Akkumaailma - osa 3

Nykyaikaisten akkujen historia alkaa XNUMX-luvulta, ja suurin osa nykyään käytössä olevista malleista on peräisin tältä vuosisadalta. Tämä tilanne todistaa toisaalta silloisten tiedemiesten erinomaisista ajatuksista ja toisaalta uusien mallien kehittämisessä ilmenevistä vaikeuksista.

Harvat asiat ovat niin hyviä, ettei niitä voi parantaa. Tämä sääntö koskee myös akkuja - XNUMX-luvun malleja jalostettiin monta kertaa, kunnes ne saivat nykyisen muotonsa. Tämä koskee myös Leclanche-solut.

Linkki parantamiseen

Ranskalaisen kemistin suunnittelua on muutettu Carl Gasner todella hyödyllinen malli: halpa valmistaa ja turvallinen käyttää. Ongelmia kuitenkin esiintyi edelleen - elementin sinkkipinnoite syöpyi kosketuksissa kulhon täyttäneen happaman elektrolyytin kanssa, ja aggressiivisen sisällön roiskuminen voi katkaista virtalähteen. Päätöksestä tuli yhdistäminen sinkkirungon sisäpinta (elohopeapinnoite).

Sinkkiamalgaami ei käytännössä reagoi happojen kanssa, mutta säilyttää kaikki puhtaan metallin sähkökemialliset ominaisuudet. Ympäristömääräysten vuoksi tätä kennojen käyttöiän pidentämismenetelmää käytetään kuitenkin yhä harvemmin (elohopeattomissa kennoissa löytyy merkintä tai) (1).

2. Alkalikennojen asettelu: 1) kotelo (katodijohto), 2) mangaanidioksidia sisältävä katodi, 3) elektrodien erotin, 4) KOH:ta ja sinkkipölyä sisältävä anodi, 5) anodiliitin, 6) kennon tiiviste (elektrodieriste) . .

Toinen tapa lisätä solujen pitkäikäisyyttä ja elinikää on lisätä sinkkikloridi ZnCl₂ kupin täyttöpastaa varten. Tämän mallin kennoja kutsutaan usein nimellä Heavy Duty, ja (kuten nimestä voi päätellä) ne on suunniteltu syöttämään enemmän energiaa vaativia laitteita.

Läpimurto kertakäyttöisten paristojen alalla oli vuoden 1955 rakentaminen alkalinen solu. Kanadalaisen insinöörin keksintö Lewis Urry, jota nykyinen Energizer-yhtiö käyttää, on rakenteeltaan hieman erilainen kuin Leclanchet-kennon.

Ensinnäkin et löydä sieltä grafiittikatodia tai sinkkikuppia. Molemmat elektrodit on valmistettu märkänä, erotettuna pastana (sakeuttimet ja reagenssit: katodi koostuu mangaanidioksidin ja grafiitin seoksesta, anodi sinkkipölystä kaliumhydroksidin seoksella), ja niiden liittimet on valmistettu metallista ( 2). Käytön aikana tapahtuvat reaktiot ovat kuitenkin hyvin samanlaisia ​​kuin Leclanchet-solussa tapahtuvat reaktiot.

Tehtävä. Suorita "kemiallinen ruumiinavaus" alkaliseen soluun selvittääksesi, että sisältö on todellakin alkalista (3). Muista, että samat varotoimet koskevat Leclanchet-kennon purkamista. Katso Battery Code -kentästä kuinka tunnistat alkalikenn.

3. Alkalisolun "osio" vahvistaa alkalipitoisuuden.

Kotitekoiset akut

4. Kotimaiset Ni-MH- ja Ni-Cd-akut.

Käytön jälkeen ladattavat kennot ovat olleet suunnittelijoiden tavoitteena sähkötieteen kehityksen alusta lähtien, joten niitä on monenlaisia.

Tällä hetkellä yksi pienten kodinkoneiden virtalähteenä käytetyistä malleista on nikkeli-kadmium akut. Heidän prototyyppinsä ilmestyi vuonna 1899, kun ruotsalainen keksijä teki sen. Ernst Jungner haki patenttia nikkelikadmium-akulle, joka voisi kilpailla autoteollisuudessa jo laajalti käytettyjen akkujen kanssa. lyijyakku.

Kennoanodi on kadmiumia, katodi on kolmiarvoinen nikkeliyhdiste, elektrolyytti on kaliumhydroksidiliuos (nykyaikaisissa "kuivissa" malleissa märkä sakeutusainetahna, joka on kyllästetty KOH-liuoksella). Ni-Cd-akkujen (tämä on niiden nimitys) käyttöjännite on noin 1,2 V - tämä on pienempi kuin kertakäyttökennoissa, mikä ei kuitenkaan ole ongelma useimmissa sovelluksissa. Suuri etu on kyky kuluttaa huomattavaa virtaa (jopa muutaman ampeerin) ja laaja käyttölämpötila-alue.

5. Tarkista erityyppisten akkujen vaatimukset ennen lataamista.

Nikkelikadmiumparistojen haittana on raskas "muistiefekti". Tämä tapahtuu, kun ladataan usein osittain tyhjentyneitä Ni-Cd-akkuja: järjestelmä käyttäytyy ikään kuin sen kapasiteetti olisi vain yhtä suuri kuin uudelleenlatauksella täydennetty lataus. Joissakin latureissa "muistiefektiä" voidaan vähentää lataamalla kennoja erikoistilassa.

Tästä syystä tyhjentyneet nikkelikadmium-akut tulee ladata täydessä jaksossa: ensin täysin tyhjät (sopivaa lataustoimintoa käyttämällä) ja sitten uudelleen. Toistuva lataaminen lyhentää myös arvioitua 1000-1500 syklin käyttöikää (että monet kertakäyttöiset kennot korvataan yhdellä akulla sen elinkaaren aikana, joten korkeampi ostohinta maksaa itsensä moninkertaisesti, puhumattakaan paljon pienemmästä akun rasituksesta ). solujen tuotannon ja hävittämisen kanssa).

Myrkyllistä kadmiumia sisältävät Ni-Cd-elementit on korvattu nikkelimetallihydridiakut (Ni-MH nimitys). Niiden rakenne on samanlainen kuin Ni-Cd-akut, mutta kadmiumin sijasta käytetään huokoista metalliseosta (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, harvinaiset maametallit), jolla on kyky absorboida vetyä (4). Ni-MH-kennon käyttöjännite on myös noin 1,2 V, joten niitä voidaan käyttää vaihtokelpoisesti NiCd-akkujen kanssa. Nikkelimetallihydridikennojen kapasiteetti on suurempi kuin samankokoisten nikkelikadmiumkennojen. NiMH-järjestelmät purkautuvat kuitenkin nopeammin. On jo olemassa moderneja malleja, joissa ei ole tätä haittaa, mutta ne maksavat paljon enemmän kuin tavalliset mallit.

Nikkelimetallihydridiakuilla ei ole "muistiefektiä" (osittain tyhjentyneet kennot voidaan ladata uudelleen). Jokaisen tyypin latausvaatimukset on kuitenkin aina syytä tarkistaa laturin ohjeesta (5).

Ni-Cd- ja Ni-MH-akkujen tapauksessa emme suosittele niiden purkamista. Ensinnäkin emme löydä niistä mitään hyödyllistä. Toiseksi nikkeli ja kadmium eivät ole turvallisia alkuaineita. Älä ota tarpeettomia riskejä ja jätä hävittäminen koulutettujen ammattilaisten tehtäväksi.

Akkujen kuningas, eli...

6. "Akkujen kuningas" työssä.

… Lyijyakku, jonka ranskalainen fyysikko rakensi vuonna 1859 Gaston Plantego (kyllä, kyllä, laite täyttää tänä vuonna 161 vuotta!). Akun elektrolyytti on noin 37 % rikkihappoliuosta (VI), ja elektrodit ovat lyijyä (anodia) ja lyijyä, jotka on päällystetty kerroksella lyijydioksidia PbO.₂ (katodi). Käytön aikana elektrodeille muodostuu lyijy(II)(II)PbSO-sulfaattisakkaa₄. Ladattaessa yhden kennon jännite on yli 2 volttia.

lyijyakku siinä on itse asiassa kaikki haitat: huomattava paino, herkkyys purkausherkkyydelle ja alhaisille lämpötiloille, tarve varastoida ladatussa tilassa, aggressiivisen elektrolyyttivuodon riski ja myrkyllisen metallin käyttö. Lisäksi se vaatii huolellista käsittelyä: elektrolyytin tiheyden tarkistaminen, veden lisääminen kammioihin (käytä vain tislattua tai deionisoitua), jännitteen ohjaus (Alle 1,8 V:n pudottaminen yhdessä kammiossa voi vahingoittaa elektrodeja) ja erityinen lataustila.

Joten miksi muinainen rakenne on edelleen käytössä? "Akkujen kuninkaalla" on todellisen hallitsijan ominaisuus - valta. Suuri virrankulutus ja korkea energiatehokkuus jopa 75 % (tämä määrä lataukseen käytettyä energiaa voidaan ottaa talteen käytön aikana), sekä yksinkertainen suunnittelu ja alhaiset tuotantokustannukset tarkoittavat, että lyijyakku Sitä ei käytetä vain polttomoottoreiden käynnistämiseen, vaan myös osana hätävirtalähdettä. 160 vuoden historiasta huolimatta lyijyakulla menee edelleen hyvin, eikä sitä ole syrjäytynyt muuntyyppisillä näillä laitteilla (ja sen mukana itse lyijy, joka akun ansiosta on yksi eniten tuotetuista metalleista) . Niin kauan kuin polttomoottoreihin perustuva motorisaatio kehittyy, sen asema ei todennäköisesti ole uhattuna (6).

Keksijät eivät lakannut yrittämästä luoda korvaavaa lyijyakkua. Joistakin malleista tuli suosittuja, ja niitä käytetään edelleen autoteollisuudessa. XNUMX- ja XNUMX-luvun vaihteessa luotiin malleja, joissa H-ratkaisua ei käytetty.₂SO₄vaan alkaliset elektrolyytit. Esimerkki on edellä kuvattu Ernst Jungnerin nikkelikadmiumparisto. Vuonna 1901 Thomas Alva Edison muutti suunnittelua käyttämään rautaa kadmiumin sijaan. Alkaliparistot ovat paljon kevyempiä kuin happoparistot, ne voivat toimia alhaisissa lämpötiloissa ja niitä ei ole niin vaikea käsitellä. Niiden tuotanto on kuitenkin kalliimpaa ja energiatehokkuus alhaisempi.

Mitä seuraavaksi?

Akkuja käsittelevät artikkelit eivät tietenkään tyhjennä kysymyksiä. Niissä ei käsitellä esimerkiksi litiumkennoja, joita käytetään myös yleisesti kodinkoneiden, kuten laskimien tai tietokoneiden emolevyjen, virtalähteenä. Voit oppia niistä lisää tammikuun artikkelissa viime vuoden kemian Nobel-palkinnosta ja käytännön puolelta - kuukaudessa (mukaan lukien purku ja kokemus).

Kennoilla, erityisesti akuilla, on hyvät näkymät. Maailma muuttuu yhä liikkuvammaksi, mikä tarkoittaa tarvetta itsenäistyä virtakaapeleista. Sähköajoneuvojen tehokkaan energiansaannin varmistaminen on myös suuri haaste. - jotta ne voivat kilpailla polttomoottorilla varustettujen autojen kanssa myös tehokkuudessa.

akku

Solutyypin tunnistamisen helpottamiseksi on otettu käyttöön erityinen aakkosnumeerinen koodi. Kodissamme yleisimmin esiintyville pienille kodinkonetyypeille sen muoto on numero-kirjain-kirjain-numero.

Ja tuo:

- ensimmäinen numero on solujen lukumäärä; jätetty huomioimatta yksittäisten solujen osalta;

– ensimmäinen kirjain osoittaa solutyypin. Kun se puuttuu, olet tekemisissä Leclanche-linkin kanssa. Muut solutyypit on merkitty seuraavasti:

C - litiumkenno (yleisin tyyppi),

H - Ni-MH akku,

K - nikkeli-kadmium akku,

L - alkalisolu;

- seuraava kirjain osoittaa linkin muodon:

F - lautanen,

R - sylinterimäinen,

P - muiden kuin lieriömäisten nivelten yleinen nimitys;

– lopullinen kuva tai luvut osoittavat linkin koon (luetteloarvot tai suoraan mitat) (7).

7. Suosittujen kennojen ja akkujen mitat.

Merkintäesimerkkejä:

R03
- pikkusormen kokoinen sinkki-grafiittikenno. Toinen nimitys on AAA tai.

LR6 - sormen kokoinen alkalisolu. Toinen nimitys on AA tai.

HR14 – Ni-MH akku; kirjainta C käytetään myös ilmaisemaan kokoa.

KR20 – Ni-Cd-akku, jonka koko on myös merkitty kirjaimella D.

3LR12 – tyhjä akku, jonka jännite on 4,5 V ja joka koostuu kolmesta lieriömäisestä alkalikennosta.

6F22 - 9 voltin akku, joka koostuu kuudesta Leclanchet-taskukennosta.

CR2032 – litiumkenno, jonka halkaisija on 20 mm ja paksuus 3,2 mm.

Katso myös: