Baterije su najčešći izvor napajanja za osnovne ručne uređaje velike industrijske primjene. Baterija se može definirati kao kombinacija jedne ili više elektrokemijskih ćelija koje su sposobne pretvoriti pohranjenu kemijsku energiju u električnu.
Rad baterije:
Baterija je uređaj koji se sastoji od različitih voltajskih ćelija. Svaka voltaična stanica sastoji se od dvije polućelije povezane u seriju provodnim elektrolitom koji drži anione i mačje ione. Jedna polućelija uključuje elektrolit i elektrodu na koju se anioni kreću, tj. Anoda ili negativna elektroda, druga polućelija uključuje elektrolit i elektrodu na koju se kreću ioni mačke, tj. Katodu ili pozitivnu elektrodu.
U redoks reakciji koja napaja bateriju dolazi do redukcije kationa na katodi, dok dolazi do oksidacije aniona na anodi. Elektrode se ne dodiruju, već su električno povezane elektrolitom. Uglavnom polovica stanica ima različite elektrolite. Sve što se uzima u obzir, svaka je polućelija zatvorena u posudu i separator koji je porozan na ione, ali ne i glavnina elektrolita koji sprječavaju miješanje.
Rad baterije
Svaka polućelija ima elektromotornu silu (Emf), određenu njenom sposobnošću da pokreće električnu struju iz unutrašnjosti u vanjsku stranu ćelije. Neto emf stanice je razlika između emf-a njezinih polustanica. Na taj način, ako elektrode imaju emf i drugim riječima, neto emf je razlika između redukcijskih potencijala polureakcija.
Kako održavati bateriju?
Da bi se baterija održala u dobrom stanju, potrebno je izjednačavanje baterije. Zbog starenja se sve stanice ne pune slično, a neke stanice naboj prihvaćaju izuzetno brzo, dok se druge napune postupno. Izjednačavanje se može postići neznatnim prekomjernim punjenjem baterije kako bi se i slabije stanice mogle potpuno napuniti. Naponski napon potpuno napunjene baterije je 12V, automobilska baterija pokazuje 13,8V na svojim stezaljkama, dok će 12-voltna cijevna baterija pokazivati 14,8V. Automobilska baterija treba biti čvrsto fiksirana u vozilu kako bi se izbjeglo podrhtavanje. Invertersku bateriju po mogućnosti stavite na drvenu dasku.
2 vrste baterija
1) Primarne baterije:
Kao što naziv navodi, ove su baterije namijenjene za jednokratnu upotrebu. Jednom kad se ove baterije koriste, ne mogu se ponovno napuniti, jer uređaje nije lako reverzibilno, a aktivni materijali se možda neće vratiti u izvorni oblik. Proizvođači baterija preporučuju punjenje primarnih ćelija.
Neki od primjera jednokratnih baterija su uobičajene AA, AAA baterije koje koristimo u zidnim satovima, na daljinskom upravljaču itd. Drugi naziv ovih baterija su jednokratne baterije.
Vrste baterija
2) Sekundarne baterije:
Sekundarne baterije također se nazivaju punjivim baterijama. Te se baterije mogu istovremeno koristiti i puniti. Obično se sastavljaju s aktivnim materijalima s aktivnim u ispražnjenom stanju. Punjive se baterije pune električnom strujom, što preokreće kemijske reakcije koje se javljaju tijekom pražnjenja. Punjači su uređaji koji napajaju potrebnu struju.
Neki od primjera za ove punjive baterije su baterije koje se koriste u mobilnim telefonima, MP3 uređajima itd. Uređaji poput slušnih pomagala i ručnih satova koriste minijaturne ćelije, a na mjestima kao što su telefonske centrale ili računalni centar za podatke koriste se veće baterije.
Sekundarne baterije
Vrste sekundarnih (punjivih) baterija:
SMF, olovna kiselina, Li i Nicd
SMF baterija:
SMF je zatvorena baterija bez održavanja, dizajnirana da ponudi pouzdanu, dosljednu i nisku snagu održavanja za UPS aplikacije. Ove baterije mogu biti podložne primjeni u dubokom ciklusu i minimalnom održavanju u ruralnim područjima i područjima s nedostatkom energije. Te su baterije dostupne od 12V.
U današnjem informativnom svijetu ne može se previdjeti zahtjev da su sustavi baterija osmišljeni tako da obnavljaju ključne kvalificirane podatke i informacije i izvode osnovne instrumente za željeno trajanje. Baterije su potrebne za trenutnu isporuku energije. Nepouzdane i inferiorne baterije mogu rezultirati gubitkom podataka i isključenjem opreme što tvrtke može koštati znatnih financijskih gubitaka. Nakon toga, UPS segmenti pozivaju na upotrebu pouzdanog i provjerenog sustava baterija.
SMF baterija
Litijeva (Li) baterija:
Svi ga koristimo u prijenosnim uređajima poput mobitela, prijenosnog računala ili električnog alata. Litijeva baterija jedno je od najvećih postignuća u prijenosnoj energiji u posljednjem desetljeću. Korištenjem litijevih baterija uspjeli smo prijeći s crno-bijelih mobilnih na mobilne uređaje u boji s dodatnim značajkama poput GPS-a, upozorenja e-poštom itd. To su visoke uređaji s potencijalnom gustoćom energije za veće kapacitete. I relativno male baterije koje se samoprazne. Također Posebne ćelije mogu pružiti vrlo jaku struju aplikacijama kao što su električni alati.
Li baterija
Nikal-kadmij (Nicd) baterija:
Nikelj-kadmijske baterije imaju prednost što se pune više puta i imaju relativno konstantan potencijal tijekom pražnjenja te imaju veći električni i fizički kapacitet izdržavanja. Ova baterija koristi nikal-oksid za katodu, kadmijev spoj za anodu i otopinu kalijevog hidroksida kao svoj elektrolit.
Kada se baterija napuni, kemijski sastav katode se transformira i nikal-hidroksid se mijenja u NIOOH. U anodi nastaje kadmijevi ioni iz kadmijevog hidroksida. Kad se baterija isprazni, kadmij reagira s NiOOH stvarajući natrag nikal hidroksid i kadmij hidroksid.
Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Olovna kiselina:
Olovne baterije se široko koriste u automobilima, pretvaračima, rezervnim sustavima napajanja itd. Za razliku od cjevastih baterija i baterija koje ne zahtijevaju održavanje, olovne baterije trebaju odgovarajuću njegu i održavanje kako bi produljile svoj životni vijek. Olovna baterija sastoji se od niza ploča uronjenih u otopinu sumporne kiseline. Ploče imaju rešetke na kojima je pričvršćen aktivni materijal. Ploče su podijeljene na pozitivne i negativne ploče. Pozitivne ploče sadrže čisti olovo kao aktivni materijal, dok je olovni oksid pričvršćen na negativne ploče.
Olovna kiselina
Potpuno napunjena baterija može isprazniti struju kad je spojena na teret. Tijekom postupka pražnjenja sumporna kiselina kombinira se s aktivnim materijalima na pozitivnoj i negativnoj ploči što rezultira stvaranjem olovnog sulfata. Voda je najvažniji korak u održavanju olovne baterije. Učestalost vode ovisi o upotrebi, načinu punjenja i radnoj temperaturi. Tijekom postupka, atomi vodika iz sumporne kiseline reagiraju s kisikom stvarajući vodu.
To rezultira oslobađanjem elektrona s pozitivnih ploča, što će prihvatiti negativne ploče. To dovodi do stvaranja električnog potencijala preko baterije. Elektrolit u olovnoj bateriji mješavina je sumporne kiseline i vode koja ima specifičnu težinu. Specifična težina je težina smjese kiselina-voda u usporedbi s jednakim volumenom vode. Specifična težina vode bez čistih iona je 1.
Olovne baterije daju najbolju vrijednost za snagu i energiju po kilovat-satu, imaju najduži životni ciklus i veliku ekološku prednost jer se recikliraju po izuzetno visokoj stopi. Nijedna druga kemija ne može dodirnuti infrastrukturu koja postoji za prikupljanje, transport i recikliranje olovnih baterija.
Uz ovaj članak raspravlja se o litij-ionskoj bateriji sa svojim prednostima i nedostacima.
Rad litij-jonske baterije
Litij-jonske baterije sada su popularne u većini elektroničkih prijenosnih uređaja poput mobilnih telefona, prijenosnih računala, digitalnih fotoaparata itd. Zbog svoje dugotrajne energetske učinkovitosti. To su najpopularnije punjive baterije s prednostima poput najbolje gustoće energije, zanemarivog gubitka napunjenosti i bez memorijskog učinka. Li-Ion baterija koristi litijeve ione kao nosače naboja koji se premještaju s negativne na pozitivnu elektrodu tijekom pražnjenja i natrag tijekom punjenja. Tijekom punjenja vanjska struja punjača daje prenaponski napon od akumulatora. To prisiljava struju da pređe u obrnutom smjeru od pozitivne prema negativnoj elektrodi gdje se litijevi ioni ugrađuju u porozni materijal elektrode postupkom nazvanim interkalacija. Lijoni prolaze kroz nevodeni elektrolit i membranu separatora. Materijal elektrode je interkalirani litijev spoj.
Negativna elektroda Li-Ion baterije sastoji se od ugljika, a pozitivna elektroda je metalni oksid. Najčešće korišteni materijal u negativnoj elektrodi je grafit, dok u pozitivnoj elektrodi može biti litij-kobaltov oksid, litij-ionski fosfat ili litijev mangan-oksid. Kao elektrolit koristi se litijeva sol u organskom otapalu. Elektrolit je obično smjesa organskih karbonata poput etilen karbonata ili dietil karbonata koji sadrži litijeve ione. Elektrolit koristi anionske soli poput litij heksa fluoro fosfata, litij heksa fluoro arsenat monohidrat, litij po kloratu, litij heksa fluoro borat itd. Ovisno o korištenoj soli, napon, kapacitet i vijek trajanja baterije variraju. Čisti litij snažno reagira s vodom stvarajući litijev hidroksid i vodikove ione. Dakle, korišteni elektrolit je nevodeno organsko otapalo. Elektrokemijska uloga naboja elektroda između anode i katode ovisi o smjeru strujanja.
Reakcija Li Ion baterije
U Li-Ion bateriji obje elektrode mogu prihvatiti i osloboditi litijeve ione. Tijekom procesa interkalacije, litijevi ioni se kreću u elektrodu. Tijekom obrnutog procesa koji se naziva de interkalacija, litijevi ioni se pomiču natrag. Tijekom pražnjenja, pozitivni litijevi ioni ekstrahirat će se iz negativnih elektroda i umetnuti u pozitivnu elektrodu. Tijekom postupka punjenja događa se obrnuto kretanje litijevih iona.
Prednosti litij-jonske baterije:
Litij-jonske baterije nadmašuju NiCd baterije i druge sekundarne baterije. Neke od prednosti su
- Mala težina u usporedbi s drugim baterijama slične veličine
- Dostupno u različitim oblicima, uključujući ravni oblik
- Veliki napon otvorenog kruga koji povećava prijenos snage pri slaboj struji
- Nedostatak memorijskog učinka.
- Vrlo niska stopa samopražnjenja od 5-10% mjesečno. Samopražnjenje je oko 30% u NiCd i NiMh baterijama.
- Ekološka baterija bez slobodnog litijevog metala
No, zajedno s prednostima, poput ostalih baterija, Li-Ion baterija pati i od nekih nedostataka.
Mane Li-Ion baterije:
- Naslage unutar elektrolita s vremenom će zaustaviti protok naboja. To povećava unutarnji otpor baterije, a sposobnost stanice za isporuku struje postupno se smanjuje.
- Veliko punjenje i visoka temperatura mogu dovesti do gubitka kapaciteta
- Kada se pregrije, Li-Ion baterija može pretrpjeti toplinski odvod i puknuće stanice.
- Duboko pražnjenje može dovesti do kratkog spoja Li-Ion baterije. Da bi to spriječili, neki proizvođači imaju unutarnji isključeni krug koji isključuje bateriju kada je napon iznad sigurne razine od 3 do 4,2 volta. U tom slučaju, kada se baterija ne koristi dulje vrijeme, interni će strujni krug trošiti energiju i isprazniti akumulator ispod napona isključenja. Dakle, za punjenje takvih baterija normalni punjači nisu korisni.
