bateria jest zbiorem jednego lub więcej ogniw, które przechodzą reakcje chemiczne, aby utworzyć przepływ elektronów w obwodzie. Istnieje wiele badań i rozwoju w technologii akumulatorów, w wyniku czego przełomowe technologie są obecnie doświadczane i wykorzystywane na całym świecie. Baterie weszły w grę ze względu na konieczność magazynowania wytworzonej energii elektrycznej., O ile generowana była duża ilość energii, ważne było jej magazynowanie, aby mogła być wykorzystana, gdy generacja jest wyłączona lub gdy istnieje potrzeba zasilania samodzielnych urządzeń, których nie można trzymać na uwięzi do zasilania z sieci. Tutaj należy zauważyć, że w bateriach można przechowywać tylko prąd stały, prąd zmienny nie może być przechowywany.,
ogniwa akumulatorowe składają się zwykle z trzech głównych komponentów;
- anoda (elektroda ujemna)
- katoda (elektroda dodatnia)
- elektrolity
anoda jest elektrodą ujemną, która wytwarza elektrony do zewnętrznego obwodu, do którego podłączony jest akumulator. Gdy baterie są podłączone, na anodzie inicjowane jest gromadzenie się elektronów, co powoduje różnicę potencjałów między dwiema elektrodami., Elektrony w naturalny sposób próbują się redystrybuować, zapobiega temu elektrolit, więc gdy obwód elektryczny jest podłączony, zapewnia to wyraźną ścieżkę dla elektronów do przemieszczania się z anody do katody, zasilając w ten sposób obwód, do którego jest podłączony. Zmieniając układ i materiał użyty do budowy anody, katody i elektrolitu możemy uzyskać wiele różnych rodzajów chemii akumulatorowej, umożliwiając nam projektowanie różnych typów ogniw akumulatorowych. W tym artykule pozwala zrozumieć różne rodzaje baterii i ich zastosowania, więc niech ” s zacząć.,
rodzaje baterii
baterie ogólnie można podzielić na różne kategorie i typy, począwszy od składu chemicznego, rozmiaru, kształtu i przypadków użycia, ale pod wszystkimi z nich są dwa główne typy baterii;
- Baterie Pierwotne
- baterie wtórne
przyjrzyjmy się głębiej, aby zrozumieć główne różnice między ogniwem pierwotnym a ogniwem wtórnym.
baterie podstawowe
baterie Podstawowe to baterie, których nie można naładować po wyczerpaniu., Baterie Pierwotne zbudowane są z ogniw elektrochemicznych, których reakcji elektrochemicznej nie można odwrócić.
Baterie Pierwotne występują w różnych formach, od ogniw na monety po baterie AA. Są one powszechnie stosowane w autonomicznych aplikacjach, w których ładowanie jest niepraktyczne lub niemożliwe. Dobrym przykładem są urządzenia klasy wojskowej i sprzęt zasilany bateryjnie. Używanie akumulatorów będzie niepraktyczne, ponieważ ładowanie akumulatorów będzie ostatnią rzeczą w umyśle żołnierzy., Baterie Pierwotne zawsze mają wysoką energię właściwą, a systemy, w których są używane, są zawsze zaprojektowane tak, aby zużywały niewielką ilość energii, aby umożliwić żywotność baterii tak długo, jak to możliwe.
niektóre inne przykłady urządzeń wykorzystujących baterie podstawowe obejmują; pace makery, tropiciele zwierząt, Zegarki Na Rękę, piloty i zabawki dla dzieci, aby wymienić tylko kilka.
najpopularniejszym rodzajem baterii podstawowych są baterie alkaliczne. Mają wysoką energię właściwą i są przyjazne dla środowiska, opłacalne i nie wyciekają nawet po pełnym rozładowaniu., Mogą być przechowywane przez kilka lat, mają dobrą historię bezpieczeństwa i mogą być przewożone na statku powietrznym bez podlegania transportowi ONZ i innym przepisom. Jedynym minusem baterii alkalicznych jest niski prąd ładowania, co ogranicza jego użycie do urządzeń o niskich wymaganiach prądowych, takich jak piloty, latarki i przenośne urządzenia rozrywkowe.
baterie wtórne
baterie wtórne to baterie z ogniwami elektrochemicznymi, których reakcje chemiczne można odwrócić poprzez przyłożenie pewnego napięcia do akumulatora w odwrotnym kierunku., Zwane również akumulatorami, ogniwa wtórne w przeciwieństwie do ogniw pierwotnych mogą być ładowane po zużyciu energii na baterii.
są one zwykle używane w aplikacjach o wysokim odprowadzeniu wody i innych scenariuszach, w których użycie pojedynczych baterii będzie zbyt drogie lub niepraktyczne., Baterie wtórne o małej pojemności są używane do zasilania przenośnych urządzeń elektronicznych, takich jak telefony komórkowe i inne gadżety i urządzenia, podczas gdy ciężkie baterie są używane do zasilania różnych pojazdów elektrycznych i innych aplikacji o wysokim odprowadzaniu, takich jak wyrównywanie obciążenia w wytwarzaniu energii elektrycznej. Są one również wykorzystywane jako samodzielne źródła zasilania obok falowników do zasilania energii elektrycznej. Chociaż początkowy koszt nabycia akumulatorów jest zawsze dużo wyższy niż w przypadku baterii pierwotnych, ale są one najbardziej opłacalne w dłuższej perspektywie.,
baterie wtórne można dalej podzielić na kilka innych typów na podstawie ich chemii. Jest to bardzo ważne, ponieważ chemia określa niektóre z atrybutów baterii, w tym jej specyficzną energię, cykl życia, okres przydatności do spożycia i cenę, aby wymienić tylko kilka.
poniżej przedstawiono różne typy akumulatorów, które są powszechnie używane.,
- litowo-jonowe(Li-ion)
- niklowo-kadmowe(Ni-Cd)
- niklowo-wodorkowe(Ni-MH)
- kwasowo-ołowiowe
Akumulatory niklowo–kadmowe
akumulator niklowo-kadmowy (akumulator NiCd lub akumulator NiCad) jest rodzajem akumulatora, który jest rozwijany przy użyciu wodorotlenku tlenku niklu i metalicznego kadmu jako elektrod. Akumulatory Ni-Cd wyróżniają się utrzymaniem napięcia i utrzymaniem ładunku, gdy nie są używane. Jednak akumulatory NI-Cd łatwo padają ofiarą przerażającego efektu „pamięci”, gdy częściowo naładowany akumulator jest ładowany, obniżając przyszłą Pojemność akumulatora.,
w porównaniu z innymi typami ogniw akumulatorowych, akumulatory Ni-Cd oferują dobry cykl życia i wydajność w niskich temperaturach z uczciwą pojemnością, ale ich najważniejszą zaletą będzie ich zdolność do zapewnienia pełnej pojemności znamionowej przy wysokich prędkościach rozładowania. Są one dostępne w różnych rozmiarach, w tym rozmiarach stosowanych do baterii alkalicznych, od AAA do D. ogniwa Ni-Cd są używane pojedynczo lub montowane w opakowaniach po dwa lub więcej ogniw., Małe opakowania są używane w urządzeniach przenośnych, elektronice i zabawkach, podczas gdy większe znajdują zastosowanie w bateriach ROZRUCHOWYCH samolotów, pojazdach elektrycznych i zasilaniu rezerwowym.
Poniżej wymieniono niektóre właściwości akumulatorów niklowo-kadmowych.
Akumulatory niklowo-wodorkowe
niklowo-wodorkowe (Ni-MH) to inny rodzaj konfiguracji chemicznej stosowanej w akumulatorach. Reakcja chemiczna na elektrodę dodatnią akumulatorów jest podobna do reakcji ogniwa niklowo-kadmowego (NiCd), przy czym oba typy akumulatorów używają tego samego wodorotlenku tlenku niklu (NiOOH)., Jednak elektrody ujemne w niklowo-wodorku metalu używają stopu pochłaniającego Wodór zamiast kadmu, który jest stosowany w akumulatorach NiCd
.
akumulatory NiMH znajdują zastosowanie w urządzeniach o dużej pojemności i gęstości energii. Akumulator NiMH może mieć od dwóch do trzech razy większą pojemność niż akumulator NiCd tego samego rozmiaru, a jego gęstość energii może zbliżać się do baterii litowo-jonowej. W przeciwieństwie do NiCd chemistry, baterie oparte na NiMH chemistry nie są podatne na efekt” pamięci”, który wywołuje NiCads.,
poniżej przedstawiamy niektóre właściwości akumulatorów opartych na chemii niklowo-wodorkowej;
akumulatory litowo-jonowe
akumulatory litowo-jonowe są jednym z najpopularniejszych typów akumulatorów. Istnieje wiele różnych rodzajów baterii litowych, ale wśród wszystkich baterii litowo-jonowych są najczęściej używane. Można znaleźć te baterie litowe używane w różnych formach popularnie wśród pojazdów elektrycznych i innych przenośnych gadżetów., Jeśli jesteś ciekaw więcej informacji na temat baterii stosowanych w pojazdach elektrycznych, możesz sprawdzić ten artykuł na temat baterii pojazdów elektrycznych. Znajdują się one w różnych urządzeniach przenośnych, w tym telefonach komórkowych, inteligentnych urządzeniach i kilku innych urządzeniach akumulatorowych używanych w domu. Znajdują również zastosowania w lotnictwie i wojsku ze względu na ich lekki charakter.,
akumulatory litowo-jonowe to rodzaj akumulatora, w którym jony litu z elektrody ujemnej migrują do elektrody dodatniej podczas rozładowania i migrują z powrotem do elektrody ujemnej podczas ładowania akumulatora. Akumulatory litowo-jonowe wykorzystują interkalowany związek litowy jako jeden materiał elektrody, w porównaniu do metalicznego litu stosowanego w bateriach litowych, które nie mogą być ładowane.
akumulatory litowo-jonowe mają zazwyczaj wysoką gęstość energii, niewielki lub żaden efekt pamięci i niski poziom samorozładowania w porównaniu do innych typów akumulatorów., Ich chemia wraz z wydajnością i kosztami różni się w różnych przypadkach zastosowania, na przykład akumulatory litowo-jonowe stosowane w ręcznych urządzeniach elektronicznych są zwykle oparte na tlenku kobaltu LiCoO2, który zapewnia wysoką gęstość energii i niskie ryzyko bezpieczeństwa w przypadku uszkodzenia, podczas gdy akumulatory litowo-jonowe oparte na fosforanie litu i żelaza, które oferują mniejszą gęstość energii, są bezpieczniejsze ze względu na mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia niefortunnych zdarzeń, są szeroko stosowane w zasilaniu narzędzi elektrycznych i sprzętu medycznego., Akumulatory litowo-jonowe oferują najlepszy stosunek wydajności do masy, a akumulator litowo-siarkowy oferuje najwyższy stosunek.
niektóre atrybuty akumulatorów litowo-jonowych są wymienione poniżej;
akumulatory ołowiowo-kwasowe
akumulatory ołowiowo-kwasowe są tanim, niezawodnym koniem roboczym używanym w ciężkich zastosowaniach. Są one zwykle bardzo duże, a ze względu na swoją wagę są zawsze używane w przenośnych aplikacjach, takich jak magazynowanie energii w panelach słonecznych, zapłon i światła pojazdów, zasilanie awaryjne i wyrównywanie obciążenia w wytwarzaniu/dystrybucji energii., Kwas ołowiowy jest najstarszym rodzajem akumulatora i nadal bardzo istotnym i ważnym w dzisiejszym świecie. Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają bardzo niski stosunek energii do objętości i energii do masy, ale mają stosunkowo duży stosunek mocy do masy, w wyniku czego mogą dostarczać ogromne prądy udarowe w razie potrzeby. Te atrybuty wraz z niskim kosztem sprawiają, że baterie te są atrakcyjne do stosowania w kilku aplikacjach wysokoprądowych, takich jak zasilanie rozruszników samochodowych i przechowywanie w zasilaczach zapasowych., Możesz również zapoznać się z artykułem na temat akumulatorów kwasowo-ołowiowych, jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o różnych typach akumulatorów kwasowo-ołowiowych, ich budowie i zastosowaniach.
każda z tych baterii ma swój obszar najlepszego dopasowania, a poniższy obrazek pomaga wybrać między nimi.,
wybór odpowiedniej baterii do aplikacji
jednym z głównych problemów utrudniających rewolucje technologiczne, takie jak IoT, jest zasilanie, żywotność baterii wpływa na udane wdrożenie urządzeń, które wymagają długiej żywotności baterii i chociaż stosuje się kilka technik zarządzania energią, aby bateria działała dłużej, aby osiągnąć pożądany efekt, należy wybrać kompatybilną baterię.
poniżej przedstawiamy kilka czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiedniego typu baterii do projektu.
1., Gęstość Energii: gęstość energii to całkowita ilość energii, która może być przechowywana na jednostkę masy lub objętości. Określa to, jak długo urządzenie pozostaje włączone, zanim będzie wymagało doładowania.
2. Gęstość mocy: Maksymalna szybkość rozładowania energii na jednostkę masy lub objętości. Niska moc: laptop, i-pod. Wysoka moc: elektronarzędzia.
3. Bezpieczeństwo: ważne jest, aby wziąć pod uwagę temperaturę, w której urządzenie, które budujesz, będzie działać. W wysokich temperaturach niektóre elementy akumulatora ulegną awarii i mogą ulec reakcjom egzotermicznym. Wysokie temperatury generalnie zmniejszają wydajność większości baterii.,
4. Trwałość cyklu życia: stabilność gęstości energii i gęstości mocy akumulatora z powtarzającymi się cyklami (ładowanie i rozładowywanie) jest potrzebna do długiej żywotności baterii wymaganej przez większość zastosowań.
5. Koszt: koszt jest ważną częścią wszelkich decyzji inżynierskich, które będziesz podejmował. Ważne jest, aby koszt wyboru baterii był proporcjonalny do jego wydajności i nie zwiększył ogólnego kosztu projektu nienormalnie.