Svijet baterija - 3. dio

Istorija modernih baterija počinje u devetnaestom veku, iz ovog veka potiče većina dizajna koji se danas koriste. Ovakva situacija svedoči, s jedne strane, o odličnim idejama naučnika tog vremena, as druge strane, o poteškoćama koje se javljaju u razvoju novih modela.

Malo je stvari toliko dobrih da se ne mogu poboljšati. Ovo pravilo se odnosi i na baterije - modeli iz XNUMX. stoljeća su mnogo puta usavršavani dok nisu poprimili svoj sadašnji oblik. Ovo se također odnosi na Leclanchet ćelije.

Link za poboljšanje

Dizajn francuskog hemičara je promenjen Carl Gasner u zaista koristan model: jeftin za proizvodnju i siguran za upotrebu. Međutim, i dalje je bilo problema - cink premaz elementa korodirao je nakon kontakta s kiselim elektrolitom koji je napunio posudu, a prskanje agresivnog sadržaja moglo bi onesposobiti uređaj napajan. Odluka je postala amalgamacija unutrašnja površina tijela od cinka (živa prevlaka).

Cink amalgam praktički ne reagira s kiselinama, ali zadržava sva elektrohemijska svojstva čistog metala. Međutim, zbog ekoloških propisa, ovaj način produženja vijeka ćelija se sve manje koristi (na ćelijama bez žive nalazi se natpis ili) (1).

2. Raspored alkalne ćelije: 1) kućište (katodno olovo), 2) katoda koja sadrži mangan dioksid, 3) separator elektroda, 4) anoda koja sadrži KOH i cink prašinu, 5) anodni terminal, 6) zaptivanje ćelije (izolator elektrode). .

Drugi način za povećanje dugovječnosti i života ćelija je dodavanje cink hlorid ZnCl₂ za pastu za punjenje čaša. Ćelije ovog dizajna često se nazivaju Heavy Duty i (kao što ime sugerira) dizajnirane su za napajanje energetski intenzivnijih uređaja.

Proboj u oblasti baterija za jednokratnu upotrebu bila je izgradnja 1955. godine alkalne ćelije. Izum kanadskog inženjera Lewis Urry, koju koristi trenutna kompanija Energizer, ima strukturu malo drugačiju od one Leclanchet ćelije.

Prvo, tamo nećete naći grafitnu katodu ili cink čašu. Obje elektrode su izrađene u obliku mokrih, odvojenih pasta (zgušnjivači plus reagensi: katoda se sastoji od mješavine mangan-dioksida i grafita, anoda od cinkove prašine s primjesom kalijevog hidroksida), a njihovi terminali su metalni ( 2). Međutim, reakcije koje se javljaju tokom rada vrlo su slične onima koje se javljaju u Leclanchet ćeliji.

Zadatak. Izvršite "hemijsku autopsiju" alkalne ćelije kako biste otkrili da je sadržaj zaista alkalni (3). Zapamtite da se iste mjere opreza primjenjuju na demontažu Leclanchet ćelije. Pogledajte polje Battery Code kako biste identificirali alkalnu ćeliju.

3. "Presjek" alkalne ćelije potvrđuje sadržaj alkalija.

Kućne baterije

4. Domaće Ni-MH i Ni-Cd baterije.

Ćelije koje se mogu puniti nakon upotrebe bile su cilj dizajnera od samog početka razvoja nauke o elektricitetu, pa otuda i mnoge njihove vrste.

Trenutno su jedan od modela koji se koriste za napajanje malih kućnih aparata nikl-kadmijum baterije. Njihov prototip se pojavio 1899. godine kada je to uradio švedski pronalazač. Ernst Jungner prijavio se za patent za nikl-kadmijumsku bateriju koja bi mogla da se takmiči sa baterijama koje se već široko koriste u automobilskoj industriji. olovna baterija.

Anoda ćelije je kadmijum, katoda je trovalentno jedinjenje nikla, elektrolit je rastvor kalijum hidroksida (u modernim "suvim" dizajnom, mokra pasta od zgušnjivača zasićena rastvorom KOH). Ni-Cd baterije (ovo je njihova oznaka) imaju radni napon od približno 1,2 V - to je manje od napona za jednokratnu upotrebu, što, međutim, nije problem za većinu aplikacija. Velika prednost je mogućnost potrošnje značajne struje (čak i nekoliko ampera) i širok raspon radnih temperatura.

5. Provjerite zahtjeve za različite tipove baterija prije punjenja.

Nedostatak nikl-kadmijum baterija je opterećujući "efekat pamćenja". Ovo se dešava kada se često dopunjuju delimično ispražnjene Ni-Cd baterije: sistem se ponaša kao da je njegov kapacitet jednak samo napunjenju dopunjenom ponovnim punjenjem. Kod nekih tipova punjača "efekat memorije" se može smanjiti punjenjem ćelija u posebnom režimu.

Stoga, ispražnjene nikl-kadmijumske baterije treba puniti u punom ciklusu: prvo potpuno ispražnjene (koristeći odgovarajuću funkciju punjača), a zatim ponovo napuniti. Često punjenje također smanjuje procijenjeni vijek trajanja od 1000-1500 ciklusa (da će mnoge ćelije za jednokratnu upotrebu biti zamijenjene jednom baterijom tokom njenog životnog vijeka, tako da će se veći trošak kupovine višestruko isplatiti, a da ne spominjemo mnogo manje opterećenje baterije ). okruženje sa proizvodnjom i odlaganjem ćelija).

Ni-Cd elementi koji sadrže otrovni kadmij su zamijenjeni nikl-metal hidridne baterije (Ni-MH oznaka). Njihova struktura je slična Ni-Cd baterijama, ali se umjesto kadmijuma koristi porozna legura metala (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, rijetki zemni metali) sa sposobnošću apsorpcije vodonika (4). Radni napon Ni-MH ćelije je takođe oko 1,2 V, što im omogućava da se koriste naizmjenično sa NiCd baterijama. Kapacitet nikl metal hidridnih ćelija je veći od kapaciteta nikl-kadmijum ćelija iste veličine. Međutim, NiMH sistemi se brže samoprazne. Već postoje moderni dizajni koji nemaju ovaj nedostatak, ali koštaju mnogo više od standardnih modela.

Nikl-metal hidridne baterije ne pokazuju "efekat memorije" (djelimično ispražnjene ćelije se mogu puniti). Međutim, uvijek je potrebno provjeriti zahtjeve za punjenje svake vrste u uputama za punjač (5).

U slučaju Ni-Cd i Ni-MH baterija, ne preporučujemo njihovo rastavljanje. Prvo, u njima nećemo naći ništa korisno. Drugo, nikl i kadmijum nisu sigurni elementi. Nemojte nepotrebno riskirati i prepustite to obučenim stručnjacima.

Kralj akumulatora, tj.

6. "Kralj baterija" na djelu.

… Olovna baterija, koju je 1859. godine izgradio francuski fizičar Gaston Plantego (da, da, uređaj će ove godine napuniti 161 godinu!). Elektrolit baterije je oko 37% rastvor sumporne kiseline (VI), a elektrode su olovo (anoda) i olovo obložene slojem olovnog dioksida PbO.₂ (katoda). Tokom rada, na elektrodama se stvara precipitat olovo(II)(II)PbSO sulfata₄. Prilikom punjenja, jedna ćelija ima napon veći od 2 volta.

olovna baterija zapravo ima sve nedostatke: značajnu težinu, osjetljivost na pražnjenje i niske temperature, potrebu skladištenja u napunjenom stanju, rizik od agresivnog curenja elektrolita i korištenje toksičnih metala. Osim toga, zahtijeva pažljivo rukovanje: provjera gustine elektrolita, dodavanje vode u komore (koristite samo destilovanu ili deioniziranu), kontrola napona (pad ispod 1,8 V u jednoj komori može oštetiti elektrode) i poseban način punjenja.

Pa zašto je drevna struktura još uvijek u upotrebi? “Kralj akumulatora” ima ono što je atribut pravog vladara - moć. Velika potrošnja struje i visoka energetska efikasnost do 75% (ova količina energije koja se koristi za punjenje može se povratiti tokom rada), kao i jednostavan dizajn i niska cijena proizvodnje, znače da olovna baterija Koristi se ne samo za pokretanje motora sa unutrašnjim sagorevanjem, već i kao element napajanja u nuždi. Uprkos 160-godišnjoj istoriji, olovna baterija i dalje dobro posluje i nije zamenjena drugim tipovima ovih uređaja (a sa njim i samo olovo, koje je zahvaljujući bateriji jedan od metala koji se proizvodi u najvećim količinama) . Sve dok motorizacija zasnovana na motorima sa unutrašnjim sagorevanjem nastavi da se razvija, njena pozicija neće biti ugrožena (6).

Izumitelji nisu prestali pokušavati stvoriti zamjenu za olovno-kiselinsku bateriju. Neki od modela su postali popularni i danas se koriste u automobilskoj industriji. Na prijelazu iz devetnaestog u dvadeseti vijek stvoreni su dizajni u kojima nije korišteno H rješenje.₂SO₄ali alkalni elektroliti. Primjer je gore prikazana nikl-kadmijumska baterija Ernsta Jungnera. Godine 1901 Thomas Alva Edison promijenio dizajn i koristio željezo umjesto kadmijuma. U poređenju sa kiselim baterijama, alkalne baterije su mnogo lakše, mogu da rade na niskim temperaturama i nisu tako teške za rukovanje. Međutim, njihova proizvodnja je skuplja, a energetska efikasnost niža.

Dakle, šta je sljedeće?

Naravno, članci o baterijama ne iscrpljuju pitanja. Oni ne raspravljaju, na primjer, o litijumskim ćelijama, koje se također obično koriste za napajanje kućanskih aparata kao što su kalkulatori ili matične ploče računara. Više o njima možete saznati u januarskom članku o prošlogodišnjoj Nobelovoj nagradi za hemiju, a na praktičnom dijelu - za mjesec dana (uključujući rušenje i iskustvo).

Postoje dobri izgledi za ćelije, posebno baterije. Svijet postaje sve mobilniji, što znači i potrebu da postanemo neovisni o kablovima za napajanje. Osiguranje efikasnog snabdijevanja električnom energijom električnih vozila također je veliki problem. - tako da mogu da se takmiče sa automobilima sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem i po efikasnosti.

akumulatorska baterija

Da bi se olakšala identifikacija tipa ćelije, uveden je poseban alfanumerički kod. Za tipove koji se najčešće nalaze u našim domovima za male uređaje, ima oblik broj-slovo-slovo-broj.

i da:

- prva cifra je broj ćelija; zanemareno za pojedinačne ćelije;

– prvo slovo označava tip ćelije. Kada nedostaje, imate posla sa vezom Leclanche. Ostale vrste ćelija su označene kako slijedi:

C – litijumske ćelije (najčešći tip),

H – Ni-MH baterija,

K – nikl-kadmijum baterija,

L – alkalna ćelija;

- sljedeće slovo označava oblik veze:

F – tanjir,

R - cilindrični,

P - opšta oznaka karika koji imaju oblik koji nije cilindričan;

– konačna slika ili brojke označavaju veličinu linka (kataloške vrijednosti ili direktno naznačuju dimenzije) (7).

7. Dimenzije popularnih ćelija i baterija.

Primjeri označavanja:

R03
- cink-grafitna ćelija veličine malog prsta. Druga oznaka je AAA ili.

LR6 - alkalna ćelija veličine prsta. Druga oznaka je AA ili.

HR14 – Ni-MH baterija; slovo C se također koristi za označavanje veličine.

KR20 – Ni-Cd baterija, čija je veličina takođe označena slovom D.

3LR12 – prazna baterija napona 4,5 V, koja se sastoji od tri cilindrične alkalne ćelije.

6F22 - 9-voltna baterija, koja se sastoji od šest Leclanchet ravnih ćelija.

CR2032 – litijumska ćelija prečnika 20 mm i debljine 3,2 mm.

Vidi takođe: