אופן פעולתו של מצבר חשמלי, עקרון פעולתו, סוגיו, ייעודו ומאפיינים עיקריים

היקף היישום של סוללות חשמליות רחב ביותר. הם משמשים כמקורות חשמל ב צעצועי ילדים, ובכלי עבודה חשמליים, וכמקור מתיחה בכלי רכב חשמליים. כדי להשתמש נכון בסוללות, אתה צריך לדעת את תכונותיהן, החוזקות והחולשות שלהן.

מהי סוללה חשמלית וכיצד היא פועלת

סוללה חשמלית - הוא מתחדש מקור אנרגיה חשמלית. בניגוד לתאים גלווניים, לאחר פריקתו, ניתן לטעון אותו שוב. באופן עקרוני, כל הסוללות מסודרות באותו אופן ומורכבות מקתודה ואנודה המונחות באלקטרוליט.

חומר האלקטרודות והרכב האלקטרוליט יכולים להיות שונים, וזה מה שקובע את תכונות הצרכן של סוללות ואת היקפן.בין הקתודה לאנודה ניתן להניח מפריד דיאלקטרי נקבובי - מפריד ספוג באלקטרוליט. אבל הוא קובע, על פי רוב, את התכונות המכניות של ההרכבה ואינו משפיע באופן מהותי על פעולת האלמנט.

באופן כללי, פעולת הסוללה מבוססת על שתי טרנספורמציות אנרגיה:

• חשמלי לכימי בעת טעינה;
• כימיקלים לחשמל בזמן פריקה.

שני סוגי ההמרה מבוססים על התרחשותן של תגובות כימיות הפיכות, שמהלך שלהן נקבע על פי החומרים המשמשים בסוללה. אז, בתא עופרת-חומצה, החלק הפעיל של האנודה עשוי מעופרת דו-חמצנית, והקתודה עשויה מעופרת מתכתית. האלקטרודות נמצאות באלקטרוליט של חומצה גופרתית. כאשר נפרקים באנודה, דו תחמוצת העופרת מצטמצמת ליצירת עופרת גופרתית ומים, ועופרת בקתודה מתחמצנת לעופרת גופרתית. תגובות הפוכות מתרחשות במהלך הטעינה. בסוללות של עיצובים אחרים, הרכיבים מגיבים אחרת, אך העיקרון דומה.

סוגי וסוגי סוללות

תכונות הצרכן של סוללות נקבעות בעיקר על ידי טכנולוגיית הייצור שלה. בחיי היומיום ובתעשייה, מספר סוגים של תאי סוללה הם הנפוצים ביותר.

חומצת עופרת

סוללה מסוג זה הומצאה באמצע המאה ה-19, ועדיין יש לה נישת יישום משלה. היתרונות שלו כוללים:

• טכנולוגיית ייצור פשוטה, לא יקרה ובת עשרות שנים;
• פלט זרם גבוה;
• חיי שירות ארוכים (מ-300 עד 1000 מחזורי טעינה-פריקה);
• זרם הפריקה העצמית הנמוך ביותר;
• אין אפקט זיכרון.

יש גם חסרונות.ראשית, מדובר בעוצמת אנרגיה ספציפית נמוכה, המובילה לעלייה במידות ובמשקל. יש גם ביצועים גרועים בטמפרטורות נמוכות, במיוחד מתחת למינוס 20 מעלות צלזיוס. יש גם בעיות בסילוק - תרכובות עופרת רעילות למדי. אבל המשימה הזו יש להתייחס לסוגים אחרים של סוללות.

בעוד שסוללות עופרת עברו אופטימיזציה לאופטימליות שלהן, גם כאן יש מקום לשיפור. כך למשל קיימת טכנולוגיית AGM, לפיה מניחים בין האלקטרודות חומר נקבובי ספוג באלקטרוליט. זה לא משפיע על התהליכים האלקטרוכימיים של טעינה ופריקה. בעצם, זה משפר את המאפיינים המכניים של הסוללות (עמידות בפני רעידות, יכולת עבודה כמעט בכל עמדה וכו') ומעלה במידת מה את בטיחות הפעולה.

יתרון בולט הוא גם פעולה משופרת ללא אובדן קיבול ותפוקת זרם בטמפרטורות של עד מינוס 30 מעלות צלזיוס. יצרני סוללות AGM טוענים לעלייה בזרם התנעה ובמשאב.

סוללות ג'ל הן שינוי נוסף של סוללות עופרת. האלקטרוליט מתעבה למצב ג'לי. זה משיג הדרה של דליפת אלקטרוליט במהלך הפעולה ומבטל את האפשרות של היווצרות גזים. אבל התפוקה הנוכחית מופחתת במקצת, וזה מגביל את האפשרות להשתמש בסוללות ג'ל כסוללות סטרטר. התכונות המופלאות המוצהרות של סוללות כאלה מבחינת קיבולת מוגברת ומשאבים מוגדלים הן על מצפונם של המשווקים.

סוללות עופרת נטענות בדרך כלל במצב ייצוב מתח. במקביל, המתח בסוללה עולה וזרם הטעינה יורד. הקריטריון לסיום תהליך הטעינה הוא ירידת הזרם למגבלה שנקבעה.

ניקל-קדמיום

המאה שלהם מגיעה לקיצה, וההיקף מצטמצם בהדרגה. החיסרון העיקרי שלהם הוא אפקט זיכרון בולט. אם אתה מתחיל לטעון מחדש סוללת Ni-Cd לא לגמרי, אז האלמנט "זוכר" את הרמה הזו, והקיבולת נקבעת עוד יותר מערך זה. בעיה נוספת היא ידידותיות לסביבה נמוכה. תרכובות קדמיום רעילות יוצרות בעיות בסילוק סוללות כאלה. חסרונות נוספים כוללים:

• נטייה גבוהה לפריקה עצמית;
• צריכת חשמל נמוכה יחסית.

אבל יש גם יתרונות:

• זול;
• חיי שירות ארוכים (עד 1000 מחזורי טעינה-פריקה);
• יכולת לספק זרם גבוה.

כמו כן, היתרונות של סוללות כאלה כוללים את היכולת לעבוד בטמפרטורות שליליות נמוכות.

טעינת תאי Ni-Cd מתבצעת במצב זרם ישר. אתה יכול לנצל את הקיבולת במלואה על ידי טעינה עם ירידה חלקה או שלב של זרם הטעינה. סוף התהליך נשלט על ידי הפחתת מתח התא.

ניקל מתכת הידריד

נועד להחליף סוללות ניקל-קדמיום. מאפיינים רבים ומאפייני הצרכן גבוהים מאלה של Ni-Cd. ניתן היה להיפטר חלקית מאפקט הזיכרון, להגביר את עוצמת האנרגיה בכפי אחד וחצי ולהפחית את הנטייה לפריקה עצמית. יחד עם זאת, נשמרה יעילות זרם גבוהה והעלות נותרה בערך באותה רמה. הבעיה הסביבתית מצטמצמת - סוללות מיוצרות ללא שימוש בתרכובות רעילות. אבל היינו צריכים לשלם על זה עם משאב מופחת משמעותית (עד פי 5) ויכולת לעבוד בטמפרטורות שליליות - רק עד -20 מעלות צלזיוס לעומת -40 מעלות צלזיוס עבור ניקל-קדמיום.

תאים כאלה נטענים במצב זרם ישר. סוף התהליך נשלט על ידי הגדלת המתח על כל אלמנט עד ל-1.37 וולט. הטוב ביותר הוא מצב הזרם הדופק עם עליות שליליות. זה מבטל את ההשפעות של אפקט הזיכרון.

לי-יון

סוללות ליתיום-יון משתלטות על העולם. הם מחליפים סוגים אחרים של סוללות מאותם אזורים שבהם המצב נראה בלתי מעורער. לתאי ליתיום אין כמעט אפקט זיכרון (הוא קיים, אבל ברמה תיאורטית), עומדים בעד 600 מחזורי טעינה-פריקה, עוצמת האנרגיה גבוהה פי 2-3 מהיחס בין הקיבולת והמשקל של ניקל-מתכת הידריד. סוללות.

גם הנטייה לפריקה עצמית במהלך האחסון היא מינימלית, אבל ממש צריך לשלם על כל זה - סוללות כאלה הרבה יותר יקרות מהמסורתיות. אפשר לצפות להורדות מחירים עם התפתחות הייצור, כפי שקורה בדרך כלל, אבל חסרונות מובנים אחרים של סוללות כאלה - יעילות זרם מופחתת, חוסר יכולת לעבוד בטמפרטורות שליליות - לא צפויים להתגבר במסגרת הטכנולוגיות הקיימות.

יחד עם סכנת שריפה מוגברת, הדבר מעכב במידה מסוימת את השימוש סוללות ליתיום. כמו כן, יש לזכור כי אלמנטים כאלה נתונים להשפלה. גם אם הם לא טעונים ופורקים, המשאב שלהם עצמו הולך לאפס תוך 1.5 ... שנתיים של אחסון.

מצב הטעינה המועדף ביותר הוא בשני שלבים. ראשית, זרם יציב (עם מתח עולה בצורה חלקה), ואז מתח יציב (עם זרם יורד בצורה חלקה). בפועל, השלב השני מיושם בצורה של זרם טעינה מופחת בשלבים. לעתים קרובות יותר, שלב זה מורכב משלב אחד - הזרם המיוצב פשוט יורד.

מאפיינים עיקריים של סוללות

הפרמטר הראשון שאליו שמים לב בבחירת מצבר הוא שלו מתח מדורג. המתח של תא סוללה אחד נקבע על פי התהליכים הפיזיקליים-כימיים המתרחשים בתוך התא, ותלוי בסוג הסוללה. בנק אחד טעון במלואו נותן:

• יסוד עופרת-חומצה - 2.1 וולט;
• ניקל-קדמיום - 1.25 וולט;
• ניקל מתכת הידריד - 1.37 וולט;
• ליתיום-יון - 3.7 וולט.

כדי לקבל מתח גבוה יותר, התאים מורכבים לסוללות. לכן, עבור מצבר לרכב, אתה צריך לחבר 6 פחיות עופרת חומצה בסדרה כדי לקבל 12 וולט (ליתר דיוק, 12.6 V), ולמברג 18 וולט - 5 פחיות ליתיום-יון של 3.7 וולט כל אחת.

הפרמטר החשוב השני הוא קיבולת. קובע את חיי הסוללה תחת עומס. הוא נמדד באמפר-שעה (המכפלה של זרם וזמן). אז, סוללה עם קיבולת של 3 A⋅h כשהיא משוחררת בזרם של 1 אמפר תפרוק תוך 3 שעות, ועם זרם של 3 אמפר - תוך שעה.

חָשׁוּב! אם לדבר באופן מדויק, קיבולת סוללה תלוי בזרם פריקה, כך שהתוצר של זרם וזמן פריקה בערכי עומס שונים עבור סוללה אחת לא יהיה זהה.

והפרמטר השלישי החשוב - אספקה ​​שוטפת. זהו הזרם המקסימלי שהסוללה יכולה לספק. זה חשוב, למשל, עבור סוללת רכב - קובע את האפשרות לסובב את גל המנוע בעונה הקרה. כמו כן, היכולת לספק זרם גבוה, יצירת מומנט גבוה, חשובה, למשל, עבור כלים חשמליים. ועבור גאדג'טים ניידים, המאפיין הזה לא כל כך חשוב.

התכונות החשמליות ואיכויות הצרכן של סוללות תלויות בטכנולוגיית התכנון והייצור שלהן. שימוש נכון בסוללות פירושו שימוש ביתרונות של מקורות כוח כימיים מתחדשים ויישור החסרונות.

מאמרים דומים: