इलेक्ट्रिक बॅटरी कशी तयार केली जाते, त्याचे कार्य तत्त्व, प्रकार, उद्देश आणि मुख्य वैशिष्ट्ये?

इलेक्ट्रिक बॅटरीच्या वापराची व्याप्ती अत्यंत विस्तृत आहे. विजेचा स्त्रोत म्हणून त्यांचा वापर केला जातो मुलांची खेळणीबॅटरी उर्जा साधनांमध्ये आणि इलेक्ट्रिक कारमध्ये कर्षण स्त्रोत म्हणून वापरली जातात. बॅटरी सक्षमपणे वापरण्यासाठी, त्यांचे गुणधर्म, त्यांची ताकद आणि कमकुवतपणा जाणून घेणे आवश्यक आहे.

इलेक्ट्रिक बॅटरी म्हणजे काय आणि ती कशी तयार केली जाते?

इलेक्ट्रिक बॅटरी - अक्षय आहे विद्युत उर्जेचा स्त्रोत. गॅल्व्हॅनिक पेशींच्या उलट डिस्चार्ज झाल्यानंतर ते रिचार्ज केले जाऊ शकते. तत्त्वतः सर्व संचयक एकाच प्रकारे बांधले जातात आणि त्यात कॅथोड आणि इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ठेवलेल्या एनोडचा समावेश असतो.

इलेक्ट्रोड्सची सामग्री आणि इलेक्ट्रोलाइटची रचना भिन्न असते आणि हेच बॅटरीचे ग्राहक गुणधर्म आणि त्यांच्या अनुप्रयोगाची व्याप्ती निर्धारित करते. सच्छिद्र डायलेक्ट्रिक विभाजक, इलेक्ट्रोलाइट-इंप्रेग्नेटेड सेपरेटर, कॅथोड आणि एनोड दरम्यान ठेवता येतो. परंतु हे मुख्यतः असेंब्लीचे यांत्रिक गुणधर्म ठरवते आणि तत्त्वतः सेलच्या ऑपरेशनवर परिणाम करत नाही.

सर्वसाधारणपणे, बॅटरी ऑपरेशन दोन ऊर्जा रूपांतरणांवर आधारित आहे:

• चार्जवर इलेक्ट्रिकल ते केमिकल;
• डिस्चार्ज करताना रासायनिक ते इलेक्ट्रिकल.

दोन्ही प्रकारचे रूपांतरण उलट करण्यायोग्य रासायनिक अभिक्रियांच्या प्रवाहावर आधारित आहेत, ज्याचा कोर्स बॅटरीमध्ये वापरल्या जाणार्‍या पदार्थांद्वारे निर्धारित केला जातो. लीड-ऍसिड सेलमध्ये, उदाहरणार्थ, एनोडचा सक्रिय भाग लीड डायऑक्साइडचा बनलेला असतो आणि कॅथोड धातूचा शिशाचा बनलेला असतो. इलेक्ट्रोड्स सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या इलेक्ट्रोलाइटमध्ये असतात. एनोडमध्ये डिस्चार्ज करताना लीड सल्फेट आणि पाण्याच्या निर्मितीसह लीड डायऑक्साइड कमी होतो आणि कॅथोडवरील शिशाचे लीड सल्फेटमध्ये ऑक्सीकरण होते. चार्जिंग दरम्यान उलट प्रतिक्रिया होतात. इतर बॅटरी डिझाइनमध्ये, घटक वेगळ्या पद्धतीने प्रतिक्रिया देतात, परंतु तत्त्व समान आहे.

बॅटरीचे प्रकार आणि प्रकार

बॅटरीचे ग्राहक गुणधर्म प्रामुख्याने त्याच्या उत्पादन तंत्रज्ञानाद्वारे निर्धारित केले जातात. घरगुती आणि उद्योगात, बॅटरी सेलचे अनेक प्रकार सर्वात सामान्य आहेत.

लीड-ऍसिड.

या प्रकारच्या बॅटरीचा शोध XIX शतकाच्या मध्यभागी लागला होता आणि अजूनही त्याचा वापर आहे. त्याच्या फायद्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• साधे, स्वस्त आणि दशकांच्या उत्पादन तंत्रज्ञानाद्वारे सिद्ध;
• उच्च वर्तमान आउटपुट;
• दीर्घ सेवा जीवन (300 ते 1000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रांपर्यंत);
• सर्वात कमी स्व-डिस्चार्ज वर्तमान;
• स्मृती प्रभाव नाही.

तोटे देखील आहेत. सर्व प्रथम, ही कमी विशिष्ट उर्जा क्षमता आहे, ज्यामुळे आकार आणि वजन वाढते. नकारात्मक तापमानात, विशेषतः उणे 20 °C खाली खराब कामगिरी देखील नोंदवली गेली. विल्हेवाट लावण्यात देखील समस्या आहेत - शिसे संयुगे जोरदार विषारी असतात. पण ही समस्या इतर प्रकारच्या बॅटरीसाठी देखील सोडवावे लागेल..

ऍसिड-लीड बॅटरीचे डिव्हाइस इष्टतम आणले आहे हे असूनही, येथे सुधारण्यासाठी पर्याय आहेत. उदाहरणार्थ, एजीएम तंत्रज्ञान आहे, त्यानुसार इलेक्ट्रोलाइटने गर्भित केलेली सच्छिद्र सामग्री इलेक्ट्रोडच्या दरम्यान ठेवली जाते.इलेक्ट्रोकेमिकल चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रिया प्रभावित होत नाहीत. हे प्रामुख्याने बॅटरीची यांत्रिक वैशिष्ट्ये (कंपनास प्रतिकार, जवळजवळ कोणत्याही स्थितीत काम करण्याची क्षमता इ.) सुधारते आणि काही प्रमाणात ऑपरेशनची सुरक्षितता वाढवते.

तसेच एक लक्षणीय फायदा म्हणजे उणे 30 डिग्री सेल्सिअस तापमानात क्षमता आणि वर्तमान उत्पादन न गमावता सुधारित ऑपरेशन. एजीएम-बॅटरीचे निर्माते चालू चालू आणि सेवा आयुष्य वाढवल्याचा दावा करतात.

ऍसिड-लीड बॅटरीमध्ये आणखी एक बदल म्हणजे जेल बॅटरी. इलेक्ट्रोलाइट जेली स्थितीत घट्ट केले जाते. हे ऑपरेशन दरम्यान इलेक्ट्रोलाइट गळती प्रतिबंधित करते आणि गॅस निर्मितीची शक्यता काढून टाकते. तथापि, वर्तमान आउटपुट काहीसे कमी झाले आहे, जे स्टार्टर बॅटरी म्हणून जेल बॅटरीचा वापर मर्यादित करते. वाढीव क्षमता आणि सेवा आयुष्याच्या बाबतीत अशा बॅटरीचे घोषित चमत्कारी गुणधर्म मार्केटर्सच्या विवेकबुद्धीवर आहेत.

लीड-एक्युम्युलेटर बॅटरी सामान्यतः व्होल्टेज स्थिरीकरण मोडमध्ये चार्ज केल्या जातात. यामुळे बॅटरी व्होल्टेज वाढते आणि चार्जिंग करंट कमी होतो. चार्जिंग प्रक्रियेच्या समाप्तीचा निकष म्हणजे सेट मर्यादेपर्यंत वर्तमान घसरण.

निकेल-कॅडमियम

ते त्यांच्या वयाच्या शेवटी येत आहेत, आणि त्यांच्या अर्जाची श्रेणी हळूहळू कमी होत आहे. त्यांचा मुख्य गैरसोय हा एक स्पष्ट मेमरी प्रभाव आहे. जर तुम्ही अपूर्णपणे डिस्चार्ज केलेली Ni-Cd बॅटरी चार्ज करण्यास सुरुवात केली, तर सेल हा स्तर "लक्षात ठेवतो", आणि क्षमता या मूल्याद्वारे निश्चित केली जाते. दुसरी समस्या कमी पर्यावरण मित्रत्व आहे. विषारी कॅडमियम संयुगे अशा बॅटरीच्या विल्हेवाटीत समस्या निर्माण करतात. इतर तोट्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• स्वत: ची डिस्चार्ज करण्याची उच्च प्रवृत्ती;
• तुलनेने कमी उर्जा क्षमता.

परंतु त्याचे फायदे देखील आहेत:

• कमी किंमत;
• दीर्घ सेवा जीवन (1000 चार्ज-डिस्चार्ज सायकल पर्यंत);
• उच्च प्रवाह देण्याची क्षमता.

तसेच या बॅटरीच्या गुणवत्तेमध्ये कमी नकारात्मक तापमानात काम करण्याची क्षमता समाविष्ट आहे.

Ni-Cd पेशी स्थिर वर्तमान मोडमध्ये चार्ज केल्या जातात. चार्जिंग करंट गुळगुळीत किंवा चरण-दर-चरण कपात करून रिचार्ज करून क्षमतेचा पूर्ण वापर केला जाऊ शकतो. सेल व्होल्टेजमध्ये घट झाल्यामुळे प्रक्रियेच्या समाप्तीचे निरीक्षण केले जाते.

निकेल-मेटल हायड्राइड

ते निकेल कॅडमियम बॅटरी बदलण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत. त्यांच्याकडे Ni-Cd बॅटरीची अनेक वैशिष्ट्ये आणि कार्यप्रदर्शन वैशिष्ट्ये आहेत. आम्ही अंशतः मेमरी इफेक्टपासून मुक्त होण्यास, उर्जा क्षमता सुमारे दीड पट वाढविण्यात आणि सेल्फ-डिस्चार्जची प्रवृत्ती कमी करण्यात व्यवस्थापित केले. त्याच वेळी, वर्तमान उत्पादन उच्च राहिले आणि किंमत अंदाजे समान पातळीवर राहिली. पर्यावरणीय समस्या कमी केली गेली आहे - विषारी संयुगे वापरल्याशिवाय बॅटरी तयार केल्या जातात. परंतु यासाठी काही वेळा कमी आयुष्य (5 पट पर्यंत) आणि नकारात्मक तापमानात काम करण्याची क्षमता - निकेल कॅडमियम बॅटरीसाठी -40 °C च्या तुलनेत -20 °C पर्यंत खाली द्यावी लागली.

अशा पेशी सतत चालू मोडमध्ये चार्ज केल्या जातात. प्रत्येक सेलवरील व्होल्टेज 1.37 व्होल्टपर्यंत वाढवून प्रक्रियेच्या समाप्तीचे निरीक्षण केले जाते. नकारात्मक उत्सर्जनासह स्पंदित वर्तमान मोड सर्वात अनुकूल आहे. यामुळे मेमरी इफेक्टचा प्रभाव दूर होतो.

लिथियम-आयन

लिथियम-आयन बॅटरी जगाचा ताबा घेत आहेत. ते इतर प्रकारच्या बॅटरीज ठिकाणाहून विस्थापित करत आहेत जिथे स्थिती अचल वाटत होती. ली-आयन पेशींवर जवळजवळ कोणताही स्मृती प्रभाव नसतो (ते उपस्थित आहे, परंतु सैद्धांतिक स्तरावर), 600 चार्ज-डिस्चार्ज सायकलपर्यंत टिकू शकतात, ऊर्जा क्षमता क्षमता आणि निकेलच्या वजनाच्या गुणोत्तरापेक्षा 2-3 पट जास्त असते. मेटल हायड्राइड बॅटरी.

स्टोरेज दरम्यान सेल्फ-डिस्चार्ज करण्याची प्रवृत्ती देखील कमी आहे, परंतु आपल्याला या सर्व गोष्टींसाठी शाब्दिक अर्थाने पैसे द्यावे लागतील - अशा बॅटरी पारंपारिक बॅटरीपेक्षा खूप महाग आहेत.उत्पादनाच्या विकासासह किंमती कमी होण्याची अपेक्षा आपण करू शकतो, जसे की ते सहसा करतात, परंतु अशा बॅटरीचे इतर अंतर्निहित दोष - वर्तमान आउटपुट कमी करणे, नकारात्मक तापमानात कार्य करण्यास असमर्थता - विद्यमान तंत्रज्ञानाद्वारे दूर होण्याची शक्यता नाही.

आगीच्या वाढत्या धोक्याबरोबरच, हे काही प्रमाणात वापरास प्रतिबंध करते ली-आयन बॅटरी. हे देखील लक्षात घेतले पाहिजे की अशा पेशी ऱ्हासाच्या अधीन आहेत. जरी ते चार्ज आणि डिस्चार्ज केले जात नसले तरी, त्यांचे आयुष्य स्वतःच 1.5 ... 2 वर्षांच्या स्टोरेजमध्ये शून्यावर जाते.

सर्वात अनुकूल चार्जिंग मोड दोन चरणांमध्ये आहे. प्रथम स्थिर विद्युत् प्रवाहासह (सुरळीतपणे वाढणार्‍या व्होल्टेजसह), नंतर स्थिर व्होल्टेजसह (सुरळीतपणे कमी होत असलेल्या प्रवाहासह). सराव मध्ये, दुसरा टप्पा टप्प्याटप्प्याने कमी होत असलेल्या चार्जिंग करंटच्या रूपात प्राप्त होतो. त्याहूनही अधिक वेळा या टप्प्यात एकच पायरी असते - फक्त स्थिर प्रवाह कमी करणे.

बॅटरीची मूलभूत वैशिष्ट्ये

बॅटरी निवडताना पहिले पॅरामीटर ज्याकडे लक्ष दिले जाते ते आहे नाममात्र व्होल्टेज. एका बॅटरी सेलचा व्होल्टेज सेलमधील भौतिक आणि रासायनिक प्रक्रियांद्वारे निर्धारित केला जातो आणि बॅटरीच्या प्रकारावर अवलंबून असतो. एक पूर्ण चार्ज केलेले वितरीत करू शकते:

• लीड-ऍसिड सेल - 2.1 व्होल्ट;
• निकेल-कॅडमियम - 1.25 व्होल्ट;
• निकेल-मेटल हायड्राइड, 1.37 व्होल्ट;
• लिथियम-आयन बॅटरी: 3.7 व्होल्ट.

उच्च व्होल्टेज मिळविण्यासाठी, पेशी बॅटरीमध्ये एकत्र केल्या जातात. तर, कारच्या बॅटरीसाठी, तुम्हाला 12 व्होल्ट (अधिक तंतोतंत, 12.6 व्होल्ट) मिळविण्यासाठी मालिकेत 6 लीड-अॅसिड बॅटरी कनेक्ट कराव्या लागतील आणि 18-व्होल्ट स्क्रू ड्रायव्हरसाठी - 3.7 व्होल्टच्या 5 लिथियम-आयन बॅटरी.

दुसरा महत्त्वाचा पॅरामीटर आहे क्षमता. हे लोड अंतर्गत बॅटरीची ऑपरेटिंग वेळ निर्धारित करते. हे अँपिअर तासांमध्ये मोजले जाते (वेळेवरील विद्युत् प्रवाहाचे उत्पादन).उदाहरणार्थ, 3 A⋅h क्षमतेची बॅटरी 1 amp च्या करंटने डिस्चार्ज केल्यास 3 तासात आणि 3 amps च्या करंटने डिस्चार्ज केल्यास 1 तासात डिस्चार्ज होईल.

महत्वाचे! स्पष्टच बोलायचं झालं तर, बॅटरीची क्षमता वर्तमान वर अवलंबून आहे त्यामुळे एकाच बॅटरीसाठी भिन्न लोड मूल्यांवर वर्तमान आणि डिस्चार्जच्या वेळेचे उत्पादन समान नसेल.

आणि तिसरा महत्त्वाचा पॅरामीटर वर्तमान वाहून नेण्याची क्षमता. ही बॅटरी वितरीत करू शकणारी कमाल करंट आहे. हे महत्वाचे आहे, उदाहरणार्थ, साठी कारची बॅटरी - थंड हवामानात इंजिन शाफ्ट क्रॅंक करण्याची क्षमता निर्धारित करते. तसेच, उच्च प्रवाह वितरीत करण्याची क्षमता, उच्च टॉर्क तयार करणे, महत्वाचे आहे, उदाहरणार्थ, पॉवर टूल्ससाठी. परंतु मोबाइल गॅझेटसाठी, हे वैशिष्ट्य इतके महत्त्वाचे नाही.

बॅटरीचे इलेक्ट्रिकल गुणधर्म आणि ग्राहक गुण त्यांच्या डिझाइन आणि उत्पादन तंत्रज्ञानावर अवलंबून असतात. बॅटरीचा योग्य वापर म्हणजे अक्षय रासायनिक उर्जा स्त्रोतांच्या फायद्यांचा वापर आणि तोटे समतल करणे.

संबंधित लेख: