- Типы батарей
- 1. Первичные батареи
- 2. Вторичные батареи
- 1. Никель-кадмиевые батареи.
- 2. Никель-металлогидридные батареи.
- 3. Литий-ионные батареи
- 4. Свинцово-кислотные батареи.
- Выбор подходящей батареи для вашего приложения
Батарея - это совокупность одной или нескольких ячеек, которые подвергаются химическим реакциям, создавая поток электронов в цепи. В области аккумуляторных технологий ведется много исследований и улучшений, и в результате в настоящее время во всем мире испытываются и используются прорывные технологии. Батареи вошли в игру из-за необходимости хранить генерируемую электрическую энергию. Поскольку генерировалось хорошее количество энергии, важно было сохранить энергию, чтобы ее можно было использовать при отключении генерации или когда возникает необходимость в питании автономных устройств, которые нельзя привязать к источнику питания от сети. Здесь следует отметить, что в батареях может храниться только постоянный ток, а переменный ток не может храниться.
Батарейные элементы обычно состоят из трех основных компонентов;
- Анод (отрицательный электрод)
- Катод (положительный электрод)
- Электролиты
Анод - это отрицательный электрод, который производит электроны во внешнюю цепь, к которой подключен аккумулятор. Когда батареи подключены, на аноде начинается накопление электронов, которое вызывает разность потенциалов между двумя электродами. Затем электроны естественным образом пытаются перераспределиться, этому препятствует электролит, поэтому, когда электрическая цепь подключена, она обеспечивает свободный путь для движения электронов от анода к катоду, тем самым запитывая цепь, к которой он подключен. Изменяя компоновку и материал, используемый для изготовления анода, катода и электролита, мы можем достичь многих различных типов химического состава батарей, что позволяет нам разрабатывать различные типы аккумуляторных элементов. В этой статье мы расскажем о различных типах батарей и их использовании., так что приступим.
Типы батарей
Батареи обычно можно разделить на различные категории и типы, в зависимости от химического состава, размера, форм-фактора и вариантов использования, но под всеми из них можно выделить два основных типа батарей;
- Первичные батареи
- Вторичные батареи
Давайте посмотрим глубже, чтобы понять основные различия между первичной и вторичной ячейками.
1. Первичные батареи
Первичные батареи - это батареи, которые нельзя перезарядить после разряда. Первичные батареи состоят из электрохимических элементов, электрохимическая реакция которых необратима.
Первичные батареи существуют в различных формах , от батарейки типа «таблетка» до батареек AA. Они обычно используются в автономных приложениях, где зарядка нецелесообразна или невозможна. Хороший пример этого - устройства военного класса и оборудование с батарейным питанием. Использовать аккумуляторные батареи будет непрактично, так как перезарядка батареи будет последним, о чем будут думать солдаты. Первичные батареи всегда имеют высокую удельную энергию, а системы, в которых они используются, всегда рассчитаны на потребление небольшого количества энергии, чтобы батарея прослужила как можно дольше.
Некоторые другие примеры устройств, использующих первичные батареи, включают: Стрелки, трекеры животных, наручные часы, пульты дистанционного управления и детские игрушки, и это лишь некоторые из них.
Самый популярный тип первичных батарей - щелочные батареи. Они обладают высокой удельной энергией, экологически безопасны, экономичны и не протекают даже при полной разрядке. Они могут храниться в течение нескольких лет, имеют хорошие показатели безопасности и могут перевозиться на борту самолета без соблюдения транспортных и других правил ООН. Единственным недостатком щелочных батарей является низкий ток нагрузки, что ограничивает их использование устройствами с низким потреблением тока, такими как пульты дистанционного управления, фонарики и портативные развлекательные устройства.
2. Вторичные батареи
Вторичные батареи - это батареи с электрохимическими элементами, химические реакции которых можно обратить вспять, приложив к батарее определенное напряжение в обратном направлении. Также называемые перезаряжаемыми батареями, вторичные элементы, в отличие от первичных, можно перезаряжать после того, как энергия на батарее будет израсходована.
Они обычно используются в приложениях с большим потреблением энергии и других сценариях, где будет либо слишком дорого, либо нецелесообразно использовать однозарядные батареи. Вторичные батареи малой емкости используются для питания портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, и других гаджетов и приборов, в то время как сверхмощные батареи используются для питания различных электромобилей и других приложений с высоким энергопотреблением, таких как выравнивание нагрузки при производстве электроэнергии. Они также используются в качестве автономных источников питания вместе с инверторами для подачи электроэнергии.. Хотя первоначальная стоимость приобретения аккумуляторных батарей всегда намного выше, чем стоимость первичных батарей, в долгосрочной перспективе они являются наиболее рентабельными.
Вторичные батареи можно разделить на несколько других типов в зависимости от их химического состава . Это очень важно, потому что химический состав определяет некоторые характеристики батареи, включая ее удельную энергию, срок службы, срок годности и цену, чтобы упомянуть некоторые из них.
Ниже приведены различные типы обычно используемых аккумуляторных батарей.
- Литий-ионный (Li-ion)
- Никель-кадмий (Ni-Cd)
- Никель-металлогидрид (Ni-MH)
- Свинцово-кислотный
1. Никель-кадмиевые батареи.
Никель-кадмиевый аккумулятор (никель-кадмиевый аккумулятор или никель-кадмиевый аккумулятор) представляет собой тип аккумуляторной батареи, в которой в качестве электродов используются гидроксид никеля и металлический кадмий. Никель-кадмиевые батареи превосходно поддерживают напряжение и заряд, когда они не используются. Однако батареи NI-Cd легко становятся жертвой страшного эффекта «памяти», когда частично заряженная батарея перезаряжается, что снижает будущую емкость батареи.
По сравнению с другими типами перезаряжаемых элементов, никель-кадмиевые батареи обеспечивают хороший срок службы и производительность при низких температурах с хорошей емкостью, но их наиболее значительным преимуществом будет их способность обеспечивать полную номинальную емкость при высоких скоростях разряда. Они доступны в различных размерах, включая размеры, используемые для щелочных батарей, от AAA до D. Ni-Cd элементы используются по отдельности или собираются в пакетах из двух или более элементов. Маленькие пакеты используются в портативных устройствах, электронике и игрушках, в то время как более крупные находят применение в пусковых батареях самолетов, электромобилях и резервных источниках питания.
Некоторые свойства никель-кадмиевых батарей перечислены ниже.
- Удельная энергия: 40-60 Вт-ч / кг
- Плотность энергии: 50-150 Втч / л
- Удельная мощность: 150 Вт / кг
- Эффективность заряда / разряда: 70-90%
- Скорость саморазряда: 10% / мес.
- Долговечность / срок службы: 2000 циклов
2. Никель-металлогидридные батареи.
Металлогидрид никеля (Ni-MH) - это еще один тип химической конфигурации, используемой для аккумуляторных батарей. Химическая реакция на положительном электроде батарей аналогична реакции в никель-кадмиевом элементе (NiCd), причем оба типа батарей используют один и тот же гидроксид оксида никеля (NiOOH). Однако отрицательные электроды в никель-металлогидриде используют сплав, поглощающий водород, вместо кадмия, который используется в никель-кадмиевых батареях.
Батареи NiMH находят применение в устройствах с высоким энергопотреблением из-за их большой емкости и плотности энергии. Аккумулятор NiMH может иметь емкость в два-три раза больше, чем аккумулятор NiCd того же размера, а его плотность энергии может приближаться к плотности литий-ионного аккумулятора. В отличие от химии NiCd, батареи, основанные на химии NiMH, не подвержены эффекту «памяти», который испытывают NiCad.
Ниже приведены некоторые свойства батарей на основе химии никель-металлгидрида;
- Удельная энергия: 60-120 ч / кг
- Плотность энергии: 140-300 Втч / л
- Удельная мощность: 250-1000 Вт / кг
- Эффективность заряда / разряда: 66% - 92%
- Скорость саморазряда: 1,3-2,9% / месяц при 20 o C
- Цикл Прочность / жизнь: 180-2000
3. Литий-ионные батареи
Литий-ионные батареи - один из самых популярных типов аккумуляторных батарей. Существует много различных типов литиевых батарей, но среди всех литий-ионных батарей используются наиболее часто. Вы можете найти эти литиевые батареи в различных формах, популярных среди электромобилей и других портативных устройств. Если вам интересно узнать больше об аккумуляторах, используемых в электромобилях, вы можете прочитать эту статью о батареях для электромобилей. Они встречаются в различных портативных устройствах, включая мобильные телефоны, интеллектуальные устройства и некоторые другие аккумуляторные устройства, используемые дома. Благодаря легкости они также находят применение в аэрокосмической и военной промышленности.
Литий-ионные батареи представляют собой тип перезаряжаемых батарей, в которых ионы лития от отрицательного электрода мигрируют к положительному электроду во время разряда и возвращаются обратно к отрицательному электроду, когда батарея заряжается. Литий-ионные батареи используют интеркалированное соединение лития в качестве материала одного электрода, по сравнению с металлическим литием, используемым в неперезаряжаемых литиевых батареях.
Литий-ионные батареи обычно обладают высокой плотностью энергии, небольшим эффектом памяти или отсутствием его и низким саморазрядом по сравнению с другими типами батарей. Их химический состав, производительность и стоимость различаются в зависимости от сценария использования, например, литий-ионные аккумуляторы, используемые в портативных электронных устройствах, обычно основаны на оксиде литий-кобальта (LiCoO 2), который обеспечивает высокую плотность энергии и низкие риски безопасности при повреждении, когда литий-ионные батареи на основе фосфата лития и железа, которые предлагают более низкую плотность энергии, более безопасны из-за меньшей вероятности возникновения неблагоприятных событий, широко используются для питания электрических инструментов и медицинского оборудования. Литий-ионные аккумуляторы предлагают лучшее соотношение производительности и веса, а литий-серные аккумуляторы - самое высокое.
Некоторые из свойств литий-ионных батарей перечислены ниже;
- Удельная энергия: 100: 265 Вт-ч / кг
- Плотность энергии: 250: 693 Вт · ч / л
- Удельная мощность: 250: 340 Вт / кг
- Процент заряда / разряда: 80-90%
- Цикл Долговечность: 400: 1200 циклов
- Номинальное напряжение ячейки: NMC 3,6 / 3,85 В
4. Свинцово-кислотные батареи.
Свинцово-кислотные аккумуляторы - это недорогая надежная рабочая лошадка, используемая в тяжелых условиях. Обычно они очень большие и из-за своего веса всегда используются в непортативных приложениях, таких как накопление энергии на солнечных батареях, зажигание и освещение транспортных средств, резервное питание и выравнивание нагрузки при производстве / распределении электроэнергии. Свинцово-кислотные аккумуляторы являются самым старым типом аккумуляторных батарей, которые по-прежнему актуальны и важны в современном мире. Свинцово-кислотные батареи имеют очень низкое отношение энергии к объему и энергии к весу, но они имеют относительно большое отношение мощности к весу и, как следствие, при необходимости могут обеспечивать огромные импульсные токи. Эти свойства наряду с низкой стоимостью делают эти батареи привлекательными для использования в нескольких сильноточных приложениях, таких как питание стартерных двигателей автомобилей и хранение в резервных источниках питания.Вы также можете ознакомиться со статьей о работе свинцово-кислотных аккумуляторов, если хотите узнать больше о различных типах свинцово-кислотных аккумуляторов, их конструкции и областях применения.
У каждой из этих батарей есть своя область, которая лучше всего подходит, и изображение ниже помогает выбрать между ними.
Выбор подходящей батареи для вашего приложения
Одной из основных проблем, препятствующих технологическим революциям, таким как IoT, является мощность, время автономной работы влияет на успешное развертывание устройств, требующих длительного времени автономной работы, и даже несмотря на то, что для продления срока службы аккумулятора принимаются несколько методов управления питанием, необходимо выбрать совместимый аккумулятор. для достижения желаемого результата.
Ниже приведены некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе правильного типа батареи для вашего проекта.
1. Плотность энергии: Плотность энергии - это общее количество энергии, которое может храниться на единицу массы или объема. Это определяет, как долго ваше устройство остается включенным, прежде чем ему потребуется подзарядка.
2. Плотность мощности: максимальная скорость разряда энергии на единицу массы или объема. Низкое энергопотребление: ноутбук, i-pod. Высокая мощность: электроинструменты.
3. Безопасность. Важно учитывать температуру, при которой устройство, которое вы собираете, будет работать. При высоких температурах некоторые компоненты батареи выходят из строя и могут подвергаться экзотермическим реакциям. Высокие температуры обычно снижают производительность большинства батарей.
4. Долговечность в течение жизненного цикла. Стабильность плотности энергии и удельной мощности батареи при повторяющихся циклах (зарядка и разрядка) необходима для длительного срока службы батареи, необходимого для большинства приложений.
5. Стоимость: Стоимость - важная часть любых инженерных решений, которые вы будете принимать. Важно, чтобы стоимость выбранного вами аккумулятора была соизмерима с его производительностью и не приводила к чрезмерному увеличению общей стоимости проекта.