Батареи от электричества: Востребованные электрические батареи отопления и их практичность

Содержание

Смешанное отопление электричеством водой для экономии расходов на горячее водоснабжение в отопительный период

Автор Евгений Апрелев На чтение 4 мин Просмотров 1.3к.

Начинать рассмотрение проблемы смешанного отопления необходимо с действующей отопительной сети. Обычно подразумевается, что в доме уже реализован какой-либо способ обогрева помещений на базе одноконтурного котла – газового или твердотопливного, да это не так уж и важно. Как частный случай – в наличии централизованная теплосеть, подающая тепло в дома.

Суть проблемы можно разделить на два направления:

  1. Экономия затрат на энергоресурсы при индивидуальном отоплении.
  2. Догрев теплоносителя при отключении центральной сети.
[contents]

Преимущества и недостатки комбинированных систем отопления «вода-электричество»

Радиатор комбинированный завоевал популярность среди потребителей своим главнейшим плюсом – универсальностью теплоотдачи. Он способен обеспечивать обогрев комнат как в случае включения в общую теплосеть, так и при самостоятельной работе в виде локального отопительного прибора по типа обычного масляного радиатора.

Но у него есть и недостатки, которые ограничивают распространенность среди населения:

  • Опасность поражения электротоком. Вода, используемая в качестве проводника тепловой энергии, в большинстве своем является прекрасным проводником электричества. Поэтому при использовании воды нужно предусмотреть защиту человека. А это опять-таки дополнительные расходы.
  • Малый срок службы нагревательного элемента. Вода, используемая в центральной сети отопления, не отличается высокой степенью очистки и негативно воздействует на ТЭН, вызывая осаждение на его поверхности нерастворимых частиц, тем самым сокращая его срок жизни. Отсюда вытекает третий недостаток.
  • Необходимость периодически разбирать радиатор и проводить его очистку. Так как нагревательный элемент располагается в самой нижней части радиаторов, то там же и осаждается вся гадость, которая находится во взвешенном состоянии в воде теплотрассы.

Сфера применения комбинированных радиаторов

Типичная схема, когда комбинированные радиаторы отопления вода электричество приобретают актуальность:

  • Разветвленная теплосеть. Отдаленные участки сети нужно отапливать, но при этом теплопотери превышают все мыслимые пределы, а за счет гидравлического сопротивления и протяженности участков трубопроводов тепло все равно не попадает в достаточном количестве. Локальный догрев теплоносителя при помощи встроенного электрического ТЭНа представляется наименее затратным вариантом без существенных переделок существующего оборудования.
  • Нестабильность теплоподачи от основного источника. В случае индивидуального котла это может быть внезапно закончившееся топливо, а при централизованном обогреве – авария на теплотрассе и теплопункте. Так как плавное замерзание в холодное время года вряд ли входит в планы обывателей, то электродогрев может послужить отличным вариантом в качестве временной меры.

Расход электричества на отопление при использовании комбинированных радиаторов

Довольно важный момент, который волнует абсолютно всех людей – а во сколько же обойдется эксплуатация такой системы и какой будет расход электричества на отопление? С большой точностью ответить на этот вопрос сложно, поэтому лучше будет, если каждый сам сделать подсчет затрат на основании ориентировочных данных:

Для нагрева комнаты среднего размера в зимний период необходима круглосуточная работа нагревателя мощностью около 0,4 кВт. Это при отсутствии какой-либо другого источника тепла и хорошем утеплении помещения. Поэтому за месяц получается расход в 300 кВт*час на одну комнату.

В случае же догрева теплоносителя до более высокой температуры, чем поступающая в радиатор, ситуация еще более хаотична, и для уже приведенного выше примера, но с учетом наличия другого источника тепла расход электричества будет в четыре раза меньше.

Для желающих самостоятельно прикинуть расходы есть норматив, который гласит о норме теплоэнергии в 400 Мкал на одну комнату. Ну а из одного киловатта можно выжать примерно 0,8 Мкал.

Пример моделей от разных производителей (преимущества и недостатки, выбор лучшей модели)

Не все производители теплотехнических приборов выпускают комбинированные устройства, однако, есть несколько типичных представителей среднего и бюджетного сегмента — Tenrad al/bm, HotEnergy и прочие им подобные. Объединяет их то, что все логически обоснованные и технически необходимые решения эти фирмы позиционирует как мегапреимущества именно их продукции, что иногда вызывает непонимание.

Лучше всего будет обратить внимание на устройства с максимальной защитой от протечек, коррозии и поражения электротоком. А дизайн рассматривать уже во вторую очередь.

 

в воронежской многоэтажке пустили ток по радиаторам / Авторские материалы / Радиостанция «Вести FM» Прямой эфир/Слушать онлайн

В одном из воронежских домов по батареям отопления вместо горячей воды пустили электрический ток. В одной из квартир из-за этого произошел пожар. Сейчас специалисты разбираются – виноват ли в этом решивший сэкономить жилец или это – ошибки электриков из управляющей компании. Почему батареи отопления иногда бьют током, разбирался корреспондент «Вестей FM» Сергей Гололобов.

Всё началось с того, что на батареях отопления стала плавиться краска. Выходили из строя бытовые приборы. А при прикосновении к радиаторам ощутимо било током. В одной из кухонь вообще по непонятным причинам произошёл пожар. Правда, никто не пострадал. Но так как в дом подведен газ, то во избежание ЧП более сотни человек из двух подъездов эвакуировали на время проверки. Сейчас их уже пустили в свои квартиры, но источник проблемы, судя по всему, пока остался непонятен. Знакомые с основами электротехники жильцы еще с самого начала предположили, что кто-то из соседей решил сэкономить на счетчике. Дело в том, что горячую воду в Воронеже на тот момент еще не пустили, а уже холодно. Поэтому для обогрева используют электроприборы. А электричество – дорогое. И чтобы сэкономить, кто-то из соседей кинул нулевую фазу на батарею. В обход счетчика. Такая хитрость в принципе возможна, отмечает инженер компании «Электрика Москвы» Александр Овчаренко.

ОВЧАРЕНКО: Ну, смотрите, можно остановить счетчики, если заземление с батареи брать. Не со счетчика, а с батареи. Так как у нас батареи заземлены, и вместо счетчика просто берут ноль от батареи. Всё. И пускают. Соответственно, счетчик стоит, а ток идет.

Специалисты вспоминают случаи, когда при монтаже электрических бойлеров в ванных рукастые, но не очень грамотные в электрике мастера заземляют на батареи. Им кажется, что так будет безопаснее и лежащего в ванне не ударит током. Хотя может произойти ровно наоборот. И в то же время профессионалы удивляются: это насколько высокий ток нужно подать на батарею, чтобы на ней расплавилась краска? То есть радиатор отопления фактически должен разогреться, словно утюг, размышляет Александр Овчаренко.

ОВЧАРЕНКО: В месте подключения, допустим, еще может краска расплавиться. Именно где подсоединили провод. Но чтобы там, на другом этаже… Но так нереально нагреть батареи! Нет, щипать однозначно может, если через ноль идет фаза. Бить, щипать может током. Но чтобы сила тока по всему стояку нагрела батареи, даже без воды. .. Ну, вы представляете, сколько батарей, сколько жилья, чтобы прогреть его? Это нереально!

Отсюда – вторая версия бытового происшествия: что-то напортачили электрики управляющей компании. И утечка на батареи шла не из одной квартиры, а что-то случилось с общими сетями. Может, коротнуло на систему отопления всего подъезда. С огромной силой тока. И тогда высокая температура разогрева хотя бы приблизительно становится понятна. Сейчас коммунальные службы пытаются проводить поквартирный обход. Ищут источник утечки. Только ведь не все открывают свои двери. А зная, что идет проверка, можно легко всё вернуть на место, рассуждает руководитель проекта «Школа профессионального управления многоквартирными домами» Игорь Измайлов.

ИЗМАЙЛОВ: Вы попробуйте найти того, кто это делает. Это же необходимо зафиксировать. Ну, у нас нет такой правоприменительной практики, чтобы наказывать… Нет, ну есть, когда там будут, например, проверять счетчики. Или когда счетчики стоят на лестничной клетке.

Вы же сами понимаете, что как только вы в квартиру будете пытаться войти – всё будет опять исправно.

Тем не менее в своем пределе все эти разнообразные способы затормозить электрический счетчик можно рассматривать как кражу электроэнергии. А это – вплоть до уголовного дела, предупреждает Игорь Измайлов.

ИЗМАЙЛОВ: Во-первых, есть самовольное подключение. Это административное правонарушение. Но если там сумма будет большая, можно попытаться возбудить и уголовное дело. То есть закон не запрещает возбуждать уголовное дело по факту хищения электроэнергии.

Если сумма хищения электричества превысит 250 000, то дело будет рассматриваться уже как уголовное преступление. Если суммы – меньше, то тогда физическому лицу грозит штраф в 15 000. Но наказание этим не ограничится. Пойманному воришке пересчитают его платежку за электричество. Украденную разницу при этом заставят оплатить с повышающим коэффициентом 10.

Принцип работы солнечной батареи

Прежде, чем перейти к объяснению основных принципов получения электричества с помощью солнечных батарей, давайте кратко рассмотрим, что же такое электричество.

Все вещества во вселенной состоят из атомов, в состав которых входят протоны, нейтроны и электроны. В центре атома – ядро, состоящее из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов.

Ядро окружено отрицательно заряженными электронами, заряд которых равен заряду протонов, но противоположен ему по знаку. Количество совпадает с количеством протонов в ядре.

Равное соотношение противоположно заряженных частиц в ядре делает атом нейтральным и стабильным.

Когда на атом воздействует внешняя сила, равновесие между протонами и электронами нарушается. Эта внешняя сила вызывает потерю или присоединение электронов. Когда атом теряет электрон, он может свободно перемещаться. Именно это перемещение и называют электрическим током.

Что такое солнечное электричество?

Это образование свободных электронов при падении лучей солнца на поверхность полупроводникового материала, например, кремния.

Можно сказать, что это процесс преобразования энергии солнца в электрическую.

Как работает батарея? Полупроводники, такие как кремний, имеют свойство пропускать через себя электроток, когда на него попадают лучи солнца. Этот процесс также называют «фотоэлектрическим эффектом».

Когда фотоны (частицы, составляющие излучение солнца и имеющие определенную энергию) достигают поверхности полупроводника, его ячейки поглощают энергию фотона, которая переходит к электронам и заставляет их уходить со своих орбит, вызывая электрический ток — этот принцип лежит в основе солнечного электричества.

Множество полупроводниковых ячеек спаиваются между собой и заключаются в закаленное, хорошо пропускающее свет стекло. Это и есть солнечная батарея.

Солнечная панель – ключевой элемент электростанции, производящий электричество из света. Можно соединить любое количество батарей, чтобы получить желаемое количество электричества. Их можно установить в любом месте, благодаря чему мы имеем мобильный источник энергии.

Электрический ток, вырабатываемый солнечной панелью – это постоянный ток, однако большая часть устройств в доме потребляет переменный ток. Именно поэтому требуется устройство, которое преобразовывает постоянный в переменный — инвертор.

С помощью системы из батарей и инвертора можно получить переменный ток подходящий для дома, чтобы пользоваться электроприборами, такими как вентилятор, освещение, телевизор, холодильник и т.д.

У солнечных панелей, в отличие от угля и углеводородного топлива, существует ряд значимых преимуществ:

  • экологичность
  • отсутствие вредных выбросов
  • бесшумная работа
  • практически не требуют обслуживания
  • срок службы 20-25 лет

Гигантская батарея Tesla заработала в Австралии

Автор фото, Reuters

Подпись к фото,

Супербатарея установлена в Джеймстауне, Южная Австралия

Самая большая в мире литий-ионная батарея начала подавать электроэнергию в электросети Южной Австралии.

Аккумулятор на 100 мегаватт, построенный компанией Tesla, официально введен в эксплуатацию в пятницу. Фактически же ток пошел по проводам еще в четверг: из-за аномальной жары и беспрерывной работы кондиционеров спрос на электричество чрезвычайно велик.

В последние годы Южная Австралия испытывает серьезные энергетические проблемы.

Глава Tesla Илон Маск в свое время пообещал построить батарею за 100 дней — это обещание он выполнил.

«История творится на наших глазах», — заявил глава местной администрации Джей Везерил в пятницу. Гигантский аккумулятор призван не допустить инцидентов, подобных прошлогоднему, когда целый штат остался без электричества.

По словам Маска, его батарея в три раза мощнее любых аналогов, созданных до сих пор.

От спора в «Твиттере» к реальности

Идея родилась на свет, когда Илона Маска спросили в «Твиттере», серьезно ли он настроен помогать Южной Австралии в решении ее энергетических проблем.

Маск ответил утвердительно, добавив, что если батарея не будет построена за 100 дней, штат получит ее бесплатно.

Отсчет времени начался 30 сентября, после того как план был одобрен представителями правительства. Было выбрано место в окрестностях Джеймстауна, примерно в 200 километрах севернее Аделаиды.

Tesla понадобилось для строительства около 60 дней.

Батарея соединяется с ветряной электростанцией французской энергетической компании Neoen.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Начало проекту дало пари, заключенное в «Твиттере» главой «Теслы» Илоном Маском

При полной зарядке аккумулятор может обеспечивать электричеством до 30 тыс. домов в течение часа. Однако в основном он будет использоваться для поддержки и стабилизации существующих источников электроэнергии.

В основе конструкции батареи лежит та же технология, что используется в автомобилях Tesla.

В заявлении компании говорится, что ввод в строй супербатареи подтверждает возможность «эффективного и стабильного решения энергетических проблем».

Скачок напряжения

Батарея в Южной Австралии — это лишь один из нескольких подобных проектов, в которых участвует Tesla.

Хранилища энергии меньшего размера, призванные обеспечить бесперебойную и стабильную подачу электроэнергии, действуют на юге Калифорнии, в Новой Зеландии, Великобритании, на Гавайях и ряде тихоокеанских островов. Некоторые отели класса люкс, расположенные на островах и в труднодоступных местах, также используют небольшие банки энергии.

Компания также сообщила об отправке большой партии аккумуляторных батарей в Пуэрто-Рико, где энергетическая система была полностью разрушена ураганом «Мария».

Гигант интернет-торговли Amazon также проявляет интерес к технологиям хранения энергии. Компания запустила пилотный проект по использованию батарей в своих центрах обработки данных.

В Tesla говорят, что опыт многолетней разработки автомобильных литий-ионных батарей пригодился при создании больших аккумуляторов для систем хранения энергии. Батареи, используемые в энергохранилищах, предназначенных для электросетей, не совсем такие, как в автомобилях Tesla, но имеют общие с ними элементы и конструктивные решения.

Ранее Tesla сотрудничала с компанией Panasonic в рамках проекта по разработке аккумуляторов Powerpack. Однако для работы в Южной Австралии подрядчиком был выбран Samsung, так как Panasonic не смог предоставить требуемые батареи в условиях жесткого дефицита времени.

Вскоре Tesla предстоит столкнуться с жесткой конкуренцией со стороны крупных энергетических компаний. В следующем году вводится в эксплуатацию батарея в Южной Корее, которая будет на 50% больше, чем австралийский аккумулятор Tesla. Китайские компании и многие другие участники рынка, работающие в области возобновляемой энергии, также строят сейчас энергохранилища по всему миру.

Как правильно выбирать батарею, которая работает от электричества?

Батарея, которая работает от электричества, называется обогревателем. Такие батареи очень сильно помогают в зимнее время года, когда, порой, в квартирах отключают отопление. Такие батареи существуют очень давно, однако в таком виде, когда батарея работает от электричества, мы ее знаем не очень давно. Раньше использовались обычные печки, тепло которых отапливало квартиру или дом благодаря костру, который горит внутри…

Обзоры разной техники: http://otnaspodarok.ru/ Как правильно выбирать батарею, которая работает от электричества?

Даже во времена войны люди использовали такие печки для обогрева своих домов. Позже появились первые масляные электрические обогреватели, которые были похоже больше на доменную печь, чем на обогреватель. Масляный обогреватель очень сильно пачкал пол, так как работал он на масле, о чем и символизирует его название.

Конечно, такие обогреватели недолго существовали в таком виде. Начали придумывать немного другие схемы, и тогда их конструкция упростилась, а качество улучшилось. Теперь обогреватели получили настройку режима обогрева, да и стали они меньше и легче, по сравнению с предшественниками.

И теперь обогреватели имеют различные конструкции, каждая фирма делает что-то новое, и нужно уметь разбираться в моделях. На что же обратить внимание при выборе той или иной модели?

Лучшим вариантом для выбора электрической печи будет туба, которая оснащена вентилятором и обогревающим элементом. Такая обогревающая печь служит очень долгое время, и очень проста в починке. Конечно, она не будет быстро ломаться, и в случае чего ее можно быстро подлатать самостоятельно. Вся конструкция ее предельно проста, а эффективность ее оправдана.

Такие обогреватели используют практически везде. Они очень не требовательны к условиям, и потребляют очень мало энергии. Стоят они чуть дороже обычных обогревательных батарей, но стоимость оправдана. Они легко транспортируются, весят мало, а обогревают даже двухэтажные дома. Так что мы бы посоветовали Вам такую печь.

Но если же Вы предпочитаете обычные обогреватели, то здесь перечислены несколько советов. При выборе обратите внимание на его конструкцию. Проверьте всю проводку и стыки проводов, чтобы не было замыканий. Такие обогреватели потребляют больше энергии, так что необходимо выбирать тот, который меньше требователен к объему электричества.

Лучше всего был бы тот вариант, в котором нет масляного элемента. Иначе он может дать течь, или просто на просто прогореть, что задымит всю квартиру и оставит много масляных пятен. Проверьте режимы подачи тепла. Обычно их три, которые рассчитаны на определенные погодные условия. Качество их отслеживается по цене, так что чем модель дороже, тем лучше. Удачных Вам покупок…

Электрическое отопление частного дома в Санкт-Петербурге

Большинство хозяев частных домов выбирают в качестве источника отопления традиционный газовый котел, потому что газ – самый недорогой вид топлива. Но, газовые коммуникации достигли далеко не всех населенных пунктов. Иногда проект и реализация подведения газовой магистрали к дому может быть очень затратным мероприятием в виду трудоемкости работ и административного барьера. Использование котлов на жидком или твердом топливе может быть не очень практичным, т.к. требует особых правил эксплуатации и обеспечения повышенных норм пожаробезопасности, включая возведение дымохода согласно правил безопасного вывода продуктов горения.

В качестве альтернативы вышеперечисленным системам выступает электро-отопление – одно из самых практичных решений для обогрева. Из-за сложившегося стереотипа многие считают, что электричество – это дорогой вид топлива. По этой причине отопление с помощь электроэнергии часто является временным решением. Технологии не стоят на месте и на данный момент нашей компанией представлено и активно продвигаются на рынок различные виды энергосберегающих электрических систем отопления, которые создают реальную конкуренцию отоплению на основе природного газа.

Виды систем электрического обогрева дома

Затраты на отопление дома, которые приходится оплачивать каждый месяц, напрямую зависят от нескольких факторов: площадь дома, поддерживаемая температура, теплопотери ограждающих конструкций, площадь остекления и пр. При одинаковых показателях вышеперечисленных факторов современные виды электро-отопления зачастую экономичнее по сравнению с традиционными системами отопления.

Предлагаем рассмотреть основные виды систем отопления работающих от электроэнергии

Электрические конвекторы

Установка водяного отопления влечет множество хлопот: трудоемкие работы по прокладке труб, установке батарей, насосов и средств безопасности. Электрическое отопление частного дома с установкой конвекторов избавит от лишних затрат и потерь времени.

Внешне конвекторы напоминают стандартные батареи водяного отопления. Монтируются под окнами на поверхность стены. Конструкцией предусмотрены встроенные тэны, которые подогревают воздух, не высушивая его. Холодный поток проходит через дно конвектора и нагревается с помощью ТЭНов, создавая конвекционный поток. Лицевая сторона таких обогревателей дополнительно отапливает помещения при помощи инфракрасных тепловых лучей. Благодаря такому принципу обогрева, помещение прогревается быстро.

К конвектору может быть подключен термостат (терморегулятор), который поддерживает заданную температуру в помещении, по достижении которой автоматика отключает обогрев, включаясь вновь после понижения заданных температурных значений. Это обеспечивает существенную экономию электроэнергии.

Электрические системы отопления для частного дома будут особенно эффективными в случае качественной теплоизоляции строения, когда каждый затраченный ватт будет уходить на обогрев помещения, а не улицы.

Электрические «теплые полы»

Отопление загородного дома электричеством посредством установки теплого пола – эффективный эстетичный способ решить задачу отопления, который реализуется с помощью нескольких видов оборудования:

1. греющие кабели устанавливаются вместе с заливкой стяжки, которая аккумулирует большое количество тепла. Кабельные системы отопления могут быть двух типов: двухжильные и одножильные. Принцип работы может быть резистивным, когда подающийся ток преобразуется в тепло по всей длине кабеля, либо саморегулирующимся: полупроводниковая матрица, которая греет провод только в нужных участках;

2. обогревательные маты более практичны для монтажа и представляет собой греющий кабель, приклеенный к стеклопластиковому полотну. Не требуют монтажа стяжки и может укладываться под плитку.

«Теплые» полы прогревают весь воздух в помещении, создавая комфортную атмосферу. К недостаткам можно отнести недостаточную экономичность, т.к. существуют более энергоэффективные варианты электрического отопления. Именно поэтому отопление теплым полом наиболее часто используется для локального обогрева отдельных участков пола.

Системы инфракрасного обогрева

Инфракрасные лучистые нагреватели – это самые экономные электронагреватели для дома на сегодняшний день.

Их принцип работы сравним с солнечным теплом, когда волновая энергия передается через расстояние. Инфракрасная панель преобразовывает электричество в длинноволновую лучевую энергию, которую нельзя увидеть невооруженным глазом. Лучевая энергия преодолевает воздушное пространство и преобразовывается в тепловую, когда попадает на непрозрачные поверхности. Поэтому греется не воздух, а все предметы помещения. Объекты, быстро нагреваясь, начинают равномерно отдавать тепловую энергию в воздух. Как результат, тепло распределяется более сбалансированно, чем при использовании конвекционных систем и самым теплым местом в помещении становится именно пол.

ИК-обогреватели гарантируют экономное отопление дома электричеством в связи с минимальными затратами электроэнергии благодаря высокому КПД и принципиально иному способу обогрева в сравнении с конвективными системами.

Анализируя способы отопления дома электричеством, самым энергоэффективным решением на рынке являются пленочные обогреватели ЗЕБРА ЭВО-300. В слоях алюминиевого экрана и термостойкого пластика помещены излучатели, которые соединяются токопроводящими элементами. Все это упаковано в прямоугольные модули или полосы различной длины, которые удобно монтируются на стены, потолки или пол. Пленочный обогреватель можно устанавливать под слоем внешней отделки – натяжной потолок, гипсокартон, фанера, вагонка и др.

Пленочные лучистые обогреватели не нагревается выше 45-50 градусов, не являются причиной коротких замыканий, поэтому является абсолютно пожаробезопасными и не вызывают ожогов при контакте.

Система идеально подойдет как для домов, куда хозяева приезжают только периодически, так и для домов постоянного проживания. После включения ИК-лучи очень быстро прогреваю помещение или его отдельные зоны.

Преимущества пленочных лучистых электронагревателей
  • высокая степень защиты от влаги;
  • стойкость к динамическим нагрузкам;
  • экономичность;
  • не сложный монтаж;
  • систему невозможно переморозить.

Как выбрать лучшую систему электро-обогрева?

Системы отопления частных домов электричеством экологичны, просты и точны в управлении и не требуют запаса топлива. Специалисты Группы компаний «ЛУЧ» помогут подобрать лучшую систему отопления для каждого конкретного случая.

Рассчитать стоимость Заказать звонок Отправить заявку

DOE объясняет.

..Батарейки | Департамент энергетики

Батареи и аналогичные устройства принимают, хранят и выдают электроэнергию по запросу. Батареи используют химию в форме химического потенциала для хранения энергии, как и многие другие повседневные источники энергии. Например, бревна хранят энергию в своих химических связях до тех пор, пока горение не преобразует энергию в тепло. Бензин накапливает химическую потенциальную энергию до тех пор, пока она не преобразуется в механическую энергию в двигателе автомобиля. Точно так же, чтобы батареи работали, электричество должно быть преобразовано в форму химического потенциала, прежде чем его можно будет легко хранить.Батареи состоят из двух электрических выводов, называемых катодом и анодом, разделенных химическим материалом, называемым электролитом. Для приема и высвобождения энергии батарея подключается к внешней цепи. Электроны движутся по цепи, в то время как ионы (атомы или молекулы с электрическим зарядом) движутся по электролиту. В перезаряжаемой батарее электроны и ионы могут двигаться в любом направлении по цепи и электролиту. Когда электроны движутся от катода к аноду, они увеличивают химическую потенциальную энергию, тем самым заряжая батарею; когда они движутся в другом направлении, они преобразуют эту химическую потенциальную энергию в электричество в цепи и разряжают батарею.Во время зарядки или разрядки противоположно заряженные ионы перемещаются внутри батареи через электролит, чтобы сбалансировать заряд электронов, движущихся по внешней цепи, и создать устойчивую перезаряжаемую систему. После зарядки батарею можно отключить от цепи, чтобы сохранить химическую потенциальную энергию для последующего использования в качестве электричества.

Батарейки были изобретены в 1800 году, но их химические процессы сложны. Ученые используют новые инструменты, чтобы лучше понять электрические и химические процессы в батареях, чтобы создать новое поколение высокоэффективных накопителей электроэнергии.Например, они разрабатывают улучшенные материалы для анодов, катодов и электролитов в батареях. Ученые изучают процессы в перезаряжаемых батареях, потому что они не полностью меняются местами при зарядке и разрядке батареи. Со временем отсутствие полного реверсирования может изменить химический состав и структуру материалов батареи, что может снизить производительность и безопасность батареи.

Управление науки и хранения электроэнергии Министерства энергетики США

Исследования, проведенные при поддержке Управления науки Министерства энергетики и Управления фундаментальных энергетических наук (BES), привели к значительным улучшениям в области хранения электроэнергии.Но мы все еще далеки от комплексных решений для хранения энергии следующего поколения с использованием совершенно новых материалов, которые могут значительно увеличить количество энергии, которое может хранить батарея. Это хранилище имеет решающее значение для интеграции возобновляемых источников энергии в наше электроснабжение. Поскольку совершенствование аккумуляторных технологий необходимо для широкого использования подключаемых к сети электромобилей, хранение также является ключом к снижению нашей зависимости от нефти в качестве транспорта.

BES поддерживает исследования отдельных ученых и междисциплинарных центров.Крупнейшим центром является Объединенный центр исследований в области хранения энергии (JCESR), центр инноваций в области энергетики Министерства энергетики. Этот центр изучает электрохимические материалы и явления на атомном и молекулярном уровне и использует компьютеры для разработки новых материалов. Это новое знание позволит ученым разработать более безопасное хранилище энергии, которое прослужит дольше, быстрее заряжается и имеет большую емкость. По мере того, как ученые, поддерживаемые программой BES, добиваются новых успехов в науке об аккумуляторах, эти достижения используются прикладными исследователями и промышленностью для улучшения приложений в области транспорта, электросетей, связи и безопасности.

Факты о хранении электроэнергии

  • Нобелевская премия по химии 2019 года была присуждена совместно Джону Б. Гуденафу, М. Стэнли Уиттингему и Акире Йошино «за разработку литий-ионных аккумуляторов».
  • Электролитный геном в JCESR создал вычислительную базу данных с более чем 26 000 молекул, которые можно использовать для расчета основных свойств электролита для новых усовершенствованных аккумуляторов.

Ресурсы и соответствующие термины

 

Научные термины могут сбивать с толку.Объяснения DOE предлагают простые объяснения ключевых слов и понятий в фундаментальной науке. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, помогая Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях во всем научном спектре.

Батареи, цепи и трансформаторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Батареи производят электричество

Электрохимическая батарея производит электричество из двух разных металлов в химическом веществе, называемом электролитом .Один конец батареи прикреплен к одному из металлов, а другой конец прикреплен к другому металлу. Химическая реакция между металлами и электролитом освобождает больше электронов в одном металле, чем в другом.

Источник: адаптировано из проекта развития национального энергетического образования (общественное достояние)

Металл, который высвобождает больше электронов, развивает положительный заряд, а другой металл развивает отрицательный заряд.Если электрический проводник или провод соединяет один конец батареи с другим, электроны текут по проводу, чтобы сбалансировать электрический заряд.

Электрическая нагрузка — это устройство, которое использует электричество для выполнения работы или выполнения работы. Если вдоль провода разместить электрическую нагрузку, например лампочку накаливания, электричество может совершать работу, проходя по проводу и лампочке. Электроны текут от отрицательного конца батареи через провод и лампочку и обратно к положительному концу батареи.

Электричество проходит по цепям

Электричество должно иметь полный путь или электрическую цепь , прежде чем электроны смогут двигаться. Выключатель или кнопка включения на всех электрических устройствах замыкает (включает) или размыкает (выключает) электрическую цепь в устройстве. Включение или выключение света открывает цепь, и электроны не могут течь через свет. Включение света замыкает цепь, которая позволяет электричеству течь от одного электрического провода через лампочку, а затем по другому проводу.

Лампа накаливания излучает свет, когда электричество проходит через крошечный провод в лампочке, который сильно нагревается и светится. Лампа накаливания перегорает, когда крошечный провод внутри лампочки разрывается, что размыкает цепь.

Источник: адаптировано из проекта развития национального энергетического образования (общественное достояние)

Трансформаторы помогают эффективно передавать электричество на большие расстояния

Чтобы решить проблему передачи электроэнергии на большие расстояния, Уильям Стэнли разработал устройство, названное трансформатором .Трансформатор изменяет напряжение электричества в проводнике или линии электропередач. Высоковольтные линии электропередач, такие как те, что висят между высокими металлическими башнями, передают электричество на большие расстояния туда, где оно необходимо. Электричество с более высоким напряжением более эффективно и дешевле для передачи электроэнергии на большие расстояния. Электричество с более низким напряжением безопаснее для использования в домах и на предприятиях. Трансформаторы увеличивают (повышают) или снижают (понижают) напряжение по мере того, как электричество поступает от электростанций в дома и на предприятия.

Последнее рассмотрение: 13 декабря 2021 г.

Как работает батарея — Любопытно

Представьте себе мир без батареек. Все те портативные устройства, от которых мы так зависим, были бы такими ограниченными! Мы смогли бы донести наши ноутбуки и телефоны только до предела досягаемости их кабелей, что сделало бы это новое работающее приложение, которое вы только что загрузили на свой телефон, довольно бесполезным.

К счастью, у нас есть батарейки.Еще в 150 г. до н.э. в Месопотамии парфянская культура использовала устройство, известное как багдадская батарея, сделанное из медных и железных электродов с уксусом или лимонной кислотой. Археологи считают, что на самом деле это не были батареи, а использовались в основном для религиозных церемоний.

Изобретение батареи в том виде, в каком мы ее знаем, приписывают итальянскому ученому Алессандро Вольта, который собрал первую батарею, чтобы доказать точку зрения другого итальянского ученого, Луиджи Гальвани. В 1780 году Гальвани показал, что лапки лягушек, подвешенных на железных или латунных крючках, будут дергаться при прикосновении к ним зондом из какого-либо другого металла.Он считал, что это было вызвано электричеством из тканей лягушек, и называл это «животным электричеством».

Луиджи Гальвани обнаружил, что лапки лягушек, подвешенных на латунных крючках, дергались, если их проткнуть зондом из другого металла. Он думал, что эта реакция была вызвана «животным электричеством» внутри лягушки. Источник изображения: Луиджи Гальвани / Wikimedia Commons.

Вольта, поначалу впечатленный открытиями Гальвани, пришел к выводу, что электрический ток исходит из двух разных типов металла (крючков, на которых висят лягушки, и другого металла зонда) и просто передается через них, а не через них. из тканей лягушек.Он экспериментировал со стопками слоев серебра и цинка, перемежаемых слоями ткани или бумаги, пропитанными соленой водой, и обнаружил, что электрический ток действительно протекал по проводу, прикрепленному к обоим концам стопки.

Батарея Алессандро Вольта: груда цинковых и серебряных листов, перемежающихся тканью или бумагой, пропитанной соленой водой. Представьте, что вы используете это для питания вашего телефона. Источник изображения: Луиджи Кьеза / Wikimedia Commons.

Вольта также обнаружил, что, используя различные металлы в куче, можно увеличить величину напряжения.Он описал свои открытия в письме Джозефу Бэнксу, тогдашнему президенту Лондонского королевского общества, в 1800 году. ‘ (мера электрического потенциала) названа в его честь.

Я сам, если не считать шуток, поражаюсь тому, как мои старые и новые открытия… чистого и простого электричества, вызываемого контактом металлов, могли произвести такой ажиотаж. Алессандро Вольта

Так что же именно происходило с этими слоями цинка и серебра, да и с дергающимися лягушачьими лапками?

Химия батареи

Аккумулятор — это устройство, которое накапливает химическую энергию и преобразует ее в электричество.Это известно как электрохимия, а система, которая лежит в основе батареи, называется электрохимической ячейкой. Батарея может состоять из одного или нескольких (как в исходной куче Вольты) электрохимических элементов. Каждая электрохимическая ячейка состоит из двух электродов, разделенных электролитом.

Так откуда электрохимическая ячейка получает электричество? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать, что такое электричество. Проще говоря, электричество — это тип энергии, производимый потоком электронов.В электрохимической ячейке электроны образуются в результате химической реакции, которая происходит на одном электроде (подробнее об электродах ниже!), а затем перетекают на другой электрод, где они расходуются. Чтобы понять это правильно, нам нужно поближе взглянуть на компоненты клетки и на то, как они собираются вместе.

Электроды

Чтобы создать поток электронов, вам нужно, чтобы где-то электроны текли из , а где-то электроны текли в .Это электроды клетки. Электроны текут от одного электрода, называемого анодом (или отрицательным электродом), к другому электроду, называемому катодом (положительный электрод). Как правило, это различные типы металлов или других химических соединений.

В батарее Вольта анодом был цинк, от которого электроны текли по проводу (при подключении) к серебру, которое было катодом батареи. Он сложил множество этих элементов вместе, чтобы сделать общую кучу и поднять напряжение.

Но откуда анод получает все эти электроны в первую очередь? И почему они так счастливы, что их весело отправляют на катод? Все сводится к химии, которая происходит внутри клетки.

Происходит несколько химических реакций, которые нам нужно понять. На аноде электрод вступает в реакцию с электролитом, в результате которой образуются электроны. Эти электроны накапливаются на аноде. Тем временем на катоде одновременно происходит другая химическая реакция, которая позволяет этому электроду принимать электроны.

Технический химический термин для реакции, включающей обмен электронами, представляет собой реакцию восстановления-окисления, чаще называемую окислительно-восстановительной реакцией. Всю реакцию можно разделить на две полуреакции, а в случае электрохимической ячейки одна полуреакция происходит на аноде, другая на катоде. Восстановление — это присоединение электронов, и это то, что происходит на катоде; мы говорим, что катод восстанавливается в ходе реакции. Окисление — это потеря электронов, поэтому мы говорим, что анод окисляется.

Каждая из этих реакций имеет определенный стандартный потенциал. Думайте об этой характеристике как о способности/эффективности реакции либо производить, либо поглощать электроны — ее сила в перетягивании каната электронами.

  • Стандартные потенциалы полуреакций

    Ниже приведен список полуреакций, которые включают высвобождение электронов либо из чистого элемента, либо из химического соединения. Рядом с реакцией указано число (E 0 ), которое сравнивает силу электрохимического потенциала реакции с силой готовности водорода расстаться со своим электроном (если вы посмотрите вниз по списку, вы увидите, что водородная полуреакция имеет E 0 равное нулю).E 0  измеряется в вольтах.

    Причина, по которой этот список настолько интересен, заключается в том, что если вы выберете две реакции из списка и объедините их для создания электрохимической ячейки, значения E 0 скажут вам, каким образом будет протекать общая реакция: реакция с более отрицательным Значение E 0 отдаст свои электроны другой реакции, и это определяет анод и катод вашей ячейки. Разница между двумя значениями E 0 говорит вам об электрохимическом потенциале вашей ячейки, который в основном является напряжением ячейки.

    Итак, если вы возьмете литий и фтор и сумеете соединить их, чтобы сделать элемент батареи, вы получите максимальное напряжение, теоретически достижимое для гальванического элемента. Этот список также объясняет, почему в куче Вольта цинк был анодом, а серебро катодом: полуреакция цинка имеет более низкое (более отрицательное) значение E 0 (-0,7618), чем полуреакция серебра (0,7996). .

    Источник: UC Davis ChemWiki

Любые два проводящих материала, вступающие в реакции с разными стандартными потенциалами, могут образовать электрохимическую ячейку, потому что более сильный сможет отбирать электроны у более слабого.Но идеальным выбором для анода был бы материал, который вызывает реакцию со значительно более низким (более отрицательным) стандартным потенциалом, чем материал, который вы выбрали для своего катода. В итоге мы получаем, что электроны притягиваются к катоду от анода (и анод не пытается сильно сопротивляться), и когда у нас есть легкий путь туда — проводящий провод — мы можем использовать их энергию для обеспечения электрического тока. питание на фонарик, телефон или что-то еще.

Разница в стандартном потенциале между электродами примерно равна силе, с которой электроны будут перемещаться между двумя электродами.Это известно как общий электрохимический потенциал ячейки, и он определяет напряжение ячейки. Чем больше разница, тем больше электрохимический потенциал и выше напряжение.

Чтобы увеличить напряжение батареи, у нас есть два варианта. Мы могли бы выбрать разные материалы для наших электродов, которые придадут клетке больший электрохимический потенциал. Или мы можем сложить несколько ячеек вместе. Когда элементы объединены определенным образом (последовательно), это оказывает аддитивное влияние на напряжение батареи.По сути, силу, с которой электроны движутся через батарею, можно рассматривать как общую силу, когда они движутся от анода первой ячейки через все ячейки, содержащиеся в батарее, к катоду последней ячейки.

Когда ячейки объединены другим способом (параллельно), это увеличивает возможный ток батареи, который можно рассматривать как общее количество электронов, протекающих через ячейки, но не как их напряжение.

Электролит

Но электроды — это всего лишь часть батареи.Помните бумажки Вольта, смоченные в соленой воде? Соленая вода была электролитом, еще одной важной частью картины. Электролит может быть жидкостью, гелем или твердым веществом, но он должен обеспечивать движение заряженных ионов.

Электроны имеют отрицательный заряд, и поскольку мы посылаем поток отрицательных электронов по нашей цепи, нам нужен способ сбалансировать движение этого заряда. Электролит обеспечивает среду, через которую могут протекать положительные ионы, уравновешивающие заряд.

Поскольку в результате химической реакции на аноде образуются электроны, для поддержания баланса нейтрального заряда на электроде также производится соответствующее количество положительно заряженных ионов. Они не идут по внешнему проводу (это только для электронов!), а выбрасываются в электролит.

В то же время катод также должен уравновешивать отрицательный заряд электронов, которые он получает, поэтому происходящая здесь реакция должна втягивать положительно заряженные ионы из электролита (в качестве альтернативы она может также высвобождать отрицательно заряженные ионы из электрода в электролит).

Таким образом, в то время как внешний провод обеспечивает путь для потока отрицательно заряженных электронов, электролит обеспечивает путь для переноса положительно заряженных ионов, чтобы сбалансировать отрицательный поток. Этот поток положительно заряженных ионов столь же важен, как и электроны, обеспечивающие электрический ток во внешней цепи, которую мы используем для питания наших устройств. Роль балансировки заряда, которую они выполняют, необходима для поддержания всей реакции.

Теперь, если бы всем ионам, выпущенным в электролит, было позволено полностью свободно перемещаться через электролит, они в конечном итоге покрыли бы поверхности электродов и засорили бы всю систему. Таким образом, у клетки обычно есть какой-то барьер, чтобы предотвратить это.

При использовании батареи возникает ситуация, при которой происходит непрерывный поток электронов (через внешнюю цепь) и положительно заряженных ионов (через электролит). Если этот непрерывный поток остановлен — если цепь разомкнута, например, когда ваш фонарик выключен — поток электронов остановится. Заряды будут накапливаться, и химические реакции, управляющие батареей, прекратятся.

По мере использования батареи и протекания реакций на обоих электродах производятся новые химические продукты.Эти продукты реакции могут создать своего рода сопротивление, которое может помешать протеканию реакции с той же эффективностью. Когда это сопротивление становится слишком большим, реакция замедляется. Электронное перетягивание каната между катодом и анодом также теряет свою силу, и поток электронов прекращается. Аккумулятор медленно садится.

Зарядка аккумулятора

Некоторые распространенные батареи предназначены только для одноразового использования (известные как первичные или одноразовые батареи). Путешествие электронов от анода к катоду является односторонним. Либо их электроды истощаются, когда они выделяют свои положительные или отрицательные ионы в электролит, либо накопление продуктов реакции на электродах препятствует продолжению реакции, и дело сделано и запылено. Аккумулятор попадает в мусорное ведро (или, надеюсь, на переработку, но это совсем другая тема Nova).

Но. Преимущество этого потока ионов и электронов в том, что он имеет место в некоторых типах батарей с соответствующими электродными материалами, заключается в том, что он также может двигаться в обратном направлении, возвращая нашу батарею в исходную точку и давая ей совершенно новую жизнь. .Точно так же, как батареи изменили то, как мы можем использовать различные электрические устройства, перезаряжаемые батареи еще больше изменили полезность и срок службы этих устройств.

Когда мы подключаем почти полностью разряженную батарею к внешнему источнику электроэнергии и отправляем энергию обратно в батарею, это меняет химическую реакцию, которая произошла во время разряда. Это отправляет положительные ионы, выпущенные из анода в электролит, обратно к аноду, а электроны, которые принял катод, также возвращаются к аноду.Возвращение как положительных ионов, так и электронов обратно в анод запускает систему, поэтому она снова готова к работе: ваша батарея перезаряжена.

Однако процесс не идеален. Замена отрицательных и положительных ионов из электролита обратно на соответствующий электрод по мере перезарядки батареи происходит не так аккуратно и красиво, как электрод изначально. Каждый цикл зарядки ухудшает состояние электродов еще немного, а это означает, что батарея со временем теряет производительность, поэтому даже перезаряжаемые батареи не могут работать вечно.

В течение нескольких циклов зарядки и разрядки форма кристаллов батареи становится менее упорядоченной. Это усугубляется, когда батарея разряжается/перезаряжается с высокой скоростью, например, если вы едете на своем электромобиле большими рывками, а не постоянно. Циклирование с высокой скоростью приводит к тому, что кристаллическая структура становится более неупорядоченной, в результате чего батарея становится менее эффективной.

 

Эффект памяти и саморазряд

Почти полностью обратимые реакции разрядки и перезарядки также способствуют так называемому «эффекту памяти».Когда вы перезаряжаете некоторые типы перезаряжаемых батарей, предварительно не разрядив их в достаточной степени, они «вспоминают», на каком уровне они были в предыдущих циклах разрядки, и не заряжаются должным образом.

В некоторых элементах это вызвано тем, как металл и электролит реагируют с образованием соли (и тем, как соль затем снова растворяется, а металл заменяется на электродах при перезарядке). Мы хотим, чтобы наши клетки имели красивые, однородные маленькие кристаллы соли, покрывающие идеальную металлическую поверхность, но это не то, что мы получаем в реальном мире! Способ формирования некоторых кристаллов очень сложен, и способ осаждения некоторых металлов во время перезарядки также удивительно сложен, поэтому некоторые типы батарей имеют больший эффект памяти, чем другие.Несовершенства в основном зависят от состояния заряда батареи, температуры, зарядного напряжения и зарядного тока. Со временем недостатки в одном цикле зарядки могут вызвать то же самое в следующем цикле зарядки и т. д., и наша батарея накапливает некоторые плохие воспоминания. Эффект памяти силен для некоторых типов элементов, таких как батареи на основе никеля. Другие типы, такие как литий-ионные, не страдают от этой проблемы.

Еще один аспект перезаряжаемых батарей заключается в том, что химический состав, который делает их перезаряжаемыми, также означает, что они имеют более высокую склонность к саморазряду.Это когда внутри элемента батареи происходят внутренние реакции, даже когда электроды не подключены через внешнюю цепь. Это приводит к тому, что клетка со временем теряет часть своей химической энергии. Высокая скорость саморазряда серьезно ограничивает срок службы батареи и заставляет ее умирать при хранении.

Литий-ионные аккумуляторы в наших мобильных телефонах имеют довольно хорошую скорость саморазряда — около 2–3 % в месяц, и наши свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы также довольно разумны — они имеют тенденцию терять 4–6 % в месяц. месяц.Аккумуляторы на основе никеля теряют около 10–15 процентов своего заряда в месяц, что не очень хорошо, если вы планируете хранить фонарь целый сезон, когда он вам не нужен! Неперезаряжаемая щелочная батарея теряет всего около 2–3 процентов своего заряда в год.

Напряжение, ток, мощность, мощность… в чем разница?

Все эти слова в основном описывают мощность батареи, верно? Ну вроде.Но все они немного разные.

Напряжение = сила, при которой реакция, управляющая батареей, проталкивает электроны через ячейку. Это также известно как электрический потенциал и зависит от разности потенциалов между реакциями, происходящими на каждом из электродов, то есть от того, насколько сильно катод будет тянуть электроны (через цепь) от анода. Чем выше напряжение, тем большую работу может совершить одно и то же число электронов.

Ток = количество электронов, проходящих через любую точку цепи в данный момент времени.Чем больше сила тока, тем больше работы он может совершить при том же напряжении. Внутри ячейки вы также можете думать о токе как о количестве ионов, движущихся через электролит, умноженном на заряд этих ионов.

Мощность = напряжение x ток. Чем выше мощность, тем выше скорость, с которой батарея может работать — это соотношение показывает, насколько важны напряжение и ток для определения того, для чего подходит батарея.

Емкость = мощность батареи как функция времени, которая используется для описания периода времени, в течение которого батарея сможет питать устройство.Аккумулятор большой емкости сможет работать в течение более длительного периода, прежде чем разрядится или разрядится. У некоторых аккумуляторов есть небольшая грустная особенность: если вы попытаетесь извлечь из них слишком много слишком быстро, вовлеченные химические реакции не смогут продолжаться, и емкость уменьшится! Таким образом, мы всегда должны быть осторожны, когда говорим о емкости батареи и помнить, для чего она будет использоваться.

Другим популярным термином является «плотность энергии». Это количество энергии, которое устройство может удерживать на единицу объема, другими словами, какую отдачу вы получаете за свои деньги с точки зрения мощности по сравнению с энергопотреблением.размер. С аккумулятором, как правило, чем выше плотность энергии, тем лучше, так как это означает, что аккумулятор может быть меньше и компактнее, что всегда является плюсом, когда он нужен для питания чего-то, что вы хотите держать в кармане. Для электромобилей это даже плюс — аккумулятор должен как-то влезать в машину!

Для некоторых приложений, таких как хранение электроэнергии на возобновляемой электростанции, такой как ветряная или солнечная ферма, высокая плотность энергии не является большой проблемой, так как у них, скорее всего, будет достаточно места для хранения батарей.Основной целью такого использования было бы просто хранить как можно больше электроэнергии, как можно безопаснее и дешевле.

Почему так много типов?

Ряд материалов (раньше это были просто металлы) можно использовать в качестве электродов в батарее. За прошедшие годы было опробовано много-много различных комбинаций, но лишь немногие из них действительно прошли дистанцию.Но зачем вообще использовать разные комбинации металлов? Если у вас есть пара металлов, которые хорошо работают вместе в качестве электродов, зачем возиться с другими?

Различные материалы имеют разные электрохимические свойства, поэтому они дают разные результаты, когда вы соединяете их вместе в аккумуляторной ячейке. Например, некоторые комбинации будут создавать высокое напряжение очень быстро, но затем быстро падать, не в состоянии поддерживать это напряжение в течение длительного времени. Это хорошо, если вам нужно произвести, скажем, внезапную вспышку света, как вспышка фотокамеры.

Другие комбинации дадут лишь струйку тока, но они будут поддерживать эту струйку на века. Например, нам не нужно большое количество тока для питания детектора дыма, но мы хотим, чтобы наши детекторы дыма работали долгое время.

Еще одна причина для использования различных комбинаций металлов заключается в том, что часто для получения требуемого напряжения необходимо сложить два или более аккумуляторных элемента, и оказывается, что некоторые комбинации электродов складываются вместе гораздо лучше, чем другие комбинации. Например, литий-железо-фосфатные батареи (разновидность литий-ионных батарей), используемые в электромобилях, объединяются вместе для создания систем высокого напряжения (100 и даже более вольт), но вы никогда не сделаете этого с теми никель-кадмиевыми батареями Walkman, которые получают горячий!

Наши различные потребности со временем привели к разработке огромного количества типов батарей. Чтобы узнать больше о них и о том, что ждет аккумулятор в будущем, ознакомьтесь с другими нашими темами Nova.

Эта тема является частью нашей серии статей о батареях, состоящей из четырех частей.Для дальнейшего чтения см. Типы аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы и аккумуляторы будущего.

Battery — Energy Education

Рисунок 1. 9-вольтовая батарея. [1]

Аккумулятор — это устройство, которое накапливает энергию, а затем разряжает ее путем преобразования химической энергии в электричество. Типичные батареи чаще всего производят электричество химическим путем за счет использования одного или нескольких гальванических элементов. [2] Многие различные материалы могут использоваться и использовались в батареях, но распространенными типами батарей являются щелочные, литий-ионные, литий-полимерные и никель-металлогидридные.Батареи могут быть соединены друг с другом последовательно или параллельно.

Существует большое разнообразие аккумуляторов, доступных для покупки, и эти разные типы аккумуляторов используются в разных устройствах. Большие батареи используются для запуска автомобилей, в то время как гораздо меньшие батареи могут питать слуховые аппараты. В целом, аккумуляторы чрезвычайно важны в повседневной жизни.

Ячейки

Ячейка — это отдельная единица, производящая электричество каким-либо способом. Вообще говоря, клетки генерируют энергию посредством термического, химического или оптического процесса.

Типичный элемент имеет две клеммы (называемые электродами ), погруженные в химическое вещество (называемое электролитом ). Два электрода разделены пористой стенкой или перемычкой , которая позволяет электрическому заряду проходить с одной стороны на другую через электролит. Анод — отрицательная клемма — получает электроны, а катод — положительная клемма — теряет электроны. Этот обмен электронами позволяет создать разницу в потенциале или разнице напряжений между двумя терминалами, позволяя электричеству течь. [2]

В аккумуляторе может быть огромное количество элементов, от одного элемента в батарее типа АА до более 7100 элементов в аккумуляторе Tesla Model S мощностью 85 кВтч. [3]

Рис. 2. Схема в разрезе, показывающая строение щелочной батареи. [4]

Первичные элементы («сухие»)

В этих элементах химическое взаимодействие между электродами и электролитом вызывает необратимое изменение, то есть они не подлежат перезарядке . [2] Эти батареи одноразового использования, что приводит к большему количеству отходов при использовании этих батарей, поскольку они утилизируются через относительно короткий период времени.

Вторичные элементы («влажные»)

Этот тип элемента (называемый влажным, из-за использования жидкого электролита) генерирует ток через вторичный элемент в направлении, противоположном направлению первого/нормального элемента. Это приводит к тому, что химическое действие идет в обратном направлении, эффективно восстанавливаясь, а это означает, что они перезаряжаемые . [2] Эти батареи могут быть более дорогими при покупке, но они производят меньше отходов, поскольку их можно использовать несколько раз.

Емкость батареи

Аккумуляторы часто оцениваются по выходному напряжению и емкости.Емкость — это продолжительность работы конкретной батареи в Ач (ампер-часах) [2] :

Аккумулятора емкостью 1 Ач хватит на один час работы при токе 1 А. Батареи

также можно классифицировать по их энергоемкости. Это делается либо в ватт-часах, либо в киловатт-часах.

Аккумулятор емкостью 1 кВтч будет работать в течение одного часа, производя 1 кВт электроэнергии.

Моделирование Phet

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Phet.Эта симуляция исследует, как батареи работают в электрической цепи:

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Ссылки

  1. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Duracell_9_Volt_0849.jpg#/media/File:Duracell_9_Volt_0849.jpg
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Р.Т. Пейнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Introduction to Electricity , 1-е изд.Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, с. 3.4, стр. 89-94.
  3. ↑ Технологические исследования металлов. (По состоянию на 28 июля 2015 г.). Going Natural: решение графитовой проблемы Теслы [онлайн], доступно: http://www.techmetalsresearch.com/2014/03/going-natural-the-solution-to-teslas-graphite-problem/
  4. ↑ Гиперфизика. (По состоянию на 28 июля 2015 г.). Углеродно-цинковые батареи [онлайн], доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/battery.html
Аккумулятор

— Energy Education

Рисунок 1.Аккумулятор на 9 вольт. [1]

Аккумулятор — это устройство, которое накапливает энергию, а затем разряжает ее путем преобразования химической энергии в электричество. Типичные батареи чаще всего производят электричество химическим путем за счет использования одного или нескольких гальванических элементов. [2] Многие различные материалы могут использоваться и использовались в батареях, но распространенными типами батарей являются щелочные, литий-ионные, литий-полимерные и никель-металлогидридные. Батареи могут быть соединены друг с другом последовательно или параллельно.

Существует большое разнообразие аккумуляторов, доступных для покупки, и эти разные типы аккумуляторов используются в разных устройствах. Большие батареи используются для запуска автомобилей, в то время как гораздо меньшие батареи могут питать слуховые аппараты. В целом, аккумуляторы чрезвычайно важны в повседневной жизни.

Ячейки

Ячейка — это отдельная единица, производящая электричество каким-либо способом. Вообще говоря, клетки генерируют энергию посредством термического, химического или оптического процесса.

Типичный элемент имеет две клеммы (называемые электродами ), погруженные в химическое вещество (называемое электролитом ). Два электрода разделены пористой стенкой или перемычкой , которая позволяет электрическому заряду проходить с одной стороны на другую через электролит. Анод — отрицательная клемма — получает электроны, а катод — положительная клемма — теряет электроны. Этот обмен электронами позволяет создать разницу в потенциале или разнице напряжений между двумя терминалами, позволяя электричеству течь. [2]

В аккумуляторе может быть огромное количество элементов, от одного элемента в батарее типа АА до более 7100 элементов в аккумуляторе Tesla Model S мощностью 85 кВтч. [3]

Рис. 2. Схема в разрезе, показывающая строение щелочной батареи. [4]

Первичные элементы («сухие»)

В этих элементах химическое взаимодействие между электродами и электролитом вызывает необратимое изменение, то есть они не подлежат перезарядке . [2] Эти батареи одноразового использования, что приводит к большему количеству отходов при использовании этих батарей, поскольку они утилизируются через относительно короткий период времени.

Вторичные элементы («влажные»)

Этот тип элемента (называемый влажным, из-за использования жидкого электролита) генерирует ток через вторичный элемент в направлении, противоположном направлению первого/нормального элемента. Это приводит к тому, что химическое действие идет в обратном направлении, эффективно восстанавливаясь, а это означает, что они перезаряжаемые . [2] Эти батареи могут быть более дорогими при покупке, но они производят меньше отходов, поскольку их можно использовать несколько раз.

Емкость батареи

Аккумуляторы часто оцениваются по выходному напряжению и емкости.Емкость — это продолжительность работы конкретной батареи в Ач (ампер-часах) [2] :

Аккумулятора емкостью 1 Ач хватит на один час работы при токе 1 А. Батареи

также можно классифицировать по их энергоемкости. Это делается либо в ватт-часах, либо в киловатт-часах.

Аккумулятор емкостью 1 кВтч будет работать в течение одного часа, производя 1 кВт электроэнергии.

Моделирование Phet

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Phet.Эта симуляция исследует, как батареи работают в электрической цепи:

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Ссылки

  1. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Duracell_9_Volt_0849.jpg#/media/File:Duracell_9_Volt_0849.jpg
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Р.Т. Пейнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Introduction to Electricity , 1-е изд.Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, с. 3.4, стр. 89-94.
  3. ↑ Технологические исследования металлов. (По состоянию на 28 июля 2015 г.). Going Natural: решение графитовой проблемы Теслы [онлайн], доступно: http://www.techmetalsresearch.com/2014/03/going-natural-the-solution-to-teslas-graphite-problem/
  4. ↑ Гиперфизика. (По состоянию на 28 июля 2015 г.). Углеродно-цинковые батареи [онлайн], доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/battery.html

Аккумулятор (электричество)


2

Новая система секвестрирует CO2 и вырабатывает электричество

мар.17 февраля 2021 г. — В ходе недавнего исследования была представлена ​​новая система, способная быстро и эффективно производить водород и электроэнергию, одновременно сокращая выбросы углекислого газа …


Новая эластичная батарея может питать носимую электронику

24 января 2020 г. — Внедрение носимой электроники до сих пор ограничивалось их необходимостью получать питание от громоздких жестких батарей, которые снижают комфорт и могут представлять угрозу безопасности из-за утечки химических веществ или . ..


Новый способ охлаждения электронных устройств, рекуперации отработанного тепла

апр.22 октября 2020 г. — Слишком длительное использование электронных устройств может привести к их перегреву, что может замедлить их работу, повредить их компоненты или даже привести к их взрыву или возгоранию. Теперь исследователи разработали …


Питание кардиостимулятора с помощью сердцебиения пациента

20 февраля 2019 г. — Имплантируемые кардиостимуляторы, без сомнения, изменили современную медицину, спасая бесчисленное количество жизней, регулируя сердечный ритм. Но у них есть один серьезный недостаток: их аккумуляторов хватает только на 5–12 часов…


Инновационная химия аккумуляторов произвела революцию в воздушно-цинковых аккумуляторах

4 января 2021 г. — Воздушно-цинковые батареи — привлекательная технология хранения энергии будущего. На основе инновационного нещелочного электролита на водной основе международная исследовательская группа разработала новый аккумулятор . ..


Насколько легкой может быть складная и долговечная батарея

11 декабря 2019 г. — Инженеры разработали трехмерную монолитную органическую батарею…


Простая самозаряжающаяся батарея предлагает решения для питания устройств

25 февраля 2020 г. — Батарея нового типа сочетает в себе отрицательную емкость и отрицательное сопротивление в одной ячейке, что позволяет ячейке самозаряжаться без потери энергии, что имеет важные последствия для …


Тонкий слой защищает аккумулятор, допускает холодную зарядку

26 августа 2020 г. — В поисках надежной, быстро заряжаемой аккумуляторной батареи для автомобилей в холодную погоду решением может стать самособирающийся тонкий слой электрохимически активных молекул, по словам команды или …


Microwaves Power Новая технология для аккумуляторов, энергия

22 апреля 2020 г. — Новая аккумуляторная технология с использованием микроволн может открыть путь для преобразования и хранения возобновляемой энергии. Исследователи создали технологию переработки отходов полиэтилентерефталата, одного из …


Новое покрытие может иметь большое значение для литиевых батарей

14 мая 2019 г. — Ученые разработали новое катодное покрытие с использованием метода окислительного химического осаждения из паровой фазы.Новое покрытие может поддерживать электрическую и ионную проводимость катода батареи и …


Батареи как источники электроэнергии

Батареи как источники электроэнергии

Содержимое

Батареи как источники электроэнергии

Это раздел посвящен батареям — маленьким источникам питания в портативных электрических устройствах.

  • Ежегодно производится более 15 миллиардов аккумуляторов для бытового использования. продается по всему миру.
  • Многие щелочные или угольно-цинковые батареи выбрасываются после одноразового использования, при значительных затратах как с экономической, так и с окружающая обстановка.
  • Постоянное совершенствование как аккумуляторных батарей, так и зарядных устройств, означает что одноразовые батареи могут быть в значительной степени заменены экологически чистыми дружественный, перезаряжаемый никель-металлогидридный (NiMH) или литий-ионный (Li-ion) батареи, которые работают намного дольше в устройствах с высоким энергопотреблением — каждый раз, когда они заряжен — и может быть использован много сотен раз…сэкономить много Деньги.

Типы батарей

Существует ряд различных типов бытовых батарей, используемых для различных целей.

Три основных типа:

  • Мокрые элементы: свинцово-кислотные аккумуляторы для транспортных средств; также используется в промышленности.
  • Неперезаряжаемые сухие батареи: это наиболее распространенные типы бытовых батарей. батарея.
  • Перезаряжаемый сухой элемент батареи, используемые в электроинструментах, беспроводных приборах, мобильных телефонах и т. д.

Одноразовые бытовые батареи общего назначения включают:

  • Цинк-углерод, используемый в приборах с низким уровнем дренажа, таких как фонари, часы, бритвы и радио.
  • Хлорид цинка, используемый в аналогичных целях.
  • Щелочной марганец, используемый в персональных стереосистемах, магнитолах. Меньше склонны к утечке, чем два вышеупомянутых типа, и более долговечны.
  • Первичные кнопочные ячейки:
  • Оксид ртути, используемый в батареях для слуховых аппаратов, кардиостимуляторов, фотографических оборудование.
  • Воздушно-цинковый — альтернатива кнопочным элементам с оксидом ртути — используется для слуха вспомогательные средства и радиопейджеры.
  • Оксид серебра, используемый в электронных часах и калькуляторах.
  • Литий, используемый в часах и фототехнике.

Сухие аккумуляторные батареи для бытового использования включают: 

  • Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы — одна из самых ранних технологий, но один из самых быстрорастущих секторов на рынке аккумуляторов.
  • Никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторы
  • — менее вредные для окружающей среды. альтернатива NiCd и, как правило, имеют более длительный срок службы.
  • Ионно-литиевые (Li-Ion) батареи — большая емкость хранения энергии, чем NiCd и NiMH аккумуляторы.

Используется для аккумуляторных электроинструментов, персональных стереосистем, портативных телефонов, ноутбуков компьютеры, бритвы, моторизованные игрушки и т. д. со сроком службы 4-5 лет. Использование перезаряжаемых батарей сокращает количество аккумуляторы, требующие утилизации, но 80% из них содержат никель-кадмий, известный канцероген для человека, поэтому их необходимо безопасно утилизировать.

Экологические проблемы

Среднее домашнее хозяйство использует 21 батарею в год. Великобритания производит 20-30 000 тонн отходов аккумуляторов общего назначения ежегодно, но менее перерабатывается более 1000 тонн.

В 2001 году мы купили 680 миллионов аккумуляторов в Великобритании. Большинство из них (89%) были батареи общего назначения. Это составило почти 19 000 тонн. отработанные батареи общего назначения, требующие утилизации в Великобритании.

В настоящее время только очень небольшой процент бытовых одноразовых батареек перерабатываются (менее 2%), и большая часть отработанных батарей выбрасывается на свалку. места. Ставка на утилизацию бытовых аккумуляторов оценивается в быть 5%.

Хотя точный химический состав варьируется от типа к типу (см. ниже), большинство батареи содержат тяжелые металлы, которые являются основной причиной загрязнения окружающей среды. беспокойство. При неправильной утилизации эти тяжелые металлы могут попасть в заземление при коррозии корпуса батареи.Это может способствовать загрязнению почвы и загрязнение воды и угроза дикой природе. Кадмий, например, может быть токсичным для водные беспозвоночные и могут биоаккумулироваться в рыбе, что наносит ущерб экосистемам и делает их непригодными для употребления в пищу человеком. Некоторые батареи, такие как батарейки-таблетки аккумуляторы также содержат ртуть, которая обладает аналогичными опасными свойствами. Ртуть больше не используется в производстве неперезаряжаемых батарейки, за исключением таблеточных батарей, в которых она является функциональным компонентом.То Крупные европейские поставщики аккумуляторов предлагают одноразовые аккумуляторы, не содержащие ртути. аккумуляторы с 1994 года.

Переработка батарей

Все больше домохозяев признают остаточную стоимость потраченных батареи и отделить их от обычных бытовых отходов для переработки. Ряд местных властей теперь собирают отработанные бытовые батареи на обочине. коллекции. Аккумуляторы также могут быть переработаны после того, как они достигли конца срока их полезного использования.

Батареи содержат ряд металлов, которые можно повторно использовать в качестве вторичного сырья. материал. Существуют хорошо зарекомендовавшие себя методы переработки большинства аккумуляторов. содержащие свинец, никель-кадмий, гидрид никеля и ртуть. Для некоторых, таких как более новые никель-гидридные и литиевые системы, переработка все еще находится в начале этапы.

Построен первый в Великобритании завод по переработке бытовых аккумуляторов. недавно открылся в Вест Бромвиче. Предполагается, что он сможет перерабатывать до 1800 тонн в год; Ожидается, что открытие этого завода будет стимулировать значительное увеличение внутренних показателей утилизации аккумуляторов в Великобритании.

Чем мы можем помочь?

  • По возможности используйте сеть, а не батареи.
  • Отключать устройства с батарейным питанием, когда они не используются
  • Используйте аккумуляторы и аккумулятор зарядное устройство. Это экономит энергию, потому что энергия, необходимая для производства батареи, в среднем в 50 раз больше энергии, которую он выдает.
  • Однако перезаряжаемый батарейки не подходят для дымовых извещателей, так как они быстро разряжаются, предотвращение предупреждения о тревоге при низком заряде батареи.
  • Выбор бытовой техники которые могут использовать энергию, полученную от солнца через солнечные панели или от обмотки механизм, напр. радиоприемники, заводные зарядные устройства для мобильных телефонов

Справка о стоимости энергии от батарей

Если мы посмотрим на выбор, который у нас есть для домашнего хозяйства батареи, и попытаться сравнить их стоимость, мы должны смотреть на стоимость за киловатт-час. расход электроэнергии переменного тока рассчитывается в тех же единицах, а стоимость 1 кВтч — в количество энергии, необходимое для работы типичного электрического камина с одним стержнем в течение одного часа) — в настоящее время составляет около 10 пенсов.Одноразовые батарейки — гораздо более дорогой способ использования энергии. В зависимости от типа, емкости и стоимости батареи одноразовые имеют цену от 300 до более 10 000 за киловатт-час. Напротив, стоимость для при использовании перезаряжаемых аккумуляторов порядка 1 на киловатт-час!

Ар перезаряжаемые батареи рентабельны?

На основании приведенного выше аргумента, с точки зрения чистой стоимости энергии, да . Но это зависит от приложения.Для портативный CD-плеер, ДА! Определенно стоит! Для калькулятора, где срок службы батареи может быть значительным, это меньше очевидный. Чтобы решить, нужно определить, сколько комплекта перезаряжаемых батарей (плюс необходимое зарядное устройство) будет стоимость по сравнению со стоимостью одноразовых батареек. Разделите результаты, и вы иметь число, показывающее, сколько комплектов сухих батарей вы можете приобрести за такой же расход!

В некоторых случаях производители оборудования не рекомендуют использовать перезаряжаемые батареи. Хотя существует несколько обстоятельств, при которых использование перезаряжаемых аккумуляторов может повлиять на нормальной работы, важно знать, что перезаряжаемые аккумуляторы могут разрядиться совершенно внезапно — то есть напряжение на их клеммах может упасть до точки, при которой оборудование перестает работать без предупреждения; и разрядят вполне заметно даже при отсутствии тока. Одноразовые батарейки можно полученный со сроком годности год и более; при установке они постепенно снижение производительности, с длительным периодом, в то время как напряжение на клеммах постепенно падает. Они идут плоско, как бегун на длинные дистанции устают, а аккумуляторы разряжаются, как машина на ходу закончилось топливо. Аккумуляторы никогда не должны использоваться в аварийном оборудовании — например дымовая сигнализация, аварийное освещение и т. д., так как быстрое падение терминала напряжение может остаться незамеченным, и устройство может не работать, когда это необходимо.

Как работают перезаряжаемые батареи

Аккумулятор состоит из одного или нескольких отдельных элементов .Однако термин Аккумулятор широко используется как для аккумуляторов, так и для одиночных элементов. Все батареи преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую энергию. Это достигается заставляя электроны течь всякий раз, когда между электродами ячейки есть внешний проводящий путь. Электроны текут в результате электрохимической реакции между двумя электродами ячейки, разделенными электролитом. Ячейка становится разряжается, когда активные материалы внутри клетки истощаются и химические реакции замедляются. Напряжение, создаваемое ячейкой, зависит от материала электродов, площади их поверхности и материала между электродами (электролита). Поток тока прекращается, когда соединение между электродами удаляется. Аккумуляторы работают по тому же принципу, за исключением того, что химическая реакция происходит разряд может быть реверсивным если элемент заряжен . Этот заключается в том, чтобы заставить ток течь через батарею в обратном направлении, подачей внешнего напряжения между клеммами.При подключении к соответствующему зарядному устройству клетки преобразуют электрическую энергию обратно в потенциальную химическую энергию. Процесс повторяется каждый раз, когда аккумулятор разряжается и перезаряжается.

В разных элементах используются разные материалы электродов и они имеют разное выходное напряжение (1,2, 1,5, 2 и 3,6 вольта для обсуждаемых здесь типов). Более высокие напряжения возможны при последовательном соединении элементов.

Вместимость ячеек определяется материалами, из которых они изготовлены. конструкции и выражается в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч).Примерное время работы аккумулятора от одного заряда можно найти, разделив емкость аккумулятора на (часто печатается на самой батарее) по среднему потреблению тока устройством.

Таким образом, батарея емкостью 600 мАч может питать приемник, который потребляет 60 мА в течение 10 часов.

Батареи можно представить как состоящие из одной или нескольких идеальных ячеек с резистором в ряд — внутреннее сопротивление. Вы не найдете настоящего резистора, если откроете батарейный блок, но эффект тот же.Некоторые типы батарей имеют более высокие значения внутреннего сопротивления, чем другие. Высокое внутреннее сопротивление не имеет значения при питании элементов, которые потребляют довольно низкий ток (например, часы или небольшой приемник). Однако, если вы используете что-то вроде мощного фонарика или аудиоусилителя, по закону Ома батарея с высоким внутренним сопротивлением не может обеспечить требуемый ток.

Никель-кадмий (NiCad)

Никель-кадмиевые элементы являются наиболее часто используемыми перезаряжаемыми батареями в потребительских устройствах. Они используют никель и кадмий в качестве электродов и водный раствор гидроксида калия в качестве электродов. электролит. Они бывают того же размера, что и неперезаряжаемые элементы, и часто могут напрямую заменить неперезаряжаемые щелочные или аккумуляторные батареи. цинк-углеродные элементы. NiCad имеют несколько более низкое выходное напряжение, чем неперезаряжаемые элементы (1,2 против 1,5 вольт). В большинстве случаев это различие не имеет значения. Аккумуляторы NiCad имеют напряжения 2,4, 3,6, 4,8, 6, 7,2, 9, 10,8 вольт и т. д. Это соответствует 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 элементам соответственно.NiCad лучше всего работают при температуре от 16 до 26 градусов Цельсия. Их емкость снижается при более высоких температурах. Ниже 0 градусов образуется газообразный водород, и при использовании элементов существует риск взрыва. NiCad аккумуляторы имеют низкое внутреннее сопротивление. Это делает их подходящими для оборудования, потребляющего большие токи (например, переносного передающего устройства). Однако, низкое внутреннее сопротивление означает, что при коротком замыкании элементов будут протекать чрезвычайно высокие токи (до 30 ампер для элемента размера C!). Следует избегать короткого замыкания, так как это может привести к перегреву и повреждению элемента.

Нормальная скорость зарядки составляет 10 процентов от емкости аккумулятора в течение 14 часов. Например, если аккумулятор имеет емкость 600 мАч, правильный зарядный ток составляет 60 мА. Поскольку процесс зарядки не является эффективным на 100%, зарядное устройство необходимо оставить включенным примерно на 14 часов вместо 10 часов. Возможны более высокие зарядные токи, но время зарядки должно быть пропорционально уменьшено.NiCad аккумуляторы можно оставлять на непрерывном зарядном устройстве на неопределенный срок, если зарядный ток уменьшится до 2% от номинала аккумулятора в ампер-часах. Избегайте накопления тепла во время зарядки для увеличения срока службы батареи. NiCad аккумуляторы требуют зарядного устройства постоянного тока; т.е. тот, в котором ток, подаваемый на батарею, является фиксированным в течение всего периода зарядки. Такое зарядное устройство может быть таким простым, как нерегулируемый источник питания постоянного тока с последовательным резистором для ограничения зарядного тока в элементах. Если известно напряжение зарядного устройства и требуемый ток зарядки аккумулятора, можно использовать закон Ома для расчета правильного значения последовательного резистора.Поскольку никель-кадмиевые аккумуляторы имеют низкое внутреннее сопротивление, правильная зарядка может происходить при последовательном подключении нескольких элементов. Для наилучшего срока службы NiCad не следует разряжать менее чем до 1,0 вольта на элемент. При зарядке NiCads должно показывать 1,45 вольта на элемент. Если напряжение элемента выше во время зарядки (например, 1,6 или 1,7 вольта), элемент неисправен и должен быть утилизирован.

Часто обсуждается так называемый «эффект памяти», которым обладают никель-кадмиевые элементы. Это относится к заявленной склонности элементов не обеспечивать свое номинальное напряжение при помещении в зарядное устройство до полной разрядки.Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что истинный «эффект памяти» встречается редко, и эти наблюдения на самом деле из-за непрерывной перезарядки, которая может привести к разрядке электролита. кристаллизуются внутри клетки. К счастью, этот эффект можно преодолеть, подвергнув аккумулятор одному или нескольким циклам глубокой зарядки/разрядки. Другой часто слышимый термин — обращение ячеек . Это может произойти, когда батарея элементов разряжена ниже безопасного значения 1,0 вольт на элемент. Во время этого разряда различия между отдельными ячейками могут привести к тому, что одна ячейка истощится раньше остальных.Когда это произойдет, ток, генерируемый оставшимися активными ячейками, будет «заряжать» самую слабую ячейку, но с обратной полярностью. Это может привести к выделению газа и необратимому повреждению аккумуляторной батареи.

В NiCad иногда возникает внутреннее короткое замыкание из-за накопления кристаллов внутри ячейке, и это обычно означает конец ее полезного срока службы. Срок службы от 200 до 800 зарядок и разряды характерны для NiCad аккумуляторов.

Гидрид никеля (NiMH)

Подобно NiCad, никель-металлогидридные элементы обеспечивают 1.25 вольт на ячейку. Кадмий NiCad заменен на гидриды металлов, которые представляют меньшую угрозу для окружающей среды. Батарея производители утверждают, что NiMH элементы не страдают от «эффекта памяти» и могут перезаряжаться до 1000 раз. Ячейки NiMH не так подходят, как NiCad, для экстремальных токовых нагрузок, но предлагают большую емкость при том же размере ячейки. Типичный AA NiCad, (часто используется в велофонариках и магнитофонах или проигрывателях компакт-дисков) может иметь емкость 750 мАч, но NiMH может обеспечить 1100 мАч — на 45 процентов больше. Это делает элементы NiMH хорошим выбором для применений, где желателен длительный срок службы, но текущие требования не высоки. Зарядное устройство, необходимое для NiMH-аккумуляторов, аналогично тому, которое требуется для NiCad-аккумуляторов; Это должен обеспечивать постоянный ток, но, как правило, время зарядки необходимо увеличить в связи с большей емкостью ячейки.

Главный враг аккумуляторных батарей — тепло. Если элементы нагреваются во время зарядки, зарядный ток должны быть уменьшены, чтобы предотвратить повреждение.

Литий-ионный (Li-Ion)

Ионно-литиевые элементы являются самыми последними из обсуждаемых здесь типов аккумуляторов, появившихся на рынке.Они предлагают более высокое напряжение ячейки (3,6 вольта) и большую емкость для данного объема. Это делает их особенно подходящими для портативного оборудования, где важно длительное время работы, такого как мобильные телефоны. Например, стандартный литий-ионный аккумулятор имеет размеры 55x45x20 мм, но обеспечивает напряжение 7,2 В и емкость 1100 мАч. Литий-ионные аккумуляторы все еще довольно дороги, но постепенно использование в домашних условиях за счет их включения в фотоаппараты, видеокамеры, карманные компьютеры компьютеры и мобильные телефоны.Требуется специальное зарядное устройство; один предназначен для Нельзя использовать NiCad или NiMH.

Некоторые ссылки

Добро пожаловать в Бэттери Университет

Аккумуляторы как компоненты — из: Учебный энциклопедия

http://www.energizer.com/learning/howbatterieswork.asp

Руководство по применению резервного аккумулятора

http://www.wasteonline.org.uk/resources/InformationSheets/Batteries.htm

http://www.cycom.co.uk/howto/electricity_consumption_measurement.html

Тематическое исследование некоторых вопросов устойчивого развития/экологии, связанных с выбором одноразовых или перезаряжаемых батареек для питания Walkman можно найти здесь (PDF). Она организована как проблема с предлагаемым решением, и вы Возможно, вы захотите обсудить это с вашим руководителем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *