Typer batterier
Våre gamle venner
Bly-syre
Når var siste gang du hadde til å trekke ut sveiven, sette det inn i bilen veivakselen og gi den en god tur til å få motoren i gang? Aldri? Det er fordi vi har bly-syre batterier er koblet til bilen vår motorer som gir at utbrudd av elektriske motoren trenger for å komme i gang. Disse ble oppfunnet av Gaston Planté i 1859.
Som navnet tilsier, er disse batteriene har noen leder i dem. Faktisk, begge elektrodene (lederne gjennom som elektrisitet går inn i eller forlater batteri) inneholder noen føre—anoden (positivt endret elektrode) er laget av bly metall (Pb) og katoden (de negativt ladede elektrode) er leder av karbondioksid (PbO2). Elektrodene er plassert i en elektrolytt løsning av svovelsyre (H2SO4), som består av hydrogen ioner (H+) og bisulphate ioner (HSO4).,
ledelsen ved anoden reagerer med bisulphate fra elektrolytten, frigjøre noen elektroner, og produserer føre sulfat, som danner krystaller ved anoden, og hydrogen ioner som går inn i elektrolytten. Elektronene reise over til katoden via en ytre krets, der de, sammen med bisulphate og hydrogen ioner fra elektrolytten, reagerer med karbondioksid føre katoden. Dette gir også føre sulfat, som igjen danner krystaller, denne gangen på katoden.,
Bly-syre batterier er oppladbare—som i våre biler lade opp med en liten generator koblet til motoren, kalt dynamo. Det er grunnen til at når du har forlatt din bil lysene på og batteriet er gått flatskjerm det er tilrådelig å kjøre rundt i en stund etter å få hoppe-start for å gi batteriet tid til å lade opp igjen.
Som batteriet lades, de kjemiske reaksjonene som er beskrevet ovenfor som produserer elektrisitet er tvunget bakover. Ledelsen sulphate belegg er oppløst og tvunget tilbake i elektrolytten som Pb2+ og SO42 – ioner., Den Pb2+ ioner deretter plukke opp to elektroner og er re-belagt på anoden som nøytral Pb.
Ved katoden, den Pb2+ ioner gi opp to elektroner til å danne og reagerer med vann (H2O) molekyler til å re-form nøytral føre karbondioksid på katoden, og noen bisulphate ioner som går tilbake til elektrolytt løsning.
Imidlertid, hvis en bly-syre batteri er lov til å skrive for mye, eller er til venstre for lang tid før ladingen, er det belegg av bly sulphate form i harde krystaller som ikke kan fjernes ved ladeprosessen.,
Ultrabattery
Utviklet ved CSIRO, den Ultrabattery er en souped opp versjon av en tradisjonell bly-syre batteri. Det kombinerer de vanlige bly-syre batteri-teknologi med en supercapacitor. Når en normal bly-syre batteri-utslipp, den reaksjon som driver det resulterer i dannelsen av bly sulphate krystaller på begge anoden og katoden. Den lades opp igjen prosessen fjerner disse beleggene, men elektroder (og derfor batteriet) forringes over tid., Også batteriet ikke liker å operere i et delvis statlig kostnad—en tilstand der batteriet er utsatt for gjentatte korte sykluser av lad ut og lad opp, uten noen gang å fullstendig tømme batteriet helt eller lader det opp. Dette delvis staten ansvaret drift er spesielt viktig for kjøretøy.
UltraBattery bruker supercapacitor for å kompensere for det problematiske reaksjoner av bly elektroder i bly-syre batteri, øker sin levetid., Fordi en supercapacitor kan ta inn og lagre lader veldig raskt, det kan sluke opp tilgjengelig kraft, og klikk send den til batteriet i akkurat riktig pris. Den klarer å redusere oppbygging av sulfater som følge av utslipp–lade prosessen i en standard bly-syre batteri.
UltraBattery er også relativt billig å lage, rundt 70 prosent billigere enn litium-ion-batteriene som brukes i hybrid elektriske biler. En annen potensiell bruk for UltraBattery ville være på kraftverk, til å lagre og ‘glatt’ energi produsert av fornybare kilder som sol og vind., I stor-skala vindpark studier i Australia, UltraBattery har bedre enn konvensjonelle bly-syre batterier.
- Hva er en supercapacitor?
En kondensator er typen som en batteri … men egentlig ikke. Et batteri er energien kommer fra den kjemiske reaksjonen mellom komponentene. Elektrisitet som er generert av flyten av elektroner i redoks-reaksjon mellom anoden og katoden.
En kondensator gir også energi, men det kommer ikke fra en kjemisk reaksjon., Kondensatorer er laget av to ledende, plater, med et dielektrisk, eller en isolator (et stoff som ikke elektrisitet) i mellom. Når disse platene er koblet til en elektrisk strøm, strømmen flyter inn i dem; en plate lagrer en negativ ladning på overflaten atomer, og den andre med en positiv ladning, igjen på overflaten atomer. Fordi disse ulikt ladede plater er atskilt av ikke-gjennomføre dielektriske, et elektrisk felt er opprettet, som lagrer elektrisk energi. Når kondensatoren er koblet til en annen krets, det utgivelser (utslipp) elektrisk energi.,
Kondensatorer vanligvis slipper sin energi svært raskt—de gir rask utbrudd av energi. Dette gjør dem nyttig for ganske spesifikke oppgaver, for eksempel å slå blitsen på kameraet. Flash raskt bruker mye energi til å lage lys, så kondensatoren lader seg fra kameraets batteri, så det kan brukes igjen for neste bilde.
En sky er en kondensator—som små ispartikler i skyen kolliderer med hverandre og andre fuktighet partikler, elektroner kan være slått av. Disse elektronene har en tendens til å samle seg i de nedre regioner av skyen., Den lille, og nå er positivt ladet, partikler vei mot toppen av skyen. Dette betyr en kostnad separasjon, og et elektrisk felt, bygger seg opp i skyen. Som en negativ kostnad på bunnen av skyen øker i styrke, det frastøter andre negative heftelser fra det—det presser elektroner på Jordens overflate dypere ned i bakken, noe som betyr at en positiv ladning bygger seg opp på overflaten. Vi ender opp med et negativt ladet regionen (bunnen av skyen), separert fra en positiv kostnad-regionen (bakken) av en dårlig leder av elektrisitet (luften)., Når det elektriske feltet i skyen vokser seg sterk nok, det kan «bryte ned» den omkringliggende luft inn ionised (belastet) partikler, forvandle den fra en ikke-ledende isolator i en leder. Den elektriske energien som er lagret i skyen er umiddelbart gitt ut, i et lyn.
Supercapacitors er rett og slett ekstra kraftig kondensatorer, med høyere kapasitet. Dette betyr at de er i stand til å lagre mye mer elektrisk energi enn normalt kondensatorer.,
Nikkel-kadmium
Selv om de er nå tydelig gamle nyheter, nikkel-kadmium (NiCad) batterier var den første oppladbare batterier som brukes i elektriske verktøy, fakler og andre bærbare enheter. Disse var gutta i våre mobiltelefoner før litium-ion-batterier kastet dem ut. Noen ganger er de fortsatt finnes som gamle oppladbare AA-batterier for fakler og leker. Som bly-syre batteri, denne cellen kjemi har vært rundt for så lenge tid—den første NiCad batterier kom i salg i 1910!,
anoden er laget av kadmium (Cd) og deres katoder er nikkel hydroxide oxide (NiO(OH)2), vanligvis med en elektrolytt av kaliumhydroksid (KOH).
Nikkel hydroxide oxide gjør en veldig god elektrode, som det kan bli produsert for å ha et stort område, og dette øker den aktive området tilgjengelig for reaksjonen., Også, er det ikke reagerer med elektrolytten i løpet av reaksjonen, som holder elektrolytt løsning fin og ren, og bidrar til cellen siste en (relativt) lang tid før pesky side-reaksjoner gjøre det dårligere.
NiCad batterier hadde et par mangler. For det første, de var utsatt for noe som kalles «minne-effekten», hvor batteriene skulle «huske» tidligere utslipp nivåer og ikke lade opp batteriene på riktig måte. Dette var forårsaket av dannelsen av større, snarere enn mindre, kadmium krystaller under lading prosessen., Å sikre at batteriet var riktig utladet før det lades opp igjen det gikk noen vei mot å forebygge dette problemet. Men du måtte være forsiktig—fullstendig utlading en NiCad batteri også skadet det.
for det Andre, selv-utslipp rate av en NiCad batteri er rundt 15-20 prosent per måned. Dette betyr at hvis de satt rundt på hylla for et par måneder, har de mistet mye av sin kostnad.
for det Tredje, kadmium er dyre, og det er et giftig tungmetall, noe som betydde at deponering av batterier ikke var en god ting for miljøet.,
Nikkel-metallhydrid (NiMH)
Disse problemene med NiCad batterier førte til kadmium anoden blir erstattet med en hydrogen-absorberende intermetallic legering (en kombinasjon av metaller med en definert krystallstruktur) som kan sluke opp til 7 prosent hydrogen i vekt. I hovedsak, anoden er hydrogen; metall-legering bare fungerer som en lagringsplass kar for det.
Den mest vanlige kombinasjonen av metaller for denne legering er de med en sterk hydrid-skapende evne, sammen med en svak hydrid-forming av metall.,
en Annen vurdering når du setter sammen metall legering, er at når noen metaller absorbere hydrogen, reaksjonen avgir varme—det er eksoterme. Andre absorberer varme i en endothermic reaksjon. Vi egentlig ikke ønsker et batteri som enten produserer eller suger i varmen som det utslipp, så, sammen med sterk–svak hydrid forming kombinasjon legering er også laget av, vi trenger en kombinasjon av eksoterme og endothermic metaller.
elektroner som produserer batteriet er elektrisk strøm kommer fra oksidering av hydrogen atomer, som blir til protoner., Disse protoner reagere med hydroksidioner (OH-) fra elektrolytten å gjøre vann. Metall-legering som danner anode sammen med hydrogen ikke ta del i den kjemiske reaksjonen som driver cellen; det er i utgangspunktet en tilskuer som bare gir et hjem for alle viktige hydrid ioner.
Nikkel-metall hydrid batterier er svært lik NiCad batterier i form av spenning, kapasitet og bruksområde. Minne-effekten er mindre av et problem enn med NiCads og de har en høyere energitetthet. De er fortsatt brukes som standard for oppladbare AA-batterier.,
Alkaliske
Alkaliske batterier er brukt i leker, elektronikk, bærbare CD-spillere vi brukt på nittitallet, og cd-spiller som var populære på åttitallet. De står for hoveddelen av batterier som er laget i dag, selv om deres sted på toppen vil trolig snart bli påklaget av litium-ion-batterier i våre telefoner, bærbare datamaskiner og et økende antall av andre gadgets.
De er populære fordi de har et lavt selvbilde-utslipp rate, noe som gir en lang holdbarhet, og ikke inneholde giftige tungmetaller som bly eller kadmium. Selv om det oppladbare batterier alkaliske batterier har blitt utviklet, disse gutta er generelt engangsbruk. Når de er ute av kostnad, det er off til gjenvinning depot (eller, mer normalt, til deponi, så det er ikke mange steder som resirkulere dem).
Disse batteriene har sink som deres anode, og mangandioksid (MnO2) som deres katoden., Deres navn, men kommer fra den alkaliske løsningen brukes som elektrolytt. Det er vanligvis kaliumhydroksid (KOH), som kan inneholde et stort antall av oppløste ioner. Mer ioner elektrolytt løsning kan absorbere, jo lengre redoks-reaksjon som driver batteriet kan holde det gående.
sink anoden er vanligvis i pulverisert form. Dette gir en større overflate for reaksjon, noe som betyr at cellen kan slippe sin makt ganske raskt., Det gir opp sine elektroner til mangandioksid katoden, som karbon i form av grafitt, er lagt til for å forbedre sin ledningsevne og hjelpe det med å holde formen.
Og dette bringer oss til batteriene som i disse dager kraft de fleste av våre smart-telefoner og bærbare datamaskiner:::: litium-ion-batterier. Disse gutta er så viktig at vi ønsket å behandle dem med respekt (og detalj) de fortjener, slik at du kan lese om dem i sin egen Nova-funksjonen.