Dažāda veida akumulatori un to pielietojums

Akumulators ir vienas vai vairāku šūnu kopums, kas notiek ķīmiskās reakcijās, lai izveidotu elektronu plūsmu ķēdē. Bateriju tehnoloģiju jomā notiek daudz pētījumu un uzlabojumu, un tāpēc visā pasaulē pašlaik tiek izmantotas un izmantotas progresīvas tehnoloģijas. Baterijas sāka spēlēt, jo bija jāuzglabā saražotā elektriskā enerģija. Par cik tika saražots labs enerģijas daudzums, bija svarīgi enerģiju uzglabāt, lai to varētu izmantot, kad ražošana ir pārtraukta vai ja ir nepieciešams darbināt atsevišķas ierīces, kuras nevar turēt piesietas pie elektrotīkla. Šeit jāatzīmē, ka akumulatoros var uzglabāt tikai līdzstrāvu, maiņstrāvu nevar uzglabāt.

Bateriju elementus parasti veido trīs galvenie komponenti;

1. Anods (negatīvais elektrods)
2. Katods (pozitīvais elektrods)
3. Elektrolīti

Anods ir negatīvs elektrods, kas ražo elektronus ārējai ķēdei, kurai ir pievienots akumulators. Kad baterijas ir pievienotas, pie anoda tiek uzsākta elektronu uzkrāšanās, kas izraisa potenciāla atšķirību starp abiem elektrodiem. Pēc tam elektroni dabiski mēģina pārdalīt sevi, to novērš elektrolīts, tāpēc, kad ir pievienota elektriskā ķēde, tas nodrošina skaidru ceļu elektroniem, lai pārvietotos no anoda uz katodu, tādējādi darbinot ķēdi, kurai tas ir pievienots. Mainot anoda, katoda un elektrolīta izgatavošanai izmantoto izkārtojumu un materiālu, mēs varam sasniegt daudz dažādu veidu akumulatoru ķīmijas, kas ļauj mums izstrādāt dažāda veida akumulatoru elementus. Šajā rakstā varat izprast dažādus akumulatoru veidus un to lietojumu, tāpēc sāksim.

Bateriju veidi

Baterijas parasti var iedalīt dažādās kategorijās un tipos, sākot no ķīmiskā sastāva, izmēra, formas koeficienta un lietošanas gadījumiem, taču visi šie ir divi galvenie bateriju veidi;

1. Primārās baterijas
2. Sekundārās baterijas

Apskatīsim dziļāk, lai saprastu galvenās atšķirības starp primatūras šūnu un sekundāro šūnu.

1. Primārās baterijas

Primārās baterijas ir baterijas, kuras pēc izlādes vairs nevar uzlādēt. Primārās baterijas ir izgatavotas no elektroķīmiskām šūnām, kuru elektroķīmisko reakciju nav iespējams mainīt.

Primārās baterijas pastāv dažādās formās, sākot no monētu šūnām līdz AA baterijām. Tos parasti izmanto atsevišķās lietojumprogrammās, kur uzlāde ir nepraktiska vai neiespējama. Labs piemērs tam ir militāra līmeņa ierīces un ar baterijām darbināmas iekārtas. Būtu nepraktiski izmantot uzlādējamas baterijas, jo akumulatora uzlādēšana būs pēdējā lieta karavīru prātā. Primārajām baterijām vienmēr ir augsta īpatnējā enerģija, un sistēmas, kurās tās tiek izmantotas, vienmēr ir veidotas tā, lai patērētu maz enerģijas, lai akumulators darbotos pēc iespējas ilgāk.

Daži citi ierīču piemēri, kuros tiek izmantotas primārās baterijas, ir: Tempu veidotāji, dzīvnieku izsekotāji, rokas pulksteņi, tālvadības pultis un bērnu rotaļlietas, lai pieminētu dažus.

Vispopulārākais primāro bateriju veids ir sārma baterijas. Viņiem ir augsta īpatnējā enerģija, tie ir videi draudzīgi, rentabli un neplūst pat tad, ja tie ir pilnībā izlādējušies. Tās var uzglabāt vairākus gadus, tām ir laba drošība un tās var pārvadāt lidmašīnā, uz tām neattiecoties ANO transporta un citiem noteikumiem. Vienīgais sārma bateriju trūkums ir zemas slodzes strāva, kas ierobežo to izmantošanu ierīcēs ar zemām strāvas prasībām, piemēram, tālvadības pultīm, lukturīšiem un pārnēsājamām izklaides ierīcēm.

2. Sekundārās baterijas

Sekundārās baterijas ir baterijas ar elektroķīmiskajām šūnām, kuru ķīmiskās reakcijas var mainīt, akumulatoram piešķirot noteiktu spriegumu apgrieztā virzienā. Sauktas arī par uzlādējamām baterijām, sekundārās šūnas, atšķirībā no primārajām, var uzlādēt pēc tam, kad akumulatorā esošā enerģija ir iztērēta.

Tos parasti izmanto lietojumos ar lielu izlādi un citos gadījumos, kad būs vai nu pārāk dārgi, vai praktiski neiespējami izmantot vienas uzlādes baterijas. Mazas ietilpības sekundārās baterijas tiek izmantotas, lai darbinātu pārnēsājamās elektroniskās ierīces, piemēram, mobilos tālruņus, un citus sīkrīkus un ierīces, savukārt lieljaudas akumulatorus izmanto dažādu elektrisko transportlīdzekļu un citu augstas izlādes lietojumprogrammu darbināšanai, piemēram, slodzes izlīdzināšanai elektroenerģijas ražošanā. Elektrības piegādei tos izmanto arī kā atsevišķus enerģijas avotus līdzās invertoriem. Lai gan sākotnējās uzlādējamo bateriju iegādes izmaksas vienmēr ir daudz augstākas nekā primārajām baterijām, taču tās ir rentablākās ilgtermiņā.

Sekundārās baterijas var tālāk klasificēt vairākos citos veidos, pamatojoties uz to ķīmiju . Tas ir ļoti svarīgi, jo ķīmija nosaka dažus akumulatora atribūtus, ieskaitot tā īpašo enerģiju, cikla ilgumu, glabāšanas laiku un cenu, lai pieminētu dažus.

Tālāk ir norādīti dažāda veida parasti lietojamie uzlādējamie akumulatori.

1. Litija jons (litija jons)
2. Niķeļa kadmijs (Ni-Cd)
3. Niķeļa-metāla hidrīds (Ni-MH)
4. Svina-skābe

1. Niķeļa-kadmija baterijas

Niķeļa – kadmija akumulators (NiCd akumulators vai NiCad akumulators) ir atkārtoti uzlādējams akumulators, kas tiek izstrādāts, izmantojot elektrodus, izmantojot niķeļa oksīda hidroksīdu un metāla kadmiju. Ni-Cd akumulatori ir izcili, saglabājot spriegumu un turot lādiņu, kad tos nelieto. Tomēr, ja daļēji uzlādēts akumulators tiek uzlādēts, NI-Cd akumulatori viegli kļūst par briesmīgā “atmiņas” efekta upuri, samazinot akumulatora turpmāko jaudu.

Salīdzinājumā ar citiem uzlādējamo elementu veidiem, Ni-Cd akumulatori piedāvā labu dzīves ciklu un veiktspēju zemā temperatūrā ar samērīgu jaudu, taču to nozīmīgākā priekšrocība būs spēja nodrošināt pilnu nominālo jaudu ar lielu izlādes ātrumu. Tie ir pieejami dažādos izmēros, ieskaitot sārma baterijām izmantojamos izmērus, no AAA līdz D. Ni-Cd šūnas tiek izmantotas atsevišķi vai saliktas divu vai vairāku šūnu iepakojumos. Mazie iepakojumi tiek izmantoti portatīvajās ierīcēs, elektronikā un rotaļlietās, savukārt lielākie tiek izmantoti lidmašīnu starta baterijās, elektriskajos transportlīdzekļos un gaidīšanas režīmā.

Dažas niķeļa-kadmija bateriju īpašības ir uzskaitītas zemāk.

• Īpatnējā enerģija: 40-60W-h / kg
• Enerģijas blīvums: 50-150 Wh / L
• Īpatnējā jauda: 150W / kg
• Uzlādes / izlādes efektivitāte: 70-90%
• Pašizlādes ātrums: 10% mēnesī
• Cikla izturība / kalpošanas laiks: 2000 ciklu

2. Niķeļa-metāla hidrīda baterijas

Niķeļa metāla hidrīds (Ni-MH) ir vēl viens ķīmiskās konfigurācijas veids, ko izmanto uzlādējamām baterijām. Ķīmiskā reakcija pie pozitīvā akumulatora elektroda ir līdzīga niķeļa – kadmija elementa (NiCd) reakcijai, abiem akumulatoriem izmantojot to pašu niķeļa oksīda hidroksīdu (NiOOH). Tomēr niķeļa-metāla hidrīda negatīvajos elektrodos kadmija vietā tiek izmantots ūdeņradi absorbējošs sakausējums, ko izmanto NiCd baterijās

NiMH akumulatori ir piemēroti augstas izlādes ierīcēs to lielās jaudas un enerģijas blīvuma dēļ. NiMH akumulatoram var būt divas līdz trīs reizes lielāka ietilpība nekā tāda paša izmēra NiCd akumulatoriem, un tā enerģijas blīvums var tuvoties litija jonu akumulatoram. Atšķirībā no NiCd ķīmijas, baterijas, kuru pamatā ir NiMH ķīmija, nav uzņēmīgas pret “atmiņas” efektu, ko piedzīvo NiCads.

Zemāk ir norādītas dažas akumulatoru īpašības, kuru pamatā ir niķeļa-metāla hidrīda ķīmija;

• Īpatnējā enerģija: 60-120h / kg
• Enerģijas blīvums: 140-300 Wh / L
• Īpatnējā jauda: 250-1000 W / kg
• Uzlādes / izlādes efektivitāte: 66% - 92%
• Pašizlādes ātrums: 1,3–2,9% / mēnesī 20 ^° C temperatūrā
• Cikla izturība / mūžs: 180 -2000

3. Litija jonu akumulatori

Litija jonu akumulatori ir viens no populārākajiem uzlādējamo bateriju veidiem. Ir daudz dažādu litija bateriju veidu, taču starp visām litija jonu baterijām tiek izmantotas visbiežāk. Jūs varat atrast šīs litija baterijas, kuras dažādās formās izmanto populāri starp elektriskajiem transportlīdzekļiem un citiem portatīvajiem sīkrīkiem. Ja vēlaties uzzināt vairāk par akumulatoriem, ko izmanto elektriskajos transportlīdzekļos, varat apskatīt šo rakstu par elektrisko transportlīdzekļu akumulatoriem. Tie ir atrodami dažādās portatīvajās ierīcēs, tostarp mobilajos tālruņos, viedierīcēs un vairākās citās mājās lietojamās bateriju ierīcēs. Vieglā rakstura dēļ viņi atrod lietojumus arī kosmosa un militārajos pielietojumos.

Litija jonu akumulatori ir atkārtoti uzlādējamu bateriju veids, kurā litija joni no negatīvā elektroda izlādes laikā migrē uz pozitīvo elektrodu un, kamēr akumulators tiek uzlādēts, atkal pāriet pie negatīvā elektroda. Litija jonu akumulatoros kā viens elektroda materiāls tiek izmantots interkalēts litija savienojums, salīdzinot ar metālisko litiju, ko izmanto neuzlādējamās litija baterijās.

Litija jonu akumulatoriem parasti ir augsts enerģijas blīvums, maz vai vispār nav atmiņas efekta un zema pašizlāde, salīdzinot ar citiem akumulatoru veidiem. To ķīmija, kā arī veiktspēja un izmaksas dažādos lietošanas gadījumos atšķiras, piemēram, rokas elektroniskās ierīcēs izmantojamās litija jonu baterijas parasti ir balstītas uz litija kobalta oksīdu (LiCoO ₂), kas nodrošina augstu enerģijas blīvumu un zemu drošības risku, ja tiek sabojāts, bet litija jonu Baterijas, kuru pamatā ir litija dzelzs fosfāts un kuru enerģijas blīvums ir mazāks, ir drošākas, jo samazinās nelaimīgu notikumu iespējamība, tiek plaši izmantotas elektrisko instrumentu un medicīnas iekārtu darbināšanai. Litija jonu akumulatori piedāvā vislabāko veiktspējas un svara attiecību, savukārt litija sēra akumulatori piedāvā visaugstāko attiecību.

Daži no litija jonu akumulatoru atribūtiem ir uzskaitīti zemāk;

• Īpatnējā enerģija: 100: 265W-h / kg
• Enerģijas blīvums: 250: 693 Wh / L
• Īpatnējā jauda: 250: 340 W / kg
• Uzlādes / izlādes procents: 80-90%
• Cikla izturība: 400: 1200 cikli
• Nominālais elementa spriegums: NMC 3,6 / 3,85 V

4. Svina-skābes akumulatori

Svina-skābes akumulatori ir lēts un drošs darbarīks, ko izmanto lieljaudas lietojumos. Parasti tie ir ļoti lieli, un to svara dēļ tos vienmēr izmanto nepārnēsājamās lietojumprogrammās, piemēram, saules paneļu enerģijas uzkrāšanā, transportlīdzekļu aizdedzē un apgaismojumā, rezerves jaudā un slodzes izlīdzināšanā enerģijas ražošanā / sadalē. Svinskābe ir vecākais uzlādējamo akumulatoru veids, kas joprojām ir ļoti aktuāls un nozīmīgs mūsdienu pasaulē. Svina-skābes akumulatoriem ir ļoti zema enerģijas un tilpuma attiecība, bet enerģijas un svara attiecība, bet tiem ir salīdzinoši liela jaudas un svara attiecība, un tādēļ tie vajadzības gadījumā var piegādāt milzīgas pārsprieguma strāvas. Šie atribūti kopā ar zemajām izmaksām padara šīs baterijas pievilcīgas lietošanai vairākās strāvas lietojumprogrammās, piemēram, automobiļu starteru darbināšanai, kā arī uzglabāšanai rezerves barošanas avotos.Varat arī apskatīt rakstu par svina skābes akumulatoru darbību, ja vēlaties uzzināt vairāk par dažādiem svina-skābes akumulatoru veidiem, to uzbūvi un pielietojumu.

Katrai no šīm baterijām ir vispiemērotākā zona, un zemāk redzamais attēls palīdzēs izvēlēties starp tām.

Pareizas akumulatora izvēle jūsu lietojumprogrammai

Viena no galvenajām tehnoloģisko apgriezienu kavējošajām problēmām, piemēram, IoT, ir enerģija, akumulatora darbības laiks ietekmē ierīču veiksmīgu izvietošanu, kurām nepieciešams ilgs akumulatora darbības laiks, un, lai arī akumulatora darbības laiks ir ilgāks, tiek izvēlēti vairāki enerģijas pārvaldības paņēmieni, tomēr jāizvēlas saderīgs akumulators lai sasniegtu vēlamo rezultātu.

Tālāk ir minēti daži faktori, kas jāņem vērā, izvēloties pareizo akumulatora veidu savam projektam.

1. Enerģijas blīvums: enerģijas blīvums ir kopējais enerģijas daudzums, ko var uzglabāt uz masas vai tilpuma vienību. Tas nosaka, cik ilgi ierīce paliek ieslēgta, pirms tai ir jāuzlādē.

2. Jaudas blīvums: maksimālais enerģijas izlādes ātrums uz masas vai tilpuma vienību. Zema jauda: klēpjdators, i-pod. Lieljaudas: elektroinstrumenti.

3. Drošība: ir svarīgi ņemt vērā temperatūru, kādā darbosies jūsu būvētā ierīce. Augstā temperatūrā daži akumulatora komponenti sabojājas un var izjust eksotermiskas reakcijas. Augsta temperatūra parasti samazina vairuma akumulatoru darbību.

4. Dzīves cikla ilgums: akumulatora enerģijas blīvuma un jaudas blīvuma stabilitāte ar atkārtotu ciklizēšanu (uzlādēšana un izlāde) ir nepieciešama ilgam akumulatora darbības laikam, kas nepieciešams lielākajai daļai lietojumu.

5. Izmaksas: izmaksas ir svarīga visu jūsu pieņemto inženiertehnisko lēmumu sastāvdaļa. Ir svarīgi, lai akumulatora izvēles izmaksas būtu proporcionālas tā veiktspējai un neparasti nepalielinātu projekta kopējās izmaksas.