Sähköakkujen käyttöalue on erittäin laaja. Niitä käytetään sähkön lähteinä lasten lelujaja sähkötyökaluissa sekä vetovoiman lähteenä sähköajoneuvoissa. Käyttääksesi paristoja oikein, sinun on tiedettävä niiden ominaisuudet, vahvuudet ja heikkoudet.
Sisältö
Mikä on sähköakku ja miten se toimii
Sähköakku - se on uusiutuva sähköenergian lähde. Toisin kuin galvaaniset kennot, se voidaan ladata uudelleen purkamisen jälkeen. Periaatteessa kaikki akut on järjestetty samalla tavalla ja koostuvat katodista ja elektrolyyttiin sijoitetusta anodista.
Elektrodien materiaali ja elektrolyytin koostumus voivat olla erilaisia, ja tämä määrittää akkujen kuluttajaominaisuudet ja niiden laajuuden.Katodin ja anodin väliin voidaan sijoittaa huokoinen dielektrinen erotin - elektrolyytillä kyllästetty erotin. Mutta se määrittää suurimmaksi osaksi kokoonpanon mekaaniset ominaisuudet, eikä se vaikuta olennaisesti elementin toimintaan.
Yleensä akun toiminta perustuu kahteen energiamuunnokseen:
- sähköstä kemikaaliksi latauksen aikana;
- kemikaalia sähköön purkauksen aikana.
Molemmat muunnostyypit perustuvat palautuviin kemiallisiin reaktioihin, joiden etenemisen määräävät akussa käytetyt aineet. Joten lyijyhappokennossa anodin aktiivinen osa on valmistettu lyijydioksidista ja katodi metallista lyijyä. Elektrodit ovat rikkihapon elektrolyytissä. Kun lyijydioksidi puretaan anodilla, se pelkistyy muodostaen lyijysulfaattia ja vettä, ja katodissa oleva lyijy hapetetaan lyijysulfaatiksi. Latauksen aikana tapahtuu käänteisiä reaktioita. Muiden mallien akuissa komponentit reagoivat eri tavalla, mutta periaate on samanlainen.
Paristojen tyypit ja tyypit
Akkujen kulutusominaisuudet määräytyvät pääasiassa niiden valmistustekniikan perusteella. Arjessa ja teollisuudessa useat akkukennotyypit ovat yleisimpiä.
Lyijyhappo
Tämäntyyppinen akku keksittiin 1800-luvun puolivälissä, ja sillä on edelleen oma sovellusrakonsa. Sen etuja ovat:
- yksinkertainen, edullinen ja vuosikymmeniä vanha tuotantotekniikka;
- korkea nykyinen ulostulo;
- pitkä käyttöikä (300 - 1000 lataus-purkausjaksoa);
- pienin itsepurkautumisvirta;
- ei muistiefektiä.
On myös haittoja.Ensinnäkin tämä on alhainen ominaisenergiaintensiteetti, mikä johtaa mittojen ja painon kasvuun. Myös alhaisissa lämpötiloissa, erityisesti alle -20 °C:ssa, suorituskyky on heikko. Myös hävittämisessä on ongelmia - lyijyyhdisteet ovat melko myrkyllisiä. Mutta tämä tehtävä tulee käsitellä muun tyyppisten akkujen kohdalla.
Vaikka lyijyakut on optimoitu optimaalisiksi, tässäkin on parantamisen varaa. Esimerkiksi on olemassa AGM-tekniikka, jonka mukaan elektrolyytillä kyllästetty huokoinen materiaali asetetaan elektrodien väliin. Tämä ei vaikuta sähkökemiallisiin lataus- ja purkausprosesseihin. Pohjimmiltaan tämä parantaa akkujen mekaanisia ominaisuuksia (värinänkestävyys, kyky työskennellä melkein missä tahansa asennossa jne.) ja lisää jonkin verran käyttöturvallisuutta.
Merkittävä etu on myös parempi toiminta ilman kapasitanssin ja virrankulutuksen menetystä miinus 30 °C:n lämpötiloissa. AGM-akkujen valmistajat väittävät lisäävän käynnistysvirtaa ja resursseja.
Geeliakut ovat toinen muunnelma lyijyakkuista. Elektrolyytti paksunee hyytelömäiseksi. Tämä estää elektrolyytin vuotamisen käytön aikana ja eliminoi kaasujen muodostumisen mahdollisuuden. Mutta virtateho on jonkin verran pienempi, mikä rajoittaa mahdollisuutta käyttää geeliakkuja käynnistysakkuina. Tällaisten akkujen ilmoitetut ihmeominaisuudet lisääntyneen kapasiteetin ja lisääntyneen resurssin suhteen ovat markkinoijien omallatunnolla.
Lyijyakut ladataan yleensä jännitteen stabilointitilassa. Samalla akun jännite kasvaa ja latausvirta pienenee. Latausprosessin päättymiskriteeri on virran pudotus asetettuun rajaan.
Nikkeli-kadmium
Heidän vuosisatansa lähenee loppuaan, ja laajuus pienenee vähitellen. Niiden suurin haittapuoli on selvä muistiefekti. Jos aloitat lataamaan epätäydellisesti tyhjentynyttä Ni-Cd-akkua, elementti "muistaa" tämän tason, ja kapasiteetti määritetään edelleen tästä arvosta. Toinen ongelma on alhainen ympäristöystävällisyys. Myrkylliset kadmiumyhdisteet aiheuttavat ongelmia tällaisten akkujen hävittämisessä. Muita haittoja ovat:
- korkea taipumus itsepurkautumiseen;
- suhteellisen alhainen virrankulutus.
Mutta on myös plussia:
- halpa;
- pitkä käyttöikä (jopa 1000 lataus-purkausjaksoa);
- kyky tuottaa suurta virtaa.
Tällaisten akkujen etuihin kuuluu myös kyky työskennellä alhaisissa negatiivisissa lämpötiloissa.
Ni-Cd-kennojen lataus tapahtuu tasavirtatilassa. Voit käyttää kapasiteetin täysimääräisesti lataamalla latausvirran tasaisella tai asteittaisella laskulla. Prosessin loppua ohjataan alentamalla kennojännitettä.
Nikkelimetallihydridi
Suunniteltu korvaamaan nikkelikadmiumparistot. Monet ominaisuudet ja kulutusominaisuudet ovat korkeammat kuin Ni-Cd:llä. Muistiilmiöstä saatiin osittain eroon, energiaintensiteettiä voitiin lisätä noin puolitoista kertaa ja itsepurkautumistaipumusta pienennettiin. Samalla säilytettiin korkea virran hyötysuhde ja kustannukset pysyivät suunnilleen samalla tasolla. Ympäristöongelma on lieventynyt – akut valmistetaan ilman myrkyllisiä yhdisteitä. Mutta meidän piti maksaa tästä huomattavasti pienemmillä resursseilla (jopa 5 kertaa) ja kyvyllä työskennellä negatiivisissa lämpötiloissa - vain -20 ° C: een verrattuna -40 ° C: een nikkeli-kadmiumilla.
Tällaiset kennot ladataan tasavirtatilassa. Prosessin loppua ohjataan nostamalla kunkin elementin jännite 1,37 volttiin. Edullisin on pulssivirtamuoto negatiivisilla ylijännitteillä. Tämä eliminoi muistiefektin vaikutukset.
Li-ion
Litiumioniakut valtaavat maailman. Ne syrjäyttävät muun tyyppiset akut niiltä alueilta, joilla tilanne näytti horjumattomalta. Li-ion-kennillä ei käytännössä ole muistivaikutusta (se on olemassa, mutta teoreettisella tasolla), ne kestävät jopa 600 lataus-purkaussykliä, energiaintensiteetti on 2-3 kertaa suurempi kuin nikkelimetallihydridin kapasiteetin ja painon suhde paristot.
Taipumus itsepurkautumiseen varastoinnin aikana on myös minimaalinen, mutta sinun on kirjaimellisesti maksettava kaikesta tästä - tällaiset akut ovat paljon kalliimpia kuin perinteiset. Voidaan odottaa hinnanalennuksia tuotannon kehittyessä, kuten yleensä tapahtuu, mutta muita tällaisten akkujen luontaisia haittoja - heikentynyttä virran tehokkuutta, kyvyttömyyttä työskennellä negatiivisissa lämpötiloissa - ei todennäköisesti voida voittaa olemassa olevien teknologioiden puitteissa.
Yhdessä lisääntyneen palovaaran kanssa tämä vaikeuttaa jonkin verran käyttöä Li-ion akut. On myös pidettävä mielessä, että tällaiset elementit voivat hajota. Vaikka niitä ei ladata ja pureta, niiden resurssit itse menevät nollaan 1,5 ... 2 vuoden varastoinnin aikana.
Edullisin lataustapa on kaksivaiheinen. Ensin vakaa virta (tasaisesti kasvavalla jännitteellä), sitten vakaa jännite (tasaisesti laskevalla virralla). Käytännössä toinen vaihe toteutetaan asteittain pienennetyn latausvirran muodossa. Vielä useammin tämä vaihe koostuu yhdestä vaiheesta - stabiloitu virta yksinkertaisesti pienenee.
Akkujen tärkeimmät ominaisuudet
Ensimmäinen parametri, johon kiinnitetään huomiota akkua valittaessa, on sen Nimellisjännite. Yhden akkukennon jännite määräytyy kennon sisällä tapahtuvien fysikaalis-kemiallisten prosessien mukaan, ja se riippuu akun tyypistä. Yksi täyteen ladattu pankki antaa:
- lyijyhappoelementti - 2,1 volttia;
- nikkeli-kadmium - 1,25 volttia;
- nikkelimetallihydridi - 1,37 volttia;
- litiumioni - 3,7 volttia.
Suuremman jännitteen saamiseksi kennot kootaan paristoiksi. Joten auton akkua varten sinun on kytkettävä 6 lyijyhappotölkkiä sarjaan saadaksesi 12 volttia (tarkemmin sanottuna 12,6 V) ja 18 voltin ruuvimeisselillä - 5 litiumionipurkkia, kukin 3,7 volttia.
Toinen tärkeä parametri on kapasiteettia. Määrittää akun keston kuormitettuna. Se mitataan ampeeritunteina (virran ja ajan tulo). Joten akku, jonka kapasiteetti on 3 A⋅h, purkautuessaan 1 ampeerin virralla, purkautuu 3 tunnissa ja 3 ampeerin virralla - 1 tunnissa.
Tärkeä! Tarkkaan ottaen, Akun kapasiteetti riippuu virrasta purkaus, joten virran ja purkausajan tulo eri kuormitusarvoilla yhdelle akulle ei ole sama.
Ja kolmas tärkeä parametri - nykyinen tarjonta. Tämä on suurin virta, jonka akku voi tuottaa. Se on tärkeää esim auton akku - määrittää mahdollisuuden kääntää moottorin akselia kylmänä vuodenaikana. Myös kyky tuottaa suurta virtaa, mikä luo suuren vääntömomentin, on tärkeä esimerkiksi sähkötyökaluille. Ja mobiililaitteisiin tämä ominaisuus ei ole niin tärkeä.
Akkujen sähköiset ominaisuudet ja kuluttajaominaisuudet riippuvat niiden suunnittelusta ja valmistustekniikasta. Akkujen oikea käyttö tarkoittaa uusiutuvien kemiallisten voimalähteiden etujen hyödyntämistä ja haittojen tasoittamista.
Samanlaisia artikkeleita:
