Baterijos ir akumuliatoriai yra plačiai naudojami beveik visose gyvenimo srityse - nuo labai specializuotų pramoninių ir laboratorinių taikymų iki kasdienio naudojimo daiktų, pramogų ir švietimo. Elementai naudojami gyvybę gelbstinčioje įrangoje, specializuotose mašinose, RTV ir buitinėje technikoje, taip pat vis labiau populiarėjančiame daiktų internete (IoT) ar vaikų žaisluose. Tiek baterijos, tiek akumuliatoriai priklauso elektros energijos šaltiniams, apimantiems galvaninius elementus, tai yra tokius, kurie cheminę energiją paverčia elektros energija cheminės reakcijos metu.
Baterijos (pirminiai elementai) yra vienkartinės, tai reiškia, kad išsekus energijai jos negali būti pakartotinai įkraunamos. Dėl specifikos baterijos naudojamos įrenginiuose, kuriems reikia mažai energijos, o akumuliatoriai rekomenduojami naudoti įrenginiuose, kuriems reikia daugiau elektros energijos. Baterijų kaina paprastai yra mažesnė, tačiau dėl pakartotinio įkrovimo, ilgalaikėje eksploatacijoje akumuliatoriai pasirodo esantys pigesni naudoti.
Istoriniai aspektai ir pirmosios baterijos
Baterijų istorija siekia 1800 metus, kai Alessandro Volta sukūrė įrenginį, galintį paversti cheminę energiją į elektros energiją, vėliau pavadintą Voltos stulpu arba Voltos elementu. Elementą sudarė pakaitomis išdėstyti cinko ir vario diskai, atskirti druskos tirpalu (vandens druskos tirpalu) sudrėkinta kartono gabalėliais. Cheminės reakcijos tarp metalų ir elektrolito generavo įtampą, leidžiančią tekėti elektros srovei. Kiti elementai buvo Daniell ir Leclanché elementai - pastarasis tapo pagrindu vėlesnėms sausosioms baterijoms, įskaitant populiarias cinko-anglies baterijas.
Pirmosios šiuolaikinės baterijos buvo jau minėtos, vis dar rinkoje esančios, cinko-anglies baterijos, pagamintos Leclanché elemento pagrindu. Šios baterijos rodo gerą našumą įrenginiuose, kuriems reikia mažai srovės, tačiau jų našumas žymiai sumažėja, kai srovės poreikis viršija 100mA. Katodas yra anglies strypas, padengtas mangano dioksidu, anodas - cinkas, o elektrolitas - amonio chlorido arba cinko chlorido vandens tirpalas. Baterijos pasižymi nominalia 1,5V įtampa ir teorine energijos tankiu, siekiančiu 40-70Wh/kg. Jos gali veikti nuo -10°C iki +50°C temperatūroje, o jų laikymo laikas yra apie 2 metus. Jos yra pigios gaminti, todėl jų kaina yra maža.
Pagrindinės baterijų rūšys ir jų charakteristikos
Šarminės baterijos
Šarminės baterijos, išrastos XX a. 50-aisiais Kanados chemiko Lewiso Urry'io dėka, turi katodą iš mangano dioksido (MnO2) miltelių ir anodą iš cinko oksido. Elektrolitas yra kalio hidroksido (KOH) vandens tirpalas. Nominali elementų įtampa yra 1,5V. Dėl didesnės talpos, ilgesnio tarnavimo laiko ir platesnio temperatūros diapazono (-30°C iki +70°C), šarminės baterijos šiuo metu plačiai naudojamos, ypač įrenginiuose, kuriems reikia vidutinės srovės (100-300mA). Teorinis šių baterijų energijos tankis yra 80-100Wh/kg, laikymo laikas yra apie 5-7 metus, o elektrolito išsiliejimas po visiško iškrovimo pasitaiko labai retai.
Sidabrinės baterijos
Sidabrinės baterijos (dar vadinamos sidabro oksido arba sidabro-cinko), išrastos XIX a. pabaigoje, pradėtos masiškai gaminti XX a. 60-aisiais. Jų katodas pagamintas iš sidabro oksido, o anodas iš cinko, su kalio hidroksido tirpalu kaip elektrolitu. Nominali įtampa yra 1,55V. Teorinis energijos tankis yra 130-150Wh/kg, kas suteikia sidabrinėms baterijoms labai aukštą talpos ir masės santykį. Jos idealiai tinka taikymams, kuriems reikia pastovios įtampos, todėl naudojamos įrenginiuose, jautriuose įtampos svyravimams (elektronika).
Ličio-mangano baterijos
Ličio-mangano baterijos turi anodą iš ličio, o katodą iš mangano dioksido miltelių. Jose naudojamas organinis elektrolitas. Elektros energija susidaro ličio oksidacijos reakcijos metu, tuo tarpu nesusidaro jokios dujos, kas pašalina slėgio padidėjimą elemente. Baterijos atsparios dideliems temperatūros svyravimams ir turi nominalią 3,0V įtampą. Jos pasižymi labai dideliu energijos tankiu, siekiančiu 270Wh/kg, kas leidžia sumažinti svorį ir/ar padidinti nešiojamų įrenginių maitinimo šaltinių talpą.
Cinko-oro baterijos
Cinko-oro baterijos buvo išrastos XIX a., tačiau plonos ir efektyvios versijos pradėtos gaminti tik XX a. 70-aisiais. Katodas yra deguonis, anodas - cinko milteliai, o elektrolitas - kalio hidroksidas (KOH). Baterijos veikia dėl katalizinės cinko oksidacijos reakcijos, tuo tarpu deguonis imamas iš oro. Nominali elementų įtampa yra 1,4V. Dėl tradicinio katodo pašalinimo, cinko miltelių anodas gali užimti daugiau vietos, todėl cinko-oro baterijos pasižymi labai dideliu energijos tankiu vienam masės vienetui, teoriškai siekiančiu 180-250Wh/kg.
Aplinkosaugos aspektai ir perdirbimas
Panaudotų baterijų perdirbimas Kinijoje vyko daugiau nei 20 metų, o jo įtaka apima daugelį pradinių ir vidurinių mokyklų bei kolegijų. Dauguma žmonių dalyvavo panašioje aplinkosaugos veikloje. Tačiau po renginio kiekvienas pastebės, kad mūsų kasdieniame gyvenime yra keletas kanalų, kurių trūksta baterijų perdirbimo srityje. Taigi, reikia perdirbti bateriją? Kaip panaudoti baterijas?
Naudojamų baterijų keliami pavojai aplinkai yra daugiausia dėl jų sudėtyje esančių sunkiųjų metalų elementų. Tarp jų, arsenas, švinas, kadmis, kadmis ir gyvsidabris yra kenksmingiausi aplinkai. Cinko-anglies baterijose yra gyvsidabrio, švino rūgšties akumuliatorių yra švino ir nikelio-kadmio baterijos yra kadmio. Mes galime atlikti apytikrį skaičiavimą, maždaug penkių gramų mygtuko bateriją, darant prielaidą, kad gyvsidabris yra 30%, ty apie 1,5 gramo gyvsidabrio. Pagal nacionalinį standartą antrojo tipo paviršinio vandens gyvsidabrio kiekiui, 5 mikrogramai, ši baterija gali užteršti 30000 litrų vandens. Šiuo atveju tarša, kurią sukėlė anksčiau aprašyta baterija, nėra nerimą kelianti. Tačiau faktinė situacija neturi nerimauti. Pastaraisiais metais, stipriai reklamuojant šalį ir skatinant šią politiką, didžiausia gyvsidabrio turinčių cinko-anglies baterijų ir nikelio-kadmio baterijų gamyba buvo pakeista šarminėmis baterijomis be gyvsidabrio. Kinijos paskelbtame „Akumuliatoriaus atliekų taršos prevencijos ir kontrolės techninėje politikoje“ nustatyta, kad nuo 2005 m. sausio 1 d. cinko-anglies baterijų, kurių gyvsidabrio kiekis yra didesnis kaip 0,0001%, gamyba bus nutraukta. perdirbimo vertę, iš esmės nėra išmetimo. Pastaraisiais metais Kinija iš eilės įvedė švino akumuliatorių pramonės reglamentus (2015 m.) Ir naudotų baterijų taršos prevencijos politiką (2016 m.), Kuri dar labiau padidino švino akumuliatorių atgavimo lygį. Jungtinėse Valstijose ir Kanadoje, siekiant išvengti švino taršos, valstybės taip pat turi specializuotas agentūras, atsakingas už perdirbimą. Kaip ir nikelio-kadmio akumuliatoriams, po dešimtmečių vystymosi ir pakeičiant aplinką tausojančiomis baterijomis - nikelio-metalinio hidrido baterijomis. Tačiau dėl atminties efekto nikelio-metalinio hidrido baterijos buvo pakeistos ličio baterijomis, kurios pastaraisiais metais puikiai veikė ir neturi atminties efekto, ir palaipsniui išstūmė iš rinkos.
Apskritai, perdirbimo vertę ir perdirbimą turintys dalykai yra lengviausiai perdirbami. Tačiau dabartinė padėtis Kinijoje yra ta, kad švino akumuliatoriai turi ekonominę vertę, bet neturi brandaus būdo. Tūkstančiai nedidelių dirbtuvių teršia aplinką netinkamai apdorojant; nors tokie kaip mangano-cinko baterijos ir ličio jonų baterijos turi surinkimo kanalus, juos sudėtinga modeliuoti. Procesas yra sudėtingas, trūksta kiekio ir trūksta perdirbimo vertės.
Akumuliatoriai: tipai ir priežiūra
Cinko-mangano baterijos buvo baterijos, kurios gyvenime naudojamos dideliais kiekiais ir turi mažą kainą ir didelę galią. Ankstyva anglies-cinko baterija palaipsniui buvo pašalinta dėl savo toksiškos gyvsidabrio medžiagos, kuri buvo žalinga aplinkai. Kai kuriose patobulintose versijose bus rodomos šarminės baterijos be gyvsidabrio, tačiau jų sudėtyje esantys rūgštiniai ar šarminiai elektrolitai vis dar bus kenksmingi aplinkai. Baterija paprastai turi Ni-Cd arba Ni-H žymėjimą. Pirmojoje sudėtyje yra sunkiųjų metalų kadmio, kuris taip pat teršia aplinką; pastaroji yra modifikuota nikelio ir kadmio baterijų versija, nes jame nėra sunkiųjų metalų kadmio, jis taip pat vadinamas ekologišku akumuliatoriumi ir gali būti išmetamas kaip bendros atliekos.
Taip pat žinomas kaip švino rūgšties baterijos, „English Leadacid“ baterija. yra plačiai naudojamas automobilių gaminiuose ar nepertraukiamose energijos sistemose. Šiuo metu ji yra didžiausia ir universaliausia baterija pasaulyje. Ličio jonų etiketėje bus ličio jonų baterija. Pagal pačios ličio baterijos elektrodų medžiagą jis gali būti suskirstytas į nikelio-ličio bateriją (LiNiO2), nikelio-kobalto ličio bateriją (LiNi0.8Co0.2O2), mangano ličio bateriją (LiMn2O4), trijų elementų bateriją (iNi0.3Co0 .3Mn0.3O2). Ir ličio geležies fosfato baterija (LiFePO4) ir pan. Ličio baterijos yra plačiai naudojamos kompiuterių, ryšių ir vartotojų elektronikos pramonėse, žinomose kaip 3C pramonė, dėl jų didelio energijos tankio, atminties efekto ir plataus darbo temperatūros diapazono.
Paprasčiau tariant, tai yra būtina cheminė medžiaga. Tačiau naudojamų baterijų keliami pavojai aplinkai yra daugiausia dėl jų sudėtyje esančių sunkiųjų metalų elementų. Tarp jų, arsenas, švinas, kadmis, kadmis ir gyvsidabris yra kenksmingiausi aplinkai. Cinko-anglies baterijose yra gyvsidabrio, švino rūgšties akumuliatorių yra švino ir nikelio-kadmio baterijos yra kadmio. Mes galime atlikti apytikrį skaičiavimą, maždaug penkių gramų mygtuko bateriją, darant prielaidą, kad gyvsidabris yra 30%, ty apie 1,5 gramo gyvsidabrio. Pagal nacionalinį standartą antrojo tipo paviršinio vandens gyvsidabrio kiekiui, 5 mikrogramai, ši baterija gali užteršti 30000 litrų vandens. Šiuo atveju tarša, kurią sukėlė anksčiau aprašyta baterija, nėra nerimą kelianti. Tačiau faktinė situacija neturi nerimauti. Pastaraisiais metais, stipriai reklamuojant šalį ir skatinant šią politiką, didžiausia gyvsidabrio turinčių cinko-anglies baterijų ir nikelio-kadmio baterijų gamyba buvo pakeista šarminėmis baterijomis be gyvsidabrio. Kinijos paskelbtame „Akumuliatoriaus atliekų taršos prevencijos ir kontrolės techninėje politikoje“ nustatyta, kad nuo 2005 m. sausio 1 d. cinko-anglies baterijų, kurių gyvsidabrio kiekis yra didesnis kaip 0,0001%, gamyba bus nutraukta.
Li-ion akumuliatorius pasižymi dideliu energijos tankiu, ilgu ciklo gyvenimu, mažu svoriu ir nėra atminties efekto. Kita vertus, jie yra jautrūs per dideliam įkrovimui ir perkaitimui bei reikalauja elektroninių apsaugų. Ličio-polimerų akumuliatoriai yra lengvi, juos galima formuoti bet kokia forma (lengvai priima įvairias formas), pasižymi dideliu energijos tankiu, tačiau taip pat turi trumpesnį ciklo gyvenimą ir yra brangesni nei Li-ion akumuliatoriai.
Kiekvienas akumuliatorius turi ribotą įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičių. Per kiekvieną ciklą cheminės reakcijos akumuliatoriaus viduje sukelia laipsnišką jo talpos mažėjimą. Šis reiškinys vadinamas cikliniu senėjimu. Jo negalima žymiai sumažinti, tačiau vengiant klaidų galima išvengti per didelio antrinių elementų tarnavimo laiko sutrumpėjimo. Kokios klaidos lemia elementų tarnavimo laiko sutrumpėjimą? per didelis įkrovimas - įvyksta, kai akumuliatorius įkraunamas pasiekus pilną talpą. Tai gali sukelti perkaitimą, elektrolito ir elektrodų medžiagų degradaciją, kas galiausiai sutrumpina akumuliatoriaus tarnavimo laiką. gilus iškrovimas, ypač ličio-jonų akumuliatoriuose, gali sukelti nuolatinius elementų pažeidimus, sumažinant jų gebėjimą saugoti energiją. aukšta darbo temperatūra pagreitina chemines reakcijas elementų viduje, kas lemia greitesnį medžiagų senėjimą. greitas įkrovimas ir iškrovimas padidina mechaninį ir terminį elektrodų stresą, kas pagreitina jų degradaciją. reguliaraus įkrovimo trūkumas - akumuliatoriai, kurie nėra reguliariai įkraunami, gali savaime išsikrauti, kas lemia jų degradaciją.
Per didelis akumuliatoriaus įkrovimas sutrumpina jo tarnavimo laiką. Kita vertus, reguliarus nepakankamas įkrovimas gali sukelti įvairias problemas, priklausomai nuo akumuliatoriaus tipo. Tai sukelia, pvz., talpos sumažėjimą, akumuliatoriaus tarnavimo laiko sutrumpėjimą, sulfatinimą (švino-rūgštinių akumuliatorių atveju) ir įrenginių veikimo problemas.
Kaip pasirinkti tinkamą automobilio akumuliatorių
Renkantis automobilio akumuliatorių svarbu suprasti pagrindinius jo parametrus - talpą, startinę srovę, įtampą, matmenis ir konstrukcijos tipą. Sužinokite, ką reiškia akumuliatorių žymėjimai ir kaip išsirinkti modelį, kuris geriausiai tiks jūsų automobiliui.
Automobilių akumuliatorių tipai
Automobilių rinkoje dominuoja trys pagrindiniai akumuliatorių tipai: švino-rūgštiniai, EFB (Enhanced Flooded Battery) ir AGM (Absorbent Glass Mat). EFB akumuliatoriai - patobulinta švino-rūgštinių versija, geriau pritaikyta dažnam variklio užvedimui ir darbui start-stop režimu. AGM akumuliatoriai yra pažangiausi - atsparūs giliam išsikrovimui, turintys labai daug darbo ciklų, tinkami automobiliams su sudėtingesne elektronika ar hibridinėms sistemoms.
Automobilio akumuliatoriaus parametrai
Norint tinkamai išsirinkti akumuliatorių, būtina suprasti pagrindinius jo žymėjimus. Talpa, išreikšta ampervalandėmis (Ah), nurodo, kiek laiko akumuliatorius gali tiekti 1 A srovę esant 25 °C temperatūrai. Pavyzdžiui, 70 Ah akumuliatorius gali tiekti 1 A net 70 valandų. Gamintojai rekomenduoja neviršyti originalios automobilio akumuliatoriaus talpos daugiau nei 10 %. Startinė srovė (A) nurodo maksimalią trumpalaikę srovę, kurią akumuliatorius gali atiduoti - tai ypač svarbu šaltuoju metų laiku. Startinės srovės vertė turi atitikti gamintojo rekomendacijas. Poliškumas nurodomas žymėjimu P+ arba L+ ir informuoja, kurioje pusėje yra teigiamas polius. Dauguma lengvųjų automobilių naudoja 12 V akumuliatorius, todėl svarbu pasirinkti tokios pačios įtampos modelį.
Kaip išsirinkti tinkamiausią akumuliatorių?
Renantis akumuliatorių svarbu įvertinti pagrindinius techninius parametrus, automobilio įrangos poreikius ir gamintojo rekomendacijas. Jeigu automobilis turi start-stop sistemą, patartina rinktis EFB arba AGM tipo akumuliatorius. Akumuliatorius užtikrina sklandų variklio užvedimą ir visų elektros prietaisų veikimą, kai variklis išjungtas. Žiemą, kai energijos poreikis padidėja, akumuliatoriaus būklė yra ypač svarbi. Norint pailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką, svarbu vengti gilaus išsikrovimo, prižiūrėti akumuliatoriaus švarą ir tikrinti jo techninę būklę.
Reikia naujo automobilio akumuliatoriaus? Kaip išsirinkti tinkamą tipą
| Automobilio tipas | Rekomenduojamas akumuliatorius | Pastabos |
|---|---|---|
| Benzininiai automobiliai | Švino arba EFB | Talpa 44Ah-62Ah |
| Dyzeliniai automobiliai | AGM su aukšta startine srove | Talpa 70Ah-95Ah |
| Start-Stop sistema | Tik EFB arba AGM | Nenaudoti paprasto švino tipo |
| Hibridai / elektromobiliai | AGM arba LiFePO4 | Pagal modelio specifikaciją |
tags: #1 #akumuliatoriu #baterijos #klasifikuojamos