Rafhlöðuheimurinn - hluti 3

Saga nútíma rafhlaðna hefst á nítjándu öld og flest hönnunin sem er í notkun í dag er upprunnin frá þessari öld. Þessi staða vitnar annars vegar um frábærar hugmyndir vísindamanna þess tíma og hins vegar erfiðleikana sem skapast við þróun nýrra líkana.

Fátt er svo gott að ekki er hægt að bæta úr því. Þessi regla á einnig við um rafhlöður - XNUMXth aldar módel voru betrumbætt mörgum sinnum þar til þau tóku á sig núverandi mynd. Þetta á einnig við um Leclanche frumur.

Tengill til að bæta

Hönnun franska efnafræðingsins hefur verið breytt Karl Gasner í mjög gagnlegt líkan: ódýrt í framleiðslu og öruggt í notkun. Hins vegar voru enn vandamál - sinkhúðun frumefnisins tærðist við snertingu við súra raflausnina sem fyllti skálina og það að skvetta út árásargjarnt innihald gæti slökkt á knúna tækinu. Ákvörðunin varð sameining innra yfirborð sinkhokkans (kvikasilfurshúð).

Sinkamalgam hvarfast nánast ekki við sýrur en heldur öllum rafefnafræðilegum eiginleikum hreins málms. Hins vegar, vegna umhverfisreglna, er þessi aðferð til að lengja líftíma frumanna notuð æ minna (á kvikasilfurslausum frumum er að finna áletrunina eða) (1).

2. Alkalísk frumuskipulag: 1) hulstur (bakskautblý), 2) bakskaut sem inniheldur mangandíoxíð, 3) rafskautaskilja, 4) rafskaut sem inniheldur KOH og sinkryk, 5) skautenda, 6) frumuþéttingu (rafskautseinangrunarefni). .

Önnur leið til að auka endingu og líf frumna er að bæta við sinkklóríð ZnCl₂ fyrir bollafyllingarmauk. Frumur af þessari hönnun eru oft kallaðar Heavy Duty og (eins og nafnið gefur til kynna) eru hannaðar til að knýja orkufrekari tæki.

Bylting á sviði einnota rafhlöður var smíði árið 1955 basísk fruma. Uppfinning kanadísks verkfræðings Lewis Urry, notað af núverandi Energizer fyrirtæki, hefur uppbyggingu örlítið frábrugðna því sem er í Leclanchet frumunni.

Í fyrsta lagi muntu ekki finna grafít bakskaut eða sinkbikar þar. Bæði rafskautin eru gerð í formi blauts, aðskilins deigs (þykkingarefni auk hvarfefna: bakskautið samanstendur af blöndu af mangandíoxíði og grafíti, rafskautið úr sinkryki með blöndu af kalíumhýdroxíði) og skautarnir eru úr málmi ( 2). Hins vegar eru viðbrögðin sem verða við aðgerð mjög svipuð þeim sem eiga sér stað í Leclanchet frumunni.

Verkefni. Framkvæmdu „efnafræðilega krufningu“ á basískri frumu til að komast að því að innihaldið sé í raun basískt (3). Mundu að sömu varúðarráðstafanir eiga við um að taka Leclanchet klefann í sundur. Sjá rafhlöðukóða reitinn til að sjá hvernig á að bera kennsl á basískan frumu.

3. "Section" af basísku frumunni staðfestir alkalíinnihaldið.

Heimagerðar rafhlöður

4. Innlendar Ni-MH og Ni-Cd rafhlöður.

Frumur sem hægt er að endurhlaða eftir notkun hafa verið markmið hönnuða frá upphafi þróunar raforkuvísinda, þess vegna eru margar tegundir þeirra.

Eins og er, er ein af þeim gerðum sem notuð eru til að knýja lítil heimilistæki nikkel-kadmíum rafhlöður. Frumgerð þeirra birtist árið 1899 þegar sænskur uppfinningamaður gerði það. Ernst Jungner sótti um einkaleyfi fyrir nikkel-kadmíum rafhlöðu sem gæti keppt við rafhlöður sem þegar eru mikið notaðar í bílaiðnaðinum. blýsýru rafhlaða.

Frumskautið er kadmíum, bakskautið er þrígilt nikkelefnasamband, raflausnin er kalíumhýdroxíðlausn (í nútíma „þurrri“ hönnun, blautt deig af þykkingarefnum mettuð með KOH lausn). Ni-Cd rafhlöður (þetta er tilnefning þeirra) hafa um það bil 1,2 V rekstrarspennu - þetta er minna en einnota rafhlöður, sem er þó ekki vandamál í flestum forritum. Stóri kosturinn er hæfileikinn til að neyta verulegs straums (jafnvel nokkur amper) og breitt svið af rekstrarhitastigi.

5. Athugaðu kröfurnar fyrir mismunandi gerðir af rafhlöðum fyrir hleðslu.

Ókosturinn við nikkel-kadmíum rafhlöður er íþyngjandi „minnisáhrif“. Þetta gerist þegar oft er verið að hlaða niður Ni-Cd rafhlöður að hluta: Kerfið hagar sér eins og afkastageta þess sé aðeins jöfn hleðslunni sem endurhlaðast. Í sumum gerðum hleðslutækja er hægt að minnka „minnisáhrif“ með því að hlaða frumurnar í sérstökum ham.

Þess vegna ætti að hlaða tæmdar nikkel-kadmíum rafhlöður í fullri lotu: fyrst alveg tæmd (með viðeigandi hleðslutæki) og síðan endurhlaða. Tíð endurhleðsla dregur einnig úr áætluðum líftíma um 1000-1500 lotur (að mörgum einnota frumum verður skipt út fyrir eina rafhlöðu á líftíma hennar, þannig að hærri kaupkostnaður mun borga sig margfalt til baka, svo ekki sé minnst á mun minna álag á rafhlöðuna ). umhverfi með framleiðslu og förgun frumna).

Skipt hefur verið um Ni-Cd frumefni sem innihalda eitrað kadmíum nikkel-málmhýdríð rafhlöður (Ni-MH tilnefning). Uppbygging þeirra er svipuð Ni-Cd rafhlöðum, en í stað kadmíums er notuð gljúp málmblendi (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, sjaldgæfir jarðmálmar) með getu til að taka upp vetni (4). Rekstrarspenna Ni-MH frumunnar er einnig um 1,2 V, sem gerir þeim kleift að nota til skiptis með NiCd rafhlöðum. Afkastageta nikkelmálmhýdríðfrumna er meiri en nikkelkadmíumfrumna af sömu stærð. Hins vegar, NiMH kerfi sjálflosun hraðar. Nú þegar er nútíma hönnun sem hefur ekki þennan galla, en þeir kosta miklu meira en venjulegar gerðir.

Nikkel-málmhýdríð rafhlöður sýna ekki „minnisáhrif“ (hægt er að endurhlaða frumur sem hafa verið tæmdar að hluta). Hins vegar er alltaf nauðsynlegt að athuga hleðslukröfur hverrar tegundar í leiðbeiningum fyrir hleðslutækið (5).

Þegar um er að ræða Ni-Cd og Ni-MH rafhlöður mælum við ekki með því að taka þær í sundur. Í fyrsta lagi munum við ekki finna neitt gagnlegt í þeim. Í öðru lagi eru nikkel og kadmíum ekki öruggir þættir. Taktu ekki áhættu að óþörfu og láttu þjálfaða fagaðila farguna.

Konungur safnara, það er...

6. "Kóngur batteríanna" í vinnunni.

… Blý-sýru rafhlaða, byggð árið 1859 af frönskum eðlisfræðingi Gaston Plantego (já, já, tækið verður 161 árs á þessu ári!). Rafhlaðan raflausn er um 37% brennisteinssýru (VI) lausn og rafskautin eru blý (skaut) og blý húðuð með lag af blýdíoxíði PbO.₂ (bakskaut). Við notkun myndast botnfall af blý(II)(II)PbSO súlfati á rafskautunum₄. Við hleðslu er spenna í einum klefa meira en 2 volt.

blý rafhlaða það hefur í raun alla ókosti: veruleg þyngd, næmi fyrir útskrift og lágt hitastig, nauðsyn á að geyma í hlaðnu ástandi, hætta á árásargjarnri raflausnsleka og notkun eitraðra málma. Að auki krefst það vandaðrar meðhöndlunar: athuga þéttleika raflausnarinnar, bæta vatni í hólf (notið aðeins eimað eða afjónað), spennustjórnun (að falla undir 1,8 V í einu hólfinu getur skaðað rafskautin) og sérstakan hleðsluham.

Svo hvers vegna er forna mannvirkið enn í notkun? „Konungur safnara“ hefur það sem er eiginleiki raunverulegs höfðingja - vald. Mikil straumnotkun og mikil orkunýting allt að 75% (þetta magn af orku sem notuð er til hleðslu er hægt að endurheimta meðan á notkun stendur), sem og einföld hönnun og lágur framleiðslukostnaður, gera það að verkum að blý rafhlaða Það er ekki aðeins notað til að ræsa brunahreyfla, heldur einnig sem þáttur í neyðaraflgjafa. Þrátt fyrir 160 ára sögu gengur blýrafhlaðan enn vel og hefur ekki verið skipt út fyrir aðrar gerðir af þessum tækjum (og þar með blý sjálft, sem, þökk sé rafhlöðunni, er einn af þeim málmum sem framleiddir eru í mestu magni) . Svo lengi sem vélknúin virkjun byggð á brunahreyflum heldur áfram að þróast mun stöðu hennar líklega ekki vera ógnað (6).

Uppfinningamenn hættu ekki að reyna að búa til staðgengill fyrir blýsýru rafhlöðuna. Sumar gerðirnar urðu vinsælar og eru enn notaðar í bílaiðnaðinum í dag. Um aldamótin nítjándu og tuttugustu urðu til hönnun þar sem H lausn var ekki notuð.₂SO₄en basísk raflausn. Dæmi er nikkel-kadmíum rafhlaða Ernst Jungner sem sýnd er hér að ofan. Árið 1901 Thomas Alva Edison breytt hönnuninni til að nota járn í stað kadmíums. Í samanburði við sýrurafhlöður eru alkaline rafhlöður miklu léttari, geta starfað við lágt hitastig og ekki eins erfiðar í meðförum. Hins vegar er framleiðsla þeirra dýrari og orkunýting minni.

Svo, hvað er næst?

Auðvitað tæma greinarnar um rafhlöður ekki spurningarnar. Þeir fjalla til dæmis ekki um litíum frumur, sem einnig eru almennt notaðar til að knýja heimilistæki eins og reiknivélar eða tölvumóðurborð. Þú getur lært meira um þau í janúargreininni um Nóbelsverðlaunin í efnafræði í fyrra og um verklega hlutann - eftir mánuð (þar á meðal niðurrif og reynsla).

Það eru góðar horfur fyrir frumur, sérstaklega rafhlöður. Heimurinn er að verða sífellt hreyfanlegri, sem þýðir að það þarf að verða óháð rafstrengjum. Að tryggja skilvirka orkugjafa fyrir rafknúin farartæki er líka stórt vandamál. - þannig að þeir geti keppt við bíla með brunavél líka hvað varðar skilvirkni.

rafgeymir rafgeymis

Til að auðvelda auðkenningu frumutegunda hefur sérstakur alstafakóði verið tekinn upp. Fyrir þær tegundir sem oftast finnast á heimilum okkar fyrir lítil tæki, hefur það formið númer-bókstafur-stafur-númer.

Og já:

- fyrsti stafurinn er fjöldi frumna; hunsuð fyrir stakar frumur;

– fyrsti stafurinn gefur til kynna frumugerðina. Þegar það vantar ertu að fást við Leclanche hlekkinn. Aðrar frumugerðir eru merktar sem hér segir:

C - litíumfruma (algengasta tegundin),

H - Ni-MH rafhlaða,

K – nikkel-kadmíum rafhlaða,

L - basísk fruma;

- eftirfarandi bókstafur gefur til kynna lögun hlekksins:

F - diskur,

R - sívalur,

P - almenna merkingu tengla með aðra lögun en sívalur;

- endanleg mynd eða tölur gefa til kynna stærð hlekksins (verðmæti vörulista eða gefa beint til kynna mál) (7).

7. Mál vinsælra frumna og rafhlöðu.

Merkingardæmi:

R03
- sink-grafít fruma á stærð við litla fingur. Önnur heiti er AAA eða.

LR6 - basísk fruma á stærð við fingur. Önnur heiti er AA eða.

HR14 - Ni-MH rafhlaða; bókstafurinn C er einnig notaður til að gefa til kynna stærð.

KR20 – Ni-Cd rafhlaða, stærð hennar er einnig merkt með bókstafnum D.

3LR12 – flöt rafhlaða með 4,5 V spennu, sem samanstendur af þremur sívölum basískum frumum.

6F22 - 9 volta rafhlaða, sem samanstendur af sex Leclanchet flötum frumum.

CR2032 – litíum klefi með þvermál 20 mm og þykkt 3,2 mm.

Sjá einnig: