Ruang lingkup penerapan baterai listrik sangat luas. Mereka digunakan sebagai sumber listrik di mainan anak-anak, dan alat-alat listrik, dan sebagai sumber traksi di kendaraan listrik. Untuk menggunakan baterai dengan benar, Anda perlu mengetahui sifat-sifatnya, kekuatan dan kelemahannya.
Isi
Apa itu baterai listrik dan bagaimana cara kerjanya
Baterai listrik - itu terbarukan sumber energi listrik. Tidak seperti sel galvanik, setelah habis dapat diisi ulang. Pada prinsipnya, semua baterai disusun dengan cara yang sama dan terdiri dari katoda dan anoda yang ditempatkan dalam elektrolit.
Bahan elektroda dan komposisi elektrolit dapat berbeda, dan inilah yang menentukan sifat konsumen baterai dan cakupannya.Antara katoda dan anoda, pemisah dielektrik berpori dapat diletakkan - pemisah yang diresapi dengan elektrolit. Tetapi itu menentukan, sebagian besar, sifat mekanik rakitan dan tidak secara mendasar mempengaruhi pengoperasian elemen.
Secara umum, pengoperasian baterai didasarkan pada dua transformasi energi:
- listrik ke kimia saat pengisian;
- kimia menjadi listrik selama debit.
Kedua jenis konversi tersebut didasarkan pada terjadinya reaksi kimia reversibel, yang jalannya ditentukan oleh zat yang digunakan dalam baterai. Jadi, dalam sel timbal-asam, bagian aktif anoda terbuat dari timbal dioksida, dan katoda terbuat dari logam timbal. Elektroda berada dalam elektrolit asam sulfat. Ketika dibuang di anoda, timbal dioksida direduksi menjadi timbal sulfat dan air, dan timbal di katoda dioksidasi menjadi timbal sulfat. Reaksi terbalik terjadi selama pengisian. Dalam baterai dengan desain lain, komponen bereaksi secara berbeda, tetapi prinsipnya serupa.
Jenis dan jenis baterai
Sifat konsumen baterai ditentukan terutama oleh teknologi produksinya. Dalam kehidupan sehari-hari dan industri, beberapa jenis sel baterai paling umum.
asam timbal
Jenis baterai ini ditemukan pada pertengahan abad ke-19, dan masih memiliki ceruk aplikasinya sendiri. Keunggulannya antara lain:
- teknologi produksi yang sederhana, murah dan berumur puluhan tahun;
- keluaran arus tinggi;
- masa pakai yang lama (dari 300 hingga 1000 siklus pengisian-pengosongan);
- arus self-discharge terendah;
- tidak ada efek memori.
Ada juga kekurangannya.Pertama-tama, ini adalah intensitas energi spesifik yang rendah, yang mengarah pada peningkatan dimensi dan berat. Performanya juga buruk pada suhu rendah, terutama di bawah minus 20 °C. Ada juga masalah dengan pembuangan - senyawa timbal cukup beracun. Tapi tugas ini harus ditangani untuk jenis baterai lainnya.
Sementara baterai timbal-asam telah dioptimalkan secara optimal, bahkan di sini ada ruang untuk perbaikan. Misalnya, ada teknologi AGM, di mana bahan berpori yang diresapi dengan elektrolit ditempatkan di antara elektroda. Ini tidak mempengaruhi proses elektrokimia pengisian dan pengosongan. Pada dasarnya, ini meningkatkan karakteristik mekanis baterai (ketahanan terhadap getaran, kemampuan untuk bekerja di hampir semua posisi, dll.) dan agak meningkatkan keselamatan operasi.
Juga keuntungan penting adalah peningkatan operasi tanpa kehilangan kapasitansi dan keluaran arus pada suhu hingga minus 30 °C. Produsen baterai AGM mengklaim peningkatan arus awal dan sumber daya.
Baterai gel adalah modifikasi lain dari baterai timbal-asam. Elektrolit mengental menjadi keadaan jelly. Ini mencapai pengecualian kebocoran elektrolit selama operasi dan menghilangkan kemungkinan pembentukan gas. Tetapi arus keluaran agak berkurang, dan ini membatasi kemungkinan penggunaan baterai gel sebagai baterai starter. Sifat ajaib yang dinyatakan dari baterai tersebut dalam hal peningkatan kapasitas dan peningkatan sumber daya berada di hati para pemasar.
Baterai timbal-asam biasanya diisi dalam mode stabilisasi tegangan. Pada saat yang sama, tegangan pada baterai meningkat dan arus pengisian berkurang. Kriteria akhir dari proses pengisian adalah penurunan arus hingga batas yang ditentukan.
Nikel-kadmium
Abad mereka akan segera berakhir, dan cakupannya secara bertahap menyusut. Kelemahan utama mereka adalah efek memori yang diucapkan. Jika Anda mulai mengisi ulang baterai Ni-Cd yang tidak terisi penuh, maka elemen "mengingat" level ini, dan kapasitas ditentukan lebih lanjut dari nilai ini. Masalah lainnya adalah keramahan lingkungan yang rendah. Senyawa kadmium beracun menciptakan masalah dengan pembuangan baterai tersebut. Kerugian lainnya termasuk:
- kecenderungan tinggi untuk melepaskan diri;
- konsumsi daya yang relatif rendah.
Tapi ada juga plusnya:
- biaya rendah;
- masa pakai yang lama (hingga 1000 siklus pengisian-pengosongan);
- kemampuan untuk mengalirkan arus tinggi.
Juga, keunggulan baterai tersebut termasuk kemampuan untuk bekerja pada suhu negatif yang rendah.
Pengisian sel Ni-Cd dilakukan dalam mode arus searah. Anda dapat menggunakan kapasitas sepenuhnya dengan mengisi ulang dengan penurunan arus pengisian yang lancar atau bertahap. Akhir proses dikendalikan dengan menurunkan tegangan sel.
Hidrida logam nikel
Dirancang untuk menggantikan baterai nikel-kadmium. Banyak karakteristik dan sifat konsumen yang lebih tinggi daripada Ni-Cd. Dimungkinkan untuk menghilangkan sebagian dari efek memori, meningkatkan intensitas energi sekitar satu setengah kali dan mengurangi kecenderungan untuk melepaskan diri. Pada saat yang sama, efisiensi arus yang tinggi dipertahankan dan biaya tetap kira-kira pada tingkat yang sama. Masalah lingkungan dikurangi - baterai diproduksi tanpa menggunakan senyawa beracun. Tetapi kami harus membayar untuk ini dengan sumber daya yang berkurang secara signifikan (hingga 5 kali) dan kemampuan untuk bekerja pada suhu negatif - hanya hingga -20 ° C versus -40 ° C untuk nikel-kadmium.
Sel-sel tersebut diisi dalam mode arus searah. Akhir proses dikendalikan dengan menaikkan tegangan pada setiap elemen hingga 1,37 volt. Yang paling menguntungkan adalah mode arus berdenyut dengan lonjakan negatif. Ini menghilangkan efek dari efek memori.
Li-ion
Baterai lithium-ion mengambil alih dunia. Mereka menggantikan jenis baterai lain dari area di mana situasinya tampak tak tergoyahkan. Sel Li-ion praktis tidak memiliki efek memori (ada, tetapi pada tingkat teoretis), tahan hingga 600 siklus pengisian-pengosongan, intensitas energi 2-3 kali lebih tinggi daripada rasio kapasitas dan berat nikel-logam hidrida baterai.
Kecenderungan untuk mengosongkan sendiri selama penyimpanan juga minimal, tetapi Anda benar-benar harus membayar untuk semua ini - baterai seperti itu jauh lebih mahal daripada yang tradisional. Seseorang dapat mengharapkan pengurangan harga dengan pengembangan produksi, seperti yang biasanya terjadi, tetapi kelemahan bawaan lainnya dari baterai tersebut - pengurangan efisiensi saat ini, ketidakmampuan untuk bekerja pada suhu negatif - tidak mungkin diatasi dalam kerangka teknologi yang ada.
Seiring dengan peningkatan bahaya kebakaran, ini agak menghambat penggunaan Baterai Li-ion. Juga harus diingat bahwa elemen-elemen tersebut dapat mengalami degradasi. Bahkan jika mereka tidak diisi dan dikosongkan, sumber daya mereka sendiri menjadi nol dalam 1,5 ... 2 tahun penyimpanan.
Mode pengisian daya yang paling disukai adalah dalam dua tahap. Pertama, arus stabil (dengan kenaikan tegangan yang lancar), kemudian tegangan yang stabil (dengan penurunan arus yang lancar). Dalam praktiknya, tahap kedua diimplementasikan dalam bentuk pengurangan arus pengisian bertahap. Bahkan lebih sering, tahap ini terdiri dari satu tahap - arus yang distabilkan berkurang begitu saja.
Karakteristik utama baterai
Parameter pertama yang diperhatikan saat memilih baterai adalah Nilai tegangan. Tegangan satu sel baterai ditentukan oleh proses fisikokimia yang terjadi di dalam sel, dan tergantung pada jenis baterai. Satu bank yang terisi penuh memberikan:
- elemen timbal-asam - 2,1 volt;
- nikel-kadmium - 1,25 volt;
- hidrida logam nikel - 1,37 volt;
- lithium-ion - 3,7 volt.
Untuk mendapatkan tegangan yang lebih tinggi, sel-sel tersebut dirakit menjadi baterai. Jadi, untuk aki mobil, Anda perlu menghubungkan 6 kaleng timbal-asam secara seri untuk mendapatkan 12 volt (lebih tepatnya, 12,6 V), dan untuk obeng 18 volt - 5 kaleng lithium-ion masing-masing 3,7 volt.
Parameter penting kedua adalah kapasitas. Menentukan masa pakai baterai di bawah beban. Ini diukur dalam ampere-jam (produk dari arus dan waktu). Jadi, baterai dengan kapasitas 3 A⋅h ketika habis dengan arus 1 ampere akan habis dalam 3 jam, dan dengan arus 3 ampere - dalam 1 jam.
Penting! Sesungguhnya, Kapasitas baterai tergantung pada arus debit, sehingga produk arus dan waktu pengosongan pada nilai beban yang berbeda untuk satu baterai tidak akan sama.
Dan parameter penting ketiga - pasokan saat ini. Ini adalah arus maksimum yang dapat diberikan baterai. Penting, misalnya, untuk baterai otomotif - menentukan kemungkinan memutar poros motor di musim dingin. Juga, kemampuan untuk mengalirkan arus tinggi, menciptakan torsi tinggi, penting, misalnya, untuk perkakas listrik. Dan untuk gadget mobile, karakteristik ini tidak begitu penting.
Sifat kelistrikan dan kualitas konsumen baterai bergantung pada desain dan teknologi produksinya. Penggunaan baterai yang benar berarti menggunakan keunggulan sumber daya kimia terbarukan dan meratakan kerugiannya.
Artikel serupa:
