Батарейка из чего сделана: Батарейки и элементы питания. Принцип действия

Содержание

Батарейки и элементы питания. Принцип действия

Сложно представить современную жизнь без батареек. Они есть везде и получили широкое распространение, поскольку дают нам с вами возможность брать с собой энергию. И пусть, как правило, это не долговечный источник питания, но он способен нам с вами существенно упростить жизнь. Посудите сами, если бы не было бы батареек, приходилось бы включать и выключать телевизор, вставая с кровати. В отсутствии таких элементов питания, не было бы веселых детских игрушек портативных плееров. Со времён своего появления батарейки настолько эволюционировали, что появились аккумуляторы. Благодаря последним стало возможно включать зажигание автомобиля без механического раскручивания стартера. Также, благодаря им стало возможно производство мобильных телефонов, смартфонов и планшетов, без которых ни один современный человек не обходится. Давайте сегодня поговорим про батарейки, их принцип действия и начнем мы с истории.

Изобретателем, и человеком, который построил первую работающую батарейку принято считать Алессандро Вольта.

Он построил так называемый «вольтов столб». Последний представлял собой ничто иное, как последовательное соединение гальванических элементов, которое могло выдавать постоянный ток. Что такое гальванический элемент? Это электрохимический элемент, способный выдавать постоянное напряжение. Названы они так в честь итальянского физиолога Луиджи Гальвани. Гальванические элементы основаны на химической реакции двух металлов и их оксидов с электролитом, в результате которой в замкнутой цепи появляется цепь электрического тока.

Современные батарейки ушли далеко вперёд. Они способны выдавать гораздо больше энергии и более длительное время, при меньших размерах. Батарейкой в обиходе, как правило называют одиночный гальванический элемент. Хотя это не совсем правильно. Батарея или батарейка — это последовательное соединение нескольких гальванических элементов. Типичным примером батарей является автомобильный аккумулятор, который в зависимости от потребностей машины состоит из шести или двенадцати гальванических элементов.

Давайте поподробнее разберёмся в химической реакции, которая происходит в щелочной батарейке. На самом деле это несложный химический процесс: батарейка состоит из трёх основных элементов — двух электродов и электролита. В электролит добавляют специальные загустители для того, чтобы он попросту не вытекал из элемента питания. Анод, как правило делается из порошкового цинка с латунным сердечником, выведенным на дно батарейки, то есть к минусу. Катод выполнен из порошкового диоксида марганца, с добавлением угольного порошка. Угольный порошок способствует лучшей проводимости.

Катод и анод в батарейке находится в виде пасты. Катодную массу прессуют изнутри к внешнему корпусу батарейки. В середине находится анод, из которого выходит латунный сердечник. Последний соединяет анодную пасту с дном батарейки. Важно! Анодная паста не соединяется с плюсом батарейки. Для того, чтобы анодная и катодная пасты не смешивались, между ними кладут нетканый материал, вымоченный в электролите.

Тем самым в батарейке начинается несложная химическая реакция. В анодной пасте начинает происходить окисление цинка, которое генерирует поток электронов и ионов. В катодной пасте происходит наоборот. Вместо разрушительной реакции, в момент разрядки происходит восстановление гидроксида марганца до метагидроксида. Хотя не будем вдаваться в химические дебри, так как это достаточно сложно. Скажу просто, процесс восстановления помогает забрать избыточные ионы, и на выходе мы получаем стабильное напряжение. Важно знать, что любой гальванический элемент выдаёт строго постоянный ток, так как он всегда направлен от плюса к минусу и не имеет синусоиды изменений.

Давайте коротко поговорим об аккумуляторных батареях. Они бывают разными по своему составу. Разница между аккумулятором и батарейкой в том, что в аккумуляторе при разрядке происходят обратные реакции. Проще всего это объяснить на примере автомобильного свинцового аккумулятора. При разрядке такого аккумулятора на катоде происходит восстановление диоксида свинца.

На аноде в этот момент происходит окисление свинца. Обе эти реакции обратимые, и при зарядке происходит совершенно противоположный процесс. Так устроены все аккумуляторы, вопрос только в размерах, составе и конструкции. Но фундаментальная суть, повторяюсь одна, все аккумуляторы построены на обратимых реакциях. Например, аккумулятор мобильного телефона использует тот же принцип, но в нем содержится литий вместо свинца.

Существует так же литиевые одноразовые батарейки. Они стоят достаточно дорого, но у них есть масса плюсов. Во-первых, они обладают максимальной мощностью на единицу веса. Во-вторых, они работают гораздо дольше, нежели солевые или щелочные батарейки. В-третьих, литиевые батарейки имеют гораздо больший срок годности. Он составляет от десяти до двенадцати лет, в тот момент, как щелочные могут храниться только 5‒7 лет. Литиевые батарейки имеют схожую с щелочными конструкцию. Так что подробно на ней останавливаться не будем.

Последнее, о чем успеем поговорить сегодня — сахарные батареи. На данный момент — это лишь разработка, никакого практического применения она пока не имеет, хотя довольно успешно проходила испытания. Принцип такой батареи заключается в реакции полисахаридов, полученных из крахмала с уксусом. Конечно, это очень грубое описание происходящего в батарее, но зато понятное. В такой батарее самая высокая плотность энергии. К тому же, такие батарейки, как правило имеют возможность перезарядки, а значит из можно использовать достаточно долго. Но самая классная фишка сахарных аккумуляторов и батарей в другом, они полностью биоразлагаемы. Это значит, что такие батареи, в отличии от щелочных можно просто выкидывать, они не угрожают окружающей среде.

Сегодня мы с вами поговорили о большом количестве разнообразных батареек и разобрались с их принципом действия. Но осталось несколько вопросов которые мы с вами не решили. Например, как подобрать правильные батарейки? Или какой формы выпуска они бывают? Так что ждём вас в следующий раз, на этом же месте в тоже время.

До новых встреч.

Почему батарейки нельзя выбрасывать

На каждой батарейке или аккумуляторе питания всегда нарисована перечеркнутая урна. Про экологию и токсичность говорят сейчас много, но почему же батарейки — эти маленькие и безобидные на вид элементы питания — все-таки нельзя выбрасывать в урну и что с ними тогда делать?

Что опасного в батарейках?

       

Для начала разберемся, что у нас содержится внутри батареек. Не будем вдаваться в подробности механизма работы, но запомним основное — это элемент питания, под оболочкой которого мы имеем имеет анод и катод, погруженные в электролит и вступающие в химические реакции для выработки электрического тока.

         

В этом материале мы не станем оценивать характеристики батареек по работоспособности и эффективности. Нас интересует только внутренний состав «ингредиентов».

Батарейки бывают нескольких типов:

  • солевые (zinc-carbon)
  • щелочные (alkaline)
  • литиевые (lithium)
  • оксид-серебряные (oxygen-silver)
  • воздушно-цинковые (zinc-air)

Солевые — самые первые и простые батарейки.

Анод состоит из смеси диоксида марганца с электролитом. В качестве электролита раньше выступал хлорид аммония, сейчас в основном хлорид цинка иногда с добавкой хлорида кальция.

Щелочные (алкалиновые) батарейки в составе электролита имеют, как понятно из названия, щелочь. Здесь мы имеем анод из цинка, гидроксида калия, катод из диоксида марганца.

Литиевые основаны на литиевом катоде и органическом электролите. В составе также оксиды марганца и меди, серы, дисульфид железа, хлористый тионил.

Оксид-серебряные батарейки подразумевают в составе оксид серебра в виде катода, цинковый анод, щелочной электролит и еще гидроксиды натрия и каля в придачу.

Воздушно-цинковые батарейки — это гидроксид калия либо раствор хлорида цинка в электролите и цинковый катод.

Но и это не все. В целом, в зависимости от типа батарейки, мы получаем под корпусом занятный компот: свинец, литий, марганец, никель, натрий, кадмий, титан, иногда ртуть. Не самый приятный и совершенно точно токсичный набор элементов.

Если вы уже в ужасе побежали вытаскивать батарейки из всех приборов, погодите. Пока вы держите батарейку в руках, пользуетесь ей в приборе — она не опасна. Когда весь букет токсичности прочно спрятан в корпус элемента питания — никакой угрозы для вас или окружающего пространства батарейка не представляет.

От одной выброшенной батарейки вреда ведь не будет?

       

Отдыхая годами на свалке, корпус батарейки разрушается, и все токсичные соединения отправляются на волю. Либо они попадают в почву и грунтовые воды, либо прямиком в атмосферу, если батарейку сожгли. И все наши токсичные товарищи совершают долгое путешествие, отравляющее все на своем пути.

А теперь давайте разберемся, что такого вредного в основных токсичных элементах.

Свинец — как тяжелый металл, вреден в любых количествах, попадающих в организм. Накапливается в мозге, печени, почках, костях. Особенно опасен для детей и внутриутробного развития, вызывая нарушения в работе мозга и центральной нервной системы, снижение умственного развития.

Литий — в чистом виде для человека угрозы не представляет, так как литий сам по себе в небольшой концентрации и так содержится во всех тканях организма. Мы потребляем его с едой, и некоторые лекарственные психотропные препараты содержат литий в том числе. Но превышение нормы лития и интоксикация его соединениями вызывает нарушения в опорно-двигательном аппарате, тормозит ЦНС и работу щитовидной железы.

Марганец — тоже сам по себе не особо токсичен и участвует во многих обменных процессах организма. А вот оксид марганца — такая себе история. Разлагается он только при температуре от 535 градусов, и что точно не стоит делать — так это вдыхать его, так как интоксикация оксидом марганца приводит к поражению мозга.

Никель — вообще-то, ваша поджелудочная железа содержит никель. Но это не отменяет того факта, что никель и его соединения токсичны. В основном его избыток вызывает кожные реакции — дерматиты, витилиго.

Ртуть — вы наверняка про нее знаете, она чрезвычайно токсична и для человека, и для животных. ЦНС, пищеварительная и иммунная системы, дыхательные пути, почки, кожа, глаза — это все поражается ртутью. Наиболее уязвим к ее воздействию внутриутробный плод. Всемирная Организация Здравоохранения признает ртуть одним из десяти химических элементов, представляющих опасность и проблему для здоровья человечества.

Кадмий — токсичен так же, как ртуть или мышьяк. Вдыхать или есть кадмий точно не стоит. Поражает дыхательные пути, ЦНС, желудочно-кишечный тракт, нарушает работу печени и почек. Даже сотых долей грамма соединений кадмия уже достаточно для острого отравления.

И это мы говорим только о том, как эти элементы влияют непосредственно на человека. Но стоит помнить и о токсичности для растений и животных. Например, высокая концентрация кадмия в водоемах вызывает отравление воды и массовую гибель рыбы. Литий химически активен и быстро вступает в реакции в почве и воде. Никель, накапливаясь в почве, вызывает болезни и гибель животных, дегенерацию растений. Природа «болеет» и к тому же становится отличным проводником всех вредных элементов к человеку. Рыба и моллюски с высоким содержанием ртути — уже не редкость, как и вода с повышенным содержанием тяжелых металлов.

А что тогда с ними делать?

Итак, вы уже наверняка достаточно убедились, что даже одна батарейка стоит вашего внимания. Что с ней делать? Не выбрасывать в мусорное ведро!

     

Для сбора батареек на территории Байчуровского сельского поселения Поворинского муниципального района Воронежской области установлен контейнер, который находится в здании администрации Байчуровского сельского поселения по адресу: с. Байчурово , пер . Советский , 5

По материалам сайта: baichur.ru

По данным Информационного агентства «Российские Интернет Технологии»

фото: pixabay.com

Представлена «вечная» батарейка на радиоактивных элементах / Хабр

Американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. Это не теория, сейчас разработку переводят на коммерческую основу. Несколько недель назад разработчик завершил тестирование, убедившись в работоспособности системы. Первые батареи такого типа появятся в продаже в конце этого года. Инвестором разработчиков выступил стартап-инкубатор Volkswagen Future Mobility.

Разработка представляет собой специальный корпус из синтетических алмазов, внутрь которого помещен радиоактивный сердечник. В процессе неупругого рассеивания бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток. В качестве топлива используются переработанные ядерные отходы углерода-14. Этот изотоп применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта. Он также накапливается в графитовых деталях ядерных реакторов, которые поглощают излучение ядерных топливных стержней. Хранить такие отходы опасно, дорого и трудно. Батареи на углероде-14 решают сразу две проблемы — недолговечность обычных элементов питания и переработки радиоактивных отходов.

В Nano Diamond Battery отмечают, что батарейки безопасны для человека и окружающей среды. В процессе испытаний радиационный фон оставался в норме. А алмазная оболочка (дешевые искусственные алмазы) успешно защищала корпус от возможных повреждений. Еще один положительный момент — работающая батарейка не выделяет углекислый газ.

Безопасность и эффективность бета-гальванической батареи подтвердили в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Конкуренты прототипа батареи NDB демонстрировали 15% эффективности при производстве энергии. А у разработки калифорнийского стартапа благодаря синтетической алмазной структуре, которая выступает одновременно полупроводником и теплоотводом, эффективность достигла 40%. Внутренний стержень «фонит» до 28 000 лет, поэтому элементы питания будут работать гораздо дольше, чем техника, в которую они установлены.

Nano Diamond Battery предлагает бета-гальванические батареи в разных форм-факторах, включая привычные АА, AAA, 18650, CR2032 и других. Теоретически они могут работать совместно с литий-ионными батареями, установленными на большинстве современных устройств. При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору.

«Представьте себе iPhone. Наша разработка полностью заряжала бы вашу батарею с нуля пять раз в час. Представьте себе это. Представьте себе мир, в котором вам вообще не придется заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе неделю, месяц… Как насчет десятилетий? Вот что мы можем сделать с помощью нашей технологии», — рассказал о разработке NDB сотрудник стартапа Нил Найкер.

Компания NDB поделилась планами наладить коммерческое производство бета-гальванических батарей к концу года. Заключены два предварительных контракта на поставку батарей американским компаниям. Будущие бета-тестеры занимаются производством, обслуживанием и утилизацией продуктов ядерного топлива, а также производством аэрокосмической, оборонной и охранной продукции. Названия первых клиентов пока держат в секрете.

Как работают батарейки и аккумуляторы?

Где бы вы ни были и куда бы ни пошли, вы, так или иначе, столкнетесь с батарейками или аккумуляторами. Попробуйте представить мир, в котором бы все электроприборы питались от розеток – никаких телефонов, фонариков, ноутбуков, автомобилей и прочих уже привычных благ цивилизации. Аккумуляторы повсюду: от мобильных телефонов до космических кораблей. О том, как работают эти портативные источники энергии, из чего они сделаны, и какие мифы о них правдивы, а какие – нет, мы попытаемся разобраться в этой статье.

Первые батарейки

Считается, что примитивными батарейками пользовались еще арабы во времена до нашей эры. В результате раскопок под Багдадом археологи нашли глиняные кувшины, в которых находились железные стержни в медной оболочке. Протестировав находки в лаборатории, ученые пришли к выводу, что кувшины были наполнены кислотной жидкостью, скорее всего, вином или уксусом. Для каких целей использовались подобные устройства не совсем понятно, т.к. представление об электричестве возникло спустя практически два тысячелетия, но факт остается фактом: батарейками пользовались еще до Рождества Христова.

Первый в истории стабильный химический источник питания. Автор: dpantalony

Однако первые современные батарейки появились в 1800 году благодаря итальянскому ученому Алессандро Вольте, который получил непрерывный электрический ток, поместив цинковые и медные пластины в кислоту. Это изобретение получило название Вольтов столб, а единица измерения напряжения получила название в честь его создателя. С тех пор появились новые виды батареек с усовершенствованной конструкцией и улучшенным коэффициентом полезного действия, но принцип их работы существенно не изменился: при подключении батарейки к устройству в ней происходит электрохимическая реакция и вырабатывается электричество.

По типу электрохимической реакции различают два типа химических источников питания:
1. Гальванические элементы (батарейки). Они отличаются необратимой реакцией при выработке электроэнергии, поэтому их нельзя перезарядить. Попытка перезарядить батарейку может привести к утечке щелочи или другого вещества, в зависимости от батарейки.
2. Аккумуляторы. Они отличаются обратимостью реакций при выработке электричества, поэтому их можно перезарядить. Аккумуляторы могут не только, как батарейки, преобразовывать химическую энергию в электрическую, но и наоборот.

Как работают батарейки

Оригинал: Microsoft Encarta

Главными компонентами батарейки, из которых она состоит на 90 %, являются электролит и два электрода: анод, подключенный к отрицательному полюсу (-) и катод, подключенный к положительному полюсу (+). Если подключить батарейку к электрической цепи, в ней начнут происходить окислительно-восстановительные процессы. Взаимодействуя с электролитом, материал анода начнет окисляться и выделять отрицательно заряженные частицы – электроны, – которые и образуют электрический ток. Во время работы батарейки в аноде (-) вырабатывается избыточное количество электронов, и единственным выходом для них является перемещение к положительному полюсу. Взаимодействуя с материалом катода, электроны нейтрализуются в результате реакции восстановления. Именно избыток электронов в отрицательном полюсе и их нехватка в положительном полюсе приводит к постоянному перераспределению электронов между полюсами и создает электрическое напряжение. Окислительно-восстановительные процессы протекают в батарейке постоянно, пока она подключена к электрической цепи, изменяя изначальный состав материалов анода и катода: образуются второстепенные элементы, которые препятствуют движению электронов. Это приводит батарейку в негодность.

Аккумуляторы

Аккумуляторы отличаются от батареек обратимостью химических процессов, проще говоря, возможностью перезарядки. В электрической цепи аккумулятор работает так же, как и батарейка: в аноде образуются электроны, которые перемещаются в катод, образуя электрическое напряжение. Когда материал анода истощается, электроны прекращают вырабатываться и аккумулятор садится. Вот здесь и кроется главное преимущество аккумуляторы: в отличие от батарейки, анод можно восстановить, пропустив через аккумулятор электрический ток. Естественно, это не значит, что аккумуляторы будут работать вечно, ведь материал анода в любом случае будет постепенно истощаться, но на сотню перезарядок обычного аккумулятора зачастую хватает.

В зависимости от материалов, используемых в качестве анода и катода, выделяют разные типы батареек. Каждый тип отличается производительностью, сроком эксплуатации, ценой и вредностью. К сожалению, не существует идеальных батареек, которые бы удовлетворяли пользователей всеми параметрами. О типах батареек и аккумуляторов, их преимуществах и недостатках читайте далее.

Виды и обозначения батареек — Статьи и обзоры — Экономстрой

Где бы мы ни находились, всюду нас окружают электронные бытовые приборы, работающие при помощи автономных источников питания. Пульты от телевизора, часы, фототехника, фонарики, тонометры – все эти предметы не могут функционировать без батареек, которые различаются между собой по емкости, типу, условиям эксплуатации. Как сделать правильный выбор данных изделий, какие виды батареек бывают и что нужно учитывать при их покупке – рассмотрим эти вопросы подробнее.

Что такое батарейка?

В быту под «батарейками» понимают гальванические элементы, питающие технику за счет необратимой химической реакции между двумя металлами (или их оксидами). Детали из разных материалов помещаются в специальную жидкость (электролит) и в результате взаимодействия между собой преобразуют химическую энергию в электрическую. Простыми словами, протекающая в батарейке реакция способствует образованию электротока, который приводит в действие электронные приборы.

Разновидности батареек

Гальванические элементы могут классифицироваться по различным критериям. Основной из них – типы металлов или электролитов, обеспечивающих протекание химической реакции. В зависимости от этого параметра различают такие виды двухполюсников:

  • Солевые – дают напряжение 1,5 В. Их катод изготавливается из цинка, анод – из диоксида марганца, электролит состоит из хлорида аммония. Такие изделия имеют низкую цену и оптимально подходят для простых электронных устройств, например пультов или детских игрушек. Однако они имеют короткий срок хранения и быстро разряжаются при минусовых температурах.
  • Ртутные – «минусом» в таких гальванических элементах служит цинк, а «плюсом» оксид ртути. Разделение катода и анода осуществляется посредством электролита из 40%-ного щелочного раствора. Изделия имеют большую емкость и отличаются стабильностью напряжения, но являются довольно токсичными, особенно при повреждении корпуса.
  • Щелочные – катод и анод у этих изделий аналогичен солевым элементам, но в качестве электролита применяется гидроксид калия. Среди их преимуществ стоит отметить низкий саморазряд, длительный период хранения и способность сохранять напряжение при морозах (до -20°C). Что касается недостатков, то они стоят дороже и весят примерно на 20% больше солевых.
  • Литиевые – при производстве этих гальванических элементов используется литиевый катод. Анод может изготавливаться из диоксида марганца, оксида меди или других материалов, а электролит имеет органическое происхождение. Батарейки чаще всего используются для портативного оборудования. Единственным их недостатком является высокая стоимость, которая, впрочем, полностью окупается длительным периодом хранения, термической стойкостью, стабильным напряжением и высокой энергоемкостью.
  • Серебряные – имеют цинковый анод и щелочной электролит, катод изготавливается из оксида серебра. По преимуществам эти изделия аналогичны ртутным, но отличаются большей емкостью и безопасностью в эксплуатации. Серебро не относится к токсичным материалам, поэтому не наносит вреда даже при разрушении корпуса. Среди недостатков можно упомянуть их дороговизну – они стоят дороже всех других батареек.

Как обозначаются гальванические элементы?

Для обозначения батареек с разным химическим составом используется международная стандартизация IEC. В соответствии с ней, при производстве изделий применяется следующая маркировка:

  • R – солевая;
  • SR – серебряная;
  • LR – щелочная;
  • CR – литиевая;
  • HD или LD – серебряно-цинковая;
  • PR – воздушно-цинковая.

Обратите внимание, что изделия с одинаковым составом могут различаться между собой по типоразмеру. Наиболее распространенными по форме являются цилиндрические батарейки. Выступ на одном их торце – это положительный электрод, а плоская площадка на другой стороне – отрицательный. Маркировка таких гальванических элементов может осуществляться по нескольким стандартам, но большинству потребителей более известна американская система стандартизации. Рассмотрим ее в таблице ниже.

Типоразмер

Название в быту

Высота, мм

Ширина, мм

А

минимизинчиковая

28,9

10,5

АА

пальчиковая

50,5

14,5

ААА

мизинчиковая

44,5

10,5

АААА

маленькая мизинчиковая

42,5

8,3

D

большая

61,5

34,2

С

средняя

50

26,2

РР3

крона

48,5

26,5

Менее востребованными считаются плоские батарейки (таблетки). Их маркировка не подчиняется каким-либо стандартам, поэтому покупка этих изделий может вызывать определенные трудности. Чтобы разобраться, какую именно плоскую батарейку нужно купить, рекомендуем отыскать маркировку на корпусе уже использованной таблетки и попросить такую же у продавца в магазине.

Критерии выбора батареек

Выбор изделий во многом зависит не только от их типоразмеров, но и от технических параметров. Чтобы не ошибиться при покупке, желательно учитывать следующие критерии:

  • Емкость – подразумевает объемы электрической энергии, находящейся внутри батарейки. Для определения необходимой емкости нужно знать ее заряд и количество тока, потребляемого электронным прибором. К примеру, если заряд составляет 3 Ач, а потребляемый ток 0,25 Ач, то гальванического элемента будет достаточно на 12 часов работы (3 Ач/0,25 Ач – итого 12).
  • Напряжение – разница потенциалов, которую элемент обеспечивает во время своего функционирования. Так, пальчиковая батарейка дает напряжение в диапазоне 4–6 В, что вполне достаточно для работы настенных часов или фонарика.
  • Саморазряд – количество электроэнергии, которую изделие теряет с течением времени. Например, батарейки соляного типа к концу своего рабочего периода могут потерять до 40% энергии от общей емкости. Поэтому при покупке нужно всегда смотреть на дату изготовления гальванического элемента.

Кроме указанных критериев, стоит обращать внимание на размеры батарейки, ее производителя, общий срок хранения. Правильно подобранное изделие прослужит более качественно и долгое время.

как защитить машину за 1000 рублей :: Autonews

Фото: Shutterstock

«Конечно, не очень удобно таскать аккумулятор туда сюда, но это действенный способ. Единственное, что на современных машинах вытащить его достаточно сложно бывает», — подчеркнул эксперт.

Еще один способ, который применялся в 90-х годах, подходит для тех случаев, когда водитель не собирается пользоваться своим транспортным средством продолжительный период времени. В этом случае, он может попросить других водителей заблокировать своими машинами его автомобиль на парковке.

«Тогда угонщикам придется вскрывать сразу несколько автомобилей, а на это пойдет не каждый преступник», — подчеркнул Шумский.

Наконец, автовладелец может попробовать отпугнуть потенциального злоумышленника с помощью полицейской формы. Для это раньше водители часто вещали внутри салона китель сотрудника правоохранительных органов высокого звания или клали фуражку на заднюю полку автомобиля. Впрочем насколько этот метод эффективен сказать тяжело.

Секретная кнопка в салоне

По словам руководителя проекта «Карта убитых дорог» Александра Васильева, самым простым способом по защите машины является установка «секреток». Например, к ним относится ручная блокировка двигателя.

«С помощью некой секретной кнопки осуществляется разрыв электрической цепи. Если не знать где она находится, то преступник просто не сможет завести машину», — подчеркнул эксперт.

Александр Шумский также достаточно высоко отметил эффективность «секреток». При этом он заметил, что места установки таких кнопок в большинстве случаев известны опытным преступникам.

«Впрочем от начинающего злоумышленника такие системы вполне могут спасти», — заметил эксперт.

Сейчас существует достаточно много способов блокировки двигателя. Среди них: блокировка управляющей цепи стартера, силового провода бензонасоса, цепей питания блока управления двигателем и цепей питания модуля зажигания.

Есть ли место для ГОСТа в «Брауншвейгской» колбасе? Итоги экспертизы



Колбаса сырокопченая «Брауншвейгская полусухая» «Велком»

290000000

Не обнаружено

менее 0,01

1,529±0,008

3,95±0,31

48,3±3,9

20,3±1,6

25,0±3,7

ООО Ашан, 141400, Московская обл., г.Химки, микрорайон ИКЕА, к.4



Колбаса сырокопченая «Брауншвейгская полусухая» «Дымов»

40000000

Не обнаружено

менее 0,01

1,505±0,008

4,06±0,32

45,3±3,6

19,3±2,9

27,3±4,1

ООО Ашан, 141400, Московская обл., г.Химки, микрорайон ИКЕА, к.4



Колбаса сырокопченая «Брауншвейгская полусухая» «Клинский»

210000000

Не обнаружено

менее 0,01

1,256±0,005

5,03±0,40

39,1±3,1

19,3±2,9

31,0±4,6

ООО Ашан, 141400, Московская обл., г.Химки, микрорайон ИКЕА, к.4



Колбаса сырокопченая «Брауншвейгская полусухая» «Малаховский»

Не обнаружено

0,011±0,001

1,250±0,003

4,61±0,37

44,3±3,5

21,4±1,7

25,1±3,8

ООО Ашан, 141400, Московская обл., г.Химки, микрорайон ИКЕА, к.4



Колбаса сырокопченая «Брауншвейгская полусухая» «Останкино»

50000000

Не обнаружено

менее 0,01

1,311±0,009

4,43±0,35

44,8±3,6

18,5±2,8

28,0±4,2

ООО Ашан, 141400, Московская обл., г.Химки, микрорайон ИКЕА, к.4



Колбаса сырокопченая «Брауншвейгская полусухая» «Рублевский»

290000000

Не обнаружено

менее 0,01

49,8±4,0

19,3±2,9

19,8±3,0

ООО Ашан, 141400, Московская обл., г.Химки, микрорайон ИКЕА, к.4



Колбаса сырокопченая «Брауншвейгская полусухая» «Окраина»

2300000

Не обнаружено

менее 0,01

1,704±0,003

5,50±0,44

46,3±3,7

21,9±1,7

21,0±3,1

ООО О’кей, 143441, МО, Красногорский р-н, деревня Путилково

Что такое батарея? — Learn.sparkfun.com

Избранное Любимый 22

Введение

Батареи представляют собой набор из одной или нескольких ячеек, химические реакции которых создают поток электронов в цепи. Все батареи состоят из трех основных компонентов: анода (сторона «-»), катода (сторона «+») и электролита (вещество, которое химически реагирует с анодом и катодом).

Когда анод и катод батареи подключены к цепи, между анодом и электролитом происходит химическая реакция. Эта реакция заставляет электроны течь по цепи и возвращаться к катоду, где происходит другая химическая реакция. Когда материал в катоде или аноде расходуется или больше не может использоваться в реакции, батарея не может производить электричество. В этот момент ваша батарея «умерла».

Батарейки, которые необходимо выбрасывать после использования, известны как первичные батареи .Батареи, которые можно перезаряжать, называются вторичными батареями .

Литий-полимерные батареи, например, можно перезаряжать

Без батарей ваш квадрокоптер был бы привязан к стене, вам пришлось бы вручную заводить машину, а ваш контроллер Xbox должен был бы быть все время подключен к сети (как в старые добрые времена). Батареи предлагают способ хранения электрической потенциальной энергии в портативном контейнере.

Батарейки бывают разных форм, размеров и химического состава.

Изобретение современной батареи часто приписывают Алессандро Вольта. На самом деле все началось с удивительного происшествия, связанного с вскрытием лягушки.

Чему вы научитесь

В этом руководстве будут подробно рассмотрены следующие темы:

  • Как были изобретены батареи
  • Из каких частей состоит батарея
  • Как работает аккумулятор
  • Общие термины, используемые для описания батарей
  • Различные способы использования батарей в цепях

Рекомендуемое чтение

Есть несколько понятий, с которыми вы, возможно, захотите ознакомиться перед тем, как начать читать это руководство:


Хотите изучить различные батареи?

Мы вас прикроем!

Щелочная батарея 9В

В наличии ПРТ-10218

Это ваши стандартные 9-вольтовые щелочные батареи от Rayovac. Даже не думайте пытаться перезарядить их. Используйте их с…

1

История

Срок Батарея

Исторически слово «батарея» использовалось для описания «серии подобных объектов, сгруппированных вместе для выполнения определенной функции», как в артиллерийской батарее. В 1749 году Бенджамин Франклин впервые использовал этот термин для описания серии конденсаторов, которые он соединил вместе для своих экспериментов с электричеством.Позже этот термин будет использоваться для любых электрохимических элементов, соединенных вместе с целью обеспечения электроэнергии.

Батарея лейденской банки «конденсаторы», соединенные вместе
(Изображение предоставлено Alvinrune из Викисклада)

Изобретение батареи

В один роковой день в 1780 году итальянский физик, врач, биолог и философ Луиджи Гальвани препарировал лягушку, прикрепленную к медному крючку. Когда он коснулся лягушачьей лапки железным скальпелем, та дернулась.Гальвани предположил, что энергия исходит от самой ноги, но его коллега-ученый Алессандро Вольта считал иначе.

Вольта предположил, что импульсы лапок лягушки на самом деле вызываются различными металлами, пропитанными жидкостью. Он повторил эксперимент, используя ткань, смоченную в рассоле, вместо трупа лягушки, что привело к аналогичному напряжению. Вольта опубликовал свои открытия в 1791 году, а позже в 1800 году создал первую батарею, вольтов столб.

Вольтов столб, состоящий из стопки цинковых и медных пластин, разделенных тканью, пропитанной соляным раствором

Стопка

Volta страдала от двух основных проблем: из-за веса стека электролит вытекал из ткани, а особые химические свойства компонентов приводили к очень короткому сроку службы (около часа).Следующие двести лет уйдут на совершенствование конструкции Вольты и решение этих проблем.

Исправления в Вольтовом столбе

Уильям Круикшенк из Шотландии решил проблему утечки, положив гальваническую батарею на бок, чтобы сформировать «корытообразную батарею».

Батарея желоба решила проблему утечки вольтовой батареи

Вторая проблема, короткий срок службы, была вызвана разложением цинка из-за примесей и образованием пузырьков водорода на меди.В 1835 году Уильям Стерджен обнаружил, что обработка цинка ртутью предотвращает деградацию.

Британский химик Джон Фредерик Дэниелл использовал второй электролит, который реагировал с водородом, предотвращая отложения на медном катоде. Двухэлектролитная батарея Даниэля, известная как «ячейка Даниэля», станет очень популярным решением для обеспечения энергией зарождающихся телеграфных сетей.

Коллекция клеток Даниэля 1836 года

Первая аккумуляторная батарея

В 1859 году французский физик Гастон Планте создал батарею из двух скрученных листов свинца, погруженных в серную кислоту.При реверсировании электрического тока через батарею химический состав вернется в исходное состояние, создав таким образом первую перезаряжаемую батарею.

Позже, в 1881 году, Камиль Альфонс Фор усовершенствовал конструкцию Планте, превратив свинцовые листы в пластины. Эта новая конструкция упростила производство аккумуляторов, и свинцово-кислотные аккумуляторы получили широкое распространение в автомобилях.

-> Дизайн обычного «автомобильного аккумулятора» существует уже более 100 лет.
(Изображение предоставлено Эмилианом Робертом Виколом из Wikimedia Commons)

Сухая камера

Вплоть до конца 1800-х годов электролит в батареях находился в жидком состоянии.Это делало транспортировку батарей очень осторожным делом, и большинство батарей никогда не предназначалось для перемещения после подключения к цепи.

В 1866 году Жорж Лекланше создал батарею, используя цинковый анод, катод из диоксида марганца и раствор хлорида аммония в качестве электролита. В то время как электролит в элементе Лекланше все еще был жидким, химический состав батареи оказался важным шагом на пути к изобретению сухого элемента.

Карл Гасснер придумал, как создать электролитную пасту из хлорида аммония и гипса.Он запатентовал новую «сухую» батарею в 1886 году в Германии.

Эти новые сухие элементы, обычно называемые «цинково-угольными батареями», производились массово и пользовались огромной популярностью до конца 1950-х годов. Хотя углерод не используется в химической реакции, он выполняет важную роль электрического проводника в угольно-цинковой батарее.

-> 3-вольтовая угольно-цинковая батарея 1960-х годов
(Изображение предоставлено PhFabre из Викисклада) <-

В 1950-х годах Льюис Урри, Пол Марсал и Карл Кордеш из компании Union Carbide (позже известной как «Eveready», а затем «Energizer») заменили электролит хлорида аммония щелочным веществом на основе химического состава батареи, сформулированного Вальдемаром. Юнгнера в 1899 г.Щелочные сухие батареи могли удерживать больше энергии, чем угольно-цинковые батареи того же размера, и имели более длительный срок хранения.

Популярность щелочных батарей

возросла в 1960-х годах, они обогнали цинко-угольные батареи и с тех пор стали стандартными первичными элементами для потребительского использования.

-> Щелочные батареи бывают разных форм и размеров
(Изображение предоставлено Aney~commonswiki из Викисклада) <-

Аккумуляторы 20-го века

В 1970-х годах COMSAT разработал никель-водородную батарею для использования в спутниках связи.Эти батареи хранят водород в газообразной форме под давлением. Многие искусственные спутники, такие как Международная космическая станция, по-прежнему используют никель-водородные батареи.

Исследования нескольких компаний с конца 1960-х годов привели к созданию никель-металлогидридной (NiMH) батареи. NiMH аккумуляторы были выпущены на потребительский рынок в 1989 году и стали более дешевой альтернативой перезаряжаемым никель-водородным элементам.

Asahi Chemical из Японии выпустила первую литий-ионную батарею в 1985 году, а Sony создала первую коммерческую литий-ионную батарею в 1991 году. В конце 1990-х годов для литий-ионных аккумуляторов был создан мягкий гибкий корпус, что привело к появлению «литий-полимерных» или «LiPo» аккумуляторов.

Химические реакции в литий-полимерном аккумуляторе практически такие же, как и в литий-ионном аккумуляторе

Очевидно, что было изобретено, произведено и устарело намного больше химических элементов аккумуляторов. Если вы хотите узнать больше о современных и популярных технологиях аккумуляторов, ознакомьтесь с нашим руководством по технологиям аккумуляторов.

Компоненты

Аккумуляторы

состоят из трех основных компонентов: анода , катода и электролита . Сепаратор часто используется для предотвращения соприкосновения анода и катода, если электролита недостаточно. Для хранения этих компонентов аккумуляторы обычно имеют какой-то кожух .

Хорошо, большинство аккумуляторов на самом деле не разделены на три равные части, но вы поняли. Лучшее поперечное сечение щелочной ячейки можно найти в Википедии.

И анод, и катод относятся к типам электродов . Электроды — это проводники, по которым электричество входит или выходит из компонента в цепи.

Анод

Электроны вытекают из анода в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет в анод.

На батареях анод помечен как отрицательная (-) клемма

В батарее химическая реакция между анодом и электролитом вызывает накопление электронов в аноде.Эти электроны хотят двигаться к катоду, но не могут пройти через электролит или сепаратор.

Катод

Электроны текут в катод в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет из катода.

На батареях катод обозначен как положительная (+) клемма

В батареях химическая реакция внутри или вокруг катода использует электроны, произведенные в аноде. Единственный способ для электронов добраться до катода — через цепь, внешнюю по отношению к батарее.

Электролит

Электролит — это вещество, часто жидкое или гелеобразное, способное переносить ионы между химическими реакциями, протекающими на аноде и катоде. Электролит также препятствует потоку электронов между анодом и катодом, так что электроны легче проходят через внешнюю цепь, а не через электролит.

-> Щелочные батареи могут вытекать из электролита, гидроксида калия, при воздействии сильного нагрева или обратного напряжения
(Изображение предоставлено Вильямом Дэвисом из Викисклада) <-

Электролит играет решающую роль в работе аккумулятора.Поскольку электроны не могут пройти через него, они вынуждены путешествовать по электрическим проводникам в виде цепи, соединяющей анод с катодом.

Сепаратор

Сепараторы представляют собой пористые материалы, препятствующие соприкосновению анода и катода, что может привести к короткому замыканию в батарее. Сепараторы могут быть изготовлены из различных материалов, включая хлопок, нейлон, полиэстер, картон и синтетические полимерные пленки. Сепараторы химически не реагируют ни с анодом, ни с катодом, ни с электролитом.

В гальваническом столбе использовалась ткань или картон (разделитель), пропитанные солевым раствором (электролитом), чтобы держать электроды друг от друга

Ионы в электролите могут быть положительно заряжены, отрицательно заряжены и могут иметь различные размеры. Могут быть изготовлены специальные сепараторы, которые пропускают одни ионы, но не пропускают другие.

Корпус

Большинству аккумуляторов нужен способ содержать химические компоненты. Корпуса, также известные как «корпуса» или «оболочки», представляют собой просто механические конструкции, предназначенные для удержания внутренних частей батареи.

Этот свинцово-кислотный аккумулятор имеет пластиковый корпус

Корпуса аккумуляторов могут быть изготовлены практически из чего угодно: пластика, стали, пакетов из мягкого полимерного ламината и так далее. В некоторых батареях используется проводящий стальной корпус, электрически соединенный с одним из электродов. В случае обычного щелочного элемента АА стальной корпус соединен с катодом.

Операция

Для работы батарей обычно требуется несколько химических реакций.По крайней мере, одна реакция происходит на аноде или вокруг него, и одна или несколько реакций происходят на катоде или вокруг него. Во всех случаях реакция на аноде производит дополнительные электроны в процессе, называемом окислением , а реакция на катоде использует дополнительные электроны во время процесса, известного как восстановление .

Когда переключатель замкнут, цепь замыкается, и электроны могут течь от анода к катоду. Эти электроны обеспечивают химические реакции на аноде и катоде.

По сути, мы разделяем определенный вид химической реакции, реакцию восстановления-окисления или окислительно-восстановительную реакцию, на две отдельные части. Окислительно-восстановительные реакции происходят, когда электроны переносятся между химическими веществами. Мы можем использовать движение электронов в этой реакции, чтобы течь за пределы батареи, чтобы питать нашу цепь.

Окисление анода

Эта первая часть окислительно-восстановительной реакции, окисление, происходит между анодом и электролитом и производит электроны (обозначены как e ).

В некоторых реакциях окисления образуются ионы, например, в литий-ионном аккумуляторе. В других химических реакциях расходуются ионы, как в обычной щелочной батарее. В любом случае ионы могут свободно проходить через электролит, а электроны — нет.

Катодное восстановление

Другая половина окислительно-восстановительной реакции, восстановление, происходит на катоде или вблизи него. Электроны, образующиеся в результате реакции окисления, расходуются при восстановлении.

В некоторых случаях, например, в литий-ионных батареях, положительно заряженные ионы лития, образующиеся в ходе реакции окисления, расходуются во время восстановления. В других случаях, например, в щелочных батареях, при восстановлении образуются отрицательно заряженные ионы.

Электронный поток

В большинстве батарей некоторые или все химические реакции могут происходить, даже если батарея не подключена к электрической цепи. Эти реакции могут повлиять на срок годности батареи.

По большей части реакции будут происходить в полную силу только тогда, когда между анодом и катодом замкнута электрическая проводящая цепь. Чем меньше сопротивление между анодом и катодом, тем больше электронов может протекать и тем быстрее происходят химические реакции.

Создание короткого замыкания в аккумуляторе (в данном случае даже случайного) может быть опасным. Известно, что литий-ионные батареи перегреваются и даже дымят или загораются при наличии короткого замыкания.

Мы можем пропустить эти движущиеся электроны через различные электрические компоненты, известные как «нагрузка», чтобы выполнить что-то полезное. На моушн-графике в начале этого раздела мы зажигаем виртуальную лампочку нашими движущимися электронами.

Разряженная батарея

Химические вещества в батарее в конечном итоге достигнут состояния равновесия. В этом состоянии химические вещества больше не будут реагировать, и в результате батарея больше не будет генерировать электрический ток. В этот момент аккумулятор считается «разряженным».

Первичные элементы должны быть утилизированы, когда батарея разряжена. Вторичные элементы можно перезаряжать, и это достигается путем подачи обратного электрического тока через батарею.Перезарядка происходит, когда химические вещества выполняют еще одну серию реакций, чтобы вернуть их в исходное состояние.

Терминология

Люди часто используют общий набор терминов, когда говорят о напряжении батареи, емкости, возможностях источника тока и так далее.

Сотовый

Элемент относится к одному аноду и катоду, разделенным электролитом, используемым для получения напряжения и тока. Аккумулятор может состоять из одной или нескольких ячеек.Например, одна батарея типа АА представляет собой одну ячейку. Автомобильные аккумуляторы содержат шесть ячеек по 2,1 В каждая.

Обычная 9-вольтовая батарея состоит из шести щелочных элементов 1,5 В, установленных друг над другом

Первичный

Первичные клетки содержат химию, которую нельзя обратить. В результате батарея должна быть выброшена после того, как она мертва.

Среднее

Вторичные элементы можно перезарядить и вернуть их химический состав в исходное состояние.Эти элементы, также известные как «перезаряжаемые батареи», можно использовать много раз.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение батареи – это напряжение, указанное производителем.

Например, щелочные батареи AA указаны как имеющие напряжение 1,5 В. В этой статье от Mad Scientist Hut показано, что их протестированные щелочные батареи начинаются с напряжения около 1,55 В, а затем постепенно теряют напряжение по мере разрядки. В этом примере номинальное напряжение «1,5 В» относится к максимальному или начальному напряжению батареи.

Этот аккумуляторный блок Storm для квадрокоптеров показывает кривую разрядки их LiPo элементов, начиная с 4,2 В и падая примерно до 2,8 В по мере разрядки. Номинальное напряжение, указанное для большинства литий-ионных и LiPo элементов, составляет 3,7 В. В этом случае номинальное напряжение «3,7 В» относится к среднему напряжению батареи в течение цикла ее разрядки.

Емкость

Емкость аккумулятора — это мера количества электрического заряда, который он может отдать при определенном напряжении. Большинство аккумуляторов рассчитаны на ампер-часы (Ач) или миллиампер-часы (мАч).

Этот аккумулятор LiPo рассчитан на 1000 мАч, что означает, что он может обеспечить 1 ампер в течение 1 часа, прежде чем он будет считаться разряженным.

Большинство графиков разряда батареи показывают напряжение батареи как функцию емкости, например, эти тесты батареи AA от PowerStream. Чтобы выяснить, имеет ли батарея достаточную емкость для питания вашей схемы, найдите минимальное допустимое напряжение и найдите соответствующее значение в мАч или Ач.

C-рейтинг

Многие аккумуляторы, особенно мощные литий-ионные аккумуляторы, выражают ток разряда как «C-Rate», чтобы более четко определить атрибуты аккумулятора.C-Rate — это скорость разряда относительно максимальной емкости аккумулятора.

1C – это величина тока, необходимая для разрядки аккумулятора за 1 час. Например, батарея емкостью 400 мАч, обеспечивающая ток 1С, будет обеспечивать 400 мА. 5С для той же батареи будет 2 А.

Большинство аккумуляторов теряют емкость при повышенном потреблении тока. Например, этот информационный график продукта от Chargery показывает, что их аккумулятор LiPo имеет меньшую емкость мАч при более высоких показателях C-Rate.

ПРИМЕЧАНИЕ: Общий совет гласит, что вы должны заряжать аккумуляторы LiPo при температуре 1C или меньше.


В Массачусетском технологическом институте есть прекрасное руководство по спецификациям аккумуляторов и терминологии, которое идет гораздо дальше этого обзора.

Использование

Одноэлементный

Некоторые схемы могут питаться от одного элемента, но убедитесь, что батарея может обеспечивать достаточное напряжение и ток.

Этот Photon Battery Shield питается от одного элемента LiPo

Если напряжение слишком высокое или слишком низкое для вашей схемы, вам, вероятно, понадобится преобразователь постоянного тока в постоянный.

Серия

Чтобы увеличить напряжение между клеммами батареи, вы можете соединить элементы последовательно. Серия означает укладку элементов встык, соединяя анод одного с катодом следующего.

Соединяя аккумуляторы последовательно, вы увеличиваете общее напряжение. Добавьте напряжение всех ячеек, чтобы определить рабочее напряжение. Емкость остается прежней.

В этом примере последовательно соединены четыре элемента по 1,5 В.Напряжение на нагрузке составляет 6 В, а общий комплект аккумуляторов имеет емкость 2000 мАч.

В большинстве устройств бытовой электроники, в которых используются щелочные батареи, батареи устанавливаются последовательно. Например, этот держатель для двух батарей типа АА может повысить номинальное напряжение до 3 В для проекта.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если вы заряжаете литий-ионные или LiPo аккумуляторы последовательно, вам необходимо обязательно использовать специальную схему, известную как «балансир», чтобы обеспечить постоянное напряжение между элементами.Некоторые зарядные устройства, такие как это, имеют балансиры для безопасной зарядки.

Параллельный

Если напряжение одного элемента соответствует нагрузке, вы можете добавить батареи параллельно, чтобы увеличить емкость. Обратите внимание, что это также означает увеличение доступного тока (C-Rate).

Будьте осторожны при параллельном подключении аккумуляторов! Все элементы должны иметь одинаковое номинальное напряжение и одинаковый уровень заряда. Если есть какие-либо перепады напряжения, может произойти короткое замыкание, что приведет к перегреву и возгоранию.

В этом примере четыре элемента на 1,5 В соединены параллельно. Напряжение на нагрузке остается на уровне 1,5 В, но общая емкость увеличивается до 8000 мАч.

Серия

и параллельный

Если вы хотите увеличить напряжение и емкость, вы можете комбинировать последовательные и параллельные батареи. Еще раз убедитесь, что уровень напряжения для батарей, включенных параллельно, одинаков, так как может произойти короткое замыкание.

В этом примере общее напряжение на нагрузке составляет 3 В, а общая емкость аккумуляторов составляет 4000 мАч.

В больших аккумуляторных блоках, особенно литий-ионных, вы часто видите конфигурацию, указанную с использованием букв «S» и «P» для последовательного и параллельного подключения. Конфигурация схемы выше — 2S2P. В качестве практического примера современные электромобили используют массивные батареи, соединенные последовательно и параллельно.

Ресурсы и дальнейшее продвижение

К этому моменту вы уже должны понимать, как были изобретены батареи и как они работают. Батареи — это один из способов обеспечения электроэнергией вашего проекта, и они могут быть невероятно полезны, если вам нужен портативный источник питания.

Если вы хотите узнать больше об аккумуляторах, вот еще несколько руководств:

Хотите увидеть батареи в действии? Взгляните на эти проекты, в которых используются разные батареи в разных конфигурациях:

Беспроводная связь Саймона Сплозиона

В этом учебном пособии демонстрируется одна из многих техник «взлома» Саймона. Мы расскажем, как взять ваш Simon Says Wireless.

Инженерная школа Массачусетского технологического института | » Как работает батарея?

Как работает батарея?

Ваши часы, ноутбук и лазерная указка питаются от одного и того же: химии…

Мэри Бейтс

Существует множество различных типов батарей, но все они работают на основе одной и той же базовой концепции. «Аккумулятор — это устройство, способное накапливать электрическую энергию в виде химической энергии и преобразовывать эту энергию в электричество», — говорит Антуан Алланоре, научный сотрудник факультета материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института. «Вы не можете поймать и сохранить электричество, но вы можете хранить электрическую энергию в химических веществах внутри батареи».

Аккумулятор состоит из трех основных компонентов: двух выводов, изготовленных из разных химических веществ (обычно металлов), анода и катода; и электролит, который разделяет эти клеммы.Электролит представляет собой химическую среду, которая обеспечивает протекание электрического заряда между катодом и анодом. Когда устройство подключено к батарее — лампочке или электрической цепи — на электродах происходят химические реакции, которые создают поток электрической энергии к устройству.

Более конкретно: во время разряда электричества химическое вещество на аноде высвобождает электроны к отрицательной клемме и ионы в электролите посредством так называемой реакции окисления. Между тем, на положительной клемме катод принимает электроны, замыкая цепь для потока электронов. Электролит предназначен для того, чтобы привести различные химические вещества анода и катода в контакт друг с другом таким образом, чтобы химический потенциал мог уравновешиваться от одного вывода к другому, преобразовывая накопленную химическую энергию в полезную электрическую энергию. «Эти две реакции происходят одновременно», — говорит Алланор. «Ионы переносят ток через электролит, в то время как электроны текут во внешней цепи, и именно это генерирует электрический ток.”

Если батарея одноразовая, она будет производить электричество до тех пор, пока не закончатся реагенты (одинаковый химический потенциал на обоих электродах). Эти батареи работают только в одном направлении, преобразуя химическую энергию в электрическую. Но в других типах аккумуляторов реакция может быть обратной. Перезаряжаемые батареи (например, в вашем мобильном телефоне или в вашем автомобиле) сконструированы таким образом, что электрическая энергия из внешнего источника (зарядное устройство, которое вы подключаете к стене, или динамо-машина в вашем автомобиле) может быть применена к химической системе и наоборот. его работы, восстанавливая заряд аккумулятора.

Лаборатория Group Sadoway в Массачусетском технологическом институте работает над созданием более эффективных аккумуляторов для многократного использования. Для крупномасштабного хранения энергии команда работает над жидкометаллической батареей, в которой электролит, анод и катод являются жидкими. Для портативных приложений разрабатывается тонкопленочная полимерная батарея с гибким электролитом из негорючего геля. Еще одна цель лаборатории — создание аккумуляторов с использованием ранее не рассматривавшихся материалов, с упором на широко распространенные, дешевые и безопасные вещества, которые имеют такой же коммерческий потенциал, как и популярные литиевые аккумуляторы.

Спасибо 18-летнему Стивену Минкусу из Гленвью, Иллинойс, за этот вопрос.

Опубликовано: 1 мая 2012 г.

Из чего сделаны аккумуляторы для электромобилей?

Нам говорят, что электромобили «проще», чем бензиновые или дизельные, но при этом они намного дороже.

В этой статье мы рассмотрим один из самых сложных (и дорогих) компонентов электромобиля. Мы объясним, из чего сделаны аккумуляторы для электромобилей, как они сделаны и что с ними происходит, когда они перестают соответствовать своему назначению.

Из чего сделан аккумулятор электромобиля?

Не волнуйся, это не будет похоже на школьный урок химии. Однако важно отметить, что существуют разные типы аккумуляторов для электромобилей, в которых используются различные металлы с разными преимуществами и недостатками.

Двумя основными типами аккумуляторов для электромобилей являются литий-ионные (Li-on), которые используются большинством производителей электромобилей (Mercedes, Jaguar и т. д.), и никель-металлогидридные (NiMH), используемые Toyota. .

NiMH

Аккумуляторы NiMH дешевле литий-ионных аккумуляторов и способны выдерживать более холодный климат.

Как правило, они склонны к «эффекту памяти» при зарядке до полной потери запасов энергии. Это означает, что они будут «вспоминать», что они были заряжены после более короткого периода времени, поэтому они будут работать в течение более короткого времени между зарядками, чем раньше.

Li-on

Литий-ионные аккумуляторы имеют много общего с аккумуляторами в мобильных телефонах.В большинстве современных смартфонов используются литий-ионные аккумуляторы для быстрой зарядки. Электромобили используют их в большем масштабе.

Самый популярный химический состав литий-ионных аккумуляторов с наиболее высокой энергоемкостью называется литий-никель-марганец-оксид кобальта, сокращенно NMC. Все чаще производители, такие как Tesla, обращаются к альтернативным химическим веществам, таким как менее энергоемкий, но более дешевый литий-железо-фосфат (LFP).

Из-за более высокой плотности энергии по сравнению с NiMH литий-ионные аккумуляторы производятся рекордными темпами, чтобы удовлетворить спрос на новые электромобили.

Согласно данным Аргоннской национальной лаборатории, один литий-ионный аккумулятор электромобиля (известный как NMC532) может содержать около 8 кг лития, 35 кг никеля, 20 кг марганца и 14 кг кобальта.

К сожалению, получение кобальта и никеля является дорогостоящим и вредным для окружающей среды, что делает сокращение количества металлов, которые необходимо добывать, ключевой проблемой для исследователей аккумуляторов для электромобилей.

Как производятся батареи?

Аккумуляторы электромобилей можно разделить на три уровня: элементы, модули и блоки.BMW i3 имеет 96 аккумуляторных батарей. При этом 12 ячеек объединяются в единый модуль, а 8 модулей составляют единый аккумуляторный блок.

Аккумулятор представляет собой базовую ионно-литиевую батарею, способную вырабатывать электрическую энергию путем зарядки и разрядки. Аккумуляторные элементы бывают цилиндрическими, призматическими и пакетными, но все они имеют одну и ту же основную функцию (вы можете узнать больше об этом в нашем посте о том, как работают аккумуляторы для электромобилей). клетки от внешних ударов, тепла или вибрации.Аккумуляторная батарея — это окончательная форма аккумуляторной системы, установленной в электромобиле. Аккумуляторы для электромобилей обычно свариваются и склеиваются вместе, что затрудняет их разборку в конце срока службы.

Что происходит, когда батарея разряжена?

Когда срок службы аккумулятора электромобиля подходит к концу, он может перестать быть «зеленой» альтернативой бензину или дизельному топливу, как это было раньше.

На самом деле, если аккумулятор электромобиля окажется на свалке, он может выделять вредные токсины и тяжелые металлы.Это может заставить вас задуматься, действительно ли электромобили лучше для окружающей среды?

Согласно текущим оценкам, средний срок службы батареи электромобиля составляет от 10 до 20 лет или от 200 000 до 400 000 миль, после чего ее необходимо заменить.

Хотя для обычного пользователя этого более чем достаточно, вполне вероятно, что аккумуляторы для электромобилей будущего смогут пойти еще дальше. Tesla уже объявила о своей «батарее на миллион миль», а следующее крупное нововведение в батареях для электромобилей, «твердотельная батарея», может значительно сократить срок службы батареи.

К счастью, до тех пор существуют другие способы утилизации старых аккумуляторов электромобилей, которые больше не подходят для использования в автомобиле.

Можно ли перепрофилировать аккумуляторы для электромобилей?

Nissan Leaf впервые появился на рынке в 2010 году. Несколько месяцев спустя Nissan в партнерстве с Sumitomo Corp создала 4R Energy Corp. Ее миссия: разработать способ переработки, переработки, перепродажи и повторного использования аккумуляторов в электромобилях. Вместо того, чтобы продавать аккумуляторы для электромобилей по цене металлолома, они будут использоваться для питания других вещей.

Более десяти лет спустя срок службы некоторых оригинальных аккумуляторов Nissan Leaf подходит к концу. Аккумуляторы классифицируются как «A», «B» или «C» в зависимости от их состояния и полезности.

Аккумуляторы класса «А» могут быть повторно использованы для новых высокоэффективных аккумуляторов для электромобилей. Аккумуляторы класса «В» могут использоваться для питания заводского оборудования, такого как вилочные погрузчики, или в качестве устойчивого решения для хранения энергии в домах или коммерческих объектах, использующих солнечную энергию. Можно использовать даже батареи класса «С», как правило, в качестве резервного источника энергии в магазинах, которым требуется круглосуточное питание.

Согласно 4R, это может продлить срок службы батареи электромобиля до 15 лет.

Вскоре такие «циклические» энергетические решения появятся и на массовом рынке. В 2019 году Nissan представил аккумуляторную батарею Nissan Energy Roam, в которой используются литий-ионные аккумуляторные элементы от автомобилей Leaf первого поколения, способные хранить до 700 Втч электроэнергии.

Этого может быть недостаточно для питания электромобиля, но при использовании для накопления энергии от солнечной панели мощностью 400 Вт батарея «Roam» легко сможет обеспечить недельную мощность для прицепа-дома.

Nissan не единственный в игре по перепрофилированию. Audi использует старые аккумуляторы для электромобилей для замены аккумуляторов для вилочных погрузчиков на своем заводе в Ингольштадте, в то время как Volkswagen планирует создать портативные зарядные станции для электромобилей, способные одновременно заряжать до четырех автомобилей, предлагая потенциальное решение проблемы неудобных поломок электромобилей.

В Швеции старые аккумуляторы для автобусов Volvo используются для балансирования энергетических потребностей жилищного кооператива Riksbyggen Viva в Гётеборге.

Можно ли перерабатывать аккумуляторы электромобилей?

Да! Renault уже занимается переработкой аккумуляторов для электромобилей в сотрудничестве с компанией по переработке отходов Veolia и международной химической компанией Solvay.

Другие производители начинают следовать их примеру в своих собственных схемах утилизации автомобильных аккумуляторов, так как это не только лучше для окружающей среды, но и снижает зависимость от сырья, которое обычно можно получить только из-за пределов Европы.

В любом случае в большинстве случаев добывать металлы дешевле, чем перерабатывать их из аккумуляторов электромобилей. Утилизация батареи — опасное дело — неправильное обращение с элементом Tesla может привести к короткому замыканию, воспламенению и выделению токсичных паров.

Но с учетом того, что к 2030 году на наших дорогах будет около 145 миллионов электромобилей, утилизация и переработка аккумуляторов становится все более серьезной проблемой — так что же делается?

Постепенно правительства продвигаются к установлению определенного уровня переработки. В 2018 году правительство Китая ввело новые правила, поощряющие повторное использование компонентов аккумуляторов электромобилей. Комиссия ЕС предложила установить квоту на переработку 25 % литий-ионных аккумуляторов к 2025 г. и увеличить ее до 70 % к 2030 г.

Это многообещающее начало, но впереди нас ждут препятствия.Одним из самых прибыльных ресурсов для переработчиков является кобальт. Тем не менее производители автомобилей, такие как Tesla, уже заявили о своем желании отказаться от этого дорогостоящего элемента.

Отказ от кобальта частично обусловлен разрушительным воздействием добычи кобальта на окружающую среду, гуманитарными последствиями в таких странах, как ДРК, и более низкой стоимостью альтернативных химических элементов для батарей, таких как литий-железо-фосфат (LFP). Но без таких ресурсов, как кобальт, в ближайшем будущем может быть меньше стимулов к переработке.

В любом случае, вне зависимости от того, перепрофилируются ли аккумуляторы электромобилей или перерабатываются, большинство экспертов сходятся во мнении: выбрасывать аккумуляторы электромобилей на свалку не имеет ни экономического, ни экологического смысла.

Заключение

Несмотря на хваленые экологические преимущества электромобилей, революция электромобилей не обходится без проблем. Процесс добычи материалов для аккумуляторов электромобилей часто опасен и загрязняет окружающую среду, но в большинстве случаев он остается дешевле, чем переработка использованных аккумуляторов электромобилей.

Тем не менее, производители все чаще придумывают творческие способы перепрофилирования старых батарей, которые могут помочь сбалансировать сеть и обеспечить бесперебойную подачу энергии в наши дома.

Если срок службы вашей батареи подходит к концу, вы можете прочитать о том, сколько вы можете ожидать за замену батареи электромобиля.

Для получения более информативных сообщений о том, как работают электромобили, обязательно ознакомьтесь с остальной частью нашего подробного руководства по электромобилям. Или, если вам интересно, стоит ли вам покупать электромобиль сейчас или подождать, обязательно ознакомьтесь с нашими плюсами и минусами электромобилей.

История и развитие аккумуляторов

Батареи прошли долгий путь с момента их появления в 250 г. до н.э. Предоставлено: Flickr/Patty, CC BY-NC-SA.

Батарейки настолько распространены сегодня, что почти невидимы для нас. Тем не менее, это замечательное изобретение с долгой и легендарной историей и столь же захватывающим будущим.

Аккумулятор представляет собой устройство, в котором хранится химическая энергия, преобразуемая в электричество.По сути, батареи представляют собой небольшие химические реакторы, в ходе реакции которых образуются энергичные электроны, готовые пройти через внешнее устройство.

Аккумуляторы давно с нами. В 1938 году директор Багдадского музея обнаружил в подвале музея то, что сейчас называют «Багдадской батареей». Анализ датировал его примерно 250 г. до н.э. и месопотамского происхождения.

Этот самый ранний пример батареи вызывает споры, но предлагаемые варианты использования включают гальваническое покрытие, обезболивание или религиозное покалывание.

Американский ученый и изобретатель Бенджамин Франклин впервые употребил термин «батарея» в 1749 году, когда проводил эксперименты с электричеством, используя набор связанных конденсаторов.

Первая настоящая батарея была изобретена итальянским физиком Алессандро Вольта в 1800 году. Вольта сложил диски из меди (Cu) и цинка (Zn), разделенные тканью, смоченной в соленой воде.

Провода, подключенные к любому концу стека, давали непрерывный стабильный ток. Каждая ячейка (набор медных и цинковых дисков и рассол) производит 0.76 Вольт (В). Полученное значение, кратное этому значению, определяется количеством ячеек, сложенных вместе.

Один из самых долговечных аккумуляторов, свинцово-кислотный аккумулятор, был изобретен в 1859 году и до сих пор используется для запуска большинства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Это самый старый пример перезаряжаемой батареи.

Сегодня аккумуляторы бывают самых разных размеров: от мегаваттных, которые накапливают энергию солнечных ферм или подстанций, чтобы гарантировать стабильное энергоснабжение целых деревень или островов, до крошечных батарей, подобных тем, которые используются в электронных часах.

Аккумуляторы

основаны на различных химических веществах, которые генерируют основное напряжение элемента, как правило, в диапазоне от 1,0 до 3,6 В. Последовательное расположение элементов увеличивает напряжение, а их параллельное соединение увеличивает подачу тока. Этот принцип используется для суммирования требуемых напряжений и токов вплоть до мегаваттных размеров.

В настоящее время многие ожидают, что аккумуляторная технология сделает еще один скачок: разрабатываются новые модели с достаточной емкостью для хранения энергии, вырабатываемой бытовыми солнечными или ветровыми системами, а затем для питания дома в более удобное (обычно ночное) время в течение нескольких дней

Как работают батареи?

Когда батарея разряжается, химическая реакция приводит к образованию дополнительных электронов. Примером реакции, в результате которой образуются электроны, является окисление железа с образованием ржавчины. Железо реагирует с кислородом и отдает электроны кислороду с образованием оксида железа.

Стандартная конструкция батареи состоит из двух металлов или соединений с разным химическим потенциалом, разделенных пористым изолятором. Химический потенциал — это энергия, запасенная в атомах и связях соединений, которая затем передается движущимся электронам, когда им позволяют двигаться через подключенное внешнее устройство.

Проводящая жидкость, такая как соль и вода, используется для переноса растворимых ионов от одного металла к другому во время реакции и называется электролитом.

Металл или соединение, которое теряет электроны во время разряда, называется анодом, а металл или соединение, которое принимает электроны, называется катодом. Этот поток электронов от анода к катоду через внешнее соединение — это то, что мы используем для работы наших электронных устройств.

Первичные и перезаряжаемые батареи

Обычный автомобильный аккумулятор.Фото: Flickr/Асим Бхарвани, CC BY-NC-ND

Когда реакцию, вызывающую поток электронов, нельзя обратить вспять, батарея называется первичной батареей. Когда один из реагентов расходуется, батарея разряжается.

Наиболее распространенной первичной батареей является углеродно-цинковая батарея. Было обнаружено, что когда электролит представляет собой щелочь, батареи служат намного дольше. Это щелочные батареи, которые мы покупаем в супермаркете.

Проблема утилизации таких первичных батарей заключалась в том, чтобы найти способ их повторного использования путем перезарядки батарей.Это становится все более важным по мере того, как батареи становятся больше, а их частая замена становится коммерчески невыгодной.

Одна из первых перезаряжаемых батарей, никель-кадмиевая батарея (NiCd), также использует щелочь в качестве электролита. В 1989 году были разработаны никель-металловодородные батареи (NiMH), которые имели более длительный срок службы, чем никель-кадмиевые батареи.

Аккумуляторы этих типов очень чувствительны к перезарядке и перегреву во время зарядки, поэтому скорость заряда контролируется ниже максимальной скорости.Сложные контроллеры могут ускорить заряд, не занимая менее нескольких часов.

В большинстве других более простых зарядных устройств процесс обычно занимает ночь.

Портативные устройства, такие как мобильные телефоны и портативные компьютеры, постоянно нуждаются в максимальном и максимально компактном хранении энергии. Хотя это увеличивает риск резкого разряда, этим можно управлять с помощью ограничителей скорости тока в батареях мобильных телефонов из-за общего небольшого размера.

Но по мере того, как предполагается более широкое применение батарей, безопасность большого формата и большого количества элементов становится все более важным фактором.

Первый большой шаг вперед: литий-ионные аккумуляторы

Новые технологии часто требуют более компактных, более емких, безопасных перезаряжаемых аккумуляторов.

В 1980 году американский физик профессор Джон Гуденаф изобрел новый тип литиевой батареи, в которой литий (Li) мог мигрировать через батарею от одного электрода к другому в виде иона Li+.

Литий является одним из самых легких элементов в периодической таблице и имеет один из самых больших электрохимических потенциалов, поэтому эта комбинация создает одни из самых высоких возможных напряжений в самых компактных и легких объемах.

Это основа для литий-ионного аккумулятора. В этой новой батарее литий сочетается с переходным металлом, таким как кобальт, никель, марганец или железо, и кислородом, образуя катод. Во время перезарядки при приложении напряжения положительно заряженный ион лития с катода мигрирует к графитовому аноду и становится металлическим литием.

Поскольку литий имеет сильную электрохимическую движущую силу для окисления, если ему позволяют, он мигрирует обратно к катоду, чтобы снова стать ионом Li+, и отдает свой электрон обратно иону кобальта. Движение электронов в цепи дает нам ток, который мы можем использовать.

Второй большой скачок вперед: нанотехнологии

В зависимости от переходного металла, используемого в литий-ионной батарее, элемент может иметь более высокую емкость, но может быть более реактивным и восприимчивым к явлению, известному как тепловой разгон.

В случае с батареями из оксида лития-кобальта (LiCoO 2 ), произведенными Sony в 1990-х годах, это привело к возгоранию многих таких батарей.О возможности изготовления аккумуляторных катодов из наноразмерного материала и, следовательно, о большей реакционной способности не могло быть и речи.

Но в 1990-х годах Гуденаф снова совершил огромный скачок в технологии аккумуляторов, представив стабильный литий-ионный катод на основе литиевого железа и фосфата.

Этот катод термически стабилен. Это также означает, что наноразмерные материалы из литий-железо-фосфата (LiFePO 4 ) или литий-феррофосфата (LFP) теперь можно безопасно превращать в крупноформатные элементы, которые можно быстро заряжать и разряжать.

В настоящее время существует множество новых приложений для этих новых элементов, от электроинструментов до гибридных и электрических транспортных средств. Пожалуй, самым важным применением станет хранение бытовой электроэнергии для домашних хозяйств.

У первого мобильного телефона была большая батарея и короткое время автономной работы — современные мобильные телефоны и смартфоны требуют меньших батарей, но более продолжительной работы.

Электромобили

Лидером в производстве аккумуляторов нового формата для транспортных средств является компания по производству электромобилей Tesla, у которой есть планы по строительству «гига-заводов» для производства этих аккумуляторов.

Размер блока литиевых батарей для Tesla Model S составляет впечатляющие 85 кВтч.

Нанотехнологии улучшат литий-ионные аккумуляторы: Углеродные нанотрубки можно использовать в качестве катода и это позволяет реакции накопления лития на поверхности трубки, что происходит намного быстрее чем обычные реакции интеркаляции лития.Подробнее здесь >

4.) Границы инноваций в области батарей

Tesla Motors, General Electric и другие соревнуются в том, чтобы развиваться лучше и дешевле. батареи. Новые разработки аккумуляторов, такие как натрий-ион, натрий-никель-хлорид (часть бренда аккумуляторов GE Durathon) обещают заменить крупномасштабные свинцово-кислотные аккумуляторы. аккумуляторы, используемые в электросетях и локомотивах.

Чтобы аккумуляторы действительно преуспели в приложениях для электромобилей, эксперты поставили перед собой цели. что батареи должны будут выдерживать более 15 лет глубоких разрядов и быть в состоянии перезаряжается так быстро, как бензиновый топливный бак может заполниться топливом. Это трудные цели, но над ними работают сейчас. Используя нанотрубки в литиевой батарее, возможно, удастся перезарядить батарею намного быстрее, однако обеспечение более длительного жизненного цикла будет более сложной задачей.Подробнее здесь >

5.) Аккумуляторы доэлектрического возраста:

Стоит упомянуть, что до появления современных электрических возраст. Поскольку они не связаны с основной временной шкалой истории электротехники, мы перечислили их. здесь.

Первая батарея 248 г. до н.э.: Багдадская батарея была построена в парфянской или сасанидской период ~248 г. до н.э. — 226 г. н.э.Батарея состояла из угольного стержня в центре глиняная ваза. Стержень был окружен неизвестным электролитом (вероятно, апельсиновым или лимонным соком), потом медь, потом асфальт. Каждая батарея имела вес около 2 килограммов и производила 0,4-0,5 вольта при разомкнутых контактах. Эти батареи были очень слабыми. «Багдадская батарея» был найден в 1936 году и многими авторитетными источниками считается подлинным.

Египтяне: некоторые утверждают, что у древних египтян были батареи, подобные Багдадской батарее.

Ковчег Завета: было высказано предположение, что Ковчег Завета (золотая коробка) возможно, использовали ранние батареи для питания золотого корпуса. Тогда коробка сможет дать иллюзия магических сил, шокируя тех, кто к ней прикоснулся. Это только теория, но было бы интересное использование электричества для создания чувства благоговения и страха.

6.) ETC Видео с батареями:

Tesla Model S — аккумуляторы, кузов и подвеска >

Лаборатория аккумуляторов для гибридных автомобилей с Энди Берком >

История компании GE по производству аккумуляторов Dr.Оливер Винн (бывший менеджер) >

В электрическом автомобиле Baker использовались свинцово-кислотные аккумуляторы Эдисона. 1901 >

Первый компьютеризированный гибридный автомобиль HTV1 (свинцово-кислотные аккумуляторы) 1978-1982 >


Похожие темы:
Статья MW

Источники:
Век телеграфа и телефона.Д. Макникол. 1915
Университет Санта-Клары
Университет Рутгерса: Документы Томаса Эдисона
The New York Medical Journal, январь-июнь 1889
Progressive Dynamics Inc.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.