Batterien - Typen & Arbeiten

Batterien sind die häufigste Stromquelle für grundlegende Handheld-Geräte für industrielle Großanwendungen. Eine Batterie kann als eine Kombination aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen definiert werden, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln können.

Funktionieren der Batterie:

Eine Batterie ist ein Gerät, das aus verschiedenen Voltaikzellen besteht. Jede Voltaikzelle besteht aus zwei Halbzellen, die durch einen leitenden Elektrolyten, der Anionen und Kat-Ionen enthält, in Reihe geschaltet sind. Eine Halbzelle enthält Elektrolyt und die Elektrode, zu der sich Anionen bewegen, d. H. Die Anode oder negative Elektrode, die andere Halbzelle enthält Elektrolyt und die Elektrode, zu der sich Kat-Ionen bewegen, d. H. Die Kathode oder positive Elektrode.

Bei der Redoxreaktion, die die Batterie antreibt, erfolgt eine Reduktion zu Kationen an der Kathode, während eine Oxidation zu Anionen an der Anode auftritt. Die Elektroden berühren sich nicht, sondern sind durch den Elektrolyten elektrisch verbunden. Meistens haben die Halbzellen unterschiedliche Elektrolyte. Alles in allem ist jede Halbzelle in einem Behälter eingeschlossen und ein Separator, der für Ionen porös ist, aber nicht die Masse der Elektrolyte, verhindert das Mischen.

Funktionieren der Batterie

Jede Halbzelle hat eine elektromotorische Kraft (EMK), die durch ihre Fähigkeit bestimmt wird, elektrischen Strom vom Inneren zum Äußeren der Zelle zu treiben. Die Netto-EMK der Zelle ist die Differenz zwischen der EMK ihrer Halbzellen. Auf diese Weise ist, wenn die Elektroden eine EMK haben und mit anderen Worten, die Netto-EMK die Differenz zwischen den Reduktionspotentialen der Halbreaktionen.

Wie pflege ich die Batterie?

Um die Batterie in gutem Zustand zu halten, ist ein Batterieausgleich erforderlich. Aufgrund des Alterns laden sich nicht alle Zellen ähnlich auf und einige Zellen akzeptieren die Ladung extrem schnell, während andere sich allmählich aufladen. Der Ausgleich kann durch geringfügiges Überladen des Akkus erfolgen, damit sich auch die schwächeren Zellen vollständig aufladen können. Die Klemmenspannung einer vollständig geladenen Batterie beträgt 12 V, die Autobatterie zeigt 13,8 V an ihren Klemmen, während eine 12-Volt-Röhrenbatterie 14,8 V anzeigt. Die Autobatterie sollte fest im Fahrzeug verankert sein, um ein Verwackeln zu vermeiden. Die Batterie des Wechselrichters sollte nach Möglichkeit auf ein Holzbrett gelegt werden.

2 Arten von Batterien

1) Primärbatterien:

Wie der Name schon sagt, sind diese Batterien für den einmaligen Gebrauch bestimmt. Sobald diese Batterien verwendet werden, können sie nicht mehr aufgeladen werden, da die Geräte nicht leicht umkehrbar sind und aktive Materialien möglicherweise nicht in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Batteriehersteller raten vom Aufladen von Primärzellen ab.

Einige Beispiele für Einwegbatterien sind die normalen AA-, AAA-Batterien, die wir in Wanduhren, Fernsehfernbedienungen usw. verwenden. Andere Namen für diese Batterien sind Einwegbatterien.

Typen Batterie

2) Sekundärbatterien:

Sekundärbatterien werden auch als wiederaufladbare Batterien bezeichnet. Diese Batterien können gleichzeitig verwendet und aufgeladen werden. Sie werden üblicherweise mit aktiven Materialien zusammengesetzt, die im entladenen Zustand aktiv sind. Wiederaufladbare Batterien werden durch Anlegen von elektrischem Strom aufgeladen, wodurch die chemischen Reaktionen, die während der Entladung auftreten, umgekehrt werden. Ladegeräte sind Geräte, die den erforderlichen Strom liefern.

Einige Beispiele für diese wiederaufladbaren Batterien sind die Batterien, die in Mobiltelefonen, MP3-Playern usw. verwendet werden. Geräte wie Hörgeräte und Armbanduhren verwenden Miniaturzellen, und an Orten wie Telefonzentralen oder Computerdatenzentren werden größere Batterien verwendet.

Sekundärbatterien

Arten von Sekundärbatterien (wiederaufladbar):

SMF, Bleisäure, Li und Nicd

SMF-Batterie:

SMF ist ein Versiegelte wartungsfreie Batterie, die eine zuverlässige, konsistente und wartungsarme Leistung für USV-Anwendungen bietet. Diese Batterien können Deep-Cycle-Anwendungen und minimalen Wartungsarbeiten in ländlichen Gebieten und Gebieten mit Stromausfall unterliegen. Diese Batterien sind ab 12V erhältlich.

In der heutigen informativen Welt kann man nicht übersehen, dass Batteriesysteme darauf ausgelegt sind, wichtige qualifizierte Daten und Informationen wiederherzustellen und grundlegende Instrumente für die gewünschte Dauer auszuführen. Für die sofortige Stromversorgung sind Batterien erforderlich. Unzuverlässige und minderwertige Batterien können zum Verlust von Daten und zum Herunterfahren von Geräten führen, was Unternehmen erhebliche finanzielle Verluste verursachen kann. Anschließend fordern die USV-Segmente den Einsatz eines zuverlässigen und bewährten Batteriesystems.

SMF-Batterie

Lithium (Li) Batterie:

Wir alle verwenden es in tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops oder Elektrowerkzeugen. Die Lithiumbatterie war in den letzten zehn Jahren eine der größten Errungenschaften im Bereich der tragbaren Stromversorgung. Mit Lithiumbatterien konnten wir von Schwarzweiß-Mobiltelefonen auf Farbhandys mit zusätzlichen Funktionen wie GPS, E-Mail-Benachrichtigungen usw. umsteigen. Dies sind die höchsten Energiedichtepotentialvorrichtungen für höhere Kapazitäten. Und relativ niedrige Selbstentladungsbatterien. Auch Spezialzellen können Anwendungen wie Elektrowerkzeuge mit sehr hohem Strom versorgen.

Li Batterie

Nickel Cadmium (Nicd) Batterie:

Die Nickel-Cadmium-Batterien haben den Vorteil, dass sie viele Male aufgeladen werden und während der Entladung ein relativ konstantes Potential besitzen und eine höhere elektrische und physikalische Belastbarkeit aufweisen. Diese Batterie verwendet Nickeloxid für die Kathode, eine Cadmiumverbindung für die Anode und Kaliumhydroxidlösung als Elektrolyt.

Wenn die Batterie geladen wird, wird die chemische Zusammensetzung der Kathode umgewandelt und das Nickelhydroxid ändert sich zu NIOOH. In der Anode findet die Bildung von Cadmiumionen aus Cadmiumhydroxid statt. Wenn die Batterie entladen ist, reagiert das Cadmium mit NiOOH unter Bildung von Nickelhydroxid und Cadmiumhydroxid.

Cd + 2H 2 O + 2 NiOOH -> 2 Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Blei-Säure-Batterie:

Blei-Säure-Batterien werden häufig in Kraftfahrzeugen, Wechselrichtern, Notstromsystemen usw. verwendet. Im Gegensatz zu röhrenförmigen und wartungsfreien Batterien erfordern Blei-Säure-Batterien eine angemessene Pflege und Wartung, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Die Blei-Säure-Batterie besteht aus einer Reihe von Platten, die in Schwefelsäurelösung eingetaucht sind. Die Platten haben Gitter, an denen das aktive Material angebracht ist. Die Platten sind in positive und negative Platten unterteilt. Die positiven Platten enthalten reines Blei als aktives Material, während Bleioxid an den negativen Platten angebracht ist.

Blei-Säure-Batterie

Ein vollständig geladener Akku kann seinen Strom entladen, wenn er an eine Last angeschlossen wird. Während des Entladevorgangs verbindet sich die Schwefelsäure mit den aktiven Materialien auf den positiven und negativen Platten, was zur Bildung von Bleisulfat führt. Wasser ist der wichtigste Schritt bei der Wartung einer Blei-Säure-Batterie. Die Häufigkeit von Wasser hängt vom Verbrauch, der Lademethode und der Betriebstemperatur ab. Während des Prozesses reagieren die Wasserstoffatome der Schwefelsäure mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser.

Dies führt zur Freisetzung von Elektronen von den positiven Platten, die von den negativen Platten akzeptiert werden. Dies führt zur Bildung eines elektrischen Potentials über der Batterie. Der Elektrolyt in der Blei-Säure-Batterie ist eine Mischung aus Schwefelsäure und Wasser mit einem spezifischen Gewicht. Das spezifische Gewicht ist das Gewicht des Säure-Wasser-Gemisches im Vergleich zum gleichen Wasservolumen. Das spezifische Gewicht von reinem ionenfreiem Wasser beträgt 1.

Die Blei-Säure-Batterien bieten den besten Wert für Leistung und Energie pro Kilowattstunde, haben den längsten Lebenszyklus und einen großen Umweltvorteil, da sie mit einer außerordentlich hohen Rate recycelt werden. Keine andere Chemie kann die Infrastruktur zum Sammeln, Transportieren und Recyceln von Blei-Säure-Batterien berühren.

Zusammen mit diesem Artikel wird der Lithium-Ionen-Akku mit seinen Vor- und Nachteilen erörtert.

Funktionieren der Lithium-Ionen-Batterie

Lithium-Ionen-Batterien sind heutzutage in den meisten tragbaren elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops, Digitalkameras usw. aufgrund ihrer lang anhaltenden Energieeffizienz beliebt. Dies sind die beliebtesten wiederaufladbaren Batterien mit Vorteilen wie bester Energiedichte, vernachlässigbarem Ladungsverlust und keinem Memory-Effekt. Li-Ionen-Akkus verwenden Lithium-Ionen als Ladungsträger, die sich während der Entladung von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode und beim Laden zurück bewegen. Während des Ladevorgangs legt der externe Strom vom Ladegerät eine Überspannung an als die im Akku. Dies zwingt den Strom, in umgekehrter Richtung von der positiven zur negativen Elektrode zu fließen, wo die Lithiumionen durch einen als Interkalation bezeichneten Prozess in das poröse Elektrodenmaterial eingebettet werden. Die Li-Ionen passieren den nichtwässrigen Elektrolyten und eine Separatormembran. Das Elektrodenmaterial ist eine interkalierte Lithiumverbindung.

Die negative Elektrode der Li-Ionen-Batterie besteht aus Kohlenstoff und die positive Elektrode ist ein Metalloxid. Das am häufigsten verwendete Material in der negativen Elektrode ist Graphit, während das in der positiven Elektrode Lithiumkobaltoxid, Lithiumionenphosphat oder Lithiummanganoxid sein kann. Als Elektrolyt wird Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel verwendet. Der Elektrolyt ist typischerweise eine Mischung aus organischen Carbonaten wie Ethylencarbonat oder Diethylcarbonat, die Lithiumionen enthalten. Der Elektrolyt verwendet Anionensalze wie Lithiumhexafluorphosphat, Lithiumhexafluorarsenatmonohydrat, Lithiumperchlorat, Lithiumhexafluorborat usw. Je nach verwendetem Salz variieren Spannung, Kapazität und Lebensdauer der Batterie. Reines Lithium reagiert heftig mit Wasser unter Bildung von Lithiumhydroxid- und Wasserstoffionen. Der verwendete Elektrolyt ist also ein nichtwässriges organisches Lösungsmittel. Die elektrochemische Rolle der Elektrodenladung zwischen Anode und Kathode hängt von der Richtung des Stromflusses ab.

Li-Ionen-Batteriereaktion

In der Li-Ionen-Batterie können beide Elektroden Lithiumionen aufnehmen und abgeben. Während des Interkalationsprozesses bewegen sich die Lithiumionen in die Elektrode. Während des umgekehrten Prozesses, der als De-Interkalation bezeichnet wird, bewegen sich die Lithiumionen zurück. Während des Entladens werden die positiven Lithiumionen aus den negativen Elektroden extrahiert und in die positive Elektrode eingeführt. Während des Ladevorgangs findet die umgekehrte Bewegung von Lithiumionen statt.

Vorteile der Lithium-Ionen-Batterie:

Lithium-Ionen-Batterien übertreffen NiCd-Batterien und andere Sekundärbatterien. Einige der Vorteile sind

• Geringes Gewicht im Vergleich zu anderen Batterien ähnlicher Größe
• Erhältlich in verschiedenen Formen, einschließlich flacher Form
• Hohe Leerlaufspannung, die die Leistungsübertragung bei niedrigem Strom erhöht
• Fehlender Memory-Effekt.
• Sehr niedrige Selbstentladungsrate von 5-10% pro Monat. Bei NiCd- und NiMh-Akkus liegt die Selbstentladung bei etwa 30%.
• Umweltfreundlicher Akku ohne freies Lithiummetall

Neben den Vorteilen weist der Li-Ion-Akku wie andere Akkus auch einige Nachteile auf.

Nachteile des Li-Ionen-Akkus:

• Die Ablagerungen im Elektrolyten im Laufe der Zeit hemmen den Ladungsfluss. Dies erhöht den Innenwiderstand der Batterie und die Fähigkeit der Zelle, Strom zu liefern, nimmt allmählich ab.
• Hohe Aufladung und hohe Temperatur können zu Kapazitätsverlusten führen
• Bei Überhitzung kann der Li-Ion-Akku thermisch weglaufen und die Zellen platzen.
• Eine tiefe Entladung kann den Li-Ion-Akku kurzschließen. Um dies zu verhindern, verfügen einige Hersteller über interne Abschaltschaltungen, die die Batterie abschalten, wenn ihre Spannung über dem sicheren Wert von 3 bis 4,2 Volt liegt. In diesem Fall verbraucht die interne Schaltung Strom, wenn die Batterie längere Zeit nicht verwendet wird, und entleert die Batterie unter ihre Abschaltspannung. Um solche Batterien aufzuladen, sind normale Ladegeräte nicht sinnvoll.