Tipos populares de bateria

O dispositivo (em poucas palavras), vantagens e desvantagens. Baterias de chumbo-ácido, níquel-cádmio, hidreto de níquel-metal e íons de lítio.

A tecnologia da bateria entrou silenciosamente e firmemente em nossas vidas. Telefones sem fio, telefones celulares, ferramentas elétricas sem fio, câmeras, uma variedade de brinquedos ... Se tudo isso recebesse eletricidade apenas de baterias comuns de ácido ou alcalinas, uma parte significativa do orçamento de toda família russa seria gasta em baterias. Portanto, muitas vezes você se põe pensando: como é que vivemos sem baterias domésticas?

Baterias - São dispositivos eletroquímicos capazes de armazenar e emitir energia elétrica. No entanto, por trás de uma definição tão simples está uma grande variedade de modelos e princípios de operação de várias baterias. A evolução e o progresso tecnológico os afetaram plenamente e hoje na indústria existem pilhas recarregáveiscapaz de trabalhar com potência máxima por literalmente anos sem recarregar.

No entanto, o leigo médio está familiarizado apenas com vários tipos de baterias. Vamos nos debruçar sobre eles com mais detalhes.

Nos sistemas de energia de bordo de nossos carros são usados baterias de chumbo-ácido. Baterias modernas Este grupo não requer manutenção. O eletrólito neles é uma solução de ácido sulfúrico, e os reagentes ativos são óxido de chumbo e o próprio chumbo. Durante a descarga, os reagentes são reduzidos no ânodo e no cátodo para levar o sulfato, e uma corrente elétrica passa pelo eletrólito. Ao carregar, ocorre uma reação química reversa e a corrente flui na direção oposta.

As baterias de carro são chamadas de baterias de partida, porque precisam fornecer uma grande corrente inicial, mesmo nas condições mais extremas, por exemplo, a uma temperatura ambiente de -30 graus Celsius ou menos.

Baterias de partida e baterias de chumbo-ácido geralmente estão completamente ausentes "Efeito memória". Isso significa que eles absolutamente não se importam com qual frequência e até que ponto são cobrados, sua capacidade de carregamento desigual e incompleto não diminui.

Além disso, as baterias de chumbo-ácido são autodescarregáveis ​​em um nível mínimo, têm um custo relativamente baixo e podem suportar até mil ciclos de carga.

Mas, ao mesmo tempo, as baterias de partida também têm desvantagens. Por exemplo, a capacidade de uma bateria de chumbo, referida a uma unidade de volume e massa, é pequena. Portanto, a bateria de chumbo não pode ser chamada de compacta e leve. Outra desvantagem desse tipo de bateria é o medo de descargas profundas. O ideal para uma bateria de partida será uma descarga de não mais que metade da capacidade.

Nos aparelhos compactos industriais domésticos e em geral, até recentemente, a liderança absoluta na prevalência era mantida baterias de níquel-cádmio (Ni-Cd). São pilhas alcalinas, usam hidróxido de potássio como eletrólito. E as substâncias ativas neles são cádmio e hidróxido de níquel (daí o nome).

As baterias de níquel-cádmio são únicas em sua atitude em relação a descargas profundas. Eles “gostam” e têm um efeito benéfico na capacidade e número de possíveis ciclos de recarga. Em geral, uma bateria de níquel-cádmio é boa, pois é capaz de trabalhar com energia constante durante todo o ciclo de descarga, produzindo a mesma corrente.

Como as baterias de chumbo, as baterias de níquel e cádmio podem suportar mudanças de temperatura e estão prontas para um grande número de ciclos de recarga.

O custo das baterias de níquel-cádmio é um pouco mais alto que o custo das baterias de chumbo, mas não se pode dizer que as primeiras sejam especialmente caras.

A principal desvantagem das baterias de níquel-cádmio é o pronunciado "efeito memória". Portanto, essas baterias são muito prejudiciais para manter constantemente a carga e não descarregar completamente. Não se deve esquecer que o cádmio é um veneno, pelo que pode haver algumas dificuldades ao descartar baterias de níquel-cádmio.

Para resolver o problema da toxicidade do cádmio e obter características operacionais mais elevadas, no final dos anos 80 do século passado foram desenvolvidos baterias recarregáveis ​​de níquel-hidreto metálico (Ni-Mh). A diferença entre essas baterias e as baterias de níquel-cádmio é que seu cátodo contém hidrogênio absorvido (intermetálico). As baterias de níquel-hidreto metálico são menos suscetíveis ao “efeito memória”, possuem uma capacidade específica mais alta.

Mas, ao mesmo tempo, essas baterias têm um custo mais alto do que as baterias de cádmio, são capazes de suportar menos ciclos de carga-descarga e são incapazes de gerar grandes correntes por um longo tempo. Devido a essas deficiências, as baterias de hidreto metálico não conseguiram competir com as baterias de cádmio.

Um dos tipos de baterias mais avançados e, ao mesmo tempo, populares baterias de íon de lítio. Do lado deles, estão o peso leve e um grande recurso, e a ausência de um "efeito memória" e a autodescarga.

Dispositivo de bateria de iões de lítio bastante complexo: o cátodo é feito de grafite e o ânodo é feito de cobalto ou manganês. Durante a operação da bateria, o óxido de lítio está alternadamente no eletrodo positivo ou negativo.

Para as desvantagens das baterias de íon-lítio pode-se atribuir, em primeiro lugar, seu alto custo. Você pode adicionar a isso uma pequena faixa de temperaturas operacionais. No entanto, essas deficiências não podem ser consideradas significativas, e a produção de baterias de íons de lítio está ganhando força continuamente. Além disso, tipos mais modernos de baterias, como polímero de lítio, ainda não se espalharam.

Leia mais sobre os tipos mais modernos de baterias aqui:

Baterias de íon de lítio

Baterias de gel

Tecnologias promissoras:

Baterias de alumínio

Baterias de carbono

Pilhas de grafeno

Alexander Molokov

Comments

[#1]

No Ni-MH, o intermetálico é um ânodo, não um cátodo. Cátodo de óxido de níquel.

[#3]

Dispositivo para manutenção atual (dessulfatação) de baterias operadas.

A bateria enfrentou o problema da sulfatação há alguns anos, o motor diesel do meu carro começou a esfriar com o frio. Com uma bateria carregada, o motor de partida estava girando, mas de alguma forma lento. Examinei os materiais do Fator de bateria (com seu oscilograma ininteligível), o esquema de Valraven (uma boa idéia, mas uma solução técnica analfabeta), etc. Fui inspirado pela idéia de ativar o processo de dessulfatação por pulsos de corrente com arestas vivas. Montei um circuito simples em uma tábua de pão, coloquei uma bateria durante a noite e liguei o carro sem problemas pela manhã. T.O. Cheguei ao final da temporada (não vou no inverno), fui primavera-verão sem problemas e no outono recebi uma bateria nova, prolongando a vida da antiga de seis anos. Ele chegou às conclusões: 1- o dispositivo é eficaz, mas fraco para o tratamento; 2- a prevenção da dessulfatação é necessária, o borzh deve ser bebido a tempo. Espalhei o TD para repetir o dispositivo que eu estava falando, todos podem torná-lo preguiçoso, todos os componentes não estão em falta. Olha

[#4 tit]

O artigo não é ruim.No entanto, nada é dito sobre as baterias de chumbo VRLA AGM e gel, que também são usadas com frequência na vida cotidiana (por exemplo, para sistemas de baterias inversoras ou UPS para caldeiras).
A propósito, o níquel-cádmio é atualmente 2-3 vezes mais caro que o chumbo.

[#5 Anton]

Efeito memória do íon lítio

Pesquisadores do Instituto Suíço de Paul Scherrer, juntamente com colegas da Toyota Research no Japão, descobriram que o tipo amplamente utilizado de baterias de íons de lítio ainda é propenso ao "efeito memória" negativo.

Como o estudo mostrou, ciclos freqüentes de carga incompleta e descarga subsequente levam ao aparecimento de "microefeitos de memória" separados, que são então resumidos. Isso ocorre porque a base da bateria é a liberação e a nova captura de íons de lítio, cuja dinâmica fica longe de ser ótima no caso de carregamento incompleto.

Durante o processo de carga, os íons de lítio deixam partículas de ferrofosfato de lítio, cujo tamanho é dezenas de micrômetros, um após o outro. O material do cátodo começa a se separar em partículas com diferentes conteúdos de lítio.

A carga da bateria ocorre no contexto do aumento do potencial eletroquímico. Em um determinado momento, atinge seu valor limite. Isso leva a uma aceleração da liberação dos íons de lítio restantes do material do cátodo, mas eles não alteram mais a tensão total da bateria.

Se não estiver totalmente carregado, um certo número de partículas próximas ao estado limite permanecerá no cátodo. Eles praticamente alcançaram a barreira da liberação de íons de lítio, mas não conseguiram superá-la.

Durante a descarga, os íons de lítio livre tendem a retornar ao seu lugar e se recombinar com os íons de ferrofosfato. No entanto, na superfície do cátodo, eles também são encontrados por partículas no estado limite que já contêm lítio. A nova captura é prejudicada e a microestrutura do eletrodo é perturbada.

Atualmente, duas maneiras de resolver o problema estão sendo examinadas: fazendo alterações nos algoritmos do sistema de gerenciamento de baterias e desenvolvendo cátodos com uma área de superfície aumentada.