Az elektromos akkumulátorok alkalmazási köre rendkívül széles. Ezeket villamosenergia-forrásként használják gyermekjátékok, és az elektromos kéziszerszámokban, valamint az elektromos járművek tapadási forrásaként. Az akkumulátorok helyes használatához ismernie kell tulajdonságaikat, erősségeit és gyengeségeit.
Tartalom
Mi az elektromos akkumulátor és hogyan működik
Elektromos akkumulátor - megújuló elektromos energia forrása. A galvánelemekkel ellentétben kisütés után újra feltölthető. Elvileg minden akkumulátor egyformán van elrendezve, és egy katódból és egy elektrolitba helyezett anódból áll.
Az elektródák anyaga és az elektrolit összetétele eltérő lehet, és ez határozza meg az akkumulátorok fogyasztói tulajdonságait és terjedelmét.A katód és az anód közé porózus dielektromos szeparátor helyezhető - elektrolittal impregnált szeparátor. De nagyrészt meghatározza az összeállítás mechanikai tulajdonságait, és alapvetően nem befolyásolja az elem működését.
Az akkumulátor működése általában két energiaátalakításon alapul:
- töltés közben elektromosról vegyire;
- kisülés közben vegyszert elektromos áramba.
Mindkét típusú átalakítás reverzibilis kémiai reakciók lezajlásán alapul, amelyek lefolyását az akkumulátorban használt anyagok határozzák meg. Tehát egy ólom-sav cellában az anód aktív része ólom-dioxidból, a katód pedig fém ólomból készül. Az elektródák kénsav elektrolitban vannak. Amikor az anódnál kisütjük, az ólom-dioxid redukálódik, így ólom-szulfát és víz keletkezik, a katódon lévő ólom pedig ólom-szulfáttá oxidálódik. Töltés közben fordított reakciók lépnek fel. Más kivitelű akkumulátorokban az alkatrészek eltérően reagálnak, de az elv hasonló.
Az akkumulátorok típusai és típusai
Az akkumulátorok fogyasztói tulajdonságait elsősorban a gyártási technológia határozza meg. A mindennapi életben és az iparban többféle akkumulátorcella a legelterjedtebb.
Ólom-sav
Ezt az akkumulátortípust a 19. század közepén találták fel, és máig megvan a maga alkalmazási területe. Előnyei közé tartozik:
- egyszerű, olcsó és több évtizedes gyártási technológia;
- nagy áramkimenet;
- hosszú élettartam (300-1000 töltési-kisütési ciklus);
- a legkisebb önkisülési áram;
- nincs memóriaeffektus.
Vannak hátrányai is.Először is, ez egy alacsony fajlagos energiaintenzitás, ami a méretek és a súly növekedéséhez vezet. Alacsony hőmérsékleten is gyenge a teljesítmény, különösen mínusz 20 °C alatt. Az ártalmatlanítással is vannak problémák – az ólomvegyületek meglehetősen mérgezőek. De ez a feladat más típusú akkumulátorok esetében kell foglalkozni.
Míg az ólom-savas akkumulátorokat optimálisra optimalizálták, még itt is van hova fejlődni. Például létezik AGM technológia, amely szerint az elektródák közé elektrolittal impregnált porózus anyagot helyeznek. Ez nem befolyásolja a töltés és a kisülés elektrokémiai folyamatait. Ez alapvetően javítja az akkumulátorok mechanikai jellemzőit (rezgésállóság, szinte bármilyen pozícióban való munkavégzés stb.), és valamelyest növeli a működés biztonságát.
Szintén figyelemre méltó előny a jobb működés a kapacitás és a kimeneti áram vesztesége nélkül mínusz 30 °C hőmérsékleten. Az AGM akkumulátorok gyártói az indítóáram és az erőforrás növekedését állítják.
A gél akkumulátorok az ólom-savas akkumulátorok másik változata. Az elektrolit zselés állapotba sűrűsödik. Ez biztosítja az elektrolit szivárgásának kizárását működés közben, és kiküszöböli a gázok képződésének lehetőségét. De az áramkimenet némileg csökken, és ez korlátozza a zselés akkumulátorok indítóakkumulátorként való használatát. Az ilyen akkumulátorok csodás tulajdonságai a megnövekedett kapacitás és a megnövekedett erőforrás tekintetében a marketingesek lelkiismeretén vannak.
Az ólom-savas akkumulátorokat általában feszültségstabilizáló üzemmódban töltik. Ugyanakkor az akkumulátor feszültsége nő, és a töltőáram csökken. A töltési folyamat végének kritériuma a beállított határértékre való áramesés.
Nikkel-kadmium
Századuk a végéhez közeledik, a terjedelem pedig fokozatosan szűkül. Fő hátrányuk a kifejezett memóriaeffektus. Ha egy nem teljesen lemerült Ni-Cd akkumulátort kezd el tölteni, akkor az elem „emlékezik” erre a szintre, és a kapacitást ez az érték határozza meg tovább. Egy másik probléma az alacsony környezetbarátság. A mérgező kadmiumvegyületek problémákat okoznak az ilyen akkumulátorok ártalmatlanítása során. Egyéb hátrányok közé tartozik:
- nagy hajlam az önkisülésre;
- viszonylag alacsony energiafogyasztás.
De vannak előnyei is:
- alacsony költségű;
- hosszú élettartam (akár 1000 töltési-kisütési ciklus);
- nagy áram leadásának képessége.
Ezenkívül az ilyen akkumulátorok előnyei közé tartozik az alacsony negatív hőmérsékleten való munkaképesség.
A Ni-Cd cellák töltése egyenáramú üzemmódban történik. Teljesen kihasználhatja a kapacitást a töltőáram egyenletes vagy fokozatos csökkentésével történő újratöltéssel. A folyamat végét a cella feszültségének csökkentésével szabályozzuk.
Nikkel-fém-hidrid
A nikkel-kadmium akkumulátorok cseréjére tervezték. Számos jellemző és fogyasztói tulajdonság magasabb, mint a Ni-Cd. Részlegesen sikerült megszabadulni a memóriaeffektustól, körülbelül másfélszeresére növelni az energiaintenzitást és csökkenteni az önkisülési hajlamot. Ugyanakkor megmaradt a magas áramhatékonyság, és a költségek megközelítőleg azonos szinten maradtak. A környezeti probléma mérséklődik – az akkumulátorokat mérgező vegyületek használata nélkül állítják elő. De ezt jelentősen csökkentett erőforrással (akár 5-ször) és negatív hőmérsékleten való munkaképességgel kellett fizetnünk - csak -20 ° C-ig, szemben a -40 ° C-os nikkel-kadmiummal.
Az ilyen cellákat egyenáramú üzemmódban töltik. A folyamat végét úgy szabályozzuk, hogy az egyes elemek feszültségét 1,37 V-ig növeljük. A legkedvezőbb az impulzusáramú üzemmód negatív túlfeszültségekkel. Ez kiküszöböli a memóriaeffektus hatásait.
Li-ion
A lítium-ion akkumulátorok uralják a világot. Kiszorítják az egyéb típusú akkumulátorokat azokról a területekről, ahol a helyzet megingathatatlannak tűnt. A Li-ion cellák gyakorlatilag nem rendelkeznek memóriaeffektussal (van, de elméleti szinten), akár 600 töltési-kisütési ciklust is kibírnak, az energiaintenzitás 2-3-szorosa a nikkel-fém-hidrid kapacitásának és tömegének arányának akkumulátorok.
A tárolás során az önkisülésre való hajlam szintén minimális, de szó szerint mindezért fizetni kell - az ilyen akkumulátorok sokkal drágábbak, mint a hagyományosak. A termelés fejlődésével árcsökkenésre lehet számítani, ahogy ez általában lenni szokott, de az ilyen akkumulátorok egyéb eredendő hátrányait - az áramerősség csökkenése, a negatív hőmérsékleten való munkaképtelenség - nem valószínű, hogy a meglévő technológiák keretein belül áthidalják.
A fokozott tűzveszély mellett ez némileg akadályozza a használatot Li-ion akkumulátorok. Azt is szem előtt kell tartani, hogy az ilyen elemek lebomlásnak vannak kitéve. Még ha nincsenek is feltöltve és lemerítve, maga az erőforrásuk nullára megy 1,5 ... 2 év tárolás alatt.
A legkedvezőbb töltési mód kétlépcsős. Először egy stabil áram (simán növekvő feszültséggel), majd egy stabil feszültség (simán csökkenő árammal). A gyakorlatban a második fokozatot fokozatosan csökkentett töltőáram formájában valósítják meg. Még gyakrabban ez a szakasz egy szakaszból áll - a stabilizált áram egyszerűen csökken.
Az akkumulátorok főbb jellemzői
Az első paraméter, amelyre figyelni kell az akkumulátor kiválasztásakor, az az Névleges feszültség. Egy akkumulátorcella feszültségét a cellában lezajló fizikai-kémiai folyamatok határozzák meg, és az akkumulátor típusától függ. Egy teljesen feltöltött bank kiadja:
- ólom-sav elem - 2,1 volt;
- nikkel-kadmium - 1,25 volt;
- nikkel-fém-hidrid - 1,37 volt;
- lítium-ion - 3,7 volt.
A magasabb feszültség elérése érdekében a cellákat akkumulátorokba szerelik össze. Tehát egy autóakkumulátorhoz 6 ólom-savdobozt kell sorba kötni, hogy 12 V-ot (pontosabban 12,6 V-ot), egy 18 voltos csavarhúzóhoz pedig 5, egyenként 3,7 V-os lítium-ion dobozt kapjon.
A második fontos paraméter az kapacitás. Meghatározza az akkumulátor élettartamát terhelés alatt. Ezt amperórában mérik (az áramerősség és az idő szorzata). Tehát egy 3 A⋅h kapacitású akkumulátor 1 amperes áramerősséggel lemerül 3 óra alatt, 3 amperes árammal pedig 1 óra alatt lemerül.
Fontos! Szigorúan véve Akkumulátor-kapacitás áramerősségtől függ kisütés, így az áram és a kisülési idő szorzata különböző terhelési értékeknél egy akkumulátor esetében nem lesz azonos.
És a harmadik fontos paraméter - áramellátás. Ez az a maximális áram, amelyet az akkumulátor leadhat. Fontos pl gépjármű akkumulátor - meghatározza a motor tengelyének elfordításának lehetőségét a hideg évszakban. A nagy forgatónyomatékot létrehozó nagy áram leadásának képessége is fontos, például az elektromos kéziszerszámoknál. És a mobil kütyük esetében ez a tulajdonság nem olyan fontos.
Az akkumulátorok elektromos tulajdonságai és fogyasztói minősége a tervezéstől és a gyártási technológiától függ. Az akkumulátorok helyes használata a megújuló kémiai energiaforrások előnyeinek kihasználását és a hátrányok kiegyenlítését jelenti.
Hasonló cikkek:
