Щелочные аккумуляторы принцип действия и устройство: Щелочные аккумуляторы

устройство, принцип действия, достоинства и недостатки

Пример HTML-страницы

Своё название щелочные аккумуляторы получили от вида электролита, необходимого для их работы. Основными разновидностями электролита, используемыми в щелочных аккумуляторах, являются едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH). При сравнении щелочных аккумуляторов с кислотными батареями, очевидно, что аккумуляторы, работающие на электролите, имеют некоторые преимущества. Однако недостатки у них также существуют. Особенности работы щелочных аккумуляторов делают их незаменимыми в некоторых производственных отраслях.

Содержание

1. Устройство щелочных аккумуляторов
2. Особенности эксплуатации щёлочных аккумуляторов
3. Применение щёлочных аккумуляторов, их достоинства и недостатки.

Устройство щелочных аккумуляторов

Среди аккумуляторов, работающих при помощи щелочного раствора (электролита), наиболее часто используются два их вида – никель-кадмиевый и никель-металлогидридный. В каждом них положительный электрод состоит из гидроокиси никеля (NiOOH), с добавками графита и окиси бария. Каждая из добавок улучшает качество работы аккумулятора. Графит увеличивает электропроводность электрода, а окись бария увеличивает срок работы аккумулятора.

Массы отрицательных электродов каждого вида щелочного аккумулятора имеют различный состав. У металлогидридного аккумулятора отрицательный электрод изготовлен из порошкообразного железа и его окислов. В основной состав отрицательного электрода входит также сернистое железо и сернокислый никель. Если батарея никель-кадмиевая, то отрицательный электрод состоит из смеси порошков железа и кадмия.

В качестве электролита преимущественно используют раствор едкого калия (20 %), в который добавлен моногидрат лития, увеличивающий срок эксплуатации щёлочного аккумулятора. Необходимое количество – 20-30 г/литр раствора.

Химические процессы, происходящие при работе щелочного аккумулятора

При использовании щелочного аккумулятора, то есть, при его разряде, гидроокись никеля положительного электрода вступает в реакцию с ионами электролита. Результатом данной реакции становится образование Ni(OH)2 — гидрата закиси никеля

Одновременно подобный процесс происходит на отрицательном электроде, только на нём образуются гидраты окисей кадмия и железа. Разность потенциалов, составляющая около 1,45 вольта, обеспечивается протеканием тока по контурам внешней и внутренней сети. Таков принцип работы щелочного аккумулятора.

При зарядке щелочного аккумулятора происходит обратный химический процесс – при воздействии тока положительные электроды окисляются, превращая гидрат закиси никеля в гидроокись никеля. Отрицательный электрод при этом восстанавливается, в его массе образуется кадмий и железо.

Главная особенность этих процессов в том, что вещества, образующиеся в процессе электрохимических реакций, в реакцию друг с другом не вступают. Они практически не растворяются в электролите. Благодаря такому поведению веществ расход электролита отсутствует, а его плотность не изменяется.

Особенности эксплуатации щёлочных аккумуляторов

Начиная с момента, когда аккумулятор начинает использоваться по назначению, то есть, к батарее подключается нагрузка, напряжение весьма быстро падает до 1,3 вольта, а затем продолжает снижаться уже медленно. В момент, когда оно уменьшается до 1 вольта, его работу необходимо останавливать.

Далее батарею эксплуатировать не следует, так как её использование при напряжении ниже 1 вольта, приводит к потере ёмкости аккумулятора. Уменьшится и срок его эксплуатации. Повседневный уход за щелочными аккумуляторами ничем не отличается от их кислотных аналогов. Необходима систематическая подзарядка и контроль уровня электролита.

Применение щёлочных аккумуляторов, их достоинства и недостатки.

Щёлочные аккумуляторы находят применение в устройствах систем аварийного электроснабжения, в оборудовании локомотивов и вагонов для пассажиров. Их используют в устройствах электропогрузчиков, электроинструментах и портативных электроинструментах. Телефоны и фотоаппараты также оборудуются щёлочными батареями. Правильно выбрать аккмуляторную батарею можно, протитав статью на нашем сайте.

Основными достоинствами батарей данной конструкции считают:

— Длительный срок службы;

— Небольшой вес;

— Небольшой саморазряд.

Существенным минусом щелочных аккумуляторов является небольшой КПД – всего 55%. Наличие эффекта памяти, приводящего к потере ёмкости.

Устройство, Эксплуатация и Принцип Работы АКБ, Обслуживание Электролита и Зарядное Устройство Для Зарядки на 6v и 12в

Содержание

• 1 Преимущества и недостатки
• 2 Область применения
• 3 Устройство щелочного аккумулятора
  • 3.1 Несколько слов о химических процессах
  • 3.2 Как правильно заменить электролит
  • 3.3 Характеристики щелочных аккумуляторов
• 4 Заряд аккумуляторов и батарей щелочного принципа действия
• 5 Нюансы использования батарей
• 6 Как правильно хранить аккумуляторы и батареи
• 7 Читаем условные обозначения: маркировка
  • 7. 1 Отечественная маркировка
  • 7.2 Международная маркировка

Своё название щелочные аккумуляторы получили от используемого электролита. Применяется едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH).  Как и другие батареи, этот тип зарядных устройств имеет свои достоинства и недостатки. Специфика работы щелочного аккумулятора делают их практически незаменимыми в ряде отраслей народного хозяйства.

Преимущества и недостатки

Аккумуляторы щелочного принципа действия отличаются:

• Длительным сроком эксплуатации при должном обслуживании;
• Имеют относительно небольшой вес и размеры;
• Позиционируются с небольшим самопроизвольным разрядом;
• Стабильной работой в условиях отрицательных t⁰.

Обратите внимание! Когда показатели отрицательных t⁰ опускаются ниже отметки – 25⁰С, ёмкость щелочного аккумулятора с уменьшением на один градус, снижается на 0,5%.

В сравнении со свинцово-кислотной батареей – этот показатель выше в 2 раза. Хотя при низких t⁰, как отмечалось ранее, показатели ёмкости сокращаются.

К существующим минусам можно отнести незначительный коэффициент полезного действия (КПД), который по разным оценкам составляет от 50% до 55%. К сравнению, этот показатель у батарей кислотного принципа действия составляет 80%.

К тому же, наличие эффекта памяти неизбежно приводит к потере ёмкости. Она может появиться в случае неполной разрядки зарядного устройства.

Огорчает большой разброс рабочего напряжения зарядных элементов: 1-1,75 Вольта. Для набора показателя 12В разброс составит 10-17,5 вольта. В данном случае не избежать использования зарядного устройства для щелочного аккумулятора в целях стабилизации рабочих показателей.

На заметку. Обслуживание батарей такого типа должен выполнять квалифицированный сотрудник. Так как, в данном случае, используется электролит для щелочных аккумуляторов, который необходимо периодически менять.

Область применения

Щелочные аккумуляторы могут использоваться в качестве:

• тяговых;
• и стартерных устройств.

Они устанавливаются на рудничных электровозах, локомотивах, в пассажирских вагонах. Обеспечивают разные виды сигнализаций и аварийных систем энергетического снабжения.

Незаменимы при складировании продукции на складах: всевозможные погрузочные машины оснащены как раз такими акуумуляторами. Возможно применение для запуска силовых агрегатов (ДВС).

Батареи, о которых идёт речь, используются в портативной технике, домашнем и профессиональном электрическом инструменте.

Мы постоянно соприкасаемся с ними в домашних условиях. Включаем музыкальный центр, телевизор, используем пульт. Повседневно пользуемся телефонами и фотоаппаратами, где в качестве источника питания, работают пальчиковые батарейки.

Редко, но встречается, их использование в качестве стартерных устройств на грузовых автомобилях и военной технике.

Устройство щелочного аккумулятора

Устройства, работающие с использованием щелочного раствора, агрегируют:

1. В комбинации: никель/кадмий;
2. Или никель/металлогидрид.

В обоих случаях положительный электрод содержит гидроокись никеля (NiOOH) и добавкой графита и окиси бария, которые повышают рабочие показатели.

Графит положительно влияет на электропроводность, увеличивая её, а окись бария создаёт эффект стабильной работы.

На фото хорошо видно устройство продукта в разрезе. Указано, какие составляющие определяют целостность батареи.

Несколько слов о химических процессах

При разрядке гидроокись никеля + электрода вступает в активную реакцию с ионами электролита. При этой комбинации образуется Ni(OH)2 гидрат закиси никеля.

Аналогичный процесс протекает при – электроде. В данном случае получается образование гидратов окиси кадмия и железа. Разница видимых потенциалов в пределах 1,45 вольта возможна при обеспечении процесса прохождения тока по контурам внутренней и внешней сети. Это и есть принцип работы щелочного аккумулятора.

При зарядке проходит обратный химический процесс. Он заключается в следующем. При взаимодействии тока + электроды окисляются. При этом гидрат закиси никеля переходит в состояние гидроокиси этого элемента. Минусовый электрод постепенно восстанавливается. В нём образуется кадмий и железо.

Особенность происходящих процессов: вещества, выступающие в процессе электрохимических реакций, друг с другом не вступают в химические отношения, то есть, не растворяются в электролите.

В данном случае не предусмотрен расход электролита. Его плотность неизменна: всегда остаётся на прежнем уровне.

Как правильно заменить электролит

Специалисты рекомендуют замену электролита проводить через каждые 100-150 циклов.

До предполагаемой смены состава электролита необходимо разрядить аккумулятор до напряжения 1 вольт нормальным током.

Отработанный электролит следует слить. При этом сам аккумулятор нужно периодически встряхивать, чтобы удалить возможную грязь из сосуда. Затем промыть подщелочённой или дистиллированной водой, энергично встряхивая.

Вода должна к этому времени отстояться. Заливка нового продукта проводится незамедлительно. Залитый новым составом аккумулятор, оставить примерно на 120 минут и можно приступать к замеру плотности электролита. При необходимости, довести до требуемой величины и закрыть крышки.

Обратите внимание! Не рекомендуется после слива старого электролита оставлять аккумулятор сухим. Это может привести к образованию коррозии пластин!

Замена электролита потребуется при переходе в рабочий режим с t⁰ ниже 20⁰С.

Характеристики щелочных аккумуляторов

Типы АКБ	Номинальная емкость, А-ч	Номинальное напряжение, В	Кол-во электролита в литрах
НК-28	28	1,25	0,27
НЖ-22	22	1,25	0,27
НК-55	55	1,25	0,45
НЖ-45	45	1,25	0,45
НК-80	80	1,25	0,75
НЖ-60	60	1,25	0,75

В условном обозначении буквы отображают электрохимическую систему АКБ:

• «НК» — никель-кадмиевая;
• «НЖ» — никель-железная;
• Цифры, идущие после букв — это номинальная ёмкость а/батарей, измеряемая в ампер-часах.

Заряд аккумуляторов и батарей щелочного принципа действия

Для подключения на зарядку однотипные продукты соединяются последовательно. Их количество регламентируется напряжением тока, а также напряжением в конце заряда. Эти показатели у рабочей а/батареи при нормальном зарядном токе должны быть в соответствии:

• в начале заряда: 1,40В — 1.45 В;
• в конце заряда: 1,75В — 1,85 В.

Рекомендуется применять нижеуказанный режим заряда:

1. Нормальный вариант: заряжать 6 часов нормальным током;
2. Усиленный вариант:12 часов нормальным током.

Он сообщается при вводе в действие, а также:

• через каждые 10 циклов. При нерегулярной работе 1 раз в 30 дней;
• после замены электролита;
• после глубоких разрядов ниже допустимых конечных напряжений;
• после разрядов слабым током, с перерывами в 16 и более часов.

Важно! Перезаряды улучшают рабочий процесс щелочных АКБ.

Никель/кадмивые и никель/железные АКБ рекомендуется заряжать слабым током.

При этом, постепенно повышая время зарядки, но понижать ток более чем в 2 раза нельзя.

На заметку. Зарядка с использованием слабого тока ухудшает рабочий процесс щелочных аккумуляторов. В данной ситуации рекомендуется использование этого варианта только при возникшей необходимости.

Кроме этого, никель/железные АКБ заряжать при t0 — 10°С и ниже не рекомендуется.

Нюансы использования батарей

С момента подключения к батарее плановой нагрузки напряжение начинает быстро понижаться, примерно до значения 1,3 вольта. Далее в процессе работы снижение показателей происходит в замедленном режиме.

Рекомендация. Когда напряжение опустится до критической отметки 1(одного) вольта, необходимо приостановить работу.

Заметим, что продолжение эксплуатации батареи со значение 1 вольт и ниже неизбежно приведёт к утрате ёмкости аккумулятора.

Это в свою очередь уменьшит эксплуатационный срок. Следует внимательно относиться к системной подзарядке и контролю уровня используемого электролита.

Как правильно хранить аккумуляторы и батареи

Производитель предусмотрел выпуск готовых изделий для временного и длительного хранения. Используя новые аккумуляторы, следует в обязательном порядке проверить плотное прилегание съёмных пробок.

Обратить внимание на исправность вентильной резины. На первоначальном этапе потребуется смазать никелированные пробки и гайки а/батарей. Слой смазки должен быть минимальных размеров.

Корпус аккумуляторов в заводском исполнении покрыт черным битумно-збонитовым лаком. Предотвратить порчу нанесённого лака можно, используя в качестве смазки вещества, предусмотренные и рекомендованные производителем.

Обратите внимание, что, вазелин, как смазку, применять запрещено!

Аккумуляторам, которые ранее эксплуатировались, а теперь отправляются на длительное хранение (от 1 года и более), требуется разрядка в ток до 1,0В. Кроме этого, для правильной консервации продукта на длительный период времени необходимо:

1. Удалить весь электролит;
2. Закрыть плотно фиксирующие пробки;
3. Протереть корпус и удалить, используя ветошь, пыль и остатки соли;
4. Если на корпусе не предусмотрено ранее лаковое покрытие(изоляционный лак чёрного цвета), нанести его.

Однако аккумуляторы, переведенные в спокойное состояние (от 30 дней до года), могут находиться в полу разряженном или полностью разряженном состоянии при условии плотно закрытых пробок.

Во время длительной консервации батареи должны периодически проверяться. При обнаружении на корпусе соли, её нужно удалять.

Если батареи нужно перевезти на большие расстояния, их следует перевести в состояние длительного хранения.

Нельзя хранить вместе аккумуляторы щелочного и кислотного принципа действия. Все кислоты, так или иначе, влияют на батареи, портят их.

Аккумуляторы, где используется никель/кадмиевое соединение, в спокойном состоянии хранятся до 5 лет. Условие: они должны быть без электролита.

Срок консервации составляет в сухом закрытом помещении 4,5 года, а в полевых условиях — полгода. В этом случае, необходимо создать условия хранения, при которых исключается попадание осадков и прямых солнечных лучей.

Хранение никель/железных аккумуляторов в разряженном состоянии с удалённым электролитом в закрытом и сухом помещении составляет не более 3,5 лет.

Читаем условные обозначения: маркировка

Существуют тяговые батареи, изготовленные в различных странах. Мы же с вами рассмотрим сокращения, применяемые на отечественных изделиях.

Отечественная маркировка

Итак, если в маркировке предусмотрены буквы, идущие перед цифрами, то они указывают на число элементов используемых в батареи.

Далее буквы, указывающие на область применения:

• Т – тяговый тип;
• ТП – тепловозный вариант;
• В – вагонное назначение.

Буквы, указывающие на тип: НЖ – никель/железная батарея. И так далее.

Буква «К» указывает на комбинацию блока электродов. Буква «Ш» говорит о назначении батареи для эксплуатации в шахтах и горных выработках.

Если после букв следуют цифры – это величина номинальной ёмкости АКБ, которая выражается в А-ч. Могут ставиться буквы «П» — пластмассовый корпус, или буква «В» говорит о высоком варианте, а «М» указывает на модернизацию.

Буква «У» свидетельствует о возможности эксплуатации батареи в умеренном климате. Буква «Т» подразумевает эксплуатацию а/батареи в тропиках.

Далее прописывается ГОСТ использования: цифра 2 сигнализирует о возможности работы над землёй, а цифра 5  допускает работу под землёй.

Международная маркировка

В международной классификации буква F – это аккумулятор с использованием комбинации никель/железо. О различном режиме разрядки говорят буквы:

• L ─ до 0,5 градусов по Цельсию;
• M ─ (0,5─3,5) градусов по Цельсию;
• H ─ (3,5─7) градусов по Цельсию;
• X ─ больше 7 градусов по Цельсию.

Щелочные АКБ — продукт многофункциональный, встречающийся в различных комбинациях и применяемый в самых разных отраслях хозяйствования. Щелочной аккумулятор в 12в мы используем практически ежедневно, а  в качестве тяговых устройств их могут видеть специалисты и обслуживающий персонал.

Однако любая эксплуатация щелочного аккумулятора требует повышенного внимания и правильного обслуживания. Эти мероприятия существенно увеличивают срок службы а/батарей.

Обслуживание щелочных аккумуляторов нужно проводить в строгом соответствии с рекомендациями изготовителя. Нельзя допускать к работе неподготовленный в техническом плане персонал.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Аккумуляторы и топливные элементы | Химия: Atoms First

Цели обучения

К концу этого модуля вы сможете:

• Классифицировать батареи как первичные или вторичные
• Перечислите некоторые характеристики и ограничения батарей
• Дайте общее описание топливного элемента

Батарея представляет собой гальванический элемент или ряд элементов, которые производят электрический ток. В принципе, любой гальванический элемент можно использовать в качестве батареи. Идеальная батарея никогда не разряжается, обеспечивает неизменное напряжение и способна выдерживать экстремальные температуры и влажность окружающей среды. Реальные батареи обеспечивают баланс между идеальными характеристиками и практическими ограничениями. Например, масса автомобильного аккумулятора составляет около 18 кг или около 1% от массы среднего легкового автомобиля или малотоннажного грузовика. Батарея такого типа будет давать почти неограниченную энергию при использовании в смартфоне, но будет отклонена для этого приложения из-за ее массы. Таким образом, ни одна батарея не является «лучшей», и батареи выбираются для конкретного применения с учетом таких факторов, как масса батареи, ее стоимость, надежность и емкость по току. Существует два основных типа аккумуляторов: первичные и вторичные. Ниже описаны несколько батарей каждого типа.

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше об аккумуляторах.

Первичные батареи

Первичные батареи являются одноразовыми батареями, поскольку их нельзя перезаряжать. Обычной основной батареей является сухой элемент (рис. 1). Сухой элемент представляет собой угольно-цинковую батарею. Цинковая банка служит как контейнером, так и отрицательным электродом. Положительный электрод представляет собой углеродный стержень, окруженный пастой из оксида марганца (IV), хлорида цинка, хлорида аммония, угольного порошка и небольшого количества воды. Реакцию на аноде можно представить как обычное окисление цинка: 9{-}[/latex]

с общим потенциалом элемента, который изначально составляет около 1,5 В, но уменьшается по мере использования батареи. Важно помнить, что напряжение, выдаваемое батареей, одинаково независимо от размера батареи. По этой причине батареи D, C, A, AA и AAA имеют одинаковое номинальное напряжение. Однако большие батареи могут доставлять больше молей электронов. Поскольку цинковый контейнер окисляется, его содержимое в конечном итоге вытекает, поэтому аккумуляторы этого типа не следует оставлять в электрических устройствах на длительное время.

Рисунок 1. На схеме показано поперечное сечение батарейки для фонарика, сухого цинково-угольного элемента.

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о угольно-цинковых батареях.

Щелочные батареи (рис. 2) были разработаны в 1950-х годах частично для решения некоторых проблем с производительностью угольно-цинковых сухих элементов. Они производятся для точной замены угольно-цинковых сухих элементов. Как следует из названия, в этих типах батарей используются щелочные электролиты, часто гидроксид калия. Реакции 9{\circ }=\text{+1,43 В}\end{array}[/latex]

Щелочная батарея может вырабатывать примерно в три-пять раз больше энергии, чем угольно-цинковая сухая батарея аналогичного размера. Щелочные батареи склонны к утечке гидроксида калия, поэтому их также следует удалять из устройств для длительного хранения. Хотя некоторые щелочные батареи перезаряжаемы, большинство из них перезаряжаемы. Попытки перезарядить щелочную батарею, которая не подлежит перезарядке, часто приводят к разрыву батареи и утечке электролита гидроксида калия.

Рисунок 2. Щелочные батареи были разработаны как прямая замена угольно-цинковым (сухим элементам) батареям.

Посетите этот сайт, чтобы узнать больше о щелочных батареях.

Вторичные батареи

Вторичные батареи являются перезаряжаемыми. Это типы батарей, которые можно найти в таких устройствах, как смартфоны, электронные планшеты и автомобили.

Никель-кадмиевые батареи или NiCd (рис. 3) состоят из никелированного катода, кадмиевого анода и электрода из гидроксида калия. Положительная и отрицательная пластины, которые защищены от короткого замыкания сепаратором, сворачиваются и укладываются в корпус. Это «рулонная» конструкция, которая позволяет NiCd-элементу выдавать гораздо больший ток, чем щелочная батарея аналогичного размера. Реакции 9{-}\left(aq\right)\\ \\ \text{общий:}&\text{Cd}\left(s\right)+{\text{NiO}}_{2}\left(s\ вправо) + {\ текст {2H}} _ {2} \ текст {O} \ влево (l \ вправо) \ longrightarrow {\ text {Cd (OH)}} _ {2} \ влево (s \ вправо) + {\text{Ni(OH)}}_{2}\left(s\right)\end{array}[/latex]

Напряжение составляет от 1,2 до 1,25 В при разрядке аккумулятора. При правильном обращении никель-кадмиевую батарею можно перезарядить около 1000 раз. Кадмий является токсичным тяжелым металлом, поэтому никель-кадмиевые аккумуляторы нельзя открывать или выбрасывать в обычный мусор.

Рисунок 3. В NiCd-батареях используется конструкция «свернутого желе», что значительно увеличивает силу тока, которую батарея может отдавать, по сравнению с щелочными батареями аналогичного размера. 9{-}+x{\text{C}}_{6}\rightleftharpoons x{\text{LiC}}_{6}\\ \\ \text{общий:}&{\text{LiCoO}}_{ 2}+x{\text{C}}_{6}\rightleftharpoons {\text{Li}}_{x-1}{\text{CoO}}_{2}+x{\text{LiC}} _{6}\end{array}[/latex]

С коэффициентами, представляющими моли, x составляет не более 0,5 молей. Напряжение батареи составляет около 3,7 В. Литиевые батареи популярны, потому что они могут обеспечивать большой ток, они легче, чем сопоставимые батареи других типов, создают почти постоянное напряжение при разрядке и лишь медленно теряют заряд при хранении.

Рисунок 4. В ионно-литиевой батарее заряд протекает между электродами по мере того, как ионы лития перемещаются между анодом и катодом.

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о ионно-литиевых батареях.

Свинцово-кислотная батарея (рис. 5) — это тип аккумуляторной батареи, используемой в вашем автомобиле. Он недорог и способен производить высокий ток, необходимый для автомобильных стартеров. Реакции для свинцово-кислотного аккумулятора:

9{-} \ longrightarrow {\ text {PbSO}} _ {4} \ left (s \ right) + 2 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} \ left (l \ right) \\ \\ \text{общий:}&\text{Pb}\left(s\right)+{\text{PbO}}_{2}\left(s\right)+2{\text{H}}_ {2}{\text{SO}}_{4}\left(aq\right)\longrightarrow {\text{2PbSO}}_{4}\left(s\right)+2{\text{H}} _{2}\text{O}\left(l\right)\end{array}[/latex]

Каждая ячейка производит 2 В, поэтому шесть ячеек, соединенных последовательно, образуют автомобильный аккумулятор на 12 В. Свинцово-кислотные батареи тяжелые и содержат едкий жидкий электролит, но часто по-прежнему являются предпочтительными батареями из-за их высокой плотности тока. Поскольку эти батареи содержат значительное количество свинца, их всегда необходимо утилизировать надлежащим образом.

Рисунок 5. Свинцово-кислотная батарея в вашем автомобиле состоит из шести элементов, соединенных последовательно, чтобы обеспечить 12 В. Низкая стоимость и высокий выходной ток делают эти аккумуляторы отличными кандидатами для питания автомобильных стартеров.

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о свинцово-кислотных батареях.

Топливные элементы

Топливный элемент — это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую. Топливные элементы похожи на батареи, но требуют постоянного источника топлива, часто водорода. Они будут продолжать производить электроэнергию, пока есть топливо. Водородные топливные элементы использовались для питания спутников, космических капсул, автомобилей, лодок и подводных лодок (рис.  6). 9{2-}\\ \\ \text{общий:}&2{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\longrightarrow 2{\text{H}}_{ 2}\text{O}\end{array}[/latex]

Напряжение составляет около 0,9 В. КПД топливных элементов обычно составляет от 40% до 60%, что выше, чем у типичного двигателя внутреннего сгорания (25 % до 35%) и, в случае водородного топливного элемента, производит только воду в качестве выхлопа. В настоящее время топливные элементы довольно дороги и имеют особенности, которые приводят к их выходу из строя через относительно короткое время.

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о топливных элементах.

Ключевые понятия и резюме

Батареи представляют собой гальванические элементы или ряд элементов, которые производят электрический ток. Когда элементы объединены в батареи, потенциал батареи является целым числом, кратным потенциалу отдельной ячейки. Существует два основных типа аккумуляторов: первичные и вторичные. Первичные батареи являются «одноразовыми» и не подлежат перезарядке. Сухие элементы и (большинство) щелочных батарей являются примерами первичных батарей. Второй тип является перезаряжаемым и называется вторичной батареей. Примеры вторичных батарей включают никель-кадмиевые (NiCd), свинцово-кислотные и ионно-литиевые батареи. Топливные элементы аналогичны батареям в том, что они генерируют электрический ток, но требуют постоянного добавления топлива и окислителя. Водородный топливный элемент использует водород и кислород из воздуха для производства воды и, как правило, более эффективен, чем двигатели внутреннего сгорания.

Упражнения

1. Каковы желательные качества электрической батареи?
2. Перечислите некоторые аспекты, которые обычно учитываются при выборе батареи для нового приложения.
3. Рассмотрим батарею, состоящую из одного полуэлемента, состоящего из медного электрода в растворе 1 M CuSO ₄ , и другого полуэлемента, состоящего из свинцового электрода в 1 M Pb(NO ₃ ) ₂ раствор. {2+}\left(aq\right)[/latex].
   1. Какая реакция на аноде и катоде?
   2. Батарея «разряжена», если в ней отсутствует потенциал ячейки. Каково значение Q , когда эта батарея разряжена?
   3. Если в конкретной разряженной батарее было обнаружено, что [Cu ²⁺ ] = 0,11 M , какова была концентрация ионов серебра?
4. Изобретатель предлагает использовать SHE (стандартный водородный электрод) в новом аккумуляторе для смартфонов, который также удаляет из воздуха токсичный угарный газ: 9{\circ }=\text{+0,53 В}\end{array}[/latex]
   Будет ли это хорошей батареей для смартфонов? Почему или почему нет?
5. Почему аккумуляторы разряжаются, а топливные элементы нет?
6. Объясните, что происходит с напряжением батареи при ее использовании, используя уравнение Нернста.
7. Используя информацию из этой главы, объясните, почему электроника с батарейным питанием плохо работает при низких температурах.

Показать ответ

Глоссарий

Щелочная батарея: 9первичная батарея 0016, в которой используется щелочной (часто гидроксид калия) электролит; разработан, чтобы быть точной заменой сухого элемента, но с большим накоплением энергии и меньшей утечкой электролита, чем типичный сухой элемент

батарея: гальванический элемент или ряд элементов, которые производят ток; теоретически любой гальванический элемент

сухой элемент: первичная батарея , также называемая угольно-цинковой батареей; может использоваться в любой ориентации, поскольку в качестве электролита используется паста; имеет тенденцию вытекать электролит при хранении

топливный элемент: устройства, производящие электрический ток при непрерывном добавлении топлива и окислителя; более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания

свинцово-кислотная батарея: вторичная батарея, состоящая из нескольких элементов; свинцово-кислотная батарея, используемая в автомобилях, имеет шесть элементов и напряжение 12 В.

литий-ионная батарея: очень популярная вторичная батарея; использует ионы лития для проведения тока, легкий, перезаряжаемый и создает почти постоянный потенциал при разрядке

никель-кадмиевая батарея: (никель-кадмиевая батарея) вторичная батарея, в которой используется кадмий, являющийся токсичным тяжелым металлом;

первичная батарея: одноразовая неперезаряжаемая батарея

вторичная батарея: перезаряжаемая батарея

Преимущества щелочной батареи по данным поставщиков батарей

на 2 октября 2018 г. 8 ноября 2018 г. by Cindy

Распространение энергоемких портативных устройств увеличило потребность в более легких элементах и ​​батареях, которые имеют больше энергии и могут перезаряжаться. Во многих случаях это означает химию лития. Тем не менее, потребность в щелочных батареях по-прежнему существует, и многие варианты их использования подтверждаются поставщиками батарей.

Щелочные элементы и батареи получают и передают энергию в результате реакции между металлическим цинком и диоксидом марганца. Эти батареи имеют положительный анод (цинковый конец) и отрицательный катод (марганцевый конец). Эти части батареи, также называемые электродами, являются местом химических реакций, которые происходят из-за их взаимодействия с ионами из раствора гидроксида калия.

В частности, накопление электронов создает электрическую разницу между положительным анодом и отрицательным катодом. Поскольку между анодом и катодом нет прямой связи, электроны остаются на месте до тех пор, пока батарея не будет вставлена ​​в устройство. Это формирует замкнутую цепь, позволяя энергии течь. Химия щелочных батарей имеет ряд важных преимуществ.

Преимущества щелочных элементов и батарей

Щелочные батареи имеют ряд преимуществ, в том числе:

• Высокая плотность энергии. Щелочные батареи содержат больше энергии, чем другие типы. Например, щелочная батарея имеет удвоенную плотность энергии по сравнению с угольно-цинковой батареей. В результате щелочные элементы и батареи могут производить ту же энергию, что и другие батареи, но при этом служат дольше.
• Безопасность персонала и окружающей среды. По сравнению со свинцовыми и кислотными батареями соединения в щелочной батарее не представляют серьезной опасности для здоровья. В худшем случае соединения могут вызвать легкое раздражение. Кроме того, к щелочным батареям не предъявляются особые требования по утилизации, и они оказывают меньшее воздействие на окружающую среду.
• Срок службы батареи. Щелочные батареи имеют превосходную долговечность и более длительный срок хранения, чем батареи с электролитом хлоридного типа. Неиспользованные щелочные батареи могут работать до семи лет, теряя всего пять процентов своей энергии в год. Следовательно, они являются отличным источником резервного питания, которое можно хранить на полке до тех пор, пока оно не понадобится.
• Минимальный риск утечки. Щелочные батареи гораздо менее подвержены утечке по сравнению с другими батареями.
• Работа при низких температурах. Щелочные батареи могут работать при очень низких температурах по сравнению с некоторыми другими химическими батареями. Это дает им преимущество в суровом холодном климате.
• Стандартный размер. Батареи со щелочным химическим составом имеют стандартные размеры, что упрощает инженерам и разработчикам продуктов их включение в конструкции. Щелочные батареи также легко получить для использования при создании, доработке и тестировании прототипов.
• Серийное использование. Щелочные батареи могут быть соединены последовательно для создания массивов более высокого напряжения и могут быть расположены в различных конфигурациях для удовлетворения широкого спектра требований.
• Идеально подходит для выращивания в горшках. Заливка — это процесс заполнения корпуса компаундом для повышения ударопрочности, а также для создания барьера от влаги и коррозионно-активных материалов. Щелочные батареи являются отличными кандидатами для герметизации, так как они не подвержены изменениям внутренней температуры и выделению газа, как некоторые другие типы батарей.

Недостатки щелочных элементов и батарей

Хотя щелочные батареи обладают многими преимуществами, поставщики батарей также знают, что у них есть и несколько недостатков. Например, по сравнению с ионно-литиевыми батареями щелочные батареи тяжелее и объемнее. Щелочные батареи также имеют высокое внутреннее сопротивление. Это снижает выходную мощность батареи.

Кроме того, хотя щелочные батареи не так склонны к протечкам, как некоторые другие типы элементов и батарей, они могут протечь, если их не использовать слишком долго в устройствах. В некоторых случаях коррозионная утечка может повредить устройство вплоть до выхода из строя. Следовательно, щелочные батареи следует извлекать из устройств, если они не будут использоваться в течение длительного периода времени.

Однако, даже принимая во внимание эти недостатки, щелочные батареи по-прежнему являются отличным вариантом для многих применений, в том числе при разработке батарейных блоков. В результате они остаются популярным выбором на многих рынках и во многих типах устройств.

Наше предприятие с полным спектром услуг в Колорадо может быстро и с минимальными затратами производить блоки щелочно-химических батарей от прототипа до окончательной упаковки. Свяжитесь с Rapport, Inc. сегодня, чтобы начать свой проект аккумуляторной батареи!

Опубликовано в Аккумуляторы Метки: щелочные, Аккумуляторы, аккумулятор, уход за аккумулятором, аккумулятор

Свяжитесь с нами

13180 Вт 43-й диск
Golden, CO 80403
(303) 202-9599

Внимание: для этого содержимого требуется JavaScript.

Архив блога

Архив блога Архив отбор месяца июля 2022 г., июнь 2022 г., май 2022 г., апрель 2022 г., март 2022 г., февраль 2022 г., январь 2022 г., декабрь 2021 г., ноябрь 2021 г., октябрь 2021 г., сентябрь 2021 г. август 2021 г., июль 2021 г., июнь 2021 г., 2021 г., апрель 2021 г. 2021 г., 2021 г., 2021 г., 2021 г. 2021 г.