Lingkup aplikasi baterai listrik sangat luas. Sebagai sumber listrik mereka digunakan sebagai mainan anakBaterai digunakan baik dalam perkakas listrik maupun sebagai sumber daya tarik pada mobil listrik. Untuk menggunakan baterai secara kompeten, perlu diketahui sifat-sifatnya, kekuatan dan kelemahannya.
Isi
Apa itu baterai listrik dan bagaimana cara membuatnya?
Baterai listrik - adalah terbarukan sumber energi listrik. Berbeda dengan sel galvanik dapat diisi ulang setelah debit. Pada prinsipnya semua akumulator dibangun dengan cara yang sama dan terdiri dari katoda dan anoda yang ditempatkan dalam elektrolit.
Bahan elektroda dan komposisi elektrolit bervariasi, dan inilah yang menentukan sifat konsumen baterai dan ruang lingkup aplikasinya. Pemisah dielektrik berpori, pemisah yang diresapi elektrolit, dapat ditempatkan di antara katoda dan anoda. Tetapi sebagian besar menentukan sifat mekanik perakitan dan pada prinsipnya tidak mempengaruhi pengoperasian sel.
Secara umum, pengoperasian baterai didasarkan pada dua konversi energi:
- listrik ke kimia pada biaya;
- kimia menjadi listrik pada saat pelepasan.
Kedua jenis konversi didasarkan pada aliran reaksi kimia reversibel, yang jalannya ditentukan oleh zat yang digunakan dalam baterai. Dalam sel timbal-asam, misalnya, bagian aktif dari anoda terbuat dari timbal dioksida dan katoda terbuat dari logam timbal. Elektroda berada dalam elektrolit asam sulfat. Selama pelepasan di anoda, timbal dioksida direduksi dengan pembentukan timbal sulfat dan air, dan timbal di katoda dioksidasi menjadi timbal sulfat. Reaksi sebaliknya terjadi selama pengisian. Dalam desain baterai lain, komponen bereaksi berbeda, tetapi prinsipnya serupa.
Jenis dan jenis baterai
Sifat konsumen baterai ditentukan terutama oleh teknologi produksinya. Di rumah tangga dan industri, beberapa jenis sel baterai paling umum.
Timbal-asam.
Jenis baterai ini ditemukan pada pertengahan abad XIX, dan masih memiliki ceruk aplikasinya sendiri. Keunggulannya antara lain:
- sederhana, murah dan terbukti dengan teknologi produksi puluhan tahun;
- keluaran arus tinggi;
- masa pakai yang lama (dari 300 hingga 1000 siklus pengisian-pengosongan);
- arus self-discharge terendah;
- tidak ada efek memori.
Ada juga kekurangannya. Pertama-tama, ini adalah kapasitas daya spesifik yang rendah, yang menyebabkan peningkatan ukuran dan berat. Juga mencatat kinerja yang buruk pada suhu negatif, terutama di bawah minus 20 °C. Ada juga masalah dengan pembuangan - senyawa timbal cukup beracun. Tapi masalah ini untuk jenis baterai lain harus diselesaikan juga..
Terlepas dari kenyataan bahwa perangkat baterai timbal-asam dibawa ke optimal, bahkan di sini ada opsi untuk perbaikan. Misalnya, ada teknologi AGM, di mana bahan berpori yang diresapi dengan elektrolit ditempatkan di antara elektroda.Proses pengisian dan pengosongan elektrokimia tidak terpengaruh. Ini terutama meningkatkan karakteristik mekanis baterai (ketahanan terhadap getaran, kemampuan untuk bekerja di hampir semua posisi, dll.) dan agak meningkatkan keselamatan operasi.
Juga keuntungan nyata adalah peningkatan operasi tanpa kehilangan kapasitas dan arus keluaran pada suhu hingga minus 30 ° C. Produsen baterai AGM mengklaim peningkatan arus awal dan masa pakai.
Modifikasi lain dari baterai asam timbal adalah baterai gel. Elektrolit mengental sampai kondisi jelly. Ini mencegah kebocoran elektrolit selama operasi dan menghilangkan kemungkinan pembentukan gas. Namun, arus keluaran agak berkurang, yang membatasi penggunaan baterai gel sebagai baterai starter. Sifat ajaib yang dinyatakan dari baterai tersebut dalam hal peningkatan kapasitas dan masa pakai berada di hati para pemasar.
Baterai Lead-Accumulator biasanya diisi dalam mode stabilisasi tegangan. Ini meningkatkan tegangan baterai dan mengurangi arus pengisian. Kriteria akhir dari proses pengisian adalah penurunan arus hingga batas yang ditentukan.
Nikel-kadmium
Mereka mendekati akhir usia mereka, dan jangkauan aplikasi mereka secara bertahap menurun. Kerugian utama mereka adalah efek memori yang diucapkan. Jika Anda mulai mengisi baterai Ni-Cd yang tidak terisi penuh, sel "mengingat" level ini, dan kapasitasnya ditentukan lebih lanjut oleh nilai ini. Masalah lainnya adalah keramahan lingkungan yang rendah. Senyawa kadmium beracun menciptakan masalah dengan pembuangan baterai tersebut. Kerugian lainnya termasuk:
- kecenderungan tinggi untuk melepaskan diri;
- kapasitas daya yang relatif rendah.
Tapi ada juga keuntungannya:
- biaya rendah;
- masa pakai yang lama (hingga 1000 siklus pengisian-pengosongan);
- kemampuan untuk memberikan arus yang tinggi.
Juga keunggulan baterai ini termasuk kemampuan untuk beroperasi pada suhu negatif yang rendah.
Sel Ni-Cd diisi dalam mode arus konstan. Penggunaan penuh kapasitas dapat dilakukan dengan mengisi ulang dengan pengurangan arus pengisian yang lancar atau langkah demi langkah. Akhir proses dipantau dengan penurunan tegangan sel.
Nikel-logam hidrida
Mereka dirancang untuk menggantikan baterai nikel kadmium. Mereka memiliki banyak karakteristik dan fitur kinerja baterai Ni-Cd. Kami berhasil menghilangkan sebagian dari efek memori, meningkatkan kapasitas daya sekitar satu setengah kali dan mengurangi kecenderungan untuk mengosongkan diri. Pada saat yang sama, output saat ini tetap tinggi dan biaya tetap kira-kira pada tingkat yang sama. Masalah lingkungan telah dikurangi - baterai diproduksi tanpa menggunakan senyawa beracun. Tetapi ini harus dibayar dengan masa pakai yang lebih pendek (hingga 5 kali) dan kemampuan untuk bekerja pada suhu negatif - hanya hingga -20 °C dibandingkan -40 °C untuk baterai nikel kadmium.
Sel-sel tersebut diisi dalam mode arus konstan. Akhir proses dipantau dengan menaikkan tegangan pada setiap sel menjadi 1,37 volt. Yang paling menguntungkan adalah mode arus berdenyut dengan emisi negatif. Ini menghilangkan efek dari efek memori.
Ion lithium
Baterai lithium-ion mengambil alih dunia. Mereka menggusur jenis baterai lain dari area di mana posisinya tampak tak tergoyahkan. Sel Li-ion hampir tidak memiliki efek memori (ada, tetapi pada tingkat teoretis), dapat bertahan hingga 600 siklus pengisian-pengosongan, kapasitas energi 2-3 kali lebih tinggi daripada rasio kapasitas terhadap berat nikel- baterai hidrida logam.
Kecenderungan untuk mengosongkan sendiri selama penyimpanan juga minimal, tetapi Anda harus membayar semua ini dalam arti harfiah - baterai seperti itu jauh lebih mahal daripada baterai tradisional.Kita dapat mengharapkan harga turun dengan perkembangan produksi, seperti yang biasanya terjadi, tetapi kelemahan bawaan lainnya dari baterai tersebut - output arus yang berkurang, ketidakmampuan untuk beroperasi pada suhu negatif - tidak mungkin diatasi oleh teknologi yang ada.
Seiring dengan meningkatnya bahaya kebakaran, ini agak menahan penggunaan Baterai Li-ion. Juga harus diperhitungkan bahwa sel-sel tersebut dapat mengalami degradasi. Bahkan jika mereka tidak diisi dan dikosongkan, hidup mereka sendiri menjadi nol dalam 1,5 ... 2 tahun penyimpanan.
Mode pengisian daya yang paling disukai adalah dalam dua langkah. Pertama dengan arus yang stabil (dengan tegangan yang naik dengan lancar), kemudian dengan tegangan yang stabil (dengan arus yang turun dengan lancar). Dalam praktiknya, tahap kedua diwujudkan dalam bentuk penurunan arus pengisian secara bertahap. Bahkan lebih sering tahap ini terdiri dari satu langkah - hanya mengurangi arus stabil.
Karakteristik dasar baterai
Parameter pertama yang harus diperhatikan saat memilih baterai adalah tegangan nominal. Tegangan satu sel baterai ditentukan oleh proses fisik dan kimia yang terjadi di dalam sel, dan tergantung pada jenis baterai. Satu terisi penuh dapat memberikan:
- sel timbal-asam - 2,1 volt;
- Nikel-kadmium - 1,25 volt;
- Hidrida nikel-logam, 1,37 volt;
- Baterai lithium-ion: 3,7 volt.
Untuk mendapatkan tegangan yang lebih tinggi, sel-sel tersebut dirakit menjadi baterai. Jadi, untuk aki mobil, Anda harus menghubungkan 6 baterai timbal-asam secara seri untuk mendapatkan 12 volt (lebih tepatnya, 12,6 volt), dan untuk obeng 18 volt - 5 baterai lithium-ion 3,7 volt.
Parameter penting kedua adalah kapasitas. Ini menentukan waktu pengoperasian baterai di bawah beban. Itu diukur dalam ampere jam (produk dari arus pada waktu).Misalnya, baterai dengan kapasitas 3 A⋅h akan habis dalam 3 jam jika habis dengan arus 1 amp, dan dalam 1 jam jika habis dengan arus 3 amp.
Penting! Sesungguhnya, kapasitas baterai tergantung arus Oleh karena itu produk arus dan waktu pengosongan pada nilai beban yang berbeda untuk baterai yang sama tidak akan sama.
Dan parameter penting ketiga daya dukung arus. Ini adalah arus maksimum yang dapat diberikan oleh baterai. Ini penting, misalnya, untuk baterai mobil - menentukan kemampuan untuk memutar poros mesin dalam cuaca dingin. Juga, kemampuan untuk mengalirkan arus tinggi, menciptakan torsi tinggi, penting, misalnya, untuk perkakas listrik. Namun untuk gadget mobile, karakteristik ini tidak begitu penting.
Sifat kelistrikan dan kualitas konsumen baterai bergantung pada desain dan teknologi produksinya. Penggunaan baterai yang tepat menyiratkan penggunaan keuntungan dari sumber daya kimia terbarukan dan meratakan kerugiannya.
Artikel terkait:
