전기 배터리의 적용 범위는 매우 넓습니다. 그들은 에서 전기의 공급원으로 사용됩니다. 어린이 장난감, 전동 공구 및 전기 자동차의 견인력으로 사용됩니다. 배터리를 올바르게 사용하려면 배터리의 속성, 강점 및 약점을 알아야 합니다.
전기 배터리 란 무엇이며 어떻게 작동합니까?
전기 배터리 - 재생 가능하다 전기 에너지의 근원. 갈바니 전지와 달리 방전 후 다시 충전할 수 있습니다. 원칙적으로 모든 배터리는 동일한 방식으로 배열되며 전해질에 배치된 양극과 음극으로 구성됩니다.
전극의 재료와 전해질의 구성은 다를 수 있으며 이것이 배터리의 소비자 특성과 범위를 결정하는 것입니다.캐소드와 애노드 사이에 전해질이 함침된 세퍼레이터인 다공성 유전체 세퍼레이터를 놓을 수 있습니다. 그러나 대부분 어셈블리의 기계적 특성을 결정하며 요소의 작동에 근본적으로 영향을 미치지 않습니다.
일반적으로 배터리 작동은 두 가지 에너지 변환을 기반으로 합니다.
- 충전시 전기 화학 물질;
- 방전하는 동안 화학 물질을 전기로 전환합니다.
두 가지 유형의 전환 모두 가역적 화학 반응의 발생을 기반으로 하며, 그 과정은 배터리에 사용되는 물질에 따라 결정됩니다. 따라서 납산 전지에서 양극의 활성 부분은 이산화 납으로 만들어지고 음극은 금속 납으로 만들어집니다. 전극은 황산 전해질에 있습니다. 양극에서 방전되면 이산화납이 환원되어 황산납과 물을 형성하고 음극에서 납이 산화되어 황산납으로 변한다. 충전하는 동안 역반응이 발생합니다. 다른 디자인의 배터리에서는 구성 요소가 다르게 반응하지만 원리는 비슷합니다.
배터리의 종류와 종류
배터리의 소비자 속성은 주로 생산 기술에 의해 결정됩니다. 일상 생활과 산업에서 여러 유형의 배터리 셀이 가장 일반적입니다.
납산
이 유형의 배터리는 19세기 중반에 발명되었으며 여전히 고유한 응용 분야가 있습니다. 장점은 다음과 같습니다.
- 간단하고 저렴하며 수십 년 된 생산 기술;
- 고전류 출력;
- 긴 서비스 수명(300~1000 충전-방전 주기);
- 가장 낮은 자체 방전 전류;
- 메모리 효과가 없습니다.
단점도 있습니다.우선, 이것은 낮은 비 에너지 강도로 치수와 무게가 증가합니다. 또한 저온, 특히 영하 20°C 미만에서는 성능이 좋지 않습니다. 폐기에도 문제가 있습니다. 납 화합물은 매우 유독합니다. 하지만 이 작업은 다른 유형의 배터리에 대해 다루어야 합니다..
납산 배터리가 최적으로 최적화되었지만 여기에서도 개선의 여지가 있습니다. 예를 들어, 전해질이 함침된 다공성 물질을 전극 사이에 배치하는 AGM 기술이 있습니다. 이것은 충전 및 방전의 전기화학적 프로세스에 영향을 미치지 않습니다. 기본적으로 이것은 배터리의 기계적 특성(진동에 대한 저항, 거의 모든 위치에서 작동하는 능력 등)을 향상시키고 작동 안전성을 다소 증가시킵니다.
또한 주목할만한 이점은 영하 30°C의 온도에서 정전 용량 및 전류 출력 손실 없이 개선된 작동입니다. AGM 배터리 제조업체는 시동 전류 및 자원의 증가를 주장합니다.
젤 배터리는 납산 배터리의 또 다른 수정입니다. 전해질은 젤리 상태로 두꺼워집니다. 이것은 작동 중 전해질 누출을 배제하고 가스 형성 가능성을 제거합니다. 그러나 전류 출력이 다소 감소하여 젤 배터리를 스타터 배터리로 사용할 가능성이 제한됩니다. 용량 증가 및 자원 증가 측면에서 이러한 배터리의 기적적인 특성은 마케팅 담당자의 양심에 달려 있습니다.
납산 배터리는 일반적으로 전압 안정화 모드에서 충전됩니다. 동시에 배터리의 전압은 증가하고 충전 전류는 감소합니다. 충전 프로세스의 종료 기준은 전류가 설정된 한계까지 떨어지는 것입니다.
니켈-카드뮴
그들의 세기가 끝나가고 있으며 그 범위는 점차 줄어들고 있습니다. 그들의 주요 단점은 뚜렷한 기억 효과입니다. 불완전하게 방전된 Ni-Cd 배터리 충전을 시작하면 요소가 이 수준을 "기억"하고 이 값에서 용량이 추가로 결정됩니다. 또 다른 문제는 낮은 환경 친화성입니다. 독성 카드뮴 화합물은 이러한 배터리를 폐기할 때 문제를 일으킵니다. 다른 단점은 다음과 같습니다.
- 높은 자기 방전 경향;
- 상대적으로 낮은 전력 소비.
그러나 다음과 같은 장점도 있습니다.
- 저렴한 비용;
- 긴 서비스 수명(최대 1000번의 충전-방전 주기);
- 고전류를 전달하는 능력.
또한 이러한 배터리의 장점은 낮은 음의 온도에서 작동할 수 있다는 것입니다.
Ni-Cd 셀의 충전은 직류 모드에서 수행됩니다. 충전 전류를 부드럽게 또는 단계적으로 감소시키면서 충전하면 용량을 충분히 사용할 수 있습니다. 프로세스의 끝은 셀 전압을 낮추어 제어합니다.
니켈 금속 수소화물
니켈 카드뮴 배터리를 대체하도록 설계되었습니다. 많은 특성과 소비자 물성이 Ni-Cd보다 높습니다. 기억 효과를 부분적으로 없애고 에너지 강도를 1.5배 정도 높이고 자기방전 경향을 줄이는 것이 가능했다. 동시에 높은 전류 효율이 유지되었고 비용은 거의 동일한 수준으로 유지되었습니다. 환경 문제가 완화됩니다. 배터리는 독성 화합물을 사용하지 않고 생산됩니다. 그러나 우리는 현저히 감소된 자원(최대 5배)과 음의 온도에서 작동할 수 있는 능력으로 비용을 지불해야 했습니다.
이러한 셀은 직류 모드로 충전됩니다. 프로세스의 끝은 각 요소의 전압을 최대 1.37볼트로 증가시켜 제어됩니다. 가장 유리한 것은 음의 서지가 있는 펄스 전류 모드입니다. 이것은 메모리 효과의 효과를 제거합니다.
리튬 이온
리튬 이온 배터리가 전 세계를 장악하고 있습니다. 그들은 상황이 흔들리지 않는 것처럼 보이는 지역에서 다른 유형의 배터리를 대체합니다. 리튬 이온 전지는 메모리 효과가 거의 없으며(이론적 수준에서는 존재하지만) 최대 600회 충방전 주기를 견디며 에너지 강도는 니켈-금속 수소화물의 용량 및 중량 비율보다 2-3배 높습니다. 배터리.
보관 중 자가 방전되는 경향도 최소화되지만 문자 그대로 이 모든 비용을 지불해야 합니다. 이러한 배터리는 기존 배터리보다 훨씬 비쌉니다. 일반적으로 그러하듯이 생산의 발전과 함께 가격 하락을 기대할 수 있지만 그러한 배터리의 다른 고유한 단점(전류 효율 감소, 음의 온도에서 작동할 수 없음)은 기존 기술의 틀 내에서 극복될 가능성이 낮습니다.
화재 위험 증가와 함께 사용을 다소 방해합니다. 리튬 이온 배터리. 또한 그러한 요소는 저하될 수 있다는 점을 염두에 두어야 합니다. 충전 및 방전되지 않더라도 1.5 ... 2 년의 보관 기간 동안 자원 자체가 0이됩니다.
가장 유리한 충전 모드는 2단계입니다. 먼저 안정적인 전류(전압이 부드럽게 증가함), 다음으로 안정적인 전압(전류가 부드럽게 감소함)입니다. 실제로 두 번째 단계는 단계적으로 감소된 충전 전류의 형태로 구현됩니다. 훨씬 더 자주이 단계는 한 단계로 구성됩니다. 안정화 된 전류는 단순히 감소합니다.
배터리의 주요 특성
배터리를 선택할 때주의를 기울이는 첫 번째 매개 변수는 정격 전압. 하나의 배터리 셀의 전압은 셀 내부에서 일어나는 물리화학적 과정에 의해 결정되며, 배터리의 종류에 따라 다릅니다. 완전히 충전된 은행 중 하나는 다음을 제공합니다.
- 납산 요소 - 2.1볼트;
- 니켈 카드뮴 - 1.25볼트;
- 니켈 금속 수소화물 - 1.37볼트;
- 리튬 이온 - 3.7볼트.
더 높은 전압을 얻기 위해 전지는 배터리로 조립됩니다. 따라서 자동차 배터리의 경우 12볼트(보다 정확하게는 12.6V)를 얻기 위해 6개의 납산 캔을 직렬로 연결하고 18볼트 드라이버의 경우 각각 3.7볼트의 리튬 이온 캔 5개를 연결해야 합니다.
두 번째로 중요한 매개변수는 용량. 부하 상태에서 배터리 수명을 결정합니다. 암페어시(전류와 시간의 곱)로 측정됩니다. 따라서 3A·h 용량의 배터리는 1암페어의 전류로 방전하면 3시간, 3암페어의 경우 1시간에 방전됩니다.
중요한! 엄밀히 말하자면, 배터리 용량 현재에 달려있다 방전, 따라서 하나의 배터리에 대해 다른 부하 값에서 전류와 방전 시간의 곱은 동일하지 않습니다.
그리고 세 번째 중요한 매개 변수 - 전류 공급. 이것은 배터리가 전달할 수 있는 최대 전류입니다. 예를 들어 다음을 위해 중요합니다. 자동차 배터리 - 추운 계절에 모터 샤프트를 돌릴 가능성을 결정합니다. 또한 예를 들어 전동 공구의 경우 고전류를 전달하여 높은 토크를 생성하는 능력이 중요합니다. 그리고 모바일 가제트의 경우이 특성은 그렇게 중요하지 않습니다.
배터리의 전기적 특성과 소비자 품질은 설계 및 생산 기술에 따라 달라집니다. 배터리의 올바른 사용은 재생 가능한 화학 전원의 장점을 사용하고 단점을 평준화하는 것을 의미합니다.
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