Az elektromos akkumulátorok rendkívül széleskörűen alkalmazhatók. Ezeket villamosenergia-forrásként használják gyermekjátékokAz akkumulátorokat elektromos szerszámokban és az elektromos járművek meghajtásának forrásaként is használják. Ahhoz, hogy helyesen használjuk őket, ismerni kell tulajdonságaikat, erősségeiket és gyengeségeiket.
Tartalomjegyzék
Mi az elektromos akkumulátor és hogyan épül fel?
Az elektromos akkumulátor - megújuló elektromos energiaforrás. A galvánelemekkel ellentétben, ha egyszer lemerült, újra feltölthető. Elvileg minden akkumulátornak ugyanaz a szerkezete, és egy katódból és egy anódból áll, amelyek egy elektrolitban vannak elhelyezve.
Az elektródok anyaga és az elektrolit összetétele változó, és ez határozza meg az akkumulátorok fogyasztói tulajdonságait és alkalmazását. A katód és az anód közé porózus dielektromos szeparátor - elektrolittal impregnált szeparátor - helyezhető. Ez azonban leginkább a szerelvény mechanikai tulajdonságait határozza meg, és alapvetően nem befolyásolja a cella működését.
Az akkumulátor működése alapvetően két energiaátalakításon alapul:
- elektromosból vegyi anyaggá a töltésen;
- kémiai energiából elektromos energiává alakul a kisüléskor.
Mindkét átalakítás reverzibilis kémiai reakciókon alapul, amelyek lefolyását az akkumulátorban használt anyagok határozzák meg. Az ólom-sav cellában például az anód aktív része ólom-dioxidból, a katód pedig fémes ólomból készül. Az elektródák kénsavas elektrolitban vannak. A kisülés során az anódon az ólom-dioxid ólomszulfáttá és vízzé redukálódik, a katódon pedig az ólom ólomszulfáttá oxidálódik. A töltés során ellentétes reakciók játszódnak le. Más akkumulátor-konstrukciókban az alkatrészek másképp reagálnak, de az elv hasonló.
Az akkumulátorok típusai és típusai
Az újratölthető elemek fogyasztói tulajdonságait elsősorban a gyártási technológia határozza meg. A háztartásokban és az iparban többféle akkumulátorcella-típus a legelterjedtebb.
Ólomsavas .
Ezt az akkumulátortípust a XIX. század közepén találták fel, és még mindig megvan a maga alkalmazási területe. Előnyei közé tartoznak:
- egyszerű, olcsó és évtizedek alatt kidolgozott gyártási technológia;
- nagy áramerősségű kimenet;
- hosszú élettartam (300-1000 töltési-kisütési ciklus);
- a legalacsonyabb önkisülési áram;
- nincs memóriahatás.
Vannak hátrányai is. Először is alacsony a teljesítménysűrűség, ami a méretek és a súly növekedéséhez vezet. Fagypont alatti hőmérsékleten, különösen mínusz 20 °C alatt is gyenge teljesítményt tapasztaltak. Az ártalmatlanítással is vannak problémák - az ólomvegyületek meglehetősen mérgezőek. De ez egy kihívás más akkumulátortípusok esetében is foglalkozni kell..
Bár az ólom-sav akkumulátorok kialakítását optimalizálták, még itt is vannak javítási lehetőségek. Létezik például az AGM technológia, ahol az elektródák közé elektrolittal átitatott porózus anyagot helyeznek. Az elektrokémiai töltési és kisütési folyamatokat ez nem befolyásolja. Ez elsősorban az akkumulátorok mechanikai jellemzőit javítja (rezgésállóság, szinte bármilyen helyzetben való munkavégzés stb.), és némileg növeli az üzembiztonságot.
Szintén észrevehető előnye a jobb működés a kapacitás és az áramkimenet csökkenése nélkül, akár mínusz 30°C-os hőmérsékleten is. Az AGM-akkumulátorok gyártói azt állítják, hogy megnövekedett indítási áramot és élettartamot biztosítanak.
Az ólom-sav akkumulátor egy másik változata a gél akkumulátor. Az elektrolit kocsonyássá sűrűsödik. Ez megakadályozza az elektrolit szivárgását működés közben, és kiküszöböli a gázosodás lehetőségét. Az áramerősség azonban némileg csökken, ami korlátozza a zselés akkumulátorok indítóakkumulátorként való használatát. Az ilyen akkumulátorok csodatévő tulajdonságait a megnövekedett kapacitás és élettartam tekintetében a marketingszakemberek jelentik ki.
Az ólomakkumulátoros akkumulátorokat általában feszültségstabilizáló üzemmódban töltik. Ez növeli az akkumulátor feszültségét és csökkenti a töltési áramot. A töltési folyamat végét az áram előre beállított határértékre való csökkenése jelzi.
Nikkel-kadmium .
Koruk végéhez közelednek, és felhasználási területük fokozatosan csökken. Fő hátrányuk a memóriahatásuk. Ha egy nem teljesen lemerült Ni-Cd akkumulátort kezdünk el tölteni, a cella "megjegyzi" ezt a szintet, és a kapacitást ezután ez az érték határozza meg. Egy másik probléma az alacsony környezetbarát jelleg. A mérgező kadmiumvegyületek problémákat okoznak ezen akkumulátorok ártalmatlanításakor. Egyéb hátrányok:
- magas önkisülési hajlam;
- viszonylag alacsony energiakapacitás.
De vannak előnyei is:
- alacsony költség;
- hosszú élettartam (akár 1000 töltési-kisütési ciklus);
- nagy áram leadásának képessége.
Az ilyen akkumulátorok előnyei közé tartozik az is, hogy alacsony negatív hőmérsékleten is képesek működni.
A Ni-Cd cellákat állandó áramú üzemmódban töltik. A kapacitás teljes kihasználása a töltőáram fokozatos vagy folyamatos csökkentésével érhető el. A folyamat végét a cellafeszültség csökkenése jelzi.
Nikkel-fémhidrid .
Ezeket a nikkel-kadmium akkumulátorok kiváltására tervezték. Számos jobb tulajdonsággal és teljesítményjellemzővel rendelkeznek, mint a Ni-Cd akkumulátorok. A memóriahatás részben megszűnt, a teljesítménykapacitás mintegy másfélszeresére nőtt, és csökkent az önkisülésre való hajlam. Ugyanakkor az áramtermelés magas maradt, a költségek pedig megközelítőleg azonos szinten maradtak. A környezetvédelmi kérdés enyhül - az akkumulátorok előállítása mérgező vegyületek felhasználása nélkül történik. Ezt azonban a lényegesen alacsonyabb (akár ötször rövidebb) élettartammal és a nikkel-kadmium akkumulátorok -40 °C-os hőmérsékletével szemben -20 °C-os mínuszokban való üzemképességgel fizették meg.
Ezeket a cellákat egyenáramú üzemmódban töltik. A folyamat végét akkor figyeljük, amikor az egyes cellák feszültsége 1,37 voltra emelkedik. Az impulzusáramú üzemmód negatív kibocsátással a legkedvezőbb. Ily módon kiküszöbölhető a memóriahatás.
Lítium-ion akkumulátorok
A lítium-ion akkumulátorok kezdik átvenni a világuralmat. Ezek kiszorítják a más típusú elemeket azokról a területekről, ahol a helyzet megváltoztathatatlannak tűnt. A Li-ion celláknak gyakorlatilag nincs memóriahatásuk (van, de csak elméleti szinten), akár 600 töltési-kisütési ciklust is kibírnak, és a kapacitásuk 2-3-szorosa a nikkel-fémhidrid akkumulátorokénak.
A tárolás során az önkisülésre való hajlam is minimális, de mindezért szó szerint fizetni kell - az ilyen akkumulátorok sokkal drágábbak, mint a hagyományos akkumulátorok. Az árak várhatóan csökkenni fognak a gyártás fejlődésével, ahogy az általában lenni szokott, de az ilyen akkumulátorok egyéb hátrányait - csökkentett áramerősség, a fagypont alatti hőmérsékleten való működésre való képtelenség - a meglévő technológia valószínűleg nem tudja leküzdeni.
A megnövekedett tűzveszély mellett ez némileg akadályozza a Li-ion akkumulátorok. Azt is figyelembe kell venni, hogy az ilyen sejtek degradációnak vannak kitéve. Még akkor is, ha nem töltik fel és lemerítik őket, a várható élettartamuk 1,5...2 év tárolás után nullára csökken.
A legkedvezőbb töltési mód két lépcsőben történik. Először egyenletes árammal (enyhén növekvő feszültséggel), majd egyenletes feszültséggel (enyhén csökkenő árammal). A gyakorlatban a második fokozatot folyamatosan csökkenő töltőáramként valósítják meg. Még gyakrabban ez a szakasz egyetlen lépésből áll - csak egy csökkenő stabilizált áramból.
Az akkumulátorok fő jellemzői
Az első paraméter, amelyet az akkumulátor kiválasztásakor figyelembe veszünk, az a következő névleges feszültség. Az egyes akkumulátorcellák feszültségét a cellán belül zajló fizikai és kémiai folyamatok határozzák meg, és az akkumulátor típusától függ. Egy teljesen feltöltött akkumulátor is képes:
- ólom-sav akkumulátor - 2,1 volt;
- nikkel-kadmium - 1,25 volt;
- nikkel-fémhidrid - 1,37 volt;
- Lítium-ion - 3,7 volt.
A nagyobb feszültség elérése érdekében a cellákat akkumulátorokká szerelik össze. Tehát egy autó akkumulátorához 6 ólom-sav akkumulátornak kell sorba kapcsolva 12 voltot (pontosan 12,6 voltot) előállítani, egy 18 voltos csavarhúzóhoz pedig 5 darab, egyenként 3,7 voltos lítium-ion akkumulátort.
A második fontos paraméter kapacitás. Ez határozza meg az akkumulátor üzemidejét terhelés alatt. Amperórában mérik (áram osztva az idővel). Például egy 3 A⋅h kapacitású akkumulátort 1 amper árammal 3 óra alatt, 3 amper árammal pedig 1 óra alatt lehet lemeríteni.
Fontos! Szigorúan véve, az akkumulátor kapacitása a kisülési áramtól függ a különböző terhelési értékeknél a kisütési idő és a kisütési áram szorzata nem lesz azonos ugyanazon akkumulátor esetében.
És a harmadik fontos paraméter áramerősség. Ez a maximális áram, amelyet az akkumulátor képes leadni. Ez fontos például a következő esetekben autó akkumulátor - meghatározza a motortengely hideg időben történő forgatásának képességét. A nagy áramerősségű, nagy nyomatékot előidéző áram leadásának képessége is fontos például az elektromos szerszámok esetében. A mobil eszközök esetében azonban ez a tulajdonság kevésbé fontos.
Az akkumulátorok elektromos tulajdonságai és teljesítménye a kialakításuktól és gyártási technológiájuktól függ. Az akkumulátor megfelelő használata magában foglalja a megújuló kémiai energiaforrások előnyeinek kihasználását és a hátrányok kiegyenlítését.
Kapcsolódó cikkek:
