Как работи батерията

Устройство и механизъм на работа на батерията

Батериите са химически източници на ток с обратим процес: те могат да дават енергия чрез преобразуване на химическата енергия в електронна енергия или могат да пестят енергия чрез превръщане на електронната енергия в химическа енергия. По този начин батерията се зарежда алтернативно, освобождавайки електронната енергия, тя се зарежда от някой или от съответния източник на постоянен ток

Батериите в зависимост от използваните в техния електролит са разделени на киселинни и алкални. Освен това, батериите се различават в зависимост от материала на електродите - широко се използват само олово, кадмий-никел, желязо-никел и сребърно-цинкови батерии.

Устройство и механизъм на работа на батерията

Капацитетът на батерията се определя от количеството електричество QP, което може да даде, когато се изхвърли в захранващата верига. Това количество електроенергия не се измерва в куломби, а в по-големи единици - амперни часове (a-h) 1 а-ч = 3600 к. Но зареждането на батерия изисква повече електроенергия q3, отколкото при освобождаване от отговорност. отношение qp: q3 = ne се нарича натискане на капацитета на батерията.

Напрежението, необходимо за зареждане на акумулатора, е значително по-високо от напрежението на клемите на акумулатора, при което той произвежда непрекъснато изтощен ток.

Основната характеристика на акумулатора е средното му зарядно и изходно напрежение.

Ясно е, че поради редица загуби на енергия батерията дава значително по-малко количество енергия Wp, какво получава, когато се зареждате Wp: W3 = n има коефициент на полезно действие или възвращаемост на енергията на батерията.

В крайна сметка неговата много специфична енергия, която е много важна за качеството на батерията, е нейното количество, т.е. количеството освободена енергия в изхвърлянето на килограм тегло на батерията. По-специално, е важно, че конкретната енергия е може би повече за нестационарни батерии, инсталирани например на самолети. В подобни случаи обикновено е по-важно от ефективността и възвращаемостта на капацитета.

Трябва да се разбере, че при бърза освобождаване протича процес умерено ACCUM цялата маса на плаките, при което непрекъснато отговорност в малък ток капацитет на батерията е по-голяма, отколкото в кратко освобождаване голям ток. С бързото отстраняване процесът в масата на плочите изостава от процеса на повърхността им, което води до вътрешни течения и намаляване на отскока.

Работата на автомобилния акумулатор се основава на трансформацията на енергията: на заряд - електронен в химически, с разреждане (обратна трансформация) - химикал в електронна

Напрежението на батерията се променя значително по време на разреждането. По-добре е тя да е по-трайна. Изчисленията обикновено показват средното изпускателно напрежение нагоре. Но за да заредите батерията, се нуждаете от източник на ток, който осигурява значително по-високо напрежение на зареждане Uz (с 25-40%) - при неприятна ситуация е нереалистично да зареждате батерията 100%.

Ако напрежението на първата клетка на акумулатора е недостатъчно за тази инсталация, тогава необходимия брой части от акумулаторната батерия е свързан от своя страна. Естествено, само акумулатори, които са проектирани за един и същ разряден ток, могат да бъдат свързани последователно.

Ако разрядният ток на първия елемент е недостатъчен, тогава се използва паралелно свързване на няколко подобни елемента.

От броя на киселинните батерии оловните батерии имат практическа стойност. При техния положителен електрод активното вещество служи оловен диоксид Pb02, върху отрицателния електрод - гъвкав олово Pb. Положителните плочки имат кафяв цвят, отрицателните плочки са сивкави, електролитът е решение сярна киселина H2S04 s със специфично тегло 1.18-1.29.

Процесът на изхвърляне на хлор и натоварването на батерията е сравнително сложно В основата си той намалява до възстановяването на олово върху положителен електрод и окисляването на гъбичката на отрицателния електрод към желязната сол на сярна киселина. При всичко това се появява вода и, както трябва, се намалява плътността на електролита. Когато зареждането е на първо място, напрежението на акумулатора пада бързо до 1,95 V, след което бавно намалява до 1,8 V. След това трябва да приключите изхвърлянето.

При предстоящото изхвърляне има необратим процес на образуване на кристален оловен сулфат PbS04. Последният покрива плочите с бял цвят. Той има високо съпротивление и практически неразтворим в електролита. Слоят оловен сулфат изгражда вътрешното съпротивление на активната маса на плочите. Този процес се нарича сулфатни пластини.

Когато батерията се зарежда, процесът протича в обратна посока: металният олово се намалява на отрицателния електрод и оловото се окислява до положителния електрод R02 диоксид. Ion S04 протича в електролита, защото плътността на сярна киселина се увеличава с заряд, поради което се увеличава и специфичното тегло на електролита. Използва се специален хидрометър за измерване на специфичното тегло на електролита. Според свидетелските си показания може да се прецени доколко батерията се зарежда. Средното разредено напрежение на оловната батерия е 1,98 V, а средното зареждащо напрежение е 2,4 V.

Механизмът на оловно-киселинната батерия

Вътрешно съпротивление rBn LEAD батерия, поради малкото разстояние между плочите и голямата площ на контакт с електролита твърде малко: малко от порядъка на хилядни от ома в стационарни батерии и стотни от в малък преносим Accum.

Благодарение на малкото вътрешно съпротивление и относително високото напрежение, ефективността на тези акумулатори достига 70-80%, а добивът е 0.85-0.95%.

Но поради малката вътрешна съпротива в оловните батерии, малките токове причиняват течения с много голяма сила, което води до огъване и разпадане на плочите.

Оловните батерии имат редица значителни недостатъци. Те са тежки поради огромното тегло на оловните плочи и техния обем е страхотен поради значителното количество електролит, който активно участва в процеса. При саморазреждането им, вътрешни паразитни електроникови течения с загуба на заряд от порядъка на 1% на ден са неизбежни. В крайна сметка те са много чувствителни към удари и шокове. Но тяхната ефективност и ефективност са значително по-високи от тези на всички други батерии.

Сред алкалните батерии, широкото използване в момента е от кадмий-никел, желязо-никел и сребро-цинк. Във всички тези батерии електролитът е алкално - приблизително два процента разтвор каустик калиев хидроксид или NaOH хидроксид. При зареждане и разреждане този електролит трудно се подлага на промени. Следователно неговият капацитет не зависи от количеството на батерията. Това прави възможно да се сведе до минимум количеството електролит във всички алкални батерии и този метод може значително да ги облекчи.

Скелетите на положителните и отрицателните плочи на тези батерии са направени от железни никелирани рамки с пакети за активна маса. Благодарение на този дизайн, активната маса е здраво задържана в пластините и не излиза навън по време на удари.

На никел-кадмий KH ACCUM положителен електрод активния материал са оксиди на никел, смесени с проводимост на отрицателния електрод активния материал растеж grafitom- е гъбесто желязо кадмий Cd. Когато изхвърлянето се консумира при положителния електрод част на активния кислород, съдържащ се в окисите на никел и отрицателен електрод се окислява желязо кадмий. При зареждане обратно обогатен кислород положителен електрод - никел хидроксид Ni (ОН) 2 преминава в хидрат на никелов оксид Ni (ОН) 3, и отрицателния електрод на кадмий оксид хидрат се извлича в неопетнен кадмий. Приблизително процесът в тази батерия може да бъде изразен чрез химичната формула:

категория

2Ni (OH) 3 + 2KOH + Cd <2Ni (OH) 2 + 2KOH + Cd (OH) 2.

зареждане

Както се вижда от формулата, от електролита по време на изхвърлянето, частицата (ОН) 2 се освобождава върху отрицателната плоча и същата частица преминава в електролита на положителната плоча. При зареждането процесът протича в обратна посока, но и в двата случая електролитът не се променя.

Батерии от Bosch

Устройството от желязо-никелова батерия се различава само в това, че в него в отрицателни плочи кадмий се заменя с малък железен прах (Fe). Химичният процес на този акумулатор може да бъде проследен от горното уравнение за акумулатора на кадмий-никел чрез метода за заместване на Fe с Fe.

Използването на желязо вместо кадмий намалява батерията, я прави по-здраво механично и увеличава експлоатационния си живот. От друга страна, никел и желязо батерията при приблизително същото освобождаване напрежение за напрежение на зареждане до 0.2 по-горе, при което а. Н. D. батерии на това е по-ниска от никел-кадмий. След това много важен недостатък на желязо-никеловата батерия е относително бързото самозареждане. При кадмий-никеловата батерия самоизхвърлянето е малко и затова се предпочита в случаите, когато батерията трябва да е в заредено състояние за дълго време, например за захранване на радиосъоръжения. Средното разредено напрежение на тези батерии е 1,2 волта.

Херметически затворени съдове на горепосочените алкални батерии са изработени от листова никелирана стомана. Болтове, чрез които плоча BATT свързани към външния край, се прекарват през отвори в капака на съда, където болт, които са свързани към отрицателните плочи, внимателно изолирани от желязото но korpusa- болт свързан към положителните плочи на корпуса не се изолира.

Вътрешното съпротивление на алкалните батерии е много по-голямо от това на киселинните батерии, затова те се понасят по-добре от късо съединение. Но по същата причина ефективността на алкалните акумулатори (от порядъка на 45%) е много по-ниска от тази на киселинните, а тяхната специфична енергия и капацитет (0,65) също са значително по-малко. Тъй като състоянието на електролита в алкалните батерии не се променя по време на работа, е невъзможно да се намери степента на зареждане от външни характеристики. В резултат на това, зарядът трябва да се разглежда въз основа на капацитета и напрежението им. Когато зареждате, трябва да кажете на батерията количеството електричество Той = q значително по-голям от капацитета си, приблизително 1,5 пъти. Например една батерия с капацитет от 100 Ah е по-добре заредена с ток от 10 ампера за 15 часа.

Silver-цинкови батерии са най-новите коефициенти от редица модерен Accum. Електролитът, използван в тяхната водна КОН на калиев хидроксид със специфично тегло от 1.4, положителен електрод активно вещество - сребърен оксид Ag20 и отрицателен електрод - цинк Zn. Електродите са направени под формата на порести плочи и разделени един от друг чрез филм дял.

Батерии от Varta

Когато акумулаторът се разреди, сребърният оксид се редуцира до метално сребро и железният цинк се окислява до цинков оксид ZnO. Обратният процес възниква, когато батерията е заредена. Основната химическа реакция се изразява чрез формулата

категория

AgsO + KOH + Zn < 2Ag + KOH + ZnO.

 зареждане

Стабилното напрежение на изхода е около 1,5 волта. При малки отклоняващи токове това напрежение остава практически непроменено при приблизително 75-80% от работното време на акумулатора. Тогава тя пада достатъчно бързо и при напрежение от 1 в разреждането трябва да бъде спряно.

Вътрешното съпротивление на сребърно-цинк батериите е значително по-малко от това на другите алкални батерии. С равен капацитет, първият е много по-лесен. Те работят задоволително както при ниски (-50 ° C), така и при високи (+ 75 ° C) температури. В крайна сметка те позволяват огромни течения на разряд. Например, някои видове батерии могат да бъдат нагрявани чрез късо съединение за една минута.

По-горе е представена само основната информация за батериите. При практическата работа с батерии, особено оловни акумулатори, трябва да направите внимателно подходящи фабрични пояснения. Нарушаването им причинява бързо унищожаване на батериите.