Akkumulátorvilág – 3. rész

A modern akkumulátorok története a tizenkilencedik században kezdődik, ebből a századból származik a legtöbb ma használatos minta. Ez a helyzet egyrészt az akkori tudósok kiváló elképzeléseiről, másrészt az új modellek kidolgozása során felmerülő nehézségekről tanúskodik.

Kevés dolog olyan jó, hogy ne lehetne javítani rajta. Ez a szabály az akkumulátorokra is vonatkozik - a XNUMX. századi modelleket sokszor finomították, amíg el nem öltötték jelenlegi formájukat. Ez vonatkozik a Leclanchet sejtek.

Link a javításhoz

A francia vegyész dizájnja megváltozott Carl Gassner egy igazán hasznos modellé: olcsó a gyártás és biztonságos a használata. Azonban továbbra is voltak problémák – az elem cinkbevonata a tálat megtöltő savas elektrolittal való érintkezéskor korrodált, és az agresszív tartalom kifröccsenése letilthatja az árammal működő eszközt. A döntés az lett keveredés a cinktest belső felülete (higany bevonat).

A cink-amalgám gyakorlatilag nem lép reakcióba savakkal, de megőrzi a tiszta fém összes elektrokémiai tulajdonságát. A környezetvédelmi előírások miatt azonban egyre ritkábban alkalmazzák a cellák élettartamának ezt a meghosszabbítását (higanymentes cellákon a vagy) felirat található (1).

2. Lúgos cellák elrendezése: 1) tok (katódvezeték), 2) mangán-dioxidot tartalmazó katód, 3) elektródleválasztó, 4) KOH-t és cinkport tartalmazó anód, 5) anódkivezetés, 6) cellatömítés (elektródaszigetelő) . .

A sejtek élettartamának és élettartamának növelésének másik módja a hozzáadás cink-klorid ZnCl₂ csészetöltő pasztához. Az ilyen kialakítású cellákat gyakran Heavy Duty-nak nevezik, és (ahogy a neve is sugallja) energiaigényesebb eszközök táplálására tervezték.

Az eldobható akkumulátorok területén áttörést jelentett az 1955-ös építés lúgos sejt. Kanadai mérnök találmánya Lewis Urry, amelyet a jelenlegi Energizer cég használ, felépítése kissé eltér a Leclanchet celláétól.

Először is, nem találsz ott grafitkatódot vagy cinkpoharat. Mindkét elektróda nedves, szétválasztott paszta formájában készül (sűrítők és reagensek: a katód mangán-dioxid és grafit keverékéből, az anód cinkpor kálium-hidroxid keverékéből áll), a kivezetések fémből ( 2). A működés közben fellépő reakciók azonban nagyon hasonlóak a Leclanchet cellában fellépő reakciókhoz.

Egy feladat. Végezzen "kémiai boncolást" egy lúgos cellán, hogy megtudja, hogy a tartalom valóban lúgos (3). Ne feledje, hogy ugyanezek az óvintézkedések vonatkoznak a Leclanchet cella szétszerelésére is. Tekintse meg az Elemkód mezőt az alkáli cella azonosításához.

3. A lúgos cella "szelvénye" megerősíti a lúgtartalmat.

Házi készítésű akkumulátorok

4. Háztartási Ni-MH és Ni-Cd akkumulátorok.

A használat után újratölthető cellák az elektromosság tudományának fejlődésének kezdetétől a tervezők célja, ebből fakad a sokféleségük.

Jelenleg a háztartási kisgépek táplálására használt modellek egyike nikkel-kadmium akkumulátorok. Prototípusuk 1899-ben jelent meg, amikor egy svéd feltaláló elkészítette. Ernst Jungner szabadalmat kért egy nikkel-kadmium akkumulátorra, amely versenyezhet az autóiparban már széles körben használt akkumulátorokkal. ólom-sav akkumulátor.

A cella anódja kadmium, a katód háromértékű nikkelvegyület, az elektrolit kálium-hidroxid-oldat (modern „száraz” kivitelben KOH-oldattal telített sűrítőanyagok nedves pasztája). A Ni-Cd akkumulátorok (ez a jelölésük) körülbelül 1,2 V üzemi feszültséggel rendelkeznek - ez kisebb, mint az eldobható celláké, ami azonban a legtöbb alkalmazásnál nem jelent problémát. Nagy előnye a jelentős áramfogyasztás (akár néhány amper) és a széles üzemi hőmérséklet-tartomány.

5. Töltés előtt ellenőrizze a különböző típusú akkumulátorokra vonatkozó követelményeket.

A nikkel-kadmium akkumulátorok hátránya a megterhelő "memóriaeffektus". Ez a részlegesen lemerült Ni-Cd akkumulátorok gyakori újratöltésénél fordul elő: a rendszer úgy viselkedik, mintha kapacitása csak az újratöltéssel feltöltött töltéssel egyenlő. Egyes töltőtípusoknál a "memóriaeffektus" csökkenthető a cellák speciális üzemmódban történő töltésével.

Ezért a lemerült nikkel-kadmium akkumulátorokat teljes ciklusban kell feltölteni: először teljesen le kell meríteni (a megfelelő töltő funkcióval), majd újra kell tölteni. A gyakori újratöltés az 1000-1500 ciklusra becsült élettartamot is csökkenti (ezt a sok eldobható cellát egyetlen akkumulátor cseréli ki az élettartama alatt, így a magasabb beszerzési költség sokszorosan megtérül, nem beszélve arról, hogy sokkal kisebb terhelést jelent az akkumulátor ). környezet a sejtek előállításával és ártalmatlanításával).

A mérgező kadmiumot tartalmazó Ni-Cd elemeket kicserélték nikkel-fémhidrid akkumulátorok (Ni-MH jelölés). Szerkezetük hasonló a Ni-Cd akkumulátorokhoz, de kadmium helyett porózus fémötvözetet (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, ritkaföldfémek) alkalmaznak, amely képes hidrogént elnyelni (4). A Ni-MH cella üzemi feszültsége is körülbelül 1,2 V, ami lehetővé teszi, hogy NiCd akkumulátorokkal felcserélhetően használhatók. A nikkel-fémhidrid cellák kapacitása nagyobb, mint az azonos méretű nikkel-kadmium celláké. A NiMH rendszerek azonban gyorsabban önkisülnek. Már vannak olyan modern kialakítások, amelyeknek nincs ilyen hátránya, de sokkal többe kerülnek, mint a szabványos modellek.

A nikkel-fém-hidrid akkumulátorok nem mutatnak „memória effektust” (a részben lemerült cellák újratölthetők). Azonban mindig ellenőrizni kell az egyes típusok töltési követelményeit a töltő használati útmutatójában (5).

Ni-Cd és Ni-MH akkumulátorok esetén nem javasoljuk a szétszerelést. Először is, semmi hasznosat nem találunk bennük. Másodszor, a nikkel és a kadmium nem biztonságos elemek. Ne kockáztasson feleslegesen, és bízza az ártalmatlanítást képzett szakemberekre.

Az akkumulátorok királya, vagyis...

6. "Akkumulátorok királya" a munkahelyen.

… Ólom-sav akkumulátor1859-ben építette egy francia fizikus Gastona Plantego (igen, igen, idén lesz 161 éves a készülék!). Az akkumulátor elektrolitja körülbelül 37%-os kénsav (VI) oldat, az elektródák pedig ólom (anód) és ólomréteggel bevont ólom-dioxid PbO.₂ (katód). Működés közben ólom(II)(II)PbSO-szulfát csapadék képződik az elektródákon₄. Töltéskor egy cella feszültsége meghaladja a 2 voltot.

ólom akkumulátor tulajdonképpen minden hátránya megvan: jelentős súly, kisülési és alacsony hőmérsékleti érzékenység, feltöltött állapotban való tárolás szükségessége, agresszív elektrolitszivárgás veszélye és mérgező fémek használata. Ezenkívül gondos kezelést igényel: az elektrolit sűrűségének ellenőrzése, víz hozzáadása a kamrákhoz (csak desztillált vagy ionmentesített), feszültség szabályozás (az egyik kamrában 1,8 V alá csökkenő feszültség károsíthatja az elektródákat) és egy speciális töltési mód.

Miért van tehát még mindig használatban az ősi szerkezet? A „Felhalmozók Királyának” van egy igazi uralkodó tulajdonsága – a hatalom. A nagy áramfelvétel és a magas, akár 75%-os energiahatékonyság (ez a töltéshez felhasznált energia visszanyerhető működés közben), valamint az egyszerű kialakítás és az alacsony előállítási költség azt jelenti, hogy ólom akkumulátor Nemcsak belső égésű motorok indítására használják, hanem vészhelyzeti áramellátás elemeként is. A 160 éves múlt ellenére az ólomakkumulátor továbbra is jól működik, és nem váltották ki más típusú készülékek (és vele együtt maga az ólom, amely az akkumulátornak köszönhetően az egyik legnagyobb mennyiségben előállított fém) . Amíg a belső égésű motorokra épülő motorizáció tovább fejlődik, valószínűleg nem lesz veszélyben a pozíciója (6).

A feltalálók nem hagyták abba az ólom-savas akkumulátor cseréjét. Néhány modell népszerűvé vált, és a mai napig használatos az autóiparban. A tizenkilencedik és huszadik század fordulóján olyan tervek születtek, amelyekben nem használtak H-oldatot.₂SO₄hanem lúgos elektrolitok. Példa erre a fent látható Ernst Jungner nikkel-kadmium akkumulátora. 1901-ben Thomas Alva Edison megváltoztatta a kialakítást, hogy vasat használjon kadmium helyett. A savas elemekhez képest az alkáli elemek sokkal könnyebbek, alacsony hőmérsékleten is működnek, és nem olyan nehéz őket kezelni. Előállításuk azonban drágább, energiahatékonysága alacsonyabb.

Szóval, mi lesz ezután?

Természetesen az akkumulátorokról szóló cikkek nem merítik ki a kérdéseket. Nem tárgyalják például a lítium cellákat, amelyeket általában háztartási készülékek, például számológépek vagy számítógépes alaplapok táplálására is használnak. Róluk többet megtudhat a tavalyi kémiai Nobel-díjról szóló januári cikkben, a gyakorlati részről pedig egy hónap múlva (beleértve a bontást és a tapasztalatokat is).

Jó kilátások vannak a cellákra, különösen az akkumulátorokra. A világ egyre mobilabbá válik, ami azt jelenti, hogy függetlenedni kell a tápkábelektől. Nagy kihívást jelent az elektromos járművek hatékony energiaellátásának biztosítása is. - hogy takarékosságban is felvegyék a versenyt a belső égésű motorral szerelt autókkal.

akkumulátor elem

A cellatípus azonosításának megkönnyítésére egy speciális alfanumerikus kódot vezettek be. Az otthonunkban leggyakrabban előforduló kisgépek típusainál szám-betű-betű-szám alakú.

És igen:

- az első számjegy a cellák száma; figyelmen kívül hagyva az egyes celláknál;

– az első betű a cella típusát jelzi. Ha hiányzik, akkor a Leclanche hivatkozással van dolgod. Az egyéb sejttípusok jelölése a következő:

C - lítium cella (a leggyakoribb típus),

H - Ni-MH akkumulátor,

K - nikkel-kadmium akkumulátor,

L – lúgos cella;

- a következő betű a link alakját jelzi:

F - lemez,

R - hengeres,

P - a hengerestől eltérő alakú láncszemek általános jelölése;

– a végső ábra vagy számok a link méretét jelzik (katalógusértékek vagy közvetlenül a méretek feltüntetése) (7).

7. Népszerű cellák és akkumulátorok méretei.

Jelölési példák:

R03
- egy kisujjnyi méretű cink-grafit cella. Egy másik elnevezés az AAA ill.

LR6 - ujjnyi méretű lúgos sejt. Egy másik elnevezés az AA ill.

HR14 – Ni-MH akkumulátor; a C betűt a méret jelzésére is használják.

KR20 – Ni-Cd akkumulátor, melynek mérete szintén D betűvel van jelölve.

3LR12 – 4,5 V feszültségű, három hengeres alkáli cellából álló, lemerült akkumulátor.

6F22 - 9 voltos akkumulátor, hat Leclanchet lapos cellából áll.

CR2032 – 20 mm átmérőjű és 3,2 mm vastag lítium cella.

Lásd még: