Baterie jsou nejběžnějším zdrojem energie pro základní ruční zařízení pro velké průmyslové aplikace. Baterie může být definována jako kombinace jednoho nebo více elektrochemických článků, které jsou schopné přeměnit uloženou chemickou energii na elektrickou energii.
Fungování baterie:
Baterie je zařízení, které se skládá z různých galvanických článků. Každý galvanický článek se skládá ze dvou polovičních článků zapojených do série vodivým elektrolytem, který drží anionty a kočičí ionty. Jeden poločlánek obsahuje elektrolyt a elektrodu, ke které se pohybují anionty, tj. Anoda nebo záporná elektroda, druhý poločlánek zahrnuje elektrolyt a elektrodu, ke které se pohybují kationové ionty, tj. Katodu nebo kladnou elektrodu.
V redoxní reakci, která napájí baterii, dochází k redukci na kationty na katodě, zatímco k oxidaci na anionty na anodě. Elektrody se navzájem nedotýkají, ale jsou elektricky spojeny elektrolytem. Poločlánky mají většinou různé elektrolyty. Všechno, co je považováno za každý poločlánek, je uzavřeno v nádobě a separátor, který je porézní pro ionty, ale ne většina elektrolytů brání smíchání.
Fungování baterie
Každá polovina článku má elektromotorickou sílu (Emf), určenou jeho schopností pohánět elektrický proud z vnitřku do vnějšku článku. Čistý emf buňky je rozdíl mezi emf jejích poločlánků. Tímto způsobem, pokud mají elektrody emf a jinými slovy, čistý emf je rozdíl mezi redukčními potenciály polovičních reakcí.
Jak udržovat baterii?
Pro udržení baterie v dobrém stavu je nutné vyrovnání baterie. V důsledku stárnutí se všechny články nenabíjejí podobně a některé buňky přijímají náboj extrémně rychle, zatímco jiné se nabíjejí postupně. Vyrovnání lze provést okrajovým přebitím baterie, aby se slabší články mohly také plně nabít. Konečné napětí plně nabité baterie je 12 V, automobilová baterie ukazuje na svorkách 13,8 V, zatímco 12voltová trubicová baterie bude 14,8 V. Autobaterie by měla být ve vozidle pevně zafixována, aby se zabránilo otřesům. Baterie střídače by měla být pokud možno umístěna na dřevěném prkně.
2 typy baterií
1) Primární baterie:
Jak název napovídá, tyto baterie jsou určeny k jednorázovému použití. Jakmile jsou tyto baterie použity, nelze je dobít, protože zařízení nejsou snadno vratná a aktivní materiály se nemusí vrátit do původní podoby. Výrobci baterií doporučují, aby se primární články nenabíjely.
Některé z příkladů jednorázových baterií jsou běžné baterie AA, AAA, které používáme ve nástěnných hodinách, dálkovém ovládání televizoru atd. Jiným názvem těchto baterií jsou jednorázové baterie.
Typy baterií
2) Sekundární baterie:
Sekundární baterie se také nazývají dobíjecí baterie. Tyto baterie lze používat a dobíjet současně. Obvykle se sestavují s aktivními materiály, které jsou aktivní ve vybitém stavu. Dobíjecí baterie se dobíjejí pomocí elektrického proudu, který odvrací chemické reakce, ke kterým dochází během vybití. Nabíječky jsou zařízení, která dodávají požadovaný proud.
Některé příklady těchto dobíjecích baterií jsou baterie používané v mobilních telefonech, MP3 přehrávačích atd. Zařízení, jako jsou sluchadla a náramkové hodinky, používají miniaturní články a na místech, jako jsou telefonní ústředny nebo počítačové datové střediska, se používají větší baterie.
Sekundární baterie
Typy sekundárních (dobíjecích) baterií:
SMF, kyselina olověná, Li a Nicd
SMF baterie:
SMF je a uzavřená bezúdržbová baterie, navržená tak, aby poskytovala spolehlivý, konzistentní výkon s nízkou údržbou pro aplikace UPS. Tyto baterie mohou podléhat aplikacím s hlubokým cyklem a minimální údržbě ve venkovských oblastech a oblastech s nedostatkem energie. Tyto baterie jsou k dispozici od 12V.
V dnešním informativním světě nelze přehlédnout požadavek, aby bateriové systémy byly navrženy tak, aby obnovovaly klíčová kvalifikovaná data a informace a spouštěly základní instrumentace po požadovanou dobu. K okamžitému napájení jsou nutné baterie. Nespolehlivé a podřadné baterie mohou mít za následek ztrátu dat a vypnutí zařízení, což může společnosti stát značné finanční ztráty. Následně segmenty UPS vyžadují využití spolehlivého a osvědčeného bateriového systému.
Baterie SMF
Lithiová (Li) baterie:
Všichni jej používáme v přenosných zařízeních, jako je mobilní telefon, přenosný počítač nebo elektrické nářadí. Lithiová baterie byla jedním z největších úspěchů v oblasti přenosného napájení za poslední desetiletí. Díky použití lithiových baterií jsme byli schopni přejít z černobílých mobilních na barevné mobilní telefony s dalšími funkcemi, jako je GPS, e-mailová upozornění atd. zařízení s potenciálem hustoty energie pro vyšší kapacity. A relativně nízké samovybíjení baterií. Speciální články také mohou dodávat velmi vysoký proud aplikacím, jako je elektrické nářadí.
Li baterie
Nikl-kadmiová (nicd) baterie:
Výhodou nikl-kadmiových baterií je mnohonásobné dobíjení, které mají relativně stálý potenciál během vybíjení a mají větší elektrickou a fyzickou výdržnou kapacitu. Tato baterie používá oxid niklu pro katodu, sloučeninu kadmia pro anodu a roztok hydroxidu draselného jako elektrolyt.
Když je baterie nabitá, chemické složení katody se transformuje a hydroxid nikelnatý se změní na NIOOH. V anodě dochází k tvorbě iontů kadmia z hydroxidu kademnatého. Když je baterie vybitá, kadmium reaguje s NiOOH a vytváří zpět hydroxid nikelnatý a hydroxid kademnatý.
Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Olověná baterie:
Olověné baterie jsou široce používány v automobilech, střídačích, záložních napájecích systémech atd. Na rozdíl od trubkových a bezúdržbových baterií vyžadují olověné baterie řádnou péči a údržbu, aby se prodloužila jejich životnost. Olověná baterie se skládá ze série desek, které jsou ponořeny do roztoku kyseliny sírové. Desky mají mřížky, na kterých je připevněn aktivní materiál. Destičky jsou rozděleny na pozitivní a negativní destičky. Pozitivní destičky obsahují čistý olovo jako aktivní materiál, zatímco oxid olovnatý je připevněn k negativním destičkám.
Olověná baterie
Plně nabitá baterie může při připojení k zátěži vybít svůj proud. Během procesu vypouštění se kyselina sírová spojuje s aktivními materiály na pozitivních a negativních deskách, což vede k tvorbě síranu olovnatého. Voda je nejdůležitějším krokem při údržbě olověné baterie. Frekvence vody závisí na použití, způsobu nabíjení a provozní teplotě. Během procesu atomy vodíku z kyseliny sírové reagují s kyslíkem za vzniku vody.
To má za následek uvolnění elektronů z pozitivních desek, které budou akceptovány negativními deskami. To vede k tvorbě elektrického potenciálu přes baterii. Elektrolyt v olověné baterii je směs kyseliny sírové a vody, která má specifickou hmotnost. Specifická hmotnost je hmotnost směsi kyseliny a vody ve srovnání se stejným objemem vody. Specifická hmotnost čisté vody bez iontů je 1.
Olověné baterie poskytují nejlepší hodnotu energie a energie na kilowatthodinu, mají nejdelší životnost a velkou ekologickou výhodu v tom, že jsou recyklovány mimořádně vysokou rychlostí. Žádná jiná chemie se nemůže dotknout infrastruktury, která existuje pro sběr, přepravu a recyklaci olověných baterií.
Spolu s tímto článkem je diskutována lithium-iontová baterie s jejími výhodami a nevýhodami.
Fungování lithium-iontové baterie
Lithium-iontové baterie jsou nyní oblíbené u většiny elektronických přenosných zařízení, jako jsou mobilní telefony, notebooky, digitální fotoaparáty atd., Kvůli jejich dlouhodobé energetické účinnosti. Jedná se o nejoblíbenější dobíjecí baterie s výhodami, jako je nejlepší hustota energie, zanedbatelná ztráta nabití a žádný paměťový efekt. Li-Ion baterie používá lithiové ionty jako nosiče náboje, které se během nabíjení pohybují od záporné elektrody k pozitivní elektrodě a zpět. Během nabíjení externí proud z nabíječky přivádí přepětí než napětí v baterii. To nutí proud procházet v opačném směru od kladné k záporné elektrodě, kde se ionty lithia zapouzdřují v porézním elektrodovém materiálu procesem zvaným Interkalace. Li-ionty procházejí nevodným elektrolytem a separační membránou. Materiál elektrody je interkalovaná sloučenina lithia.
Záporná elektroda Li-Ion baterie je vyrobena z uhlíku a kladná elektroda je oxid kovu. Nejčastěji používaným materiálem v záporné elektrodě je grafit, zatímco v kladné elektrodě může být oxid lithný kobalt, lithium iontový fosfát nebo oxid lithný manganatý. Jako elektrolyt se používá lithná sůl v organickém rozpouštědle. Elektrolyt je obvykle směs organických uhličitanů, jako je ethylenkarbonát nebo diethylkarbonát, obsahující lithné ionty. Elektrolyt používá aniontové soli, jako je lithium-hexa-fluorfosfát, lithium-hexa-fluoro-arzeničnan, monohydrát, lithium na chlorečnan, lithium-hexa-fluorborát atd. V závislosti na použité soli se mění napětí, kapacita a životnost baterie. Čisté lithium prudce reaguje s vodou za vzniku hydroxidu lithného a vodíkových iontů. Použitým elektrolytem je tedy nevodné organické rozpouštědlo. Elektrochemická role náboje elektrod mezi anodou a katodou závisí na směru toku proudu.
Li-ionová reakce baterie
V Li-Ion baterii mohou obě elektrody přijímat a uvolňovat lithiové ionty. Během procesu interkalace se lithiové ionty pohybují do elektrody. Během reverzního procesu zvaného de interkalace se lithiové ionty pohybují zpět. Během vybíjení budou kladné ionty lithia extrahovány ze záporných elektrod a vloženy do kladné elektrody. Během procesu nabíjení dochází k obrácenému pohybu iontů lithia.
Výhody lithium-iontové baterie:
Lithium-iontové baterie překonávají NiCd baterie a další sekundární baterie. Některé z výhod jsou
- Nízká hmotnost ve srovnání s jinými bateriemi podobné velikosti
- K dispozici v různých tvarech včetně plochých tvarů
- Vysoké napětí naprázdno, které zvyšuje přenos energie při nízkém proudu
- Nedostatek paměťového efektu.
- Velmi nízká rychlost samovybíjení 5-10% za měsíc. U baterií NiCd a NiMh je samovybíjení přibližně 30%.
- Ekologická baterie bez volného lithiového kovu
Ale spolu s výhodami, jako ostatní baterie, i Li-Ion baterie trpí některými nevýhodami.
Nevýhody Li-Ion baterie:
- Usazeniny uvnitř elektrolytu v průběhu času zabrání toku náboje. Tím se zvyšuje vnitřní odpor baterie a kapacita článku dodávat proud se postupně snižuje.
- Vysoké nabíjení a vysoká teplota mohou vést ke ztrátě kapacity
- Při přehřátí může Li-Ion baterie utrpět tepelný únik a prasknutí článku.
- Hluboké vybití může zkratovat Li-Ion baterii. Aby se tomu zabránilo, některé značky mají vnitřní vypínací obvody, které vypínají baterii, když je její napětí nad bezpečnou úrovní 3 až 4,2 voltů. V takovém případě, když se baterie delší dobu nepoužívá, vnitřní obvody spotřebují energii a vybijí baterii pod vypínacím napětím. K nabíjení těchto baterií nejsou běžné nabíječky užitečné.
