Устройство и принцип работы аккумулятор: Что такое АКБ — принцип работы, термины, история изобретения — magazinakb.ru

Содержание

Электрический аккумулятор. Строение и принцип работы.

Электри́ческий аккумуля́тор — химический источник тока многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования.

Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде.

Несколько аккумуляторов, объединенных в одну электрическую цепь, составляют аккумуля́торную батаре́ю.

Для того чтобы ясно понять суть работы электрических аккумуляторов, давайте разберёмся с его устройством и общим принципом действия. И так — в основу работы всех химических источников электропитания заложены две составляющие: это пара электродов и электролит. Всё это находится в ёмкости, которая служит корпусом для электрического аккумулятора.

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц (в твёрдых веществах, это электроны, а в жидких и газообразных, это ионы). Ток не может существовать без воздействия электродвижущей силы Э.Д.С. (разности потенциалов или напряжения). Значит, между электродами что-то должно создавать эту Э.Д.С. А создаёт её следующий процесс!

И так, у нас имеется сосуд с двумя электродами, погружённых в жидкий электролит. С точки зрения химии, в этом сосуде происходит растворение одного электрода (под действием кислотной или щелочной среды электролита) и восстановление (отложение слоя) другого. При этом от растворяющегося электрода (металла) отрываются ионы этого вещества, которые с собой уносят положительный заряд. А электроны, ранее принадлежащие этому атому металла и не имеющие возможности уйти с ним, остаются на этом электроде.

На другом же электроде будет происходить противоположный процесс, те ионы, которые были оторваны от первого, переходят на второй, неся в себе положительный заряд и постоянно прибавляя его к электроду. Весь этот химический процесс окислительно-восстановительной реакции сопровождается превращением одних веществ в другие, при заряде, и взаимообратный, при разряде электрического аккумулятора.

В итоге получается, что под воздействием внешнего источника электрического поля (в случае процесса заряда) мы принудительно превращаем одни вещества в другие, а при подключении к клеммам электрической нагрузки (создавая тем самым замкнутую цепь), мы позволяем накопленной электроэнергии выйти, по средствам обратного химического превращения веществ. Следует заметить, что электролит в этой электрохимической системе является переносчиком положительного заряда (ионов, оторванных от электрода), и они перемещаются внутри самого аккумулятора. А отрицательный заряд (то есть электроны) будет транспортироваться по внешней цепи, вне аккумулятора.

принцип работы и алгоритм выбора

Все чаще в составе современных электронных устройств можно встретить суперконденсаторы. Суперконденсаторы способны выступать как в качестве основных элементов питания, так и в качестве буферных элементов для сглаживания провалов напряжения аккумуляторов при работе с импульсной нагрузкой.

Наравне с термином «суперконденсатор» в литературе часто применяют альтернативные названия, например, «ультраконденсатор» или «ионистор». Все эти именования используются для обозначения одного и того же компонента – конденсатора с двойным электронным слоем. Впервые суперконденсатор был создан в далеком 1957 году компанией General Electric. Позднее аналогичные компоненты выпускались различными производителями по всему миру, в том числе и в СССР (например, ионисторы КИ1-1).

Принцип работы суперконденсатора

Структура и принцип работы суперконденсатора поясняются на рис. 1. Суперконденсатор состоит из электродов, графитового сепаратора и электролита. При приложении внешнего напряжения носители заряда образуют два электронных слоя на границе сепаратора и электролита. Чем больше площадь поверхности сепаратора, тем больше будет накапливаемый заряд. Из рисунка видно, что в отличие от аккумуляторов в суперконденсаторе отсутствуют химические реакции, а энергия накапливается в виде статического заряда, как и в обычных конденсаторах.

Рис. 1. Структура и принцип действия суперконденсатора

Основные характеристики суперконденсаторов

По своим характеристикам суперконденсаторы занимают промежуточное положение между аккумуляторами и обычными конденсаторами. В последнее время, благодаря большой емкости, суперконденсаторы становятся отличной альтернативой для аккумуляторов в широком спектре малопотребляющих устройств. Сравнение некоторых параметров суперконденсаторов и аккумуляторов приведено в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение параметров суперконденсаторов и аккумуляторов

Параметр	Суперконденсатор	Литий-ионный аккумулятор
Время заряда	1–10 с	10–60 мин
Срок службы (циклов)	1 миллион циклов или 30 000ч	500 и более
Напряжение	2,3…2,75 В (тип)	3,6 В (ном)
Удельная энергия (Вт·ч/кг)	5 (тип)	120–240
Удельная мощность (Вт/кг)	До 10 000	1 000…3 000
Стоимость кВт·ч	$10,000 (тип)	$250–$1,000
Время наработки на отказ)	10-15 лет	5-10 лет
Диапазон температур заряда	–40…65 °C	0…45 °C
Диапазон температур разряда	–40 to 65 °C	–20…60 °C

Емкость – один из важнейших параметров для любого накопителя энергии. По величине удельной емкости на единицу массы суперконденсаторы значительно превосходят обычные конденсаторы (в том числе, электролитические), но в свою очередь так же сильно уступают аккумуляторам (рис. 2). По этой же причине стоимость единицы емкости для суперконденсаторов оказывается существенно выше, чем для аккумуляторов.

Рис. 2. Сравнение удельной емкости накопителей энергии

Вторым по важности параметром накопителя энергии является разрядный ток. По этому показателю лидируют обычные конденсаторы, которые из-за низкого собственного сопротивления способны выдерживать огромные импульсы тока. Аккумуляторы наоборот отличаются высоким сопротивлением и чрезвычайно чувствительны к большим разрядным токам. Например, литий-ионные аккумуляторы склонны к перегреву и разрушению при быстром разряде. Суперконденсаторы характеризуются более высоким последовательным сопротивлением, чем простые конденсаторы, однако существуют модели, способные выдерживать разрядные токи до сотен ампер.

Высокое сопротивление создает проблемы не только с точки зрения разогрева, но и с точки зрения просадки напряжения при импульсной нагрузке. Импульсное потребление характерно для большинства современных систем, но особенно ярко оно проявляется в устройствах с беспроводными радиопередатчиками. На рис. 3 представлен пример преждевременного отключения системы с аккумуляторным питанием из-за просадки напряжения. При передаче данных по беспроводному каналу потребление системы существенно возрастает, однако аккумулятор не способен выдать требуемую мощность мгновенно. Из-за этого напряжение на нагрузке проседает и может опуститься ниже порогового значения. Пороговое значение ограничивает минимально допустимое напряжение питания, ниже которого происходит отключение устройства. На рис. 3 пороговое значение составляет 1 В. В результате просадки напряжения устройство отключается, несмотря на то, что уровень заряда аккумулятора на самом деле остается высоким. Во многих случаях с данной проблемой не могут справиться даже развязывающие конденсаторы.

Рис. 3. Провалы напряжения из-за высокого внутреннего сопротивления аккумулятора

Суперконденсаторы способны выдавать достаточно высокую импульсную мощность и позволяют решить проблему просадки напряжения (рисунок 4). Для этого суперконденсатор включается параллельно с аккумулятором. В данном случае ультраконденсатор не только предотвращает ложные выключения системы, но и защищает аккумулятор от пиковых токов, которые негативно влияют на срок его службы и могут в некоторых случаях банально вызвать его перегрев и разрушение. Таким образом, режим буферного элемента является одним из основных вариантов использования суперконденсаторов. Подробнее об этом вопросе рассказывается в статье «Расстояние не помеха. Эффективный радиус действия суперконденсаторов CAP-XX».

Рис. 4. Суперконденсатор не только предотвращает ложные выключения, но и защищает аккумулятор от пиковых токов

В последнее время наблюдается бурное развитие малопотребляющей электроники. Современные электронные системы могут потреблять всего лишь сотни мкА в активном режиме и доли мкА в режиме ожидания. Очень часто для питания таких устройств используют различные маломощные харвестеры энергии: солнечные батареи, виброхарвестеры, термогенераторы и т.д. Для накопления энергии этих преобразователей не всегда можно использовать конденсаторы. Например, устройство может накапливать энергию несколько часов, после чего выполнять быструю отправку данных по радиоканалу и снова засыпать. Высокий саморазряд конденсаторов не позволит работать в таком режиме. В то же время суперконденсатор окажется вполне приемлемым вариантом на роль накопителя энергии. Пример такого режима работы рассматривается в статье «Использование суперконденсаторов CAP-XX в устройствах с питанием от солнечных батарей».

Однако при использовании суперконденсатора в качестве основного элемента питания необходимо учитывать две важные особенности. Во-первых, суперконденсаторы обладают низким рабочим напряжением 2,3…2,75 В (хотя на рынке присутствуют модели с напряжением 3 В, например, суперконденсаторы от VINATech). Этого не всегда достаточно, а значит, может потребоваться последовательное включение нескольких элементов, что приведет к уменьшению суммарной емкости. В то же время у литий-ионных аккумуляторов номинальное напряжение составляет 3,6 В, что является оптимальным значением для большинства современных микросхем.

Во-вторых, еще одним недостатком суперконденсаторов становится линейный характер разряда. Разумеется, предсказуемая форма разряда это хорошо, но не всегда. На рис. 5 представлен пример, в котором система достигает граничного напряжения (минимально допустимое напряжение питания) в тот момент, когда суперконденсатор разряжен всего лишь на 50%. По этой причине для нормальной работы устройства может потребоваться дополнительный повышающий регулятор. В то же время аккумуляторы характеризуются относительно небольшим уменьшением напряжения в рабочем диапазоне.

Рис. 5. Разрядные характеристики аккумуляторов и суперконденсаторов

Еще одним преимуществом суперконденсаторов перед аккумуляторами является широкий диапазон рабочих температур. Это касается как процесса заряда, так и процесса разряда. На рынке присутствуют модели суперконденсаторов, которые способны работать при отрицательных температурах до -40°С и при положительных до +125 °С. В качестве примера можно привести ультраконденсторы от компания FastCAP (рис. 6). Разумеется, на рынке присутствуют и аккумуляторы с широким диапазоном рабочих температур, однако речь идет о специализированных решениях.

Рис. 6. Существуют модели ультарконденсаторов, способные работать в широком диапазоне температур, например, ультраконденсторы от компания FastCAP

Примеры суперконденсаторов

В заключение краткого экскурса по суперконденсатором приведем некоторые конкретные примеры.

Широкий спектр суперконденсаторов выпускает компания LS Mtron, которая была создана на базе одного из подразделений LG Electronics. В номенклатуре LS Mtron можно найти модели с традиционной рулонной и прямоугольной конструкцией, а также суперконденсаторные батареи и модули (рис. 7).

Рис. 7. Суперконденсаторы FastCAP отличаются широким диапазоном рабочих температур -40…+125 °С

Еще одним известным производителем суперконденсаторов является компания SPSCAP, которая предлагает несколько серий одноячеечных суперконденсаторов с диапазоном выходных токов 0,9…250 А (рис. 8). SPSCAP также выпускает ультраконденсаторные батареи.

Рис. 8. Суперконденсаторы от компании SPSCAP

Интересный модельный ряд суперконденсаторов предлагает корейская компания VINATech. Кроме того, это один из немногих производителей, который выпускает суперконденсаторы с рабочим напряжением 3,0 В.

Рис. 9. Суперконденсаторы и суперконденсаторные батареи от VINATech с рабочим напряжением до 3 В

На портале УНИТЕРа мы также неоднократно рассказывали и о некоторых уникальных решениях, к числу которых можно отнести и сверхтонкие суперконденсаторы DMHA14R5V353M4ATA0 от компании Murata. Эти суперконденсаторы имеют толщину всего 0,4 мм (рис. 10).

Рис. 10. Сверхтонкие суперконденсаторы DMHA14R5V353M4ATA0 имеют толщину всего 0,4 мм

В одной из статей мы также рассказывали о суперконденсаторах от компании FastCAP , которые отличаются широким диапазоном рабочих температур -40…+125 °С (рис. 11).

Рис. 11. Суперконденсаторы от компании FastCAP с широким диапазоном рабочих температур

Алгоритм выбора суперконденсаторов

Как уже отмечалось выше, суперконденсаторы могут использоваться либо в качестве основного накопителя энергии, либо в качестве буферного элемента при работе в связке с основным аккумулятором. Разумеется, алгоритм выбора суперконденсатора в этих случаях будет отличаться, однако основные шаги будут примерно одинаковыми.

Для начала следует определиться с основными параметрами суперконденсатора – с рабочим напряжением и с максимальным выходным током.

Суперконденсаторы не любят перенапряжений, по этой причине при выборе подходящего накопителя следует позаботиться о согласовании рабочего напряжения. Для увеличения рабочего напряжения можно использовать последовательное включение суперконденсаторов, однако не стоит забывать, что в таком случае емкость будет уменьшаться. Кроме того, при необходимости следует предусмотреть защитные цепи для ограничения напряжения.

Далее следует рассчитать величину емкости. Рассмотрим алгоритм расчета, предложенный компанией SPSCAP. Для начала необходимо выбрать сценарий разряда суперконденсатора. Разряд может происходить либо с постоянным током, либо с постоянным напряжением.

Разряд с постоянным током. При таком сценарии ток разряда имеет фиксированное значение, а емкость будет рассчитываться по формуле:

C = It / (Vwork -Vmin),

где Vwork – номинальное рабочее напряжение, Vmin – минимально допустимое напряжение, I – ток разряда (постоянная величина в данном случае), t – время разряда.

Например, если Vwork=5 В, Vmin=4,2 В, t = 10 с, I =100 мА = 0,1 А, тогда:

C = 0,1 * 10 / (5 -4,2) = 1,25 Ф.

При выборе конкретной модели суперконденсатора необходимо предусмотреть некоторый запас по емкости. Кроме того, следует учесть температурную зависимость емкости. После выбора конкретной модели суперконденсатора следует свериться с температурной характеристикой, чтобы убедиться в том, что емкость превышает рассчитанное значение во всем диапазоне рабочих температур.

Разряд с постоянной мощностью. В таком случае мощность разряда остается фиксированной, а емкость будет рассчитываться по формуле:

C = 2Pt/ (Vwork² -Vmin²)

где Vwork – номинальное рабочее напряжение, Vmin – минимально допустимое напряжение, P – мощность разряда (постоянная величина в данном случае), t – время разряда.

Например, если предполагается разряд суперконденсатора в течение 10 секунд при постоянной мощности 200 кВт, а диапазон рабочего напряжения составляет 450 В — 750 В, тогда требуемая емкость составит:

С = 2 * 200 кВт * 10 / (750²-450²) = 11 Ф

В данном случае вновь следует предусмотреть некоторый запас и температурную зависимость емкости.

Источник:

ФДС ENERGON входит в топ-3 поставщиков аккумуляторных батарей в России. В 2020 году компания расширила портфель брендов и запустила собственное современное производство по изготовлению Li-ion аккумуляторов. Об открытиии завода и стратегии компании гиду «Склады РФ» рассказал руководитель производственного направления Сергей Фурсов.

• Как родилась идея открыть завод в России и как Вы выбирали поставщиков?

• В 2019 году у заказчиков компании была выявлена потребность в качественных Li-ion аккумуляторах для складской и клининговой техники. В России мы запустили проект по поиску производственной базы, где смогли бы размещать заказы на изготовление тяговых Li-ion аккумуляторов по нашему техническому заданию.

Мы особенно дорожим репутацией надежного поставщика и ответственно относимся к выбору компаний производителей. С нами сотрудничают известные государственные и частные структуры. Это свыше 1000 организаций. Вопрос поиска современного высоко-технологичного завода производителя напрямую касался нашей репутации. Поэтому к выбору завода мы отнеслись со всей ответственностью.

За 20 лет в компании сформировался строгий регламент отбора поставщиков: мы оцениваем все активы предприятия-партнера, включая уровень инновационной среды. Оценка и аудит производств заняла девять месяцев. У каждого производителя мы закупали тестовые образцы продукции и совместно с нашей лабораторией оценивали по пяти простым критериям: качество, безопасность, сроки поставки, клиентоориентированность и экологичность. По итогу исследования ни один из участников не удовлетворил нашим требованиям — из девяти производителей только два смогли набрать максимум три балла.

• И вы решили действовать радикально…

• Нам ничего не оставалось. К сожалению, поговорка «хочешь сделать хорошо — сделай сам» относилась к нам напрямую. Увидев российский бизнес на коленке изнутри, который нас не устраивал, мы запустили масштабную работу по анализу рынка, привлекли более 250 сотрудников нашей компании разных профилей: из отдела продаж, технического департамента, финансового департамента, экономического отдела и др.

Проектом заинтересовались лучшие специалисты рынка, и отрадно, что в нашем штате они работают. Защитили бизнес-план перед акционерами, оценили рост и потенциал рынка.

По прогнозам к 2025 году в РФ доля Li-ion батарей в составе складской техники приблизится к 30%. В начале ноября 2019 года мы защитили проект, и уже в январе 2020 года был объявлен старт продаж.

Работа по подготовке производственного помещения велась днем и ночью. Стоит отметить, что к этому моменту у нас уже были наработки более чем по десяти производителям LFP ячеек. Мы четко знали, какие элементы показывают лучшую наработку на отказ, протестировали более 8 производителей BMS систем. По итогу в кратчайший срок выпустили современный продукт, отвечающий требованиям безопасности и экологичности в отрасли под брендом DELTA LI-ION SERIES.

На сегодняшний день у нас есть чистое экологичные производство, современное оборудование по сборке, доступная транспортная инфраструктура — завод расположен рядом со МКАД.

• Вы позиционируете свое производство как экологичное. Так ли это сейчас важно?

• Законопроекты в сфере экологии и безопасности постоянно ужесточаются, увеличиваются сферы налогообложения. В Роспотребнадзоре огромное количество инициатив на 2020 год, в том числе связанных с нормами экологии на складах.

По «неофициальной» статистике за 2019 год, менее 10% зарядных комнат удовлетворяют пожарным нормам в РФ.

Владельцы небольших складов вынуждены экономить, нанимая низкоквалифицированный персонал, который не соблюдает технику работы с оборудованием. Случайного замыкания выводов зарядного устройства порой достаточно, чтобы образовался открытый огонь. Огромное преимущество наших батарей — наличие сертификата МЧС об отсутствии необходимости заряжать их в зарядной комнате и, как следствие, содержать ее. Тем самым мы решаем главную проблему — невнимательность персонала.

Одна из наших целей — создавать не только доступный и энергоэффективный продукт, но также безопасный и полностью экологичный. Наши аккумуляторы проходят четыре стадии контроля качества на всех этапах производства. Это позволяет нам с уверенностью говорить, что сбой оборудования по причине наших аккумуляторов практически исключен.

Мы используем многоступенчатую систему защиты, которая позволяет обеспечить 100% безопасность на объекте клиента. При любой внештатной ситуации, в первую очередь, срабатывает защитная электроника, которую контролируют механические системы защиты. Корпус из 10 мм стали позволяет защитить батарею не только от механических повреждений, но и от падений с высоты более одного метра. После завершения эксплуатации мы бесплатно принимаем на утилизацию аккумуляторы и предоставляем дополнительную скидку на новую батарею.

• У Вас большое производство?

• Площадь производства — около 1500 кв. м, присутствует участок предварительной подготовки, 22 сборочных поста. Каждый пост способен собирать одну большую батарею в сутки или несколько небольших, есть участок выходного контроля и тестирования. Также имеется собственный склад, где хранятся комплектующиеся и готовая продукция. В офисной части производства всегда доступна демозона, где можно ознакомиться с реальными образцами и применяемыми технологиями.

На производстве сформирован продуктовый R&D-департамент (Research and Development).

На основе детального подхода и высокого профессионализма всех сотрудников департамента принимаются ключевые решения o модернизации текущих решений и разработке новых. В процессе модернизации аккумуляторов учитываются почти все пожелания наших клиентов и партнеров.

Наша цель — не продавать, а удовлетворять потребности клиентов. Большинство аккумуляторов изготавливаются под заказ по точным размерам для конкретной модели техники клиентов. При этом уже в начале 2020 года мы готовы предложить несколько серийных решений. Наш флагман — небольшой аккумулятор (275×275×215) с напряжением 24В, который подходит для 95% электротележек, штабелеров и клининговой техник с соответствующим напряжением.

Так как это решение серийное, его основные преимущества это выгодная цена, а также гарантированное наличие на складе. Хочу подчеркнуть, что мы помогаем исключить простой техники, а это очень важно для наших клиентов. Даже если что-то случится с аккумулятором, в течение трехлетней гарантии у нас всегда есть в наличии подменные единицы на момент ремонта или устранения неполадки. Одна из основных ценностей нашей компании — обеспечить клиентов надежными, безопасными и выгодными решениями. В любой спорной ситуации мы всегда на стороне клиента. Именно такой глубокий клиентоориентированный подход заложен в принципы работы компании и создание аккумуляторов DELTA LI-ION SERIES.

• Какие еще у вас конкурентные преимущества?

• Мы предоставляем комплексное решение на запрос заказчика. Обеспечиваем выезд специалиста, бесплатный аудит бизнеса и расчет экономической эффективности будущей закупки.

И конечно, скорость. У нас собственное производство и R&D департамент, нам требуется всего два дня, чтобы с нуля создать аккумулятор для любой складской техники и запустить его в производство. При выходе техники из строя, у бизнеса на счету каждая минута, предоплата и ожидание комплектующих затягивает процесс поставки. Мы запускаем заявку в работу без предоплаты. Сроки поставки удалось сократить почти вдвое за счет постоянного наличия комплектующих на складе.

С помощью собственного брендированного автопарка мы осуществляем оперативную доставку товара по Москве и области.

• Что такое бесплатный тест-драйв оборудования DELTA LI-ion Series?

• В течение 2020 года действует программа «Бесплатный тест-драйв оборудования DELTA LI-Ion Series». Вы можете арендовать у нас любую литий-ионную АКБ, провести честный тест на своей технике в течение одного месяца. Если оборудование DELTA соответствует заявленным критериям, вы можете его выкупить. Предоплата за тест-драйв не требуется. Налаженная логистика с собственным автопарком по Москве и области позволит осуществить как доставку, так и забор оборудования по истечении срока тест-драйва.

• От какого объема с вами можно работать?

• Конечно, мы заинтересованы в государственных и ритейл поставках, но готовы предложить решение под любую потребность. К нам можно прийти с запросом на одну единицу.

И, как говорится, лучше один раз увидеть. Мы приглашаем посетить наше производство. Проведем для вас экскурсию и покажем лично все то, о чем я рассказал читателям гида «Склады РФ».

Что такое аккумулятор? | İnci Akü

Аккумулятор — это устройство для хранения энергии, которое хранит электрическую энергию в виде химической энергии и при необходимости отдает ее в виде электрической энергии.

Помимо запуска, освещения и зажигания, его основным назначением является запуск двигателя автомобиля. По сути, на вопрос о том, что такое аккумулятор, традиционно можно ответить что это преобразование химической энергии, которая вступает в реакцию с электрической цепью, в электрическую энергию. Однако аккумуляторы нового поколения, которые производятся сегодня с развитием автомобильных технологий, также накапливают электрическую энергию в виде химической энергии и выполняют задачу по использованию по мере необходимости. Благодаря высокотехнологичным аккумуляторам нового поколения исключаются деформации, требующие традиционного обслуживания, и замена заряда-разряда. В новых продуктах более высокая производительность также может быть достигнута с помощью AGM технологии и системы Старт-Стоп.

Что такое аккумулятор и как он работает?

Принципы и процесс работы аккумуляторов охватывают этапы, которые запускают друг друга. Соблюдается порядок последовательности: запуск, освещение, зажигание и работа. Эта тема как бы отождествляется с определением того, что такое аккумулятор. После запуска аккумулятора автомобиль электризуется генератором переменного тока. Аккумуляторы типа SLI, то есть свинцово-кислотные аккумуляторы, предназначены для высвобождения большого импульсного тока, измеряемого в амперах, с последующей быстрой зарядкой. Они не только выполняют функцию стартера, но также выполняют многие функции, такие как химическое хранение электроэнергии и ее повторное использование при необходимости. В дополнение ко всем этим функциям, аккумуляторы обеспечивают дополнительную мощность, необходимую, когда электрические требования транспортного средства превышают мощность от системы зарядки.

Какие бывают типы батарей?

В нынешних условиях аккумуляторы используются почти для всех автомобилей, их также называют свинцово-кислотными аккумуляторами, потому что основные материалы, используемые при их производстве, состоят из свинца и серной кислоты. Все аккумуляторы, используемые в автомобилях, имеют стандартный принцип работы, который дает нам ответ на вопрос, что такое аккумулятор. Аккумуляторы делятся на группы в зависимости от области использования: Автомобильные аккумуляторы, стационарные и тяговые. По типу металла бывают свинцово-кислотные, железоникелевые, никель-кадмиевые и серебристо-цинковые. Эти аккумуляторы различаются по эффективности использования и производительности. Сегодня наиболее предпочтительным типом аккумуляторов являются свинцово-кислотные. Свинцово-кислотные аккумуляторы также имеют собственные подкатегории: сухие и влажные.

Вы можете посетить нашу страницу «Найди свой аккумулятор», чтобы выбрать аккумулятор, наиболее подходящий для вашего автомобиля.

Устройство Li-Ion АКБ

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов: анода, выполненного на медной фольге и катода — на алюминиевой фольге. Электроды разделяет пористый сепаратор, осуществляющий функцию проводника. Он сделан из полипропилена и пропитан электролитом. Электроды помещены в герметичный корпус и присоединены к клеммам-токосъемникам. Корпус может быть оснащен предохранительным клапаном, предназначенным для сбрасывания внутреннего давления при аварийных ситуациях или нарушении условий эксплуатации. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Литий-кобальтовые аккумуляторы (LiCoO2)

Применяются в мобильных телефонах, цифровых камерах, ноутбуках. Они имеют высокую емкость, но показатели удельной мощности, безопасности и срока службы не высоки.

Литий-марганцевые аккумуляторы (LiMn2O4)

Используются в электроинструменте, медицинском оборудовании, силовых и электрических агрегатах. Такие батареи более безопасны и долговечны, чем кобальтовые. Имеют высокую мощность, умеренную емкость. Ресурс порядка 5-6 лет ‒ до 1000 циклов “заряд-разряд”.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4)

Имеют высокий пиковый ток и стабильное напряжение, поэтому они идеально подходят для электромобилей, велосипедов, поломоечных машин, электрических погрузчиков и другой специализированной техники. Ресурс таких аккумуляторов составляет 10-20 лет, это более 2500 циклов “заряд-разряд”. В тяжелых условиях эксплуатации не выделяют газ, не возгораются и не взрываются.

Литий-титанатные аккумуляторы (Li4Ti5O12)

Обладают высокой долговечностью, широким температурным интервалом работы, быстрой зарядкой. Такие батареи обеспечивают более 15000 циклов “заряд-разряд”. Применяются в уличном освещении, ИБП, электрических силовых агрегатах.

Принцип действия литий-ионных аккумуляторов

Принцип действия литий-ионных аккумуляторов, независимо от материала катода одинаков. При подаче напряжения на электроды: “+” на оксид лития и “-” на графит, положительно заряженные ионы лития открепляются от молекул оксида и переходят на углеродную пластинку. Протекает окислительная реакция, и аккумулятор заряжается. При работе литий-ионного аккумулятора под нагрузкой протекает обратный процесс. Положительно заряженные ионы лития возвращаются на пластинку из оксида лития в первоначальное состояние. Графитовая пластинка на фольге из меди становится “минусом”, а оксид лития на фольге из алюминия — “плюсом”.

Принцип работы зарядных устройств | ROBITON

Зарядное устройство — электротехническое устройство для зарядки аккумуляторных и конденсаторных батарей. Состоит из зарядного генератора или из трансформатора с выпрямителем тока и распределительного устройства, куда входят регуляторы напряжения и автоматические выключатели. Мощность зарядного устройства определяется ёмкостью заряжаемых батарей и установленной продолжительностью заряда.

Зарядные устройства применяются для периодической зарядки, непрерывной и прерываемой подзарядки и перезарядки (уравнительной зарядки) аккумуляторных батарей, которые, как правило, предварительно собирают в отдельные группы по признаку равенства ёмкости и силы зарядного тока. При периодической зарядке аккумуляторные батареи делят на две группы. Зарядное устройство заряжает одну из двух групп аккумуляторов. При непрерывной подзарядке зарядное устройство питает сеть нагрузки и одновременно подзаряжает аккумуляторные батареи. При прерывистой подзарядке зарядное устройство часть времени питает нагрузку и осуществляет подзарядку аккумуляторной батареи, а часть времени под малой нагрузкой стоит в резерве; цепь нагрузки питается от аккумуляторной батареи. Конденсаторное зарядные устройство применяют для зарядки конденсаторов в нормальном режиме, т. е. непрерывно до номинального напряжения.

У нас вы можете купить зарядное устройство, полностью отвечающее всем мировым стандартам для такой техники.

Автоматическое зарядное устройство

Это зарядное устройство нового поколения с функцией разряда и микропроцеccорной обработкой. Процесс заряда аккумуляторов становится чрезвычайно быстрым, легким и удобным. Автоматическое зарядное устройство зарядит ваши аккумуляторы за считанные часы и не повредит их. Используя такие зарядные устройства, нет необходимости запоминать время начала зарядки и беспокоиться о своевременном отключении ЗУ. В автоматическом зарядном устройстве можно заряжать практически любые виды батарей.

Порядок работы автоматического зарядного устройства

Подсоедините к зарядному устройству блок питания для заряда от сети либо от автомобильного аккумулятора. Включите блок питания в сеть.
Вставьте аккумуляторы в устройство, соблюдая полярность.
Отключите зарядное устройство от сети, извлеките аккумуляторы из устройства.

Приблизительное время зарядки некоторых батарей

AAA / R03 — 800 3 часа 43 мин
AA / R6 — 1300 2 часа 16 мин
AA / R6 — 1800 3 часа 10 мин
AA / R6 — 2200 3 часа 50 мин
AA / R6 — 2600 4 часа 30 мин

Безопасное использование зарядных устройств

Используйте зарядное устройство только для заряда тех аккумуляторов, для которых оно предназначено.

Используйте устройство только в помещении или автомобиле. Не оставляйте зарядное устройство во влажном месте.

Не разбирайте зарядное устройство.

Не включайте поврежденное устройство в сеть.

Мы предлагаем вам купить универсальные зарядные устройства от компании ROBITON. К вашему вниманию широкий выбор различных моделей зарядных устройств. Если вы хотите купить зарядное устройство воспользуйтесь нашими услугами.

Принцип работы гайковертов Makita (Макита)

26.01.2017 г.

Гайковерт Makita — это ручной электроинструмент, который сконструирован для работ по закручиванию и ослаблению резьбовых соединений на болтах, гайках. В случаях, если болт застывает и не идет, устройство (при наличии ударного режима) бьет по нему до тех пор, пока тот не сдвинется с места.

Конструкция устройства довольно проста: редуктор, упор и рама, внутри которой расположены молотки.

Принцип работы гайковерта: энергия приводит в действие редуктор, заставляя его вращаться; приводятся в движение молотки, которые захватывают упор. В случае, если болт застрял и упор прекращает свою работу, механизм электроинструмента не предусматривает застой молотков. Они бьют по упору, пока тот не сдвинет с места расходный материал.

Устройства предназначены для различных целей, включая ремонт автомобилей, монтаж оборудования, обшивка стен, покрытие крыш.

Виды гайковертов Makita:

Сетевые. Модели данного типа отличаются высоким уровнем производительности и в 50% случаев оптимальны для профессионального использования. Для сетевых устройств всегда требуется наличие источника постоянного тока, нежели для аккумуляторных моделей. Так же, в отличие от аккумуляторных гайковертов, показатель крутящего момента сетевых моделей значительно выше.
Аккумуляторные. Главное отличие устройств — автономность. Помимо этого, аккумуляторные модели значительно легче сетевых. Используются и для бытовых целей, и для профессиональных.

Типы аккумуляторов, которые используются с гайковертами Makita:

NiCd (Никель-кадмиевые) аккумуляторы рекомендуется хранить заряженными, поскольку они обладают «эффектом памяти», что постепенно снижает емкость (за счет зарядки не полностью разряженного аккумулятора) низким уровнем экологической безопасности.

Ni-MH (Никель-металл-гидридные) аккумуляторы исключают вредное воздействие на окружающую среду. «Эффект памяти» при наибольшей емкости проявляется в меньшей степени. Однако аккумуляторы данного типа разряжаются при длительном простое, не работают при низкой температуре.
Li-ION (Литий-ионные) аккумуляторы освобождены от «эффекта памяти», меньше весят, имеют высокий уровень производительности. Аккумуляторы данного типа способны работать беспрерывно в течение трех часов, быстро заряжаются (около 30 минут). Новейшими разработками компании Makita являются Li-ION аккумуляторы с технологией «eXtreme Technology» (LXT), что значительно увеличивает производительность аккумулятора, не превышая его массу и габариты.

Основные показатели работы гайковертов Makita:

Мощность — ведущий показатель любого электроинструмента, характеризующий, прежде всего его производительность и способность работать с различными материалами.
Крутящий момент информирует о способности гайковёрта работать с более крупным и длинным крепёжным элементом.
Количество оборотов и ударов в минуту влияют на усилия, которые потребуется прикладывать к работе. Регулируются нажатием на пусковой выключатель.

Ключевые особенности:

Электронная регулировка оборотов
Реверс (обратных ход)
Обрезиненная рукоятка для надежного хвата
Специальные гнезда для дополнительных бит
Мощный металлический редуктор
Подсветка рабочей зоны

Гайковерты японского бренда Makita — это мощные устройства, которые отличаются надежностью, производительностью и высокой степенью эргономики. Аккумуляторные и сетевые модели обладают высоким крутящим моментом. Особенность конструкции заключается в том, что устройства легко поддаются техническому обслуживанию. Литий-ионная аккумуляторная батарея

Обзор — определение, принцип работы и применение_Greenway аккумулятор

Это перезаряжаемый аккумулятор, который используется в портативной электронике или электромобилях. Он находит свое применение в военной и авиакосмической сфере. Он был разработан в 1970-х годах и стал коммерческим в 1990-х годах. Для изготовления положительного электрода батареи используется интеркалированное соединение лития, а для изготовления отрицательного электрода — графит. Эти батареи обладают высокой плотностью энергии и низким значением саморазряда.Литий-ионные батареи содержат горючий электролит и могут вызвать взрыв. Плотность энергии и напряжения литий-ионных батарей сильно различаются из-за материала, из которого изготовлены электроды. Литий-ионные аккумуляторы обладают рядом характеристик, которые делают их идеальными для использования в нескольких устройствах.

В этой статье рассматриваются характеристики и принцип работы литий-ионных аккумуляторов, а также предоставляется полезная информация о том, как использовать литий-ионные аккумуляторы.

Литий-ионный аккумулятор обладает множеством функций, которые делают его особенным для использования во многих сферах применения.

Главная особенность этой технологии — высокая удельная энергия. Согласно требованию таких устройств, как; В мобильных телефонах необходимо иметь аккумулятор с высокой плотностью энергии. Эти устройства должны работать, потребляя больше энергии. Это то, что отличает литий-ионные батареи от других источников энергии. Из-за высокой плотности энергии он лучше всего подходит для электромобилей, которые представляют собой новейшие технологии и вскоре завоюют рынок.
Особенностью литий-ионных аккумуляторов является низкая скорость саморазряда. Все остальные аккумуляторные батареи имеют быструю саморазрядку, например: Ni-Cad или NiMH. Скорость саморазряда литий-ионных аккумуляторов составляет 5% в первые четыре часа, а затем снижается до 2% в месяц.
Одна из особенностей литий-ионных аккумуляторов — низкие эксплуатационные расходы. Они не требуют надлежащего обслуживания, как никель-кадмиевые элементы.
Литий-ионные аккумуляторы бывают самых разных форм и видов.Это отличает его от других источников энергии. Аккумулятор подходящего типа можно использовать для конкретного применения. Некоторые литий-ионные аккумуляторы обеспечивают высокую плотность тока, их можно использовать в мобильных электронных устройствах. Некоторые из них обеспечивают высокий уровень тока и идеально подходят для электромобилей.

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные батареи состоят из отсеков для выработки энергии, называемых ячейками. Ячейка состоит из трех компонентов; положительный электрод-анод, отрицательный электрод-катод и электролит.Анод обычно состоит из оксида лития-кобальта и фосфата лития-железа. Катод состоит из графита, а электролит варьируется от батареи к батарее. В процессе зарядки анод заставляет ионы перемещаться в электролите и достигать графита. Энергия забирается и накапливается батареей. Во время разряда ионы лития через электролит возвращаются к положительному электроду. Они производят энергию для питания батареи. В обоих процессах поток электронов противоположен движению ионов.Электроны не текут в электролите, они движутся по внешнему контуру. Движение ионов и электронов — взаимосвязанное явление. Литий-ионные аккумуляторы имеют встроенные электронные контроллеры. Они используются для предотвращения перезарядки и перегрева аккумулятора. Когда ионы больше не поступают, это означает, что аккумулятор полностью заряжен и готов к работе.

Зарядка и разрядка — это химическая реакция. Но в случае литий-ионных аккумуляторов все обстоит иначе. Для них это энергия, втекающая и выходящая из-за движения ионов между анодами и катодом.

Эти реакции включают внутреннюю коррозию и способность ионов задерживаться в электролите. Литий-ионные аккумуляторы похожи на свинцово-кислотные. Литий-ионный аккумулятор не принимает перезаряд. Это чистая система, которая может принимать энергию, когда это необходимо. Свинцово-кислотный может отключить напряжение. Процесс подзарядки прост, и полный заряд присутствует, когда напряжение достигает порогового значения. Литий-ионные батареи будут заряжены полностью, когда напряжение достигнет пикового значения, но насыщение зарядов может занять больше времени.Сильноточное зарядное устройство может зарядить аккумулятор до 70%. Эти батареи не требуют полностью заряженной системы.

Как правильно использовать литий-ионные аккумуляторы?

Вот несколько советов, которые помогут сохранить ваши батареи здоровыми и продлить срок их службы.

Храните аккумулятор при комнатной температуре

Литий-ионные батареи не переносят высоких температур. Не заряжайте мобильные телефоны в жаркую погоду в машине.Тепло — один из основных источников, снижающих эффективность литий-ионных батарей.

Избегайте полной разрядки литий-ионной батареи

Литиевая батарея, разряженная ниже 2,5 В на элемент, сделает ее мертвой, чтобы использовать ее снова. Даже оригинальное зарядное устройство не принесет никакой пользы. Будьте осторожны при разрядке аккумулятора.

Используйте литий-ионный аккумулятор большой емкости

Не покупайте запасную батарею, а используйте батарею большой емкости, чтобы она прослужила дольше.Запасные батареи скоро испортятся, если не будут использоваться в течение длительного периода.

Храните аккумулятор в прохладном месте

Если вы хотите хранить литий-ионные батареи, рекомендуемое значение — 40 процентов разряда и хранить их в холодильнике.

Избегать влаги

Литий-ионные аккумуляторы способны поглощать влагу. Поэтому не используйте устройство возле воды или под дождем.?

Используйте совместимое зарядное устройство

Если вы используете низкий порог напряжения и устраните насыщение заряда, это увеличит срок службы батареи, но время работы сократится. Используйте совместимое зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора, если вы используете дешевое зарядное устройство. Он зарядит аккумулятор за один час, но не обеспечит насыщения зарядов. Состояние заряда будет достигнуто после завершения первого этапа зарядки.Батарея на этом этапе будет заряжена на 85%, но не будет содержать оптимального количества зарядов. Такой уровень зарядки может быть достаточным для многих пользователей, но не обеспечивает длительного использования.

Принцип работы и использование литий-ионной батареи

— StudiousGuy

Литий-ионная батарея — это тип перезаряжаемой батареи, в которой используются заряженные частицы лития для преобразования химической энергии в электрическую. М.Стэнли Уиттингем, британско-американский химик, известен как отец-основатель литий-ионных батарей. Он разработал концепцию аккумуляторных батарей в конце 1970-х годов. В 2019 году М. Стэнли Уиттингем, Джон Гуденаф и Акира Йошино были удостоены Нобелевской премии по химии за свою работу. По способности перезарядки литий-ионные батареи можно разделить на две большие категории: первичные и вторичные. Первичные литий-ионные батареи не являются перезаряжаемыми по своей природе, а вторичные литий-ионные батареи — перезаряжаемыми.

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Принцип работы литий-ионной батареи
Литий-ионные аккумуляторы
работают по принципу кресла-качалки. Здесь преобразование химической энергии в электрическую происходит с помощью окислительно-восстановительных реакций. Обычно литий-ионный аккумулятор состоит из двух или более электрически связанных электрохимических ячеек. Когда аккумулятор заряжен, ионы стремятся двигаться к отрицательному электроду или аноду. Когда батарея полностью разряжается, ионы лития возвращаются обратно к положительному электроду, т.е.е., катод. Это означает, что в процессе зарядки и разрядки ионы лития перемещаются между двумя электродами батареи, поэтому принцип работы литий-ионной батареи называется принципом кресла-качалки.

Работа литий-ионного аккумулятора

Батарея обычно состоит из двух электродов, а именно анода и катода. Катод образует положительную клемму батареи, а анод — отрицательную клемму. Катод литий-ионной батареи в основном состоит из соединения лития, а основным элементом анода является графит.Когда аккумулятор подключен к источнику питания, ионы лития имеют тенденцию перемещаться от катода к аноду, то есть от положительного электрода к отрицательному. Это называется зарядкой аккумулятора. Во время фазы разряда батареи движение ионов лития меняется на противоположное от анода к катоду, то есть от отрицательного электрода к положительному электроду, и электрическая энергия передается на присоединенную нагрузку.

Использование литий-ионной батареи

Сотовые устройства

Почти все сотовые устройства, такие как мобильные телефоны, ноутбуки, беспроводные телефоны и т. Д.использовать литий-ионные батареи. Это связано с тем, что литий-ионные батареи компактны, легки и могут использоваться повторно. Следовательно, они идеально подходят для портативных устройств. Также такие типы аккумуляторов обеспечивают быструю зарядку. Таким образом, позволяя пользователю часто получать доступ к устройствам без помех.

Силовые банки

Power Bank — это портативный гаджет, который помогает пользователю удобно заряжать электронные устройства, такие как мобильные телефоны, умные часы и т. Д. В любом месте и в любое время.Для этой цели в блоке питания обычно используются литий-ионные и литий-полимерные батареи.

Электромобили

В ряде электромобилей, таких как электромобили, электрические велосипеды, электросамокаты, электрические велосипеды и т. Д., Для работы используются литий-ионные батареи. Это связано с тем, что литий-ионные батареи имеют высокое отношение мощности к весу, большую устойчивость к колебаниям температуры и давления и более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотные батареи.Кроме того, они легкие, портативные, эффективные и безопасные, чем традиционные батареи.

Медицинское оборудование

В медицинских устройствах, таких как слуховые аппараты, хирургические инструменты, диагностические аппараты, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, роботы-помощники, инфузионные насосы, мониторы частоты пульса и т. Д., Используются литий-ионные батареи для различных диагностических и лечебных целей. К преимуществам использования литий-ионных аккумуляторов в медицинских гаджетах можно отнести высокую отзывчивость, быструю скорость зарядки, легкий и безопасный характер и т. Д.

Камеры
Литий-ионные батареи
широко используются в цифровых зеркальных фотоаппаратах, поскольку они способны обеспечивать высокую мощность в течение сравнительно более длительного времени, чем традиционные батареи. Кроме того, предпочтительны литий-ионные аккумуляторы, поскольку они легкие и, следовательно, не делают гаджет громоздким. В некоторых камерах также используются перезаряжаемые литий-ионные батареи, которые позволяют пользователю повторно использовать их и повышают надежность.

ИБП

ИБП или система бесперебойного питания — это устройство, которое обеспечивает резервное питание в течение определенного периода времени в случае отключения или сбоя в подаче электроэнергии.В таких устройствах обычно используется комбинация литий-ионных батарей. Это связано с тем, что использование литий-ионных батарей в устройствах ИБП уменьшает занимаемую площадь на 50-80%. Кроме того, система ИБП на основе литий-ионных аккумуляторов весит на 60-80% меньше, чем обычное устройство ИБП на основе свинцово-кислотных аккумуляторов.

Роботы
Литий-ионные батареи
пользуются большим спросом в области робототехники и автоматизации. Они используются для питания человекоподобных роботов, а также промышленных роботов.

Преимущества литий-ионного аккумулятора

1.Литий-ионные батареи имеют значительно низкую скорость саморазряда по сравнению с батареями другого типа.

2. Обладают высокой плотностью энергии.

3. В литий-ионных батареях отсутствует эффект памяти.

4. Средний срок службы литий-ионных аккумуляторов в десять раз больше, чем у традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов.

5. Скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов высока.

6. Литий-ионные батареи эффективно работают в экстремальных условиях, таких как высокое давление и колебания температуры.

7. Литий-ионные аккумуляторы легкие и компактные. Обычно вес литий-ионных аккумуляторов примерно на 50-60% меньше, чем у стандартных свинцово-кислотных аккумуляторов.

8. Установка литий-ионных батарей сравнительно проста.

9. Эти типы батарей гибкие, менее громоздкие и безопасные в использовании.

10. Литий-ионные батареи доступны в различных формах и размерах.

11. Уровень напряжения литий-ионного аккумулятора не падает и поддерживается постоянно на протяжении всего использования.

12. Емкость литий-ионного аккумулятора примерно на 25-50% больше, чем у свинцово-кислотного аккумулятора.

13. Они требуют минимального обслуживания.

14. Литий-ионные батареи не опасны, так как не выделяют токсичных газов.

Недостатки литий-ионного аккумулятора

1. Зарядная емкость литий-ионного аккумулятора со временем уменьшается из-за потери ионов лития в межфазной границе твердого электролита и межфазной поверхности катод-электролит.

2. При повреждении разделителя литий-ионных аккумуляторов возникает опасность возгорания.

3. Они относительно дорогие.

4. Если в аккумуляторе заканчиваются ионы лития, его нельзя заменить. Таким образом, аккумулятор нельзя использовать по истечении ориентировочного срока службы.

Схема, показывающая принцип работы электродов на основе графена …

Контекст 1

… Во время зарядки внешний источник электроэнергии заставляет ток проходить в обратном направлении и обеспечивает миграцию (диффузию) ионов Li с катода на анод через электролит.Во время процесса разряда ионы Li перемещаются от спины к аноду через неводный электролит, проводя ток (рис. 9). [83] Графен и нанокомпозиты на его основе привлекли огромное внимание для использования в перезаряжаемых литий-ионных батареях из-за их превосходных свойств. …

Контекст 2

… гибкие половинные и полные ячейки были изготовлены с использованием трехмерной гибкой и проводящей взаимосвязанной графеновой пены в качестве токосъемника (рис. 19a).[(Рис. 19b, c) и катод (LFP / GF) соответственно. …

Контекст 3

… гибкие половинные и полные ячейки были изготовлены с использованием трехмерной гибкой и проводящей взаимосвязанной графеновой пены в качестве токосъемника (рис. 19a). [(Рис. 19b, c) и катод (LFP / GF) соответственно. [623] Полные ячейки были гибкими с сохранением высокой емкости до 10 ° C в течение 100 циклов (рис. 19d). …

Контекст 4

… (Рисунок 19b, c) и катод (LFP / GF) соответственно.[623] Полные ячейки были гибкими с сохранением высокой емкости до 10 ° C в течение 100 циклов (рис. 19d). Точно так же полуэлементы сохраняют высокую емкость до 200 ° C в течение 500 циклов (рисунок 19e). …

Контекст 5

… Полные ячейки были гибкими с сохранением высокой емкости до 10 ° C на 100 циклов (рисунок 19d). Точно так же полуэлементы сохраняют высокую емкость до 200 ° C в течение 500 циклов (рисунок 19e). [623] Эти архитектуры с высокой проводимостью, гибкостью, пористостью и малым весом открывают большие перспективы для коммерциализации гибких литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью мощности….

Контекст 6

… Литий-воздушная система — это комплексная химия, в которой процесс разряда относится к электрохимическому окислению металлического Li на аноде и восстановлению кислорода (O 2) из воздух на катоде с реакцией между ними, приводящей к образованию ряда продуктов, пероксида Li (Li 2 O 2) и оксида Li (Li 2 O), которые обычно называют «реакциями восстановления кислорода» (ORR) ). [793,794, [796] [797] [798] [799] Процесс зарядки включает электрохимическое разложение Li 2 O 2 (или Li 2 O) на Li и O 2, и связанная с этим реакция является таковой. называется «реакцией выделения кислорода» (OER), как показано на рисунке 29.[792] В этой системе металлический Li действует как анод, в то время как катод (кислород) отбирается из воздуха, что является основой для высокой теоретической емкости и плотности энергии, значительно более высокой, чем у обычных систем с перезаряжаемыми батареями (Ni-Cd , Ni-MH и Li-ion). …

Контекст 7

… Кроме того, Na-воздушные батареи считаются хорошей альтернативой для замены литий-ионных или литий-воздушных батарей из-за их низкой стоимости материала и естественного содержания Na, которое составляет 30 раз дешевле, чем Ли.[967] [968] [969] [970] [971] [972] [973] В отличие от Li, Na способен обратимо образовывать стабильный супероксид (NaO 2) в среде чистого O 2 с низкими перенапряжениями во время процесса разряда (рис. 39). [974] Это позволяет воздушно-Na-воздушной батарее цикл с эффективностью заряда 80% -90% после первого цикла. …

Контекст 8

… нанокомпозит Na 3 V 2 (PO 4) 3 / C в оболочке [958] Начальная разрядная емкость 106,5 мАч г -1 при 0,1 ° C с сохранением емкости 92.5% после 200 циклов GNS / VOx [959] Емкость 224 мАч г -1 после 50 циклов при 200 мА г -1 Композит NVP / C / rGO [960] Удельная емкость 103 мАч г -1 после 200 циклов при 0,2 ° C [963] Разрядная емкость 114 мАч / г после 50 циклов при 0,2 ° C Рис. 39. Принципиальная схема, показывающая общий принцип работы батареи щелочного металла с O 2. …

Электрохимическое устройство — обзор

Введение

Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые вырабатывают электричество в результате каталитической реакции топлива, в основном водорода, с окислителем, таким как кислород или воздух (Baroutaji et al ., 2017а, б, 2019). За последние несколько лет топливный элемент был идентифицирован как многообещающая альтернатива традиционным источникам энергии, таким как тепловые двигатели, то есть двигатели внутреннего сгорания, с более высокой эффективностью, более низким уровнем шума и минимальным количеством загрязняющих веществ (Baroutaji et al . , 2019; Alaswad et al ., 2016).

Низкотемпературный тип топливных элементов, а именно топливные элементы с протонообменной мембраной (PEMFC), в настоящее время используется для питания широкого спектра приложений, от систем зарядки электронных устройств до электродвигателя электромобиля на топливных элементах (FCEV). .PEMFC использует протонпроводящую мембрану в качестве электролита, зажатого между катодом и анодом.

Принцип работы PEMFC показан на рис. 1. Водород ионизируется на аноде с образованием протонов (H ⁺) и электронов (e ^—), тогда как кислород восстанавливается на катоде. Произведенные протоны (H ⁺) проходят через протонопроводящую мембрану к аноду и объединяются с восстановленным O ₂ с образованием воды, тогда как полученные электроны проходят через внешнюю цепь для производства электричества.Катодная реакция является экзотермической, что требует отвода выделяемого тепла и поддержания постоянной температуры ячейки (St-Pierre, 2009).

Рис. 1. Принцип работы PEMFC.
Воспроизведено по материалам Baroutaji, A., Wilberforce, T., Ramadan, M., Olabi, A.G., 2019. Всестороннее исследование водородных технологий и технологий топливных элементов в авиационном и аэрокосмическом секторах. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии 106, 31–40.
Топливные элементы с прямым метанолом (DMFC) — это подкатегория PEMFC, в которой в качестве топлива вместо водорода используется плотный жидкий метанол.DMFC обеспечивает несколько преимуществ перед водородными топливными элементами из-за простоты доставки и хранения жидкого метанола, отсутствия требований к увлажнению, а также хорошей стабильности и низкой стоимости топлива (Sudhakar et al ., 2018). Принцип работы DMFC очень похож на PEMFC на водородном топливе. Когда метанол попадает в топливный элемент на аноде, он окисляется в присутствии воды с образованием диоксида углерода (CO ₂), электронов (e ^—) и ионов водорода (H ⁺) (Behling, 2013). .Генерируемые ионы водорода пересекают мембрану, в то время как электроны проходят через внешнюю электрическую цепь к катодной стороне. На катодной стороне ионы водорода, электроны и кислород взаимодействуют вместе с образованием воды (H ₂ O). Рис. 2 суммирует принцип работы DMFC.

Рис. 2. Принцип работы DMFC.

Мембрана является сердцем PEMFC и играет ключевую роль в общей производительности ячейки. Хорошая мембрана должна быть ионопроводящей, непроницаемой для газов, прочной, химически стабильной в условиях эксплуатации топливных элементов, стойкой к химическому воздействию и способной работать в широком диапазоне температур.

В этой статье представлен обзор основных мембранных материалов топливного элемента PEM. Выявлены основные преимущества и недостатки различных материалов мембран, а также основные проблемы.

Зарядка кардиостимуляторов с использованием энергии тела

J Pharm Bioallied Sci. Январь-март 2010 г .; 2 (1): 51–54.

Динеш Бхатия

Департамент биомедицинской инженерии, Университет науки и технологий Динбадху Чотту Рам, Муртал, Сонепат, Харьяна-131039, Индия

Свити Байраги

Департамент биомедицинской инженерии, Университет науки и технологий Динбадху Чотту Рамского университета Murthal, Sonepat, Haryana-131 039, India

Sanat Goel

Департамент биомедицинской инженерии, Университет науки и технологий Deenbadhu Chottu Ram, Murthal, Sonepat, Haryana-131 039, India

Manoj Jangra

Департамент биомедицинской инженерии , Deenbadhu Chottu Ram University of Science and Technology, Murthal, Sonepat, Haryana-131 039, India

Департамент биомедицинской инженерии, Deenbadhu Chottu Ram University of Science and Technology, Murthal, Sonepat, Haryana-131 039, India

Поступило в 2010 г. 13 января; Пересмотрено 22 февраля 2010 г .; Принята в печать 9 марта 2010 г.
Авторские права: © Журнал фармации и биологических наук
Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Unported, что разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.
Эта статья цитируется в других статьях в PMC.
Abstract

Спасательные медицинские имплантаты, такие как кардиостимуляторы и дефибрилляторы, сталкиваются с большим недостатком, заключающимся в том, что их батареи в конечном итоге разряжаются, и пациентам требуется частая операция для замены этих батарей.С появлением технологий для таких операций могут появиться альтернативы. Для питания этих устройств могут использоваться методы сбора энергии тела. Некоторые из источников энергии — это сердцебиение пациента, кровоток внутри сосудов, движение частей тела и температура тела (тепло). Используются различные типы датчиков, например, для измерения энергии сердцебиения используются пьезоэлектрические и полупроводниковые связанные нанопровода, которые преобразуют механическую энергию в электричество.Точно так же для измерения энергии кровотока используются наногенераторы, приводимые в действие ультразвуковыми волнами, которые обладают способностью напрямую преобразовывать гидравлическую энергию человеческого тела в электрическую. Еще одним соображением является использование тепла тела с помощью биотермической батареи для выработки электричества с использованием нескольких массивов термоэлектрических генераторов, встроенных в имплантируемый чип. В этих генераторах используется хорошо известный эффект термопары. Для работы биотермического устройства необходимо, чтобы на нем была разница температур в 2 ° C.Но есть много частей тела, где существует разница температур в 5 ° C — обычно в нескольких миллиметрах под кожей, где планируется разместить это устройство. В этом исследовании основное внимание уделяется использованию тепла тела в качестве альтернативного источника энергии для подзарядки батарей кардиостимуляторов и других медицинских устройств и предотвращения риска для жизни во время повторных операций.

Ключевые слова: Биотермальная батарея, кардиостимуляторы, термоэлектрические генераторы

При работе с хирургическими медицинскими приборами всегда следует учитывать две концепции: риск для жизни и деньги.Таким образом, для помощи людям в отношении таких устройств может быть придумана новая идея. Это включает в себя концепцию сбора энергии. Сбор энергии можно определить как извлечение энергии из одной формы в другую полезную форму, и эти устройства преобразуют энергию окружающей среды в электрическую. Используя концепцию сбора энергии, мы можем запускать электродвигатель от энергии ветряной мельницы; гидравлическая энергия и т. д. То же самое можно использовать и в случае самого человеческого тела. Существуют различные способы применения вышеупомянутой концепции для помощи людям с кардиостимуляторами.[1] Он включает энергию, полученную от самого тела. Поскольку тело представляет собой различные виды энергии, его можно использовать в качестве источника энергии для работы таких устройств. Тело имеет базовые энергии, такие как сердцебиение, кровоток в артериях и венах, движение тела и тепло тела, которое может быть собрано для получения электрической энергии для работы кардиостимулятора с напряжением 6 В в случае сердечной недостаточности. [1,2]

У людей часто случается, что части тела не работают из-за некоторых внутренних сбоев, например, в случае сердца, естественный кардиостимулятор, сино-предсердный узел (узел SA), может работать неправильно. , что приводит к ненормальному сердцебиению.Эти аритмии могут быть очень серьезными, вызывая сердечные приступы и даже смерть. Чтобы смазать колеса жизни пациента, кардиостимулятор поддерживает адекватную частоту сердечных сокращений либо из-за того, что собственный кардиостимулятор сердца не работает достаточно быстро, либо из-за блокировки в системе электрической проводимости сердца. Сердце схемы кардиостимулятора — это аккумулятор. Он обеспечивает энергией всю цепь кардиостимулятора для работы. Есть много типов батарей, которые можно использовать для работы системы. Некоторыми примерами из них являются свинцовые батареи; предполагаемый срок службы этих батарей составляет 8–10 лет.По истечении этого периода времени эти батареи выходят из строя из-за различных причин, таких как старение, механическая слабость, системы качества и управление качеством, изменение физических характеристик (морфологии) рабочих химикатов, химические потери из-за испарения и т. Д.

Итак, по истечении определенного интервала этого периода времени их необходимо заменить. Эта повторяющаяся операция вызывает дискомфорт и риск для жизни пациента. Поскольку эти искусственные кардиостимуляторы имплантируются в организм с помощью хирургической процедуры и требуют замены, мы можем подумать о некоторых альтернативах, которые помогут избежать подобных инцидентов.Само тело может использоваться как источник энергии. [2,3] В этой статье мы обсудим тело как источник энергии.

Тело как источник энергии

Как обсуждалось ранее, чтобы иметь альтернативный источник для зарядки устройств, таких как кардиостимулятор или дефибриллятор, с низким энергопотреблением, можно рассмотреть возможность использования различных видов деятельности тела в качестве источника энергии. Мы можем разделить методы производства электроэнергии, основанные на этих вышеупомянутых действиях, на две основные категории [4,5]: (i) производство электроэнергии с использованием пьезоэлектрического элемента и (ii) производство электроэнергии с использованием термопары.

Производство энергии с использованием пьезоэлектрического элемента

В этой категории используется пьезоэлектрический кристалл для измерения энергии тела от таких источников, как сердцебиение, кровоток и движение тела. Он преобразует эти различные формы энергии в электрическую энергию.

Принцип

Основной принцип заключается в использовании пьезоэлектрических и полупроводниковых связанных нанопроволок, таких как оксид цинка, для преобразования механической энергии в электричество. Пьезоэлектрические кристаллы работают по принципу деформации кристалла за счет изменения состояния параметров тела и преобразуют энергию давления в электрическую.Сходным образом; Полупроводниковый наногенератор может напрямую преобразовывать энергию давления в человеческом теле, создаваемую кровотоком, сердцебиением и сокращением кровеносных сосудов, в электрическую энергию. В настоящее время эти наногенераторы способны генерировать электричество в биосовместимой жидкости под действием ультразвуковых волн. Он состоит из нанопроволок оксида цинка (ZnO). [4] Когда система подвергается вибрациям, она преобразует эти механические колебания в электрические сигналы.

Наногенератор с заделанными в генератор нанопроволоками размером порядка 2 мм ².В каждом из этих генераторов более 1 миллиона нанопроволок. На массив ориентированных нанопроволок ZnO наносился зигзагообразный кремниевый электрод, покрытый платиной. Платина используется для увеличения проводимости электрода. Когда химически выращенные проволоки, помещенные на конец электрода, изгибаются в ответ на вибрацию, ионы перемещаются. Это разбалансирует заряды и создает электрическое поле, которое создает ток, когда нанопроволока подключается к цепи, и может использоваться в качестве потенциального источника энергии.[5] Эти результаты подтверждают теорию о том, что нанопровода из оксида цинка демонстрируют мощный пьезоэлектрический эффект, то есть выработку электричества в ответ на механическое давление. Если мы сможем преобразовать часть этого, мы сможем запитать электронное устройство. Было подсчитано, что мы можем преобразовать 17–30% этой энергии в полезную. С помощью различных исследований было установлено, что при ходьбе вырабатывается 67 Вт энергии. Движение пальца дает мощность 0,1 Вт, а дыхание — 1 Вт.[4,5] Все эти потенциальные источники энергии могут использоваться для производства энергии.

Производство энергии с помощью термопары

В этой категории используются термопары для измерения тепла тела. Термопара преобразует тепло в разность потенциалов, которую можно использовать для зарядки аккумулятора. Считается, что на основе разницы температур в человеческом теле будет разработана термоэлектрическая система питания. [6] Была разработана инновация в термоэлектрических материалах (ТМ) с использованием наноразмерных тонкопленочных материалов для преобразования тепла тела в электрическую энергию.Полученная мощность может использоваться для «непрерывной зарядки» аккумуляторов для устройств средней мощности, таких как дефибрилляторы, или для непосредственного питания устройств с низким энергопотреблением, таких как кардиостимуляторы. Эти системы питания могут работать до 30 лет — пятикратное увеличение срока службы по сравнению с существующими технологиями — и, таким образом, могут сократить количество медицинских процедур, необходимых для замены имплантата на протяжении всей жизни пациента, снижая затраты и возможные осложнения. Используются полупроводниковые материалы, которые производят электрическую энергию в результате разницы температур между горячей и холодной поверхностями материала.[7]

Принцип

Предполагается, что батарея превращает собственное тепло тела в электричество. Он будет вырабатывать электричество, используя массивы из тысяч термоэлектрических генераторов, встроенных в имплантируемый чип. В этих генераторах используется хорошо известный термоэлектрический эффект, при котором создается небольшое напряжение, когда соединения между двумя разнородными материалами поддерживаются при разных температурах [7].

Базовая концепция

В биотермической батарее используются TM, состоящие из полупроводникового теллурида висмута.Материал легирован примесями, которые придают одной стороне термопары обилие электронов (отрицательного или n-типа), тогда как другая сторона содержит примеси без электронов (положительный или p-тип). Передача тепла обычно происходит от объекта с высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Теплообмен изменяет внутреннюю энергию обеих систем (объектов). В ТМ есть свободные носители, которые несут как электрический заряд, так и тепловую энергию. Если два объекта, поддерживаемые при разных температурах, соединены посредством TM, молекулы (свободные носители) на высокотемпературном конце будут диффундировать дальше, чем молекулы на более холодном конце, вызывая чистое накопление молекул (более высокая плотность) на холодном конце. .Этот градиент плотности заставляет молекулы диффундировать обратно к горячему концу. В установившемся режиме градиент плотности противодействует влиянию градиента температуры, чтобы минимизировать чистый поток молекул. [8] С другой стороны, когда молекулы заряжены, накопление заряда на холодном конце создает отталкивающую электростатическую силу (и, следовательно, электрический потенциал), толкая заряды обратно к горячему концу. Для положительных свободных зарядов материал называется p-типом и накапливает положительный заряд на холодном конце, что приводит к положительному потенциалу.Аналогичным образом, для отрицательных свободных зарядов материал называется n-типом и накапливает отрицательный заряд на холодном конце, что приводит к отрицательному потенциалу []. Если горячие концы материалов n-типа и p-типа электрически соединены, а нагрузка подключена к холодным концам, создаваемое напряжение заставляет ток течь через нагрузку, генерируя термоэлектрическую энергию []. Хорошие ТМ обычно представляют собой сильно легированные полупроводники. Также единый тип носителя обеспечивает оптимизацию выработки термоэлектрической энергии.Смешанная проводимость n-типа и p-типа также приводит к отрицательному эффекту и низкой термоэдс. [9]

Схематическое изображение образования (а) положительных / отрицательных зарядов из-за разницы температур и (б) положительных / отрицательных потенциалов, возникающих из-за разницы температур [6]

Наблюдения

Для получения полезного напряжения необходимо расположите тысячи полупроводниковых элементов последовательно. Устройство имеет около 4000 последовательно соединенных термопар, каждая из которых генерирует несколько микровольт на каждый 1 ° C разницы температур.Типичная батарея имеет массив 2,5 см ², всего около 6,0 см ² площадей со всех сторон, который генерирует 4 В и обеспечивает мощность 100 мкВт. Устройство предназначено для продления срока службы имплантируемого кардиовертера-дефибриллятора (ИКД) и батареи кардиостимулятора до более чем трех десятилетий за счет их непрерывной подзарядки. [10] Возможно, он даже сможет напрямую питать некоторые кардиостимуляторы малой мощности. Для работы биотермического устройства [] необходимо, чтобы на нем была разница температур 2 ° C.Эту разницу температур можно легко получить, поместив устройство на несколько миллиметров ниже поверхности кожи; поскольку существует множество частей тела, где существует разница температур до 5 ° C. [10,11]

Биотермальная батарея: PN-переходная решетка [2]

Технические проблемы и конкуренты в области технологий

Задача состоит в том, чтобы создать термоэлектрический модуль мощностью 100 мкВт при 3 В с разницей температур 1 ° C. Для термоэлектрического модуля требуется около 4000 элементов на 6-сантиметровой поверхности ².

На рынке доступны различные технологические конкуренты. Литий-ионный аккумулятор обеспечивает возможность перезарядки и увеличенный срок службы аккумулятора. Кроме того, в середине 90-х была разработана технология литиево-углеродных монофторидных батарей, хотя она не получила широкого распространения. Были разработаны нанокристаллические катодные компоненты, которые продлевают срок службы литиевых батарей. Ни один из этих конкурентов в настоящее время не может обеспечить срок службы около 30 лет. [12]

Базовая схема зарядки

показывает схему, в которой используется принцип зарядки биотермической батареи для кардиостимулятора.В этой схеме контролируется уровень напряжения аккумуляторной батареи. Он автоматически прерывает процесс зарядки, когда его выходное напряжение на клеммах превышает заданный уровень. Таймер IC NE555 используется для зарядки и контроля уровня напряжения в аккумуляторе. На вывод 5 управляющего напряжения микросхемы IC ₁ подается опорное напряжение 5,6 В с помощью стабилитрона ZD ₁. На вывод 6 порога подается напряжение, установленное VR ₁, а на вывод 2 триггера — напряжение, установленное VR ₂.Когда разряженная батарея подключена к цепи, напряжение, подаваемое на контакт 2 триггера IC ₁, ниже 1/3 В постоянного тока, и, следовательно, триггер в ИС включается, чтобы на выходном контакте 3 был высокий уровень. Когда аккумулятор полностью заряжен, выходное напряжение на клемме увеличивает напряжение на выводе 2 микросхемы IC ₁ выше порогового значения точки срабатывания. Это выключает триггер, и на выходе устанавливается низкий уровень, чтобы завершить процесс зарядки. Пороговый вывод 6 IC ₁ соответствует 2/3 Vcc, установленному VR ₁.Транзистор Т ₁ используется для увеличения зарядного тока в цепи. Резистор R ₃ имеет решающее значение для обеспечения необходимого зарядного тока. Для резистора сопротивлением 39 Ом зарядный ток составляет примерно 180 мА. [11,12] Эта схема получает питание от матрицы полупроводниковых термопар, установленных на микросхеме. Эти термопары (основанные на микросхеме) прикреплены к корпусу в двух точках, одна из которых считается холодной, а другая — горячей. Эти точки можно найти, взяв одну на поверхности тела, а другую примерно на 3 дюйма.ниже кожи, чтобы можно было достичь соответствующей разницы температур для создания необходимой разности потенциалов для зарядки аккумулятора кардиостимулятора.

Алгоритм зарядки аккумулятора

Зарядное устройство аккумулятора реализует трехэтапный алгоритм зарядки. [] Процесс зарядки начинается с этапа предварительной зарядки; затем, когда напряжение батареи достигает определенной точки, она переключается на стадию полной зарядки. Затем процесс зарядки завершается на этапе поглощения (постоянного напряжения).После этого зарядное устройство может поддерживать заряд аккумулятора в плавающем режиме. Когда зарядное устройство отключено от сети, оно по умолчанию автоматически отключается в течение 1 минуты. Это защищает аккумулятор от разряда электроникой зарядного устройства. [11,12]

Трехэтапный алгоритм зарядки [11]

Заключение

Человеческая энергия — это форма возобновляемой энергии с низкой плотностью, имеющая большой потенциал производства из-за его широкой доступности. Из-за высоких затрат, связанных с приобретением технологии, необходимой для восстановления небольшого количества энергии человека, потраченной на отдых, применение ограничено экономической целесообразностью.Усовершенствование и разработка технологии извлечения могут привести к повышению эффективности и снижению капитальных затрат, тем самым уменьшив ограничения, вызванные экономической целесообразностью. Рост затрат на электроэнергию может также сделать восстановление более возможным за счет сокращения сроков окупаемости капитальных затрат на технологию рекуперации [13].

С наступлением революции в нанотехнологиях появилась возможность разместить тысячи таких небольших полупроводниковых узлов, преобразующих тепло в электричество, в небольшом пространстве, размером с одну или две почтовые марки.Ученые считают, что батарею можно вживлять в кожу, где существует перепад температур до 5 ° C. Это устройство может затем использоваться для питания кардиостимуляторов, а также других устройств, таких как крошечные нейротрансмиттеры, которые имплантируются в мозг для лечения болезни Паркинсона. [13,14] Следовательно, можно было бы заменить существующие токсичные батареи на естественные и безопасные зарядные устройства, которые могут вообще не требовать замены, и, следовательно, хирургические процедуры, тем самым повышая безопасность пациентов за счет минимизации сопутствующего риска.

Сноски

Источник поддержки: Нет,

Конфликт интересов: Не объявлен.

Ссылки
1. Креспи А.М., Сомдаль С.К., Шмидт К.Л., Скарстад П.М. Эволюция источников питания для имплантируемых кардиовертер-дефибрилляторов. J Источники энергии. 2001; 96: 33–8. [Google Scholar] 3. Буллис К. Бесплатное электричество от нано-генераторов выбросьте батарейки. [последнее цитирование 5 января 2010 г.]. Доступна с: http://www.technologyreview.com .6. Снайдер Г.Дж., Урселл Т.С.Термоэлектрическая эффективность и совместимость. Phys Rev Lett. 2003; 91: 148301. [PubMed] [Google Scholar] 7. Холмс CF, Браун WR. Нью-Йорк: Электрохимическое общество; 1980. Источники питания для биомедицинских имплантируемых приложений и литиевые батареи при температуре окружающей среды, «Влияние предварительного покрытия анода на характеристики литиево-йодной батареи кардиостимулятора» Пеннингтон; С. 187–84. [Google Scholar] 11. Ханиев, Мунтасир, Равигурураджан Т.С. Биотермический аккумулятор для ИКД, Репозиторий Shocker с открытым доступом. [последнее цитирование 5 января 2010 г.].Доступна с: http://hdl.handle.net/10057/634 .12. Kistler Instrument Corporation GlobalSpec.com Техническая библиотека. [Цитировано 5 января 2010 г.]. Доступна с: http://www.globalspec.com.
Типы батарей / источников питания: принципы работы и преимущества

Батареи являются наиболее распространенным источником питания для базовых портативных устройств и крупномасштабных промышленных приложений. Батарею можно определить как; это комбинация одной или нескольких электрохимических ячеек, которые способны преобразовывать накопленную химическую энергию в электрическую.

Работа батареи:

Аккумулятор — это устройство, состоящее из различных гальванических элементов. Каждый гальванический элемент состоит из двух полуэлементов, соединенных последовательно проводящим электролитом, содержащим анионы и катионы. Одна полуячейка включает электролит и электрод, к которому перемещаются анионы, то есть анод или отрицательный электрод; другая полуячейка включает электролит и электрод, к которому движутся катионы, то есть катод или положительный электрод.

В окислительно-восстановительной реакции, которая приводит в действие аккумулятор, происходит восстановление катионов на катоде, а окисление происходит до анионов на аноде.Электроды не касаются друг друга, а электрически связаны электролитом. В основном полуэлементы имеют разные электролиты. Учитывая все обстоятельства, каждая полуячейка заключена в контейнер, а сепаратор, пористый для ионов, но не большая часть электролитов, предотвращает смешивание.
Работа батареи
Каждая половина ячейки имеет электродвижущую силу (ЭДС), определяемую ее способностью передавать электрический ток изнутри во внешнюю часть ячейки. Чистая ЭДС ячейки — это разница между ЭДС ее полуячеек.Таким образом, если электроды имеют ЭДС, другими словами, чистая ЭДС представляет собой разность восстановительных потенциалов полуреакций.

Как обслуживать аккумулятор?

Чтобы поддерживать аккумулятор в хорошем состоянии, необходимо выравнивание заряда аккумулятора. Из-за старения все элементы заряжаются по-разному, некоторые элементы заряжаются очень быстро, а другие заряжаются постепенно. Выравнивание может быть выполнено путем небольшой перезарядки батареи, чтобы позволить более слабым элементам также полностью зарядиться.Напряжение на клеммах полностью заряженной батареи составляет 12 В, автомобильная батарея показывает 13,8 В на клеммах, а 12-вольтовая трубчатая батарея — 14,8 В. Автомобильный аккумулятор должен быть надежно закреплен в автомобиле, чтобы избежать тряски. Батарею инвертора следует по возможности поставить на деревянную доску.

2 типа батарей

1) Первичные батареи:

Как видно из названия, эти батареи предназначены для одноразового использования. После того, как эти батареи используются, их нельзя перезарядить, так как устройства не могут быть легко восстановлены, и активные материалы могут не вернуться к своей первоначальной форме.Производители батарей не рекомендуют перезаряжать первичные элементы.

Некоторыми примерами одноразовых батареек являются обычные батарейки AA, AAA, которые мы используем в настенных часах, пультах дистанционного управления от телевизора и т. Д. Другое название этих батарей — одноразовые батарейки.
Типы Батарея
2) Вторичные батареи:

Вторичные батареи также называются аккумуляторными. Эти батареи можно использовать и заряжать одновременно. Обычно они собираются с активными материалами, причем активный элемент находится в разряженном состоянии.Перезаряжаемые батареи заряжаются с помощью электрического тока, который обращает вспять химические реакции, происходящие во время разряда. Зарядные устройства — это устройства, обеспечивающие необходимый ток.

Примерами таких аккумуляторных батарей являются батареи, используемые в мобильных телефонах, MP3-плеерах и т. Д. В таких устройствах, как слуховые аппараты и наручные часы, используются миниатюрные элементы, а в таких местах, как телефонные станции или компьютерные центры обработки данных, используются более крупные батареи.
Вторичные батареи
Типы вторичных (перезаряжаемых) батарей:

SMF, свинцово-кислотный, Li и Nicd

SMF Батарея:

SMF — это герметичная необслуживаемая батарея , разработанная для обеспечения надежного, стабильного и не требующего обслуживания питания для ИБП.Эти батареи могут подвергаться глубокому разряду и минимальному техническому обслуживанию в сельской местности и в районах с дефицитом электроэнергии. Эти батареи доступны от 12 В.

В современном информативном мире нельзя упускать из виду требование, чтобы аккумуляторные системы были разработаны для восстановления важных квалифицированных данных и информации и запуска основных контрольно-измерительных приборов в течение желаемой продолжительности. Батареи необходимы для мгновенной подачи энергии. Ненадежные и некачественные батареи могут привести к потере данных и отключению оборудования, что может стоить компаниям значительных финансовых потерь.Следовательно, сегменты ИБП требуют использования надежной и проверенной аккумуляторной системы.
Батарея SMF
Литиевая (Li) Батарея:

Все мы используем его в портативных устройствах, таких как сотовый телефон, портативный компьютер или электроинструмент. Литиевая батарея была одним из величайших достижений портативной энергетики за последнее десятилетие; Благодаря использованию литиевых батарей мы смогли перейти с черно-белых мобильных телефонов на цветные с дополнительными функциями, такими как GPS, оповещения по электронной почте и т. д.Это устройства с потенциалом высокой плотности энергии для более высоких мощностей. И относительно невысокий саморазряд аккумуляторов. Также специальные элементы могут обеспечивать очень высокий ток для таких приложений, как электроинструменты.
Литий-ионный аккумулятор
Никель-кадмиевый (Nicd) аккумулятор:

Никель-кадмиевые батареи имеют то преимущество, что их можно перезаряжать много раз, они обладают относительно постоянным потенциалом во время разряда и имеют большую электрическую и физическую стойкость. В этой батарее используется оксид никеля для катода, соединение кадмия для анода и раствор гидроксида калия в качестве электролита.

Когда аккумулятор заряжается, химический состав катода изменяется, и гидроксид никеля превращается в NIOOH. В аноде образование ионов кадмия происходит из гидроксида кадмия. Когда аккумулятор разряжен, кадмий реагирует с NiOOH с образованием гидроксида никеля и гидроксида кадмия.

Cd + 2h3O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Свинцово-кислотная батарея:
Свинцово-кислотные батареи
широко используются в автомобилях, инверторах, системах резервного питания и т. Д.В отличие от трубчатых и необслуживаемых батарей, свинцово-кислотные батареи требуют надлежащего ухода и обслуживания для продления срока их службы. Свинцово-кислотная батарея состоит из ряда пластин, погруженных в раствор серной кислоты. Пластины имеют решетки, на которые крепится активный материал. Пластины делятся на положительные и отрицательные. Положительные пластины содержат чистый свинец в качестве активного материала, в то время как оксид свинца прикреплен к отрицательным пластинам.
Свинцово-кислотная батарея
Полностью заряженная батарея может разрядить ток при подключении к нагрузке.В процессе разряда серная кислота соединяется с активными материалами на положительной и отрицательной пластинах, что приводит к образованию сульфата свинца. Вода — самый важный шаг в обслуживании свинцово-кислотной батареи. Периодичность подачи воды зависит от использования, способа зарядки и рабочей температуры. Во время процесса атомы водорода серной кислоты реагируют с кислородом с образованием воды.

Это приводит к высвобождению электронов из положительных пластин, которые будут приняты отрицательными пластинами.Это приводит к образованию электрического потенциала на батарее. Электролит в свинцово-кислотной батарее представляет собой смесь серной кислоты и воды с определенным удельным весом. Удельный вес — это вес кислотно-водной смеси по сравнению с равным объемом воды. Удельный вес чистой воды, свободной от ионов, составляет 1.
.
Свинцово-кислотные батареи обеспечивают лучшее соотношение мощности и энергии на киловатт-час; имеют самый продолжительный жизненный цикл и большое экологическое преимущество, поскольку они перерабатываются с чрезвычайно высокой скоростью.Никакая другая химия не может коснуться инфраструктуры, которая существует для сбора, транспортировки и переработки свинцово-кислотных аккумуляторов.

Наряду с этой статьей обсуждается литий-ионный аккумулятор, его достоинства и недостатки.

Работа литий-ионной батареи

Литий-ионные батареи
сейчас популярны в большинстве портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты и т. Д., Благодаря их длительной энергоэффективности. Это самые популярные аккумуляторные батареи с такими преимуществами, как лучшая плотность энергии, незначительные потери заряда и отсутствие эффекта памяти.Литий-ионный аккумулятор использует ионы лития в качестве носителей заряда, которые перемещаются от отрицательного электрода к положительному во время разряда и обратно при зарядке. Во время зарядки внешний ток от зарядного устройства вызывает перенапряжение, чем в аккумуляторе. Это заставляет ток проходить в обратном направлении от положительного электрода к отрицательному, где ионы лития внедряются в пористый электродный материал в результате процесса, называемого интеркаляцией. Ионы лития проходят через неводный электролит и разделительную диафрагму.Материал электрода — интеркалированное соединение лития.

Отрицательный электрод литий-ионной батареи состоит из углерода, а положительный электрод — из оксида металла. Чаще всего для отрицательного электрода используется графит, а для положительного электрода — оксид лития-кобальта, литий-ионный фосфат или оксид лития-марганца. Литиевая соль в органическом растворителе используется в качестве электролита. Электролит обычно представляет собой смесь органических карбонатов, таких как этиленкарбонат или диэтилкарбонат, содержащих ионы лития.В электролите используются анионные соли, такие как гексафторфосфат лития, моногидрат гексафторарсената лития, перхлорат лития, гексафторборат лития и т. Д. В зависимости от используемой соли напряжение, емкость и срок службы батареи различаются. Чистый литий бурно реагирует с водой с образованием гидроксида лития и ионов водорода. Таким образом, в качестве электролита используется неводный органический растворитель. Электрохимическая роль заряда электродов между анодом и катодом зависит от направления тока.
Li-Ion Battery Reaction
В литий-ионной батарее оба электрода могут принимать и выделять ионы лития. Во время процесса интеркаляции ионы лития перемещаются в электрод. Во время обратного процесса, называемого деинтеркаляцией, ионы лития возвращаются. Во время разряда положительные ионы лития извлекаются из отрицательных электродов и вставляются в положительный электрод. В процессе зарядки происходит обратное движение ионов лития.

Преимущества литий-ионной батареи:
Литий-ионные батареи
превосходят никель-кадмиевые батареи и другие вторичные батареи.Некоторые из преимуществ

Легкий вес по сравнению с другими батареями аналогичного размера

Доступен в различной форме, включая плоскую форму

Высокое напряжение холостого хода, увеличивающее передачу мощности при низком токе

Отсутствие эффекта памяти.

Очень низкая скорость саморазряда 5-10% в месяц. Саморазряд составляет около 30% у никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов.

Экологичный аккумулятор без свободного металлического лития

Но наряду с достоинствами, как и у других аккумуляторов, у литий-ионного аккумулятора есть и недостатки.

Недостатки литий-ионного аккумулятора:

Отложения внутри электролита со временем будут препятствовать прохождению заряда. Это увеличивает внутреннее сопротивление батареи, и способность элемента передавать ток постепенно уменьшается.

Высокая зарядка и высокая температура могут привести к потере емкости

При перегреве литий-ионный аккумулятор может выйти из-под теплового воздействия и разрушить элемент.

Глубокая разрядка может привести к короткому замыканию литий-ионного аккумулятора. Поэтому, чтобы предотвратить это, некоторые производители имеют внутреннюю схему отключения, которая отключает аккумулятор, когда его напряжение превышает безопасный уровень от 3 до 4.2 вольта. В этом случае, когда аккумулятор не используется в течение длительного времени, внутренняя схема будет потреблять энергию и разряжать аккумулятор ниже напряжения отключения. Так что для зарядки таких аккумуляторов обычные зарядные устройства не пригодятся.

Батареи, схемы и трансформаторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Батареи производят электроэнергию

Электрохимическая батарея вырабатывает электричество из двух разных металлов в химическом веществе, называемом электролитом .Один конец батареи прикреплен к одному из металлов, а другой конец — к другому металлу. Химическая реакция между металлами и электролитом освобождает больше электронов в одном металле, чем в другом.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Металл, который высвобождает больше электронов, приобретает положительный заряд, а другой металл — отрицательный.Если электрический провод или провод соединяет один конец батареи с другим, электроны проходят через провод, чтобы сбалансировать электрический заряд.

Электрическая нагрузка — это устройство, которое использует электричество для выполнения работы или выполнения работы. Если электрическая нагрузка — например, лампа накаливания — размещена вдоль провода, электричество может работать, поскольку оно течет через провод и лампочку. Электроны текут от отрицательного конца батареи через провод и лампочку и обратно к положительному концу батареи.

Электроэнергия передается по цепям

Электричество должно пройти полный путь, или электрическая цепь , , прежде чем электроны смогут двигаться. Выключатель или кнопка включения-выключения на всех электрических устройствах замыкает (включает) или размыкает (выключает) электрическую цепь в устройстве. Выключение или выключение света размыкает цепь, и электроны не могут проходить через свет. Включение света замыкает цепь, что позволяет электричеству течь от одного электрического провода через лампочку, а затем через другой провод.

Лампа накаливания излучает свет, когда электричество проходит через крошечный провод в лампочке, который становится очень горячим и светится. Лампа накаливания перегорает, когда крошечный провод внутри лампы обрывается, что приводит к размыканию цепи.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Трансформаторы помогают эффективно перемещать электроэнергию на большие расстояния

Чтобы решить проблему отправки электричества на большие расстояния, Уильям Стэнли разработал устройство под названием трансформатор .Трансформатор изменяет электрическое напряжение в проводнике или линии электропередачи. Линии передачи высокого напряжения, например те, которые проходят между высокими металлическими башнями, переносят электричество на большие расстояния туда, где это необходимо. Электроэнергия более высокого напряжения более эффективна и менее дорога для передачи электроэнергии на большие расстояния. Электричество более низкого напряжения безопаснее для использования в домах и на предприятиях. Трансформаторы повышают (повышают) или снижают (понижают) напряжение по мере того, как электроэнергия перемещается от электростанций в дома и на предприятия.

Последнее обновление: 8 января 2020 г.
.

No related posts.

Электрический аккумулятор. Строение и принцип работы.

принцип работы и алгоритм выбора

Принцип работы суперконденсатора

Основные характеристики суперконденсаторов

Примеры суперконденсаторов

Алгоритм выбора суперконденсаторов

Что такое аккумулятор? | İnci Akü

Устройство Li-Ion АКБ

Типы литий-ионных аккумуляторов

Литий-кобальтовые аккумуляторы (LiCoO2)

Литий-марганцевые аккумуляторы (LiMn2O4)

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4)

Литий-титанатные аккумуляторы (Li4Ti5O12)

Принцип действия литий-ионных аккумуляторов

Принцип работы зарядных устройств | ROBITON

Принцип работы гайковертов Makita (Макита)

Обзор — определение, принцип работы и применение_Greenway аккумулятор

— StudiousGuy

Принцип работы литий-ионной батареи

Работа литий-ионного аккумулятора

Использование литий-ионной батареи

Сотовые устройства

Силовые банки

Электромобили

Медицинское оборудование

Камеры

ИБП

Роботы

Преимущества литий-ионного аккумулятора

Недостатки литий-ионного аккумулятора

Схема, показывающая принцип работы электродов на основе графена …

Электрохимическое устройство — обзор

Введение

Зарядка кардиостимуляторов с использованием энергии тела

Динеш Бхатия

Свити Байраги

Sanat Goel

Manoj Jangra

Abstract

Тело как источник энергии

Производство энергии с использованием пьезоэлектрического элемента

Принцип

Производство энергии с помощью термопары

Принцип

Базовая концепция

Наблюдения

Технические проблемы и конкуренты в области технологий

Базовая схема зарядки

Алгоритм зарядки аккумулятора

Заключение

Сноски

Ссылки

Типы батарей / источников питания: принципы работы и преимущества

Работа батареи:

Как обслуживать аккумулятор?

2 типа батарей

1) Первичные батареи:

2) Вторичные батареи:

Типы вторичных (перезаряжаемых) батарей:

SMF Батарея:

Литиевая (Li) Батарея:

Никель-кадмиевый (Nicd) аккумулятор:

Свинцово-кислотная батарея:

Работа литий-ионной батареи

Преимущества литий-ионной батареи:

Недостатки литий-ионного аккумулятора:

Батареи, схемы и трансформаторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Батареи производят электроэнергию

Электроэнергия передается по цепям

Трансформаторы помогают эффективно перемещать электроэнергию на большие расстояния

Какой телефон с мощным аккумулятором: Рассекречен смартфон с самым мощным аккумулятором в мире — Российская газета

Аккумуляторы никель цинковые: Купить Ni-Zn - никель цинковые аккумуляторы, напряжением 1.6 В AA и AAA в Москве

Добавить комментарий Отменить ответ