Baterie electrică
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 13 aprilie 2022; verificările necesită 2 modificări .O baterie electrică este o sursă de curent chimic secundar reutilizabilă care poate fi reîncărcată după o descărcare [1] . Pentru încărcarea bateriei se trece un curent electric în direcția opusă direcției curentului în timpul descărcării [2] .
Este utilizat pentru stocarea ciclică a energiei (încărcare-descărcare) și alimentarea autonomă cu energie a diferitelor dispozitive și echipamente electrice, precum și pentru furnizarea de surse de energie de rezervă în medicină, producție, transport și alte domenii.
Cele mai răspândite sunt bateriile cu plumb și alcaline (fier-nichel și cadmiu-nichel), se mai folosesc zinc-argint, zinc-aer și mangan [3] .
Înțelesul și utilizarea cuvântului
Termenul „baterie” este folosit pentru a se referi la un singur element: de exemplu, o baterie, un banc de baterii, o celulă de baterie. Dar în vorbirea colocvială la nivel de gospodărie, se poate aplica și la mai multe elemente individuale conectate în serie (pentru a crește tensiunea) sau în paralel (pentru a crește puterea și capacitatea curentului) între ele, adică pentru a se referi la o baterie . Pentru conectarea în paralel se recomandă utilizarea bateriilor de aceeași capacitate și de același model. Cu toate acestea, este posibil să se utilizeze modele diferite și chiar capacități diferite, dar în acest caz curenții de încărcare vor fi distribuiti neuniform, ceea ce poate duce la o reducere a duratei de viață a bateriei. Prin conectarea bateriilor in serie se obtine o baterie de aceeasi capacitate ca si capacitatea unuia dintre bateriile incluse in baterie, cu conditia ca capacitatile sa fie egale. În acest caz, tensiunea bateriei va fi egală cu suma tensiunilor fiecăruia dintre bateriile care compun bateria.
Istorie
Primul prototip al unei baterii, care, spre deosebire de cel al lui Alessandro Volta , putea fi reîncărcat de multe ori, a fost creat în 1803 de Johann Wilhelm Ritter . Bateria lui era o coloană de cincizeci de cercuri de cupru, între care era așezată o cârpă umedă. După trecerea curentului prin acest dispozitiv dintr-o coloană voltaică , el însuși a început să se comporte ca o sursă de energie electrică [4] .
Cum funcționează
Principiul de funcționare al bateriei se bazează pe reversibilitatea unei reacții chimice. Elementul primar folosește o reacție chimică spontană. Celula secundară în timpul procesului de încărcare funcționează ca o celulă electrolitică ( electrolizator ). Într-o celulă electrolitică, energia electrică provoacă reacția chimică dorită. [5]
Performanța bateriei poate fi restabilită prin încărcare, adică prin trecerea unui curent electric în direcția opusă direcției curentului în timpul descărcării. Două sau mai multe baterii pot fi conectate galvanic pentru a forma o baterie pentru a crește tensiunea, curentul, puterea sau fiabilitatea [ 6] .
Baterie plumb-acidPrincipiul de funcționare al bateriilor plumb-acid se bazează pe reacțiile electrochimice ale plumbului și dioxidului de plumb într-o soluție de acid sulfuric.
Reacție chimică (de la stânga la dreapta - descărcare, de la dreapta la stânga - încărcare):
- Anod :
- catod :
O baterie alcalină este o baterie care își ia numele de la electrolitul pe care îl folosește.
În cele mai multe cazuri, aceasta este o soluție apoasă de KOH (potasiu caustic) sau NaOH (sodiu caustic).Acest tip de baterie are câteva avantaje față de alte tipuri, dar are și dezavantaje.
Cele mai comune tipuri de baterii alcaline sunt nichel-cadmiu și hidrură de nichel-metal (numite și nichel-fier)
Baterie litiu-ionO baterie litiu-ion constă din electrozi (material catodic pe folie de aluminiu și material anod pe folie de cupru) separați prin separatoare poroase impregnate cu electrolit. Purtătorul de încărcare dintr-o baterie litiu-ion este un ion de litiu încărcat pozitiv, care este introdus ( intercalat ) în rețeaua cristalină a altor materiale (de exemplu, în grafit, oxizi și săruri metalice) cu formarea unei legături chimice (pentru exemplu: în grafit cu formare de LiC 6 , oxizi ( LiMO 2 ) şi săruri metalice (LiMRON).
Baterie aluminiu-ionBateria aluminiu-ion constă dintr-un anod metalic din aluminiu, un catod din spumă de grafit și un electrolit ionic lichid, neinflamabil. Bateria funcționează pe principiul depunerii electrochimice: aluminiul este dizolvat la anod, apoi în mediul electrolit lichid, anionii de cloraluminat se intercalează în grafit. Numărul posibilelor reîncărcări ale bateriei este mai mare de 7,5 mii de cicluri fără pierderi de energie [7] [8] .
Comparație baterie1 Rezistența internă a bateriilor variază în funcție de miliamperi oră (mAh), cablare și numărul de celule. Circuitul de protecție a bateriei litiu-ion adaugă aproximativ 100 mΩ.
2 Dimensiunea celulei 18650. Dimensiunea și designul celulei determină rezistența internă.
3 Ciclul de viață al bateriilor care sunt supuse întreținerii regulate.
4 Ciclul de viață depinde de mărimea debitului. Descărcarea mai mică crește durata de viață.
5 Cea mai mare rată de auto-descărcare este imediat după încărcare. Bateria NiCd pierde 10% din încărcare în primele 24 de ore, apoi rata de pierdere a încărcării scade la 10% la fiecare 30 de zile. Temperaturile ridicate cresc autodescărcarea.
6 Circuitul de siguranță consumă de obicei 3% din energia stocată pe lună.
7 Tensiunea tradițională de 1,25, 1,2 V este mai frecvent utilizată.
8 Rezistența internă scăzută reduce căderea de tensiune sub sarcină, iar bateriile Li-Ion sunt adesea etichetate cu mai mult de 3,6 V/celulă. Elementele marcate cu 3,7 V și 3,8 V sunt complet compatibile cu 3,6 V.
9 Capabil să reziste la un impuls de curent de sarcină mare, dar are nevoie de timp pentru a se recupera.
10 Nu încărcați în mod regulat bateriile cu litiu-ion la temperaturi sub zero.
11 Întreținere, cum ar fi echilibrarea sau reîncărcarea pentru a preveni sulfatarea.
12 Pentru majoritatea tipurilor de sisteme cu ioni de litiu, întreruperea are loc dacă tensiunea este mai mică de 2,20 V și mai mare de 4,30 V, pentru bateriile cu ferofosfat de litiu se aplică alte tensiuni. [9]
Caracteristici
Capacitatea bateriei
Capacitatea bateriei este cel mai adesea luată ca cantitate de energie electrică egală cu 1 C, cu o putere a curentului de 1 A timp de 1 s (la conversia timpului în ore, obținem 1 A * h = 3600 C). Cu toate acestea, ele sunt acceptate, nu măsurate. Există o concepție greșită obișnuită că capacitatea bateriei este măsurată în A * h, acest lucru nu este în întregime adevărat, deoarece în 1 A * s \u003d 1 C sau 1 A * h \u003d 3600 C, cantitatea de electricitate sau încărcare electrică este măsurat; conform formulei Q \u003d I * t, unde Q este cantitatea de electricitate sau sarcină electrică, I este puterea curentului, t este timpul pentru curgerea curentului electric. De exemplu, denumirea „12 V la 55 Ah” înseamnă că bateria produce o cantitate de energie electrică de 198 kC (kilo coulomb) în orice circuit, la un curent de descărcare de 55 A în 1 oră (3600 s) până la un prag. tensiune de 10,8 V. Calculul arată că la un curent de descărcare de 255 A, bateria se va descărca în 12,9 minute. După cum puteți vedea, 55 A * h nu este o capacitate (capacitatea electrică este măsurată în Farads, 1 F \u003d 1 C / V). Prin urmare, pe baterie este scrisă cantitatea de energie electrică Q, pe care o produce la un anumit curent de descărcare și un anumit timp pentru trecerea acesteia.
Densitatea energetică
Densitatea de energie - cantitatea de energie pe unitate de volum sau unitate de masă a bateriei (vezi Art. Densitatea Energiei ).
Autodescărcare
Descărcarea automată este pierderea încărcării de către o baterie după ce a fost încărcată complet fără sarcină. Autodescărcarea se manifestă diferit pentru diferite tipuri de baterii, dar este întotdeauna maximă în primele ore după încărcare și apoi încetinește.
Pentru bateriile Ni-Cd, nu mai mult de 10% autodescărcare este considerată acceptabilă în primele 24 de ore după încărcare. Pentru Ni-MH, auto-descărcarea este puțin mai mică. În Li-ion, este extrem de mic și se manifestă semnificativ doar în câteva luni de la încărcare.
În bateriile sigilate plumb-acid, autodescărcarea este de aproximativ 40% pentru 1 an de depozitare la 20 °C, 15% la 5 °C. Dacă temperaturile de depozitare sunt mai mari, atunci autodescărcarea crește: bateriile la 40 ° C își pierd 40% din capacitate în doar 4-5 luni.
Regimul de temperatură
Țineți bateriile departe de foc și apă, căldură și frig excesiv, schimbări bruște de temperatură.
Bateriile nu trebuie folosite la temperaturi peste +50°C și sub -25°C. Când utilizați bateria într-o „iarnă rece”, se recomandă să o scoateți și să o depozitați într-o cameră caldă. Încălcarea regimului de temperatură poate duce la o reducere a duratei de viață sau la pierderea performanței.
Tip baterie
Tipul bateriei este determinat de materialele folosite. Se disting următoarele:
- Cn-Po este o baterie grafen-polimer.
- La-Ft - baterie cu fluorură de lantan
- Li-Ion - baterie litiu-ion (3,2-4,2 V), denumire generală pentru toate bateriile cu litiu
- Li-Co - baterie litiu-cobalt , (3,6 V), bazată pe LiCoO 2 , tehnologie în proces de dezvoltare
- Li-Po - baterie cu litiu polimer (3,7 V), polimer ca electrolit
- Li-Ft - baterie litiu-fluor
- Li-Mn - baterie litiu-mangan (3,6 V) bazată pe LiMn 2 O 4
- LiFeP sau LFP - baterie litiu fosfat de fier (3,3 V) bazată pe LiFePO 4
- LiFeYPO 4 - litiu fier ytriu fosfat (itriu adăugat pentru a îmbunătăți proprietățile)
- Li-Ti - baterie litiu-titanat (2,3 V) bazată pe Li 4 Ti 5 O 12
- Li-Cl - baterie cu litiu-clor (3,99 V)
- Li-S - baterie litiu-sulf (2,2 V)
- LMPo - baterie cu litiu metal polimer
- Fe-air - baterie fier-aer
- Na/NiCl - baterie nichel-sare (2,58 V)
- Na-S - baterie sodiu-sulf , (2 V), baterie de înaltă temperatură
- Ni-Cd - baterie nichel-cadmiu (1,2 V)
- Ni-Fe - baterie fier-nichel (1,2-1,9 V)
- Ni-H 2 - baterie nichel-hidrogen (1,5 V)
- Ni-MH - Baterie cu hidrură metalică de nichel (1,2 V)
- Ni-Zn - baterie nichel-zinc (1,65 V)
- Pb - baterie plumb-acid (2 V)
- Pb-H - baterie plumb-hidrogen
- Ag-Zn - baterie argint-zinc (1,85 V)
- Ag-Cd - baterie argint-cadmiu (1,6 V)
- Zn-Br - baterie zinc-brom (1,8 V)
- Zn-air - baterie zinc-aer
- Zn-Cl - baterie cu clorură de zinc
- RAM ( Rechargeable Alkaline Manganese ) - o varietate reîncărcabilă de celule galvanice alcaline mangan-zinc (1,5 V)
- Baterie cu vanadiu (1,41 V)
- Baterie din aluminiu grafit (2V)
- Baterie ion aluminiu (2V) [10]
Caracteristicile electrice și de performanță ale bateriei depind de materialul electrozilor și de compoziția electrolitului. Cele mai utilizate baterii sunt:
| Tip de | EMF (V) | Zona de aplicare |
|---|---|---|
| acid de plumb
Pb |
2.1 | troleibuze , tramvaie , avioane , automobile , motociclete , stivuitoare electrice , stivuitoare , tractoare electrice , alimentare de urgenta, surse de alimentare neintreruptibile |
| nichel-cadmiu
Ni-Cd |
1.2 | înlocuirea unei celule galvanice standard, scule electrice de construcție , troleibuze , avioane |
| hidrură metalică de nichel
Ni-MH |
1.2 | înlocuirea unei celule galvanice standard , vehicule electrice |
| litiu-ion
Li‑ion |
3.7 | dispozitive mobile, scule electrice pentru construcții, vehicule electrice |
| polimer de litiu
Li-pol |
3.7 | dispozitive mobile, vehicule electrice |
| nichel-zinc
Ni-Zn |
1.6 | înlocuirea unei celule galvanice standard |
Factori de formă
Baterie externăO baterie externă (baterie reîncărcabilă) ( în engleză power bank ) este un dispozitiv pentru reîncărcarea multiplă a unui dispozitiv mobil ( telefon , smartphone, tabletă) în absența unei surse de curent alternativ (rețea).
Motivul apariției acestor dispozitive a fost că, odată cu utilizarea activă a smartphone-urilor și tabletelor moderne, încărcarea bateriilor lor este suficientă pentru un timp relativ scurt - o jumătate de zi sau o zi. Pentru încărcarea lor în teren s-au dezvoltat baterii portabile [11] [12] . Masa tipică a unor astfel de dispozitive este de 200-800 de grame, capacitatea este de la câteva mii de mAh la 10-20 Ah [13] . Cu ajutorul lor, îți poți încărca telefonul de 2-5 ori. Cel mai adesea acestea oferă un port USB pentru conectare. Unele dintre ele au conectori sau adaptoare pentru conectorii populari de telefoane mobile. Bateriile externe de capacitati mari pot avea adaptoare pentru incarcarea laptopurilor. Uneori, bateriile externe au un indicator de încărcare sau o lanternă LED încorporată .
Aplicație
În cele mai multe cazuri, posibilitatea utilizării sistematice a bateriilor este doar în dispozitivele portabile de comunicații radio .[ ce? ] și alte tehnologii digitale, în care se folosesc baterii litiu-ion și sistemul de control al încărcării-descărcării este încorporat în dispozitiv.
În segmentul bugetar, bateriile „simple” nichel-metal hidrură și nichel-cadmiu sunt folosite ca înlocuitor bugetar pentru bateriile alcaline ( baterii ). Bateriile cu nichel-cadmiu sunt folosite
ca sursă de curent pentru uneltele electrice fără fir de buget.
De asemenea, în vehiculele electrice . [paisprezece]
Încărcarea bateriilor
Pe măsură ce energia chimică este epuizată, tensiunea și curentul scad, iar bateria încetează să funcționeze. Puteți încărca bateria (bateria bateriilor) de la orice sursă DC cu o tensiune mai mare limitând în același timp curentul. Cel mai frecvent este curentul de încărcare (în amperi ), proporțional cu 1/10 din capacitatea nominală condiționată a bateriei (în amperi oră ).
Multe tipuri de baterii au diferite limitări care trebuie luate în considerare în timpul încărcării și utilizării ulterioare, de exemplu, bateriile NiMH sunt sensibile la supraîncărcare și temperaturi scăzute, bateriile litiu-ion sunt sensibile la supradescărcare, tensiune înaltă, temperaturi scăzute sau ridicate. Bateriile NiCd și NiMH au așa-numitul efect de memorie , care constă într-o scădere a capacității atunci când încărcarea este efectuată cu o baterie incomplet descărcată. De asemenea, aceste tipuri de baterii au o auto-descărcare vizibilă, adică își pierd treptat încărcarea fără a fi conectate la sarcină. Încărcarea de curent poate fi utilizată pentru a combate acest efect .
Metode de încărcare a bateriei
Se folosesc mai multe metode pentru a încărca bateriile; de regulă, metoda de încărcare depinde de tipul bateriei [15] .
Încărcare DC lentăÎncărcați cu curent continuu , proporțional cu 0,1-0,2 din capacitatea nominală condiționată Q pentru aproximativ 15-7 ore, respectiv.
Cea mai lungă și sigură metodă de încărcare. Potrivit pentru majoritatea tipurilor de baterii.
încărcare rapidăÎncărcați cu curent continuu proporțional cu 1/3 Q timp de aproximativ 3-5 ore.
Primele smartphone-uri care acceptă această tehnologie au fost lansate în 2013. Apoi producătorii au crescut tensiunea sursei de alimentare pentru a obține rezultate notabile - viteza a crescut cu 30-40% față de încărcarea standard (lentă).
Încărcare accelerată sau „delta-V”.O încărcare cu un curent de încărcare inițial proporțional cu capacitatea nominală nominală a bateriei, la care tensiunea bateriei este măsurată în mod constant și încărcarea se termină după ce bateria este complet încărcată. Timpul de încărcare este de aproximativ o oră și jumătate. Bateria se poate supraîncălzi și chiar distruge.
Tehnologia de la OPPO - SuperVOOC - vă permite să vă încărcați smartphone-ul cu aproape 30% în doar cinci minute. [16]
taxare inversăSe realizează prin alternarea impulsurilor lungi de încărcare cu impulsuri scurte de descărcare. Metoda inversă este cea mai utilă pentru încărcarea bateriilor NiCd și NiMH, care se caracterizează prin așa-numitele. „efect de memorie”.
Vezi și
- Încărcător
- Sănătatea bateriei
- acumulator de gaz
- Ionistor
- Celulă galvanică
- baterie auto
- Electrochimie
- Baterie
- furca de încărcare
Note
- ↑ Baterie electrică // Electronică de putere: un scurt dicționar enciclopedic de termeni și definiții - M .: Editura MPEI, 2008
- ↑ BATERIE ELECTRICĂ • Marea Enciclopedie Rusă - versiune electronică . bigenc.ru . Preluat: 7 octombrie 2021.
- ↑ Acumulator / / Davis S., James A. Electrochemical Dictionary - M .: Mir, 1979
- ↑ Lebedev Yu.A. Al doilea vânt al maratonistului (despre plumb). - M . : Metalurgie, 1990. - 144 p. — ISBN 5-229-00435-5 .
- ↑ Celulă galvanică // Davis S., James A. Electrochemical Dictionary - M .: Mir, 1979
- ↑ Baterie reîncărcabilă // Electronica de putere: un scurt dicționar enciclopedic de termeni și definiții - M .: Editura MPEI, 2008
- ↑ Oamenii de știință au dezvoltat „o baterie a viitorului”
- ↑ A fost creată o baterie revoluționară pentru gadgeturi.
- ↑ Anastasia Litvinova. Comparația diferitelor tipuri de baterii (link inaccesibil) . Ora naturii (26 iunie 2014). Preluat la 22 ianuarie 2022. Arhivat din original pe 7 decembrie 2021.
- ↑ Oamenii de știință au creat baterii flexibile care se încarcă într-un minut // vesti.ru, 04/07/2015
- ↑ Ghid pentru alegerea unei baterii portabile - ComputerPress 11'2012
- ↑ Baterii externe USB (link inaccesibil) . Data accesului: 12 octombrie 2014. Arhivat din original pe 19 octombrie 2014.
- ↑ Zece baterii externe. Merită taxa? // Registrul, 2012
- ↑ Transportul electric a simțit o lipsă de materii prime. Principalii constructori de mașini consideră că respingerea motorului cu ardere internă este prematură // NG , 02.07.2022
- ↑ Zaitsev I.P. Îndemânare în încărcare - antrenament. Controlere de încărcare a bateriei pentru dispozitive autonome // Componente și tehnologii: Jurnal. - 2006. - Nr 9 .
- ↑ Smartphone-uri cu încărcare rapidă. Cum functioneaza? // hi-tech.mail.ru
Literatură
- Voinarovsky P.D. Baterii electrice // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
- Acumulatori // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
 Dicționare și enciclopedii |
|
|---|---|
| În cataloagele bibliografice |
|