- Vrste baterij
- 1. Primarne baterije
- 2. Sekundarne baterije
- 1. Nikelj-kadmijeve baterije
- 2. Nikelj-metal-hidridne baterije
- 3. Litij-ionske baterije
- 4. Svinčeve baterije
- Izbira prave baterije za vašo aplikacijo
Baterija je skupek ene ali več celic, ki preidejo v kemične reakcije, da ustvarijo pretok elektronov znotraj vezja. Na področju akumulatorskih tehnologij se veliko raziskuje in napreduje, zato se po vsem svetu trenutno uporabljajo in uporabljajo napredne tehnologije. Baterije so začele delovati zaradi potrebe po shranjevanju proizvedene električne energije. Kolikor energije je bilo ustvarjene, je bilo pomembno, da energijo shranimo, da jo lahko uporabimo, ko proizvodnja preneha ali ko je treba napajati samostojne naprave, ki jih ni mogoče privezati na električno omrežje. Tu je treba opozoriti, da je v baterijah mogoče shraniti samo enosmerni tok, izmeničnega toka pa ne.
Baterijske celice so običajno sestavljene iz treh glavnih komponent;
- Anoda (negativna elektroda)
- Katoda (pozitivna elektroda)
- Elektroliti
Anoda je negativna elektroda, ki proizvaja elektrone v zunanjem vezju, na katerega je priključena baterija. Ko so baterije priključene, se na anodi sproži kopičenje elektronov, kar povzroči potencialno razliko med obema elektrodama. Nato se elektroni naravno poskušajo prerazporediti, kar elektrolit prepreči, zato, ko je električni tokokrog priključen, zagotavlja jasno pot, da se elektroni premaknejo od anode do katode in s tem napajajo vezje, na katerega so povezani. S spremembo razporeditve in materiala, uporabljenega za izdelavo anod, katod in elektrolitov, lahko dosežemo veliko različnih vrst baterijskih kemikalij, ki nam omogočajo načrtovanje različnih vrst baterijskih celic. V tem članku lahko razumete različne vrste baterij in njihovo uporabo, zato začnimo.
Vrste baterij
Baterije na splošno lahko razvrstimo v različne kategorije in vrste, od kemične sestave, velikosti, faktorja oblike in primerov uporabe, vendar gre pri vseh dveh vrstah baterij;
- Primarne baterije
- Sekundarne baterije
Poglejmo globlje, da bomo razumeli glavne razlike med celico Primacy in Secondary Cell.
1. Primarne baterije
Primarne baterije so baterije, ki jih po izpraznitvi ni mogoče več napolniti. Primarne baterije so narejene iz elektrokemijskih celic, katerih elektrokemične reakcije ni mogoče obrniti.
Primarne baterije obstajajo v različnih oblikah , od kovanskih celic do AA baterij. Običajno se uporabljajo v samostojnih aplikacijah, kjer je polnjenje nepraktično ali nemogoče. Dober primer tega so vojaške naprave in oprema na baterije. Uporaba baterij za ponovno polnjenje bo nepraktična, saj bo polnjenje baterije zadnja stvar vojakov. Primarne baterije imajo vedno visoko specifično energijo, sistemi, v katerih se uporabljajo, pa so vedno zasnovani tako, da porabijo majhno količino energije, da lahko baterija zdrži čim dlje.
Nekateri drugi primeri naprav, ki uporabljajo primarne baterije, vključujejo; Izdelovalce tempa, sledilce živali, ročne ure, daljinske upravljalnike in otroške igrače omenimo le nekatere.
Najbolj priljubljena vrsta primarnih baterij so alkalne baterije. Imajo visoko specifično energijo in so okolju prijazni, stroškovno učinkoviti in ne puščajo, tudi če so popolnoma izpraznjeni. Lahko jih hranimo več let, imajo dobre varnostne evidence in jih lahko prevažamo na letalu, ne da bi za to veljali ZN-ovi predpisi o prometu in drugi predpisi. Edina pomanjkljivost alkalnih baterij je majhen obremenitveni tok, ki omejuje njegovo uporabo na naprave z nizkim tokom, kot so daljinski upravljalniki, svetilke in prenosne zabavne naprave.
2. Sekundarne baterije
Sekundarne baterije so baterije z elektrokemijskimi celicami, katerih kemijske reakcije je mogoče obrniti z uporabo določene napetosti na baterijo v obratni smeri. Imenovane tudi kot polnilne baterije, lahko sekundarne celice, za razliko od primarnih, napolnimo po porabi energije na bateriji.
Običajno se uporabljajo v aplikacijah z visokim izpraznitvijo in drugih scenarijih, kjer je uporaba enopolnih baterij predraga ali neizvedljiva. Sekundarne baterije majhne kapacitete se uporabljajo za napajanje prenosnih elektronskih naprav, kot so mobilni telefoni in drugi pripomočki in naprave, medtem ko se težke baterije uporabljajo za napajanje različnih električnih vozil in drugih aplikacij z velikim praznjenjem, kot je izravnava obremenitve pri proizvodnji električne energije. Za oskrbo z električno energijo se poleg pretvornikov uporabljajo tudi kot samostojni viri energije. Čeprav so začetni stroški nakupa polnilnih baterij vedno precej višji od stroškov primarnih baterij, so pa dolgoročno najbolj stroškovno učinkoviti.
Sekundarne baterije lahko glede na njihovo kemijo razvrstimo v več drugih vrst . To je zelo pomembno, ker kemija določa nekatere lastnosti baterije, vključno z njeno specifično energijo, življenjsko dobo, rokom uporabnosti in ceno.
Sledijo različne vrste polnilnih baterij, ki se pogosto uporabljajo.
- Litij-ionski (Li-ionski)
- Nikelj-kadmij (Ni-Cd)
- Nikelj-kovinski hidrid (Ni-MH)
- Svinčeva kislina
1. Nikelj-kadmijeve baterije
Nikelj-kadmijeva baterija (NiCd baterija ali NiCad baterija) je vrsta polnilne baterije, ki je razvita z uporabo nikljevega oksid hidroksida in kovinskega kadmija kot elektrodi. Ni-Cd baterije odlikujejo ohranjanje napetosti in zadrževanje napolnjenosti, kadar niso v uporabi. Vendar pa baterije NI-Cd zlahka postanejo žrtve strašljivega učinka "pomnilnika", ko se polni delno napolnjena baterija, kar zmanjša prihodnjo zmogljivost baterije.
V primerjavi z drugimi vrstami polnilnih celic Ni-Cd baterije ponujajo dober življenjski cikel in zmogljivost pri nizkih temperaturah s primerno zmogljivostjo, vendar bo njihova najpomembnejša prednost sposobnost, da pri svojih polnjenjih polnijo svojo polno nazivno zmogljivost. Na voljo so v različnih velikostih, vključno z velikostmi, ki se uporabljajo za alkalne baterije, AAA do D. Celice Ni-Cd se uporabljajo posamezno ali pa so sestavljene v pakiranjih z dvema ali več celicami. Majhni paketi se uporabljajo v prenosnih napravah, elektroniki in igračah, večji pa se nahajajo v baterijah za zagon letal, električnih vozilih in v stanju pripravljenosti.
Nekatere lastnosti nikelj-kadmijevih baterij so navedene spodaj.
- Specifična energija: 40-60W-h / kg
- Gostota energije: 50-150 Wh / L
- Specifična moč: 150 W / kg
- Učinkovitost polnjenja / praznjenja: 70-90%
- Stopnja samopraznjenja: 10% / mesec
- Trajnost / življenjska doba cikla: 2000ciklov
2. Nikelj-metal-hidridne baterije
Kovinski hidrid niklja (Ni-MH) je še ena vrsta kemične konfiguracije, ki se uporablja za akumulatorske baterije. Kemijska reakcija na pozitivni elektrodi baterij je podobna reakciji nikelj-kadmijeve celice (NiCd), pri obeh baterijah pa se uporablja enak hidroklorid nikljevega oksida (NiOOH). Vendar negativne elektrode v nikelj-kovinsko hidridni uporabijo zlitino, ki absorbira vodik, namesto kadmija, ki se uporablja v NiCd baterijah
NiMH baterije najdejo uporabo v napravah z velikim praznjenjem zaradi svoje velike zmogljivosti in gostote energije. NiMH baterija ima lahko dva do trikrat večjo zmogljivost kot baterija NiCd enake velikosti, njena gostota energije pa se lahko približa litij-ionski bateriji. Za razliko od kemije NiCd, baterije, ki temeljijo na kemiji NiMH, niso dovzetne za učinek "spomina", ki ga doživljajo NiCads.
Spodaj je nekaj lastnosti baterij na osnovi kemije nikelj-kovinski hidrid;
- Specifična energija: 60-120h / kg
- Gostota energije: 140-300 Wh / L
- Specifična moč: 250-1000 W / kg
- Učinkovitost polnjenja / praznjenja: 66% - 92%
- Stopnja samopraznjenja: 1,3-2,9% / mesec pri 20 o C
- Trajnost / življenjska doba cikla: 180 -2000
3. Litij-ionske baterije
Litij-ionske baterije so ena izmed najbolj priljubljenih vrst polnilnih baterij. Obstaja veliko različnih vrst litijevih baterij, vendar so med vsemi litij-ionskimi baterijami najpogosteje uporabljene. Te litijeve baterije lahko pogosto uporabljate v različnih oblikah med električnimi vozili in drugimi prenosnimi pripomočki. Če vas zanima več o baterijah, ki se uporabljajo v električnih vozilih, si lahko ogledate ta članek o baterijah za električna vozila. Najdemo jih v različnih prenosnih napravah, vključno z mobilnimi telefoni, pametnimi napravami in številnimi drugimi baterijskimi napravami, ki se uporabljajo doma. Uporabo najdejo tudi v vesoljski in vojaški uporabi zaradi svoje lahke narave.
Litij-ionske baterije so vrsta akumulatorskih baterij, pri katerih se litijevi ioni z negativne elektrode med praznjenjem selijo na pozitivno elektrodo in se med polnjenjem baterije selijo nazaj na negativno elektrodo. Li-ionske baterije uporabljajo interkalirano litijevo spojino kot en elektrodni material v primerjavi s kovinskim litijem, ki se uporablja v litijevih baterijah, ki jih ni mogoče polniti.
Litij-ionske baterije imajo v primerjavi z drugimi vrstami baterij običajno visoko energijsko gostoto, malo ali nič spominskega učinka in se samopraznijo. Njihova kemija se poleg zmogljivosti in stroškov razlikuje glede na različne primere uporabe, na primer Li-ionske baterije, ki se uporabljajo v ročnih elektronskih napravah, običajno temeljijo na litijevem kobaltovem oksidu (LiCoO 2), ki zagotavlja visoko energijsko gostoto in nizka varnostna tveganja, če se poškodujejo, medtem ko Li-ion baterije na osnovi litijevega železovega fosfata, ki ponujajo nižjo gostoto energije, so varnejše zaradi manjše verjetnosti, da se zgodijo neljubi dogodki, se pogosto uporabljajo pri napajanju električnega orodja in medicinske opreme. Litij-ionske baterije ponujajo najboljše razmerje med zmogljivostjo in težo, saj litij-žvepne baterije ponujajo najvišje razmerje.
Nekateri atributi litij-ionskih baterij so navedeni spodaj;
- Specifična energija: 100: 265W-h / kg
- Gostota energije: 250: 693 Wh / L
- Specifična moč: 250: 340 W / kg
- Odstotek polnjenja / praznjenja: 80-90%
- Trajnost cikla: 400: 1200 ciklov
- Nazivna napetost celice: NMC 3,6 / 3,85 V
4. Svinčeve baterije
Svinčeve baterije so poceni zanesljiv delovni konj, ki se uporablja v težkih aplikacijah. Običajno so zelo velike in se zaradi svoje teže vedno uporabljajo v neprenosnih aplikacijah, kot so shranjevanje energije sončnih celic, vžig in luči v vozilu, rezervna moč in izravnava obremenitve pri proizvodnji / distribuciji električne energije. Svinčena kislina je najstarejša vrsta akumulatorskih baterij, ki je še vedno zelo pomembna in pomembna v današnjem svetu. Svinčene kislinske baterije imajo zelo nizko razmerje med energijo in prostornino ter energijo in težo, vendar imajo razmeroma veliko razmerje med močjo in težo, zato lahko po potrebi dovajajo velike prenapetostne tokove. Ti atributi skupaj z nizkimi stroški omogočajo, da so te baterije privlačne za uporabo v več visokotemperaturnih aplikacijah, kot so napajanje avtomobilskih zaganjalnikov in za shranjevanje v rezervnih napajalnikih.Če želite izvedeti več o različnih vrstah svinčevih baterij, njihovi konstrukciji in uporabi, si lahko ogledate tudi članek o delu svinčevih baterij.
Vsaka od teh baterij se najbolje prilega, spodnja slika pa pomaga pri izbiri med njimi.
Izbira prave baterije za vašo aplikacijo
Ena glavnih težav, ki ovirajo tehnološke revolucije, kot je IoT, je moč, življenjska doba baterije vpliva na uspešno uvajanje naprav, ki zahtevajo dolgo življenjsko dobo baterije, in čeprav je sprejetih več tehnik upravljanja porabe energije, da baterija zdrži dlje, je treba še vedno izbrati združljivo za dosego želenega rezultata.
Spodaj je nekaj dejavnikov, ki jih je treba upoštevati pri izbiri prave vrste akumulatorja za vaš projekt.
1. Gostota energije: Gostota energije je skupna količina energije, ki jo lahko shranimo na maso ali prostornino. To določa, kako dolgo ostane naprava vklopljena, preden jo je treba ponovno napolniti.
2. Gostota moči: največja hitrost praznjenja energije na enoto mase ali prostornine. Nizka poraba: prenosnik, i-pod. Velika moč: električna orodja.
3. Varnost: Pomembno je upoštevati temperaturo, pri kateri bo naprava, ki jo gradite, delovala. Pri visokih temperaturah se bodo nekateri deli akumulatorja pokvarili in lahko bodo podvrženi eksotermnim reakcijam. Visoke temperature običajno zmanjšajo delovanje večine baterij.
4. Trajnost življenjskega cikla: Stabilnost energijske gostote in gostote moči baterije z večkratnim ciklom (polnjenje in praznjenje) je potrebna za dolgo življenjsko dobo baterije, ki jo zahteva večina aplikacij.
5. Stroški: Stroški so pomemben del vseh tehničnih odločitev, ki jih boste sprejeli. Pomembno je, da so stroški izbire baterije sorazmerni z njeno zmogljivostjo in ne bodo neobičajno povečali skupnih stroškov projekta.