tipuri de baterii
vechii noștri prieteni
plumb-acid
când a fost ultima dată când a trebuit să scoateți mânerul manivelei, să-l introduceți în arborele cotit al mașinii dvs. și să-i dați o întoarcere bună pentru ca motorul să funcționeze? Niciodată? Asta pentru că avem baterii plumb-acid conectate la motoarele noastre auto care oferă acea explozie de putere motorul are nevoie pentru a obține merge. Acestea au fost inventate de Gaston Planté în 1859.
după Cum sugerează și numele, aceste baterii au un plumb în ele. De fapt, ambii electrozi (conductorii prin care electricitatea intră sau iese din baterie) conțin o anumită plumb—anodul (electrodul schimbat pozitiv) este fabricat din metal de plumb (Pb), iar catodul (electrodul încărcat negativ) este dioxidul de plumb (PbO2). Electrozii sunt plasați într-o soluție electrolitică de acid sulfuric (H2SO4), care este alcătuită din ioni de hidrogen (H+) și ioni bisulfați (HSO4).,plumbul la anod reacționează cu bisulfatul din electrolit, eliberând niște electroni și producând sulfat de plumb, care formează cristale pe anod și ioni de hidrogen care intră în electrolit. Electronii se deplasează spre catod printr-un circuit extern, unde, împreună cu ionii de bisulfat și hidrogen din electrolit, reacționează cu catodul de dioxid de plumb. Aceasta produce, de asemenea, sulfat de plumb, care formează din nou cristale, de data aceasta pe catod., bateriile plumb-acid sunt reîncărcabile—cele din mașinile noastre se încarcă folosind un mic generator conectat la motor, numit alternator. De aceea, atunci când ați lăsat luminile mașinii aprinse și bateria s-a stins, este recomandabil să conduceți o perioadă de timp după ce ați început să faceți saltul pentru a oferi bateriei timp să se încarce din nou. pe măsură ce bateria se încarcă, reacțiile chimice descrise mai sus care produc energia electrică sunt forțate înapoi. Acoperirile cu sulfat de plumb sunt dizolvate și forțate înapoi în electrolit sub formă de ioni Pb2+ și SO42., Ionii Pb2 + apoi ridica doi electroni și sunt re-placate pe anod ca Pb neutru. la catod, ionii Pb2 + dau doi electroni pentru a forma și reacționa cu moleculele de apă (H2O) pentru a re-forma dioxidul de plumb neutru pe catod și unii ioni bisulfați care se întorc în soluția de electroliți. cu toate acestea, dacă o baterie plumb-acid este lăsată să se descarce prea mult sau este lăsată prea mult înainte de reîncărcare, acoperirile de sulfat de plumb se formează în cristale dure care nu pot fi îndepărtate prin procesul de încărcare.,
Ultrabattery
dezvoltat la CSIRO, Ultrabattery este o versiune souped-up a unei baterii tradiționale plumb-acid. Acesta combină tehnologia standard a bateriei cu plumb-acid cu un supercapacitor. Când o baterie normală plumb-acid se descarcă, reacția care o conduce duce la formarea de cristale de sulfat de plumb atât pe anod, cât și pe catod. Procesul de reîncărcare elimină aceste acoperiri, dar electrozii (și, prin urmare, bateria) se degradează în timp., De asemenea, bateriei nu îi place să funcționeze într—o stare parțială de încărcare-o condiție în care bateria este supusă unor cicluri scurte repetate de descărcare și reîncărcare, fără a goli complet bateria sau a o încărca complet. Această stare parțială de încărcare este deosebit de importantă pentru vehicule. Ultrabateria folosește supercapacitorul pentru a compensa reacțiile problematice ale electrozilor de plumb din bateria plumb-acid, mărind durata de viață a acesteia., Deoarece un supercapacitor poate prelua și stoca încărcarea foarte repede, poate înghiți puterea disponibilă și apoi o poate alimenta bateriei la doar rata potrivită. Reușește să reducă acumularea de sulfați care rezultă din procesul de descărcare–reîncărcare într-o baterie standard plumb-acid. Ultrabateria este, de asemenea, relativ ieftină, cu aproximativ 70% mai ieftină decât bateriile litiu-ion utilizate în prezent în mașinile electrice hibride. O altă utilizare potențială a Ultrabateriei ar fi la centralele electrice, pentru a stoca și „netezi” energia produsă de surse regenerabile, cum ar fi energia solară și eoliană., La scară mare, în parc eolian studii în Australia, UltraBattery a depasit convenționale baterii plumb-acid. ce este un supercapacitor?
un condensator este un fel de baterie … dar nu chiar. Energia unei baterii provine din reacția chimică dintre componentele sale. Electricitatea este generată de fluxul de electroni în cadrul reacției redox dintre anod și catod. un condensator oferă, de asemenea, energie, dar nu provine dintr-o reacție chimică., Condensatoarele sunt fabricate din două plăci conductive, cu un dielectric sau un izolator (o substanță care nu conduce electricitatea) între ele. Când aceste plăci sunt conectate la un curent electric, curentul curge în ele; o placă stochează o sarcină negativă pe atomii de suprafață, iar cealaltă o sarcină pozitivă, din nou pe atomii de suprafață. Deoarece aceste plăci încărcate diferit sunt separate de dielectricul neconductor, se creează un câmp electric care stochează energia electrică. Când condensatorul este conectat la un alt circuit, acesta eliberează (descarcă) energia electrică., condensatoarele își eliberează de obicei energia foarte repede-oferă explozii rapide de energie. Acest lucru le face utile pentru sarcini destul de specifice, cum ar fi alimentarea blițului pe o cameră foto. Blițul folosește rapid multă energie pentru a crea lumina puternică, apoi condensatorul se reîncarcă de la bateria camerei, astfel încât să poată fi folosit din nou pentru următoarea fotografie. un nor este un condensator—pe măsură ce particulele mici de gheață din nor se ciocnesc între ele și alte particule de umiditate, electronii pot fi loviți. Acești electroni tind să se acumuleze în regiunile inferioare ale norului., Particulele mici și acum încărcate pozitiv se ridică spre vârful norului. Aceasta înseamnă o separare a sarcinii și un câmp electric se acumulează în nor. Pe măsură ce sarcina negativă din partea de jos a norului crește în rezistență, ea respinge alte sarcini negative din ea—împinge electronii la suprafața Pământului mai adânc în pământ, ceea ce înseamnă că o sarcină pozitivă se acumulează la suprafață. Ajungem cu o regiune încărcată negativ (partea de jos a norului), separată de o regiune de încărcare pozitivă (solul) de un conductor slab de electricitate (aerul)., Când câmpul electric din nor crește suficient de puternic, acesta poate „descompune” aerul din jur în particule ionizate (încărcate), transformându-l dintr-un izolator neconductiv într-un conductor. Energia electrică stocată în nor este eliberată instantaneu, într-un fulger. supercapacitorii sunt pur și simplu condensatori extra-puternici, cu o capacitate mai mare. Aceasta înseamnă că sunt capabile să stocheze mult mai multă energie electrică decât condensatoarele normale.,deși acestea sunt acum distinct de știri Vechi, nichel-cadmiu (NiCad) baterii au fost primele Baterii reîncărcabile utilizate în scule electrice, torțe și alte dispozitive portabile. Aceștia erau tipii din telefoanele noastre mobile înainte ca bateriile litiu-ion să le pornească. Uneori sunt încă găsite ca baterii AA reîncărcabile vechi pentru torțe și jucării. Ca și bateria plumb-acid, această chimie celulară a fost în jur de mult timp—primele baterii NiCad au ieșit la vânzare în 1910!,
anodul este realizat din cadmiu (Cd) și catozi sunt de nichel-oxid-hidroxid (NiO(OH)2), de obicei cu un electrolit-hidroxid de potasiu (KOH).hidroxidul de oxid de nichel face un electrod foarte bun, deoarece poate fi produs pentru a avea o suprafață mare, ceea ce crește suprafața activă disponibilă pentru reacție., De asemenea, nu reacționează cu electrolitul în timpul reacției, ceea ce menține soluția de electrolit frumoasă și pură și ajută celula să dureze un timp (relativ) lung înainte ca reacțiile adverse să se degradeze.bateriile NiCad au avut câteva deficiențe. În primul rând, erau predispuși la ceva numit „efect de memorie”, unde bateriile își vor „aminti” nivelurile anterioare de descărcare și nu se vor reîncărca corect. Acest lucru a fost cauzat de formarea de cristale de cadmiu mari, mai degrabă decât mici, în timpul procesului de reîncărcare., Asigurarea bateriei a fost descărcată în mod corespunzător înainte de reîncărcare a mers un fel spre prevenirea acestei probleme. Dar a trebuit să fii atent—descărcarea completă a unei baterii NiCad a deteriorat-o și ea. în al doilea rând, rata de auto-descărcare a unei baterii NiCad este de aproximativ 15-20% pe lună. Acest lucru înseamnă că, dacă au stat în jurul valorii de pe raft pentru câteva luni, au pierdut o mare parte din taxa lor. în al treilea rând, cadmiul este scump și un metal greu toxic, ceea ce înseamnă că eliminarea bateriilor nu a fost un lucru bun pentru mediu.,aceste probleme cu bateriile NiCad au dus la înlocuirea anodului de cadmiu cu un aliaj intermetalic absorbant de hidrogen (o combinație de metale cu o structură cristalină definită) care poate înghiți până la 7% hidrogen în greutate. În esență, anodul este hidrogenul; aliajul metalic servește doar ca vas de stocare pentru acesta. cea mai obișnuită combinație de metale pentru acest aliaj sunt cele cu o capacitate puternică de formare a hidrurii, împreună cu un metal slab de formare a hidrurii., o altă considerație atunci când asamblați aliajul metalic este că atunci când unele metale absorb hidrogenul, reacția dă căldură—este exotermă. Alții absorb căldura într-o reacție endotermică. Nu vrem o baterie care fie se produce sau se absoarbe căldură ca a evacuărilor, așa că, împreună cu puternic–slab acid clorhidric formând o combinație de aliaj este, de asemenea, realizate din, avem nevoie de o combinație de exoterme și endoterme metale.electronii care produc curentul electric al bateriei provin din oxidarea atomilor de hidrogen, care se transformă în protoni., Acești protoni reacționează cu ionii de hidroxid (OH-) din electrolit pentru a produce apă. Aliajul metalic care formează anodul împreună cu hidrogenul nu ia parte la reacția chimică care conduce celula; este practic un spectator care oferă doar o casă pentru ionii de hidrură importanți.bateriile cu hidrură de nichel-metal sunt foarte asemănătoare cu bateriile NiCad în ceea ce privește tensiunea, capacitatea și aplicarea. Efectul de memorie este mai puțin o problemă decât cu NiCads și au o densitate energetică mai mare. Sunt încă folosite ca standard pentru bateriile AA reîncărcabile.,bateriile alcaline sunt utilizate în jucării, electronice, CD playere portabile pe care le-am folosit în anii nouăzeci și Walkmans care erau populare în anii optzeci. Acestea reprezintă cea mai mare parte a bateriilor fabricate astăzi, deși locul lor în vârf va fi probabil în curând contestat de bateriile litiu-ion din telefoanele, laptopurile și un număr tot mai mare de alte gadgeturi.
sunt populare deoarece au o rată scăzută de auto-descărcare, oferindu-le o durată lungă de depozitare și nu conțin metale grele toxice precum plumbul sau cadmiul. Deși Bateriile alcaline reîncărcabile au fost dezvoltate, acești tipi sunt, în general, de unică folosință. Odată ce acestea sunt în afara taxei, este oprit la depozitul de reciclare (sau, de obicei, la depozitul de deșeuri, deoarece nu există multe locuri care să le recicleze).aceste baterii au zinc ca anod și dioxid de mangan (MnO2) ca catod., Numele lor, totuși, provine de la soluția alcalină utilizată ca electrolit. Este de obicei hidroxid de potasiu (KOH), care poate conține un număr mare de ioni dizolvați. Cu cât soluția de electroliți poate absorbi mai mulți ioni, cu atât reacția redox care conduce bateria poate continua.
anodul de zinc este de obicei sub formă de pulbere. Aceasta îi conferă o suprafață mai mare pentru reacție, ceea ce înseamnă că celula își poate elibera puterea destul de repede., Își dă electronii la catodul de dioxid de mangan, la care se adaugă carbon, sub formă de grafit, pentru a-și îmbunătăți conductivitatea și a-l ajuta să-și păstreze forma.
și acest lucru ne aduce la bateriile care în aceste zile alimentează majoritatea telefoanelor și laptopurilor noastre inteligente: bateriile litiu-ion. Acești tipi sunt atât de importanți încât am vrut să-i tratăm cu respectul (și detaliile) pe care le merită, astfel încât să puteți citi despre ei în propria lor caracteristică Nova.