Kommer tråden att generera mer värme? Varför? (resistivitet för koppar 0,017 Ohm x mm2/m, järn 0,10 Ohm x mm2/m, nickel 0,40 Ohm x mm2/m.)
2. En nikrom spiral med en längd på 5 m och en tvärsnittsarea på 0,5 mm2 är ansluten till ett spänningsnät på 110 V. Hitta strömeffekten i spiralen. (Nikromresistivitet 1,1 Ohm x mm2/m.)
3. En elektrisk spis på 800 W slås på i 5 timmar. Bestäm energiförbrukningen (i wattimmar och kilowattimmar).
4. Vilken energiomvandling sker när en elektrisk strömgenerator fungerar?
1. På vilken metod för värmeöverföring är uppvärmningen av fasta ämnen baserad?A. Värmeledningsförmåga.B. Konvektion B. Strålning. Vilken typ av värmeöverföringåtföljs av överföring av materia A. Värmeledningsförmåga B. Strålning B. Konvektion. Vilket av följande ämnen har högst värmeledningsförmåga?A. Päls. B. Träd. B. Stål 4. Vilket av följande ämnen har lägst värmeledningsförmåga. B. Bly. B. Koppar.5. Nämn en möjlig metod för värmeöverföring mellan kroppar åtskilda av luftlöst utrymme A. Värmeledningsförmåga B. Konvektion B. Strålning 6. Ett metallhandtag och en trädörr kommer att kännas lika varma vid en temperatur...A.över kroppstemperatur.B. under kroppstemperaturen B. lika med kroppstemperaturen 7. Vad händer med temperaturen på en kropp om den tar upp samma mängd energi som den avger. Kroppen kyls ner.B. Kroppstemperaturen ändras inte.8. På vilket sätt sker värmeöverföring i vätskor A. Värmeledningsförmåga B. Konvektion B. Strålning.9. Vilket av följande ämnen har minst A. Luft. B. Gjutjärn. B. Aluminium10. Den specifika värmekapaciteten för vatten är 4200 (J/kg*0С). Detta betyder att...A.för att värma vatten som väger 4200 kg med 1°C krävs en värmemängd lika med 1 J.B. för att värma vatten som väger 1 kg med 4200 ° C, krävs en mängd värme som är lika med 1 J.B. För att värma vatten som väger 1 kg med 1 ° C, krävs det 11. Den specifika förbränningsvärmen av ett bränsle visar vilken förbränning av bränslet B. fullständig förbränning av bränsle.B. med fullständig förbränning av bränsle som väger 1 kg.12. Avdunstning sker...A.vid vilken temperatur som helst.B. vid kokpunkten B. vid en specifik temperatur för varje vätska.13. I närvaro av vind sker avdunstning...A.snabbare.B. långsammare.B. i samma hastighet som i sin frånvaro.14. Kan verkningsgraden hos en värmemotor bli 100 % om friktionen mellan de rörliga delarna i denna maskin reduceras till noll?A. Ja. B. nr 15. Från vilken pol på magneten kommer magnetfältslinjerna fram?A. Från norr. B. Från söder. B. Från båda polerna.16. En kropp laddad med en negativ laddning förs till bollen av ett oladdat elektroskop utan att röra det. Vilken laddning får elektroskopets blad A. Negativ. B. Positiv. B. Inga.17. Kan en väteatom eller något annat ämne ändra sin laddning med 1,5 gånger laddningen av en elektron?A. Ja. B. nr 18. Vilken bild produceras på den mänskliga näthinnan?A. Förstorad, verklig, inverterad.B. Förminskad, verklig, inverterad.V. Förstorad, imaginär, direkt.G. Förminskad, imaginär, direkt.19. Vad mäter en amperemeter?A) Elektriskt motstånd hos ledareB) Spänning vid polerna på en strömkälla eller i någon del av kretsen C) Strömstyrka i kretsenD) Elektrisk strömeffekt20. Diffusion är: A) Processen att öka temperaturen B) Fenomenet där ömsesidig penetration av molekyler av ett ämne sker mellan molekylerna i ett annat C) Fenomenet där en kropp övergår från ett fast tillstånd till ett flytande tillstånd D) Processen att öka en kropps densitet 21. Effektivitetsformel:A) ŋ= Аn* 100%АɜB) ŋ= Аɜ * 100%АnВ) ŋ= Аn * Аɜ100%D) ŋ= Аn * Аɜ * 100%22. Vad säger Arkimedes lag?A) Flytkraften som verkar på en kropp nedsänkt i en vätska är lika med vikten av vätskan som förskjuts av denna kroppB) Flytkraften som verkar på en kropp nedsänkt i en vätska är lika med hastigheten på nedsänkning av denna kropp i vätskanC) Flytkraften som verkar på en kropp nedsänkt i en vätska är lika med densiteten av denna kropp D) Flytkraften som verkar på en kropp nedsänkt i en vätska är lika med vikten av denna kropp23. Vad deyA)tep24. InreA) endast B) endast C) endast D) från ämnen25. Vilka av följande ämnen är ledare a) gummi; b) koppar, c) plast; d) glas.26. Kroppen elektrifieras först när den...... laddar.a) förvärvar; b) förlorar; c) vinster eller förluster.27. Vilka av följande ämnen är dielektriska a) gummi; b) koppar; c) svavelsyralösning; d) stål.28. Sannolikt laddade kroppar ......., och motsatt laddade - ......a) ... repellera, ...attrahera, b) ...attrahera, ...repela.29. Elektrisk ström kallas...A. Rörelse av elektroner längs en ledare.B. Ordnad rörelse av elektroner längs en ledare.V. Ordnad rörelse av protoner längs en ledare.G. Ordnad rörelse av laddade partiklar.D. Rörelse av elektriska laddningar längs en ledare.30. Vilken energiomvandling sker när en elektrisk kaffekvarn fungerar Elektrisk energi omvandlas...A. Till kemiska avdelningen. B. Till mekaniska. B. In i ljusrummet. G. Internt
Vilken energiomvandling sker under drift av elektrisk ström när en reklam neonlampa tänds? Elektrisk energi omvandlas till...A. Kemisk
B. Mekanisk
V. Svetovaya
G. Internt
mellan strålning, skapat radiator central uppvärmning, Och strålning brinnande ljus?
3) vilka energiomvandlingar sker när en ficklampa lyser?
4) I vilket material medium färdas ljus med högsta hastighet?
5) Varför är skuggor, även med en ljuskälla, aldrig helt mörka?
6) Varför är det ljust i rummet även när direkt solljus inte faller in i dess fönster?
7) varför är ljusstrålar från bilstrålkastare synliga i dimma och dammig luft?
8) Varför ser vi inte ansiktet på en fäktatlet som tittar genom ett finmaskigt, men fäktaren ser väl alla föremål genom nätet?
10) Varför är glas för att göra en spegel slipat och polerat med särskild omsorg?
11) strålens infallsvinkel = 60. Vad är strålens reflektionsvinkel?
12) Strålens infallsvinkel är 25. Vad är vinkeln mellan infallande och reflekterade strålar?
13) Vinkeln mellan infallande och reflekterade strålar är 50. I vilken vinkel faller ljuset mot spegeln?
Killar, snälla hjälp)
Syftet med startbatterier
Teoretiska grunder för omvandling av kemisk energi till elektrisk energi
Låg batterinivå
Batteriladdning
Förbrukning av huvudströmbildande reagenser
Elektromotorisk kraft
Internt motstånd
Laddnings- och urladdningsspänning
Batterikapacitet
Batterienergi och kraft
Batteri självurladdning
Syftet med startbatterier
Batteriets huvudfunktion är pålitlig motorstart. En annan funktion är en energibuffert när motorn är igång. Tillsammans med traditionella typer av konsumenter har det faktiskt dykt upp många ytterligare serviceanordningar som förbättrar förarens komfort och trafiksäkerhet. Batteriet kompenserar för energiunderskottet vid körning i stadscykeln med täta och långa stopp, när generatorn inte alltid kan ge den effekt som krävs för att fullt ut försörja alla påslagna förbrukare. Den tredje driftsfunktionen är strömförsörjning när motorn är avstängd. Men långvarig användning av elektriska apparater när den är parkerad med motorn inte igång (eller motorn på tomgång) leder dock till en djup urladdning av batteriet och en kraftig minskning av dess startegenskaper.
Batteriet är även avsett för nödströmförsörjning. Om generatorn, likriktaren, spänningsregulatorn går sönder eller generatorremmen går sönder, måste den säkerställa driften av alla konsumenter som är nödvändiga för säker förflyttning till närmaste bensinstation.
Så startbatterier måste uppfylla följande grundläggande krav:
Ge den urladdningsström som krävs för att startmotorn ska fungera, det vill säga ha låg intern resistans för minimala interna spänningsförluster inuti batteriet;
Ge det erforderliga antalet försök att starta motorn med en inställd varaktighet, det vill säga ha den nödvändiga reserv av starturladdningsenergi;
Ha tillräckligt hög effekt och energi med minsta möjliga storlek och vikt;
Ha en energireserv till energiförbrukare när motorn inte är igång eller i en nödsituation (reservkapacitet);
Upprätthåll den spänning som krävs för startmotordrift när temperaturen sjunker inom de angivna gränserna (kall startström);
Bibehåll driften under lång tid vid förhöjda (upp till 70 "C) omgivningstemperaturer;
Ta emot en laddning för att återställa kapaciteten som används för att starta motorn och driva andra konsumenter från generatorn medan motorn är igång (ta emot laddning);
Kräver ingen speciell användarutbildning eller underhåll under drift;
Ha hög mekanisk hållfasthet som motsvarar driftsförhållandena;
Bibehåll de specificerade prestandaegenskaperna under lång tid under drift (livslängd);
Har obetydlig självurladdning;
Ha en låg kostnad.
Teoretiska grunder för omvandling av kemisk energi till elektrisk energi
En kemisk strömkälla är en anordning i vilken, på grund av rumsligt separerade redoxkemiska reaktioner, deras fria energi omvandlas till elektrisk energi. Baserat på arten av deras arbete är dessa källor indelade i två grupper:
Primära kemiska strömkällor eller galvaniska celler;
Sekundära källor eller elektriska batterier.
Primära källor tillåter endast engångsanvändning, eftersom de ämnen som bildas under deras utsläpp inte kan omvandlas till ursprungliga aktiva material. En helt urladdad galvanisk cell är som regel olämplig för vidare arbete - det är en irreversibel energikälla.
Sekundära kemiska strömkällor är reversibla energikällor - efter en godtyckligt djupurladdning kan deras funktionalitet återställas helt genom laddning. För att göra detta räcker det att passera en elektrisk ström genom den sekundära källan i motsatt riktning mot den i vilken den flödade under urladdningen. Under laddningsprocessen kommer de ämnen som bildas under utsläppet att förvandlas till de ursprungliga aktiva materialen. Det är så den fria energin från den kemiska strömkällan omvandlas upprepade gånger till elektrisk energi (batteriurladdning) och den omvända omvandlingen av elektrisk energi till den fria energin från den kemiska strömkällan (batteriladdning).
Strömpassagen genom elektrokemiska system är förknippad med de kemiska reaktioner (transformationer) som uppstår. Därför finns det ett samband mellan mängden av ett ämne som har gått in i en elektrokemisk reaktion och genomgått omvandlingar, och mängden elektricitet som förbrukas eller frigörs, vilket fastställdes av Michael Faraday.
Enligt Faradays första lag är massan av ett ämne som går in i en elektrodreaktion eller är resultatet av dess förekomst proportionell mot mängden elektricitet som passerar genom systemet.
Enligt Faradays andra lag, med en lika stor mängd elektricitet som passerar genom systemet, är massorna av reagerade ämnen relaterade till varandra som deras kemiska motsvarigheter.
I praktiken är en mindre mängd ämne föremål för elektrokemisk förändring än enligt Faradays lagar - när ström passerar, utöver de huvudsakliga elektrokemiska reaktionerna, inträffar parallella eller sekundära (sido)reaktioner som ändrar massan av produkter. För att ta hänsyn till påverkan av sådana reaktioner introducerades begreppet nuvarande effektivitet.
Strömuteffekt är den del av mängden elektricitet som passerar genom systemet som står för den huvudsakliga elektrokemiska reaktionen som övervägs.
Låg batterinivå
De aktiva substanserna i ett laddat blybatteri som deltar i den strömgenererande processen är:
Den positiva elektroden innehåller blydioxid (mörkbrun);
På den negativa elektroden finns blysvamp (grå);
Elektrolyt är en vattenlösning av svavelsyra.
Vissa syramolekyler i en vattenlösning dissocieras alltid i positivt laddade vätejoner och negativt laddade sulfatjoner.
Bly, som är den aktiva massan av den negativa elektroden, löser sig delvis i elektrolyten och oxiderar i lösning för att bilda positiva joner. De överskottselektroner som frigörs i detta fall ger en negativ laddning till elektroden och börjar röra sig längs den slutna delen av den externa kretsen till den positiva elektroden.
Positivt laddade blyjoner reagerar med negativt laddade sulfatjoner för att bilda blysulfat, som har liten löslighet och därför avsätts på ytan av den negativa elektroden. Under batteriurladdningsprocessen omvandlas den aktiva massan av den negativa elektroden från blysvamp till blysulfat med en förändring i färg från grått till ljusgrått.
Den positiva elektrodens blydioxid löser sig i elektrolyten i mycket mindre mängd än den negativa elektrodens bly. När det interagerar med vatten dissocierar det (bryts upp i lösning till laddade partiklar - joner) och bildar fyrvärda blyjoner och hydroxyljoner.
Jonerna ger en positiv potential till elektroden och, genom att lägga till elektroner som kom genom den externa kretsen från den negativa elektroden, reduceras till tvåvärda blyjoner
Joner interagerar med joner och bildar blysulfat, som av ovan angivna skäl också avsätts på ytan av den positiva elektroden, vilket var fallet på den negativa. När urladdningen fortskrider, omvandlas den aktiva massan av den positiva elektroden från blydioxid till blysulfat, och ändrar dess färg från mörkbrun till ljusbrun.
När batteriet laddas ur omvandlas de aktiva materialen i både de positiva och negativa elektroderna till blysulfat. I detta fall konsumeras svavelsyra för att bilda blysulfat och vatten bildas från de frigjorda jonerna, vilket leder till en minskning av elektrolytens densitet under urladdning.
Batteriladdning
Elektrolyten i båda elektroderna innehåller små mängder blysulfat och vattenjoner. Under påverkan av spänningen hos likströmskällan, i kretsen till vilken batteriet som laddas är anslutet, etableras en riktningsrörelse av elektroner i den externa kretsen mot batteriets negativa pol.
De tvåvärda blyjonerna vid den negativa elektroden neutraliseras (reduceras) av de inkommande två elektronerna, vilket förvandlar den negativa elektrodens aktiva massa till metallisk blysvamp. De återstående fria jonerna bildar svavelsyra
Vid den positiva elektroden, under påverkan av laddningsström, ger tvåvärda blyjoner upp två elektroner och oxiderar till fyrvärda. De sistnämnda, som genom mellanreaktioner kombineras med två syrejoner, bildar blydioxid, som frigörs vid elektroden. Jonerna och, precis som de i den negativa elektroden, bildar svavelsyra, vilket resulterar i att elektrolytens densitet ökar under laddning.
När processerna för omvandling av ämnen i de aktiva massorna av de positiva och negativa elektroderna är avslutade, upphör elektrolytens densitet att förändras, vilket fungerar som ett tecken på slutet av batteriladdningen. Med ytterligare fortsättning av laddningen sker den så kallade sekundära processen - den elektrolytiska nedbrytningen av vatten till syre och väte. Avges från elektrolyten i form av gasbubblor, de skapar effekten av intensiv kokning, vilket också fungerar som ett tecken på slutet av laddningsprocessen.
Förbrukning av huvudströmbildande reagenser
För att få en kapacitet på en ampere-timme när batteriet är urladdat är det nödvändigt att följande deltar i reaktionen:
4,463 g blydioxid
3.886 g blysvamp
3,660 g svavelsyra
Den totala teoretiska förbrukningen av material för att producera 1 Ah (specifik materialförbrukning) av el kommer att vara 11,989 g/Ah, och den teoretiska specifika kapaciteten kommer att vara 83,41 Ah/kg.
Med en nominell batterispänning på 2 V är den teoretiska specifika materialförbrukningen per energienhet 5,995 g/Wh och batteriets specifika energi blir 166,82 Wh/kg.
Men i praktiken är det omöjligt att uppnå full användning av aktiva material som deltar i den strömgenererande processen. Ungefär hälften av ytan av den aktiva massan är otillgänglig för elektrolyten, eftersom den tjänar som grund för konstruktionen av ett voluminöst poröst ramverk som säkerställer materialets mekaniska styrka. Därför är den faktiska utnyttjandegraden för den positiva elektrodens aktiva massor 45-55 % och för den negativa elektroden 50-65 %. Dessutom används en 35-38% lösning av svavelsyra som elektrolyt. Därför är värdet av den verkliga specifika förbrukningen av material mycket högre, och de verkliga värdena för den specifika kapaciteten och specifika energin är mycket lägre än de teoretiska.
Elektromotorisk kraft
Den elektromotoriska kraften (EMF) för ett batteri E är skillnaden i dess elektrodpotentialer, mätt när den externa kretsen är öppen.
EMF för ett batteri som består av n seriekopplade batterier.
Det är nödvändigt att skilja mellan batteriets jämvikts-EMK och batteriets icke-jämvikts-EMK under tiden från öppning av kretsen till upprättandet av ett jämviktstillstånd (perioden för övergångsprocessen).
EMF mäts med en högresistansvoltmeter (intern resistans på minst 300 Ohm/V). För att göra detta är en voltmeter ansluten till polerna på batteriet eller batteriet. I detta fall bör ingen laddnings- eller urladdningsström flyta genom ackumulatorn (batteriet).
Jämvikts-EMK för ett blybatteri, liksom alla kemiska strömkällor, beror på de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos de ämnen som deltar i den strömgenererande processen, och är helt oberoende av storleken och formen på elektroderna, såväl som mängd aktiva massor och elektrolyt. Samtidigt, i ett blybatteri, tar elektrolyten en direkt del i den strömbildande processen på batterielektroderna och ändrar dess densitet beroende på batteriernas laddningsgrad. Därför är jämvikten EMF, som i sin tur är en funktion av densiteten
Förändringen i batteriets emk som funktion av temperaturen är mycket liten och kan försummas under drift.
Internt motstånd
Motståndet som batteriet ger mot strömmen som flyter inuti det (laddning eller urladdning) kallas vanligtvis batteriets inre motstånd.
Motståndet hos de aktiva materialen i de positiva och negativa elektroderna, såväl som elektrolytens motstånd, ändras beroende på batteriets laddningstillstånd. Dessutom beror elektrolytmotståndet mycket på temperaturen.
Därför beror ohmskt motstånd också på batteriets laddningstillstånd och elektrolytens temperatur.
Polarisationsresistansen beror på styrkan hos urladdningsströmmen och temperaturen och följer inte Ohms lag.
Det inre motståndet hos ett enskilt batteri och till och med ett batteri som består av flera seriekopplade batterier är obetydligt och uppgår till endast några tusendels ohm vid laddning. Men under utsläppsprocessen förändras det avsevärt.
Den elektriska ledningsförmågan för de aktiva massorna minskar för den positiva elektroden med cirka 20 gånger och för den negativa elektroden med 10 gånger. Elektrolytens elektriska ledningsförmåga ändras också beroende på dess densitet. När elektrolytdensiteten ökar från 1,00 till 1,70 g/cm3, ökar dess elektriska ledningsförmåga först till dess maximala värde och minskar sedan igen.
När batteriet laddas ur minskar elektrolytdensiteten från 1,28 g/cm3 till 1,09 g/cm3, vilket leder till en minskning av dess elektriska ledningsförmåga med nästan 2,5 gånger. Som ett resultat ökar batteriets ohmska motstånd när det laddas ur. I urladdat tillstånd når motståndet ett värde som är mer än 2 gånger högre än dess värde i laddat tillstånd.
Förutom laddningstillståndet har temperaturen en betydande effekt på batteriernas motstånd. Med sjunkande temperatur ökar elektrolytens specifika resistans och vid en temperatur på -40 °C blir den cirka 8 gånger större än vid +30 °C. Separatorernas motstånd ökar också kraftigt med sjunkande temperatur och ökar i samma temperaturområde nästan 4 gånger. Detta är den avgörande faktorn för att öka det interna motståndet hos batterier vid låga temperaturer.
Laddnings- och urladdningsspänning
Potentialskillnaden vid ackumulatorns (batteri) polklämmor under laddning eller urladdning i närvaro av ström i den externa kretsen kallas vanligtvis ackumulatorns (batteriets) spänning. Närvaron av ett internt motstånd hos batteriet leder till att dess spänning under urladdning alltid är mindre än EMF, och vid laddning är den alltid större än EMF.
Vid laddning av ett batteri måste spänningen vid dess poler vara större än dess emk med mängden interna förluster.
I början av laddningen sker ett spänningshopp med mängden ohmska förluster inuti batteriet, och sedan en kraftig ökning av spänningen på grund av polarisationspotentialen, främst orsakad av en snabb ökning av tätheten av elektrolyten i porerna i den aktiva massan. Därefter sker en långsam ökning av spänningen, främst på grund av en ökning av batteriets emk på grund av en ökning av elektrolytens densitet.
Efter att huvudmängden blysulfat omvandlats till PbO2 och Pb, orsakar energiförbrukningen i ökande grad nedbrytning av vatten (elektrolys) Den överskottsmängd av väte- och syrejoner som uppträder i elektrolyten ökar potentialskillnaden mellan de motsatta elektroderna ytterligare. Detta leder till en snabb ökning av laddningsspänningen, vilket orsakar en acceleration av vattennedbrytningsprocessen. De resulterande väte- och syrejonerna interagerar inte med de aktiva materialen. De rekombineras till neutrala molekyler och frigörs från elektrolyten i form av gasbubblor (syre frigörs på den positiva elektroden, väte frigörs på den negativa elektroden), vilket får elektrolyten att "koka".
Om du fortsätter laddningsprocessen kan du se att ökningen av elektrolytens densitet och laddningsspänningen praktiskt taget slutar, eftersom nästan allt blysulfat redan har reagerat, och all energi som tillförs batteriet nu endast spenderas på förekomst av en sidoprocess - den elektrolytiska nedbrytningen av vatten. Detta förklarar laddningsspänningens konstantitet, som fungerar som ett av tecknen på slutet av laddningsprocessen.
Efter att laddningen stannar, det vill säga den externa källan stängs av, minskar spänningen vid batteripolerna kraftigt till värdet av dess icke-jämvikts-EMK eller till värdet av ohmska interna förluster. Sedan sker en gradvis minskning av EMF (på grund av en minskning av elektrolytens densitet i porerna i den aktiva massan), som fortsätter tills elektrolytkoncentrationen i batteriets volym och porerna i den aktiva massan är helt utjämnade , vilket motsvarar upprättandet av jämvikts-EMK.
När ett batteri är urladdat är spänningen vid dess poler mindre än emk med storleken på det interna spänningsfallet.
I början av urladdningen sjunker batterispänningen kraftigt med mängden ohmska förluster och polarisering orsakad av en minskning av elektrolytkoncentrationen i den aktiva massans porer, det vill säga koncentrationspolarisering. Vidare, under en stationär (stationär) urladdningsprocess, minskar densiteten hos elektrolyten i batterivolymen, vilket orsakar en gradvis minskning av urladdningsspänningen. Samtidigt förändras förhållandet mellan blysulfathalten i den aktiva massan, vilket också orsakar en ökning av ohmska förluster. I det här fallet stänger partiklar av blysulfat (som har ungefär tre gånger volymen jämfört med blypartiklarna och dess dioxid från vilken de bildades) porerna i den aktiva massan och förhindrar därigenom passage av elektrolyten till djupet av elektroderna.
Detta orsakar en ökning av koncentrationens polarisering, vilket leder till en snabbare minskning av urladdningsspänningen.
När urladdningen upphör, ökar spänningen vid batteripolerna snabbt med mängden ohmska förluster och når värdet för icke-jämvikts-EMK. En ytterligare förändring av EMF på grund av utjämning av elektrolytkoncentrationen i porerna i de aktiva massorna och i batteriets volym leder till en gradvis etablering av jämvikts-EMK-värdet.
Batterispänningen under urladdning bestäms huvudsakligen av elektrolytens temperatur och styrkan på urladdningsströmmen. Som nämnts ovan är resistansen hos en blyackumulator (batteri) obetydlig och är i laddat tillstånd endast några milliohm. Men vid starturladdningsströmmar som är 4-7 gånger högre än märkkapaciteten har det interna spänningsfallet en betydande effekt på urladdningsspänningen. Ökningen av ohmska förluster med sjunkande temperatur är associerad med en ökning av elektrolytmotståndet. Dessutom ökar elektrolytens viskositet kraftigt, vilket komplicerar processen för dess diffusion in i porerna i den aktiva massan och ökar koncentrationens polarisering (det vill säga det ökar spänningsförlusten inuti batteriet genom att minska koncentrationen av elektrolyten i porerna i elektroderna).
Vid en ström på mer än 60 A är urladdningsspänningens beroende av strömstyrkan nästan linjär vid alla temperaturer.
Medelvärdet för batterispänningen under laddning och urladdning bestäms som det aritmetiska medelvärdet av spänningsvärden uppmätta med lika tidsintervall.
Batterikapacitet
Batterikapacitet är mängden elektricitet som tas emot från batteriet när det laddas ur till den specificerade slutspänningen. I praktiska beräkningar uttrycks batterikapaciteten vanligtvis i amperetimmar (Ah). Urladdningskapaciteten kan beräknas genom att multiplicera urladdningsströmmen med urladdningstiden.
Den urladdningskapacitet som batteriet är konstruerat och angivet för av tillverkaren kallas nominell kapacitet.
Utöver detta är en viktig indikator också den kapacitet som tilldelas batteriet vid laddning.
Urladdningskapaciteten beror på ett antal design och tekniska parametrar för batteriet, såväl som dess driftsförhållanden. De viktigaste designparametrarna är mängden aktiv massa och elektrolyt, tjockleken och geometriska dimensionerna för batterielektroderna. De viktigaste tekniska parametrarna som påverkar batterikapaciteten är formuleringen av aktiva material och deras porositet. Driftsparametrar - elektrolyttemperatur och urladdningsström - har också en betydande inverkan på urladdningskapaciteten. En allmän indikator som kännetecknar ett batteris effektivitet är utnyttjandegraden av aktiva material.
För att erhålla en kapacitet på 1 Ah, såsom anges ovan, krävs teoretiskt 4,463 g blydioxid, 3,886 g blysvamp och 3,66 g svavelsyra. Den teoretiska specifika förbrukningen av elektrodernas aktiva massor är 8,32 g/Ah. I riktiga batterier varierar den specifika förbrukningen av aktiva material vid ett 20-timmars urladdningsläge och en elektrolyttemperatur på 25 ° C från 15,0 till 18,5 g/Ah, vilket motsvarar en utnyttjandegrad av aktiva massor på 45-55%. Följaktligen överstiger den praktiska förbrukningen av aktiv massa de teoretiska värdena med 2 eller fler gånger.
Användningsgraden för den aktiva massan, och därmed värdet på utloppskapaciteten, påverkas av följande huvudfaktorer.
Den aktiva massans porositet. Med ökande porositet förbättras villkoren för diffusion av elektrolyten in i djupet av den aktiva massan av elektroden och den verkliga ytan på vilken den strömgenererande reaktionen sker ökar. När porositeten ökar ökar utmatningskapaciteten. Mängden porositet beror på blypulvrets partikelstorlek och receptet för framställning av de aktiva massorna, såväl som på de använda tillsatserna. Dessutom leder en ökning av porositeten till en minskning av hållbarheten på grund av accelerationen av processen för destruktion av mycket porösa aktiva massor. Därför väljs porositetsvärdet av tillverkare med hänsyn inte bara till höga kapacitiva egenskaper, utan också för att säkerställa den nödvändiga hållbarheten för batteriet i drift. För närvarande anses porositet i intervallet 46-60% vara optimal, beroende på syftet med batteriet.
Elektrodtjocklek. När tjockleken minskar minskar den ojämna belastningen av de yttre och inre skikten av elektrodens aktiva massa, vilket hjälper till att öka urladdningskapaciteten. För tjockare elektroder används de inre skikten av den aktiva massan mycket lite, speciellt vid urladdning med höga strömmar. Därför, när urladdningsströmmen ökar, minskar skillnaderna i kapaciteten hos batterier med elektroder av olika tjocklek kraftigt.
Porositet och rationalitet av separatormaterialdesign. Med en ökning av porositeten hos separatorn och höjden på dess ribbor ökar tillförseln av elektrolyt i mellanelektroderna och villkoren för dess diffusion förbättras.
Elektrolytdensitet. Påverkar batterikapaciteten och dess livslängd. När elektrolytens densitet ökar, ökar kapaciteten hos de positiva elektroderna, och kapaciteten hos de negativa elektroderna, speciellt vid negativa temperaturer, minskar på grund av accelerationen av passiveringen av elektrodytan. Ökad densitet påverkar också batteriets livslängd negativt på grund av accelerationen av korrosionsprocesser på den positiva elektroden. Därför fastställs den optimala elektrolytdensiteten baserat på alla krav och förhållanden under vilka batteriet drivs. Till exempel, för startbatterier som arbetar i tempererat klimat är den rekommenderade arbetselektrolyttätheten 1,26-1,28 g/cm3 och för områden med varmt (tropiskt) klimat 1,22-1,24 g/cm3.
Styrkan på urladdningsströmmen med vilken batteriet kontinuerligt måste laddas ur under en given tid (karakteriserar urladdningsläget). Urladdningslägen är konventionellt uppdelade i långa och korta. I långtidslägen sker urladdningen vid låga strömmar i flera timmar. Till exempel 5-, 10- och 20-timmars urladdningar. Med korta urladdningar eller starturladdningar är strömmen flera gånger större än batteriets nominella kapacitet, och urladdningen varar flera minuter eller sekunder. När urladdningsströmmen ökar, ökar urladdningshastigheten för ytskikten av den aktiva massan i större utsträckning än de djupa. Som ett resultat sker tillväxten av blysulfat vid porernas mynning snabbare än i djupet, och poren täpps igen med sulfat innan dess inre yta hinner reagera. På grund av upphörande av diffusion av elektrolyten in i poren, stannar reaktionen i den. Således, ju högre urladdningsström, desto lägre batterikapacitet, och därför desto lägre är den aktiva massutnyttjandet.
För att bedöma startegenskaperna hos batterier kännetecknas deras kapacitet också av antalet intermittenta starturladdningar (till exempel varar 10-15 s med pauser mellan dem på 60 s). Kapaciteten som batteriet levererar under intermittenta urladdningar överstiger kapaciteten under kontinuerlig urladdning med samma ström, speciellt i starturladdningsläget.
För närvarande, i den internationella praxisen att bedöma kapacitansegenskaperna hos startbatterier, används begreppet "reserv" -kapacitet. Den karakteriserar batteriets urladdningstid (i minuter) vid en urladdningsström på 25 A, oberoende av den nominella batterikapaciteten. Enligt tillverkarens gottfinnande är det tillåtet att ställa in värdet på den nominella kapaciteten vid ett 20-timmars urladdningsläge i amperetimmar eller med reservkapacitet i minuter.
Elektrolyttemperatur. När den minskar minskar batteriernas urladdningskapacitet. Anledningen till detta är en ökning av elektrolytens viskositet och dess elektriska motstånd, vilket bromsar diffusionshastigheten av elektrolyten in i den aktiva massans porer. Dessutom, när temperaturen minskar, accelererar processerna för passivering av den negativa elektroden.
Temperaturkoefficienten för kapacitansen a visar den procentuella förändringen av kapacitansen med en temperaturförändring på 1 °C.
Under tester jämförs den urladdningskapacitet som erhålls under ett långvarigt urladdningsläge med värdet på den nominella kapaciteten bestämd vid en elektrolyttemperatur på +25 °C.
Vid bestämning av kapaciteten i ett långvarigt urladdningsläge, i enlighet med kraven i standarderna, bör elektrolyttemperaturen ligga i intervallet från +18 °C till +27 °C.
Parametrarna för starturladdningen bedöms av urladdningens varaktighet i minuter och spänningen i början av urladdningen. Dessa parametrar bestäms i den första cykeln vid +25 °C (test för torrladdade batterier) och i efterföljande cykler vid temperaturer på -18 °C eller -30 °C.
Betalningsgrad. Med en ökning av laddningsgraden, allt annat lika, ökar kapaciteten och når sitt maxvärde när batterierna är fulladdade. Detta beror på det faktum att när laddningen är ofullständig når mängden aktiva material på båda elektroderna, såväl som elektrolytens densitet, inte sina maximala värden.
Batterienergi och kraft
Batterienergi W uttrycks i wattimmar och bestäms av produkten av dess urladdningskapacitet och den genomsnittliga urladdningsspänningen.
Eftersom batterikapaciteten och dess urladdningsspänning ändras med förändringar i temperatur och urladdningsläge, när temperaturen sjunker och urladdningsströmmen ökar, minskar batterienergin ännu mer signifikant än dess kapacitet.
När man jämför kemiska strömkällor som skiljer sig åt i kapacitet, design och till och med elektrokemiskt system, såväl som när man bestämmer riktningar för deras förbättring, används indikatorn för specifik energi - energi per massaenhet av batteriet eller dess volym. För moderna underhållsfria blystartbatterier är den specifika energin vid ett 20-timmars urladdningsläge 40-47 W h/kg.
Mängden energi som tillförs av ett batteri per tidsenhet kallas dess effekt. Det kan definieras som produkten av urladdningsströmmen och den genomsnittliga urladdningsspänningen.
Batteri självurladdning
Självurladdning är minskningen av batterikapacitet när den externa kretsen är öppen, det vill säga under inaktivitet. Detta fenomen orsakas av redoxprocesser som sker spontant på både de negativa och positiva elektroderna.
Den negativa elektroden är särskilt känslig för självurladdning på grund av den spontana upplösningen av bly (negativ aktiv massa) i en svavelsyralösning.
Självurladdning av den negativa elektroden åtföljs av frigöring av vätgas. Hastigheten för spontan upplösning av bly ökar signifikant med ökande elektrolytkoncentration. Att öka elektrolytdensiteten från 1,27 till 1,32 g/cm3 leder till en ökning av självurladdningshastigheten för den negativa elektroden med 40 %.
Närvaron av föroreningar av olika metaller på ytan av den negativa elektroden har en mycket betydande effekt (katalytisk) på att öka hastigheten för självupplösning av bly (på grund av en minskning av överspänningen av väteutveckling). Nästan alla metaller som finns som föroreningar i batteriråvaror, elektrolyt och separatorer, eller introduceras som speciella tillsatser, bidrar till ökad självurladdning. När de kommer på ytan av den negativa elektroden, underlättar de villkoren för frisättning av väte.
En del av föroreningarna (metallsalter med variabel valens) fungerar som laddningsbärare från en elektrod till en annan. I detta fall reduceras metalljoner vid den negativa elektroden och oxideras vid den positiva elektroden (denna självurladdningsmekanism tillskrivs järnjoner).
Självurladdningen av det positiva aktiva materialet beror på att reaktionen inträffar.
2PbO2 + 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + O2 T.
Hastigheten för denna reaktion ökar också med ökande elektrolytkoncentration.
Eftersom reaktionen fortskrider med frigörandet av syre, bestäms dess hastighet till stor del av syreöverspänningen. Därför kommer tillsatser som minskar potentialen för syreutveckling (till exempel antimon, kobolt, silver) att öka hastigheten för självupplösningsreaktionen av blydioxid. Självurladdningshastigheten för positivt aktivt material är flera gånger lägre än självurladdningshastigheten för negativt aktivt material.
En annan orsak till självurladdningen av den positiva elektroden är potentialskillnaden mellan materialet i strömledaren och den aktiva massan av denna elektrod. Den galvaniska mikrocellen som uppstår som ett resultat av denna potentialskillnad omvandlar ledningen från nedledaren och blydioxiden i den positiva aktiva massan till blysulfat när ström flyter.
Självurladdning kan också inträffa när batteriets utsida är smutsig eller fylld med elektrolyt, vatten eller andra vätskor som skapar möjlighet till urladdning genom den elektriskt ledande filmen som finns mellan batteripolerna eller dess byglar. Denna typ av självurladdning skiljer sig inte från en konventionell urladdning med mycket låga strömmar när den externa kretsen är sluten och kan enkelt elimineras. För att göra detta måste du hålla ytan på batterierna ren.
Självurladdningen av batterier beror till stor del på elektrolytens temperatur. När temperaturen sjunker minskar självurladdningen. Vid temperaturer under 0 °C för nya batterier stannar den praktiskt taget. Därför rekommenderas det att förvara batterier i laddat tillstånd vid låga temperaturer (ned till -30 °C).
Under drift förblir självurladdningen inte konstant och ökar kraftigt mot slutet av dess livslängd.
Att minska självurladdningen är möjligt genom att öka överspänningen av syre- och väteutsläpp vid batterielektroderna.
För att göra detta är det för det första nödvändigt att använda de renaste möjliga materialen för tillverkning av batterier, att minska det kvantitativa innehållet av legeringselement i batterilegeringar, att endast använda
ren svavelsyra och destillerat (eller nära det i renhet med andra reningsmetoder) vatten för framställning av alla elektrolyter, både under produktion och under drift. Till exempel, genom att minska antimonhalten i legeringen av strömledningar från 5 % till 2 % och använda destillerat vatten för alla processelektrolyter, minskas den genomsnittliga dagliga självurladdningen med 4 gånger. Genom att ersätta antimon med kalcium kan du ytterligare minska självurladdningshastigheten.
Tillsats av organiska ämnen - självurladdningshämmare - kan också bidra till att minska självurladdningen.
Användningen av ett gemensamt hölje och dolda anslutningar mellan element minskar avsevärt hastigheten för självurladdning från läckströmmar, eftersom sannolikheten för galvanisk koppling mellan polklämmor med stort avstånd minskar avsevärt.
Ibland hänvisar självurladdning till den snabba kapacitetsförlusten på grund av en kortslutning inuti batteriet. Detta fenomen förklaras av direkt urladdning genom ledande bryggor bildade mellan motsatta elektroder.
Användning av kuvertavskiljare i underhållsfria batterier
eliminerar risken för kortslutning mellan motsatta elektroder under drift. Denna möjlighet kvarstår dock på grund av möjliga utrustningsfel under massproduktion. Vanligtvis upptäcks en sådan defekt under de första månaderna av drift och batteriet måste bytas ut under garantin.
Typiskt uttrycks graden av självurladdning som en procentandel av kapacitetsförlusten under en specificerad tidsperiod.
De nuvarande självurladdningsstandarderna kännetecknas också av starturladdningsspänningen vid -18 °C efter testning: inaktivitet i 21 dagar vid en temperatur på +40 °C.
TILL kategori:
Elektrisk utrustning av bilar
-
Kemiska processer i batteriet
I ett laddat batteri består den aktiva massan av de positiva plattorna av mörkbrun blyperoxid Pb02, och den aktiva massan av de negativa plattorna består av grå blysvamp Pb. Samtidigt varierar elektrolytens densitet, beroende på årstid och driftområde, från 1,25 till 1,31 g/cm3.
När batteriet är urladdat omvandlas den aktiva massan av de negativa plattorna från svampigt bly Pb till blysulfat PbS04 med en färgförändring från grått till ljusgrått.
Den aktiva massan av batteriets positiva plattor omvandlas från blyperoxid PbO2 till blysulfat PbS04 med en färgförändring från mörkbrunt till brunt.
-
Blysulfat PbS04 kallas vanligtvis blysulfat.
I praktiken, med en acceptabel batteriurladdning, deltar inte mer än 40 - 50% av plattornas aktiva massa i kemiska reaktioner, eftersom elektrolyten i den erforderliga mängden inte når de djupa lagren av den aktiva massan på grund av dess otillräckliga porositet . Avsättningen av PbS04-kristaller på ytan av porväggarna smalnar av och till och med täpper till porerna i den aktiva massan, vilket gör det svårt för elektrolyten att tränga in i dess inre, djupare lager. Med tanke på detta kommer en del av den kemiska energin som lagras i form av PbO2 och Pb i de inre skikten av den aktiva massan inte att komma i kontakt med elektrolyten, vilket kommer att minska kapaciteten hos varje battericell.
Eftersom svavelsyra under urladdningsprocessen går till bildning av blysulfat PbS04 med samtidig frisättning av vatten H20, minskar elektrolytens densitet följaktligen från 1,25 - 1,31 till 1,09 - 1,15 g/cm3.
Således minskar elektrolytens densitet vid en 100% urladdning med 0,16 g/cm3, därför, under batteriurladdningsperioden, motsvarar en minskning av elektrolytens densitet med 0,01 g/cm3 en minskning av batterikapaciteten med 6 %.
Förändringen i elektrolytdensitet är en av huvudindikatorerna för graden av batteriurladdning.
För att ladda batteriet kopplas batteriet parallellt till en likströmskälla (generator, likriktare), vars spänning måste överstiga t.ex. d.s. laddningsbart batteri.
Vid laddning övergår den aktiva massan av de negativa plattorna gradvis från blysulfat PbS04 till svampigt bly Pb (grå), och den aktiva massan av de positiva plattorna övergår från PbS04 till blyperoxid PbO2 (mörkbrun). I detta fall, på grund av bildandet av H2S04 med en samtidig minskning av H20, ökar elektrolytens densitet från 1,09 - 1,15 till 1,25 - 1,31 g/cm3.
Typer av elektriska energibatterier
Batterier är en integrerad del av alla system som fokuserar på att producera alternativa energislag.
De hittills mest utbredda är elektrokemiska batterier av elektrisk energi, där omvandlingen av kemisk energi till elektrisk energi när batteriet laddas ur sker genom en kemisk reaktion. Vid laddning av ett batteri sker den kemiska reaktionen i motsatt riktning.
Förutom elektrokemiska batterier kan elektricitet lagras i kondensatorer och solenoider (induktorer).
I en laddad kondensator lagras energi i form av elektrisk fältenergi i dielektrikumet. På grund av det faktum att den specifika energin som lagras av kondensatorn är mycket liten (praktiskt taget från 10 till 400 J/kg), och varaktigheten av möjlig energilagring på grund av dess läckage är kort, används denna typ av energiackumulator endast i fall där det är nödvändigt att överföra el till konsumenten under mycket kort tid med kort hållbarhet.
I solenoiden ackumuleras elektrisk energi i form av magnetfältsenergi. Därför kallas denna typ av lagringsenhet elektromagnetisk. Men energiutgångstiden för elektromagnetiska batterier mäts vanligtvis inte ens i sekunder, utan i bråkdelar av en sekund.
Att ladda batteriet kräver en extern energikälla och energiförluster kan uppstå under laddningsprocessen. Efter laddning kan batteriet förbli i ett klart tillstånd (i ett laddat tillstånd), men även i detta tillstånd kan viss energi gå förlorad på grund av slumpmässig förlust, läckage, självurladdning eller andra liknande fenomen. När energi frigörs från batteriet kan även energiförluster uppstå; Dessutom är det ibland omöjligt att få tillbaka all ackumulerad energi. Vissa batterier är utformade för att behålla en del restenergi.
Batteriets egenskaper
Det huvudsakliga kännetecknet för ett batteri är dess elektriska kapacitet. Måttenheten för denna kapacitet är amperetimman (Ah), en icke-systemmätenhet för elektrisk laddning.
Baserat på den fysiska innebörden är 1 ampere-timme en elektrisk laddning som passerar genom en ledares tvärsnitt i en timme när det finns en ström på 1 ampere i den. Teoretiskt sett kan ett laddat batteri med en angiven kapacitet på 1 Ah ge en ström på 1 ampere under en timme (eller till exempel 0,1 A i 10 timmar eller 10 A i 0,1 timme).
I praktiken beräknas batterikapaciteten utifrån en 20-timmars urladdningscykel till slutspänningen, som för bilbatterier är 10,8 V. Exempelvis betyder inskriptionen på batterietiketten "55 Ah" att den kan leverera en ström på 2,75 ampere i 20 timmar, och spänningen vid terminalerna sjunker inte under 10,8 V.
För mycket batteriurladdningsström resulterar i mindre effektiv kraftleverans, vilket icke-linjärt minskar batteriets drifttid vid den strömmen och kan leda till överhettning.
Batteritillverkare anger ibland den lagrade energin i Wh som kapacitet i de tekniska specifikationerna. Eftersom 1 W = 1 A * 1 V, om den lagrade energin är 720 Wh kan vi dividera detta värde med spänningsvärdet (säg 12 V) och få kapaciteten i amperetimmar (i vårt exempel 720 Wh / 12 V = 60 Ah).
Blybatterier
I laddat tillstånd består anoden (negativ elektrod) av ett sådant batteri av bly och katoden (positiv elektrod) består av blydioxid PbO2. Båda elektroderna är gjorda porösa så att området för deras kontakt med elektrolyten är så stort som möjligt. Utformningen av elektroderna beror på batteriets syfte och kapacitet och kan vara mycket varierande.
Kemiska reaktioner under laddning och urladdning av ett batteri representeras av formeln
РbO2 + Рb + 2Н2SO4<—>2РbSO4 + Н2О
För att ladda batteriet krävs teoretiskt sett en specifik energi på 167 W/kg. Samma antal uttrycker därför dess teoretiska gräns för specifik lagringskapacitet. Den faktiska lagringskapaciteten är dock mycket mindre, så att när batteriet är urladdat producerar normalt elektrisk energi på cirka 30 W/kg. Faktorer som orsakar en minskning av lagringskapaciteten presenteras tydligt i fig. 1. Batterieffektivitet (förhållandet mellan energi som tas emot under urladdning och energi som förbrukas under laddning) är vanligtvis i intervallet 70 % till 80 %.
Figur 1. Teoretisk och faktisk specifik lagringskapacitet för ett blybatteri
Olika specialåtgärder (höjning av syrakoncentrationen till 39 %, användning av plastkonstruktionsdelar och kopparanslutningsdelar etc.) har nyligen lyckats öka den specifika lagringskapaciteten till 40 Wh/kg och till och med något högre.
Av ovanstående data följer att den specifika lagringskapaciteten för ett blybatteri (och även, som kommer att visas senare, andra typer av batterier) är betydligt lägre än för primära galvaniska celler. Denna nackdel kompenseras dock vanligtvis för
- möjligheten till flera laddningar och, som ett resultat, en ungefär tiofaldig minskning av kostnaden för el som erhålls från batteriet,
- förmågan att komponera batterier med mycket hög energiintensitet (vid behov, till exempel upp till 100 MWh).
Varje laddnings-urladdningscykel åtföljs av några irreversibla processer på elektroderna, inklusive den långsamma ackumuleringen av icke-reducerbart blysulfat i elektrodernas massa. Av denna anledning, efter ett visst antal (vanligtvis cirka 1000) cykler, förlorar batteriet sin förmåga att ladda normalt. Detta kan också hända om batteriet inte används under en längre tid, eftersom den elektrokemiska urladdningsprocessen (långsam självurladdning) sker i batteriet även när det inte är anslutet till en extern elektrisk krets. Ett blybatteri tappar vanligtvis från 0,5 % till 1 % av sin laddning per dag på grund av självurladdning. För att kompensera för denna process använder elektriska installationer konstant laddning vid en ganska stabil spänning (beroende på typ av batteri, vid en spänning från 2,15 V till 2,20 V).
En annan oåterkallelig process är elektrolysen av vatten ("kokning" av batteriet), som sker i slutet av laddningsprocessen. Vattenförlusten kan enkelt kompenseras genom att fylla på, men det frigjorda vätet kan tillsammans med luft leda till att det bildas en explosiv blandning i batterirummet eller facket. Tillräcklig och tillräcklig ventilation måste tillhandahållas för att undvika explosionsrisk.
Andra batterityper
Under de senaste 20 åren har det dykt upp hermetiskt slutna blybatterier, som använder en geléliknande elektrolyt snarare än en flytande. Sådana batterier kan installeras i vilken position som helst, och dessutom, med tanke på att de inte avger väte under laddning, kan de placeras i vilket rum som helst.
Utöver blybatterier tillverkas mer än 50 typer av batterier, baserade på olika elektrokemiska system. Alkaliska (med en elektrolyt i form av en lösning av kaliumhydroxid KOH) nickel-järn- och nickel-kadmium-batterier används ganska ofta i kraftverk, vars emk ligger i intervallet från 1,35 V till 1,45 V, och den specifika lagringskapaciteten ligger i intervallet från 15 W h/kg till 45 W h/kg. De är mindre känsliga för fluktuationer i omgivningstemperaturen och mindre krävande för driftsförhållandena. De har också en lång livslängd (vanligtvis från 1000 till 4000 laddnings-urladdningscykler), men deras spänning ändras under urladdning inom ett bredare intervall än blybatterier, och deras effektivitet är något lägre (från 50% till 70%).
I litiumjonbatterier består anoden av kolinnehållande litiumkarbid Li x C 6 i laddat tillstånd, och katoden är gjord av litium- och koboltoxid Li 1-x CoO 2. Fasta litiumsalter (LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4 eller andra) lösta i ett flytande organiskt lösningsmedel (till exempel eter) används som en elektrolyt. Ett förtjockningsmedel (till exempel organiska kiselföreningar) tillsätts vanligtvis till elektrolyten, vilket ger den ett geléliknande utseende. Elektrokemiska reaktioner under urladdning och laddning består av övergången av litiumjoner från en elektrod till en annan och fortsätter enligt formeln
Li x C 6 + Li 1-x CoO 2<—>C6 + LiCoO2
Den yttre formen på litiumjonbattericeller kan vara platt (liknar fyrkantiga plattor) eller cylindrisk (med rullade elektroder). Det tillverkas även batterier som använder andra anod- och katodmaterial. Ett av de viktiga utvecklingsområdena är utvecklingen av snabbladdande batterier.
Det finns många andra typer av batterier (cirka 100 totalt). Till exempel i flygplans strömförsörjningssystem, där utrustningens vikt bör vara så liten som möjligt, används silver-zink-batterier med en specifik lagringskapacitet på i genomsnitt 100 Wh/kg. Den högsta EMF (6,1 V) och den högsta specifika lagringskapaciteten (6270 Wh/kg) finns i litiumfluorbatterier, som dock ännu inte är i massproduktion.
Primära galvaniska celler är väl lämpade för långtidsdrift, och batterier kan användas både för långtidsdrift och för att täcka kortvariga och intermittenta belastningar. Kondensatorer och induktorer används främst för att täcka pulserande belastningar och för att utjämna effekt vid snabba belastningsändringar. För att utjämna kraften som tillförs elnätet från vind- och solkraftverk kan kombinationer av batterier med ultrakondensatorer användas.
Användningsomfånget för vissa lagringsenheter i termer av belastningslängd och uteffekt karakteriseras i fig. 2.
Batterier kallas annars sekundära element, eller sekundära källor för elektrisk energi. De skiljer sig från galvaniska celler genom att de inte kan frigöra energi direkt efter tillverkningen, de måste först laddas.
Vid laddning av ett batteri sker elektrolys (nedbrytning av elektrolytmolekyler till positiva och negativa joner, kallade katjoner och anjoner), åtföljd av omvandling av elektrisk energi till kemisk energi. Som ett resultat av denna process skapas en emf vid batteripolerna. Efter laddning kan batteriet fungera som en strömkälla. Under batteriurladdningsprocessen omvandlas lagrad kemisk energi till elektrisk energi. Således lagrar (ackumulerar) batteriet elektrisk energi när det laddas och släpper ut den när det laddas ur.
Syrabatterier
Syrabatterier används i stor utsträckning både för att driva radio- och telefonutrustning och för att driva elektrisk utrustning i fordon.
En sur battericell består av ett kärl fyllt med elektrolyt, i vilket det finns positiva och negativa elektroder (i form av plattor) separerade från varandra. Enskilda celler, kallade banker, kombineras till uppladdningsbara batterier, som förkortas kallas batterier. Strukturen för ett syrabatteri visas i fig. 28. Syrabatteriets kropp är gjord av elektriskt isolerande och syrabeständigt material (glas, hårdgummi och speciella plasttyper).
De positiva plattorna på syrabatterier är gjorda av rött bly (blyoxid med något högre syreinnehåll) som pressats in i ett blygaller. Negativa plattor är gjorda av blylitharge (blyoxid) som pressats in i ett blygaller.
För att undvika kortslutning är plattorna separerade från varandra med en porös isolerande packning - en separator. För att tillverka separatorer används trä (al, tall, cederträ), hårdgummi med mikroskopiska porer (kallas mipor), mikroporös plast (miplast) etc.
Elektrolyten är en lösning av svavelsyra i destillerat vatten. Beroende på omgivningstemperaturen under batteridrift bör elektrolytens densitet vara olika.
Elektrolytens densitet mäts med en hydrometer, som är ett litet rör som expanderar nedåt. Den nedre delen av hydrometern har en strikt definierad vikt, och den övre delen har en skala, vars divisioner indikerar densiteten. När hydrometern sänks ner i elektrolyten sänks den ned till den delning som motsvarar elektrolytens densitet.
Nya fabriksbatterier säljs oladdade, och varaktigheten av deras drift beror på korrekt första laddning. Ett nytt batteri bör fyllas med elektrolyt med en densitet på 1,12 vid en temperatur på +20°C och lämnas i fem till sex timmar så att plattornas aktiva massa mättas med elektrolyten. Fyllning görs genom en tratt till ett speciellt påfyllningshål. Elektrolytnivån ska vara 10-15 mm över plattornas övre kant.
För att framställa elektrolyten används industriell svavelsyra med en densitet på 1,83-1,84, som späds ut med destillerat vatten. Koncentrerad svavelsyra är mycket giftig och måste hanteras med stor försiktighet. Elektrolyten bereds i följande sekvens. Den erforderliga mängden destillerat vatten hälls i ett glaskärl, och sedan hälls svavelsyra i vattnet i en tunn ström och i små portioner från flaskan, rör om lösningen med en glasstav.
Det är strängt förbjudet att hälla vatten i svavelsyra, eftersom detta kommer att orsaka snabb kokning och stänk av syran i alla riktningar. Droppar av syra på händer och ansikte kan orsaka allvarliga brännskador.
Batteriet laddas med likström från ett likströmsnät eller en speciell likriktare.
Likriktaren måste vara utrustad med en reostat eller autotransformator som gör att du kan ändra mängden laddström. Batteriet ansluts till laddningskretsen enligt följande: batteriets pluspol (+) är ansluten till likriktarens positiva pol (nät) och minuspolen (-) till likriktarens (nät) minuspol. . Batteriladdningsdiagrammet visas i fig. 29.
En amperemeter ingår i laddningskretsen för att övervaka strömvärdet.
Batterierna laddas med en ström, vars värde anges av tillverkaren i det tekniska databladet (för stationära batterier är laddningsströmmen lika med en femtondel av batterikapaciteten).
Den första laddningen varar vanligtvis 36 timmar oavbrutet. Efter detta, ta en paus i 3 timmar och fortsätt att ladda med samma ström i ytterligare 12 timmar. Mot slutet av laddningen "kokar" elektrolyten (rikligt utsläpp av gasbubblor - väte och syre), och elektrolytnivån kan öka avsevärt. Överskott av elektrolyt ska sugas ut med en gummilampa.
När spänningen vid terminalerna på en burk stiger till 2,3-2,5 V, bör du mäta elektrolytens densitet och ta den till 1,285.
Efter att laddningen är klar ska det nya batteriet laddas ur med en ström som är lika med en tjugondel av batterikapaciteten tills spänningen på varje bank är lika med 1,8 e. Sedan laddas batteriet i 10-12 timmar och efter det kan det vara tas i drift. Spänningen på varje bank av ett nyladdat batteri är 2,6-2,86 V. Spänningen på banken bör mätas med en speciell voltmeter utrustad med ett belastningsmotstånd, en så kallad batterisond. För att förhindra explosion av detonerande gas som bildas under laddning till följd av elektrolys av vatten, kan sonden användas tidigast två till tre timmar efter laddning.
Batterispänningen kan mätas med en konventionell DC-voltmeter när batteriet är laddat med en ström lika med Vio dess kapacitet.
Beroende på syftet finns det flera typer av sura (bly) batterier. För att driva stationära enheter används stationära batterier, vars hölje vanligtvis är gjord av glas eller trä fodrad med ett lager bly.
