Baterija , v elektriki in elektrokemiji, kateri koli razred naprav, ki pretvarjajo kemično energijo neposredno v električno energijo. Čeprav izraz baterijo , v strogi uporabi, označuje sklop dveh ali več galvanskih celic, ki so sposobne takega pretvorba energije , se običajno uporablja za eno samo tovrstno celico.
alkalno-manganova dioksidna baterija: pogled na izrez Pogled na rez na električno celico alkalno-manganovega dioksida. Enciklopedija Britannica, Inc.
Vsaka baterija (ali celica) ima katodo ali pozitivno ploščo in anodo ali negativno ploščo. Te elektrode morajo biti ločene z elektrolitom in so pogosto potopljene v elektrolit, ki omogoča prehod ionov med elektrodami. Materiali elektrod in elektrolit so izbrani in razporejeni tako, da zadostujejo elektromotorna sila (merjeno v voltov ) in električni tok (merjeno v amperih) je mogoče razviti med terminali akumulatorja za upravljanje luči, strojev ali drugih naprav. Ker elektroda vsebuje le omejeno število enot kemične energije, pretvorljive v električno, iz tega izhaja, da ima baterija določene velikosti le določeno zmogljivost za upravljanje naprav in se sčasoma izprazni. Aktivni deli akumulatorja so običajno zaprti v škatli s sistemom pokrova (ali plaščem), ki zadržuje zrak zunaj in elektrolitsko topilo v notranjosti ter zagotavlja strukturo za sklop.
elektrokemijska celica: osnovne komponente Osnovne komponente elektrokemijske celice. Enciklopedija Britannica, Inc.
Komercialne baterije so zasnovane in izdelane z upoštevanjem tržnih dejavnikov. Kakovost materialov in zapletenost zasnove elektrod in posod se odražajo v tržni ceni za kateri koli določen izdelek. Z odkrivanjem novih materialov ali izboljšanjem lastnosti tradicionalnih pa se tipična zmogljivost še starejših baterijskih sistemov včasih poveča za velike odstotke.
Baterije so razdeljene v dve splošni skupini: (1) primarne baterije in (2) sekundarne ali shranjevalne baterije. Primarne baterije so zasnovane za uporabo, dokler napetost ni prenizka za delovanje dane naprave, nato pa jih zavržemo. Sekundarne baterije imajo številne posebne konstrukcijske lastnosti, pa tudi posebne materiale za elektrode, ki omogočajo njihovo ponovno namestitev (ponovno polnjenje). Po delnem ali popolnem praznjenju jih je mogoče ponovno napolniti z uporabo enosmerne (enosmerne) napetosti. Čeprav se prvotno stanje običajno ne obnovi v celoti, je izguba na polnilni cikel v komercialnih baterijah le majhen delež 1 odstotka tudi v različnih pogojih.
kateri jezik govorijo v skandinaviji
Anoda elektrokemijske celice je običajno kovina, ki je oksidirana (odda elektrone) s potencialom med 0,5 volt in približno 4 volte nad napetostjo katode. Katoda je na splošno sestavljena iz kovinskega oksida ali sulfida, ki se s sprejetjem elektronov skupaj z ioni v svojo strukturo pretvori v manj oksidirano stanje. Za prenos elektronov od anode do negativnega kontakta akumulatorja je treba zagotoviti prevodno povezavo prek zunanjega vezja (npr. Svetilke ali druge naprave). Prisoten mora biti tudi dovolj elektrolita. Elektrolit je sestavljen iz topila (voda, organska tekočina ali celo trdna snov) in ene ali več kemikalij, ki v topilu disociirajo na ione. Ti ioni služijo za dovajanje elektronov in kemičnih snovi skozi notranjost celice, da med delovanjem celice uravnotežijo pretok električnega toka zunaj celice.
Uporabnost akumulatorja ni omejena samo z zmogljivostjo, temveč tudi s tem, kako hitro lahko iz nje črpamo tok. Solni ioni, izbrani za raztopino elektrolita, se morajo dovolj hitro premikati skozi topilo, da lahko med elektrodama prenašajo kemične snovi, enake stopnji električnega povpraševanja. Zmogljivost baterije je tako omejena z difuzija stopnje notranjih kemikalij, pa tudi glede na zmogljivost.
Napetost posamezne celice in hitrost difuzije v njej se zmanjšata, če temperatura se zniža z referenčne točke, na primer 21 ° C (70 ° F). Če temperatura pade pod ledišče elektrolita, celica običajno proizvede zelo malo koristnega toka in lahko dejansko spremeni notranje dimenzije, kar povzroči notranje poškodbe in poslabša delovanje tudi po ponovnem ogrevanju. Če namerno zvišujemo temperaturo, lahko traja hitrejši izpust, vendar to na splošno ni priporočljivo, ker lahko kemikalije akumulatorja izhlapijo ali spontano reagirajo med seboj, kar povzroči zgodnjo okvaro.
Temeljni odnos elektrokemičnega delovanja celic, ki ga je predstavil angleški fizik-kemik Michael Faraday leta 1834, je, da se mora za vsak amper, ki teče določeno obdobje, zgoditi ustrezna kemična reakcija ali druga sprememba. Obseg takšnih sprememb je odvisen od molekularne in elektronske strukture elementov konstituiranje elektrode akumulatorja in elektrolit. Lahko se pojavijo tudi sekundarne spremembe, vendar mora na elektrodah potekati primarni par teoretično reverzibilnih reakcij za proizvodnjo električne energije. Dejanska energija, ki jo ustvari baterija, se meri s številom proizvedenih amperov × enoto časa × povprečno napetostjo v tem času. Za celico z elektrodami cinka in manganovega dioksida (npr. Običajna suha celica svetilke) ugotovimo, da kemični ekvivalent cinka tehta 32,5 grama (1,4 unče), manganovega dioksida pa približno 87 gramov. Izpust ene ekvivalentne teže vsake od teh elektrod bo povzročil, da se 32,5 grama cinka raztopi in 87 gramov manganovega dioksida spremeni v drug oksid, ki vsebuje več vodika in cinkovih ionov. V reakciji se bo porabil tudi del elektrolita. En kemični ekvivalent vsake elektrode ustvari en faraday ali 96.485 kulomov toka, enakih 26,8 amperov na uro. Če celice delujejo v povprečju 1,2 voltov bi to prineslo 32,2 vatov ur enosmerne energije. Izraženo drugače, kje n enako število izpuščenih kemičnih ekvivalentov, F je Faradayeva konstanta (9,6485 × 104.kulonov na mol), V povprečna (ne nujno konstantna) napetost celice za čas praznjenja in 1 džul ≅ 2,78 × 10−4vatnih ur.
baterije za svetilke Baterije, ki napajajo svetilko. Enciklopedija Britannica, Inc.
Obstaja veliko število elementov in spojine med katerimi lahko izberete potencialno uporabne kombinacije baterij. Komercialni sistemi v splošni rabi predstavljajo preživele številne preizkuse, pri katerih je nadaljnja uporaba odvisna od ustrezne napetosti, visoke nosilnosti toka, poceni materialov in tolerance do zanemarjanja uporabnikov. Boljša tehnologija tesnjenja in plastika omogočata nadaljnji razvoj vseh celičnih sistemov, zlasti tistih, ki za anodo uporabljajo zelo aktiven litij. Ta položaj je prinesel komercialne celice s kar 3,9 volta obremenitve in zelo visoko nosilnostjo toka.
Proizvajalci baterij so oblikovali veliko različnih velikosti, napetosti in trenutnih obremenitev za različne posebne namene. V primeru običajnih gospodinjskih baterij ( glej tabela), standardne velikosti in električne lastnosti sta določila Ameriški nacionalni inštitut za standarde (ANSI) in Mednarodna elektrotehniška komisija (IEC). Najpogostejše velikosti, podane v obliki ANSI (IEC), so AAA (R03), AA (R6), C (R14), D (R20) in 9V (6F22).
Primarne baterije | |||
---|---|---|---|
tip | kemije | velikosti in običajne aplikacije | Lastnosti |
cink-ogljik (Leclanché) | katodna anoda-manganovega dioksida iz cinkove zlitine z mešanico elektrolitov 80 odstotkov amonijevega klorida in 20 odstotkov cinkovega klorida, ki obdaja elektrodo iz ogljikove palice; 1,55 voltov na celico, pri uporabi pa upada | najširši nabor velikosti, oblik in zmogljivosti (vključno z vsemi večjimi valjastimi in pravokotnimi jopiči); uporablja se v daljinskih upravljalnikih, svetilkah, prenosnih radijskih sprejemnikih | poceni in lahka; nizka gostota energije; zelo slabo za aplikacije z visokim odtokom; slabe zmogljivosti pri nizkih temperaturah; nevarnost odstranjevanja strupenega živega srebra in kadmija v cinkovi zlitini |
cinkov klorid | katodna cinkova anoda-manganov dioksid z elektrolitom cinkovega klorida; 1,55 voltov na celico, pri uporabi pa upada | široka paleta valjastih in pravokotnih jopičev; uporablja se v motoriziranih igračah, kasetah in CD predvajalnikih, svetilkah, prenosnih radijskih sprejemnikih | običajno označena kot „težka“; manjši padec napetosti pri višjih hitrostih odvajanja in nižjih temperaturah kot cink-ogljik; običajno 2-3 krat daljšo življenjsko dobo cink-ogljikovih baterij; okolju varno |
Alkalna | |||
cinkov-manganov dioksid | katodna cinkova anoda-manganov dioksid z elektrolitom kalijevega hidroksida; 1,55 voltov na celico | široka paleta valjastih in pravokotnih jopičev; najboljše za uporabo v motoriziranih igračah, kasetah in CD predvajalnikih | dolg rok uporabnosti; odporen proti puščanju; najboljše delovanje pri velikih obremenitvah; 4–10-krat več kot življenjska doba cinko-ogljikovih baterij |
cinkov-srebrni oksid | katodna cinkova anoda-srebrni oksid z elektrolitom kalijevega hidroksida; 1,55 voltov na celico | gumbaste baterije; uporablja se v slušnih aparatih, urah, kalkulatorjih | visoka gostota energije; dolg rok uporabnosti; drago |
cink-zrak | cinkova anoda-kisikova katoda s elektrolitom kalijevega hidroksida | valjaste, 9-voltne jakne, gumbi in kovanci; uporablja se v slušnih pripomočkih, pozivnikih, urah | največja energijska gostota vseh baterij za enkratno uporabo; praktično neomejen rok uporabnosti; okolju varno |
Litij | |||
litij-železov sulfid | litijeva anoda-železov sulfid katoda z organskim elektrolitom; 1,6 volta na celico | cilindrične in gumbaste baterije; uporablja se v digitalnih fotoaparatih, majhnih napravah | visoka gostota energije; podpira visoke stopnje praznjenja; dolg rok uporabnosti; drago |
litij-manganov dioksid | litijeva anoda-manganov dioksid katoda z organskim elektrolitom; 2,8–3,2 volta na celico | cilindrične in gumbaste baterije; uporablja se v digitalnih fotoaparatih, majhnih napravah | visoka gostota energije; podpira visoke stopnje praznjenja; dolg rok uporabnosti; drago |
Sekundarne (polnilne) baterije | |||
tip | kemije | velikosti in običajne aplikacije | Lastnosti |
svinčena kislina | svinčeva anoda-svinčev dioksid katoda z elektrolitom žveplove kisline | širok razpon velikosti; uporablja se v avtomobilih, invalidskih vozičkih, otroških električnih vozilih, napajalnikih v sili | najcenejša in najtežja baterija; dolgo življenje; brez spominskega učinka; širok razpon izpustov |
Alkalna | |||
nikelj-kadmij | katijeva anoda-nikelj-dioksid katoda z elektrolitom kalijevega hidroksida | običajni valjasti jopiči; uporablja se v električnem orodju, brezžičnih telefonih, biomedicinski opremi | odlične zmogljivosti pri močnem praznjenju; skoraj konstantna napetost; najboljša življenjska doba akumulatorja; spominski učinek pri nekaterih; kadmij je zelo strupen in rakotvoren, če se neustrezno reciklira |
nikelj-kovinski hidrid | anoda-nikljeva dioda z antano-nikeljevo zlitino katoda z elektrolitom kalijevega hidroksida | nekaj valjastih jopičev; uporablja se v dimnih alarmih, električnem orodju, celičnih telefonih | visoka gostota energije; dobro delovanje pri močnem izpustu; skoraj konstanten 1,2-voltni izpust; brez spominskega učinka; okolju varno |
Litij | |||
litij-ionski | katodna ogljikova anoda-litijev kobaltov dioksid z organskim elektrolitom | večina valjastih jopičev; uporablja se v mobilnih telefonih, prenosnih računalnikih | večja gostota energije in krajša življenjska doba kot nikelj-kadmij; drago; brez spominskega učinka |
Copyright © Vse Pravice Pridržane | asayamind.com