Svijet baterija - 3. dio

Povijest modernih baterija počinje u devetnaestom stoljeću, a većina dizajna koji se danas koriste potječu iz ovog stoljeća. Ovakva situacija svjedoči, s jedne strane, o izvrsnim idejama tadašnjih znanstvenika, a s druge strane o poteškoćama koje se javljaju u razvoju novih modela.

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

Link za poboljšanje

Dizajn francuskog kemičara je promijenjen Carl Gasner u stvarno koristan model: jeftin za proizvodnju i siguran za korištenje. Međutim, i dalje je bilo problema - cink premaz elementa korodirao je nakon kontakta s kiselim elektrolitom koji je napunio zdjelu, a prskanje agresivnog sadržaja moglo bi onesposobiti uređaj s napajanjem. Odluka je postala amalgamacija unutarnja površina tijela od cinka (živin premaz).

Cinkov amalgam praktički ne reagira s kiselinama, ali zadržava sva elektrokemijska svojstva čistog metala. No, zbog ekoloških propisa, ovaj način produljenja vijeka trajanja stanica se sve manje koristi (na ćelijama bez žive nalazi se natpis ili) (1).

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

Drugi način za povećanje dugovječnosti i života stanica je dodavanje cink klorid 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 području jednokratnih baterija bila je izgradnja 1955. godine alkalna stanica. Izum kanadskog inženjera Lewis Urry, koju koristi sadašnja tvrtka Energizer, ima strukturu malo drugačiju od one Leclanchet ćelije.

Prvo, tamo nećete pronaći grafitnu katodu ili cink čašu. Obje elektrode izrađene su 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 tijekom rada vrlo su slične onima koje se javljaju u Leclanchet stanici.

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

3. "Presjek" alkalne ćelije potvrđuje sadržaj lužine.

Domaće baterije

4. Domaće Ni-MH i Ni-Cd baterije.

Ćelije koje se mogu puniti nakon upotrebe bile su cilj dizajnera od samih početaka razvoja znanosti o elektricitetu, pa otuda i mnoge njihove vrste.

Trenutno, jedan od modela koji se koriste za napajanje malih kućanskih aparata su nikal-kadmijeve baterije. Njihov prototip pojavio se 1899. godine kada je to napravio švedski izumitelj. Ernst Jungner prijavio se za patent za nikal-kadmijevu bateriju koja bi mogla konkurirati baterijama koje se već široko koriste u automobilskoj industriji. olovna baterija.

Anoda ćelije je kadmij, katoda je trovalentni spoj nikla, elektrolit je otopina kalijevog hidroksida (u modernim "suhim" izvedbama, mokra pasta zgušnjivača zasićena otopinom KOH). Ni-Cd baterije (ovo im je oznaka) imaju radni napon od otprilike 1,2 V - to je manje od napona za jednokratne baterije, što međutim ne predstavlja problem za većinu primjena. Velika prednost je mogućnost značajne potrošnje struje (čak i nekoliko ampera) i širok raspon radnih temperatura.

5. Prije punjenja provjerite zahtjeve za različite vrste baterija.

Nedostatak nikal-kadmijevih baterija je opterećujući "efekt pamćenja". To se događa kod čestog punjenja djelomično ispražnjenih Ni-Cd baterija: sustav se ponaša kao da je njegov kapacitet jednak samo napunjenosti napunjenom ponovnim punjenjem. Kod nekih tipova punjača "efekt memorije" se može smanjiti punjenjem ćelija u posebnom načinu rada.

Stoga, ispražnjene nikal-kadmijeve baterije treba puniti u punom ciklusu: prvo potpuno isprazniti (koristeći odgovarajuću funkciju punjača), a zatim ponovno napuniti. Često punjenje također smanjuje procijenjeni životni vijek od 1000-1500 ciklusa (da će mnoge jednokratne ćelije biti zamijenjene jednom baterijom tijekom svog životnog vijeka, tako da će se veći trošak kupnje višestruko isplatiti, a da ne spominjemo puno manje opterećenje baterije ). okoliš s proizvodnjom i zbrinjavanjem stanica).

Ni-Cd elementi koji sadrže otrovni kadmij su zamijenjeni nikl-metal hidridne baterije (oznaka Ni-MH). Njihova struktura je slična Ni-Cd baterijama, ali se umjesto kadmija koristi porozna legura metala (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, metali rijetkih zemalja) sa sposobnošću apsorpcije vodika (4). Radni napon Ni-MH ćelije je također oko 1,2 V, što omogućuje njihovu zamjenu s NiCd baterijama. Kapacitet nikl-metal-hidridnih ćelija veći je od kapaciteta nikl-kadmijevih ćelija iste veličine. Međutim, NiMH sustavi se brže samoprazne. Već postoje moderni dizajni koji nemaju ovaj nedostatak, ali koštaju mnogo više od standardnih modela.

Nikl-metal hidridne baterije ne pokazuju "efekt pamćenja" (djelomično ispražnjene ćelije mogu se napuniti). 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 pronaći ništa korisno. Drugo, nikal i kadmij 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 akumulatora je oko 37% otopina sumporne kiseline (VI), a elektrode su olovne (anoda) i olovne presvučene slojem olovnog dioksida PbO.₂ (katoda). Tijekom rada na elektrodama se stvara precipitat olovo(II)(II)PbSO sulfata₄. Pri punjenju 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 nabijenom stanju, rizik od agresivnog istjecanja elektrolita i korištenje otrovnog metala. Osim toga, zahtijeva pažljivo rukovanje: provjera gustoće elektrolita, dodavanje vode u komore (koristite samo destiliranu ili deioniziranu), kontrola napona (pad ispod 1,8 V u jednoj komori može oštetiti elektrode) i poseban način punjenja.

Dakle, zašto je drevna struktura još uvijek u uporabi? “Kralj akumulatora” ima ono što je atribut pravog vladara - moć. Velika potrošnja struje i visoka energetska učinkovitost do 75% (ova količina energije utrošena za punjenje može se povratiti tijekom rada), kao i jednostavan dizajn i niska cijena proizvodnje, znače da olovna baterija Koristi se ne samo za pokretanje motora s unutarnjim izgaranjem, već i kao element napajanja u nuždi. Unatoč 160-godišnjoj povijesti, olovna baterija još uvijek dobro posluje i nije je zamijenjena drugim tipovima ovih uređaja (a s njim i samo olovo, koje je zahvaljujući bateriji jedan od metala koji se proizvode u najvećim količinama) . Sve dok se motorizacija bazirana na motorima s unutarnjim izgaranjem bude razvijala, njezin položaj vjerojatno neće biti ugrožen (6).

Izumitelji nisu prestali pokušavati stvoriti zamjenu za olovno-kiselinsku bateriju. Neki od modela postali su popularni i danas se koriste u automobilskoj industriji. Na prijelazu iz devetnaestog u dvadeseto stoljeće stvoreni su nacrti u kojima nije korišteno H rješenje.₂SO₄ali alkalni elektroliti. Primjer je gore prikazana nikal-kadmijeva baterija Ernsta Jungnera. Godine 1901 Thomas Alva Edison promijenio dizajn i koristio željezo umjesto kadmija. U usporedbi s kiselinskim baterijama, alkalne su puno lakše, mogu raditi na niskim temperaturama i nisu tako teške za rukovanje. Međutim, njihova je proizvodnja skuplja, a energetska učinkovitost niža.

Dakle, što je sljedeće?

Naravno, članci o baterijama ne iscrpljuju pitanja. Oni ne govore, na primjer, o litijevim ćelijama, koje se također često koriste za napajanje kućanskih aparata kao što su kalkulatori ili matične ploče računala. Više o njima možete saznati u siječanjskom članku o prošlogodišnjoj Nobelovoj nagradi za kemiju, a o 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 kabelima za napajanje. Osiguravanje učinkovite opskrbe energijom za električna vozila također je veliki problem. - kako bi se mogli natjecati s automobilima s motorom s unutarnjim izgaranjem i po učinkovitosti.

akumulatorska baterija

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

i to:

- prva znamenka je broj ćelija; zanemaruje se za pojedinačne ćelije;

– prvo slovo označava tip ćelije. Kada nedostaje, imate posla s Leclanche vezom. Ostale vrste ćelija označene su na sljedeći način:

C – litijeva ćelija (najčešća vrsta),

H – Ni-MH baterija,

K – nikal-kadmijeva baterija,

L – alkalna ćelija;

- sljedeće slovo označava oblik veze:

F - tanjur,

R - cilindrični,

P - opću oznaku karika koje imaju oblik različit od cilindričnog;

– konačna brojka ili brojke označavaju veličinu veze (kataloške vrijednosti ili izravno naznačene dimenzije) (7).

7. Dimenzije popularnih ćelija i baterija.

Primjeri označavanja:

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

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

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

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

3LR12 – ravna baterija napona 4,5 V, koja se sastoji od tri cilindrična alkalna elementa.

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

CR2032 – litijeva ćelija promjera 20 mm i debljine 3,2 mm.

Vidi također: