โลกแบตเตอรี่ - ตอนที่ 3
Содержание
ประวัติของแบตเตอรี่สมัยใหม่เริ่มต้นขึ้นในศตวรรษที่สิบเก้า จากศตวรรษนี้ การออกแบบส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันมีต้นกำเนิดมาจากศตวรรษนี้ ด้านหนึ่งสถานการณ์นี้เป็นพยานถึงความคิดอันยอดเยี่ยมของนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น และในทางกลับกัน ถึงความยากลำบากที่เกิดขึ้นในการพัฒนาแบบจำลองใหม่
มีบางสิ่งที่ดีจนไม่สามารถปรับปรุงได้ กฎนี้ใช้กับแบตเตอรี่ด้วย - โมเดลศตวรรษที่ XNUMX ได้รับการขัดเกลาหลายครั้งจนกระทั่งใช้รูปแบบปัจจุบัน นอกจากนี้ยังใช้กับ เซลล์ Leclanche.
ลิงก์เพื่อปรับปรุง
การออกแบบของนักเคมีชาวฝรั่งเศสเปลี่ยนไป คาร์ล กัสเนอร์ ให้กลายเป็นโมเดลที่มีประโยชน์จริงๆ ถูกผลิตออกมาและปลอดภัยในการใช้งาน อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาอยู่ - การเคลือบสังกะสีขององค์ประกอบสึกกร่อนเมื่อสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดที่เติมในชาม และการกระเด็นของสารที่มีฤทธิ์รุนแรงอาจทำให้อุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าไม่ทำงาน การตัดสินใจกลายเป็น การควบรวมกิจการ พื้นผิวด้านในของตัวสังกะสี (เคลือบสารปรอท)
สังกะสีอะมัลกัมแทบไม่ทำปฏิกิริยากับกรด แต่ยังคงคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีของโลหะบริสุทธิ์ไว้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อบังคับด้านสิ่งแวดล้อม วิธีการยืดอายุเซลล์นี้จึงถูกใช้น้อยลงเรื่อยๆ (สำหรับเซลล์ที่ปราศจากสารปรอท คุณสามารถหาคำจารึกหรือ) (1)
2. รูปแบบเซลล์อัลคาไลน์: 1) เคส (ตะกั่วแคโทด), 2) แคโทดที่มีแมงกานีสไดออกไซด์, 3) ตัวแยกอิเล็กโทรด, 4) แอโนดที่มี KOH และฝุ่นสังกะสี, 5) ขั้วแอโนด, 6) การปิดผนึกเซลล์ (ฉนวนอิเล็กโทรด) .
อีกวิธีในการเพิ่มอายุขัยและอายุขัยของเซลล์คือการเพิ่ม สังกะสีคลอไรด์ ZnCl2 สำหรับวางไส้ถ้วย เซลล์ของการออกแบบนี้มักเรียกกันว่า Heavy Duty และ (ตามชื่อที่แนะนำ) ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้พลังงานแก่อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานมากขึ้น
ความก้าวหน้าในด้านแบตเตอรี่แบบใช้แล้วทิ้งคือการก่อสร้างในปี พ.ศ. 1955 เซลล์อัลคาไลน์. สิ่งประดิษฐ์ของวิศวกรชาวแคนาดา Lewis Urryซึ่งใช้โดยบริษัท Energizer ปัจจุบัน มีโครงสร้างที่แตกต่างจากเซลล์ Leclanchet เล็กน้อย
อย่างแรก คุณจะไม่พบแคโทดกราไฟท์หรือถ้วยสังกะสีที่นั่น อิเล็กโทรดทั้งสองทำในรูปของเปียกที่แยกจากกัน (สารข้นและรีเอเจนต์: แคโทดประกอบด้วยส่วนผสมของแมงกานีสไดออกไซด์และกราไฟต์, แอโนดของฝุ่นสังกะสีที่มีส่วนผสมของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) และขั้วของพวกมันทำจากโลหะ ( 2). อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างการผ่าตัดมีความคล้ายคลึงกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ Leclanchet
งาน. ทำ "การชันสูตรพลิกศพทางเคมี" บนเซลล์อัลคาไลน์เพื่อดูว่าเนื้อหานั้นเป็นด่างจริงๆ (3) โปรดจำไว้ว่าข้อควรระวังเดียวกันนี้ใช้กับการรื้อเซลล์ Leclanchet ในการระบุเซลล์อัลคาไลน์ ให้ดูที่ช่อง "รหัสแบตเตอรี่"
3. "ส่วน" ของเซลล์อัลคาไลน์ยืนยันเนื้อหาอัลคาไล
แบตเตอรี่ทำเอง
4. แบตเตอรี่ Ni-MH และ Ni-Cd ในประเทศ
เซลล์ที่สามารถชาร์จใหม่ได้หลังการใช้งานเป็นเป้าหมายของนักออกแบบตั้งแต่เริ่มต้นการพัฒนาศาสตร์แห่งไฟฟ้า ดังนั้นจึงมีหลายประเภท
ปัจจุบัน หนึ่งในรุ่นที่ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนขนาดเล็ก ได้แก่ แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม. ต้นแบบของพวกเขาปรากฏในปี พ.ศ. 1899 เมื่อนักประดิษฐ์ชาวสวีเดนทำมัน เอินส์ท ยุงเนอร์ ยื่นจดสิทธิบัตรแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมที่สามารถแข่งขันกับแบตเตอรี่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ แบตเตอรี่กรดตะกั่ว.
แอโนดของเซลล์คือแคดเมียม แคโทดเป็นสารประกอบนิกเกิลไตรวาเลนต์ อิเล็กโทรไลต์คือสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (ในการออกแบบ "แบบแห้ง" สมัยใหม่ สารเพิ่มความข้นเปียกที่อิ่มตัวด้วยสารละลาย KOH) แบตเตอรี่ Ni-Cd (นี่คือชื่อเรียก) มีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานประมาณ 1,2 V ซึ่งน้อยกว่าเซลล์แบบใช้แล้วทิ้ง ซึ่งไม่เป็นปัญหาสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ ข้อได้เปรียบที่สำคัญคือความสามารถในการใช้กระแสไฟฟ้าจำนวนมาก (แม้แต่ไม่กี่แอมแปร์) และอุณหภูมิในการทำงานที่หลากหลาย
5. โปรดตรวจสอบข้อกำหนดสำหรับแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ ก่อนชาร์จ
ข้อเสียของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมคือ "เอฟเฟกต์หน่วยความจำ" ที่เป็นภาระ กรณีนี้เกิดขึ้นเมื่อชาร์จแบตเตอรี Ni-Cd ที่คายประจุเป็นบางส่วนบ่อยครั้ง: ระบบจะทำงานราวกับว่าความจุของมันเท่ากับการชาร์จที่เติมด้วยการชาร์จใหม่เท่านั้น ในเครื่องชาร์จบางประเภท "เอฟเฟกต์หน่วยความจำ" จะลดลงได้โดยการชาร์จเซลล์ในโหมดพิเศษ
ดังนั้น ควรชาร์จแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมที่คายประจุจนเต็มรอบ: ขั้นแรกให้คายประจุจนหมด (โดยใช้ฟังก์ชันเครื่องชาร์จที่เหมาะสม) แล้วจึงชาร์จใหม่ การชาร์จบ่อยครั้งยังช่วยลดอายุการใช้งานโดยประมาณของ 1000-1500 รอบ (ซึ่งเซลล์แบบใช้แล้วทิ้งจำนวนมากจะถูกแทนที่ด้วยแบตเตอรี่เพียงก้อนเดียวในช่วงอายุการใช้งาน ดังนั้นค่าใช้จ่ายในการซื้อที่สูงขึ้นจะจ่ายสำหรับตัวมันเองหลายครั้งโดยไม่ต้องพูดถึงภาระแบตเตอรี่น้อยลง ). สิ่งแวดล้อมกับการผลิตและการกำจัดเซลล์)
ธาตุ Ni-Cd ที่มีแคดเมียมเป็นพิษถูกแทนที่ แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (การกำหนด Ni-MH) โครงสร้างของมันคล้ายกับแบตเตอรี่ Ni-Cd แต่แทนที่จะเป็นแคดเมียมจะใช้โลหะผสมที่มีรูพรุน (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, โลหะหายาก) ที่มีความสามารถในการดูดซับไฮโดรเจน (4) แรงดันไฟฟ้าในการทำงานของเซลล์ Ni-MH อยู่ที่ประมาณ 1,2 V ซึ่งทำให้สามารถใช้แทนกันได้กับแบตเตอรี่ NiCd ความจุของเซลล์นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์นั้นมากกว่าเซลล์นิกเกิลแคดเมียมที่มีขนาดเท่ากัน อย่างไรก็ตามระบบ NiMH คายประจุเองได้เร็วกว่า มีการออกแบบที่ทันสมัยอยู่แล้วซึ่งไม่มีข้อเสียเปรียบนี้ แต่ราคาแพงกว่ารุ่นมาตรฐานมาก
แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ไม่แสดง "เอฟเฟกต์หน่วยความจำ" (เซลล์ที่คายประจุบางส่วนสามารถชาร์จใหม่ได้) อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องตรวจสอบข้อกำหนดในการชาร์จของแต่ละประเภทเสมอในคำแนะนำสำหรับที่ชาร์จ (5)
ในกรณีของแบตเตอรี่ Ni-Cd และ Ni-MH เราไม่แนะนำให้ถอดแยกชิ้นส่วน อย่างแรก เราจะไม่พบสิ่งใดที่เป็นประโยชน์เลย ประการที่สอง นิกเกิลและแคดเมียมไม่ใช่องค์ประกอบที่ปลอดภัย อย่าเสี่ยงโดยไม่จำเป็นและปล่อยให้ผู้เชี่ยวชาญที่ผ่านการฝึกอบรมได้รับการฝึกอบรม
ราชาแห่งการสะสม นั่นคือ...
6. "ราชาแห่งแบตเตอรี่" ในที่ทำงาน
… แบตเตอรี่ตะกั่วกรดสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 1859 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Gaston Plantego (ใช่ ใช่ อุปกรณ์จะมีอายุครบ 161 ปีในปีนี้!) อิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่เป็นสารละลายกรดซัลฟิวริก (VI) ประมาณ 37% และอิเล็กโทรดเป็นตะกั่ว (แอโนด) และตะกั่วเคลือบด้วยชั้นของตะกั่วไดออกไซด์ PbO2 (แคโทด). ระหว่างการทำงาน จะเกิดการตกตะกอนของตะกั่ว(II)(II)PbSO ซัลเฟตบนอิเล็กโทรด4. เมื่อชาร์จ เซลล์หนึ่งมีแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 2 โวลต์
แบตเตอรี่ตะกั่ว มันมีข้อเสียทั้งหมด: น้ำหนักที่สำคัญ, ความไวต่อการคายประจุและอุณหภูมิต่ำ, ความจำเป็นในการจัดเก็บในสถานะที่มีประจุ, ความเสี่ยงของการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ที่รุนแรงและการใช้โลหะที่เป็นพิษ นอกจากนี้ ต้องมีการจัดการอย่างระมัดระวัง: การตรวจสอบความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ เติมน้ำเข้าไปในห้อง (ใช้เฉพาะการกลั่นหรือกำจัดไอออน) การควบคุมแรงดันไฟฟ้า (การตกต่ำกว่า 1,8 V ในห้องเดียวอาจทำให้อิเล็กโทรดเสียหายได้) และโหมดการชาร์จแบบพิเศษ
เหตุใดโครงสร้างโบราณจึงยังคงใช้อยู่ "King of Accumulators" มีคุณลักษณะของผู้ปกครองที่แท้จริง - พลัง การใช้กระแสไฟฟ้าสูงและประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงถึง 75% (พลังงานจำนวนนี้ที่ใช้สำหรับการชาร์จสามารถกู้คืนได้ระหว่างการทำงาน) เช่นเดียวกับการออกแบบที่เรียบง่ายและต้นทุนการผลิตที่ต่ำ หมายความว่า แบตเตอรี่ตะกั่ว ใช้ไม่เพียงแต่สตาร์ทเครื่องยนต์สันดาปภายในเท่านั้น แต่ยังใช้เป็นส่วนประกอบของแหล่งจ่ายไฟฉุกเฉินด้วย แม้จะมีประวัติศาสตร์ 160 ปี แต่แบตเตอรี่ตะกั่วยังคงทำงานได้ดีและไม่ได้ถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์ประเภทอื่น ๆ (และด้วยแบตเตอรี่ตะกั่วเองซึ่งต้องขอบคุณแบตเตอรี่เป็นหนึ่งในโลหะที่ผลิตในปริมาณมากที่สุด) . ตราบใดที่การขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในยังคงพัฒนา ตำแหน่งของเครื่องยนต์ก็จะไม่ถูกคุกคาม (6)
นักประดิษฐ์ไม่ได้หยุดพยายามสร้างทดแทนแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด บางรุ่นได้รับความนิยมและยังคงใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์มาจนถึงปัจจุบัน ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่สิบเก้าและยี่สิบ การออกแบบได้ถูกสร้างขึ้นโดยที่โซลูชัน H ไม่ได้ใช้2SO4แต่เป็นอัลคาไลน์อิเล็กโทรไลต์ ตัวอย่างคือแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมของ Ernst Jungner ที่แสดงด้านบน ในปี 1901 โทมัสอัลวาเอดิสัน เปลี่ยนการออกแบบมาใช้เหล็กแทนแคดเมียม เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่กรด แบตเตอรี่อัลคาไลน์จะเบากว่ามาก สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำและจัดการได้ไม่ยาก อย่างไรก็ตาม การผลิตมีราคาแพงกว่าและประสิทธิภาพการใช้พลังงานก็ต่ำกว่า
แล้วยังไงต่อ?
แน่นอน บทความเกี่ยวกับแบตเตอรี่ไม่ได้หมดคำถาม พวกเขาไม่ได้กล่าวถึง ตัวอย่างเช่น เซลล์ลิเธียมซึ่งใช้กันทั่วไปสำหรับจ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ในครัวเรือน เช่น เครื่องคิดเลขหรือเมนบอร์ดคอมพิวเตอร์ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้ได้ในบทความเดือนมกราคมเกี่ยวกับรางวัลโนเบลสาขาเคมีปีที่แล้ว และในส่วนที่ใช้งานได้จริง - ในหนึ่งเดือน (รวมถึงการรื้อถอนและประสบการณ์)
มีโอกาสที่ดีสำหรับเซลล์โดยเฉพาะแบตเตอรี่ โลกกำลังเคลื่อนที่มากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องเป็นอิสระจากสายไฟ การจัดหาพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าก็เป็นปัญหาใหญ่เช่นกัน - เพื่อให้พวกเขาสามารถแข่งขันกับรถยนต์ที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายในได้ในแง่ของความประหยัด
แบตเตอรี่สะสม
เพื่อความสะดวกในการระบุประเภทเซลล์ จึงมีการแนะนำรหัสตัวอักษรและตัวเลขพิเศษ สำหรับประเภทเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กที่พบได้บ่อยที่สุดในบ้านของเรา จะมีรูปแบบตัวเลข-ตัวอักษร-ตัวอักษร-ตัวเลข
และนั่น:
- ตัวเลขแรกคือจำนวนเซลล์ ละเว้นสำหรับเซลล์เดียว
– ตัวอักษรตัวแรกระบุประเภทเซลล์ เมื่อขาดหายไป คุณกำลังจัดการกับลิงก์ Leclanche เซลล์ประเภทอื่นมีป้ายกำกับดังนี้:
C – เซลล์ลิเธียม (ชนิดที่พบมากที่สุด)
H - แบตเตอรี่ Ni-MH,
K – แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม
L – เซลล์อัลคาไลน์
- ตัวอักษรต่อไปนี้ระบุรูปร่างของลิงค์:
F - จาน,
R - ทรงกระบอก
P - การกำหนดทั่วไปของลิงค์ที่มีรูปร่างอื่นที่ไม่ใช่ทรงกระบอก
– ตัวเลขหรือตัวเลขสุดท้ายระบุขนาดของลิงค์ (ค่าแคตตาล็อกหรือขนาดที่ระบุโดยตรง) (7)
7. ขนาดของเซลล์และแบตเตอรี่ยอดนิยม
ตัวอย่างการทำเครื่องหมาย:
R03
- เซลล์สังกะสีกราไฟต์ขนาดเท่านิ้วก้อย ชื่ออื่นคือ AAA หรือ
LR6 - เซลล์อัลคาไลน์ขนาดเท่านิ้วมือ การกำหนดอื่นคือ AA หรือ
HR14 - แบตเตอรี่ Ni-MH; ตัวอักษร C ยังใช้เพื่อระบุขนาด
KR20 – แบตเตอรี่ Ni-Cd ซึ่งมีขนาดกำกับด้วยตัวอักษร D ด้วย
3LR 12 – แบตเตอรี่แบบแบนที่มีแรงดันไฟฟ้า 4,5 V ประกอบด้วยเซลล์อัลคาไลน์ทรงกระบอกสามเซลล์
6F22 - แบตเตอรี่ 9 โวลต์ ประกอบด้วยเซลล์แบน Leclanchet หกก้อน
CR2032 – เซลล์ลิเธียมที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. และความหนา 3,2 มม.
ดูเพิ่มเติม:
