Elektriakude kasutusala on äärmiselt lai. Elektriallikana kasutatakse neid nagu laste mänguasjadAkusid kasutatakse nii elektritööriistades kui ka elektriautode veojõuallikana. Akude asjatundlikuks kasutamiseks on vaja teada nende omadusi, tugevaid ja nõrku külgi.
Sisu
Mis on elektriaku ja kuidas see on ehitatud?
Elektriline aku - on taastuv elektrienergia allikas. Erinevalt galvaanilistest elementidest saab seda laadida pärast tühjenemist. Põhimõtteliselt on kõik akud konstrueeritud samal viisil ja koosnevad katoodist ja elektrolüüti asetatud anoodist.
Elektroodide materjal ja elektrolüüdi koostis on erinevad ning see määrab ära akude tarbijaomadused ja nende kasutusala. Katoodi ja anoodi vahele saab asetada poorse dielektrilise separaatori, elektrolüüdiga immutatud separaatori. Kuid see määrab enamasti sõlme mehaanilised omadused ja põhimõtteliselt ei mõjuta raku tööd.
Üldiselt põhineb aku töö kahel energia muundamisel:
- elektrist keemiliseks laadimisel;
- tühjenemisel keemilisest elektriliseks.
Mõlemat tüüpi konversioonid põhinevad pöörduvate keemiliste reaktsioonide kulgemisel, mille käigu määravad akus kasutatavad ained. Näiteks plii-happeelemendis on anoodi aktiivne osa valmistatud pliidoksiidist ja katood metallilisest pliist. Elektroodid on väävelhappe elektrolüüdis. Anoodi tühjendamise ajal redutseeritakse pliidioksiid pliisulfaadi ja vee moodustumisega ning katoodil plii oksüdeerub pliisulfaadiks. Laadimise ajal tekivad vastupidised reaktsioonid. Teistes akude konstruktsioonides reageerivad komponendid erinevalt, kuid põhimõte on sarnane.
Akude tüübid ja tüübid
Akude tarbijaomadused määravad peamiselt nende tootmistehnoloogia. Kodumajapidamises ja tööstuses on enim levinud mitut tüüpi akuelemente.
Pliihape .
Seda tüüpi akud leiutati XIX sajandi keskel ja neil on siiani oma kasutusnišš. Selle eelised hõlmavad järgmist:
- lihtne, odav ja aastakümnete pikkuse tootmistehnoloogiaga tõestatud;
- suur vooluvõimsus;
- pikk kasutusiga (300 kuni 1000 laadimis-tühjenemistsüklit);
- madalaim isetühjenemisvool;
- mäluefekt puudub.
On ka puudusi. Esiteks on see väike erivõimsus, mis toob kaasa suuruse ja kaalu suurenemise. Samuti täheldati halba jõudlust negatiivsetel temperatuuridel, eriti alla miinus 20 °C. Probleeme on ka utiliseerimisega – pliiühendid on üsna mürgised. Aga see probleem tuleb lahendada ka muud tüüpi patareid..
Hoolimata asjaolust, et happe-pliiakude seade on viidud optimaalselt, on isegi siin võimalusi täiustamiseks. Näiteks on olemas AGM-tehnoloogia, mille kohaselt asetatakse elektroodide vahele poorne materjal, mis on immutatud elektrolüüdiga.See ei mõjuta elektrokeemilisi laadimis- ja tühjendusprotsesse. See parandab peamiselt akude mehaanilisi omadusi (vibratsioonikindlus, töövõime peaaegu igas asendis jne) ja suurendab mõnevõrra tööohutust.
Märkimisväärseks eeliseks on ka parem töö ilma võimsuse ja voolu kaotuseta temperatuuridel kuni miinus 30 ° C. AGM-akude tootjad väidavad, et käivitusvool ja kasutusiga on suurenenud.
Veel üks happe-pliiakude modifikatsioon on geellakud. Elektrolüüt on paksendatud tarretiseks. See hoiab ära elektrolüüdi lekke töö ajal ja välistab gaasi moodustumise võimaluse. Kuid voolu väljund on mõnevõrra vähenenud, mis piirab geelakude kasutamist käivitusakudena. Selliste akude deklareeritud imelised omadused suurenenud mahutavuse ja kasutusea osas on turundajate südametunnistusel.
Plii-akupatareisid laaditakse tavaliselt pinge stabiliseerimise režiimis. See suurendab aku pinget ja vähendab laadimisvoolu. Laadimisprotsessi lõpu kriteeriumiks on voolu langus seatud piirini.
Nikkel-kaadmium
Nende vanus hakkab lõppema ja nende kasutusala väheneb järk-järgult. Nende peamine puudus on väljendunud mäluefekt. Kui hakkate laadima mittetäielikult tühjenenud Ni-Cd akut, siis rakk "mäletab" seda taset ja võimsuse määrab see väärtus veelgi. Teine probleem on madal keskkonnasõbralikkus. Mürgised kaadmiumiühendid tekitavad probleeme selliste patareide kõrvaldamisega. Muud puudused hõlmavad järgmist:
- kõrge kalduvus isetühjenemisele;
- suhteliselt väike võimsus.
Kuid on ka eeliseid:
- odav;
- pikk kasutusiga (kuni 1000 laadimis-tühjenemistsüklit);
- võime anda suurt voolu.
Nende akude eeliste hulka kuulub ka võime töötada madalatel negatiivsetel temperatuuridel.
Ni-Cd elemente laetakse konstantse voolu režiimis. Võimsust saab täielikult ära kasutada laadides laadimisvoolu sujuva või järkjärgulise vähendamisega. Protsessi lõppu jälgib elemendi pinge langus.
Nikkel-metallhüdriid
Need on mõeldud nikkelkaadmiumakude asendamiseks. Neil on palju Ni-Cd akude omadusi ja jõudlusomadusi. Meil õnnestus osaliselt vabaneda mäluefektist, suurendada võimsust umbes poolteist korda ja vähendada kalduvust isetühjenemisele. Samas püsis praegune toodang kõrge ja maksumus ligikaudu samal tasemel. Keskkonnaprobleem on leevendatud – patareisid toodetakse ilma mürgiseid ühendeid kasutamata. Kuid selle eest tuli maksta korda lühema elueaga (kuni 5 korda) ja töövõimega negatiivsetel temperatuuridel – ainult kuni -20 °C ja -40 °C nikkelkaadmiumakudel.
Selliseid elemente laetakse konstantse voolu režiimis. Protsessi lõppu jälgitakse, suurendades iga elemendi pinget 1,37 voldini. Kõige soodsam on negatiivsete emissioonidega impulssvoolurežiim. See välistab mäluefekti mõju.
Liitium-ioon
Liitium-ioonakud vallutavad kogu maailma. Nad tõrjuvad välja muud tüüpi patareisid piirkondadest, kus positsioon tundus kõigutamatu. Liitiumioonelementidel pole peaaegu mingit mäluefekti (see on olemas, kuid teoreetilisel tasemel), talub kuni 600 laadimis-tühjenemistsüklit, energiamaht on 2-3 korda suurem kui nikli mahu ja kaalu suhe. metallhüdriidpatareid.
Kalduvus isetühjenemisele ladustamise ajal on samuti minimaalne, kuid selle kõige eest tuleb selle otseses mõttes maksta - sellised akud on palju kallimad kui traditsioonilised akud.Võime eeldada, et hinnad langevad koos tootmise arenemisega, nagu see tavaliselt juhtub, kuid selliste akude muid omaseid puudusi – vähenenud vooluvõimsust, võimetust töötada negatiivsete temperatuuride juures – olemasolevad tehnoloogiad tõenäoliselt ei suuda ületada.
Koos suurenenud tuleohuga piirab see mõnevõrra kasutamist Li-ion akud. Samuti tuleb arvestada, et sellised rakud lagunevad. Isegi kui neid ei laeta ega tühjendata, läheb nende eluiga ise 1,5 ... 2-aastase ladustamisega nulli.
Kõige soodsam laadimisrežiim on kaheastmeline. Kõigepealt stabiilse vooluga (sujuvalt kasvava pingega), seejärel stabiilse pingega (sujuvalt väheneva vooluga). Praktikas realiseeritakse teine etapp laadimisvoolu astmelise vähenemise näol. Veelgi sagedamini koosneb see etapp ühest etapist - lihtsalt stabiliseeritud voolu vähendamisest.
Akude põhiomadused
Esimene parameeter, millele aku valimisel tähelepanu pööratakse, on see nimipinge. Ühe akuelemendi pinge määravad elemendis toimuvad füüsikalised ja keemilised protsessid ning see sõltub aku tüübist. Üks täislaetud purk annab:
- plii-happeelement - 2,1 volti;
- Nikkel-kaadmium - 1,25 volti;
- Nikkel-metallhüdriid, 1,37 volti;
- Liitiumioonaku: 3,7 volti.
Kõrgema pinge saamiseks monteeritakse elemendid akudeks. Nii et autoaku jaoks peate 12 volti (täpsemalt 12,6 volti) saamiseks ühendama järjestikku 6 pliiakut ja 18-voldise kruvikeeraja jaoks - 5 3,7 volti liitiumioonakut.
Teine oluline parameeter on mahutavus. See määrab aku tööaja koormuse all. Seda mõõdetakse ampertundides (voolu ja aja korrutis).Näiteks 3 A⋅h mahutavusega aku tühjeneb 1 amprise vooluga tühjenemisel 3 tunniga ja 3 amprise vooluga 1 tunniga.
Tähtis! Rangelt võttes, aku mahutavus oleneb voolust Seetõttu ei ole voolu ja tühjenemise aja korrutis sama aku erinevatel koormusväärtustel sama.
Ja kolmas oluline parameeter voolu kandevõime. See on maksimaalne vool, mida aku suudab anda. See on oluline näiteks selle jaoks auto aku - määrab mootori võlli väntamise võimaluse külma ilmaga. Samuti on näiteks elektritööriistade puhul oluline võime anda suurt voolu, luues suure pöördemomendi. Kuid mobiilsete vidinate puhul pole see omadus nii oluline.
Akude elektrilised omadused ja tarbijaomadused sõltuvad nende disainist ja tootmistehnoloogiast. Aku õige kasutamine eeldab taastuvate keemiliste jõuallikate eeliste ärakasutamist ja puuduste tasandamist.
Seotud artiklid:
