Batterijen - soorten en werkend

Batterijen zijn de meest voorkomende stroombron voor eenvoudige handheld-apparaten tot grootschalige industriële toepassingen. Een batterij kan worden gedefinieerd als een combinatie van een of meer elektrochemische cellen die in staat zijn om opgeslagen chemische energie om te zetten in elektrische energie.

Werking van batterij:

Een batterij is een apparaat dat bestaat uit verschillende voltaïsche cellen. Elke voltaïsche cel bestaat uit twee halve cellen die in serie zijn verbonden door een geleidende elektrolyt die anionen en kationen bevat. Een halfcel bevat elektrolyt en de elektrode waarnaar anionen bewegen, d.w.z. de anode of negatieve elektrode, de andere halfcel bevat elektrolyt en de elektrode waarnaar kationen bewegen, d.w.z. de kathode of positieve elektrode.

Bij de redoxreactie die de batterij aandrijft, vindt reductie plaats tot kationen aan de kathode, terwijl oxidatie plaatsvindt tot anionen aan de anode. De elektroden raken elkaar niet, maar zijn elektrisch met elkaar verbonden door de elektrolyt. Meestal hebben de halve cellen verschillende elektrolyten. Alles bij elkaar genomen is elke halfcel ingesloten in een container en een separator die poreus is voor ionen, maar niet het grootste deel van de elektrolyten verhindert vermenging.

Werking van de batterij

Elke halve cel heeft een elektromotorische kracht (Emf), die wordt bepaald door zijn vermogen om elektrische stroom van binnen naar buiten te sturen. De netto emf van de cel is het verschil tussen de emf van zijn halve cellen. Op deze manier, als de elektroden emf hebben, met andere woorden, de netto emf is het verschil tussen de reductiepotentialen van de halfreacties.

Hoe de batterij onderhouden?

Om de batterij in goede staat te houden, is batterijegalisatie nodig. Door veroudering worden niet alle cellen op dezelfde manier opgeladen en sommige cellen accepteren de lading extreem snel, terwijl andere geleidelijk worden opgeladen. Egalisatie kan worden gedaan door de batterij iets te veel op te laden, zodat de zwakkere cellen ook volledig kunnen opladen. De klemspanning van een volledig opgeladen batterij is 12 V, de auto-batterij toont 13,8 V in de aansluitingen, terwijl een 12 volt buisvormige batterij 14,8 V aangeeft. De auto-accu moet stevig in het voertuig worden bevestigd om schudden te voorkomen. De omvormerbatterij moet indien mogelijk op een houten plank worden geplaatst.

2 soorten batterijen

1) Primaire batterijen:

Zoals de naam aangeeft, zijn deze batterijen bedoeld voor eenmalig gebruik. Als deze batterijen eenmaal zijn gebruikt, kunnen ze niet meer worden opgeladen, aangezien de apparaten niet gemakkelijk omkeerbaar zijn en actieve materialen mogelijk niet terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm. Batterijfabrikanten raden het herladen van primaire cellen af.

Enkele voorbeelden van wegwerpbatterijen zijn de normale AA-, AAA-batterijen die we gebruiken in wandklokken, tv-afstandsbedieningen enz. Een andere naam voor deze batterijen zijn wegwerpbatterijen.

Typen batterij

2) Secundaire batterijen:

Secundaire batterijen worden ook wel oplaadbare batterijen genoemd. Deze batterijen kunnen tegelijkertijd worden gebruikt en worden opgeladen. Ze worden meestal samengesteld met actieve materialen met actieve stoffen in de ontladen toestand. Oplaadbare batterijen worden opgeladen door elektrische stroom toe te passen, die de chemische reacties die optreden tijdens het ontladen omkeert. Opladers zijn apparaten die de benodigde stroom leveren.

Enkele voorbeelden van deze oplaadbare batterijen zijn de batterijen die worden gebruikt in mobiele telefoons, mp3-spelers enz. Apparaten zoals gehoorapparaten en polshorloges gebruiken miniatuurcellen en op plaatsen zoals telefooncentrales of computerdatacentra worden grotere batterijen gebruikt.

Secundaire batterijen

Soorten secundaire (oplaadbare) batterijen:

SMF, Lead Acid, Li en Nicd

SMF-batterij:

SMF is een verzegelde onderhoudsvrije batterij, ontworpen om betrouwbaar, consistent en onderhoudsarm vermogen te bieden voor UPS-toepassingen. Deze batterijen kunnen worden onderworpen aan deep-cycle-toepassingen en minimaal onderhoud in landelijke gebieden en gebieden met stroomtekorten. Deze accu's zijn verkrijgbaar vanaf 12V.

In de informatieve wereld van vandaag kan men niet over het hoofd zien dat batterijsystemen zijn ontworpen om cruciale gekwalificeerde gegevens en informatie te herstellen en basisinstrumenten uit te voeren voor de gewenste duur. Batterijen zijn nodig om direct vermogen te leveren. Onbetrouwbare en inferieure batterijen kunnen leiden tot gegevensverlies en uitval van apparatuur, wat bedrijven aanzienlijke financiële verliezen kan kosten. Vervolgens vragen de UPS-segmenten om het gebruik van een betrouwbaar en bewezen batterijsysteem.

SMF-batterij

Lithium (Li) batterij:

We gebruiken het allemaal in draagbare apparaten zoals een mobiele telefoon, een laptop of een elektrisch gereedschap. De lithiumbatterij is het afgelopen decennium een ​​van de grootste prestaties op het gebied van draagbare stroomvoorziening geweest. Met het gebruik van lithiumbatterijen hebben we kunnen overschakelen van zwart-witmobielen naar kleurenmobielen met extra functies zoals gps, e-mailwaarschuwingen enz. Dit zijn de hoge potentiële apparaten met energiedichtheid voor hogere capaciteiten. En relatief lage zelfontlading accu's. Ook speciale cellen kunnen zeer hoge stroom leveren aan toepassingen zoals elektrisch gereedschap.

Li-batterij

Nikkel-cadmium (Nicd) batterij:

De nikkel-cadmiumbatterijen hebben het voordeel dat ze vele malen worden opgeladen en hebben een relatief constant potentieel tijdens het ontladen en hebben meer elektrische en fysieke weerstandsvermogen. Deze batterij gebruikt nikkeloxide voor kathode, een cadmiumverbinding voor anode en kaliumhydroxideoplossing als elektrolyt.

Wanneer de batterij is opgeladen, verandert de chemische samenstelling van de kathode en verandert het nikkelhydroxide in NIOOH. In de anode vindt vorming van cadmiumionen plaats uit cadmiumhydroxide. Wanneer de batterij leeg is, reageert het cadmium met NiOOH om weer nikkelhydroxide en cadmiumhydroxide te vormen.

Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Lood zuur batterij:

Loodzuurbatterijen worden veel gebruikt in auto's, omvormers, noodstroomsystemen enz. In tegenstelling tot buisvormige en onderhoudsvrije batterijen, hebben loodzuurbatterijen de juiste zorg en onderhoud nodig om de levensduur te verlengen. De loodzuurbatterij bestaat uit een reeks platen die ondergedompeld worden gehouden in zwavelzuuroplossing. De platen hebben roosters waarop het actieve materiaal is bevestigd. De platen zijn onderverdeeld in positieve en negatieve platen. De positieve platen bevatten puur lood als het actieve materiaal, terwijl loodoxide op de negatieve platen is bevestigd.

Lood zuur batterij

Een volledig opgeladen accu kan zijn stroom ontladen wanneer deze op een belasting is aangesloten. Tijdens het ontladingsproces combineert het zwavelzuur met de actieve materialen op de positieve en negatieve platen, wat leidt tot de vorming van loodsulfaat. Water is de allerbelangrijkste stap bij het onderhouden van een loodzuuraccu. De frequentie van water is afhankelijk van gebruik, oplaadmethode en bedrijfstemperatuur. Tijdens het proces reageren de waterstofatomen uit het zwavelzuur met zuurstof om water te vormen.

Dit resulteert in het vrijkomen van elektronen uit de positieve platen die door de negatieve platen worden geaccepteerd. Dit leidt tot de vorming van een elektrisch potentiaal over de batterij. De elektrolyt in de loodzuuraccu is een mengsel van zwavelzuur en water met een soortelijk gewicht. Soortelijk gewicht is het gewicht van het zuur-watermengsel vergeleken met een gelijk volume water. Het soortelijk gewicht van zuiver ionenvrij water is 1.

De loodzuuraccu's bieden de beste waarde voor vermogen en energie per kilowattuur, hebben de langste levenscyclus en een groot milieuvoordeel doordat ze met een buitengewoon hoge snelheid worden gerecycled. Geen enkele andere chemie kan de bestaande infrastructuur voor het inzamelen, transporteren en recyclen van loodzuuraccu's raken.

Samen met dit artikel wordt de lithium-ionbatterij besproken met zijn voor- en nadelen.

Werking van lithium - ionbatterij

Lithium-ion-batterijen zijn nu populair in de meeste elektronische draagbare apparaten zoals mobiele telefoons, laptops, digitale camera's, enz. Vanwege hun langdurige energie-efficiëntie. Dit zijn de meest populaire oplaadbare batterijen met voordelen als de beste energiedichtheid, verwaarloosbaar ladingsverlies en geen geheugeneffect. Li-ionbatterijen gebruiken lithiumionen als ladingsdragers die van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode gaan tijdens het ontladen en terug tijdens het opladen. Tijdens het opladen zorgt de externe stroom van de oplader voor een overspanning dan die in de accu. Dit dwingt de stroom om in de omgekeerde richting van de positieve naar de negatieve elektrode te gaan, waar de lithiumionen worden ingebed in het poreuze elektrodemateriaal via een proces dat intercalatie wordt genoemd. De Li-ionen passeren de niet-waterige elektrolyt en een scheidingsdiafragma. Het elektrodemateriaal is een geïntercaleerde lithiumverbinding.

De negatieve elektrode van de Li-Ion-batterij is gemaakt van koolstof en de positieve elektrode is een metaaloxide. Het meest gebruikte materiaal in de negatieve elektrode is grafiet, terwijl dat in de positieve elektrode lithiumkobaltoxide, lithiumionfosfaat of lithiummangaanoxide kan zijn. Als elektrolyt wordt lithiumzout in een organisch oplosmiddel gebruikt. De elektrolyt is typisch een mengsel van organische carbonaten zoals ethyleencarbonaat of diethylcarbonaat dat lithiumionen bevat. De elektrolyt maakt gebruik van anionzouten zoals lithiumhexafluorfosfaat, lithiumhexafluorarsenaatmonohydraat, lithiumperchloraat, lithiumhexafluorboraat enz. Afhankelijk van het gebruikte zout varieert de spanning, capaciteit en levensduur van de batterij. Zuiver lithium reageert krachtig met water om lithiumhydroxide en waterstofionen te vormen. Dus de gebruikte elektrolyt is een niet-waterig organisch oplosmiddel. De elektrochemische rol van de lading van de elektroden tussen anode en kathode hangt af van de richting van de stroom.

Reactie van Li-ionbatterij

In de Li-Ion-batterij kunnen beide elektroden lithiumionen opnemen en afgeven. Tijdens het intercalatieproces komen de lithiumionen in de elektrode. Tijdens het omgekeerde proces dat de intercalatie wordt genoemd, gaan de lithiumionen terug. Tijdens het ontladen worden de positieve lithiumionen uit de negatieve elektroden gehaald en in de positieve elektrode gestoken. Tijdens het laadproces vindt de omgekeerde beweging van lithiumionen plaats.

Voordelen van lithium - ionbatterij:

Lithium-ionbatterijen presteren beter dan NiCd-batterijen en andere secundaire batterijen. Enkele voordelen zijn

• Licht van gewicht in vergelijking met andere batterijen van vergelijkbare grootte
• Verkrijgbaar in verschillende vormen, waaronder platte vorm
• Hoge nullastspanning die de krachtoverdracht bij lage stroom verhoogt
• Gebrek aan geheugeneffect.
• Zeer lage zelfontlading van 5-10% per maand. De zelfontlading is ongeveer 30% bij NiCd- en NiMh-batterijen.
• Milieuvriendelijke batterij zonder vrij lithiummetaal

Maar naast de voordelen, zoals andere batterijen, heeft een Li-Ion-batterij ook enkele nadelen.

Nadelen van Li-ionbatterijen:

• De afzettingen in de elektrolyt zullen na verloop van tijd de stroom van lading remmen. Dit verhoogt de interne weerstand van de batterij en het vermogen van de cel om stroom te leveren neemt geleidelijk af.
• Een hoge oplading en hoge temperaturen kunnen leiden tot capaciteitsverlies
• Bij oververhitting kan de Li-Ion-batterij thermisch weglopen en kan de cel scheuren.
• Diepe ontlading kan kortsluiting veroorzaken in de Li-ionbatterij. Om dit te voorkomen, hebben sommige merken een intern uitschakelcircuit dat de batterij uitschakelt wanneer de spanning hoger is dan het veilige niveau van 3 tot 4,2 volt. In dit geval, wanneer de batterij gedurende lange tijd niet wordt gebruikt, verbruikt het interne circuit stroom en loopt de batterij leeg tot onder de uitschakelspanning. Voor het opladen van dergelijke accu's zijn normale laders dus niet zinvol.