Батарэйны свет - частка 3

Гісторыя сучасных батарэй пачынаецца ў дзевятнаццатым стагоддзі, з гэтага стагоддзя бярэ свой пачатак большая частка канструкцый, якія выкарыстоўваюцца сёння. Такое становішча сведчыць, з аднаго боку, аб выдатных ідэях вучоных таго часу, а з другога – аб цяжкасцях, якія ўзнікаюць пры распрацоўцы новых мадэляў.

Нямногія рэчы настолькі добрыя, што іх нельга палепшыць. Гэтае правіла распаўсюджваецца і на акумулятары – мадэлі XNUMX стагоддзі шмат разоў дапрацоўваліся, пакуль не прынялі цяперашні выгляд. Гэта таксама адносіцца да Клеткі Лекланша.

Спасылка для паляпшэння

Дызайн французскага хіміка быў зменены Карл Гасснер у сапраўды карысную мадэль: танную ў вытворчасці і бяспечную ў эксплуатацыі. Аднак праблемы ўсё ж былі - цынкавае пакрыццё элемента раз'ядала пры кантакце з кіслым электралітам, якія запаўняюць чару, і выплюхванне агрэсіўнага змесціва магло вывесці з ладу сілкаванае прылада. Рашэнне стала амальгамаванне унутраная паверхня цынкавага корпуса (ртутнае пакрыццё).

Амальгама цынку практычна не рэагуе з кіслотамі, але захоўвае ўсе электрахімічныя ўласцівасці чыстага металу. Аднак з-за прававых нормаў па ахове навакольнага асяроддзя гэты метад падаўжэння тэрміна службы элементаў выкарыстоўваецца ўсё радзей і радзей (на безртутных элементах вы можаце знайсці надпіс ці) (1).

2. Схема шчолачнай ячэйкі: 1) корпус (катодны свінец), 2) катод, які змяшчае дыяксід марганцу, 3) электродны сепаратар, 4) анод, які змяшчае КОН і цынкавы пыл, 5) анодны вывад, 6) герметызацыя ячэйкі (электродны . .

Яшчэ адзін спосаб павялічыць даўгавечнасць і тэрмін службы ячэйкі - дадаць хларыд цынку ZnCl₂ для пасты для напаўнення кубкаў. Ячэйкі гэтай канструкцыі часта называюць Heavy Duty і (як вынікае з назвы) прызначаны для харчавання больш энергаёмістых прылад.

Прарывам у галіне аднаразовых батарэек стала будаўніцтва ў 1955 г. шчолачнае вочка. Вынаходства канадскага інжынера Льюіс Уры, Які выкарыстоўваецца цяперашняй кампаніяй Energizer, мае структуру, крыху адрозную ад структуры ячэйкі Лекланшэ.

Па-першае, вы не знойдзеце там ні графітавага катода, ні цынкавага кубка. Абодва электрода выкананы ў выглядзе вільготных, падзеленых паст (загушчальнікі плюс рэагенты: катод складаецца з сумесі дыяксіду марганцу і графіту, анод з цынкавага пылу з прымешкай гідраксіду калію), а іх высновы выкананы з металу (2). Аднак рэакцыі, якія адбываюцца падчас працы, вельмі падобныя на тыя, што адбываюцца ў вочку Лекланшэ.

Задача. Выканайце «хімічнае выкрыццё» шчолачнай ячэйкі, каб высветліць, што змесціва сапраўды шчолачнае (3). Памятайце, што такія ж меры засцярогі ставяцца і да дэмантажу вочка Лекланшэ. Як вызначыць шчолачны элемент, гл. у поле "Код батарэі".

3. «Разрэз» шчолачнай ячэйкі пацвярджае змест шчолачы.

Акумулятары самаробныя

4. Айчынныя Ni-MH і Ni-Cd акумулятары.

Ячэйкі, якія можна зараджаць пасля выкарыстання, былі мэтай канструктараў з самага пачатку развіцця навукі аб электрычнасці, адсюль і мноства іх відаў.

У цяперашні час адной з мадэляў, якія выкарыстоўваюцца для харчавання дробнай бытавой тэхнікі, з'яўляюцца нікель-кадміевыя акумулятары. Іх прататып з'явіўся ў 1899 годзе, калі гэта зрабіў шведскі вынаходнік. Эрнст Юнгнер падала заяўку на патэнт на нікель-кадміевую батарэю, якая магла б канкурыраваць з ужо шырока выкарыстоўванымі ў аўтамабільнай прамысловасці батарэямі. свінцова-кіслотная батарэя.

Анод вочка - кадмій, катод - злучэнне трохвалентнага нікеля, электраліт - раствор гідраксіду калія (у сучасных "сухіх" канструкцыях - вільготная паста з загушчальнікаў, насычаная растворам КОН). У Ni-Cd акумулятараў (такое іх пазначэнне) працоўная напруга складае прыкладна 1,2 У гэта менш, чым у аднаразовых элементаў, што, зрэшты, не з'яўляецца праблемай для большасці ўжыванняў. Вялікай перавагай з'яўляецца магчымасць спажываць ток значнай сілы (нават некалькі ампераў) і шырокі дыяпазон працоўных тэмператур.

5. Перад зарадкай праверце патрабаванні да розных тыпаў элементаў сілкавання.

Недахопам нікель-кадміевых акумулятараў з'яўляецца цяжкі "эфект памяці". Гэта адбываецца пры частай перазарадцы часткова разраджаных Ni-Cd акумулятараў: сістэма паводзіць сябе так, як быццам яе ёмістасць роўная толькі зараду, які папаўняецца пры перазарадцы. У некаторых тыпах зарадных прылад "эфект памяці" можна паменшыць, зараджаны элементы ў адмысловым рэжыме.

Таму разраджаныя нікель-кадміевыя акумулятары варта зараджаць па поўным цыкле: спачатку цалкам разрадзіць (выкарыстоўваючы адпаведную функцыю зараднай прылады), а затым зарадзіць. Частая перазарадка таксама зніжае разліковы тэрмін службы ў 1000-1500 цыклаў (такая колькасць аднаразовых элементаў будзе заменена адным акумулятарам на працягу тэрміну службы, таму больш высокі кошт пакупкі акупіць сябе ў шмат разоў, не кажучы ўжо аб значна меншай нагрузцы на акумулятар). навакольнага асяроддзя з вытворчасцю і утылізацыяй клетак).

Ni-Cd элементы, якія змяшчаюць таксічны кадмій, заменены нікель-металагідрыдныя акумулятары (абазначэнне Ni-MH). Іх структура аналагічная Ni-Cd акумулятарам, але замест кадмію выкарыстоўваецца сітаваты металічны сплаў (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, рэдказямельныя металы) са здольнасцю паглынаць вадарод (4). Працоўная напруга Ni-MH элемента таксама складае каля 1,2 У, што дазваляе выкарыстоўваць іх узаемазаменна з NiCd акумулятарамі. Ёмістасць нікель-металагідрыдных элементаў больш, чым у нікель-кадміевых элементаў таго ж памеру. Аднак сістэмы NiMH самаразраджаюцца хутчэй. Ужо ёсць сучасныя канструкцыі, пазбаўленыя гэтага недахопу, але каштуюць яны значна даражэй стандартных мадэляў.

Нікель-металагідрыдныя акумулятары не выяўляюць «эфекту памяці» (часткова разраджаныя элементы можна перазараджваць). Аднак заўсёды неабходна правяраць патрабаванні да зарадкі кожнага тыпу ў інструкцыі да зараднай прылады (5).

У выпадку Ni-Cd і Ni-MH акумулятараў мы не рэкамендуемы іх разбіраць. Па-першае, мы не знойдзем у іх нічога карыснага. Па-другое, нікель і кадмій не з'яўляюцца бяспечнымі элементамі. Не рызыкуйце без неабходнасці і падайце ўтылізацыю падрыхтаваным да гэтага адмыслоўцам.

Кароль акумулятараў, гэта значыць…

6. "Кароль акумулятараў" за працай.

… Свінцова-кіслотны акумулятар, пабудаваны ў 1859 годзе французскім фізікам Гастан Плантэга (так-так - апарату сёлета "стукне" 161 год!). Электраліт батарэі ўяўляе сабой каля 37% раствор сернай кіслаты (VI), а электроды - свінец (анод) і свінец, пакрыты пластом дыяксіду свінцу PbO.₂ (катод). Пры рабоце на электродах утвараецца асадак сульфату свінцу(II)(II)PbSO₄. Пры зарадцы адна вочка мае напругу больш за 2 вольт.

Свінцовая батарэя у яго фактычна ёсць усе недахопы: значная вага, адчувальнасць да разраду і нізкіх тэмператур, неабходнасць захоўвання ў зараджаным стане, рызыка агрэсіўнай уцечкі электраліта і выкарыстанне таксічнага металу. Акрамя таго, патрабуе беражлівага звароту: праверкі шчыльнасці электраліта, далівання вады ў камеры (выкарыстоўвайце толькі дыстыляваную або дэіянізаваную), кантроль напружання (падзенне ніжэй 1,8 Ва ў адной камеры можа прывесці да пашкоджання электродаў) і спецыяльны рэжым зарадкі.

Дык чаму ж старажытная структура ўсё яшчэ выкарыстоўваецца? "Кароль акумулятараў" валодае тым, што з'яўляецца атрыбутам сапраўднага кіраўніка - уладай. Спажыванне току вялікай сілы і высокая энергаэфектыўнасць да 75% (такая колькасць энергіі, якая выкарыстоўваецца для зарадкі, можа быць рэкуперавана ў працэсе эксплуатацыі), а таксама прастата канструкцыі і нізкі сабекошт вытворчасці азначаюць, што свінцовая батарэя выкарыстоўваецца не толькі для запуску рухавікоў унутранага згарання, але і як элемент аварыйнага электразабеспячэння. Нягледзячы на ​​160-гадовую гісторыю, свінцовая батарэя да гэтага часу добра сябе адчувае і не выцесненая іншымі тыпамі гэтых прылад (а разам з ёй і сам свінец, які дзякуючы батарэі з'яўляецца адным з металаў, якія вырабляюцца ў найбуйнейшых колькасці). Пакуль матарызацыя на аснове рухавікоў унутранага згарання працягвае развівацца, яе пазіцыі, верагодна, не будуць пагражаць (6).

Вынаходнікі не спынялі спроб стварыць замену свінцова-кіслотнаму акумулятару. Некаторыя з мадэляў сталі папулярнымі і да гэтага часу выкарыстоўваюцца ў аўтамабільнай прамысловасці. На мяжы дзевятнаццатага і дваццатага стагоддзяў былі створаны канструкцыі, у якіх раствор Н не выкарыстоўваўся.₂SO₄але шчолачныя электраліты. Прыкладам можа служыць нікель-кадміевая батарэя Эрнста Юнгнера, прадстаўленая вышэй. У 1901 годзе Томас Алва Эдысан змянілі канструкцыю, каб выкарыстоўваць жалеза замест кадмію. У параўнанні з кіслотнымі акумулятарамі шчолачныя мадэлі нашмат лягчэй, могуць працаваць пры нізкіх тэмпературах і не так складаны ў звароце. Аднак іх вытворчасць даражэйшая, а энергаэфектыўнасць ніжэйшая.

І што далей?

Вядома, артыкулы, прысвечаныя батарэям, не вычэрпваюць пытанні. Яны не абмяркоўваюць, напрыклад, пытанні літыевых элементаў, якія таксама часта выкарыстоўваюцца для харчавання бытавой тэхнікі, такі як калькулятары або кампутарныя матчыны платы. Больш падрабязна пра іх можна даведацца ў студзеньскім артыкуле аб леташняй Нобелеўскай прэміі па хіміі, а па практычнай частцы - праз месяц (уключаючы знос і вопыт).

Ёсць добрыя далягляды для элементаў, асабліва акумулятараў. Свет становіцца ўсё больш мабільным, а гэта азначае неабходнасць стаць незалежным ад сілавых кабеляў. Таксама вялікай праблемай з'яўляецца забеспячэнне эфектыўнага энергазабеспячэння электрамабіляў. каб яны маглі канкураваць з аўтамабілямі з рухавіком унутранага згарання яшчэ і па эканамічнасці.

акумулятарная батарэя

Для палягчэння ідэнтыфікацыі тыпу клетак уведзены спецыяльны літарна-лічбавы код. Для тыпаў, найбольш часта сустракаемых у нашых дамах для дробнай бытавой тэхнікі, ён мае выгляд лік-літара-літара-нумар.

І гэта:

- першая лічба - колькасць вочак; ігнаруецца для адзіночных ячэек;

– першая літара абазначае тып ячэйкі. Калі ён адсутнічае, вы маеце справу са звяном Лекланшэ. Іншыя тыпы вочак маркіруюцца наступным чынам:

C - літыевы элемент (найболей распаўсюджаны тып),

H – Ni-MH акумулятар,

K - нікель-кадміевая батарэя,

L - шчолачнае вочка;

– наступная літара паказвае на форму звяна:

F - талерка,

R - цыліндрычны,

P – агульнае абазначэнне звёнаў, якія маюць форму, адрозную ад цыліндрычнай;

– канчатковая лічба або лічбы абазначаюць памер звяна (каталожныя значэнні або прама паказваюць памеры) (7).

7. Памеры папулярных элементаў і акумулятараў.

Прыклады маркіроўкі:

R03
– цынк-графітавае вочка памерам з мезенец. Іншае абазначэнне - ААА або .

LR6 - шчолачнае вочка памерам з палец. Іншае абазначэнне - АА або .

HR14 - Ni-MH акумулятар; літара C таксама выкарыстоўваецца для абазначэння памеру.

KR20 - Ni-Cd акумулятар, памер якога таксама пазначаны літарай D.

3LR12 - плоская батарэя напругай 4,5 У, якая складаецца з трох цыліндрычных шчолачных элементаў.

6F22 – 9-вольтавая батарэя, якая складаецца з шасці плоскіх элементаў Лекланшэ.

CR2032 - літыевае вочка дыяметрам 20 мм і таўшчынёй 3,2 мм.

Глядзі таксама: