Dunia bateri - bahagian 3

Sejarah bateri moden bermula pada abad kesembilan belas, dari abad ini kebanyakan reka bentuk yang digunakan hari ini berasal. Keadaan ini membuktikan, di satu pihak, kepada idea-idea cemerlang saintis pada masa itu, dan, sebaliknya, kepada kesukaran yang timbul dalam pembangunan model baru.

Beberapa perkara yang sangat baik sehingga ia tidak boleh diperbaiki. Peraturan ini juga terpakai kepada bateri - model abad ke-XNUMX telah diperhalusi berkali-kali sehingga ia mengambil bentuk semasanya. Ini juga terpakai kepada sel leclanche.

Pautan untuk menambah baik

Reka bentuk ahli kimia Perancis telah diubah Carl Gasner menjadi model yang sangat berguna: murah untuk dikeluarkan dan selamat digunakan. Walau bagaimanapun, masih terdapat masalah - salutan zink unsur terhakis apabila terkena elektrolit berasid yang memenuhi mangkuk, dan percikan keluar kandungan agresif boleh melumpuhkan peranti berkuasa. Keputusan menjadi percantuman permukaan dalam badan zink (salutan merkuri).

Amalgam zink secara praktikal tidak bertindak balas dengan asid, tetapi mengekalkan semua sifat elektrokimia logam tulen. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh peraturan alam sekitar, kaedah memanjangkan hayat sel ini digunakan semakin kurang (pada sel bebas merkuri, anda boleh mencari inskripsi atau) (1).

2. Susun atur sel beralkali: 1) bekas (plumbum katod), 2) katod yang mengandungi mangan dioksida, 3) pemisah elektrod, 4) anod yang mengandungi habuk KOH dan zink, 5) terminal anod, 6) pengedap sel (penebat elektrod) . .

Satu lagi cara untuk meningkatkan umur panjang dan hayat sel adalah dengan menambah zink klorida ZnCl₂ untuk pes isi cawan. Sel reka bentuk ini sering dirujuk sebagai Tugas Berat dan (seperti namanya) direka bentuk untuk menjana lebih banyak peranti intensif tenaga.

Satu kejayaan dalam bidang bateri pakai buang adalah pembinaan pada tahun 1955 sel alkali. Ciptaan jurutera Kanada Lewis Urry, yang digunakan oleh syarikat Energizer sekarang, mempunyai struktur yang berbeza sedikit daripada sel Leclanchet.

Pertama, anda tidak akan menemui katod grafit atau cawan zink di sana. Kedua-dua elektrod dibuat dalam bentuk pes basah yang diasingkan (pemekat ditambah reagen: katod terdiri daripada campuran mangan dioksida dan grafit, anod habuk zink dengan campuran kalium hidroksida), dan terminalnya diperbuat daripada logam ( 2). Walau bagaimanapun, tindak balas yang berlaku semasa operasi adalah sangat serupa dengan yang berlaku dalam sel Leclanchet.

Satu tugasan. Lakukan "bedah siasat kimia" ke atas sel beralkali untuk mengetahui kandungannya sememangnya beralkali (3). Ingat bahawa langkah berjaga-jaga yang sama digunakan untuk pembongkaran sel Leclanchet. Untuk menentukan sel alkali, lihat medan "Kod Bateri".

3. "Bahagian" sel alkali mengesahkan kandungan alkali.

Bateri buatan sendiri

4. Bateri Ni-MH dan Ni-Cd domestik.

Sel-sel yang boleh dicas semula selepas digunakan telah menjadi matlamat pereka sejak awal perkembangan sains elektrik, oleh itu banyak jenisnya.

Pada masa ini, salah satu model yang digunakan untuk menghidupkan perkakas rumah kecil ialah bateri nikel-kadmium. Prototaip mereka muncul pada tahun 1899 apabila seorang pencipta Sweden melakukannya. Ernst Jungner memohon paten untuk bateri nikel-kadmium yang boleh bersaing dengan bateri yang telah digunakan secara meluas dalam industri automotif. bateri asid plumbum.

Anod sel adalah kadmium, katod adalah sebatian nikel trivalen, elektrolit adalah larutan kalium hidroksida (dalam reka bentuk "kering" moden, pes basah pemekat tepu dengan larutan KOH). Bateri Ni-Cd (ini adalah nama mereka) mempunyai voltan operasi kira-kira 1,2 V - ini kurang daripada sel pakai buang, yang bagaimanapun, tidak menjadi masalah untuk kebanyakan aplikasi. Kelebihan besar ialah keupayaan untuk menggunakan arus yang ketara (walaupun beberapa ampere) dan julat suhu operasi yang luas.

5. Sila semak keperluan untuk pelbagai jenis bateri sebelum mengecas.

Kelemahan bateri nikel-kadmium ialah "kesan ingatan" yang membebankan. Ini berlaku apabila kerap mengecas semula bateri Ni-Cd yang sebahagiannya dinyahcas: sistem berkelakuan seolah-olah kapasitinya hanya sama dengan cas yang diisi semula dengan mengecas semula. Dalam sesetengah jenis pengecas, "kesan ingatan" boleh dikurangkan dengan mengecas sel dalam mod khas.

Oleh itu, bateri nikel-kadmium yang dinyahcas hendaklah dicas dalam kitaran penuh: mula-mula dinyahcas sepenuhnya (menggunakan fungsi pengecas yang sesuai) dan kemudian dicas semula. Pengecasan semula yang kerap juga mengurangkan anggaran hayat 1000-1500 kitaran (bahawa banyak sel pakai buang akan digantikan dengan satu bateri sepanjang hayatnya, jadi kos pembelian yang lebih tinggi akan membayar sendiri berkali-kali ganda, apatah lagi tekanan pada bateri ). persekitaran dengan pengeluaran dan pelupusan sel).

Unsur Ni-Cd yang mengandungi kadmium toksik telah diganti bateri nikel-logam hidrida (nama Ni-MH). Struktur mereka adalah serupa dengan bateri Ni-Cd, tetapi bukannya kadmium, aloi logam berliang (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, logam nadir bumi) dengan keupayaan untuk menyerap hidrogen digunakan (4). Voltan operasi sel Ni-MH juga adalah kira-kira 1,2 V, yang membolehkan mereka digunakan secara bergantian dengan bateri NiCd. Kapasiti sel Nikel Metal Hydride lebih besar daripada sel Nikel Kadmium yang sama saiz. Walau bagaimanapun, sistem NiMH nyahcas sendiri lebih cepat. Sudah ada reka bentuk moden yang tidak mempunyai kelemahan ini, tetapi kosnya jauh lebih tinggi daripada model standard.

Bateri nikel-logam hidrida tidak mempamerkan "kesan ingatan" (sel separa yang dinyahcas boleh dicas semula). Walau bagaimanapun, sentiasa perlu menyemak keperluan pengecasan bagi setiap jenis dalam arahan untuk pengecas (5).

Dalam kes bateri Ni-Cd dan Ni-MH, kami tidak mengesyorkan membukanya. Pertama, kita tidak akan menemui apa-apa yang berguna di dalamnya. Kedua, nikel dan kadmium bukanlah unsur yang selamat. Jangan mengambil risiko tanpa perlu dan serahkan kepada profesional terlatih.

Raja penumpuk, iaitu...

6. "Raja bateri" di tempat kerja.

… Bateri asid plumbum, dibina pada tahun 1859 oleh seorang ahli fizik Perancis Gaston Plantego (ya, ya, peranti itu akan berumur 161 tahun tahun ini!). Elektrolit bateri adalah kira-kira 37% larutan asid sulfurik (VI), dan elektrod adalah plumbum (anod) dan plumbum disalut dengan lapisan plumbum dioksida PbO.₂ (katod). Semasa operasi, mendakan plumbum(II)(II)PbSO sulfat terbentuk pada elektrod₄. Semasa mengecas, satu sel mempunyai voltan lebih daripada 2 volt.

bateri plumbum ia sebenarnya mempunyai semua kelemahan: berat yang ketara, kepekaan terhadap pelepasan dan suhu rendah, keperluan untuk menyimpan dalam keadaan bercas, risiko kebocoran elektrolit yang agresif dan penggunaan logam toksik. Di samping itu, ia memerlukan pengendalian yang teliti: memeriksa ketumpatan elektrolit, menambah air ke dalam ruang (gunakan hanya suling atau dinyahionisasi), kawalan voltan (menjatuhkan di bawah 1,8 V dalam satu ruang boleh merosakkan elektrod) dan mod pengecasan khas.

Jadi mengapa struktur purba masih digunakan? "Raja Akumulator" mempunyai sifat penguasa sebenar - kuasa. Penggunaan arus yang tinggi dan kecekapan tenaga yang tinggi sehingga 75% (jumlah tenaga yang digunakan untuk mengecas ini boleh dipulihkan semasa operasi), serta reka bentuk yang ringkas dan kos pengeluaran yang rendah, bermakna bahawa bateri plumbum Ia digunakan bukan sahaja untuk memulakan enjin pembakaran dalaman, tetapi juga sebagai elemen bekalan kuasa kecemasan. Walaupun 160 tahun sejarah, bateri plumbum masih berfungsi dengan baik dan belum digantikan oleh jenis peranti ini yang lain (dan dengan itu, plumbum itu sendiri, yang, terima kasih kepada bateri, adalah salah satu logam yang dihasilkan dalam kuantiti terbesar) . Selagi pemotoran berasaskan enjin pembakaran dalaman terus berkembang, kedudukannya mungkin tidak akan terancam (6).

Pencipta tidak berhenti mencuba untuk mencipta pengganti untuk bateri asid plumbum. Beberapa model menjadi popular dan masih digunakan dalam industri automotif hari ini. Pada permulaan abad kesembilan belas dan kedua puluh, reka bentuk dicipta di mana penyelesaian H tidak digunakan.₂SO₄tetapi elektrolit alkali. Contohnya ialah bateri nikel-kadmium Ernst Jungner yang ditunjukkan di atas. Pada tahun 1901 Thomas Alva Edison menukar reka bentuk menggunakan besi dan bukannya kadmium. Berbanding dengan bateri asid, bateri alkali jauh lebih ringan, boleh beroperasi pada suhu rendah dan tidak begitu sukar untuk dikendalikan. Walau bagaimanapun, pengeluaran mereka lebih mahal, dan kecekapan tenaga lebih rendah.

Jadi, apa yang seterusnya?

Sudah tentu, artikel mengenai bateri tidak meletihkan soalan. Mereka tidak membincangkan, sebagai contoh, sel litium, juga biasa digunakan untuk membekalkan peralatan rumah seperti kalkulator atau papan induk komputer. Anda boleh mengetahui lebih lanjut tentang mereka dalam artikel Januari tentang Hadiah Nobel dalam Kimia tahun lepas, dan pada bahagian praktikal - dalam sebulan (termasuk perobohan dan pengalaman).

Terdapat prospek yang baik untuk sel, terutamanya bateri. Dunia menjadi lebih mudah alih, yang bermaksud keperluan untuk menjadi bebas daripada kabel kuasa. Memastikan bekalan tenaga yang cekap untuk kenderaan elektrik juga merupakan masalah besar. - supaya mereka boleh bersaing dengan kereta dengan enjin pembakaran dalaman juga dari segi kecekapan.

bateri penumpuk

Untuk memudahkan pengecaman jenis sel, kod alfanumerik khas telah diperkenalkan. Untuk jenis yang paling biasa ditemui di rumah kami untuk peralatan kecil, ia mempunyai bentuk nombor-huruf-huruf-nombor.

Dan itu:

- digit pertama ialah bilangan sel; diabaikan untuk sel tunggal;

– huruf pertama menunjukkan jenis sel. Apabila ia hilang, anda sedang berurusan dengan pautan Leclanche. Jenis sel lain dilabelkan seperti berikut:

C – sel litium (jenis yang paling biasa),

H - Bateri Ni-MH,

K – bateri nikel-kadmium,

L – sel alkali;

- huruf berikut menunjukkan bentuk pautan:

F - pinggan,

R - silinder,

P - sebutan umum pautan yang mempunyai bentuk selain silinder;

– angka akhir atau angka menunjukkan saiz pautan (nilai katalog atau secara langsung menunjukkan dimensi) (7).

7. Dimensi sel dan bateri yang popular.

Contoh penandaan:

R03
- sel zink-grafit sebesar jari kelingking. Satu lagi sebutan ialah AAA atau.

LR6 - sel beralkali sebesar jari. Satu lagi sebutan ialah AA atau.

HR14 – Bateri Ni-MH; huruf C juga digunakan untuk menunjukkan saiz.

KR20 – Bateri Ni-Cd, yang saiznya juga ditandakan dengan huruf D.

3LR12 – bateri rata dengan voltan 4,5 V, terdiri daripada tiga sel alkali silinder.

6F22 - Bateri 9 volt, terdiri daripada enam sel rata Leclanchet.

CR2032 – sel litium dengan diameter 20 mm dan ketebalan 3,2 mm.

Lihat juga: