batterityper
vores gamle venner
bly-syre
Hvornår var sidste gang du skulle trække dit krumtaphåndtag ud, indsætte det i din bils krumtapaksel og give det en god tur for at få motoren til at køre? Aldrig? Det skyldes, at vi har blysyrebatterier tilsluttet vores bilmotorer, der leverer den kraft, som motoren har brug for for at komme i gang. Disse blev opfundet af Gaston Plant.i 1859.
Som navnet antyder, har disse batterier noget bly i dem. I virkeligheden, at begge elektroder (den strømførende tråde, hvorigennem elektriciteten føres ind i eller forlader batteri) indeholder nogle lead—anode (positiv ændret elektrode) er lavet af bly metal (Pb) og katoden (den negativt ladede elektrode) er lead kuldioxid (PbO2). Elektroderne anbringes i en elektrolytopløsning af svovlsyre (H2SO4), som består af hydrogenioner (h+) og bisulfationer (hso4).,
føringen ved anoden reagerer med bisulfatet fra elektrolytten, frigør nogle elektroner og producerer blysulfat, der danner krystaller på anoden, og hydrogenioner, der går ind i elektrolytten. Elektronerne bevæger sig over til katoden via et eksternt kredsløb, hvor de sammen med bisulfat og hydrogenioner fra elektrolytten reagerer med blydio .idkatoden. Dette producerer også blysulfat, som igen danner krystaller, denne gang på katoden.,
blysyrebatterier er genopladelige-dem i vores biler oplades ved hjælp af en lille generator, der er tilsluttet motoren, kaldet generatoren. Derfor er det tilrådeligt at køre rundt i et stykke tid efter at have fået jump-start for at give batteriet tid til at oplade igen, når du har forladt din Billys og batteriet er gået fladt.
Når batteriet oplades, tvinges de ovenfor beskrevne kemiske reaktioner, der producerer elektriciteten, bagud. Blysulfatbelægningerne opløses og presses tilbage i elektrolytten som Pb2+ og SO42-ioner., PB2 + ioner derefter afhente to elektroner og er re-belagt på anoden som neutral PB.
ved katoden giver PB2+-ionerne to elektroner til dannelse og reaktion med vand (H2O) molekyler for at omdanne neutral blydio .id på katoden og nogle bisulfationer, der går tilbage i elektrolytopløsningen.
Hvis et blysyrebatteri får lov til at aflade for meget eller efterlades for længe før genopladning, dannes belægningerne af blysulfat til hårde krystaller, der ikke kan fjernes ved opladningsprocessen.,
Ultrabattery
udviklet på CSIRO, Ultrabattery er en souped-up version af en traditionel bly-syre batteri. Det kombinerer standard bly-syre batteri teknologi med en superkondensator. Når et normalt blysyrebatteri aflades, resulterer reaktionen, der driver det, i dannelse af blysulfatkrystaller på både anoden og katoden. Genopladningsprocessen fjerner disse belægninger, men elektroderne (og derfor batteriet) nedbrydes over tid., Batteriet kan heller ikke lide at fungere i en delvis opladningstilstand—en tilstand, hvor batteriet udsættes for gentagne korte cyklusser med afladning og genopladning uden nogensinde at tømme batteriet helt eller oplade det helt. Denne delvise ladningstilstand er især vigtig for køretøjer.
Ultrabatteriet bruger superkapacitoren til at kompensere for de problematiske reaktioner fra blyelektroderne i blysyrebatteriet, hvilket øger levetiden., Fordi en superkondensator kan tage ind og opbevare opladning meget hurtigt, kan den opsluge tilgængelig strøm og derefter fodre den til batteriet med den rigtige hastighed. Det lykkes at reducere opbygningen af sulfater, der er resultatet af afladningsopladningsprocessen i et standard blybatteri. Ultrabatteriet er også relativt billigt at fremstille, omkring 70 procent billigere end de lithium-ion-batterier, der i øjeblikket bruges i hybride elbiler. En anden potentiel anvendelse for Ultrabatteriet ville være på kraftværker, til at lagre og’ glatte ‘ den energi, der produceres af vedvarende kilder som sol og vind., I store vindmølleparkforsøg i Australien har Ultrabatteriet overgået konventionelle blysyrebatterier.
- hvad er en superkondensator?
en kondensator er lidt som et batteri … men ikke rigtig. Et batteris energi kommer fra den kemiske reaktion mellem dets komponenter. Elektricitet genereres af strømmen af elektroner inden for redo .reaktionen mellem anoden og katoden.
en kondensator giver også energi, men det kommer ikke fra en kemisk reaktion., Kondensatorer er lavet af to ledende plader, med en dielektrisk eller en isolator (et stof, der ikke leder elektricitet) imellem. Når disse plader er forbundet til en elektrisk strøm, strømmer strømmen ind i dem; en plade lagrer en negativ ladning på dens overfladeatomer, og den anden en positiv ladning igen på overfladeatomerne. Fordi disse forskelligt ladede plader adskilles af det ikke-ledende dielektriske, oprettes et elektrisk felt, der lagrer den elektriske energi. Når kondensatoren er forbundet til et andet kredsløb, frigiver den (udleder) den elektriske energi.,
kondensatorer frigiver normalt deres energi meget hurtigt—de giver hurtige energiudbrud. Dette gør dem nyttige til temmelig specifikke opgaver, såsom at tænde flashen på et kamera. Blit .en bruger hurtigt meget energi til at skabe det lyse lys, så kondensatoren genoplader sig selv fra kameraets batteri, så det kan bruges igen til det næste foto.
en sky er en kondensator—da små ispartikler i skyen kolliderer med hinanden og andre fugtpartikler, kan elektroner slås af. Disse elektroner har en tendens til at akkumulere inden for de lavere regioner i skyen., De små og nu positivt ladede partikler stiger mod toppen af skyen. Dette betyder, at en ladningsadskillelse og et elektrisk felt opbygges i skyen. Da den negative ladning i bunden af skyen øges i styrke, afviser den andre negative ladninger fra den-den skubber elektronerne på jordens overflade dybere ned i jorden, hvilket betyder, at en positiv ladning opbygges på overfladen. Vi ender med en negativt ladet region (bunden af skyen), adskilt fra en positiv ladning region (jorden) af en dårlig leder af elektricitet (luften)., Når det elektriske felt i skyen vokser stærkt nok, kan det ‘nedbryde’ den omgivende luft ind i ioniseret (ladede) partikler, omdanne det fra en ikke-ledende isolator til en dirigent. Den elektriske energi, der opbevares i skyen, frigives øjeblikkeligt i et lynnedslag.
Supercapacitors er simpelthen ekstra kraftige kondensatorer med højere kapacitet. Det betyder, at de er i stand til at lagre meget mere elektrisk energi end normale kondensatorer.,
nikkel-cadmium
selvom de nu er tydeligt gamle nyheder, var nikkel-cadmium-batterier (NiCad) de første genopladelige batterier, der blev brugt i elværktøj, fakler og andre bærbare enheder. Dette var fyrene i vores mobiltelefoner, før lithium-ion-batterier startede dem ud. Nogle gange findes de stadig som gamle genopladelige AA-batterier til fakler og legetøj. Ligesom blysyrebatteriet har denne cellekemi eksisteret i lang tid-de første NiCad-batterier blev solgt i 1910!,
anoden er lavet af cadmium (Cd) og deres katoder er nikkeloxid hydroxid (NiO(OH)2), som regel med en elektrolyt af kaliumhydroxid (KOH).
Nikkelo .idhydro .id gør en meget god elektrode, da den kan fremstilles til at have et stort overfladeareal, og dette øger det aktive område, der er tilgængeligt for reaktionen., Det reagerer heller ikke med elektrolytten under reaktionen, hvilket holder elektrolytopløsningen pæn og ren og hjælper cellen med at vare (relativt) lang tid, før irriterende bivirkninger får den til at nedbrydes.NiCad-batterier havde nogle få mangler. For det første var de tilbøjelige til noget, der hedder ‘memory effect’, hvor batterierne ville ‘huske’ tidligere udladningsniveauer og ikke genoplade korrekt. Dette skyldtes dannelsen af store, snarere end små, cadmiumkrystaller under genopladningsprocessen., At sikre, at batteriet var korrekt afladet, før det blev genopladet, gik en måde i retning af at forhindre dette problem. Men du var nødt til at være forsigtig—helt afladning af et NiCad-batteri beskadigede det også.
for det andet er Selvudladningshastigheden for et NiCad-batteri omkring 15-20 procent pr. Dette betyder, at hvis de sad på hylden i et par måneder, mistede de meget af deres ladning.
for det tredje er cadmium dyrt og et giftigt tungmetal, hvilket betød, at bortskaffelse af batterierne ikke var en god ting for miljøet.,
Nikkel-metal-hydrid (NiMH)
Disse problemer med Nicd-batterier, der førte til, at cadmium anode bliver erstattet med en brint-absorberende intermetalliske legering (en kombination af metaller med en defineret krystalstruktur), der kan sluge op til 7% brint i vægtprocent. I det væsentlige er anoden brintet; metallegeringen tjener kun som opbevaringsbeholder til den.
den mest almindelige kombination af metaller til denne legering er dem med en stærk hydriddannende evne sammen med et svagt hydriddannende metal.,
en anden overvejelse, når man sammensætter metallegeringen, er, at når nogle metaller absorberer brint, afgiver reaktionen varme—det er eksotermisk. Andre absorberer varme i en endoterm reaktion. Vi behøver ikke virkelig ønsker et batteri, der enten producerer eller suger varme, som det udslip, således, sammen med den stærke–svage hydrid der kombination legeringen er også fremstillet af, har vi brug for en kombination af eksoterme og endoterm metaller.
elektronerne, der producerer batteriets elektriske strøm, kommer fra O .idationen af hydrogenatomer, som bliver til protoner., Disse protoner reagerer med hydro .idioner (OH-) fra elektrolytten for at gøre vand. Metallegeringen, der danner anoden sammen med brintet, deltager ikke i den kemiske reaktion, der driver cellen; det er dybest set en tilskuer, der bare giver et hjem til de vigtige hydridioner.nikkel – metalhydridbatterier ligner meget NiCad-batterier med hensyn til spænding, kapacitet og anvendelse. Hukommelseseffekten er mindre af et problem end med NiCads, og de har en højere energitæthed. De bruges stadig som standard til genopladelige AA-batterier.,
Alkaline
Alkaline batterier bruges i Legetøj, Elektronik, de bærbare CD-afspillere, vi brugte i halvfemserne, og Walalkmans, som var populære i firserne. De tegner sig for hovedparten af batterier, der fremstilles i dag, selvom deres plads øverst sandsynligvis snart vil blive bestridt af lithium-ion-batterierne i vores telefoner, bærbare computere og et stigende antal andre gadgets.
De er populære, fordi de har en lav selvafladning, at give dem en lang holdbarhed, og ikke indeholder giftige tungmetaller som bly og cadmium. Selvom genopladelige alkaliske batterier er blevet udviklet, disse fyre er generelt kun engangsbrug. Når de er ude af afgift, er det ud til genbrug depot (eller, mere normalt, at deponering, da der ikke er mange steder, der genbruge dem).
disse batterier har anink som deres anode og mangandio .id (MnO2) som deres katode., Deres navn kommer imidlertid fra den alkaliske opløsning, der anvendes som elektrolyt. Det er normalt kaliumhydro .id (KOH), som kan indeholde et stort antal opløste ioner. Jo flere ioner elektrolytopløsningen kan absorbere, jo længere kan redo .reaktionen, der driver batteriet, fortsætte.
zinkanoden er normalt i pulverform. Dette giver det et større overfladeareal til reaktion, hvilket betyder, at cellen kan frigive sin kraft ganske hurtigt., Det opgiver sine elektroner til mangandio .idkatoden, hvortil kulstof i form af grafit tilsættes for at forbedre dens ledningsevne og hjælpe den med at holde sin form.
og dette bringer os til de batterier, der i disse dage driver de fleste af vores smarte telefoner og bærbare computere: lithium-ion-batterier. Disse fyre er så vigtige, at vi ønskede at behandle dem med den respekt (og detalje) de fortjener, så du kan læse om dem i deres helt egen Nova-funktion.