इलेक्ट्रिक बैटरी कैसे बनाई जाती है, इसका कार्य सिद्धांत, प्रकार, उद्देश्य और मुख्य विशेषताएं?

इलेक्ट्रिक बैटरियों के अनुप्रयोग का दायरा अत्यंत विस्तृत है। बिजली के स्रोत के रूप में इनका उपयोग के रूप में किया जाता है बच्चों के खिलौनेबैटरियों का उपयोग बिजली उपकरणों में और इलेक्ट्रिक कारों में कर्षण के स्रोत के रूप में किया जाता है। बैटरियों का सही ढंग से उपयोग करने के लिए, उनके गुणों, उनकी ताकत और कमजोरियों को जानना आवश्यक है।

इलेक्ट्रिक बैटरी क्या है और इसे कैसे बनाया जाता है?

इलेक्ट्रिक बैटरी - एक अक्षय है विद्युत ऊर्जा का स्रोत. गैल्वेनिक कोशिकाओं के विपरीत इसे डिस्चार्ज के बाद रिचार्ज किया जा सकता है। सिद्धांत रूप में सभी संचयकों का निर्माण एक ही तरह से किया जाता है और इसमें एक कैथोड और एक इलेक्ट्रोलाइट में एक एनोड होता है।

इलेक्ट्रोड की सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट की संरचना भिन्न होती है, और यही वह है जो बैटरी के उपभोक्ता गुणों और उनके आवेदन के दायरे को निर्धारित करता है। एक झरझरा ढांकता हुआ विभाजक, एक इलेक्ट्रोलाइट-गर्भवती विभाजक, कैथोड और एनोड के बीच रखा जा सकता है। लेकिन यह ज्यादातर विधानसभा के यांत्रिक गुणों को निर्धारित करता है और सिद्धांत रूप में सेल के संचालन को प्रभावित नहीं करता है।

सामान्य तौर पर, बैटरी का संचालन दो ऊर्जा रूपांतरणों पर आधारित होता है:

• विद्युत से रासायनिक आवेश पर;
• निर्वहन पर विद्युत से रासायनिक।

दोनों प्रकार के रूपांतरण प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रवाह पर आधारित होते हैं, जिसका पाठ्यक्रम बैटरी में प्रयुक्त पदार्थों द्वारा निर्धारित किया जाता है। लेड-एसिड सेल में, उदाहरण के लिए, एनोड का सक्रिय भाग लेड डाइऑक्साइड से बना होता है और कैथोड धात्विक लेड से बना होता है। इलेक्ट्रोड सल्फ्यूरिक एसिड के इलेक्ट्रोलाइट में होते हैं। एनोड पर डिस्चार्ज के दौरान लेड सल्फेट और पानी के निर्माण के साथ लेड डाइऑक्साइड कम हो जाता है, और कैथोड पर लेड सल्फेट लेड में ऑक्सीकृत हो जाता है। चार्जिंग के दौरान रिवर्स रिएक्शन होता है। अन्य बैटरी डिज़ाइनों में, घटक अलग तरह से प्रतिक्रिया करते हैं, लेकिन सिद्धांत समान है।

बैटरी के प्रकार और प्रकार

बैटरी के उपभोक्ता गुण मुख्य रूप से इसकी उत्पादन तकनीक द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। घरेलू और उद्योग में, कई प्रकार की बैटरी सेल सबसे आम हैं।

लैड एसिड ।

इस प्रकार की बैटरियों का आविष्कार XIX सदी के मध्य में किया गया था, और अभी भी इसके अनुप्रयोग का स्थान है। इसके फायदों में शामिल हैं:

• दशकों की उत्पादन तकनीक द्वारा सरल, सस्ती और सिद्ध;
• उच्च वर्तमान आउटपुट;
• लंबी सेवा जीवन (300 से 1000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों से);
• सबसे कम स्व-निर्वहन वर्तमान;
• कोई स्मृति प्रभाव नहीं।

नुकसान भी हैं। सबसे पहले, यह कम विशिष्ट शक्ति क्षमता है, जिससे आकार और वजन में वृद्धि होती है। नकारात्मक तापमान पर भी खराब प्रदर्शन का उल्लेख किया, विशेष रूप से माइनस 20 डिग्री सेल्सियस से नीचे। निपटान में भी समस्याएं हैं - सीसा यौगिक काफी जहरीले होते हैं। लेकिन यह समस्या अन्य प्रकार की बैटरियों के लिए भी हल करना पड़ता है।.

इस तथ्य के बावजूद कि एसिड-लीड बैटरी के उपकरण को इष्टतम पर लाया जाता है, यहां भी सुधार के विकल्प हैं। उदाहरण के लिए, एजीएम तकनीक है, जिसके अनुसार इलेक्ट्रोलाइट के साथ एक झरझरा सामग्री इलेक्ट्रोड के बीच रखी जाती है।इलेक्ट्रोकेमिकल चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रियाएं प्रभावित नहीं होती हैं। यह मुख्य रूप से बैटरी की यांत्रिक विशेषताओं (कंपन का प्रतिरोध, लगभग किसी भी स्थिति में काम करने की क्षमता, आदि) में सुधार करता है और कुछ हद तक संचालन की सुरक्षा को बढ़ाता है।

इसके अलावा एक ध्यान देने योग्य लाभ क्षमता के नुकसान के बिना बेहतर संचालन और माइनस 30 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर वर्तमान उत्पादन है। एजीएम-बैटरियों के निर्माताओं का दावा है कि वर्तमान और सेवा जीवन की शुरुआत में वृद्धि हुई है।

एसिड-लीड बैटरी का एक अन्य संशोधन जेल बैटरी है। इलेक्ट्रोलाइट को जेली की स्थिति में गाढ़ा किया जाता है। यह ऑपरेशन के दौरान इलेक्ट्रोलाइट रिसाव को रोकता है और गैस बनने की संभावना को समाप्त करता है। हालांकि, वर्तमान आउटपुट कुछ हद तक कम हो गया है, जो स्टार्टर बैटरी के रूप में जेल बैटरी के उपयोग को सीमित करता है। बढ़ी हुई क्षमता और सेवा जीवन के संदर्भ में ऐसी बैटरियों के घोषित चमत्कारी गुण विपणक के विवेक पर हैं।

लीड-संचयक बैटरियों को आमतौर पर वोल्टेज स्थिरीकरण के मोड में चार्ज किया जाता है। यह बैटरी वोल्टेज को बढ़ाता है और चार्जिंग करंट को कम करता है। चार्जिंग प्रक्रिया के अंत के लिए मानदंड निर्धारित सीमा तक वर्तमान गिरावट है।

निकल कैडमियम

वे अपनी उम्र के अंत में आ रहे हैं, और उनके आवेदन की सीमा धीरे-धीरे कम हो रही है। उनका मुख्य नुकसान एक स्पष्ट स्मृति प्रभाव है। यदि आप एक अपूर्ण रूप से डिस्चार्ज की गई Ni-Cd बैटरी को चार्ज करना शुरू करते हैं, तो सेल इस स्तर को "याद रखता है", और क्षमता को इस मान से और निर्धारित किया जाता है। एक और समस्या कम पर्यावरण मित्रता है। जहरीले कैडमियम यौगिक ऐसी बैटरियों के निपटान में समस्याएँ पैदा करते हैं। अन्य नुकसान में शामिल हैं:

• आत्म-निर्वहन की उच्च प्रवृत्ति;
• अपेक्षाकृत कम बिजली क्षमता।

लेकिन फायदे भी हैं:

• कम लागत;
• लंबी सेवा जीवन (1000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्र तक);
• एक उच्च धारा देने की क्षमता।

इसके अलावा इन बैटरियों की खूबियों में कम नकारात्मक तापमान पर काम करने की क्षमता शामिल है।

Ni-Cd कोशिकाओं को निरंतर चालू मोड में चार्ज किया जाता है। चार्जिंग करंट को सुचारू या चरण-दर-चरण कमी के साथ रिचार्ज करके क्षमता का पूरा उपयोग किया जा सकता है। सेल वोल्टेज में कमी से प्रक्रिया के अंत की निगरानी की जाती है।

निकल-धातु हाइड्राइड

वे निकल कैडमियम बैटरी को बदलने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। उनके पास Ni-Cd बैटरी की कई विशेषताएं और प्रदर्शन विशेषताएं हैं। हम स्मृति प्रभाव से आंशिक रूप से छुटकारा पाने में कामयाब रहे, शक्ति क्षमता को लगभग डेढ़ गुना बढ़ा दिया और स्व-निर्वहन की प्रवृत्ति को कम कर दिया। साथ ही, वर्तमान उत्पादन उच्च बना रहा और लागत लगभग उसी स्तर पर रही। पर्यावरणीय समस्या को कम कर दिया गया है - बैटरियों का उत्पादन जहरीले यौगिकों के उपयोग के बिना किया जाता है। लेकिन इसके लिए कई गुना कम जीवन (5 गुना तक) और नकारात्मक तापमान पर काम करने की क्षमता के लिए भुगतान करना पड़ा - निकल कैडमियम बैटरी के लिए -40 डिग्री सेल्सियस के मुकाबले केवल -20 डिग्री सेल्सियस तक।

ऐसी कोशिकाओं को निरंतर चालू मोड में चार्ज किया जाता है। प्रत्येक सेल पर 1.37 वोल्ट तक वोल्टेज बढ़ाकर प्रक्रिया के अंत की निगरानी की जाती है। नकारात्मक उत्सर्जन के साथ स्पंदित वर्तमान मोड सबसे अनुकूल है। इससे स्मरण शक्ति का प्रभाव समाप्त हो जाता है।

लिथियम आयन

लिथियम-आयन बैटरी दुनिया भर में ले रही हैं। वे अन्य प्रकार की बैटरियों को उन क्षेत्रों से विस्थापित कर रहे हैं जहां स्थिति अस्थिर लग रही थी। ली-आयन कोशिकाओं का लगभग कोई स्मृति प्रभाव नहीं होता है (यह मौजूद है, लेकिन सैद्धांतिक स्तर पर), 600 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों का सामना कर सकता है, ऊर्जा क्षमता निकल के वजन की क्षमता के अनुपात से 2-3 गुना अधिक है- धातु हाइड्राइड बैटरी।

भंडारण के दौरान स्व-निर्वहन की प्रवृत्ति भी न्यूनतम है, लेकिन आपको इस सब के लिए शाब्दिक अर्थों में भुगतान करना होगा - ऐसी बैटरी पारंपरिक बैटरी की तुलना में बहुत अधिक महंगी होती हैं।हम उत्पादन के विकास के साथ कीमतों में गिरावट की उम्मीद कर सकते हैं, जैसा कि वे आमतौर पर करते हैं, लेकिन ऐसी बैटरियों की अन्य अंतर्निहित कमियां - कम वर्तमान उत्पादन, नकारात्मक तापमान पर काम करने में असमर्थता - मौजूदा प्रौद्योगिकियों द्वारा दूर होने की संभावना नहीं है।

आग के बढ़ते खतरे के साथ, यह कुछ हद तक के उपयोग को रोकता है ली-आयन बैटरी. यह भी ध्यान में रखा जाना चाहिए कि ऐसी कोशिकाएं गिरावट के अधीन हैं। भले ही उन्हें चार्ज और डिस्चार्ज न किया गया हो, लेकिन 1.5 ... 2 साल के स्टोरेज में उनकी लाइफ खुद ही जीरो हो जाती है।

सबसे अनुकूल चार्जिंग मोड दो चरणों में है। पहले एक स्थिर करंट के साथ (एक सुचारू रूप से बढ़ते वोल्टेज के साथ), फिर एक स्थिर वोल्टेज के साथ (एक सुचारू रूप से घटते हुए करंट के साथ)। व्यवहार में, दूसरे चरण को स्टेप वाइज घटते चार्जिंग करंट के रूप में महसूस किया जाता है। और भी अधिक बार इस चरण में एक ही चरण होता है - बस स्थिर धारा को कम करना।

बैटरी की बुनियादी विशेषताएं

बैटरी का चयन करते समय पहला पैरामीटर जिस पर ध्यान दिया जाता है, वह है नाममात्र वोल्टेज. एक बैटरी सेल का वोल्टेज सेल के भीतर होने वाली भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है, और यह बैटरी के प्रकार पर निर्भर करता है। एक पूरी तरह से चार्ज किया जा सकता है:

• लेड-एसिड सेल - 2.1 वोल्ट;
• निकल-कैडमियम - 1.25 वोल्ट;
• निकल-धातु हाइड्राइड, 1.37 वोल्ट;
• लिथियम-आयन बैटरी: 3.7 वोल्ट।

एक उच्च वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, कोशिकाओं को बैटरी में इकट्ठा किया जाता है। तो, एक कार बैटरी के लिए, आपको 12 वोल्ट (अधिक सटीक, 12.6 वोल्ट) प्राप्त करने के लिए श्रृंखला में 6 लीड-एसिड बैटरी कनेक्ट करनी होगी, और 18-वोल्ट स्क्रूड्राइवर के लिए - 3.7 वोल्ट की 5 लिथियम-आयन बैटरी।

दूसरा महत्वपूर्ण पैरामीटर है क्षमता. यह लोड के तहत बैटरी के संचालन समय को निर्धारित करता है। इसे एम्पीयर आवर्स (समय पर करंट का गुणनफल) में मापा जाता है।उदाहरण के लिए, 3 A⋅h की क्षमता वाली बैटरी को 3 घंटे में डिस्चार्ज किया जाएगा यदि 1 amp के करंट के साथ डिस्चार्ज किया जाता है, और 1 घंटे में 3 amps के करंट के साथ डिस्चार्ज किया जाता है।

महत्वपूर्ण! सच पूछिये तो, बैटरी की क्षमता वर्तमान पर निर्भर करता है इसलिए एक ही बैटरी के लिए अलग-अलग लोड वैल्यू पर करंट और डिस्चार्ज के समय का उत्पाद समान नहीं होगा।

और तीसरा महत्वपूर्ण पैरामीटर वर्तमान ले जाने की क्षमता. यह अधिकतम करंट है जो एक बैटरी दे सकती है। यह महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, के लिए कार बैटरी - ठंड के मौसम में इंजन शाफ्ट को क्रैंक करने की क्षमता निर्धारित करता है। इसके अलावा, उच्च धारा देने की क्षमता, उच्च टोक़ बनाना, महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, बिजली उपकरणों के लिए। लेकिन मोबाइल गैजेट्स के लिए यह विशेषता इतनी महत्वपूर्ण नहीं है।

बैटरियों के विद्युत गुण और उपभोक्ता गुण उनके डिजाइन और उत्पादन तकनीक पर निर्भर करते हैं। बैटरी के उचित उपयोग का तात्पर्य नवीकरणीय रासायनिक ऊर्जा स्रोतों के लाभों का उपयोग और नुकसान को समतल करना है।

संबंधित आलेख: