Различите врсте батерија и њихова примена

Батерија је колекција једне или више ћелија које пролазе под хемијским реакцијама да би створиле проток електрона у кругу. Много се истражује и напредује у технологији батерија, а као резултат тога, револуционарне технологије се тренутно доживљавају и користе широм света. Батерије су ушле у игру због потребе за складиштењем генерисане електричне енергије. Колико год се генерирала добра количина енергије, било је важно да се енергија складишти како би се могла користити када престане производња или када постоји потреба за напајањем самосталних уређаја који се не могу везати за напајање из мреже. Овде треба напоменути да се у батерије може чувати само једносмерна струја, а не може се чувати наизменична струја.

Батеријске ћелије се обично састоје од три главне компоненте;

Анода (негативна електрода)
Катода (позитивна електрода)
Електролити

Анода је негативна електрода која производи електроне у спољном колу на које је повезана батерија. Када су батерије повезане, на аноди се покреће накупљање електрона што узрокује потенцијалну разлику између две електроде. Електрони се тада природно покушавају прерасподелити, електролит то спречава, па када је прикључен електрични круг, он пружа јасан пут да се електрони крећу од аноде до катоде и тако напајају круг на који су повезани. Променом распореда и материјала који се користе за израду аноде, катоде и електролита можемо постићи много различитих врста батерија, омогућавајући нам да дизајнирамо различите типове батеријских ћелија. У овом чланку ћемо разумети различите врсте батерија и њихову употребу, па кренимо.

Врсте батерија

Батерије се генерално могу класификовати у различите категорије и врсте, у распону од хемијског састава, величине, фактора облика и случајева употребе, али под свим овим постоје две главне врсте батерија;

Примарне батерије
Секундарне батерије

Погледајмо дубље да бисмо разумели главне разлике између ћелије примата и секундарне ћелије.

1. Примарне батерије

Примарне батерије су батерије које се не могу пунити након што се испразне. Примарне батерије су направљене од електрохемијских ћелија чија се електрохемијска реакција не може обрнути.

Примарне батерије постоје у различитим облицима , од ћелијских новчића до АА батерија. Обично се користе у самосталним апликацијама где је пуњење непрактично или немогуће. Добар пример тога су војни уређаји и опрема на батерије. Било би непрактично користити пуњиве батерије јер ће пуњење батерије бити последња ствар на уму војника. Примарне батерије увек имају високу специфичну енергију, а системи у којима се користе дизајнирани су тако да троше малу количину енергије како би батерија могла што дуже да траје.

Неки други примери уређаја који користе примарне батерије укључују; Креатори темпа, Трагачи за животињама, Ручни сатови, даљински управљачи и дечије играчке да поменемо само неке.

Најпопуларнији тип примарних батерија су алкалне батерије. Имају високу специфичну енергију, еколошки су прихватљиви, исплативи и не пропуштају воду чак и када се потпуно испразне. Могу се чувати неколико година, имају добру безбедносну евиденцију и могу се превозити у ваздухоплову без подложности УН транспортним и другим прописима. Једини недостатак алкалних батерија је мала струја оптерећења која ограничава употребу на уређаје са ниским струјним захтевима попут даљинских управљача, батеријских лампи и преносних уређаја за забаву.

2. Секундарне батерије

Секундарне батерије су батерије са електрохемијским ћелијама чије се хемијске реакције могу преокренути применом одређеног напона на батерију у обрнутом смеру. Такође се називају пуњиве батерије, секундарне ћелије се за разлику од примарних ћелија могу поново напунити након што се потроши енергија на батерији.

Обично се користе у апликацијама са великим пражњењем и другим сценаријима где ће бити скупо или непрактично користити батерије са једним пуњењем. Секундарне батерије малог капацитета користе се за напајање преносних електронских уређаја као што су мобилни телефони и други уређаји и уређаји, док се тешке батерије користе за напајање различитих електричних возила и других апликација са великим пражњењем, попут нивелисања оптерећења у производњи електричне енергије. Такође се користе као самостални извори напајања заједно са претварачима за напајање електричном енергијом. Иако су почетни трошкови набавке пуњивих батерија увек много већи од трошкова примарних батерија, али су дугорочно најисплативији.

Секундарне батерије се могу даље класификовати у неколико других врста на основу њихове хемије . Ово је веома важно, јер хемија одређује неке од својстава батерије, укључујући специфичну енергију, животни век, рок трајања и цену да поменемо само неке.

Следе различите врсте пуњивих батерија које се често користе.

Литијум-јонски (Ли-јонски)
Никал-кадмијум (Ни-Цд)
Никал-метал хидрид (Ни-МХ)
Олово киселине

1. Никал-кадмијумске батерије

Никал-кадмијумска батерија (НиЦд батерија или НиЦад батерија) је врста пуњиве батерије која је развијена коришћењем никловог оксид хидроксида и металног кадмијума као електрода. Ни-Цд батерије се истичу у одржавању напона и задржавању наелектрисања када се не користе. Међутим, НИ-Цд батерије лако постају жртве страшног ефекта „меморије“ када се делимично напуњена батерија поново напуни, што смањује будући капацитет батерије.

У поређењу са другим врстама пуњивих ћелија, Ни-Цд батерије нуде добар животни циклус и перформансе на ниским температурама са приличним капацитетом, али њихова најзначајнија предност ће бити њихова способност да пруже свој пуни номинални капацитет при великим брзинама пражњења. Доступни су у различитим величинама, укључујући величине које се користе за алкалне батерије, ААА до Д. Ни-Цд ћелије се користе појединачно или се састављају у паковањима од две или више ћелија. Мали пакети се користе у преносним уређајима, електроници и играчкама, док већи проналазе примену у батеријама за покретање авиона, електричним возилима и резервном напајању.

У наставку су наведена нека својства никл-кадмијумских батерија.

Специфична енергија: 40-60В-х / кг
Густина енергије: 50-150 Вх / Л
Специфична снага: 150В / кг
Ефикасност пуњења / пражњења: 70-90%
Стопа самопражњења: 10% месечно
Трајност / животни век циклуса: 2000циклуса

2. Никал-метал-хидридне батерије

Хидрид метал никла (Ни-МХ) је друга врста хемијске конфигурације која се користи за пуњиве батерије. Хемијска реакција на позитивној електроди батерија слична је реакцији никл-кадмијумске ћелије (НиЦд), при чему оба типа батерија користе исти хидроксид никловог оксида (НиООХ). Међутим, негативне електроде у никал-метал-хидриду користе легуру која апсорбује водоник уместо кадмијума који се користи у НиЦд батеријама

НиМХ батерије налазе примену у уређајима са великим пражњењем због свог великог капацитета и густине енергије. НиМХ батерија може имати два до три пута већи капацитет од НиЦд батерије исте величине, а њена густина енергије може се приближити литијум-јонској батерији. За разлику од НиЦд хемије, батерије засноване на НиМХ хемији нису подложне ефекту „меморије“ који НиЦадс доживљава.

Испод су нека својства батерија заснованих на хемији никал-метал хидрид;

Специфична енергија: 60-120х / кг
Густина енергије: 140-300 Вх / Л
Специфична снага: 250-1000 В / кг
Ефикасност пуњења / пражњења: 66% - 92%
Стопа самопражњења: 1,3-2,9% / месечно на 20 ^о Ц.
Трајност / животни век циклуса: 180 -2000

3. Литијум-јонске батерије

Литијум-јонске батерије су једна од најпопуларнијих врста пуњивих батерија. Постоји много различитих врста литијумских батерија, али међу свим литијум-јонским батеријама најчешће се користе. Ове литијумске батерије можете користити у различитим облицима, популарно међу електричним возилима и другим преносним уређајима. Ако сте знатижељни да сазнате више о батеријама које се користе у електричним возилима, можете погледати овај чланак о батеријама за електрична возила. Налазе се у различитим преносним апаратима, укључујући мобилне телефоне, паметне уређаје и неколико других батеријских уређаја који се користе код куће. Такође проналазе примену у ваздухопловству и војној примени због своје лагане природе.

Литијум-јонске батерије су врста пуњивих батерија у којима се литијумови јони са негативне електроде мигрирају на позитивну електроду током пражњења и мигрирају натраг на негативну електроду када се батерија пуни. Ли-јонске батерије користе интеркалирани спој литијума као један електродни материјал, у поређењу са металним литијумом који се користи у литијумским батеријама које се не могу пунити.

Литијум-јонске батерије углавном имају високу густину енергије, мало или нимало меморијског ефекта и мало самопражњења у поређењу са другим врстама батерија. Њихова хемија заједно са перформансама и трошковима варира у различитим случајевима коришћења, на пример, Ли-јонске батерије које се користе у ручним електронским уређајима обично се заснивају на литијум-кобалт-оксиду (ЛиЦоО ₂) који обезбеђује високу густину енергије и ниске безбедносне ризике када се оштети док Ли-ион батерије на бази литијум-гвожђе-фосфата које нуде нижу густину енергије су сигурније због смањене вероватноће да ће се догодити немили догађаји широко се користе за напајање електричних алата и медицинске опреме. Литијум-јонске батерије нуде најбољи однос перформанси и тежине, а литијум-сумпорне батерије нуде највећи однос.

Неки од својстава литијум-јонских батерија наведени су у наставку;

Специфична енергија: 100: 265В-х / кг
Густина енергије: 250: 693 Вх / Л
Специфична снага: 250: 340 В / кг
Проценат пуњења / пражњења: 80-90%
Трајност циклуса: 400: 1200 циклуса
Номинални напон ћелије: НМЦ 3,6 / 3,85 В

4. Батерије са оловним киселинама

Оловне батерије су јефтина поуздана радна снага која се користи у тешким условима рада. Обично су врло велике и због своје тежине увек се користе у преносним апликацијама као што су складиштење енергије соларних панела, паљење и светла у возилу, резервна снага и ниво оптерећења у производњи / дистрибуцији електричне енергије. Оловна киселина је најстарија врста пуњивих батерија и још увек је веома важна и важна у данашњем свету. Оловне киселине имају врло мали однос енергије запремине и енергије према тежини, али имају релативно велики однос снаге и тежине и као резултат тога могу да снабдевају огромне ударне струје по потреби. Ови атрибути, уз ниску цену, чине ове батерије атрактивним за употребу у неколико високострујних апликација као што су напајање аутомобилских стартних мотора и за складиштење у резервним изворима напајања.Такође можете погледати чланак о оловним батеријама како раде ако желите да сазнате више о различитим врстама оловних батерија, њиховој конструкцији и примени.

Свака од ових батерија има своје подручје које најбоље одговара, а на слици испод је избор између њих.

Избор праве батерије за вашу апликацију

Један од главних проблема који ометају технолошке револуције попут ИоТ-а је напајање, трајање батерије утиче на успешно постављање уређаја који захтевају дуго трајање батерије, а иако је усвојено неколико техника управљања напајањем да би батерија трајала дуже, ипак мора бити изабрана компатибилна батерија да се постигне жељени исход.

Испод су наведени неки фактори које треба узети у обзир при одабиру одговарајућег типа батерије за ваш пројекат.

1. Густина енергије: Густина енергије је укупна количина енергије која се може ускладиштити по јединици масе или запремине. Ово одређује колико ће ваш уређај остати пре него што му је потребно допуњавање.

2. Густина снаге: Максимална брзина пражњења енергије по јединици масе или запремине. Мала снага: лаптоп, и-под. Велика снага: електрични алати.

3. Безбедност: Важно је узети у обзир температуру на којој ће радити уређај који градите. На високим температурама, поједине компоненте батерије ће се покварити и могу претрпети егзотермне реакције. Високе температуре углавном смањују перформансе већине батерија.

4. Трајност животног циклуса: Стабилност густине енергије и густине снаге батерије са поновљеним циклусом (пуњење и пражњење) потребна је за дуг век трајања батерије који захтева већина апликација.

5. Трошкови: Трошкови су важан део свих инжењерских одлука које ћете донети. Важно је да су трошкови одабира батерије сразмерни њеним перформансама и да неће ненормално повећати укупне трошкове пројекта.