배터리 세계 - 부품 3
현대 배터리의 역사는 XNUMX세기에 시작되며 오늘날 사용되는 대부분의 디자인은 이 세기에 유래되었습니다. 이 상황은 한편으로는 당시 과학자들의 뛰어난 아이디어와 다른 한편으로는 새로운 모델 개발에서 발생하는 어려움을 증언합니다.
너무 좋아서 개선할 수 없는 것은 거의 없습니다. 이 규칙은 배터리에도 적용됩니다. XNUMX 세기 모델은 현재 형태를 취할 때까지 여러 번 개선되었습니다. 이는 다음에도 적용됩니다. 르클랑슈 전지.
개선할 링크
프랑스 화학자의 디자인이 변경되었습니다 칼 가스너 정말 유용한 모델이 되었습니다. 제조 비용이 저렴하고 사용하기에 안전합니다. 그러나 여전히 문제가 있었습니다. 보울을 채우는 산성 전해질과 접촉하여 부식된 요소의 아연 코팅과 공격적인 내용물이 튀어 나오면 전원 장치가 손상될 수 있습니다. 결정은 융합 아연 몸체의 내부 표면(수은 코팅).
아연 아말감은 실제로 산과 반응하지 않지만 순수 금속의 모든 전기화학적 특성을 유지합니다. 그러나 환경 규제로 인해 세포의 수명을 연장하는 이 방법은 점점 더 적게 사용됩니다(무수은 세포의 경우 또는 비문을 찾을 수 있음) (1).
2. 알카라인 셀 레이아웃: 1) 케이스(음극 리드), 2) 이산화망간이 포함된 음극, 3) 전극 분리막, 4) KOH 및 아연 가루가 포함된 양극, 5) 양극 단자, 6) 셀 밀봉(전극 절연체) . .
세포 수명과 수명을 늘리는 또 다른 방법은 다음과 같습니다. 염화 아연 ZnCl2 컵 충전 페이스트 용. 이 디자인의 셀은 흔히 Heavy Duty라고 불리며 (이름에서 알 수 있듯이) 에너지 집약적인 장치에 전력을 공급하도록 설계되었습니다.
일회용 배터리 분야의 획기적인 발전은 1955년의 건설이었습니다. 알칼리 전지. 캐나다 엔지니어의 발명품 루이스 유리현재 에너자이저사가 사용하는 는 르클랑쉐 셀과 구조가 조금 다르다.
첫째, 거기에서는 흑연 음극이나 아연 컵을 찾을 수 없습니다. 두 전극 모두 습식 분리 페이스트 형태로 만들어지며(증점제 및 시약: 음극은 이산화망간과 흑연의 혼합물, 아연 가루와 수산화칼륨의 혼합물로 구성됨) 단자는 금속으로 만들어집니다. 2). 그러나 작동 중에 발생하는 반응은 Leclanchet 셀에서 발생하는 반응과 매우 유사합니다.
작업. 알칼리성 전지에 대해 "화학적 부검"을 수행하여 내용물이 실제로 알칼리성인지 확인합니다(3). Leclanchet 셀을 분해할 때도 동일한 예방 조치가 적용된다는 점을 기억하십시오. 알카라인 셀을 식별하는 방법은 배터리 코드 필드를 참조하세요.
3. 알칼리 셀의 "섹션"에서 알칼리 함량을 확인합니다.
수제 배터리
4. 국내 Ni-MH 및 Ni-Cd 배터리.
사용 후 재충전할 수 있는 셀은 전기 과학 개발 초기부터 설계자의 목표였기 때문에 셀 유형도 다양해졌습니다.
현재 소형 가전 제품에 전원을 공급하는 데 사용되는 모델 중 하나는 다음과 같습니다. 니켈 카드뮴 배터리. 그들의 프로토타입은 1899년 스웨덴 발명가가 만들었을 때 나타났습니다. 에른스트 융너 자동차 산업에서 이미 널리 사용되는 배터리와 경쟁할 수 있는 니켈-카드뮴 배터리에 대한 특허를 신청했습니다. 납축전지.
셀 양극은 카드뮴, 음극은 1,2가 니켈 화합물, 전해질은 수산화칼륨 용액입니다(현대의 "건식" 설계에서는 KOH 용액으로 포화된 증점제의 습식 페이스트). Ni-Cd 배터리(이것이 해당 지정)의 작동 전압은 약 XNUMXV입니다. 이는 일회용 셀보다 낮지만 대부분의 응용 분야에서 문제가 되지 않습니다. 가장 큰 장점은 상당한 전류(심지어 몇 암페어)와 광범위한 작동 온도를 소비할 수 있다는 것입니다.
5. 충전하기 전에 다양한 유형의 배터리 요구 사항을 확인하십시오.
니켈-카드뮴 배터리의 단점은 부담스러운 '메모리 효과'입니다. 이는 부분적으로 방전된 Ni-Cd 배터리를 자주 재충전할 때 발생합니다. 시스템은 용량이 재충전을 통해 보충된 충전량과 동일한 것처럼 작동합니다. 일부 유형의 충전기에서는 특수 모드에서 셀을 충전하여 "메모리 효과"를 줄일 수 있습니다.
따라서 방전된 니켈-카드뮴 배터리는 전체 주기로 충전해야 합니다. 먼저 완전히 방전(적절한 충전기 기능 사용)한 다음 재충전해야 합니다. 자주 재충전하면 예상 수명이 1000~1500사이클로 단축됩니다(수명 동안 많은 일회용 셀이 단일 배터리로 교체되므로 배터리에 가해지는 부담이 훨씬 적다는 것은 말할 것도 없고 더 높은 구매 비용이 몇 배나 더 많이 지불됩니다). ). 세포 생산 및 폐기 환경).
독성 카드뮴이 포함된 Ni-Cd 원소를 교체했습니다. 니켈수소 배터리 (Ni-MH 명칭). 구조는 Ni-Cd 배터리와 유사하지만 카드뮴 대신 수소를 흡수할 수 있는 다공성 금속 합금(Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, 희토류 금속)이 사용됩니다(4). Ni-MH 셀의 작동 전압도 약 1,2V이므로 NiCd 배터리와 상호 교환하여 사용할 수 있습니다. 니켈 수소 전지의 용량은 동일한 크기의 니켈 카드뮴 전지의 용량보다 큽니다. 그러나 NiMH 시스템은 자체 방전 속도가 더 빠릅니다. 이러한 단점이없는 현대적인 디자인이 이미 있지만 표준 모델보다 훨씬 비쌉니다.
니켈수소 배터리는 "메모리 효과"를 나타내지 않습니다(부분적으로 방전된 셀은 재충전 가능). 그러나 충전기 지침(5)에서 각 유형의 충전 요구 사항을 항상 확인해야 합니다.
Ni-Cd 및 Ni-MH 배터리의 경우 분해를 권장하지 않습니다. 첫째, 우리는 그것들에서 유용한 것을 찾지 못할 것입니다. 둘째, 니켈과 카드뮴은 안전한 원소가 아닙니다. 불필요하게 위험을 감수하지 말고, 숙련된 전문가에게 폐기를 맡기십시오.
축적의 왕, 즉...
6. "배터리의 왕"이 일하고 있습니다.
… 납축전지, 프랑스 물리학자가 1859년에 건설함 가스토나 플란테고 (예, 예, 장치는 올해 161세가 됩니다!). 배터리 전해질은 약 37%의 황산(VI) 용액이며 전극은 납(양극)과 이산화납 PbO 층으로 코팅된 납입니다.2 (음극). 작동 중에 납(II)(II)PbSO 황산염 침전물이 전극에 형성됩니다.4. 충전할 때 하나의 셀에는 2V 이상의 전압이 있습니다.
납 배터리 실제로는 상당한 무게, 방전 및 저온에 대한 민감성, 충전된 상태로 보관해야 하는 필요성, 공격적인 전해질 누출 위험 및 독성 금속 사용 등 모든 단점이 있습니다. 또한 조심스러운 취급이 필요합니다. 전해질의 밀도 확인, 챔버에 물 추가(증류 또는 탈이온만 사용), 전압 제어 (한 챔버에서 1,8V 미만으로 떨어지면 전극이 손상될 수 있음) 및 특수 충전 모드가 있습니다.
그렇다면 고대 건축물이 여전히 사용되고 있는 이유는 무엇입니까? "King of Accumulators"는 실제 통치자의 속성인 힘을 가지고 있습니다. 높은 전류 소비와 최대 75%의 높은 에너지 효율(충전에 사용된 에너지 양은 작동 중에 회수 가능), 단순한 설계 및 낮은 생산 비용은 다음을 의미합니다. 납 배터리 내연 기관의 시동뿐만 아니라 비상 전원 공급 장치의 요소로도 사용됩니다. 160년의 역사에도 불구하고 납 배터리는 여전히 잘 작동하고 있으며 다른 유형의 이러한 장치로 대체되지 않았습니다. (그리고 배터리 덕분에 가장 많이 생산되는 금속 중 하나인 납 자체도 마찬가지입니다.) . 내연기관을 기반으로 한 동력화가 계속해서 발전하는 한, 그 위치는 위협받지 않을 것입니다(6).
발명가들은 납산 배터리의 대체품을 만들려는 노력을 멈추지 않았습니다. 일부 모델은 인기를 얻었으며 오늘날에도 자동차 산업에서 여전히 사용되고 있습니다. XNUMX세기와 XNUMX세기 초에 H 용액을 사용하지 않는 디자인이 만들어졌습니다.2SO4그러나 알칼리성 전해질. 위에 표시된 Ernst Jungner의 니켈-카드뮴 배터리가 그 예입니다. 1901년 토마스 알바 에디슨 카드뮴 대신 철을 사용하도록 디자인을 변경했습니다. 산성 배터리에 비해 알카라인 배터리는 훨씬 가볍고 저온에서 작동할 수 있으며 취급이 어렵지 않습니다. 그러나 생산 비용이 더 비싸고 에너지 효율이 낮습니다.
그리고 다음은 무엇입니까?
물론 배터리에 관한 기사는 질문을 소진하지 않습니다. 예를 들어 계산기나 컴퓨터 마더보드와 같은 가전 제품에 전원을 공급하는 데 일반적으로 사용되는 리튬 전지에 대해서는 논의하지 않습니다. 작년 노벨 화학상에 대한 XNUMX월 기사와 실제적인 부분(철거 및 경험 포함)에서 이에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.
전지, 특히 배터리에 대한 전망은 밝습니다. 세상은 점점 더 모바일화되고 있으며, 이는 전력 케이블로부터 독립할 필요성을 의미합니다. 전기 자동차에 효율적인 에너지 공급을 보장하는 것도 큰 문제입니다. - 경제성 측면에서도 내연기관 자동차와 경쟁할 수 있도록.
축전지 배터리
세포 유형 식별을 용이하게 하기 위해 특수 영숫자 코드가 도입되었습니다. 우리 집에서 가장 흔히 발견되는 소형 가전제품 유형의 경우 숫자-문자-문자-번호 형식을 갖습니다.
그리고 네 :
- 첫 번째 숫자는 셀 수입니다. 단일 세포의 경우 무시됨;
– 첫 번째 문자는 셀 유형을 나타냅니다. 누락되면 Leclanche 링크를 처리하는 것입니다. 다른 세포 유형은 다음과 같이 표시됩니다.
C – 리튬 전지(가장 일반적인 유형),
H – Ni-MH 배터리,
K – 니켈-카드뮴 배터리,
L – 알칼리 전지;
- 다음 문자는 링크의 모양을 나타냅니다.
F - 그릇,
R - 원통형,
P - 원통형 이외의 형상을 갖는 링크의 일반적인 명칭
– 최종 수치는 링크의 크기를 나타냅니다 (카탈로그 값 또는 직접 치수를 나타냄) (7).
7. 널리 사용되는 셀 및 배터리의 크기.
마킹 예시:
R03
- 새끼손가락만한 크기의 아연-흑연 셀. 또 다른 명칭은 AAA 또는입니다.
LR6 - 손가락만한 크기의 알칼리성 세포. 또 다른 명칭은 AA 또는입니다.
HR14 – Ni-MH 배터리; 문자 C는 크기를 나타내는 데에도 사용됩니다.
KR20 – Ni-Cd 배터리, 크기에도 문자 D가 표시되어 있습니다.
3LR12 – 4,5개의 원통형 알카라인 셀로 구성된 XNUMXV 전압의 플랫 배터리.
6F22 - 9개의 Leclanchet 플랫 셀로 구성된 XNUMX볼트 배터리.
CR2032 – 직경 20mm, 두께 3,2mm의 리튬 전지.
참조 :
