Typy baterií

Naše staré přátele

Olovo-kyselina,

Když byl v poslední době jste musel vytáhnout kliku, vložte ji do vašeho vozu klikového hřídele a dát to zase dobře, že si motor běží? Nikdy? Je to proto, že máme olověné baterie připojené k našim motorům automobilů, které zajišťují výbuch energie, kterou motor potřebuje jít. Ty vynalezl Gaston Planté v roce 1859.

jak název napovídá, tyto baterie mají v sobě nějaký olovo. Ve skutečnosti, obě elektrody (na vodiči, přes který elektřiny vstoupí nebo opustí baterie) obsahují některé olova a anoda (pozitivně změnil elektroda) je vyroben z olova, kov (Pb) a katodě (záporně nabitá elektroda) je vést uhličitého (PbO2). Elektrody jsou umístěny v elektrolytovém roztoku kyseliny sírové (H2SO4), který je tvořen vodíkovými ionty (H+) a bisulfátovými ionty (HSO4).,

vést na anodě reaguje s bisulphate z elektrolytu, se uvolní elektrony, a výrobu síranu olovnatého, který tvoří krystaly na anodě, a vodíkové ionty, které jdou do elektrolytu. Elektrony putovat ke katodě přes vnější obvod, kde jsou spolu s bisulphate a vodíkových iontů z elektrolytu, reagují s vedení oxidu manganičitého. To také produkuje síran olovnatý, který opět tvoří krystaly, tentokrát na katodě.,

olověné baterie jsou dobíjecí-ty v našich autech se nabíjejí pomocí malého generátoru připojeného k motoru, nazývaného alternátor. To je důvod, proč, když jste nechali auto světla na a baterie je pryč plochý je vhodné jezdit na chvíli po získání jump-start dát čas baterie znovu nabít.

při nabíjení baterie jsou výše popsané chemické reakce, které produkují elektřinu, nuceny dozadu. Povlaky síranu olovnatého jsou rozpuštěny a nuceny zpět do elektrolytu jako PB2+ a SO42 – ionty., PB2 + ionty pak vyzvednout dva elektrony a jsou re-á na anodu jako neutrální Pb.

Na katodě, Pb2+ ionty vzdát dva elektrony tvořit a reagovat s vodou (H2O) molekuly re-forma neutrální vést oxidu na katodě, a některé bisulphate ionty, které jdou zpět do elektrolytu roztoku.

Pokud se však olověná baterie může příliš vybít nebo je ponechána příliš dlouho před dobíjením, vytvoří se povlaky síranu olovnatého na tvrdé krystaly, které nelze nabíjecím procesem odstranit.,

Ultrabattery

vyvinutý u CSIRO, Ultrabattery je nadupaná verze tradiční olověné baterie. Kombinuje standardní technologii olověných baterií s superkondenzátorem. Když se vybije normální olověná baterie, reakce, která ji pohání, vede k tvorbě krystalů síranu olovnatého na anodě i katodě. Proces dobíjení odstraňuje tyto povlaky, ale elektrody (a tedy i baterie) se časem zhoršují., Také, baterie nebude fungovat v částečném stavu nabití—stav, kdy je baterie vystavena opakované krátké cykly vybíjení a nabíjení, aniž by kdy plně vyprazdňování baterie nebo plně nabíjení. Tento částečný stav nabíjení je zvláště důležitý pro vozidla.

UltraBattery používá supercapacitor k kompenzaci problematických reakcí olověných elektrod v olověné baterii a zvyšuje její životnost., Protože supercapacitor může velmi rychle nabít a uložit nabíjení, může pohltit dostupnou energii a poté ji napájet do baterie správnou rychlostí. Dokáže snížit hromadění síranů, které jsou výsledkem procesu vybíjení a dobíjení ve standardní olověné baterii.

UltraBattery je také poměrně levné, aby se, kolem 70 procent levnější než lithium-iontových baterií používaných v současné době v hybridní elektrické vozy. Další potenciální využití pro UltraBattery by být v elektrárnách, ukládat a „hladká“ energie vyrobené z obnovitelných zdrojů jako solární a větrné., V rozsáhlých pokusech o větrnou farmu v Austrálii UltraBattery překonaly konvenční olověné baterie.

• co je superkondenzátor?

  kondenzátor je něco jako baterie … ale ne opravdu. Energie baterie pochází z chemické reakce mezi jejími složkami. Elektřina je generována proudem elektronů v redoxní reakci mezi anodou a katodou.

  kondenzátor také poskytuje energii, ale nepochází z chemické reakce., Kondenzátory jsou vyrobeny ze dvou vodivých desek, s dielektrikem nebo izolátorem (látka, která nevede elektřinu) mezi nimi. Když jsou tyto desky připojeny k elektrickému proudu, proud do nich proudí; jedna deska ukládá záporný náboj na svých povrchových atomech a druhá kladný náboj, opět na povrchových atomech. Protože tyto různě nabité desky jsou odděleny nevodivým dielektrikem, vytváří se elektrické pole, které ukládá elektrickou energii. Když je kondenzátor připojen k jinému obvodu, uvolňuje (vybíjí) elektrickou energii., kondenzátory

  obvykle uvolňují svou energii velmi rychle-poskytují rychlé výbuchy energie. Díky tomu jsou užitečné pro poměrně specifické úkoly, jako je napájení blesku na fotoaparátu. Blesk rychle využívá spoustu energie k vytvoření jasného světla, pak se kondenzátor dobíjí z baterie fotoaparátu, takže jej lze znovu použít pro další fotografii.

  oblak je kondenzátor – jako malé částice ledu v oblaku se srazí mezi sebou a dalšími částicemi vlhkosti, elektrony mohou být sraženy. Tyto elektrony mají tendenci se hromadit v nižších oblastech oblaku., Malé a nyní pozitivně nabité částice stoupají směrem k vrcholu oblaku. To znamená oddělení náboje a elektrické pole se hromadí v cloudu. Jak se záporný náboj na dně oblaku zvyšuje v síle, odpuzuje z něj další negativní náboje—tlačí elektrony na zemském povrchu hlouběji do země, což znamená, že na povrchu se vytváří kladný náboj. Skončíme s negativně nabitou oblastí (spodní část oblaku), oddělenou od pozitivně nabité oblasti (země) špatným vodičem elektřiny (vzduch)., Když elektrické pole v oblaku roste dostatečně silné, může „rozložit“ okolní vzduch na ionizované (nabité) částice a přeměnit jej z nevodivého izolátoru na vodič. Elektrická energie uložená v oblaku je okamžitě uvolněna, v záblesku blesku.

  superkondenzátory jsou jednoduše extra výkonné kondenzátory s vyšší kapacitou. To znamená, že jsou schopny ukládat mnohem více elektrické energie než běžné kondenzátory.,

Nikl-kadmium

i když jsou teď zřetelně staré zprávy, nikl-kadmium (Nicd) baterie byly první dobíjecí baterie používané v elektrické nářadí, pochodně a další přenosná zařízení. To byli kluci v našich mobilních telefonech, než je lithium-iontové baterie vypustily. Někdy se stále nacházejí jako staré dobíjecí baterie AA pro hořáky a hračky. Stejně jako olověná baterie je tato buněčná chemie již dlouhou dobu-první baterie NiCad byly v prodeji v roce 1910!,

anoda je vyrobena z kadmia (Cd) a jejich katody jsou nikl oxid sodný (NiO(OH)2), obvykle se elektrolyt hydroxid draselný (KOH).

hydroxid oxidu niklového je velmi dobrá elektroda, protože může být vyrobena tak, aby měla velkou povrchovou plochu, což zvyšuje aktivní plochu dostupnou pro reakci., Také, to neznamená, reagují s elektrolytem během reakce, která udržuje elektrolyt roztok pěkné a čisté, a pomáhá buňky posledních (relativně) dlouhou dobu, než otravné vedlejší účinky, aby ji snížit.

NiCad baterie měly několik nedostatků. Za prvé, byly náchylné na něco, co se nazývá ‚paměťový efekt‘, kdy baterie bude „pamatovat“ předchozí úrovně vybití a nedobíjí správně. To bylo způsobeno tvorbou velkých, spíše než malých krystalů kadmia během procesu dobíjení., Zajištění správného vybití baterie před dobíjením šlo nějakým způsobem k zabránění tomuto problému. Ale museli jste být opatrní-úplné vybití baterie NiCad ji také poškodilo.

za druhé, míra samovybíjení baterie NiCad se pohybuje kolem 15-20 procent měsíčně. To znamená, že pokud seděli na polici několik měsíců, ztratili velkou část svého poplatku.

Zatřetí, kadmium je drahé a toxický těžký kov, což znamenalo, že likvidace baterií nebyla pro životní prostředí dobrá věc.,

Nikl-metal-hydridové (NiMH)

Tyto problémy s Nicd baterií vedlo k kadmia anoda je nahrazen vodík absorbovat intermetalické slitiny (kombinace kovů s definovanou krystalovou strukturu), které mohou pohltit až 7 procent vodíku o hmotnosti. V podstatě, anoda je vodík; kovová slitina slouží pouze jako skladovací nádoba pro něj.

nejběžnější kombinací kovů pro tuto slitinu jsou kovy se silnou hydridotvornou schopností spolu se slabým hydridotvorným kovem.,

Další aspektem při sestavování kovové slitiny je, že když některé kovy absorbují vodík, reakce vydává teplo—exotermické. Jiní absorbují teplo v endotermické reakci. My opravdu nechceme, aby baterie, které buď vytváří nebo houby v ohni, jak to vypouštění, a tak, spolu s silný–slabý-hydridové tvoří kombinace slitiny je také vyroben z, potřebujeme kombinaci exotermické a endotermické kovů.

elektrony, které produkují elektrický proud baterie, pocházejí z oxidace atomů vodíku, které se mění na protony., Tyto protony reagují s hydroxidovými ionty (OH-) z elektrolytu, aby vytvořily vodu. Kovové slitiny, který tvoří anodu spolu s vodíkem neúčastní chemické reakce, která pohání buňku; je to v podstatě divák, který jen poskytuje domov pro všechny důležité hydridové ionty.

nikl-metal hydridové baterie jsou velmi podobné NiCad bateriím, pokud jde o napětí, kapacitu a aplikaci. Paměťový efekt je méně problém než u NiCads a mají vyšší hustotu energie. Stále se používají jako standard pro dobíjecí baterie AA.,

Alkalické

Alkalické baterie jsou používány v hračkách, elektronice, přenosné CD přehrávače, použili jsme v devadesátých letech, a Walkmany, které byly populární v osmdesátých letech. Představují pro většinu baterií, které jsou dnes, i když jejich místo v horní části bude pravděpodobně brzy zpochybněna lithium-ion baterie v našem telefony, notebooky a rostoucí počet dalších pomůcek.

Jsou populární, protože mají nízké samovybíjení rychlost, což jim dává dlouhou životnost, a neobsahují toxické těžké kovy, jako je olovo nebo kadmium. Přestože byly vyvinuty dobíjecí alkalické baterie, tito kluci jsou obecně pouze pro jedno použití. Jakmile jsou bez poplatku, je to pryč do recyklačního skladu (nebo, obvykle, na skládku, protože není mnoho míst, která je recyklují).

tyto baterie mají zinek jako svou anodu a oxid manganičitý (MnO2) jako katodu., Jejich název však pochází z alkalického roztoku používaného jako elektrolyt. Je to obvykle hydroxid draselný (KOH), který může obsahovat velké množství rozpuštěných iontů. Čím více iontů může roztok elektrolytu absorbovat, tím delší je redoxní reakce, která pohání baterii, může pokračovat.

zinková anoda je obvykle v práškové formě. To mu dává větší plochu pro reakci, což znamená, že buňka může uvolnit svou sílu poměrně rychle., Dává své elektrony katodě oxidu manganičitého, ke které se přidává uhlík ve formě grafitu, aby se zlepšila jeho vodivost a pomohla mu udržet si tvar.

a to nás přivádí k bateriím, které dnes napájejí většinu našich chytrých telefonů a notebooků: lithium-iontové baterie. Tito kluci jsou tak důležití, že jsme s nimi chtěli zacházet s respektem (a detailem), který si zaslouží, takže si o nich můžete přečíst ve své vlastní funkci Nova.

---