갈바니 전지는 어떻게 작동하나요? 갈바닉 요소. 배터리. 리튬 배터리
자율 전력 공급을 위한 자체 제작 갈바니 전지
볼타 요소
전력망이 없는 장소에서 휴대용 전자 장치에 전력을 공급하고 충전하려면 간단한 화학 전류 소스와 갈바니 전지를 다른 전기 소스와 함께 성공적으로 사용할 수 있습니다.
전기 네트워크가 없는 장기 거주용 별장뿐만 아니라 전기가 전혀 없거나 정전이 계속되는 외딴 마을에서도 사용할 수 있습니다. 소련에서는 화학적 전류 소스 또는 갈바니 전지가 지난 세기 중반에 아마추어 무선 기술에 널리 퍼졌습니다. 왜냐하면 이러한 소스는 제조가 쉽고 쉽게 구할 수 있는 재료로 만들어졌기 때문입니다.
이제 휴대용 전자 장치는 전력 소비 측면에서 매우 경제적이게 되었으며, 무선 공학 개발 초기에 이러한 전류 소스가 성공적으로 사용되었기 때문에 직접 만든 화학 전류 소스의 전원 공급이 매우 효과적일 수 있습니다. 그런 다음 장비는 현대 장비보다 몇 배 더 많은 전력을 소비했으며 이제는 에너지 절약형 조명 기술이 개발되었습니다. 예를 들어, LED 조명은 기존 전구 소비량보다 4~5배 적은 전력을 소비합니다. 또한 최신 휴대폰, PDA 및 기타 장치는 지난 수십 년 동안의 무선 장비보다 더 이상 소비하지 않지만 훨씬 더 적게 소비합니다.
주목!
기사에 맞춤법 및 구두점 오류가 포함되어 있습니다. 사이트에서 가져온 자료 http://saliaris2010.narod2.ru , 텍스트 편집은 원본과 거의 동일하게 유지됩니다. 엄격하게 판단하지 말아주세요...
간단한 갈바닉 요소, 볼타 요소
볼타 기둥(Voltaic Column) 최초의 화학 전류원은 1800년 이탈리아 과학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)에 의해 발명되었습니다. 그것은 Volta의 요소였습니다. 아연과 구리판을 낮추고 와이어로 연결된 소금물이 담긴 용기였습니다. 그런 다음 과학자는 이러한 요소로 배터리를 조립했는데, 이는 나중에 볼타 기둥(Voltaic Column)이라고 불렸습니다. 이 발명품은 이후 다른 과학자들의 연구에 사용되었습니다. 예를 들어, 1802년에 러시아 학자 V.V. 페트로프(V.V. Petrov)는 전기 아크를 생성하기 위해 2,100개의 요소로 구성된 볼타 기둥을 만들었습니다.
1836년 영국의 화학자 존 다니엘(John Daniel)은 황산 용액에 아연과 구리 전극을 배치하여 볼타 원소를 개선했습니다. 이 디자인은 "다니엘 전지"로 알려지게 되었습니다. 1859년 프랑스 물리학자 Gaston Plante가 납축전지를 발명했습니다. 이러한 유형의 원소는 1865년에 프랑스 화학자 J. Leclanchet가 염화암모늄 또는 기타 염화염 수용액으로 채워진 아연 컵으로 구성된 갈바니 전지(Leclanchet 전지)를 제안했습니다. 탄소 전도체와 망간(IV) 산화물 MnO2의 덩어리입니다.
이 디자인의 변형은 오늘날에도 다양한 가정용 장치용 소금 배터리에 사용되고 있습니다. 1890년 뉴욕에서 러시아 이민자인 Conrad Hubert가 최초의 휴대용 전기 손전등을 만들었습니다. 그리고 이미 1896년에 National Carbon 회사는 세계 최초의 건전지인 Leclanche "Columbia"의 대량 생산을 시작했습니다. 가장 오래 지속되는 갈바니 전지는 1840년 런던에서 제조된 아연-황 전지입니다. 이 전지에 연결된 종은 오늘날까지 여전히 작동합니다.
가장 간단한 구리-아연 요소는 전해질 용액에 담긴 두 개의 전극판으로 구성됩니다. 전해질에 담그면 금속 사이에 전위차가 발생합니다. 염화나트륨 용액에 동판과 아연판을 담그면 약 1V의 전위차가 발생하는데, 한 원소는 그 크기에 관계없이 1V의 전압을 가지며, 이러한 원소의 전력은 다음과 같다. 크기와 전해질에 담긴 판의 면적에 따라 달라집니다. 더 높은 전압을 얻으려면 Zovod 배터리와 같은 이러한 요소를 직렬로 연결하여 필요한 전압을 얻습니다.
구리-아연 원소의 특성
구리-아연 전류원. 이러한 화학 전류원의 생산은 1889년에 시작되었습니다. 현재는 250~1000Ah 용량의 셀 형태로 소규모로 생산됩니다. 매끄러운 아연판과 산화구리, 구리 및 결합제의 혼합물로 만든 판을 20% NaOH 용액이 담긴 유리 또는 금속 용기에 넣습니다. 요소의 전압은 0.6~0.7V이고 비에너지는 25~30Wh/kg입니다. 이들의 장점은 일정한 방전 전압, 매우 낮은 자체 방전, 문제 없는 작동 및 저렴한 가격을 포함합니다. 철도의 신호 및 통신 시스템에 사용됩니다.
실제 조건에서 에너지 강도는 크게 달라질 수 있으며 플라스틱의 면적, 금속의 순도 및 전해질의 밀도에 따라 달라집니다. 최대 면적이 20인 플레이트가 있는 리터 병에 조립된 요소입니다. 전해질 형태의 퍼센트 염 용액은 0.6-1.1V, 10-20A/h의 전압을 생성하지만 이러한 요소에서는 방전 전류가 매우 작으며 회로 전류는 약 100-150mA/h가 될 수 있습니다. 연결된 소스가 덜 소비할수록 구리-아연 요소가 더 많은 전기를 생성할 수 있습니다. 방전 전류가 50mAh인 리터 병에 조립된 요소는 200시간에서 400시간 이상 작동하지만 시간이 지남에 따라 플레이트가 산화되고 전압이 떨어지며 결국 요소가 작동을 멈춥니다. 요소를 복원하려면 전해질을 교체하고 플레이트의 산화를 청소해야 하며 요소가 다시 작동합니다.
산화 과정은 방전 전류에 따라 달라집니다. 전류가 높을수록 요소가 더 빨리 고장나지만, 청소 및 재충전 전 리터 병의 요소는 평균 50mAh의 방전 전류에서 약 3-4개월 동안 작동합니다. 2-5mAh의 방전 전류에서는 1년 이상 지속됩니다. 단순한 리터 셀로는 단순한 소형 라디오에도 전력을 공급할 수 없으며 필요한 특성을 얻으려면 여러 요소의 블록을 조립해야 합니다. .
요즘 기본적으로 모든 휴대용 전자 장치는 3.6-4.5V의 전압으로 구동되며 이러한 숫자를 얻으려면 4-5개의 요소를 직렬로 연결해야 합니다. 5리터 요소를 연결하면 약 3.5-4.8V를 얻을 수 있습니다. , 용량은 40-50A/h로 증가하고 방전 전류는 400-600mA/h에 도달할 수 있으므로 이러한 소스는 소형 라디오 또는 LED 손전등에 전원을 공급하고 소형 전화기 배터리를 충전하는 데 쉽게 대처할 수 있습니다. 10~30시간 이내. 그러나 그러한 소스는 강력한 LED 손전등과 최신 전화기 및 PDA에 전력을 공급하기에는 충분하지 않습니다.
휴대용 전자 장치의 안정적인 장기 자율 전력을 위해
예를 들어 휴대용 실내 LED 램프 및 기타 장비의 안정적인 전원 공급을 위해서는 그림과 같은 용량 40-50 리터의 요소와 같은 더 큰 것이 필요합니다. 이러한 화학적 전기 공급원을 만들려면 다음이 필요합니다. 20x40 크기의 구리판 5개와 동일한 아연판 5개, 그런 다음 각 판을 납땜하거나 판의 모서리를 구부려 눌러야 하며, 와이어를 삽입하고 다음으로 평평하게 만들어야 합니다. 망치.
그 후, 판은 전기 전도성 스페이서(나무 블록 또는 플라스틱 튜브)를 통해 서로 고정되어야 하며, 전해질이 담긴 용기에 판을 내려놓습니다. 이는 식염 용액, 암모니아 용액 또는 용액입니다. 황산(자동 전해질)을 사용한 다음 결과 배터리를 직렬로 연결합니다. 즉, 한 요소의 구리판은 배선을 통해 다른 요소의 아연판에 연결됩니다. 결과적으로 생성된 블록의 한 면에는 배선(+)이 있는 구리판이 남고 다른 면에는 아연판(-)이 남게 됩니다. 플레이트의 면적이 크고 전해질이 좋을수록 이러한 전류원의 효율이 높아집니다.
집에서 만든 구리 위반 요소
이 수제 디자인에서는 순수 아연을 사용할 수 없기 때문에 알루미늄 전극이 사용되지만 e.m.f. 알루미늄은 아연보다 낮고 0.5V입니다. 즉, 0.5V만 제공할 수 있습니다. 이로 인해 장치는 3.5-4V 전압에 대해 4개의 캔으로 구성되지 않고 최소 3.6V를 얻기 위해 6개로 구성됩니다. .
이 장치를 테스트할 때 측정 장비는 없었지만 사진에서 볼 수 있듯이 장치는 12개의 LED 발광을 자유롭게 제공합니다. 전류 소비량은 150-200mA이고 휴대폰을 충전합니다. 전류 소비량은 약 400mA입니다.
테스트 결과 셀은 2.40분 만에 750mA 용량의 휴대폰 배터리를 충전했습니다.
0.33리터 용량의 캔 6개로 구성된 셀 배터리의 대략적인 기술적 특성: 3.7V, 회로 전류 약 500mA, 용량 25-30A/h.
테스트 동안 셀 배터리는 약 200mA/h의 방전 전류에서 약 100시간 동안 황산 한 스푼으로 안정적으로 작동했습니다. 이제 장치는 동일한 방식으로 작동하지만 전류는 훨씬 적고 약 80mA/h입니다. h, vitriol이 거의 소모되었으므로 수학을 수행하면 요소가 일반적으로 특정 양의 vitriol에서 작동하여 특정 장치에 전원을 공급하는 기간을 결정할 수 있습니다.
생산 절차
이 디자인에서는 알루미늄 캔(맥주) 및 기타 알루미늄 제품이 알루미늄 전극으로 사용되었습니다.
알루미늄 캔을 사용하는 경우 전류가 흐르지 않으므로 보호용 내부 층과 외부 지침을 조심스럽게 청소해야 합니다.
먼저, 병의 내부 표면을 병의 상단 가장자리에서 3-4cm 떨어진 곳에 바셀린이나 라드로 코팅합니다. 이는 소금 결정이 요소의 용기 밖으로 기어 나오는 것을 방지하기 위해 수행됩니다.
다음으로 원통의 한쪽 면에 이중 슬릿을 4-5mm 깊이로 만들고 결과 브래킷을 바깥쪽으로 구부려 원통이 병의 바닥에 닿지 않고 병의 목에 걸리도록 해야 합니다. 항아리를 5cm 정도, 생산 후 구리선을 납땜하면 (+)가됩니다.
다음으로 다이어프램을 만들고 다이어프램을 판지로 만들고 판지 실린더를 캔의 길이를 따라 만들거나 캔보다 5cm 짧게 만든 다음 판지 바닥을 실로 꿰매어 거기에 틈이 남지 않으며 스티칭 부분을 뜨거운 파라핀에 담가서 액체 누출로부터 바닥을 밀봉합니다.
다음으로, 이전에 소금 용액에 담근 여러 겹의 양피지 또는 신문 용지를 원통에 단단히 감아 공기 틈이 남지 않도록 한 다음, 생성된 "유리"를 여러 겹으로 감싼 천으로 기계적 강도를 단단히 씌웁니다. .
그런 다음 유리가 떨어지지 않도록 다이어프램 상단에 링을 붙이거나 꿰매고 부착 지점을 뜨거운 파라핀으로 코팅하고 링에 구멍을 만들어 물을 병과 교반기에 붓습니다. vitriol을 저어주기 위해 삽입됩니다.
그런 다음 식염 용액을 다이어프램에 붓고 몇 시간 동안 방치해야 합니다. 적절하게 조립된 다이어프램은 누출되지 않아야 하며 다음으로 다이어프램의 내부 직경을 따라 실린더가 만들어져야 합니다. 아연 시트; 구리선이 납땜되어 (-) 역할을하며 아연 실린더는 다이어프램에 자유롭게 맞아야하지만 동시에 벽에 최대한 가까워야합니다. 즉 구리에 더 가깝습니다. 내부 저항을 줄이고 그에 따라 효율성을 높이기 위해 실린더를 사용합니다.
요소의 조립.
깨끗한 병에 0.5리터이면 황산구리 한 스푼을 붓고 교반기를 넣은 후 식염 용액을 채운 격막을 설치한 후 교반기 구멍에 물을 붓고 아연을 넣는다. 다이어프램 실린더, 조립 후 요소가 완전히 작동할 준비가 되었습니다. 남은 것은 일반 배터리처럼 요소를 직렬로 연결하고 장치에 전원을 공급하고 충전하는 것뿐입니다.
다공성 다이어프램의 사용은 전해질의 분리, 즉 혼합에서 황산염 결정과 염수 분리로 인해 발생합니다. 그렇지 않으면 황산염이 격렬하게 반응하여 요소를 사용하지 않을 때에도 너무 빨리 소모됩니다. 다이어프램 vitriol의 흐름은 균일하고 경제적이므로 전류 소스-갈바니 요소의 장기간 작동을 보장합니다..
요소 후투티는 정기적으로 vitriol을 채우고 전해질을 변경하며 전극의 산화를 청소하는 것으로 구성됩니다. 전류 소비량이 약 600mA(휴대폰)인 경우 4개의 0.5리터 셀로 구성된 배터리는 매일 약 6시간 동안 사용한다면 황산염(4테이블스푼)을 한 번 채우는 데 약 한 달 동안 작동합니다. .전원이 떨어지면 황산구리를 교반기로 주기적으로 흔들어주어야 하며, 한 달 이내에 작동하는 동안에는 약 100g의 황산구리가 소모되며, 약 40g이 소모됩니다. 아연
메모.아연을 알루미늄으로 교체하는 경우 EMF 이후 4개 또는 5개 요소가 필요하지 않고 6개 또는 7개가 직렬로 연결되어야 합니다. 알루미늄은 아연보다 낮으며 0.4-0.6V에 이릅니다.
갈바니 전지- 전극에서 산화환원 반응이 일어날 때 방출되는 에너지가 직접 전기에너지로 변환되는 화학적 전류원입니다. .
쌀. 9.2. Daniel-Jacobi 갈바니 전지의 다이어그램
여기 I는 아연판이 담긴 물에 ZnSO 4 용액이 들어있는 유리입니다. II - 구리판이 담긴 물에 CuSO 4 용액을 함유 한 유리; III - 용액 간 양이온과 음이온의 이동을 보장하는 염교(전해질 핵심) IV - 전압계(EMF를 측정하는 데 필요하지만 갈바니 전지의 일부는 아님).
아연 전극의 표준 전극 전위. 구리 전극의 표준 전극 전위. 이후 아연 원자는 산화됩니다.
환원반응이 일어나거나 전해질로부터 양이온을 받아들이는 전극을 전극이라 한다. 음극.
전해 스위치를 통해 용액 내 이온의 이동이 발생합니다. SO 4 2- 음이온은 양극으로, Zn 2+ 양이온은 음극으로 이동합니다. 용액 내 이온의 이동으로 인해 갈바니 전지의 전기 회로가 닫힙니다.
반응 (a)와 (b)를 전극 반응이라고 합니다.
전극에서 발생하는 과정의 방정식을 합산하면 갈바니 전지에서 발생하는 산화환원 반응의 전체 방정식을 얻습니다.
일반적으로 임의의 갈바니 전지에서 일어나는 산화환원 반응의 전체 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Daniel-Jacobi 갈바니 전지 회로는 다음과 같습니다.
아연 | ZnSO 4 || CuSO4 | 구리
갈바니 전지를 작동시킬 때 얻을 수 있는 전극 사이의 최대 전위차를 이라고 합니다. 기전력(EMF) 요소 이자형. 공식으로 계산됩니다.
어디 N- 기본 산화환원 사건의 전자 수, 에프- 패러데이 번호.
표준 조건에서 전류 형성 반응의 등압-등온 전위 변화의 크기는 무엇입니까? G 0은 이 반응의 평형상수와 관련이 있습니다. 에게비율과 같습니다
| (9.6) |
갈바니 전지는 1차(일회용) 화학 전류원(CHS)입니다. 보조(재사용 가능) HIT는 배터리입니다. 배터리의 방전 및 충전 중에 발생하는 프로세스는 상호적입니다.
전극이 동일한 금속으로 만들어지고 서로 다른 농도의 염 용액에 담긴 갈바니 전지를 갈바니 전지라고 합니다. 집중. 이러한 요소에서 양극의 기능은 낮은 농도의 염 용액에 담긴 금속에 의해 수행됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
예시 1. Mg + ZnSO 4 = MgSO 4 + Zn 반응을 기반으로 갈바니 전지의 다이어그램을 그립니다. 이 전지의 음극과 양극은 무엇입니까? 이 전극에서 일어나는 과정에 대한 방정식을 쓰십시오. 표준 조건에서 요소의 EMF를 계산합니다. 전류생성반응의 평형상수를 계산하라.
키질, TSU
추상적인
주제: "갈바니 전지. 배터리."
편집자: Spiridonova V.A.
I 년, IV gr., FMF
확인자: Kendivan O.D.
2001년
I. 소개
II. 갈바니 전류 소스
1. 갈바니 전지의 종류
III. 배터리
1. 산성
2. 알칼리성
3. 밀봉된 니켈-카드뮴
4. 밀봉
5. DRYFIT 기술 배터리
소개
수년간 화학적 전류원(CHS)
우리 삶에 확고히 들어 왔습니다. 일상생활에서 소비자는 거의 관심을 기울이지 않습니다.
사용된 HIT 간의 차이점에 주의하세요. 그에게 이것은 배터리와
배터리. 그들은 일반적으로 다음과 같은 장치에 사용됩니다.
손전등, 장난감, 라디오 또는 자동차.
상대적으로 소비전력이 높은 경우
대용량(10Ah) 배터리를 사용하며 주로 산성 배터리를 사용하며,
니켈-철 및 니켈-카드뮴도 포함됩니다. 그들은에서 사용됩니다
휴대용 컴퓨터(노트북, 노트북, 팜탑), 웨어러블 기기
통신, 비상 조명 등
최근에는 이러한 배터리가 널리 사용되었습니다.
컴퓨터 및 전자기계용 백업 전원 공급 장치
가능한 최대 부하에 대비해 에너지를 저장하는 시스템
중요한 시스템의 비상 전원 공급 장치.
갈바닉 전류 소스
일회용 갈바니 전류 소스
통합된 컨테이너를 나타냅니다.
활성 물질에 흡수된 전해질을 함유하고 있습니다.
분리막, 전극(양극, 음극) 등으로 불린다.
건조한 요소. 이 용어는 다음과 관련하여 사용됩니다.
액체 전해질을 포함하지 않는 모든 셀. 평범하게
건식 요소에는 탄소-아연 요소가 포함됩니다.
건전지는 저전류 및 간헐적으로 사용됩니다.
작동 모드. 따라서 이러한 요소는 다음과 같은 분야에서 널리 사용됩니다.
전화기, 장난감, 경보 시스템 등
갈바니 전지의 작용은 산화 환원 반응의 발생에 기초합니다. 가장 간단한 형태의 갈바니 전지는 서로 다른 금속으로 만들어지고 전해질 용액에 담긴 두 개의 판 또는 막대로 구성됩니다. 이러한 시스템을 사용하면 산화환원 반응을 공간적으로 분리할 수 있습니다. 즉, 한 금속에서는 산화가 일어나고 다른 금속에서는 환원이 발생합니다. 따라서 전자는 외부 회로를 통해 환원제에서 산화제로 전달됩니다.
예를 들어, 아연과 황산구리 사이의 위 반응 에너지로 구동되는 구리-아연 갈바니 전지를 생각해 보십시오. 이 전지(야코비-다니엘 전지)는 황산구리 용액에 담근 구리판(구리 전극)과 황산아연 용액에 담근 아연판(아연 전극)으로 구성됩니다. 두 용액은 서로 접촉되어 있지만 혼합을 방지하기 위해 다공성 물질로 만들어진 칸막이로 분리되어 있습니다.
요소가 작동 중일 때, 즉 체인이 닫히면 아연이 산화됩니다. 용액과 접촉하는 표면에서 아연 원자는 이온으로 변하고 수화되면 용액으로 전달됩니다. 이 경우 방출된 전자는 외부 회로를 따라 구리 전극으로 이동합니다. 이러한 프로세스의 전체 세트는 반쪽 반응 방정식 또는 전기화학 방정식으로 개략적으로 표현됩니다.
Zn = Zn 2+ + 2e -
구리 전극에서는 구리 이온의 환원이 일어난다. 아연 전극에서 여기로 오는 전자는 용액에서 나오는 탈수 구리 이온과 결합됩니다. 구리 원자가 형성되어 금속으로 방출됩니다. 해당 전기화학 방정식은 다음과 같습니다.
구리 2+ + 2e - = 구리
요소에서 발생하는 반응의 전체 방정식은 두 반쪽 반응의 방정식을 추가하여 얻습니다. 따라서 갈바니 전지가 작동하는 동안 환원제의 전자는 외부 회로를 통해 산화제로 전달되고 전극에서 전기 화학적 과정이 일어나고 용액에서 이온의 방향 이동이 관찰됩니다.
산화가 일어나는 전극을 양극(아연)이라고 합니다. 환원이 일어나는 전극을 음극(구리)이라고 합니다.
원칙적으로 모든 산화환원 반응은 전기 에너지를 생성할 수 있습니다. 그러나 반응 수는
실제로 전기 에너지의 화학적 소스에 사용되는 양은 적습니다. 이는 모든 산화환원 반응이 기술적으로 가치 있는 특성을 지닌 갈바니 전지를 생성하는 것을 가능하게 하는 것은 아니라는 사실 때문입니다. 또한, 많은 산화환원 반응에는 값비싼 물질의 소비가 필요합니다.
구리-아연 전지와 달리 모든 최신 갈바니 전지와 배터리는 두 개가 아닌 하나의 전해질을 사용합니다. 이러한 전류 소스는 사용하기가 훨씬 더 편리합니다.
갈바니 전지의 유형
탄소-아연 요소
석탄-아연 원소(망간-아연)는
가장 일반적인 건조 요소. 석탄 아연에서
요소는 수동(탄소) 전류 수집 장치를 사용합니다.
이산화망간(MnO2)으로 만들어진 양극과 접촉하고 전해질은 다음과 같습니다.
염화암모늄 및 아연 음극. 전해질이 들어있어요
페이스트 형태로 만들거나 다공성 다이어프램을 함침시킵니다.
이러한 전해질은 이동성이 낮고 퍼지지 않으므로
요소를 건조라고합니다.
석탄-아연 성분은 다음과 같이 "복원"됩니다.
직장에서 휴식을 취하십시오. 이러한 현상은 점진적인 현상으로 인해 발생합니다.
구성의 지역적 불균일성 정렬
방전 과정에서 발생하는 전해질. 결과적으로
주기적 "휴식"으로 요소의 서비스 수명이 연장됩니다.
탄소-아연 원소의 장점은
상대적으로 저렴한 비용. 심각한 단점
방전 중 전압의 상당한 감소를 포함해야 하며,
낮은 비출력(5...10 W/kg) 및 짧은 사용 수명
저장
낮은 온도로 인해 효율성이 저하됨
갈바니 전지 및 배터리의 내부 가열은
증가합니다. 온도가 상승하면 전해질에 포함된 수분에 의해 아연 전극이 화학적으로 부식되고 전해질이 건조됩니다. 이러한 요인은 배터리를 높은 온도로 유지하고 이전에 만든 구멍을 통해 셀에 식염수 용액을 도입함으로써 어느 정도 보상될 수 있습니다.
알칼리성 원소
탄소-아연 전지와 마찬가지로 알카라인 전지는 분리된 전해질이 있는 MnO2 양극과 아연 음극을 사용합니다.
알칼리 원소와 탄소-아연 원소의 차이점은 다음과 같습니다.
알칼리성 전해질을 사용하면 그 결과
방전 시 가스 배출이 거의 없으며,
봉인되어야 합니다. 이는 많은 사람들에게 매우 중요합니다.
응용 프로그램.
수은 원소
수은 원소는 알칼리 원소와 매우 유사합니다. 그 안에
산화수은(HgO)이 사용됩니다. 음극은 분말의 혼합물로 구성됩니다.
아연과 수은. 양극과 음극은 분리막과 격막으로 분리되어 있으며,
40% 알칼리 용액에 담근다.
수은은 희소하고 독성이 있기 때문에 수은 원소는
완전히 사용한 후에는 버려야 합니다. 그들은해야만한다
재활용하러 가세요.
은색 요소
그들은 Ag2O와 AgO로 만들어진 "은" 음극을 가지고 있습니다.
리튬 전지
유기 전해질인 리튬 양극을 사용합니다.
다양한 재료로 만들어진 음극. 그들은 매우 큰
저장 수명, 높은 에너지 밀도 및 효율성
물을 포함하지 않기 때문에 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있습니다.
리튬은 음전위가 가장 높기 때문에
모든 금속, 리튬 원소와 관련하여
가장 높은 정격 전압이 특징입니다.
최소 치수.
이온 전도도는
음이온이 큰 염의 용매.
리튬 전지의 단점은 다음과 같습니다.
높은 가격으로 인해 상대적으로 높은 비용
리튬, 생산에 대한 특별 요구 사항 (필요
불활성 분위기, 비수성 용매의 정제). 해야 한다
또한 일부 리튬 셀이
열면 폭발합니다.
리튬 셀은 메모리 회로, 측정 장비 및 기타 첨단 시스템의 백업 전원 공급 장치에 널리 사용됩니다.
배터리
배터리는 화학물질입니다
재사용 가능한 전기 에너지. 그들은 구성되어 있습니다
2개의 전극(양극 및 음극), 전해질
그리고 선체. 배터리에 에너지가 축적되는 경우는 다음과 같습니다.
화학적 산화-환원 반응의 발생
전극. 배터리가 방전되면 반대 현상이 발생합니다.
프로세스. 배터리 전압은 전위차입니다.
고정 부하에서 배터리 극 사이.
충분히 큰 전압 값을 얻으려면 또는
충전, 개별 배터리가 서로 연결됨
배터리와 직렬 또는 병렬. 숫자가 있습니다
일반적으로 허용되는 배터리 전압: 2; 4; 6;
우리는 다음 배터리를 고려하도록 제한하겠습니다.
전통 방식에 따라 제작된 산성 배터리
기술;
고정 리드 및 드라이브(자동차 및
트랙터);
밀봉된 유지보수가 필요 없는 배터리, 밀봉됨
니켈-카드뮴 및 산성 "드라이피트" A400 및 A500(젤리형)
전해질).
산성 배터리
예를 들어, 즉시 사용 가능한 납산 배터리를 생각해 보십시오. 격자형 납판으로 구성되며, 그 중 일부는 이산화납으로 채워져 있고 다른 일부는 금속 스폰지 납으로 채워져 있습니다. 플레이트를 35-40% H 2 SO 4 용액에 담그고; 이 농도에서 황산 용액의 특정 전기 전도도는 최대입니다.
배터리가 작동 중일 때(방전될 때) 산화 환원 반응이 발생하며 그 동안 금속 납이 산화됩니다.
Pb + SO 4 = PbSO 4 + 2e-
그리고 이산화납이 감소합니다.
Pb + SO 4 + 4H + + 2e - = PbSO4 + 2H 2 O
산화 중에 금속 납 원자에 의해 포기된 전자는 환원 중에 납 원자 PbO2에 의해 받아들여집니다. 전자는 외부 회로를 통해 한 전극에서 다른 전극으로 전달됩니다.
따라서 납전지에서는 납 금속이 양극 역할을 하여 음전하를 띠고, PbO2가 음극 역할을 하여 양전하를 띠게 됩니다.
내부 회로(H2SO4 용액)에서는 배터리 작동 중에 이온 전달이 발생합니다. SO 4 2- 이온은 양극쪽으로 이동하고 H + 이온은 음극쪽으로 이동합니다. 이 이동 방향은 전극 공정의 발생으로 인한 전기장에 의해 결정됩니다. 음이온은 양극에서 소비되고 양이온은 음극에서 소비됩니다. 결과적으로 용액은 전기적으로 중성을 유지합니다.
납의 산화와 PbO2의 환원에 해당하는 반응식을 더하면 전체 반응식은 다음과 같습니다.
작동(방전) 중에 납축 배터리에서 누출이 발생합니다.
Pb + PbO2 + 4H + + 2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
E.m.f. 충전된 납산 배터리의 전압은 약 2V입니다. 배터리가 방전됨에 따라 양극(PbO2)과 음극(Pb) 물질이 소모됩니다. 황산도 소모됩니다. 동시에 배터리 단자의 전압도 떨어집니다. 작동 조건에서 허용되는 값보다 작아지면 배터리가 다시 충전됩니다.
충전(또는 충전)을 위해 배터리는 외부 전류 소스(플러스와 마이너스, 마이너스와 마이너스)에 연결됩니다. 이 경우 전류는 배터리가 방전되었을 때 흐르던 방향과 반대 방향으로 배터리를 통해 흐릅니다. 그 결과, 전극의 전기화학적 과정이 "역전"됩니다. 납 전극은 이제 환원 공정을 거칩니다.
PbSO4 + 2e- = Pb + SO4
저것들. 이 전극은 음극이 됩니다. PbO2 전극에서 산화 과정이 발생합니다.
PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H + + 2e -
따라서 이 전극은 이제 양극이 됩니다. 용액의 이온은 배터리가 작동할 때 이동했던 방향과 반대 방향으로 이동합니다.
마지막 두 방정식을 추가하면 배터리 충전 시 발생하는 반응에 대한 방정식을 얻을 수 있습니다.
2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 4H + + 2SO4
이 과정은 배터리가 작동 중일 때 발생하는 과정과 반대라는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 즉, 배터리가 충전되면 배터리는 작동에 필요한 물질을 다시 생성합니다.
납산 배터리는 일반적으로 배터리에 연결됩니다.
에보나이트, 열가소성 수지, 폴리프로필렌으로 만들어진 모노블록에 배치
폴리스티렌, 폴리에틸렌, 아스팔트 피치 조성물, 세라믹
또는 유리.
배터리의 가장 중요한 특성 중 하나는
서비스 수명 또는 서비스 수명(사이클 수). 악화
배터리 매개변수 및 고장은 주로 발생합니다.
격자 부식 및 활성 물질의 슬라이딩 대기열
양극. 배터리 수명이 결정됩니다
주로 양극판의 유형과 조건에 따라
작업.
납산 배터리의 개선이 진행 중입니다.
그릴용 새로운 합금(예: 납-칼슘), 가볍고 내구성이 뛰어난 하우징 소재 연구
(예: 프로필렌-에틸렌 공중합체 기반) 개선
분리기의 품질.
알카라인 배터리
은-아연.
전기적 특성이 좋고 무게와 부피가 가볍습니다. 전극은 산화은 Ag2O, AgO(음극) 및 스폰지 아연(양극)입니다. 전해질은 KOH 용액입니다.
배터리 작동 중에 아연은 산화되어 ZnO 및 Zn(OH)2로 변하고, 산화은은 금속으로 환원됩니다. 배터리가 방전될 때 발생하는 전반적인 반응은 대략 다음 방정식으로 표현될 수 있습니다.
AgO + Zn = Ag + ZnO
E.m.f. 충전된 은-아연 배터리의 전압은 약 1.85V입니다. 전압이 1.25V로 떨어지면 배터리가 충전됩니다. 이 경우 전극의 과정은 "역전"됩니다. 즉, 아연이 환원되고 은이 산화되어 배터리 작동에 필요한 물질이 다시 얻어집니다.
카드뮴-니켈 및 철-니켈.
CN과 ZHN은 서로 매우 유사합니다. 주요 차이점은 음극판의 재질입니다. KN 배터리에서는 카드뮴이고 ZhN 배터리에서는 철입니다. KN 배터리가 가장 널리 사용됩니다.
알카라인 배터리는 주로 라멜라 전극으로 생산됩니다. 그 안에 활성 덩어리는 구멍이있는 평평한 상자 인 라멜라로 둘러싸여 있습니다. 충전된 배터리의 양극판 활성 물질은 주로 수화 니켈 산화물(Ni) Ni2O3 x H2O 또는 NiOOH로 구성됩니다. 또한 전기 전도성을 높이기 위해 첨가되는 흑연이 포함되어 있습니다. KN 배터리 음극판의 활성 물질은 스펀지 카드뮴과 철분말, ZhN 배터리(환원철분말)의 혼합물로 구성됩니다. 전해질은 소량의 LiOH를 함유한 수산화칼륨 용액입니다.
KN 배터리 작동 중에 발생하는 프로세스를 고려해 보겠습니다. 배터리가 방전되면 카드뮴이 산화됩니다.
Cd + 2OH - = Cd(OH)2 + 2e -
그리고 NiOOH가 복원되었습니다.
2NiOOH + 2H2O + 2e - = 2Ni(OH)2 + 2OH -
이 경우 전자는 외부 회로를 따라 카드뮴 전극에서 니켈 전극으로 이동한다. 카드뮴 전극은 양극 역할을 하며 음전하를 띠고, 니켈 전극은 음극 역할을 하며 양전하를 띠고 있습니다.
작동 중 KN 배터리에서 발생하는 전체 반응은 마지막 두 개의 전기화학 방정식을 추가하여 얻은 방정식으로 표현될 수 있습니다.
2NiOOH + 2H2O + Cd = 2NI(OH)2 + CD(OH)2
E.m.f. 충전된 니켈-카드뮴 배터리의 전압은 약 1.4V입니다. 배터리가 작동(방전)하면 단자의 전압이 떨어집니다. 1V 이하로 떨어지면 배터리가 충전됩니다.
배터리를 충전할 때 전극의 전기화학적 과정은 "역전"됩니다. 카드뮴 전극에서 금속 환원이 일어남
Cd(OH)2 + 2e - = CD + 2OH -
니켈 - 수산화니켈(P)의 산화:
2Ni(OH)2 + 2OH - = 2NiOOH + 2H2O + 2e -
충전 중 전체 반응은 방전 중 발생하는 반응과 반대입니다.
2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 = 2NiOOH + 2H2O + Cd
밀봉된 니켈-카드뮴 배터리
니켈-카드뮴 배터리의 특수 그룹은 밀폐형 배터리입니다. 충전이 끝날 때 방출되는 산소는 카드뮴을 산화시켜 배터리의 압력이 증가하지 않습니다. 산소 형성 속도가 낮아야 하므로 배터리는 상대적으로 낮은 전류로 충전됩니다.
밀봉된 배터리는 디스크로 나누어져 있으며,
원통형 및 직사각형.
밀봉된 직사각형 니켈-카드뮴 배터리
음극이 아닌 서멧 카드뮴 산화물 전극 또는 서멧 카드뮴 전극으로 생산됩니다.
밀봉된 배터리
널리 사용되는 산성 배터리,
고전적인 기술을 사용하여 만들어졌기 때문에 많은 문제가 발생했습니다.
사람과 장비에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. 그들은 가장
저렴하지만 유지 관리에 추가 비용이 필요합니다.
특별한 건물과 직원.
"DRYFIT" 기술 배터리
가장 편리하고 안전한 산성 배터리
유지보수가 전혀 필요 없는 밀폐형 배터리입니다.
기술을 이용해 생산된 VRLA(Valve Regulated Lead Acid)
"드라이핏". 이 배터리의 전해질은 젤리 같은 상태입니다. 이는 배터리의 신뢰성과 작동의 안전성을 보장합니다.
서지:
1. Deordiev S.S.
배터리 및 관리.
K .: 기술, 1985. 136 p.
2. 전기 참고서.
3권.T.2. 전기 제품 및 장치/아래
총 에드. Moscow Power Engineering Institute 교수 (I.N. Orlov 편집장) 및 기타 7 판. 6개 개정 그리고 추가
지금 당장 주제를 표시하여 상담 가능성을 알아보세요.갈바니 전지 및 배터리 재생
방전된 갈바니 전지를 배터리처럼 복원한다는 아이디어는 새로운 것이 아니다. 세포는 특수 충전기를 사용하여 복원됩니다. 3336L(KBS-L-0.5), 3336X(KBS-X-0.7), 373, 336 등 가장 일반적인 컵형 망간-아연 전지 및 배터리가 다른 것보다 더 잘 재생될 수 있다는 것이 실질적으로 확립되었습니다. 망간-아연 배터리 "Krona VTs", BASG 및 기타.
화학적 동력원을 재생하는 가장 좋은 방법은 양의 직접 성분을 갖는 비대칭 교류를 통과시키는 것입니다. 비대칭 전류의 가장 간단한 소스는 저항기에 의해 션트된 다이오드를 사용하는 반파 정류기입니다. 정류기는 교류 네트워크로 구동되는 강압 변압기의 2차 저전압(5-10V) 권선에 연결됩니다. 그러나 이러한 충전기는 효율이 약 10%로 낮으며, 변압기에 공급되는 전압이 실수로 꺼지면 충전 중인 배터리가 방전될 수 있습니다.
그림에 표시된 다이어그램에 따라 만들어진 충전기를 사용하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 쌀. 1. 이 장치에서 2차 권선 II는 다이오드 D1 및 D2에 있는 두 개의 개별 정류기에 전원을 공급하며, 이 정류기의 출력에는 두 개의 충전용 배터리 B1 및 B2가 연결됩니다.
쌀. 1
일부 유형의 갈바니 전지의 특징과 간략한 특성
비스무트-마그네슘 원소
양극은 마그네슘, 음극은 산화비스무트, 전해질은 브롬화마그네슘 수용액이다. 이는 매우 높은 에너지 강도와 증가된 전압(1.97-2.1볼트)을 가지고 있습니다.
옵션
이론적인 에너지 강도:
특정 에너지 강도: 약 103--160Wh/kg.
특정 에너지 밀도: 약 205--248Wh/dm3.
EMF: 2.1볼트.
작동 온도: -20 +55C°.
디옥시황산염-수은 원소
이황산수은 전지는 양극이 아연이고, 양극이 산화수은과 황산수은과 흑연(5%)의 혼합물이며, 전해질이 황산아연 수용액인 주요 화학 전류원입니다. 높은 출력과 에너지 밀도가 특징입니다.
형질
이론적인 에너지 강도:
특정 에너지 강도: 110-140 W/시간/kg.
특정 에너지 밀도: 623-645 W/hour/dm3.
EMF: 1.358볼트.
작동 온도: -14 + 60°C.
처분
이 원소는 수은을 함유한 장비, 혼합물, 합금 및 화합물의 폐기에 관한 일반 규칙에 따라 폐기됩니다.
리튬 이온 배터리(Li-ion)
현대 가전제품에 널리 사용되는 전기 배터리의 일종입니다. 현재 휴대폰, 노트북, 디지털 카메라 등의 장치에 가장 많이 사용되는 배터리 유형입니다.
리튬 이온 배터리의 더욱 발전된 디자인을 리튬 폴리머 배터리라고 합니다.
최초의 리튬이온 배터리는 1991년 소니가 개발했습니다.
형질
에너지 밀도: 110 ~ 160W*h/kg
내부 저항: 150 ~ 250mΩ(7.2V 배터리용)
용량이 80% 손실될 때까지의 충전/방전 주기 횟수: 500-1000
빠른 충전 시간: 2~4시간
허용되는 과충전: 매우 낮음
실온에서 자가 방전: 월 10%
셀 전압: 3.6V
용량 대비 부하 전류:
피크: 2C 이상
가장 적합함: 최대 1C
작동 온도 범위: -20 - +60 °C
장치
처음에는 석탄 가공 제품인 코크스를 음극판으로 사용했고 나중에는 흑연을 사용했습니다. 코발트 또는 망간과 리튬 합금이 양극판으로 사용됩니다. 리튬-코발트 웨이퍼는 더 오래 지속되는 반면, 리튬-망간 웨이퍼는 훨씬 안전하며 일반적으로 온도 퓨즈와 온도 센서가 내장되어 있습니다.
리튬 이온 배터리를 충전할 때 다음과 같은 반응이 발생합니다.
양극판: LiCoO2 > Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
음극판: C + xLi+ + xe- > CLix
방전 중에는 역반응이 일어납니다.
이점
높은 에너지 밀도.
낮은 자체 방전.
메모리 효과가 없습니다.
유지 관리가 쉽습니다.
결함
리튬이온 배터리는 배터리 케이스가 파손되면 위험할 수 있으며, 주의 깊게 취급하지 않으면 다른 유형의 배터리보다 수명이 짧아질 수 있습니다. 완전 방전은 리튬 이온 배터리를 완전히 파괴합니다. 이러한 배터리를 충전하려고 하면 폭발이 발생할 수 있습니다. 리튬이온 배터리의 최적 보관 조건은 배터리 용량의 70% 충전 시 달성됩니다. 또한, 리튬 이온 배터리는 사용하지 않더라도 노후화될 수 있습니다. 단 2년이 지나면 배터리 용량이 대부분 손실됩니다.
리튬 폴리머 배터리(리튬폴리머 또는 리튬폴리머)
이것은 리튬 이온 배터리의 더욱 발전된 디자인입니다. 휴대폰과 디지털 기술에 사용됩니다.
기존의 가정용 리튬폴리머 배터리는 고전류를 전달할 수 없지만, 용량 수치(10~20C)보다 10배, 심지어 20배까지 높은 전류를 전달할 수 있는 특수 전력 리튬폴리머 배터리가 있습니다. 휴대용 전동 공구 및 무선 조종 모델에 널리 사용됩니다.
장점: 단위 용량당 가격이 저렴하다. 단위 부피 및 질량당 높은 에너지 밀도; 낮은 자체 방전; 최대 1mm의 요소 두께; 매우 유연한 형태를 얻는 능력; 환경 친화적 인; 방전이 진행됨에 따라 약간의 전압 강하가 발생합니다.
결함: 작동 온도 범위는 제한되어 있습니다. 셀은 추운 환경에서 제대로 작동하지 않으며 섭씨 70도 이상 과열되면 폭발할 수 있습니다. 특별한 충전 알고리즘(충전기)이 필요하며 잘못 취급할 경우 화재 위험이 높아집니다.
마그네슘-m-DNB 요소
이는 양극이 마그네슘, 음극이 메타-디니트로벤젠, 전해질이 과염소산마그네슘 수용액인 주요 화학 전류원입니다.
옵션
이론적인 에너지 강도: 1915W/시간/kg.
비에너지 강도: 121W/시간/kg.
특정 에너지 밀도: 137-154 W/hour/dm3.
EMF: 2볼트.
제조업 자
이 요소의 생산과 디자인 개선의 선두주자는 Marathon입니다.
과염소산마그네슘 성분
이는 마그네슘이 양극 역할을 하고, 흑연과 혼합된 이산화망간(최대 12%)이 음극 역할을 하며, 과염소산마그네슘 수용액이 전해질 역할을 하는 주요 백업 화학 전류원입니다.
옵션
이론적인 에너지 강도: 242W/시간/kg.
특정 에너지 강도: 118W/시간/kg.
비에너지 밀도: 130-150 W/hour/dm3.
EMF: 2볼트.
망간-아연 원소
이는 양극이 아연 Zn, 전해질이 수산화칼륨 KOH 수용액, 음극이 흑연 혼합물(약 9.5%)의 산화망간 MnO2(피롤루사이트)인 1차 화학 전류원입니다.
옵션
이론적인 에너지 강도:
특정 에너지 강도: 67-99 W/hour/kg
특정 에너지 밀도: 122--263 W/시간/dmі.
EMF: 1.51볼트.
작동 온도:?40 +55 °C.
산화구리 갈바니 전지
양극이 아연(드물게는 주석)이고, 전해질이 수산화칼륨이고, 음극이 산화구리(때때로 용량을 늘리기 위해 산화바륨을 첨가하거나 산화비스무스)인 화학 전류원입니다.
발명의 역사
산화구리 갈바니 전지 발명의 역사는 1882년으로 거슬러 올라갑니다.
이 요소의 발명가는 Lalande입니다. 때로는 산화구리 원소를 에디슨과 베데킨트 원소라고도 부르는데, 발명의 영예를 얻은 사람은 랄랑드입니다.
옵션
이론적인 에너지 강도: 약 323.2W/hour/kg
비에너지 강도(W/hour/kg): 약 - 84-127W/hour/kg
비에너지 밀도(W/hour/dm3): 약 - 550 W/hour/dm3)
EMF: 1.15볼트.
작동 온도: -30 +45C
니켈-캄듐 배터리(NiCd)
2차 화학 전류원, 전기화학 시스템은 다음과 같이 배열됩니다. 양극은 금속 카드뮴 Cd(분말 형태)이고, 전해질은 수산화리튬(LiOH)이 첨가된 수산화칼륨(KOH)입니다(니켈산리튬을 형성하고 용량을 증가시키기 위해). 21~25%), 음극 - 산화니켈 수화물 NiOOH와 흑연 분말(약 5~8%).
니켈-카드뮴 배터리의 EMF는 약 1.45V이고, 비에너지는 약 45-65Wh/kg입니다. 설계, 작동 모드(장기 방전 또는 단기 방전), 사용된 재료의 순도에 따라 서비스 수명 범위는 100~3500회 충방전 주기입니다.
옵션
이론적인 에너지 함량: 237Wh/kg.
특정 에너지 강도: 45--65Wh/kg.
특정 에너지 밀도: 50--150Wh/dm3.
특정 전력: 150W/kg.
EMF: 1.2--1.35V.
자가 방전: 월 10%.
작동 온도: -15…+40 °C.
기존의 일회용 배터리와 달리 NiCd 배터리는 "마지막까지" 전압을 유지하다가 배터리 에너지가 소진되면 전압이 급격히 감소합니다.
NiCd 배터리에 가장 유리한 모드는 중간 전류(카메라)로 방전하고 배터리 용량의 0.1에 해당하는 전류(암페어 시간으로 표시)로 14시간 동안 충전하는 것입니다.
이러한 유형의 배터리는 메모리 효과에 취약하며 불완전하게 방전된 배터리를 자주 충전하면 금방 고장납니다.
NiCd 배터리는 방전된 상태로 보관해야 합니다.
사용 분야
소형 니켈-카드뮴 배터리는 표준 갈바니 전지를 대체하여 다양한 장비에 사용됩니다.
니켈-카드뮴 배터리는 전기 자동차, 트램, 트롤리버스(전원 제어 회로용), 강 및 해상 선박에 사용됩니다.
제조업 자
Ni-Cd 배터리는 GP Batteries Int.와 같은 대규모 국제 기업을 포함한 많은 회사에서 생산됩니다. Ltd., VARTA, KONNOC, METABO, EMM, Advanced Battery Factory, Panasonic/Matsushita Electric Industrial, ANSMANN 등.
장점: 안전한 폐기
니켈 수소 배터리(Ni-MH)
양극이 수소 금속 수소화물 전극(보통 니켈-란타늄 또는 니켈-리튬 수소화물)이고, 전해질이 수산화칼륨이고, 음극이 산화니켈인 2차 화학 전류원입니다.
발명의 역사
NiMH 배터리 기술에 대한 연구는 70년대에 시작되어 니켈-카드뮴 배터리의 단점을 극복하려는 시도로 시작되었습니다.
그러나 당시 사용된 금속수소화합물은 불안정하여 요구되는 특성을 달성하지 못했다. 그 결과, NiMH 배터리 개발이 정체되었습니다.
배터리 사용에 충분히 안정적인 새로운 금속 수소화물 화합물이 1980년대에 개발되었습니다.
80년대 후반부터 NiMH 배터리는 주로 에너지 밀도 측면에서 지속적으로 개선되었습니다.
개발자들은 NiMH 기술이 훨씬 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 지적했습니다.
옵션
이론적인 에너지 함량(Wh/kg): 300Wh/kg.
특정 에너지 강도: 약 60-72Wh/kg.
비에너지 밀도(Wh/dm): 약 - 150Wh/dm.
작동 온도: -40...+55 °C.
약한 전류로 인해 방전된 배터리(예: TV 리모콘)는 빠르게 용량을 잃어 고장이 납니다.
저장
배터리는 완전히 충전된 상태로 유지해야 합니다! 보관 중에는 정기적으로(1~2개월에 1회) 전압을 점검해야 합니다. 1V 미만으로 떨어지면 안 됩니다. 전압이 떨어지면 배터리를 다시 충전해야 합니다. 방전된 상태로 보관할 수 있는 유일한 배터리 유형은 Ni-Cd 배터리입니다.
사용 분야
일본 Toyota NHW20 Prius의 고출력 Ni-MH 배터리
Varta, "Museum Autovision", AltluЯheim에서 만든 니켈수소 배터리
표준 갈바니 전지, 전기 자동차를 대체합니다.
제조업 자
니켈수소 배터리는 GP, Varta, Sanyo, TDK를 포함한 다양한 회사에서 제조됩니다.
수은-비스무트 인듐 원소
("산화수은-인듐-비스무트" 시스템의 요소)는 질량과 부피에 따른 비에너지 강도가 높고 안정적인 전압을 갖는 화학 전류원입니다. 양극은 비스무트와 인듐의 합금이고, 전해질은 수산화칼륨, 음극은 흑연과 산화수은입니다.
옵션
이론적인 에너지 강도:
특정 에너지 강도(W/hour/kg): 약 - 77-109 W/hour/kg
특정 에너지 밀도(W/hour/dm3): 약 - 201--283 W/hour/dm3.
EMF: 1.17볼트
애플리케이션
이는 매우 신뢰할 수 있는 기준 전압 소스로 간주되며 군사 장비 및 특히 중요한 경우(원격 측정 시스템 및 기타 중요한 영역에 사용되는 원자로 및 고온 장치용 제어 장비)에 사용됩니다. 최근 이러한 전기화학적 시스템은 크게 발전하여 군사분야의 휴대용(이동)위성통신 및 항법시스템, 휴대용 컴퓨터의 전원으로 에너지원으로 사용되고 있다.
제조업 자
수은-비스무트-인듐 전지 및 배터리 생산의 선두주자는 Crompton Parkinson입니다.
수은-아연 원소("RC 유형")
양극이 아연, 음극이 산화수은, 전해질이 수산화칼륨 용액인 갈바니 전지입니다.
장점: 일정한 전압과 엄청난 에너지 강도 및 에너지 밀도.
결함: 가격이 높으며 씰이 파손되면 수은 독성이 있습니다.
옵션
이론적인 에너지 함량: 228.72Wh/kg
특정 에너지 강도: 최대 135Wh/kg
특정 에너지 밀도: 550--750 Wh/dmі).
EMF: 1.36V.
작동 온도: -- 12…+80C°.
낮은 내부 저항, 안정적인 전압, 높은 에너지 강도 및 에너지 밀도가 특징입니다.
애플리케이션
엄청난 에너지 밀도로 인해 1980년대까지 수은-아연 원소는 시계, 심장 박동기, 보청기, 사진 노출 측정기, 군용 야간 투시 장치, 군사용 휴대용 무선 장비 및 우주선의 전원으로 비교적 널리 사용되었습니다. . 수은의 독성과 높은 비용으로 인해 유통이 제한되는 반면, 수은-아연 배터리 및 부품의 생산량은 대략 동일한 수준으로 유지되며 전 세계적으로 연간 약 100만~150만 개에 이릅니다.
이와 별도로 수은-아연 원소는 가역적이므로 배터리로 사용할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 그러나 사이클링(충방전) 중에는 소자의 열화 및 용량 감소가 관찰됩니다.
이는 주로 방전 중에 수은이 흘러 큰 물방울로 응집되고, 충전 중에 아연 수상돌기가 성장하기 때문입니다. 이러한 현상을 줄이기 위해 아연 전극에 수산화마그네슘을 도입하고 산화수은 전극에 미세한 은 분말(최대 9%)을 도입하며 흑연을 카빈으로 부분적으로 대체하는 것이 제안되었습니다.
제조업 자
Union Carbide, VARTA, BEREC, Mallory와 같은 기업은 수은-아연 배터리 생산의 선두 주자입니다.
환경적 특징
씰이 파손되면 수은의 독성이 발생합니다.
RC 유형의 요소는 최근 별도의 수집 문제, 특히 안전한 폐기 문제가 상당히 복잡하기 때문에 보다 안전한 요소로 대체되었습니다.
납 - 불소 원소
이는 양극이 납이고, 음극이 흑연(약 3.5%)과 혼합된 이산화납이며, 전해질이 하이드로플루오로규산 수용액인 1차 백업 화학 전류원입니다. 이는 음의 온도 영역에서 잘 작동하는 능력과 막대한 전력(전극 면적의 최대 60A/dm3)의 전류를 방전하는 능력으로 구별됩니다.
옵션
이론적인 에너지 강도:
특정 에너지 강도: 34--50Wh/kg
특정 에너지 밀도: 95--112Wh/dm3.
EMF: 1.95볼트.
작동 온도: -50 +55°С.
납축전지
오늘날 가장 일반적인 유형의 배터리는 1859년 프랑스 물리학자 Gaston Plante에 의해 발명되었습니다. 주요 적용 분야: 자동차의 스타터 배터리, 비상 전원.
동작 원리
납산 배터리의 작동 원리는 황산 환경에서 납과 이산화납의 전기화학 반응을 기반으로 합니다. 방전 중에 이산화납은 음극에서 환원되고 납은 양극에서 산화됩니다. 충전 중에는 역반응이 일어나며, 충전이 끝나면 양극에서는 산소가, 음극에서는 수소가 방출되면서 물의 전기분해 반응이 추가됩니다.
장치
납산 배터리 셀은 양극 및 음극, 분리막(분리 그리드) 및 전해질로 구성됩니다. 양극은 납 그리드이고 활성 물질은 산화납(PbO2)입니다. 음극도 납 그리드이고 활성 물질은 스폰지 납(Pb)입니다. 실제로 강도를 높이기 위해 납 격자에 안티몬을 1~2% 첨가합니다. 전극은 묽은 황산(H2SO4)으로 구성된 전해질에 담겨 있습니다. 실온에서 이 용액의 가장 높은 전도성(즉, 가장 낮은 내부 저항과 가장 낮은 내부 손실을 의미)은 1.26g/cm3의 밀도에서 달성됩니다. 그러나 실제로 추운 기후 지역에서는 최대 1.29~1.31g/cm3의 더 높은 농도의 황산이 사용되는 경우가 많습니다. (이렇게 하는 이유는 납축전지가 방전되면 전해액의 밀도가 떨어져서 어는점이 높아져 방전된 전지가 추위를 견디지 못할 수 있기 때문입니다.)
새 버전에서는 납판(그리드)을 얇은 납 필름*으로 코팅한 탄소 폼으로 교체했으며, 액체 전해질을 실리카겔로 겔화하여 페이스트 같은 상태로 만들 수 있습니다.
옵션
특정 에너지 강도(Wh/kg): 약 30-40Wh/kg.
비에너지 밀도(Wh/dm): 약 60-75Wh/dm.
작동 온도: 마이너스 40에서 플러스 40까지
저장
납축 배터리는 충전된 상태로 보관해야 합니다. 20°C 미만의 온도에서 배터리는 1년에 한 번 48시간 동안 2.275V/ac의 정전압으로 충전해야 합니다. 실온에서 - 8개월에 한 번씩 2.4V/ac의 정전압으로 6~12시간 동안 작동합니다. 30°C 이상의 온도에서 배터리를 보관하는 것은 권장되지 않습니다.
은-아연 배터리
아연이 양극, 수산화칼륨이 전해질, 산화은이 음극인 2차 전기화학적 전류원입니다. 내부 저항이 매우 낮고 비에너지 용량(150Wh/kg, 650Wh/dm3)이 높은 것이 특징입니다. EMF 1.85V(작동 전압 1.55V). 항공, 우주, 군사 장비, 시계 등에 사용됩니다. 은-아연 배터리의 가장 중요한 특징 중 하나는 적절한 설계를 통해 부하에 막대한 전류(1암페어당 최대 50암페어)를 전달하는 능력입니다. 시간 용량).
옵션
이론적인 에너지 강도: 최대 425Wh/kg.
특정 에너지 강도: 최대 150Wh/kg.
특정 에너지 밀도: 최대 650Wh/dm3.
EMF: 1.85V.
작동 온도: -40…+50 °C.
애플리케이션
아폴로 프로그램 동안 달에서 우주 비행사를 수송하는 데 사용된 Lunokhod에는 120Ah 용량과 366V 전압을 갖춘 2개의 은-아연 배터리가 사용되었습니다. 달의 최대 이론적 범위는 92km였습니다.
제조업 자
러시아에서 다양한 용량의 은-아연 배터리 생산의 선두주자는 상트페테르부르크의 "RIGEL" 회사입니다.
16) 황 - 마그네슘 원소
이는 양극이 마그네슘이고, 음극이 흑연과 혼합된 황(최대 10%)이며, 전해질이 염화나트륨 용액인 백업 1차 화학 전류원입니다.
옵션
이론적인 에너지 강도:
특정 에너지 강도: 103-128 W/시간/kg.
특정 에너지 밀도: 155-210 W/hour/dm3.
EMF: 1.65볼트.
염화물 - 구리 - 마그네슘 원소
이는 마그네슘이 양극, 구리 일염화물이 음극, 염화나트륨 수용액이 전해질인 주요 백업 화학 전류원입니다.
옵션
특정 에너지 강도: 38-50 W/시간/kg.
특정 에너지 밀도: 63-90 W/hour/dm3.
EMF: 1.8볼트.
염화물 - 납 - 마그네슘 원소
이는 마그네슘이 양극, 흑연과 혼합된 염화납이 음극, 염화나트륨 용액이 전해질인 주요 백업 화학 전류원입니다.
옵션
특정 에너지 강도: 45-50 W/시간/kg.
특정 에너지 밀도: 70-98 W/hour/dm3.
EMF: 1.1볼트.
클로로 - 은 원소
이는 양극이 아연, 음극이 염화은, 전해질이 염화암모늄(암모니아) 또는 염화나트륨 수용액인 주요 화학 전류원입니다.
이 갈바니 전지는 1868년 De La Rue가 전기 실험을 수행하기 위해 실제로 도입했습니다. De La Rue는 당시 가장 강력하고 고전압인 갈바닉 배터리를 만들었습니다. 그는 전기 스파크를 사용한 유명한 실험에서 14,000(!)개의 은염소 원소를 사용했습니다.
옵션
특정 에너지 강도: 최대 127W/hour/kg
특정 에너지 밀도: 최대 500W/hour/dm3.
EMF: 1.05볼트.
작동 온도: -15 +70°С.
염화은 - 마그네슘 원소
이는 마그네슘이 양극, 염화은이 음극, 염화나트륨 수용액이 전해질인 주요 백업 화학 전류원입니다.
이론적인 에너지 강도:
특정 에너지 강도: 45-64 W/시간/kg.
특정 에너지 밀도: 83-125 W/hour/dm3.
갈바니 전지는 전기 에너지원이며 작동 원리는 화학 반응을 기반으로 합니다. 대부분의 최신 배터리 및 축전지는 정의에 속하며 이 범주에 속합니다. 물리적으로 갈바니 전지는 하나 또는 두 개의 액체(전해질)에 담긴 전도성 전극으로 구성됩니다.
일반 정보
갈바니 전지는 전류를 생산하는 능력에 따라 1차 전지와 2차 전지로 구분됩니다. 두 유형 모두 소스로 간주되며 서로 다른 목적으로 사용됩니다. 전자는 화학 반응 중에 전류를 생성하고, 후자는 충전 후에만 기능합니다. 아래에서는 두 가지 품종에 대해 설명합니다. 액체의 양에 따라 갈바니 전지의 두 그룹이 구별됩니다.
단일 액체를 사용하는 전원의 불일치는 Ohm에 의해 발견되었으며, 이는 Wollaston의 갈바니 전지가 전기 연구 실험에 적합하지 않음을 나타냅니다. 프로세스의 역학은 초기 순간에 전류가 높고 처음에는 증가하다가 몇 시간 내에 평균값으로 떨어지는 것과 같습니다. 최신 배터리는 변덕스럽습니다.
화학 전기 발견의 역사
1752년에 요한 게오르그(Johann Georg)가 갈바니 전기를 언급했다는 것은 잘 알려지지 않은 사실입니다. 베를린 과학 아카데미에서 출판한 유쾌하고 불쾌한 감각의 기원에 관한 연구(A Study of the Origin of Pleasant and Unpleasant Sensations)라는 출판물은 이 현상에 대해 완전히 정확한 해석을 제시하기도 했습니다. 실험: 은판과 납판을 한쪽 끝에서 연결하고 반대쪽 판을 다른 쪽에서 혀에 적용했습니다. 황산철의 맛이 수용체에서 관찰됩니다. 독자들은 이미 설명된 배터리 확인 방법이 소련에서 자주 사용되었다고 추측했습니다.
현상 설명: 분명히 혀의 수용체를 자극하는 일부 금속 입자가 있습니다. 접촉 시 입자가 하나의 플레이트에서 방출됩니다. 게다가 금속 하나가 용해됩니다. 실제로 갈바니 전지의 작동 원리는 아연판이 점차 사라지면서 전류에 대한 화학 결합 에너지를 방출하는 것으로 분명합니다. 이 설명은 최초의 동력원 발견에 관해 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)가 런던 왕립학회에 공식 보고하기 반세기 전에 이루어졌습니다. 그러나 전자기 상호 작용과 같은 발견에서 흔히 발생하는 것처럼, 그 경험은 일반 과학계에서 눈에 띄지 않았으며 제대로 연구되지 않았습니다.
최근 주술에 대한 기소가 폐지되었기 때문에 이것이 밝혀졌다고 덧붙여 보겠습니다. "마녀"의 슬픈 경험 이후에 이해할 수 없는 현상을 연구하기로 결정한 사람은 거의 없습니다. 1775년부터 볼로냐의 해부학부에서 일해 온 루이지 갈바니의 경우에는 상황이 달랐습니다. 그의 전문 분야는 신경계를 자극하는 것으로 간주되었지만 발광체는 생리학 분야가 아닌 중요한 흔적을 남겼습니다. Beccaria의 학생은 전기에 적극적으로 참여했습니다. 1780년 후반에 과학자의 회고록(1791, De Viribus Electricitatis in Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, 7권, p. 363)에 따르면 개구리를 다시 해부했습니다(실험은 수년 동안 계속되었습니다).
조수가 전류를 전달하는 전선에 의해 나침반 바늘이 휘어지는 것과 똑같은 특이한 현상을 발견했다는 점은 주목할 만합니다. 이 발견은 과학 연구와 간접적으로 관련된 사람들에 의해서만 이루어졌습니다. 관찰은 개구리의 하지의 경련에 관한 것이었습니다. 실험 도중 조수는 해부 중인 동물의 내부 대퇴 신경을 만졌고 다리가 경련을 일으켰습니다. 근처 테이블 위에 정전기 발생기가 있었고 장치 전체에 불꽃이 번쩍였습니다. Luigi Galvani는 즉시 실험을 반복하기 시작했습니다. 무엇이 성공했나요? 그리고 다시 차가 불꽃을 일으켰습니다.
전기와의 병렬 연결이 형성되었고 Galvani는 뇌우가 개구리에게 비슷한 방식으로 작용하는지 알고 싶었습니다. 자연재해는 눈에 띄는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 척수를 통해 구리 갈고리로 철제 울타리에 연결된 개구리는 날씨 조건에 관계없이 꿈틀거렸습니다. 실험은 100% 반복성으로 수행될 수 없었습니다. 대기는 아무런 영향을 미치지 않았습니다. 그 결과 갈바니는 서로 다른 금속으로 만들어진 여러 쌍의 쌍을 발견했는데, 이 금속이 서로 접촉하고 신경과 접촉하면 개구리의 다리가 경련을 일으켰습니다. 오늘날 이 현상은 물질의 전기 음성도의 정도에 따라 설명됩니다. 예를 들어, 알루미늄 판은 구리로 리벳을 박을 수 없으며 금속은 뚜렷한 특성을 지닌 갈바니 커플을 형성하는 것으로 알려져 있습니다.
Galvani는 닫힌 전기 회로가 형성된다는 점을 올바르게 지적했으며 개구리에는 라이덴 병처럼 방출되는 동물 전기가 포함되어 있다고 제안했습니다. Alessandro Volta는 설명을 받아들이지 않았습니다. 실험에 대한 설명을 주의 깊게 연구한 후 Volta는 두 금속이 직접 결합하거나 생물학적 존재의 신체 전해질을 통해 결합할 때 전류가 발생한다는 설명을 제시했습니다. 전류의 원인은 재료에 있으며, 개구리는 현상을 나타내는 간단한 지표 역할을 합니다. Volta는 과학 저널의 편집자에게 보낸 편지에서 다음과 같이 인용했습니다.
첫 번째 종류(고체)와 두 번째 종류(액체)의 전도체는 어떤 조합으로든 접촉하면 전기 충격을 발생시킵니다. 오늘날 이 현상이 발생하는 이유를 설명하는 것은 불가능합니다. 전류는 폐쇄회로로 흐르다가 회로의 완전성이 깨지면 사라진다.
볼타극
Giovanni Fabroni는 갈바니 쌍의 두 판을 물에 넣으면 하나가 붕괴되기 시작한다고 보고하면서 일련의 발견에 기여했습니다. 따라서 이 현상은 화학 공정과 관련이 있습니다. 한편 볼타는 오랫동안 전기 연구에 사용된 최초의 전원을 발명했습니다. 과학자는 갈바니 커플의 활동을 향상시키는 방법을 끊임없이 찾았지만 찾지 못했습니다. 실험 중에 볼타 기둥의 디자인이 만들어졌습니다.
- 아연과 구리 머그는 서로 밀착된 쌍으로 채취되었습니다.
- 결과 쌍은 젖은 판지 원으로 분리되어 서로 위에 놓였습니다.
요약하면 효과(전위차)가 향상된 전류원의 직렬 연결로 밝혀졌다고 추측하기 쉽습니다. 새로운 장치는 만졌을 때 인간의 손에 눈에 띄는 충격을 일으켰습니다. 라이덴병을 사용한 Muschenbroek의 실험과 유사합니다. 그러나 효과를 재현하는 데는 시간이 걸렸습니다. 에너지원은 화학적 기원을 가지며 점차적으로 재생되고 있다는 것이 분명해졌습니다. 하지만 새로운 전기라는 개념에 익숙해지는 것은 쉽지 않았습니다. 볼타 기둥은 충전된 라이덴병처럼 행동했지만...
Volta는 추가 실험을 조직합니다. 그는 각 원에 절연 손잡이를 공급하고 잠시 동안 접촉시킨 다음 열어 검전기로 검사를 수행합니다. 그 무렵 쿨롱의 법칙은 이미 알려졌는데, 아연은 양전하를 띠고 구리는 음전하를 띠는 것으로 밝혀졌습니다. 첫 번째 물질은 두 번째 물질에 전자를 제공했습니다. 이러한 이유로 볼타 기둥의 아연판은 점차 파괴됩니다. Alessandro의 주장이 제시된 작업을 연구하기 위해 위원회가 임명되었습니다. 그럼에도 불구하고 연구원은 추론을 통해 개별 커플의 긴장이 가중된다는 사실을 확인했습니다.
Volta는 금속 사이에 젖은 원이 없으면 구조가 구리와 아연이라는 두 개의 판처럼 거동한다고 설명했습니다. 증폭이 없습니다. 볼타는 아연, 납, 주석, 철, 구리, 은 등 전기 음성도의 첫 번째 행을 발견했습니다. 그리고 양극 사이의 중간 금속을 제외하면 "추진력"은 변하지 않습니다. Volta는 판이 접촉되어 있는 한 전기가 존재한다는 사실을 확인했습니다. 힘은 눈에 보이지 않지만 쉽게 느껴지므로 사실입니다. 1800년 3월 20일, 과학자는 런던 왕립학회 회장인 조셉 뱅크스 경에게 편지를 썼고, 마이클 패러데이도 처음으로 연설했습니다.
영국 연구자들은 상판(구리)에 물을 떨어뜨리면 접촉면의 특정 지점에서 가스가 방출된다는 사실을 빠르게 발견했습니다. 그들은 양쪽에서 실험을 수행했습니다. 적절한 회로의 전선을 물이 담긴 플라스크에 넣었습니다. 가스를 검사했습니다. 가스는 가연성이며 한쪽에서만 방출되는 것으로 밝혀졌습니다. 반대쪽 전선이 눈에 띄게 산화되었습니다. 첫 번째 현상은 수소이고 두 번째 현상은 과도한 산소로 인해 발생하는 것으로 확인되었습니다. 관찰된 과정은 전류의 영향으로 물이 분해되는 것이라는 사실이 1800년 5월 2일에 확립되었습니다.
William Cruikshank는 유사한 일이 금속염 용액으로 이루어질 수 있음을 즉시 보여 주었고 Wollaston은 마침내 정전기를 이용한 볼타 기둥의 정체성을 증명했습니다. 과학자가 말했듯이 효과는 약하지만 지속 시간은 더 깁니다. Martin Van Marum과 Christian Heinrich Pfaff는 요소로부터 라이덴 병을 충전했습니다. 그리고 험프리 데이비(Humphrey Davy) 교수는 이 경우 순수한 물이 전해질 역할을 할 수 없다는 것을 발견했습니다. 반대로, 액체가 아연을 더 많이 산화시킬 수 있을수록 볼타 기둥의 작용이 더 좋아지는데, 이는 파브로니의 관찰과 상당히 일치했습니다.
산은 전기 생성 과정을 가속화하여 성능을 크게 향상시킵니다. 결국 데이비는 볼타기둥에 대한 일관된 이론을 창안했습니다. 그는 금속이 초기에 특정 전하를 가지며 접점이 닫히면 요소의 작용을 유발한다고 설명했습니다. 전해질이 전자 공여체의 표면을 산화시킬 수 있으면 고갈된 원자 층이 점차 제거되어 전기를 생산할 수 있는 새로운 층이 드러납니다.
1803년에 리터는 은색과 젖은 천을 번갈아 가며 만든 기둥을 조립했는데, 이것이 최초의 배터리의 원형이었습니다. 리터는 이를 볼타 기둥에서 충전하고 방전 과정을 관찰했습니다. 이 현상에 대한 정확한 해석은 Alessandro Volta에 의해 제공되었습니다. 그리고 1825년에야 Auguste de la Rive는 용액에서의 전기 전달이 물질의 이온에 의해 수행된다는 것을 증명하여 인접한 막에서 분리된 깨끗한 물이 담긴 챔버에서 산화아연의 형성을 관찰했습니다. 이 성명은 Berzelius가 전해질 원자가 해리될 수 있는 두 개의 반대 전하 극(이온)으로 구성되어 있다고 상상되는 물리적 모델을 만드는 데 도움이 되었습니다. 그 결과 먼 거리에 걸친 전기 전송에 대한 조화로운 그림이 탄생했습니다.