin van die ontwikkeling van die wetenskap van elektrisiteit, vandaar die baie soorte daarvan.

Tans is een van die modelle wat gebruik word om klein huishoudelike toestelle aan te dryf nikkel-kadmium batterye. Hul prototipe het in 1899 verskyn toe 'n Sweedse uitvinder dit gedoen het. Ernst Jungner het aansoek gedoen om 'n patent vir 'n nikkel-kadmium-battery wat kan meeding met batterye wat reeds algemeen in die motorbedryf gebruik word. loodsuur battery.

Die selanode is kadmium, die katode is 'n driewaardige nikkelverbinding, die elektroliet is 'n kaliumhidroksiedoplossing (in moderne "droë" ontwerpe, 'n nat pasta van verdikkers versadig met 'n KOH-oplossing). Ni-Cd-batterye (dit is hul benaming) het 'n bedryfspanning van ongeveer 1,2 V - dit is minder as dié van weggooibare selle, wat egter nie 'n probleem vir die meeste toepassings is nie. Die groot voordeel is die vermoë om aansienlike stroom (selfs 'n paar ampère) en 'n wye reeks bedryfstemperature te verbruik.

5. Gaan asseblief die vereistes vir verskillende tipes batterye na voordat dit gelaai word.

Die nadeel van nikkel-kadmium-batterye is 'n lastige "geheue-effek". Dit kom voor wanneer gedeeltelik ontlaaide Ni-Cd-batterye gereeld herlaai word: die stelsel tree op asof sy kapasiteit net gelyk is aan die lading wat deur herlaai aangevul word. In sommige soorte laaiers kan die "geheue-effek" verminder word deur die selle in 'n spesiale modus te laai.

Daarom moet ontlaaide nikkel-kadmiumbatterye in 'n volle siklus gelaai word: eers heeltemal ontlaai (met die toepaslike laaierfunksie) en dan herlaai. Gereelde herlaai verminder ook die geskatte lewensduur van 1000-1500 siklusse (dat baie weggooibare selle tydens sy leeftyd deur 'n enkele battery vervang sal word, dus sal die hoër aankoopkoste homself baie keer terugbetaal, om nie eens te praat van veel minder spanning op die battery nie ). omgewing met die produksie en wegdoening van selle).

Ni-Cd-elemente wat giftige kadmium bevat, is vervang nikkel-metaal hidried batterye (Ni-MH-benaming). Hul struktuur is soortgelyk aan Ni-Cd-batterye, maar in plaas van kadmium word 'n poreuse metaallegering (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, seldsame aardmetale) gebruik met die vermoë om waterstof te absorbeer (4). Die bedryfspanning van die Ni-MH-sel is ook ongeveer 1,2 V, wat dit moontlik maak om dit uitruilbaar met NiCd-batterye te gebruik. Die kapasiteit van nikkel-metaalhidriedselle is groter as dié van nikkel-kadmiumselle van dieselfde grootte. NiMH-stelsels ontlaai egter vinniger. Daar is reeds moderne ontwerpe wat nie hierdie nadeel het nie, maar dit kos baie meer as standaardmodelle.

Nikkel-metaalhidriedbatterye vertoon nie 'n "geheue-effek" nie (gedeeltelik ontlaaide selle kan herlaai word). Dit is egter altyd nodig om die laaivereistes van elke tipe na te gaan in die instruksies vir die laaier (5).

In die geval van Ni-Cd- en Ni-MH-batterye, beveel ons nie aan om dit uitmekaar te haal nie. Eerstens sal ons niks nuttigs daarin vind nie. Tweedens is nikkel en kadmium nie veilige elemente nie. Moenie onnodig risiko's neem nie en laat die beskikking oor aan opgeleide professionele persone.

Die koning van akkumuleerders, dit is...

6. "Koning van batterye" by die werk.

… Lood-suur battery, gebou in 1859 deur 'n Franse fisikus Gaston Plantego (ja, ja, die toestel word vanjaar 161 jaar oud!). Die battery elektroliet is ongeveer 37% swaelsuur (VI) oplossing, en die elektrodes is lood (anode) en lood bedek met 'n laag looddioksied PbO.₂ (katode). Tydens werking vorm 'n neerslag van lood(II)(II)PbSO-sulfaat op die elektrodes₄. Wanneer laai, het een sel 'n spanning van meer as 2 volt.

lood battery dit het eintlik al die nadele: aansienlike gewig, sensitiwiteit vir ontlading en lae temperature, die behoefte om in 'n gelaaide toestand te stoor, die risiko van aggressiewe elektrolietlekkasie en die gebruik van giftige metaal. Daarbenewens vereis dit versigtige hantering: kontroleer die digtheid van die elektroliet, voeg water by die kamers (gebruik slegs gedistilleerde of gedeïoniseerde), spanning beheer (as onder 1,8 V in een kamer val, kan die elektrodes beskadig word) en 'n spesiale laaimodus.

So hoekom is die antieke struktuur nog in gebruik? Die "Koning van Akkumulators" het wat 'n eienskap van 'n ware heerser is - mag. Hoë stroomverbruik en hoë energie-doeltreffendheid tot 75% (hierdie hoeveelheid energie wat vir laai gebruik word kan tydens werking herwin word), sowel as eenvoudige ontwerp en lae produksiekoste, beteken dat lood battery Dit word nie net gebruik om binnebrandenjins te begin nie, maar ook as 'n element van noodkragtoevoer. Ten spyte van 160 jaar se geskiedenis, vaar die loodbattery steeds goed en is dit nie deur ander soorte van hierdie toestelle vervang nie (en daarmee saam lood self, wat, danksy die battery, een van die metale is wat in die grootste hoeveelhede vervaardig word) . Solank motorisering gebaseer op binnebrandenjins aanhou ontwikkel, sal sy posisie waarskynlik nie bedreig word nie (6).

Uitvinders het nie opgehou om 'n plaasvervanger vir die loodsuurbattery te probeer skep nie. Sommige van die modelle het gewild geword en word vandag steeds in die motorbedryf gebruik. Met die draai van die negentiende en twintigste eeue is ontwerpe geskep waarin H-oplossing nie gebruik is nie.₂SO₄maar alkaliese elektroliete. 'n Voorbeeld is Ernst Jungner se nikkel-kadmium-battery wat hierbo getoon word. In 1901 Thomas Alva Edison het die ontwerp verander om yster in plaas van kadmium te gebruik. In vergelyking met suurbatterye is alkaliese batterye baie ligter, kan teen lae temperature werk en is dit nie so moeilik om te hanteer nie. Hulle produksie is egter duurder, en energiedoeltreffendheid is laer.

So, wat is volgende?

Natuurlik put die artikels oor batterye nie die vrae uit nie. Hulle bespreek byvoorbeeld nie litiumselle nie, wat ook algemeen gebruik word om huishoudelike toestelle soos sakrekenaars of rekenaarmoederborde aan te dryf. Jy kan meer oor hulle te wete kom in die Januarie-artikel oor verlede jaar se Nobelprys in Chemie, en oor die praktiese deel - oor 'n maand (insluitend sloping en ondervinding).

Daar is goeie vooruitsigte vir selle, veral batterye. Die wêreld word meer en meer mobiel, wat beteken dat dit nodig is om onafhanklik van kragkabels te word. Om doeltreffende energievoorsiening vir elektriese voertuie te verseker is ook 'n groot uitdaging. - sodat hulle kan meeding met motors met 'n binnebrandenjin ook wat ekonomie betref.

akkumulatorbattery

Om seltipe-identifikasie te vergemaklik, is 'n spesiale alfanumeriese kode ingestel. Vir die tipes wat die meeste in ons huise vir klein toestelle voorkom, het dit die vorm nommer-letter-letter-nommer.

En ja:

- die eerste syfer is die aantal selle; geïgnoreer vir enkelselle;

– die eerste letter dui die seltipe aan. Wanneer dit ontbreek, het jy te doen met die Leclanche-skakel. Ander seltipes word soos volg gemerk:

C - litiumsel (die mees algemene tipe),

H - Ni-MH battery,

K - nikkel-kadmium battery,

L - alkaliese sel;

- die volgende letter dui die vorm van die skakel aan:

F - bord,

R - silindries,

P - die algemene benaming van skakels met 'n ander vorm as silindries;

– die finale figuur of syfers dui die grootte van die skakel aan (kataloguswaardes of wat direk afmetings aandui) (7).

7. Afmetings van gewilde selle en batterye.

Merk voorbeelde:

R03
- 'n sink-grafietsel so groot soos 'n pinkie. Nog 'n benaming is AAA of.

LR6 - 'n alkaliese sel so groot soos 'n vinger. Nog 'n benaming is AA of.

HR14 – Ni-MH-battery; die letter C word ook gebruik om grootte aan te dui.

KR20 – Ni-Cd-battery, waarvan die grootte ook met die letter D gemerk is.

3LR12 – ’n pap battery met ’n spanning van 4,5 V, bestaande uit drie silindriese alkaliese selle.

6F22 - 9-volt battery, bestaande uit ses Leclanchet plat selle.

CR2032 – litiumsel met 'n deursnee van 20 mm en 'n dikte van 3,2 mm.

Sien ook: