Батарея дүйнөсү - 3-бөлүк

Заманбап батарейкалардын тарыхы он тогузунчу кылымда башталат жана бүгүнкү күндө колдонулган конструкциялардын көбү ушул кылымдан келип чыккан. Бул абал, бир жагынан, ошол кездеги окумуштуулардын эц сонун идеяларына, экинчи жагынан, жацы моделдерди иштеп чыгууда келип чыккан кыйынчылыктарга кубе.

Кээ бир нерселер ушунчалык жакшы болгондуктан, аларды жакшыртуу мүмкүн эмес. Бул эреже батареяларга да тиешелүү - XNUMX-кылымдын моделдери азыркы формасын алганга чейин көп жолу өзгөртүлгөн. Бул да тиешелүү Лекланш клеткалары.

Жакшыртуу шилтемеси

Француз химикинин конструкциясы өзгөртүлгөн Карл Гасснер чындап пайдалуу моделге: өндүрүү үчүн арзан жана колдонуу үчүн коопсуз. Бирок дагы эле көйгөйлөр бар болчу - элементтин цинк катмары идишти толтурган кычкыл электролит менен тийгенде коррозияга учурап, агрессивдүү мазмундун чачырашы кубатталган түзүлүшкө зыян келтириши мүмкүн. Чечим болуп калды бириктирүү цинк корпусунун ички бети (сырап каптоо).

Цинк амальгамы иш жүзүндө кислоталар менен реакцияга кирбейт, бирок таза металлдын бардык электрохимиялык касиеттерин сактайт. Бирок айлана-чөйрөнү коргоо эрежелеринен улам, клетканын өмүрүн узартуунун бул ыкмасы барган сайын азыраак колдонулуп жатат (сиз сымапсыз клеткалардан да таба аласыз) (1).

2. щелочтуу клетканын схемасы: 1) корпус (коргошун катоду), 2) марганец диоксиди бар катод, 3) электрод сепаратор, 4) KOH жана цинк чаңы бар анод, 5) анод терминалы, 6) клетканы пломбалоо (электроддук изолятор) . .

Клетка туруктуулугун жана өмүрүн жогорулатуунун дагы бир жолу - кошуу цинк хлориди ZnCl₂ чөйчөктөрдү толтуруу үчүн паста үчүн. Бул конструкциядагы клеткалар көбүнчө Heavy Duty деп аталат жана (аты айтып тургандай) көбүрөөк энергия талап кылган түзмөктөрдү иштетүү үчүн иштелип чыккан.

Бир жолу колдонулуучу батареялар тармагындагы ачылыш 1955-жылы болгон. щелочтуу клетка. Канадалык инженердин ойлоп табуусу Льюис Урри, азыркы Energizer компаниясы тарабынан колдонулган, Leclanche клетка түзүлүшүнөн бир аз башкача бир түзүлүшкө ээ.

Биринчиден, ал жерден графиттик катодду же цинк чынысын таппайсыз. Эки электрод тең нымдуу, бөлүнгөн пасталар түрүндө (коюуландыргычтар плюс реагенттер: катод марганец диоксиди менен графиттин аралашмасынан турат, анод калий гидроксидинин аралашмасы менен цинк чаңынан жасалган), терминалдары металл (2). Бирок операция учурунда пайда болгон реакциялар Лекланш клеткасында болгон реакцияларга абдан окшош.

Тапшырма. Курамы чындап щелочтуу экенин аныктоо үчүн щелочтуу клеткага "химиялык аутопсия" жүргүзүңүз (3). Ошол эле сактык чаралары Лекланш клеткасын демонтаждоодо да колдонуларын унутпаңыз. щелочтуу клетканы аныктоо үчүн Батарея коду талаасын караңыз.

3. щелочтук клетканын "кесири" щелочтун курамын тастыктайт.

Үй батареялары

4. Ата мекендик Ni-MH жана Ni-Cd батареялары.

Колдонгондон кийин кайра заряддоого боло турган клеткалар электр илими жаралгандан бери дизайнерлердин максаты болуп келген, ошондуктан алардын көптөгөн түрлөрү бар.

Азыркы учурда, чакан тиричилик техникасын иштетүү үчүн колдонулган моделдердин бири болуп саналат никель-кадмий батареялары. Алардын прототиби 1899-жылы швециялык ойлоп табуучу жасаганда пайда болгон. Эрнст Юнгнер автомобиль өнөр жайында буга чейин кеңири колдонулган аккумуляторлор менен атаандаша ала турган никель-кадмий аккумуляторуна патент тапшырды. коргошун кислотасы батарея.

Клетканын аноду – кадмий, катод – үч валенттүү никель кошулмасы, электролит – калий гидроксидинин эритмеси (азыркы “кургак” конструкцияларда КОН эритмеси менен каныккан нымдуу коюулдаткыч пастасы). Ni-Cd батарейкалары (бул алардын белгилениши) болжол менен 1,2 В жумушчу чыңалууга ээ - бул бир жолу колдонулуучу клеткалардан азыраак, бирок көпчүлүк колдонмолор үчүн көйгөй эмес. Чоң артыкчылыгы - бул олуттуу токту (ал тургай бир нече ампер) керектөө жана иштөө температурасынын кеңири диапазону.

5. Заряддоодон мурун, батарейкалардын ар кандай түрлөрүнө коюлган талаптарды текшериңиз.

Никель-кадмий батарейкаларынын кемчилиги оор "эс тутум эффектиси" болуп саналат. Бул жарым-жартылай кубатталган Ni-Cd батарейкалары бат-баттан заряддалганда пайда болот: система өзүнүн сыйымдуулугу кайра заряддоо учурунда толтурулган зарядга гана барабар болгондой иштейт. Заряддоочу түзүлүштөрдүн айрым түрлөрүндө клеткаларды атайын режимде кубаттоо аркылуу “эс тутум эффектисин” азайтууга болот.

Ошондуктан, заряды түгөнгөн никель-кадмий батарейкалары толук циклде заряддалышы керек: адегенде толугу менен кубатталып (тиешелүү заряддагыч функциясын колдонуу менен), андан кийин заряддаңыз. Тез-тез кубаттоо 1000-1500 циклдин дизайн мөөнөтүн кыскартат (ушунчалык бир жолу колдонулуучу клеткалар анын иштөө мөөнөтүнүн ичинде бир батарейкага алмаштырылат, андыктан сатып алуу баасынын жогору болушу өзүн бир нече эсе көп төлөйт. батарея). клетка өндүрүү жана жок кылуу менен чөйрө).

уулуу кадмийди камтыган Ni-Cd клеткалары алмаштырылды никель металл гидрид батареялары (Ni-MH белгилөө). Алардын түзүлүшү Ni-Cd батарейкаларына окшош, бирок кадмийдин ордуна суутекти сиңирүү жөндөмдүүлүгүнө ээ кеуектүү металл эритмеси (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, сейрек кездешүүчү металлдар) колдонулат (4). Ni-MH клеткасынын иштөө чыңалуусу да болжол менен 1,2 В, бул аларды NiCd батареялары менен алмаштырып колдонууга мүмкүндүк берет. Никель-металл гидриддик клеткалардын сыйымдуулугу бирдей өлчөмдөгү никель-кадмий клеткаларына караганда көбүрөөк. Бирок, NiMH системалары тезирээк өзүн-өзү разряддантат. Бул кемчилиги жок заманбап конструкциялар бар, бирок алар стандарттуу моделдерге караганда алда канча кымбат.

Никель-металл гидриддик батарейкалар “эстутум эффектисин” көрсөтпөйт (жарым-жартылай кубатталган клеткаларды кайра заряддоого болот). Бирок, ар бир түрдөгү заряддоо талаптарын дайыма заряддагыч нускамалардан текшерип туруңуз (5).

Ni-Cd жана Ni-MH батарейкаларында биз аларды демонтаждоону сунуш кылбайбыз. Биринчиден, биз алардан пайдалуу эч нерсе таба албайбыз. Экинчиден, никель жана кадмий коопсуз элементтер эмес. Керексиз тобокелчиликке барбаңыз жана утилизацияны үйрөтүлгөн адистерге тапшырыңыз.

Батареялардын падышасы, башкача айтканда...

6. «Батареялардын падышасы» жумушта.

...Коргошун-кислота аккумулятору, 1859-жылы француз физиги тарабынан курулган Гастона Плантего (ооба, аппаратка быйыл 161 жыл болот!). Батарея электролит болжол менен 37% күкүрт кислотасынын (VI) эритмеси, ал эми электроддор коргошун (анод) жана коргошун диоксиди PbO катмары менен капталган.₂ (катод). Эксплуатациялоо учурунда электроддордо коргошун(II)(II)PbSO сульфатынын чөкмөлөрү пайда болот.₄. Заряддоодо бир клетканын чыңалуусу 2 вольттон ашат.

Коргошун батарейка анын бардык кемчиликтери бар: олуттуу салмак, разрядга жана төмөн температурага сезгичтик, заряддуу абалда сактоо зарылдыгы, электролиттин агрессивдүү агып кетүү коркунучу жана уулуу металлды колдонуу. Мындан тышкары, ал кылдат мамилени талап кылат: электролиттин тыгыздыгын текшерүү, камераларга суу кошуу (бир гана дистилденген же деионизацияланган сууну колдонуу), чыңалуу контролу (бир камерада 1,8 В төмөн түшүп кетүү электроддорго зыян келтириши мүмкүн) жана атайын заряддоо режими.

Анда эмне үчүн байыркы түзүлүш дагы эле колдонулуп келет? "Батареялардын падышасы" чыныгы башкаруучунун атрибуту болуп саналат - күч. Жогорку учурдагы керектөө жана 75% га чейин жогорку энергия натыйжалуулугу (заряддоо үчүн колдонулган энергиянын бул көлөмүн эксплуатациялоо учурунда калыбына келтирүүгө болот), ошондой эле дизайндын жөнөкөйлүгү жана өндүрүштүк чыгымдардын аздыгы коргошун батарея ичинен күйүүчү кыймылдаткычтарды ишке киргизүү үчүн гана эмес, ошондой эле авариялык электр менен жабдуунун элементи катары колдонулат. 160 жылдык тарыхына карабастан, коргошун аккумулятору дагы эле жакшы иштеп жатат жана бул түзүлүштөрдүн башка түрлөрү менен алмаштырылган эмес (жана аны менен бирге коргошун өзү, аккумулятордун аркасында эң ири металлдардын бири болуп саналат. өлчөмдөрү). Күйүүчү кыймылдаткычтарга негизделген моторизация өнүгө берсе, анын позициясы коркунучтуу эмес (6).

Ойлоп табуучулар коргошун-кислота аккумуляторун алмаштыруу аракетин токтотушкан эмес. Кээ бир моделдер популярдуу болуп, дагы эле автомобиль өнөр жайында колдонулат. Он тогузунчу жана 20-кылымдын аягында H эритмеси колдонулбаган конструкциялар түзүлгөн.₂SO₄бирок щелочтук электролиттер. Мисал катары жогоруда көрсөтүлгөн Ernst Jungner никель-кадмий батареясы болуп саналат. 1901-жылы Томас Альва Эдисон конструкциясын өзгөртүп, кадмийдин ордуна темирди колдонушту. Кислоталуу батарейкаларга салыштырмалуу щелочтуу моделдер бир топ жеңил, төмөн температурада иштей алат жана иштетүү анчалык деле кыйын эмес. Бирок, алардын өндүрүшү кымбат жана энергиянын натыйжалуулугу төмөн.

Анда эмне болот?

Албетте, батарейкалар жөнүндө макалалар суроолорду түгөтпөйт. Алар, мисалы, литий клеткалары маселелерин талкуулашпайт, ошондой эле көбүнчө эсептегичтер же компьютердик платалар сыяктуу тиричилик техникаларын иштетүү үчүн колдонулат. Алар тууралуу январь айындагы макаладан химия боюнча былтыркы Нобель сыйлыгы, ал эми практикалык бөлүгү жөнүндө - бир айдан кийин (анын ичинде бузуу жана тажрыйба) биле аласыз.

Клеткалардын, айрыкча аккумуляторлордун жакшы перспективалары бар. Дүйнө барган сайын мобилдүү болуп баратат жана бул электр кабелдеринен көз карандысыз болуу зарылдыгын билдирет. Электр унааларын эффективдүү электр энергиясы менен камсыздоо да чоң көйгөй. — алар натыйжалуулугу боюнча ичинен күйүүчү кыймылдаткычтары бар машиналар менен атаандаша алышы үчүн.

аккумулятор батареясы

Клетканын түрүн аныктоону жеңилдетүү үчүн атайын алфавиттик-сандык код киргизилген. Үйүбүздө көбүнчө кичинекей приборлор үчүн кездешкен түрлөрү үчүн ал сан-тамга-тамга-сан формасына ээ.

Жана бул:

– биринчи цифра – клеткалардын саны; жалгыз клеткалар үчүн этибарга алынбайт;

– биринчи тамга клетканын түрүн көрсөтөт. Ал жок болгондо, сиз Leclanche шилтемеси менен алектенип жатасыз. Башка клетка түрлөрү төмөнкүдөй белгиленет:

C – литий клеткасы (эң таралган түрү),

H - Ni-MH батареясы,

K - никель-кадмий батареясы,

L – щелочтук клетка;

– кийинки тамга шилтеменин формасын көрсөтөт:

F - табак,

R - цилиндр,

P – цилиндрден башка формага ээ болгон звенолордун жалпы белгиленишин;

– акыркы сан же сандар шилтеменин өлчөмүн көрсөтөт (каталогдун маанилери же өлчөмдөрдү түздөн-түз көрсөтүүчү) (7).

7. Популярдуу клеткалардын жана батарейкалардын өлчөмдөрү.

Белгилөө мисалдары:

R03
– кичинекей бармактай болгон цинк-графит клеткасы. Дагы бир белги - AAA же.

LR6 – бармактын өлчөмүндөгү щелочтуу клетка. Башка белгилөө AA же болуп саналат.

HR14 – Ni-MH батареясы; тамга C да өлчөмүн көрсөтүү үчүн колдонулат.

KR20 – Ni-Cd батареясы, анын көлөмү да D тамгасы менен белгиленген.

3LR12 – үч цилиндр формасындагы щелочтук элементтерден турган 4,5 В чыңалуудагы жалпак аккумулятор.

6F22 – алты жалпак Лекланш клеткаларынан турган 9 вольттук аккумулятор.

CR2032 – диаметри 20 мм жана калыңдыгы 3,2 мм болгон литий клеткасы.

Ошондой эле, караныз: