Различни видове батерии и техните приложения

Батерията е съвкупност от една или повече клетки, които преминават под химични реакции, за да създадат поток от електрони във веригата. В областта на батерийните технологии се извършват много изследвания и напредък и в резултат на това в момента в света се опитват и използват пробивни технологии. Батериите влязоха в действие поради необходимостта от съхраняване на генерирана електрическа енергия. Колкото и да се генерира добро количество енергия, беше важно да се съхранява енергията, така че тя да може да се използва, когато производството не работи или когато има нужда от захранване на самостоятелни устройства, които не могат да се държат привързани към захранването от електрическата мрежа. Тук трябва да се отбележи, че в батериите може да се съхранява само постоянен ток, променлив ток не може да се съхранява.

Батерийните клетки обикновено се състоят от три основни компонента;

Анодът (отрицателен електрод)
Катодът (положителен електрод)
Електролитите

Анодът е отрицателен електрод, който произвежда електрони към външната верига, към която е свързана батерията. Когато батериите са свързани, на анода се инициира натрупване на електрони, което причинява потенциална разлика между двата електрода. След това електроните се опитват да се преразпределят, това се предотвратява от електролита, така че когато е свързана електрическа верига, тя осигурява ясен път за движение на електроните от анода към катода, като по този начин захранва веригата, към която е свързан. Чрез промяна на подреждането и материала, използван за изграждане на анода, катода и електролита, можем да постигнем много различни видове химикали на батерии, което ни позволява да проектираме различни видове акумулаторни клетки. В тази статия ви позволява да разберете различните видове батерии и тяхната употреба, така че нека да започнем.

Видове батерии

Обикновено батериите могат да бъдат класифицирани в различни категории и типове, вариращи от химичен състав, размер, форм-фактор и случаи на употреба, но при всички тях това са два основни типа батерии;

Основни батерии
Вторични батерии

Нека да разгледаме по-задълбочено, за да разберем основните разлики между клетката на Primacy и Secondary Cell.

1. Основни батерии

Първичните батерии са батерии, които не могат да се презареждат след изчерпване. Първичните батерии са направени от електрохимични клетки, чиято електрохимична реакция не може да бъде обърната.

Първичните батерии съществуват в различни форми, вариращи от монети клетки до AA батерии. Те обикновено се използват в самостоятелни приложения, където зареждането е непрактично или невъзможно. Добър пример за това е във военни устройства и оборудване, захранвано от батерии. Ще бъде непрактично да се използват акумулаторни батерии, тъй като презареждането на батерията ще бъде последното нещо в съзнанието на войниците. Първичните батерии винаги имат висока специфична енергия и системите, в които се използват, винаги са проектирани да консумират малко количество енергия, за да могат батерията да издържи възможно най-дълго.

Някои други примери за устройства, използващи първични батерии, включват; Производители на темпото, тракери за животни, ръчни часовници, дистанционни управления и детски играчки, за да споменем някои.

Най-популярният тип първични батерии са алкалните батерии. Те имат висока специфична енергия и са екологични, рентабилни и не изтичат, дори когато са напълно разредени. Те могат да се съхраняват в продължение на няколко години, да имат добри записи за безопасност и да могат да бъдат превозвани със самолет, без да се подчиняват на транспортните и други разпоредби на ООН. Единственият недостатък на алкалните батерии е ниският ток на натоварване, който ограничава използването му до устройства с ниски изисквания за ток като дистанционни управления, фенерчета и преносими развлекателни устройства.

2. Вторични батерии

Вторичните батерии са батерии с електрохимични клетки, чиито химични реакции могат да бъдат обърнати чрез прилагане на определено напрежение към батерията в обратна посока. Наричани още акумулаторни батерии, вторичните клетки, за разлика от първичните, могат да се презареждат след изразходване на енергията на батерията.

Те обикновено се използват в приложения с висок разход и други сценарии, при които използването на батерии с едно зареждане ще бъде твърде скъпо или невъзможно. Вторичните батерии с малък капацитет се използват за захранване на преносими електронни устройства като мобилни телефони и други приспособления и уреди, докато тежкотоварните батерии се използват за захранване на различни електрически превозни средства и други приложения с голям източник, като изравняване на товара при производството на електроенергия. Те също се използват като самостоятелни източници на енергия заедно с инверторите за доставка на електричество. Въпреки че първоначалните разходи за придобиване на акумулаторни батерии винаги са много по-високи от тези на първичните батерии, но те са най-рентабилните в дългосрочен план.

Вторичните батерии могат допълнително да бъдат класифицирани в няколко други типа въз основа на тяхната химия . Това е много важно, тъй като химията определя някои от атрибутите на батерията, включително нейната специфична енергия, живот на цикъла, срок на годност и цена, за да споменем някои.

Следват различните видове акумулаторни батерии, които се използват често.

Литиево-йонна (Li-йонна)
Никел кадмий (Ni-Cd)
Никел-метален хидрид (Ni-MH)
Оловна киселина

1. Никел-кадмиеви батерии

Никел-кадмиевата батерия (NiCd батерия или NiCad батерия) е вид акумулаторна батерия, която е разработена с използване на никелов оксид хидроксид и метален кадмий като електроди. Ni-Cd батериите се отличават с поддържане на напрежение и задържане на заряд, когато не се използват. Въпреки това, батериите NI-Cd лесно стават жертва на страховития ефект „памет“, когато частично заредена батерия се презарежда, намалявайки бъдещия капацитет на батерията.

В сравнение с други видове акумулаторни клетки Ni-Cd батериите предлагат добър жизнен цикъл и производителност при ниски температури с справедлив капацитет, но най-същественото им предимство ще бъде способността им да предоставят пълния си номинален капацитет при високи скорости на разреждане. Предлагат се в различни размери, включително размерите, използвани за алкални батерии, AAA до D. Ni-Cd клетките се използват индивидуално или сглобени в опаковки от две или повече клетки. Малките опаковки се използват в преносими устройства, електроника и играчки, докато по-големите намират приложение в стартови батерии на самолети, електрически превозни средства и резервно захранване.

Някои от свойствата на никел-кадмиевите батерии са изброени по-долу.

Специфична енергия: 40-60W-h / kg
Енергийна плътност: 50-150 Wh / L
Специфична мощност: 150W / kg
Ефективност на зареждане / разреждане: 70-90%
Скорост на саморазряд: 10% / месец
Трайност / живот на цикъла: 2000 цикъла

2. Никел-метални хидридни батерии

Никеловият метален хидрид (Ni-MH) е друг вид химическа конфигурация, използвана за акумулаторни батерии. Химичната реакция на положителния електрод на батериите е подобна на тази на никел-кадмиевата клетка (NiCd), като и двата типа батерии използват един и същ никелов оксид хидроксид (NiOOH). Обаче отрицателните електроди в никел-метал хидрида използват водопоглъщаща сплав вместо кадмий, който се използва в NiCd батерии

NiMH батериите намират приложение в устройства с висок разход поради високия си капацитет и енергийна плътност. NiMH батерията може да притежава два до три пъти капацитета на NiCd батерия със същия размер, а нейната енергийна плътност може да се доближи до тази на литиево-йонната батерия. За разлика от NiCd химията, батериите, базирани на NiMH химията, не са податливи на ефекта "памет", който NiCads изпитват.

По-долу са дадени някои от свойствата на батериите, базирани на хидридната химия на никел-метал;

Специфична енергия: 60-120h / kg
Енергийна плътност: 140-300 Wh / L
Специфична мощност: 250-1000 W / kg
Ефективност на зареждане / разреждане: 66% - 92%
Скорост на саморазряд: 1,3-2,9% / месец при 20 ^o C
Трайност / живот на цикъла: 180 -2000

3. Литиево-йонни батерии

Литиево-йонните батерии са един от най-популярните видове акумулаторни батерии. Има много различни видове литиеви батерии, но сред всички литиево-йонни батерии са най-често използваните. Можете да намерите тези литиеви батерии, които се използват в различни форми, популярни сред електрическите превозни средства и други преносими джаджи. Ако сте любопитни да научите повече за батериите, използвани в електрически превозни средства, можете да разгледате тази статия за батериите за електрически превозни средства. Те се намират в различни преносими уреди, включително мобилни телефони, интелигентни устройства и няколко други уреда за батерии, използвани у дома. Те също намират приложение в космическите и военните приложения поради лекия си характер.

Литиево-йонните батерии са вид акумулаторна батерия, при която литиевите йони от отрицателния електрод мигрират към положителния електрод по време на разреждането и мигрират обратно към отрицателния електрод, когато батерията се зарежда. Литиево-йонните батерии използват интеркалирано литиево съединение като един електроден материал, в сравнение с металния литий, използван в литиеви батерии, които не се презареждат.

Литиево-йонните батерии обикновено притежават висока енергийна плътност, малък или никакъв ефект на паметта и ниско саморазреждане в сравнение с други видове батерии. Тяхната химия заедно с производителността и цената варират в различните случаи на употреба, например литиево-йонните батерии, използвани в ръчни електронни устройства, обикновено са базирани на литиев кобалтов оксид (LiCoO ₂), който осигурява висока енергийна плътност и ниски рискове за безопасността при повреда, докато Li-ion батериите на основата на литиево-железен фосфат, които предлагат по-ниска енергийна плътност, са по-безопасни поради намалената вероятност от злополучни събития и се използват широко при захранването на електрически инструменти и медицинско оборудване. Литиево-йонните батерии предлагат най-доброто съотношение производителност към тегло, като литиево-сярната батерия предлага най-високото съотношение.

Някои от атрибутите на литиево-йонните батерии са изброени по-долу;

Специфична енергия: 100: 265W-h / kg
Енергийна плътност: 250: 693 Wh / L
Специфична мощност: 250: 340 W / kg
Процент на зареждане / разреждане: 80-90%
Устойчивост на цикъла: 400: 1200 цикъла
Номинално напрежение на клетката: NMC 3.6 / 3.85V

4. Оловно-кисели батерии

Оловно-киселинните батерии са евтин надежден работен кон, използван в приложения с тежък режим на работа. Те обикновено са много големи и поради теглото си, те винаги се използват в неносими приложения като съхранение на енергия от слънчеви панели, запалване и осветление на автомобила, резервно захранване и изравняване на товара при генериране / разпределение на електроенергия. Оловната киселина е най-старият тип акумулаторни батерии и все още е много актуална и важна в днешния свят. Оловните акумулаторни батерии имат много ниско съотношение на енергия към обем и енергия към тегло, но има относително голямо съотношение на мощност към тегло и в резултат на това могат да доставят огромни токови удари, когато е необходимо. Тези атрибути заедно с ниската си цена правят тези батерии привлекателни за използване в няколко приложения с висок ток като захранване на автомобилни стартерни двигатели и за съхранение в резервни захранвания.Можете също така да разгледате статията за работеща оловна батерия, ако искате да научите повече за различните видове оловни батерии, нейната конструкция и приложения.

Всяка от тези батерии има най-подходящата област и изображението по-долу е за помощ при избора между тях.

Избор на подходящата батерия за вашето приложение

Един от основните проблеми, възпрепятстващи технологичните революции като IoT, е захранването, животът на батерията влияе върху успешното внедряване на устройства, които изискват дълъг живот на батерията и въпреки че се приемат няколко техники за управление на захранването, за да може батерията да издържи по-дълго, все пак трябва да бъде избрана съвместима батерия за постигане на желания резултат.

По-долу са дадени някои фактори, които трябва да имате предвид при избора на подходящия тип батерия за вашия проект.

1. Плътност на енергията : Енергийната плътност е общото количество енергия, което може да се съхранява на единица маса или обем. Това определя колко дълго устройството ви остава включено, преди да се нуждае от презареждане.

2. Плътност на мощността: Максимална скорост на разряд на единица маса или обем. Ниска мощност: лаптоп, i-pod. Висока мощност: електрически инструменти.

3. Безопасност: Важно е да вземете предвид температурата, при която ще работи устройството, което изграждате. При високи температури някои компоненти на батерията ще се повредят и могат да претърпят екзотермични реакции. Високите температури обикновено намаляват работата на повечето батерии.

4. Трайност на жизнения цикъл: Стабилността на енергийната плътност и плътността на мощността на батерията с многократно циклиране (зареждане и разреждане) е необходима за дългия живот на батерията, изискван от повечето приложения.

5. Разходи: Разходите са важна част от инженерните решения, които ще вземате. Важно е цената на вашия избор на батерия да е съизмерима с нейната производителност и няма да увеличи необичайно общите разходи за проекта.