Eine Batterie ist eine Ansammlung von einer oder mehreren Zellen, die chemischen Reaktionen ausgesetzt sind, um den Elektronenfluss innerhalb eines Stromkreises zu erzeugen. In der Batterietechnologie wird viel geforscht und weiterentwickelt, und infolgedessen werden bahnbrechende Technologien derzeit weltweit erlebt und eingesetzt. Batterien kamen ins Spiel, weil sie erzeugte elektrische Energie speichern mussten., So viel wie eine gute Menge an Energie erzeugt wurde, war es wichtig, die Energie zu speichern, damit sie verwendet werden kann, wenn die Erzeugung ausfällt oder wenn eigenständige Geräte mit Strom versorgt werden müssen, die nicht an die Stromversorgung vom Stromnetz angeschlossen werden können. Hier ist zu beachten, dass nur DC in den Batterien gespeichert werden kann, Wechselstrom kann nicht gespeichert werden.,
Batteriezellen bestehen normalerweise aus drei Hauptkomponenten;
- Die Anode (negative Elektrode)
- Die Kathode (positive Elektrode)
- Die Elektrolyte
Die Anode ist eine negative Elektrode, die Elektronen an den externen Stromkreis erzeugt, an den die Batterie angeschlossen ist. Wenn Batterien angeschlossen werden, wird an der Anode ein Elektronenaufbau eingeleitet, der eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden verursacht., Die Elektronen versuchen dann natürlich, sich neu zu verteilen, dies wird durch den Elektrolyten verhindert, so dass, wenn ein elektrischer Stromkreis angeschlossen ist, es einen klaren Weg für die Elektronen bietet von der Anode zur Kathode zu bewegen, wodurch die Schaltung antreibt, an die es angeschlossen ist. Durch die Änderung der Anordnung und des Materials, das zum Bau der Anode, Kathode und des Elektrolyten verwendet wird, können wir viele verschiedene Arten von Batteriechemikalien erreichen, die es uns ermöglichen, verschiedene Arten von Batteriezellen zu entwerfen. In diesem Artikel können die verschiedenen Arten von Batterien und deren Verwendung verstehen, so lassen Sie uns beginnen.,
Batterietypen
Batterien können im Allgemeinen in verschiedene Kategorien und Typen eingeteilt werden, die von chemischer Zusammensetzung, Größe, Formfaktor und Anwendungsfällen reichen, aber unter all diesen sind zwei Hauptbatterietypen;
- Primärbatterien
- Sekundärbatterien
Werfen wir einen tieferen Blick, um die Hauptunterschiede zwischen einer Primatzelle und einer Sekundärzelle zu verstehen.
Primärbatterien
Primärbatterien sind Batterien, die nach Erschöpfung nicht mehr aufgeladen werden können., Primärbatterien bestehen aus elektrochemischen Zellen, deren elektrochemische Reaktion nicht rückgängig gemacht werden kann.
Primärbatterien gibt es in verschiedenen Formen, von Münzzellen bis hin zu AA-Batterien. Sie werden häufig in eigenständigen Anwendungen verwendet, bei denen das Laden unpraktisch oder unmöglich ist. Ein gutes Beispiel dafür sind Geräte in militärischer Qualität und batteriebetriebene Geräte. Es wird unpraktisch sein, wiederaufladbare Batterien zu verwenden, da das Aufladen einer Batterie das Letzte im Kopf der Soldaten sein wird., Primärbatterien haben immer eine hohe spezifische Energie und die Systeme, in denen sie verwendet werden, sind immer so ausgelegt, dass sie wenig Strom verbrauchen, damit die Batterie so lange wie möglich hält.
Einige andere Beispiele für Geräte mit Primärbatterien umfassen; Pace makers, Animal Tracker, Armbanduhren, Fernbedienungen und Kinderspielzeug, um nur einige zu nennen.
Die beliebteste Art von Primärbatterien sind Alkalibatterien. Sie haben eine hohe spezifische Energie und sind umweltfreundlich, kostengünstig und nicht auslaufen, auch wenn vollständig entladen., Sie können mehrere Jahre gelagert werden, haben eine gute Sicherheitsbilanz und können in einem Flugzeug getragen werden, ohne UN-Transport-und anderen Vorschriften zu unterliegen. Der einzige Nachteil von Alkalibatterien ist der niedrige Laststrom, der seine Verwendung auf Geräte mit niedrigem Strombedarf wie Fernbedienungen, Taschenlampen und tragbare Unterhaltungsgeräte beschränkt.
Sekundärbatterien
Sekundärbatterien sind Batterien mit elektrochemischen Zellen, deren chemische Reaktionen durch Anlegen einer bestimmten Spannung an die Batterie in umgekehrter Richtung umgekehrt werden können., Auch als wiederaufladbare Batterien bezeichnet, können Sekundärzellen im Gegensatz zu Primärzellen nachgeladen werden, nachdem die Energie auf der Batterie verbraucht wurde.
Sie werden typischerweise in Anwendungen mit hohem Abfluss und in anderen Szenarien verwendet, in denen es entweder zu teuer oder unpraktisch ist, Batterien mit einer einzigen Ladung zu verwenden., Sekundärbatterien mit geringer Kapazität werden verwendet, um tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone und andere Geräte und Geräte mit Strom zu versorgen, während Hochleistungsbatterien zur Stromversorgung verschiedener Elektrofahrzeuge und anderer Anwendungen mit hohem Verbrauch wie Lastausgleich bei der Stromerzeugung verwendet werden. Sie werden auch als eigenständige Stromquellen neben Wechselrichtern zur Stromversorgung verwendet. Obwohl die anfänglichen Kosten für die Anschaffung von wiederaufladbaren Batterien immer viel höher sind als die von Primärbatterien, sind sie langfristig am kostengünstigsten.,
Sekundärbatterien können aufgrund ihrer Chemie weiter in verschiedene andere Typen eingeteilt werden. Dies ist sehr wichtig, da die Chemie einige der Eigenschaften der Batterie bestimmt, einschließlich ihrer spezifischen Energie, Zyklusdauer, Haltbarkeit und Preis, um nur einige zu nennen.
Die folgenden sind die verschiedenen arten von akkus, die häufig verwendet werden.,
- Lithium-Ionen(Li-Ion)
- Nickel-Cadmium(Ni-Cd)
- Nickel-Metallhydrid (Ni-MH)
- Blei-Säure
Nickel–Cadmium-Batterien
Die Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd-Batterie oder NiCad-Batterie) ist ein Batterietyp, der unter Verwendung von Nickeloxidhydroxid und metallischem Cadmium als Elektroden entwickelt wird. Ni-Cd batterien zeichnen sich durch aufrechterhaltung spannung und halten ladung, wenn nicht in gebrauch. NI-CD-Batterien fallen jedoch leicht dem gefürchteten „Memory“ – Effekt zum Opfer, wenn ein teilweise geladener Akku aufgeladen wird, wodurch die zukünftige Kapazität des Akkus verringert wird.,
Im Vergleich zu anderen Arten von wiederaufladbaren Zellen bieten Ni-Cd-Batterien eine gute Lebensdauer und Leistung bei niedrigen Temperaturen mit einer angemessenen Kapazität, aber ihr wichtigster Vorteil wird ihre Fähigkeit sein, ihre volle Nennkapazität bei hohen Entladungsraten zu liefern. Sie sind in verschiedenen Größen erhältlich, einschließlich der für Alkalibatterien verwendeten Größen, AAA bis D. Ni-Cd-Zellen werden einzeln verwendet oder in Packungen mit zwei oder mehr Zellen zusammengebaut., Die kleinen Packungen werden in tragbaren Geräten, Elektronik und Spielzeug verwendet, während die größeren in Flugzeugstartbatterien, Elektrofahrzeugen und Standby-Stromversorgung Anwendung finden.
Einige der Eigenschaften von Nickel-Cadmium-Batterien sind unten aufgeführt.
Nickel-Metallhydrid-Batterien
Nickel-Metallhydrid (Ni-MH) ist eine andere Art von chemischer Konfiguration, die für wiederaufladbare Batterien verwendet wird. Die chemische Reaktion an der positiven Elektrode von Batterien ähnelt der der Nickel-Cadmium-Zelle (NiCd), wobei beide Batterietypen dasselbe Nickeloxidhydroxid (NiOOH) verwenden., Die negativen Elektroden in Nickel-Metallhydrid verwenden jedoch anstelle von Cadmium eine wasserstoffabsorbierende Legierung, die in NiCd-Batterien
verwendet wird.
NiMH-Batterien finden aufgrund ihrer hohen Kapazität und Energiedichte Anwendung in High Drain-Geräten. Eine NiMH-Batterie kann das Zwei-bis Dreifache der Kapazität einer NiCd-Batterie gleicher Größe besitzen, und ihre Energiedichte kann sich der einer Lithium-Ionen-Batterie nähern. Im Gegensatz zur NiCd-Chemie sind Batterien, die auf der NiMH-Chemie basieren, nicht anfällig für den „Memory“ – Effekt, den NiCd erleben.,
Unten sind einige der eigenschaften von batterien basierend auf die Nickel-metallhydrid chemie;
Lithium-ionen Batterien
Lithium-ionen batterien sind eine der beliebtesten arten von akkus. Es gibt viele verschiedene Arten von Lithium-Batterien, aber unter allen Lithium-Ionen-Batterien sind die am häufigsten verwendeten. Sie können diese Lithiumbatterien finden, die in verschiedenen Formen populär unter Elektrofahrzeugen und anderen tragbaren Geräten verwendet werden., Wenn Sie neugierig sind, mehr über Batterien in Elektrofahrzeugen zu erfahren, können Sie diesen Artikel über Batterien für Elektrofahrzeuge lesen. Sie finden sich in verschiedenen tragbaren Geräten, einschließlich Mobiltelefonen, intelligenten Geräten und mehreren anderen Batteriegeräten, die zu Hause verwendet werden. Sie finden auch Anwendungen in der Luft-und Raumfahrt und militärischen Anwendungen aufgrund ihrer leichten Natur.,
Lithium-Ionen-Batterien sind eine Art wiederaufladbarer Akku, bei dem Lithium-Ionen von der negativen Elektrode während der Entladung zur positiven Elektrode wandern und beim Laden der Batterie zur negativen Elektrode zurückkehren. Li-Ionen-Batterien verwenden eine interkalierte Lithiumverbindung als ein Elektrodenmaterial, verglichen mit dem metallischen Lithium, das in nicht wiederaufladbaren Lithiumbatterien verwendet wird.
Lithium-Ionen-Batterien besitzen im Allgemeinen eine hohe Energiedichte, wenig oder keinen Memory-Effekt und geringe Selbstentladung im Vergleich zu anderen Batterietypen., Ihre Chemie, Leistung und Kosten variieren in verschiedenen Anwendungsfällen, zum Beispiel basieren Li-Ionen-Batterien, die in elektronischen Handgeräten verwendet werden, normalerweise auf Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2), das eine hohe Energiedichte und geringe Sicherheitsrisiken bietet, wenn es beschädigt wird, während Li-Ionen-Batterien, die auf Lithium-Eisenphosphat basieren und eine geringere Energiedichte bieten, aufgrund einer verringerten Wahrscheinlichkeit unglücklicher Ereignisse sicherer sind, die häufig bei der Stromversorgung von Elektrowerkzeugen und medizinischen Geräten verwendet werden., Lithium-Ionen-Batterien bieten das beste Verhältnis von Leistung zu Gewicht, während die Lithium-Ionen-Batterie das höchste Verhältnis bietet.
Einige der attribute von lithium-ionen batterien sind unten aufgeführt;
Blei-Säure Batterien
Blei-säure batterien sind eine low-cost zuverlässige power arbeitspferd verwendet in heavy-duty anwendungen. Sie sind normalerweise sehr groß und werden aufgrund ihres Gewichts immer in nicht tragbaren Anwendungen wie Solarpanel-Energiespeicherung, Fahrzeugzündung und-beleuchtung, Notstromversorgung und Lastausgleich bei der Stromerzeugung/ – verteilung verwendet., Die Blei-Säure ist die älteste Art von Akku und immer noch sehr relevant und wichtig in der heutigen Welt. Bleibatterien haben ein sehr niedriges Energie-Volumen-und Energie-zu-Gewicht-Verhältnis, aber es hat ein relativ großes Leistungs-zu-Gewicht-Verhältnis und kann daher bei Bedarf große Stoßströme liefern. Diese Eigenschaften machen diese Batterien neben ihren geringen Kosten attraktiv für den Einsatz in verschiedenen Hochstromanwendungen wie der Stromversorgung von Automobilstartermotoren und für die Lagerung in Notstromversorgungen., Sie können auch den Artikel über die Arbeit mit Bleibatterien lesen, wenn Sie mehr über die verschiedenen Arten von Bleibatterien, deren Konstruktion und Anwendungen erfahren möchten.
Jede dieser Batterien hat ihren Bereich der besten Passform und das Bild unten soll bei der Auswahl helfen.,
Auswahl der richtigen Batterie für Ihre Anwendung
Eines der Hauptprobleme, die technologische Revolutionen wie IoT behindern, ist die Stromversorgung, die Akkulaufzeit beeinflusst den erfolgreichen Einsatz von Geräten, die eine lange Akkulaufzeit erfordern, und obwohl mehrere Energiemanagementtechniken angewendet werden, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, muss immer noch eine kompatible Batterie ausgewählt werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Nachfolgend sind einige Faktoren aufgeführt, die bei der Auswahl des richtigen Batterietyps für Ihr Projekt zu berücksichtigen sind.
1., Energiedichte: Die Energiedichte ist die Gesamtmenge an Energie, die pro Massen-oder Volumeneinheit gespeichert werden kann. Dies bestimmt, wie lange Ihr Gerät eingeschaltet bleibt, bevor es aufgeladen werden muss.
2. Leistungsdichte: Maximale Energieentladungsrate pro Massen – oder Volumeneinheit. Geringer Stromverbrauch: Laptop, i-Pod. Hohe Leistung: Elektrowerkzeuge.
3. Sicherheit: Es ist wichtig, die Temperatur zu berücksichtigen, bei der das von Ihnen gebaute Gerät funktioniert. Bei hohen Temperaturen brechen bestimmte Batteriekomponenten zusammen und können exotherme Reaktionen erfahren. Hohe Temperaturen reduzieren im Allgemeinen die Leistung der meisten Batterien.,
4. Langlebigkeit des Lebenszyklus: Die Stabilität der Energiedichte und Leistungsdichte einer Batterie mit wiederholtem Radfahren (Laden und Entladen) wird für die lange Akkulaufzeit benötigt, die von den meisten Anwendungen benötigt wird.
5. Kosten: Die Kosten sind ein wichtiger Teil aller technischen Entscheidungen, die Sie treffen werden. Es ist wichtig, dass die Kosten Ihrer Batterieauswahl der Leistung entsprechen und die Gesamtkosten des Projekts nicht ungewöhnlich erhöhen.