μπαταρία

2022

Τι είναι μια μπαταρία;
Πώς λειτουργεί μια μπαταρία;
Τύποι μπαταριών
Μπαταρία και μπαταρία

Εξηγούμε τι είναι η μπαταρία και πώς λειτουργεί αυτή η συσκευή. Επίσης, τα είδη των μπαταριών που υπάρχουν και τι είναι μπαταρία.

Οι μπαταρίες μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική.

Τι είναι μια μπαταρία;

Μια ηλεκτρική μπαταρία, που ονομάζεται επίσης ηλεκτρική μπαταρία ή συσσωρευτής, είναι μια συσκευή που αποτελείται από ηλεκτροχημικά στοιχεία ικανά να μετατρέπουν χημική ενέργεια μέσα μέσα ηλεκτρική ενέργεια. Έτσι, οι μπαταρίες παράγουν συνεχές ρεύμα και, με αυτόν τον τρόπο, χρησιμεύουν για την τροφοδοσία διαφορετικών ηλεκτρικών κυκλωμάτων, ανάλογα με το μέγεθος και την ισχύ τους.

Οι μπαταρίες έχουν ενσωματωθεί πλήρως στην καθημερινότητά μας από την εφεύρεσή τους τον 19ο αιώνα και τη μαζική εμπορευματοποίησή τους τον 20ο. Η ανάπτυξη των μπαταριών συμβαδίζει με την τεχνολογική πρόοδο των ηλεκτρονικών. Τηλεχειριστήρια, ρολόγια, Υπολογιστές Όλα τα είδη, τα κινητά τηλέφωνα και μια τεράστια ομάδα σύγχρονων gadgets χρησιμοποιούν μπαταρίες ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, επομένως κατασκευάζονται με διάφορες δυνάμεις.

Οι μπαταρίες έχουν χωρητικότητα φόρτισης που καθορίζεται από τη φύση της σύνθεσής τους και η οποία μετριέται σε αμπέρ-ώρες (Ah), που σημαίνει ότι η μπαταρία μπορεί να αποδώσει ένα αμπέρ ρεύματος σε μια συνεχή ώρα. Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα φόρτισης, τόσο περισσότερο ρεύμα μπορεί να αποθηκεύσει μέσα.

Τέλος, ο σύντομος κύκλος ζωής των περισσότερων εμπορικών μπαταριών τις έχει καταστήσει ισχυρό ρύπο του νερού Υ εδάφη, δεδομένου ότι μόλις ολοκληρωθεί ο κύκλος ζωής τους δεν μπορούν να επαναφορτιστούν ή να επαναχρησιμοποιηθούν και απορρίπτονται. Αφού σκουριάσουν το μεταλλικό τους κάλυμμα, οι μπαταρίες αποφορτίζονται στο περιβάλλον το χημικό περιεχόμενό του και αλλοιώνουν τη σύστασή του και pH.

Πώς λειτουργεί μια μπαταρία;

Οι μπαταρίες έχουν χημικά στοιχεία με θετικό και αρνητικό πόλο.

Η θεμελιώδης αρχή μιας μπαταρίας αποτελείται από αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής (οξειδοαναγωγής) ορισμένων ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ, ένα εκ των οποίων χάνει ηλεκτρόνια (οξειδώνεται) ενώ ο άλλος κερδίζει ηλεκτρόνια (μειώνει), όντας σε θέση να επιστρέψει στην αρχική του διαμόρφωση με τις απαραίτητες προϋποθέσεις: την εφαρμογή του ηλεκτρική ενέργεια (φόρτιση) ή κλείσιμο του κυκλώματος (εκφόρτιση).

Οι μπαταρίες περιέχουν χημικά στοιχεία που έχουν θετικό πόλο (άνοδος) και αρνητικό πόλο (κάθοδος), καθώς και ηλεκτρολύτες που επιτρέπουν την ηλεκτρική ροή προς τα έξω. Αυτά τα κύτταρα μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, μέσω μιας αναστρέψιμης ή μη αναστρέψιμης διαδικασίας, ανάλογα με τον τύπο της μπαταρίας, η οποία, μόλις ολοκληρωθεί, εξαντλεί την ικανότητά της να δέχεται Ενέργεια. Σε αυτό, διακρίνονται δύο τύποι κυττάρων:

Πρωταρχικός. Αυτά που, μόλις συμβεί η αντίδραση, δεν μπορούν να επιστρέψουν στην αρχική τους κατάσταση, εξαντλώντας έτσι την ικανότητά τους να αποθηκεύουν ηλεκτρικό ρεύμα. Ονομάζονται επίσης μη επαναφορτιζόμενες μπαταρίες.
Λύκεια. Αυτά που μπορούν να λάβουν μια εφαρμογή ηλεκτρικής ενέργειας για να αποκαταστήσουν την αρχική τους χημική σύνθεση και μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλές φορές πριν εξαντληθούν πλήρως. Ονομάζονται επίσης επαναφορτιζόμενες μπαταρίες.

Τύποι μπαταριών

Οι μπαταρίες λιθίου έχουν καλύτερη ενεργειακή πυκνότητα και καλύτερο ρυθμό εκφόρτισης.

Υπάρχουν πολλοί τύποι μπαταριών, ανάλογα με τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τους, όπως:

Αλκαλικές μπαταρίες. Κοινώς μιας χρήσης. Χρησιμοποιούν υδροξείδιο του καλίου (KOH) ως ηλεκτρολύτη. ο χημική αντίδραση που παράγει ενέργεια εμφανίζεται μεταξύ ψευδάργυρου (Zn, άνοδος) και διοξειδίου του μαγγανίου (MnO2, κάθοδος). Είναι εξαιρετικά σταθερές μπαταρίες, αλλά βραχύβιες.
Μπαταρίες μολύβδου οξέος. Συνηθισμένο σε οχήματα και μοτοσυκλέτες. Είναι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που όταν φορτίζονται έχουν δύο ηλεκτρόδια οδηγω: μια κάθοδος διοξειδίου του μολύβδου (PbO2) και μια σπογγώδης άνοδος μολύβδου (Pb). Ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται είναι θειικό οξύ (H2SO4) σε υδατικό διάλυμα. Από την άλλη πλευρά, όταν η μπαταρία είναι αποφορτισμένη, ο μόλυβδος έχει τη μορφή θειικού μολύβδου (II) (PbSO4) που εναποτίθεται σε μεταλλικό μόλυβδο (Pb). Στη συνέχεια, κατά την αρχική φόρτιση, το PbSO4 μειώνεται σε Pb στις αρνητικές πλάκες και το PbO2 σχηματίζεται σε θετικές πλάκες. Σε αυτή τη διαδικασία, ο μόλυβδος οξειδώνεται και ανάγεται ταυτόχρονα. Από την άλλη πλευρά, κατά την εκφόρτωση, το PbO2 ανάγεται σε PbSO4 και το Pb οξειδώνεται για να παράγει επίσης PbSO4. Αυτές οι δύο διαδικασίες μπορούν να επαναληφθούν κυκλικά έως ότου οι κρύσταλλοι PbSO4 γίνουν πολύ μεγάλοι για να χάσουν τη χημική αντιδραστικότητα. Αυτή είναι η περίπτωση που στην καθομιλουμένη λέγεται ότι η μπαταρία έχει θειώσει και πρέπει να αντικατασταθεί με νέα.
Μπαταρίες νικέλιο. Πολύ χαμηλό κόστος αλλά τρομερές επιδόσεις, είναι από τα πρώτα που κατασκευάστηκαν στην ιστορία. Με τη σειρά τους, δημιούργησαν νέες μπαταρίες όπως:
- Νικέλιο-σίδερο (Ni-Fe). Αποτελούνταν από λεπτούς σωλήνες τυλιγμένους με φύλλα επινικελωμένου χάλυβα. Στις θετικές πλάκες είχαν υδροξείδιο νικελίου (III) (Ni (OH) 3) και στις αρνητικές πλάκες σίδηρο (Fe). Ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται είναι το υδροξείδιο του καλίου (KOH). Αν και η διάρκεια ζωής τους ήταν πολύ μεγάλη, διακόπηκαν λόγω της χαμηλής τους απόδοσης και του υψηλού κόστους.
- Νικέλιο-κάδμιο (Ni-Cd). Αποτελούνται από μια άνοδο καδμίου (Cd) και μια κάθοδο υδροξειδίου του νικελίου (III) (Ni (OH) 3) και υδροξείδιο του καλίου (KOH) ως ηλεκτρολύτη. Αυτοί οι συσσωρευτές είναι τέλεια επαναφορτιζόμενοι, αλλά έχουν χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα (μόλις 50 Wh / kg). Επιπλέον, χρησιμοποιούνται όλο και λιγότερο λόγω του υψηλού αποτελέσματος μνήμης (μείωση της χωρητικότητας των μπαταριών όταν πραγματοποιούμε ατελείς φορτίσεις) και επειδή το κάδμιο είναι πολύ ρυπογόνο.
- Υδρίδιο νικελίου (Ni-MH). Χρησιμοποιούν οξυϋδροξείδιο του νικελίου (NiOOH) για την άνοδο και α κράμα υδρίδιο μετάλλου ως κάθοδος. Έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα φορτίου και μικρότερη επίδραση μνήμης σε σύγκριση με τις μπαταρίες Ni-Cd και επίσης δεν επηρεάζουν την περιβάλλον αφού δεν έχουν Cd (πολύ ρυπογόνο και επικίνδυνο). Ήταν οι πρωτοπόροι στη χρήση τους για ηλεκτρικά οχήματα, καθώς είναι τέλεια επαναφορτιζόμενα.
Μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ION). Χρησιμοποιούν ένα άλας λιθίου ως ηλεκτρολύτη. Είναι οι πιο χρησιμοποιημένες μπαταρίες στο ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ μικρού μεγέθους, όπως κινητά τηλέφωνα και άλλες φορητές συσκευές. Ξεχωρίζουν για την τεράστια ενεργειακή τους πυκνότητα, που προστίθεται στο γεγονός ότι είναι πολύ ελαφριά, έχουν μικρό μέγεθος και καλές επιδόσεις, αλλά έχουν μέγιστη διάρκεια ζωής τα τρία χρόνια. Ένα άλλο πλεονέκτημα που έχουν είναι το χαμηλό αποτέλεσμα μνήμης. Επιπλέον, όταν υπερθερμανθούν μπορούν να εκραγούν, αφού τα στοιχεία τους είναι εύφλεκτα, άρα το κόστος παραγωγής τους είναι υψηλό λόγω του ότι πρέπει να ενσωματωθούν στοιχεία ασφαλείας.
Μπαταρίες πολυμερών λιθίου (LiPo). Είναι μια παραλλαγή των συνηθισμένων μπαταριών του λίθιο, έχουν καλύτερη ενεργειακή πυκνότητα και καλύτερο ρυθμό εκφόρτισης, αλλά έχουν το μειονέκτημα ότι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν εάν χάσουν τη φόρτισή τους κάτω από 30%, επομένως είναι σημαντικό να μην τα αφήσετε να αποφορτιστούν εντελώς. Μπορούν επίσης να υπερθερμανθούν και να εκραγούν, επομένως είναι πολύ σημαντικό να μην περιμένετε ποτέ πολύ για να κοιτάξετε την μπαταρία ή να τη διατηρείτε πάντα σε ασφαλές μέρος μακριά από εύφλεκτες ουσίες.