Batareya dünyası 3 hissə

Müasir batareyaların tarixi on doqquzuncu əsrdə başlayır, bu əsrdən bu gün istifadə edilən dizaynların əksəriyyəti yaranır. Bu vəziyyət, bir tərəfdən, o dövrün alimlərinin mükəmməl ideyalarından, digər tərəfdən, yeni modellərin hazırlanmasında yaranan çətinliklərdən xəbər verir.

Çox az şey o qədər yaxşıdır ki, onları təkmilləşdirmək mümkün deyil. Bu qayda batareyalara da aiddir - XNUMX əsrin modelləri indiki formasını alana qədər dəfələrlə təmizlənmişdir. Bu da aiddir Leklanş hüceyrələri.

Təkmilləşdirmək üçün keçid

Fransız kimyaçının dizaynı dəyişdirilib Karl Qasner həqiqətən faydalı modelə çevrilir: istehsalı ucuz və istifadəsi təhlükəsizdir. Bununla belə, hələ də problemlər var idi - elementin sink örtüyü qabı dolduran turşu elektrolitlə təmasda olduqda korroziyaya uğradı və aqressiv məzmunun sıçraması elektriklə işləyən cihazı sıradan çıxara bilər. Qərar oldu birləşmə sink gövdəsinin daxili səthi (civə örtüyü).

Sink amalgam praktiki olaraq turşularla reaksiya vermir, lakin təmiz metalın bütün elektrokimyəvi xüsusiyyətlərini saxlayır. Bununla belə, ekoloji qaydalara görə, hüceyrələrin ömrünü uzatmaq üçün bu üsul getdikcə daha az istifadə olunur (civəsiz hüceyrələrdə, yazı və ya tapa bilərsiniz) (1).

2. Qələvi elementin düzülüşü: 1) korpus (katod qurğusu), 2) manqan dioksidi olan katod, 3) elektrod ayırıcı, 4) KOH və sink tozu olan anod, 5) anod terminalı, 6) hüceyrənin möhürlənməsi (elektrod izolyatoru) . .

Hüceyrə ömrünü və ömrünü artırmağın başqa bir yolu əlavə etməkdir sink xlorid ZnCl₂ fincan doldurma pastası üçün. Bu dizaynın hüceyrələrinə tez-tez Ağır Yük kimi istinad edilir və (adından göründüyü kimi) daha çox enerji tələb edən cihazları gücləndirmək üçün nəzərdə tutulub.

Birdəfəlik akkumulyatorlar sahəsində sıçrayış 1955-ci ildə tikinti oldu qələvi hüceyrə. Kanadalı mühəndisin ixtirası Lyuis Urri, indiki Energizer şirkəti tərəfindən istifadə edilən, Leclanchet hüceyrəsindən bir qədər fərqli bir quruluşa malikdir.

Birincisi, orada bir qrafit katod və ya sink kubokunu tapa bilməzsiniz. Hər iki elektrod yaş, ayrılmış pastalar şəklində hazırlanır (qatılaşdırıcılar və reagentlər: katod manqan dioksid və qrafit qarışığından, kalium hidroksid qarışığı ilə sink tozunun anodundan ibarətdir) və terminalları metaldan hazırlanır ( 2). Bununla belə, əməliyyat zamanı baş verən reaksiyalar Leclanchet hüceyrəsində baş verənlərə çox oxşardır.

Bir tapşırıq. Tərkibinin həqiqətən qələvi olduğunu öyrənmək üçün qələvi hüceyrədə "kimyəvi yarılma" aparın (3). Unutmayın ki, eyni ehtiyat tədbirləri Leclanchet hüceyrəsinin sökülməsinə də aiddir. Qələvi hüceyrəni müəyyən etmək üçün "Batareya kodu" sahəsinə baxın.

3. Qələvi hüceyrənin "bölməsi" qələvi tərkibini təsdiqləyir.

Evdə hazırlanmış batareyalar

4. Yerli Ni-MH və Ni-Cd batareyaları.

İstifadədən sonra doldurula bilən hüceyrələr, elektrik enerjisi elminin inkişafının başlanğıcından bəri dizaynerlərin məqsədi olmuşdur, buna görə də onların bir çox növləri.

Hal-hazırda, kiçik məişət cihazlarını gücləndirmək üçün istifadə olunan modellərdən biri nikel-kadmium batareyaları. Onların prototipi 1899-cu ildə isveçli bir ixtiraçı bunu edərkən ortaya çıxdı. Ernst Jungner artıq avtomobil sənayesində geniş istifadə olunan akkumulyatorlarla rəqabət apara bilən nikel-kadmium batareyası üçün patent almaq üçün müraciət etmişdir. qurğuşun turşusu batareyası.

Hüceyrə anodu kadmiumdur, katod üçvalentli nikel birləşməsidir, elektrolit kalium hidroksid məhluludur (müasir “quru” dizaynlarda KOH məhlulu ilə doymuş qatılaşdırıcıların yaş pastası). Ni-Cd batareyaları (bu onların təyinatıdır) təxminən 1,2 V işləmə gərginliyinə malikdir - bu, birdəfəlik batareyalardan daha azdır, lakin əksər tətbiqlər üçün problem deyil. Böyük üstünlük, əhəmiyyətli cərəyan (hətta bir neçə amper) və geniş iş temperaturu istehlak etmək qabiliyyətidir.

5. Zəhmət olmasa, doldurmazdan əvvəl müxtəlif növ batareyalar üçün tələbləri yoxlayın.

Nikel-kadmium batareyalarının dezavantajı ağır "yaddaş effekti"dir. Bu, qismən boşalmış Ni-Cd batareyalarını tez-tez doldurarkən baş verir: sistem özünü elə aparır ki, sanki onun tutumu yalnız doldurulma ilə doldurulan yükə bərabərdir. Bəzi növ şarj cihazlarında hüceyrələri xüsusi rejimdə doldurmaqla "yaddaş effekti"ni azaltmaq olar.

Buna görə də, boşaldılmış nikel-kadmium batareyaları tam dövrədə doldurulmalıdır: əvvəlcə tamamilə boşaldılmalıdır (müvafiq şarj cihazı funksiyasından istifadə edərək) və sonra yenidən doldurulur. Tez-tez doldurulması 1000-1500 dövrənin təxmin edilən ömrünü də azaldır (bir çox birdəfəlik hüceyrələr ömrü boyu tək bir batareya ilə əvəz olunacaq, beləliklə, daha yüksək alış dəyəri özünü dəfələrlə ödəyəcək, batareyanın daha az gərginliyini qeyd etməmək lazımdır). ). hüceyrələrin istehsalı və atılması ilə ətraf mühit).

Tərkibində zəhərli kadmium olan Ni-Cd elementləri dəyişdirilib nikel-metal hidrid batareyaları (Ni-MH təyinatı). Onların strukturu Ni-Cd batareyalarına bənzəyir, lakin kadmium əvəzinə hidrogeni udmaq qabiliyyətinə malik məsaməli metal ərintisi (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, nadir torpaq metalları) istifadə olunur (4). Ni-MH elementinin işləmə gərginliyi də təxminən 1,2 V-dir ki, bu da onları NiCd batareyaları ilə əvəzedici şəkildə istifadə etməyə imkan verir. Nikel-Metal Hidrid hüceyrələrinin tutumu eyni ölçülü Nikel-Kadmium hüceyrələrinin tutumundan daha böyükdür. Bununla belə, NiMH sistemləri daha sürətli özünü boşaldır. Artıq bu çatışmazlığı olmayan müasir dizaynlar var, lakin onlar standart modellərdən çox baha başa gəlir.

Nikel-metal hidrid batareyaları "yaddaş effekti" göstərmir (qismən boşalmış hüceyrələr doldurula bilər). Bununla belə, şarj cihazı üçün təlimatlarda (5) hər bir növün doldurulma tələblərini yoxlamaq həmişə lazımdır.

Ni-Cd və Ni-MH batareyaları vəziyyətində, onları sökməyi məsləhət görmürük. Birincisi, biz onlarda faydalı bir şey tapmayacağıq. İkincisi, nikel və kadmium təhlükəsiz elementlər deyil. Lazımsız yerə risk almayın və sərxoşluğu təcrübəli mütəxəssislərə həvalə edin.

Akkumulyatorların kralı, yəni...

6. "Batareyaların kralı" iş başında.

… Qurğuşun-turşu batareyası, 1859-cu ildə fransız fiziki tərəfindən inşa edilmişdir Gaston Plantego (bəli, bəli - bu il aparatın 161 yaşı tamam olacaq!). Batareyanın elektroliti təxminən 37% sulfat turşusu (VI) məhluludur və elektrodlar qurğuşun (anod) və qurğuşun dioksid PbO təbəqəsi ilə örtülmüşdür.₂ (katod). Əməliyyat zamanı elektrodlarda qurğuşun(II)(II)PbSO sulfat çöküntüsü əmələ gəlir.₄. Şarj edərkən, bir hüceyrə 2 voltdan çox gərginliyə malikdir.

qurğuşun batareyası əslində bütün çatışmazlıqlara malikdir: əhəmiyyətli çəki, boşalma və aşağı temperaturlara həssaslıq, yüklənmiş vəziyyətdə saxlama ehtiyacı, aqressiv elektrolit sızması riski və zəhərli metalın istifadəsi. Bundan əlavə, diqqətli davranmağı tələb edir: elektrolitin sıxlığını yoxlamaq, kameralara su əlavə etmək (yalnız distillə edilmiş və ya deionlaşdırılmış istifadə edin), gərginliyə nəzarət (bir kamerada 1,8 V-dan aşağı düşmə elektrodlara zərər verə bilər) və xüsusi doldurma rejimi.

Bəs niyə qədim quruluş hələ də istifadə olunur? "Akkumulyatorlar Kralı" əsl hökmdarın atributuna - gücə malikdir. Yüksək cərəyan sərfiyyatı və 75%-ə qədər yüksək enerji səmərəliliyi (doldurma üçün istifadə edilən bu enerjini istismar zamanı bərpa etmək olar), eləcə də sadə dizayn və aşağı istehsal xərcləri o deməkdir ki, qurğuşun batareyası Yalnız daxili yanma mühərriklərini işə salmaq üçün deyil, həm də təcili enerji təchizatı elementi kimi istifadə olunur. 160 illik tarixə baxmayaraq, qurğuşun batareyası hələ də yaxşı işləyir və bu cihazların digər növləri ilə əvəz edilməmişdir (və onunla birlikdə qurğuşun özü, batareya sayəsində ən çox istehsal olunan metallardan biridir) . Daxili yanma mühərriklərinə əsaslanan motorizasiya inkişaf etməyə davam etdikcə, onun mövqeyinin təhlükə altına düşməsi ehtimalı yoxdur (6).

İxtiraçılar qurğuşun-turşu akkumulyatorunun əvəzedicisi yaratmaq cəhdlərini dayandırmadılar. Bəzi modellər populyarlaşdı və bu gün də avtomobil sənayesində istifadə olunur. On doqquzuncu və iyirminci əsrlərin sonunda H məhlulunun istifadə edilmədiyi dizaynlar yaradıldı.₂SO₄lakin qələvi elektrolitlər. Məsələn, yuxarıda göstərilən Ernst Jungnerin nikel-kadmium batareyasıdır. 1901-ci ildə Tomas Alva Edison kadmium yerinə dəmirdən istifadə etmək üçün dizaynı dəyişdirdi. Turşu batareyaları ilə müqayisədə qələvi batareyalar daha yüngüldür, aşağı temperaturda işləyə bilir və idarə etmək o qədər də çətin deyil. Bununla belə, onların istehsalı daha bahalı, enerji səmərəliliyi isə aşağıdır.

Beləliklə, növbəti nədir?

Əlbəttə ki, batareyalar haqqında məqalələr sualları tükəndirmir. Onlar, məsələn, kalkulyatorlar və ya kompüter anakartları kimi məişət cihazlarını gücləndirmək üçün istifadə olunan litium hüceyrələrini müzakirə etmirlər. Onlar haqqında daha çox kimya üzrə keçən ilki Nobel Mükafatı haqqında yanvar məqaləsində, praktiki hissədə isə bir ay ərzində (söküntü və təcrübə daxil olmaqla) öyrənə bilərsiniz.

Hüceyrələr, xüsusən də batareyalar üçün yaxşı perspektivlər var. Dünya getdikcə daha mobil olur, bu da elektrik kabellərindən müstəqil olmaq zərurəti deməkdir. Elektrikli nəqliyyat vasitələri üçün səmərəli enerji təchizatının təmin edilməsi də böyük problemdir. - beləliklə, onlar həm də səmərəlilik baxımından daxili yanma mühərrikli avtomobillərlə rəqabət apara bilsinlər.

akkumulyator batareyası

Hüceyrə növünün identifikasiyasını asanlaşdırmaq üçün xüsusi alfasayısal kod təqdim edilmişdir. Kiçik məişət texnikası üçün evlərimizdə ən çox rast gəlinən növlər üçün rəqəm-hərf-hərf-rəqəm şəklindədir.

Və bu:

- birinci rəqəm hüceyrələrin sayıdır; tək hüceyrələr üçün nəzərə alınmır;

– birinci hərf hüceyrə tipini göstərir. Əskik olduqda, siz Leclanche bağlantısı ilə məşğul olursunuz. Digər hüceyrə növləri aşağıdakı kimi etiketlənir:

C - litium hüceyrəsi (ən çox yayılmış növü),

H - Ni-MH batareya,

K - nikel-kadmium batareyası,

L - qələvi hüceyrə;

- aşağıdakı hərf keçidin formasını göstərir:

F - boşqab,

R - silindrik,

P - silindrikdən başqa formaya malik olan bağların ümumi təyinatı;

– yekun rəqəm və ya rəqəmlər linkin ölçüsünü göstərir (kataloq dəyərləri və ya ölçüləri birbaşa göstərən) (7).

7. Məşhur hüceyrələrin və batareyaların ölçüləri.

İşarələmə nümunələri:

R03
- kiçik barmaq ölçüsündə sink-qrafit hüceyrəsi. Digər təyinat AAA və ya.

LR6 - barmaq ölçüsündə qələvi hüceyrə. Başqa bir təyinat AA və ya.

HR14 - Ni-MH batareya; C hərfi də ölçüsü göstərmək üçün istifadə olunur.

KR20 – Ni-Cd batareyası, ölçüsü də D hərfi ilə qeyd olunur.

3LR12 – üç silindrik qələvi elementdən ibarət 4,5 V gərginlikli düz batareya.

6F22 – 9 voltluq batareya, altı Leclanchet yastı hüceyrədən ibarətdir.

CR2032 – diametri 20 mm və qalınlığı 3,2 mm olan litium hüceyrəsi.

Həmçinin baxın: