Az akkumulátorok a legelterjedtebb áramforrások az alapvető kézi eszközökhöz nagyszabású ipari alkalmazásokhoz. Az elem meghatározható, mivel egy vagy több olyan elektrokémiai cella kombinációja, amely képes a tárolt kémiai energiát elektromos energiává alakítani.
Az akkumulátor működése:
Az akkumulátor olyan eszköz, amely különféle voltaelemekből áll. Mindegyik voltaelem két fél cellából áll, amelyeket anionokat és macskaionokat tartó vezetőképes elektrolit sorba köt. Az egyik félcellában van elektrolit és az elektróda, amelyhez az anionok mozognak, vagyis az anód vagy a negatív elektróda, a másik fél cellába pedig az elektrolit és az elektróda, amelyhez a macskaionok mozognak, vagyis a katód vagy a pozitív elektróda.
Az akkumulátort tápláló redox reakcióban a katódban lévő kationok redukciója következik be, míg az anódnál az anionok oxidációja következik be. Az elektródák nem érintkeznek egymással, hanem elektromosan kapcsolódnak az elektrolithoz. Leginkább a sejtek felében vannak különböző elektrolitok. Minden félcellának tekintett dolog egy tartályba van zárva, és az ionok számára porózus szeparátor, de az elektrolitok nagy része nem teszi lehetővé a keveredést.
Az akkumulátor működése
Mindegyik fél cellának van egy elektromotoros ereje (Emf), amelyet az a képesség határoz meg, hogy az elektromos áramot a cella belsejéből kifelé irányítja. A sejt nettó emf-je a félsejtjeinek emf-je közötti különbség. Ily módon, ha az elektródák emf-vel rendelkeznek, más szóval, a nettó emf a félreakciók redukciós potenciálja közötti különbség.
Hogyan kell karbantartani az akkumulátort?
Az akkumulátor jó állapotának fenntartása érdekében szükséges az akkumulátor kiegyenlítése. Az öregedés miatt az összes sejt nem tölt hasonlóan, és egyes sejtek rendkívül gyorsan fogadják a töltést, míg mások fokozatosan. A kiegyenlítést úgy tehetjük meg, hogy kis mértékben feltöltjük az akkumulátort, hogy a gyengébb cellák is teljesen feltöltődhessenek. A teljesen feltöltött akkumulátor kapcsafeszültsége 12 V, az autó akkumulátorának kapcsa 13,8 V, míg egy 12 voltos cső alakú akkumulátor 14,8 V. Az autó akkumulátorát szilárdan rögzíteni kell a járműben a rázkódás elkerülése érdekében. Az inverter akkumulátorát lehetőség szerint fa deszkára kell helyezni.
2 típusú elem
1) Elsődleges elemek:
Ahogy a neve is jelzi, ezek az elemek egyszeri használatra szolgálnak. Miután ezeket az elemeket felhasználta, nem lehet újratölteni, mivel az eszközök nem könnyen reverzibilisek, és előfordulhat, hogy az aktív anyagok nem térnek vissza eredeti formájukhoz. Az akkumulátorgyártók nem javasolják az elsődleges cellák újratöltését.
Az eldobható elemek példái közé tartoznak a normál AA, AAA típusú elemek, amelyeket faliórákban, televíziós távirányítókban stb. Használunk. Ezeknek az elemeknek az elnevezése az eldobható elemek.
Típusú akkumulátor
2) Másodlagos elemek:
A másodlagos elemeket újratölthető elemeknek is nevezik. Ezeket az akkumulátorokat egyszerre lehet használni és újratölteni. Rendszerint olyan aktív anyagokkal vannak összeállítva, amelyek aktívak lemerült állapotban. Az újratölthető elemeket elektromos árammal töltik fel, ami megfordítja a kisülés során fellépő kémiai reakciókat. A töltők a szükséges áramot szolgáltató eszközök.
Néhány példa ezekre az újratölthető akkumulátorokra a mobiltelefonokban, MP3 lejátszókban stb. Használt eszközök. Az olyan eszközök, mint a hallókészülékek és a karórák, miniatűr cellákat használnak, és olyan helyeken, mint a telefonközpontok vagy a számítógépes adatközpontok, nagyobb elemeket használnak.
Másodlagos elemek
A másodlagos (újratölthető) elemek típusai:
SMF, ólomsav, Li és Nicd
SMF akkumulátor:
Az SMF egy lezárt karbantartásmentes akkumulátor, amelyet megbízható, következetes és alacsony karbantartási energiát kínál az UPS alkalmazásokhoz. Ezeket az elemeket mély ciklusú alkalmazások és minimális karbantartásnak lehet alávetni vidéki és áramhiányos területeken. Ezek az akkumulátorok 12 V-tól kaphatók.
A mai informatív világban nem lehet figyelmen kívül hagyni azt a követelményt, hogy az akkumulátorrendszereket úgy tervezték meg, hogy helyreállítsák a kulcsfontosságú minősített adatokat és információkat, és az alapvető műszereket futtassák a kívánt időtartamig. Azonnali áramellátáshoz akkumulátorokra van szükség. A megbízhatatlan és alacsonyabb szintű akkumulátorok az adatok és a berendezések leállásának elvesztését eredményezhetik, ami jelentős pénzügyi veszteségeket okozhat a vállalatoknak. Ezt követően az UPS szegmensek megbízható és bevált akkumulátorrendszer használatát szorgalmazzák.
SMF akkumulátor
Lítium (Li) akkumulátor:
Mindannyian hordozható eszközökben használjuk, mint például mobiltelefon, laptop vagy elektromos kéziszerszám. A lítium akkumulátor az elmúlt évtized egyik legnagyobb eredménye a hordozható energiában. A lítium akkumulátorok használatával a fekete-fehér mobilról a színes mobilra tudtunk váltani olyan kiegészítő funkciókkal, mint a GPS, az e-mail értesítések stb. Ezek a magasak energia sűrűségű potenciál eszközök nagyobb kapacitásokhoz. És viszonylag alacsony önkisülési elemek. A Speciális cellák nagyon nagy áramot képesek biztosítani olyan alkalmazásokhoz, mint az elektromos szerszámok.
Li akkumulátor
Nikkel kadmium (Nicd) akkumulátor:
A nikkel kadmium akkumulátorok előnye, hogy sokszor újratöltik őket, és viszonylag állandó potenciállal rendelkeznek kisülés alatt, és nagyobb elektromos és fizikai ellenállóképességgel rendelkeznek. Ez az akkumulátor nikkel-oxidot használ a katódhoz, kadmium-vegyületet az anódhoz és kálium-hidroxid-oldatot használ elektrolitjaként.
Az akkumulátor feltöltésekor a katód kémiai összetétele átalakul, és a nikkel-hidroxid NIOOH-ra változik. Az anódban a kadmium-ionok képződése a kadmium-hidroxidból történik. Amikor az akkumulátor lemerült, a kadmium reagál a NiOOH-val, és így nikkel-hidroxidot és kadmium-hidroxidot képez.
Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Ólom-sav akkumulátor:
Az ólom-sav akkumulátorokat széles körben használják gépjárművekben, inverterekben, tartalék áramellátó rendszerekben stb. Az ólomsav akkumulátor lemezek sorozatából áll, amelyeket kénsavoldatba merítenek. A lemezeken rácsok vannak, amelyekre az aktív anyag kapcsolódik. A lemezeket pozitív és negatív lemezekre osztjuk. A pozitív lemezek tiszta ólmot tartanak aktív anyagként, miközben az ólomoxid kapcsolódik a negatív lemezekhez.
Ólom-sav akkumulátor
A teljesen feltöltött akkumulátor lemerítheti az áramát, ha terheléshez csatlakozik. A kisülési folyamat során a kénsav a pozitív és negatív lemezeken lévő hatóanyagokkal kombinálva ólom-szulfátot képez. A víz az ólom-sav akkumulátor fenntartásának legfontosabb lépése. A víz gyakorisága függ a felhasználástól, a töltési módtól és az üzemi hőmérséklettől. A folyamat során a kénsav hidrogénatomjai oxigénnel reagálva vizet képeznek.
Ennek eredményeként elektronok szabadulnak fel a pozitív lemezekről, amelyeket a negatív lemezek elfogadnak. Ez elektromos potenciál kialakulásához vezet az akkumulátoron keresztül. Az ólomsav akkumulátor elektrolitja kénsav és víz keveréke, amelynek fajsúlya van. A fajsúly a sav-víz keverék súlya az azonos térfogatú vízhez viszonyítva. A tiszta ionok nélküli szabad víz fajsúlya 1.
Az ólom-sav akkumulátorok biztosítják a legjobb ár-érték arányt és energiát kilowattóránként, amelyeknek a leghosszabb az életciklusa és nagy a környezeti előnyük, mivel rendkívül nagy arányban hasznosítják őket. Semmilyen más kémia nem érheti meg az ólom-sav akkumulátorok gyűjtésére, szállítására és újrahasznosítására szolgáló infrastruktúrát.
A cikk mellett a lítium-ion akkumulátor előnyeit és hátrányait is tárgyaljuk.
Lítium - ion akkumulátor működése
A lítium-ion akkumulátorok mára népszerűek az elektronikus hordozható eszközök többségében, például a mobiltelefonban, a laptopban, a digitális fényképezőgépben stb., Tartós energiahatékonyságuk miatt. Ezek a legnépszerűbb újratölthető elemek, amelyek olyan előnyökkel járnak, mint a legjobb energiasűrűség, elhanyagolható töltésveszteség és nincs memóriahatás. A Li-Ion akkumulátor lítium-ionokat használ töltéshordozóként, amelyek a negatív elektródtól a pozitív elektródáig mozognak a töltés során és vissza töltés közben. Töltés közben a töltő külső áramának túlfeszültsége van, mint az akkumulátorban. Ez arra kényszeríti az áramot, hogy a pozitív és a negatív elektróda között fordított irányban haladjon, ahol az interkalációnak nevezett folyamat révén a lítiumionok beágyazódnak a porózus elektród anyagába. A Li-ionok átjutnak a nem vizes elektroliton és a szeparátor membránon. Az elektróda anyaga interkalált lítiumvegyület.
A Li-Ion akkumulátor negatív elektródája szénből, a pozitív elektróda fémoxidból áll. A negatív elektród leggyakrabban a grafit, míg a pozitív elektródban lítium-kobalt-oxid, lítium-ion-foszfát vagy lítium-mangán-oxid lehet. Elektrolitként szerves oldószerben lévő lítiumsót használunk. Az elektrolit tipikusan szerves karbonátok, például etilén-karbonát vagy lítium-ionokat tartalmazó dietil-karbonát keveréke. Az elektrolit olyan anionos sókat használ, mint a lítium-hexa-fluorfoszfát, a lítium-hexa-fluorid-arzenát-monohidrát, a lítium per klorát, a lítium-hexa-fluor-borát stb. A tiszta lítium a vízzel intenzíven reagálva lítium-hidroxid- és hidrogénionokat képez. Tehát az alkalmazott elektrolit nem vizes szerves oldószer. Az anód és a katód között töltődő elektródák elektrokémiai szerepe az áram áramlásának irányától függ.
Li-ion akkumulátor reakció
A Li-Ion akkumulátorban mindkét elektróda képes befogadni és felszabadítani a lítiumionokat. Az interkalációs folyamat során a lítiumionok elmozdulnak az elektródába. A de interkalációnak nevezett fordított folyamat során a lítiumionok visszaköltöznek. Kibocsátás során a pozitív lítiumionokat kivonják a negatív elektródokból és beillesztik a pozitív elektródába. A töltési folyamat során a lítiumionok fordított mozgása megy végbe.
A lítium-ion akkumulátor előnyei:
A lítium-ion akkumulátorok felülmúlják a NiCd elemeket és más másodlagos elemeket. Néhány előnye van
- Könnyű más hasonló méretű elemekhez képest
- Különböző formákban kapható, beleértve lapos formát is
- Magas nyitott áramkör, amely növeli az áramátvitelt alacsony áram mellett
- Memóriahiány.
- Nagyon alacsony önkibocsátási arány, havonta 5-10%. Az önkisülés körülbelül 30% NiCd és NiMh akkumulátorokban.
- Környezetbarát akkumulátor ingyenes lítiumfém nélkül
De az előnyök mellett, mint más akkumulátorok, a Li-Ion akkumulátorok is szenvednek bizonyos hátrányokat.
A Li-Ion akkumulátor hátrányai:
- Az elektrolit belsejében lévő lerakódások idővel gátolják a töltés áramlását. Ez növeli az akkumulátor belső ellenállását, és a cella áramellátó képessége fokozatosan csökken.
- A magas töltés és a magas hőmérséklet kapacitásvesztéshez vezethet
- Túlmelegedés esetén a Li-Ion akkumulátor hőfutást szenvedhet, és megrepedhet a cella.
- Mély lemerülés esetén rövidzár lehet a Li-Ion akkumulátor. Tehát ennek megakadályozása érdekében egyes gyártók belső kikapcsolási áramkörökkel rendelkeznek, amelyek kikapcsolják az akkumulátort, ha annak feszültsége meghaladja a biztonságos 3–4,2 volt szintet. Ebben az esetben, ha az akkumulátor sokáig nem használ, a belső áramkör fogyasztja az áramot, és lemeríti az akkumulátort a leállítási feszültség alatt. Tehát az ilyen akkumulátorok töltéséhez a normál töltők nem hasznosak.
