ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Аккумулятор процессы зарядки и разрядки


    Рассмотрим процессы, протекающие при зарядке и разрядке аккумулятора. Процесс зарядки  [c.186]

    В качестве примера рассмотрим процесс зарядки и разрядки батареи аккумуляторов. Из закона сохранения энергии следует, что если мы при зарядке батареи до определенного состояния затрачиваем некоторое количество энергии, то при обратной разрядке до исходного состояния она отдаст то же количество энергии. Очевидно, что в зависимости от того, как будет производиться эта разрядка, выделение энергии может происходить в различных формах. Можно, например, всю энергию израсходовать на работу электромотора, который будет совершать механическую работу (подъем груза, сжатие газа с помощью компрессора и др.). В этом случае у = 0 и Л /=—А. Можно разрядить батарею, соединяя ее с электронагревательными приборами, расходуя всю выделяю- [c.188]

    Заряженный таким образом аккумулятор может работать как гальванический элемент, т.

е. давать электрический ток. При этом происходит разрядка аккумулятора — процесс, обратный зарядке Необходимо только иметь в виду, что катод и анод теперь поменяются местами. В це.пом процесс зарядки и разрядки аккуму. 1я-тора может быть выражен уравнением [c.345]

    При разрядке реакции протекают в обратном направлении на отрицательном электроде происходит окисление РЬ° в РЬ +, а на поло кительном — восстановление РЬ + в РЬ +. Система при этом действует как окислительно-восстановительная пара. Как только свинец двух электродов перейдет в двухвалентное состояние, снова потребуется произвести зарядку аккумулятора. Протекающие в аккумуляторе процессы можно выразить в виде суммарного уравнения [c.323]

    Процессы зарядки и разрядки свинцового аккумулятора выражаются соответственно уравнениями [c.108]

    Если бы процессы зарядки и разрядки аккумуляторов были обратимыми, то кривые обоих процессов совпали бы. В действительности на зарядку затрачивается большая, а при разрядке получается меньшая работа, чем при обратимом процессе (рис. 2). [c.22]

    Уравнение (Н) представляет собой уравнение (I), но написанное в обратном порядке. Это говорит о том, что процессы зарядки и разрядки аккумулятора укладываются в одно общее уравнение  [c.353]

    Хотя процессы могут быть полностью обратимыми только в предельном случае, т. е. при бесконечно медленном их протекании, а все реальные процессы, протекающие с конечной скоростью (плотностью тока), необратимы, в некоторых случаях, схематизируя явление, неправильно считают обратимыми процессы, идущие с конечной скоростью. Обратимым, например, иногда представляют процесс зарядки и разрядки аккумулятора. 

[c.135]

    Простейшую химическую систему такого рода представляет собой обратимо действующий электрический аккумулятор. При переходе из состояния I (аккумулятор заряжен) в II (аккумулятор разряжен) и обратно происходят процессы теплообмена — поглощается или выделяется теплота Q и совершается или затрачивается электрическая работа Аъл- Опыт показывает, что их алгебраическая сумма оказывается одинаковой для процессов зарядки и разрядки. Однако этот пример относится к тому частному случаю, когда взаимные переходы [c.13]


    В качестве примера рассмотрим процесс зарядки и разрядки батареи аккумуляторов. Из закона сохранения энергии следует, что если мы при зарядке батареи до определенного состояния затрачиваем некоторое количество энергии, то при обратной разрядке до исходного состояния она отдаст то же количество энергии. Очевидно, что в зависимости от того, как будет производиться эта разрядка, выделение энергии может происходить в различных формах. Можно, например, всю энергию израсходовать на работу электромотора, который будет совершать механическую работу (подъем груза, сжатие газа с помощью компрессора и др.). В этом случае = О и А1/ = — А. Можно разрядить батарею, соединяя ее с электронагревательными приборами, расходуя всю выделяющуюся энергию для получения теплоты. В этом случае Л=0 и АС/ —Можно какую-нибудь часть энергии израсходовать на получение работы, а другую часть — на получение теплоты.
Однако сумма полученной теплоты и произведенной работы будег одинаковой, если в разных случаях как начальные, так и конечные состояния аккумуляторов были одинаковы. Эта сумма равна убыли внутренней энергии системы и не зависит от пути ее перехода она не зависит, в частности, от того, в обратимой или необратимой форме осуществлялись те или другие стадии процесса .  
[c.185]

    Аккумуляторами называются гальванические элементы многоразового и обратимого действия. Они способны превращать накопленную химическую энергию в электрическую (при их разряде), а электрическую — в химическую, создавая запас ее в процессе их заряда. Другими словами, после получения от аккумуляторов электрической энергии (разрядка) их способность снова отдавать электрическую энергию может быть восстановлена пропусканием через них электрического тока от внешнего источника (зарядка). [c.358]

    Помимо окисления К1(0Н)а чисто химическим путем, перевод его в гидроокись может быть достигнут электроокислением в щелочной среде. Процесс этот, наряду с использованием для обратного получения электрического тока сильных окислительных свойств Ы1(0Н)з, лежит в основе действия т. н. щелочного аккумулятора. Последний содержит один электрод, сформованный из порошка металлического Ре, другой — из водной окиси никеля. Оба электрода опущены в раствор КОН. Процессы при разрядке и зарядке могут быть переданы схемой  

[c.409]

    Процессы, идущие в щелочном аккумуляторе при его разрядке и зарядке, можно выразить уравнением  [c.473]

    Расчеты емкости аккумулятора. Расчет газогидравлического аккумулятора в основном сводится к определению конструктивного (полного) его объема, а также полезной емкости. Под последней понимается объем жидкости, вытесняемой газом из аккумулятора в процессе его разрядки при понижении давления от максимального значения, соответствующего давлению в конце зарядки аккумулятора жидкостью, до минимального — при полном расширении газа (до давления в начале зарядки аккумулятора жидкостью).

[c.476]

    При зарядке и разрядке аккумулятора процессы на электродах протекают по следующему уравнению  [c.8]

    Суммирование реакций (7) и (9) приводит к уравнению (5), написанному в обратном порядке. Таким образом, процессы зарядки и разрядки аккумулятора можно выразить общим уравнением  [c.365]

    Это уравнение, если прочесть его обычным образом — слева направо, выражает собой химическое изменение в аккумуляторе во время его работы (разрядка), если же уравнение прочесть справа налево, то оно выразит процесс зарядки аккумулятора. [c.436]

    Процессы в свинцовом аккумуляторе с хорошим приближением можно считать обращаемыми при разрядке его возвращается примерно 95—98% количества электричества, затраченного в процессе зарядки. Незначительная потеря объясняется главным образом тем, что в конце зарядки на электродах скапливаются водород и кислород, а на отделение этих газов от поверхности электродов при разрядке затрачивается некоторое количество электричества.

[c.219]

    Так как на энергетический к. п. д. аккумулятора существенно влияет разность концентраций серной кислоты в порах между электродами, то понятно, что он также сильно зависит от плотности тока при разрядке и зарядке. Чем меньше плотность тока, тем больше времени имеется для диффузионного выравнивания концентраций, тем ближе количество энергии, отдаваемой при разрядке, к затраченной в процессе зарядки, следовательно, лучше к. п. д. Поэтому следует заряжать и разряжать аккумулятор возможно более слабым током. Это выгодно не только с точки зрения увеличения к. п. д., но и снижения разрушающего воздействия на электроды происходящих на них окислительных и восстановительных процессов оно тем меньше, [c.220]

    Следовательно, при разрядке аккумулятора во время его работы происходит реакция обратная той, которая происходила при его зарядке. Суммарно химические процессы, происходящие при зарядке аккумулятора и его разрядке, можно представить следующим образом  

[c. 371]

    На клеммах заряженного аккумулятора появляется разность потенциалов. Она имеет наибольшее значение в разомкнутом или компенсированном состоянии аккумулятора и называется в этом случае электродвижущей силой Е. Можно представить себе следующий процесс равновесного проведения зарядки — разрядки аккумулятора и, следовательно, соответствующих химических превращений на катоде— серно- [c.72]


    Этот процесс противоположен процессу, происходящему при зарядке аккумулятора. Получаемый при разрядке свинцового аккумулятора алектрический ток имеет напряжение около 2 в. [c.415]

    Вырабатываемый котельной установкой, но в данный момент не расходуемый, пар направляется в аккумулятор и вводится в воду, в ней конденсируется и отдает ей свое тепло парообразования (процесс зарядки). Аккумулированный таким образом пар может быть вновь возвращен путем снижения давления в аккумуляторе (т.

е. при его разрядке) в периоды пиковой нагрузки котельной установки. [c.134]

    Аккумуляторы Несмотря на многочисленные усовершенствования, гальванические элементы разных типов не получили широкого распространения в связи с тем, что они работают лишь до израсходования материала электродов или электролита, после чего становятся негодными для употребления или требуют повторного снаряжения. Электрическая же емкость их невелика. Эти недостатки в значительной мере устранены в аккумуляторах — таких гальванических элементах, в которых сильная и устойчивая поляризация на электродах обусловлена образованием значительного количества электрохимически активных веществ, например окислов. В процессе работы (разрядки) аккумулятора эти вещества вовлекаются в окислительно-восстановительную реакцию, расходуются и таким образом служат источником электричества. Естественно, со временем э. д. с. аккумулятора уменьшается. Первоначальную разность потенциалов и запас активных веществ можно восстановить, если вновь поляризовать электроды аккумулятора, т.

е. присоединить их к внешнему источнику тока так, чтобы ток шел в обратном направлении (электролиз, или зарядка аккумулятора). [c.227]

    Таким образом, процессы зарядки и разрядки аккумулятора можно выразить общим уравнением  [c.284]

    Пружинный аккумулятор (рис. 2.31, а) представляет собой цилиндр 7, в котором поршень 6 со штоком 5 поджат к верхней крышке цилиндра пружиной 3, размешенной между фланцами 2 и 4. Сила поджима настраивается гайкой 1. При соединении канала А с напорной гидролинией при росте давления поршень допускается вниз, сжимая пружину 3 (происходит процесс зарядки аккумулятора). В случае падения давления в канале А действием пружины поршень вытесняет в гидролинию жидкость из аккумулятора (происходит процесс его разрядки). Тем самым обеспечивается сглаживание пульсаций давления. Канал Б обеспечивает отвод из нижней полости цилиндра 7 утечек жидкости. [c.130]

    Про1гесс электролиза используется в работе аккумуляторов, являющихся вторичными химическими источииками электрической энергии. Аккумулятор — это электролит с погруженными в него специальными электродами. Сначала через это устройство пропускают постоянный электрический ток, причем происходит электролиз, в результате которого материал одного из электродов подвергается восстановлению, а другого — окислению. В этом заключается зарядка аккумулятора. Заряженный таким образом аккумулятор может работать как гальванический элемент, т. е. давать электрический ток. При этом происходит разрядка аккумулятора — процесс, обратный зарядке. В процессе разрядки электрод, бывший при зарядке катодом, становится анодом и его материал подвергается окислению наоборот, электрод, бывший при зарядке анодом, становится при разрядке катодом и его материал подвергается восстановлению. В результате разрядки аккумулятор приходит в первоначальное состояние и может быть снова заряжен. Зарядка и разрядка могут повторяться многократно, в связи с чем аккумуляторы могут находиться в эксплуатации продолжительное время. [c.211]

    На клеммах заряженного аккумулятора появляется разность потенциалов. Она имеет наибольщее значение в разомкнутом или компенсированном состоянии аккумулятора и называется в этом случае электродвижущей силой Е. Можно представить себе следующий процесс равновесного проведения зарядки — разрядки аккумулятора и, следовательно, соответствующих химических превращений на катоде — сернокислого свинца в металлический, а на аноде —также сернокислого свинца в двуокись. На рис. (И. 19), показана схема, применяемая в так называемом методе компенсации Поггендорфа. Внешний источник тока (динамо-машина) / присоединен к концам Л В проволоки 2, натянутой на линейку. По линейке скользит контакт 3, передвигая который, можно задать на участке СВ любое падение напряжения внеш., к этим точкам через чувствительный гальванометр 5 присоединен аккумулятор 4. Передвигая контакт, можно добиться полной компен-хации сил (Евнеш = , кку ) ему будет отвечать отсутствие тока в цепи аккумулятора. Сдвигая контакт с точки компенсации вправо или влево, можем менять внешнее напряжение в пределах  [c. 63]

    П. Разрядка аккумулятора. При зарядке аккумулятора в результате процесса электролиза на его электродах свинец получается в неодинакрвых валентных состояниях, причем металлический свинец является восстановителем, а двуокись свинца — окислителем. Теперь аккумулятор приобрел характер гальванического элемента, в основе которого лежит редокси-цепь  [c.352]

    Всякий источник электрической энергии — элемент и потребитель энергии — ванна, как это следует из выражения (У.13), характеризуются разностью электродных потенциалов и внутренним сопротивлением. Поэтому процессы зарядки и разрядки аккумулятора нельзя считать обратимыми чем больший ток проходит через электрохимическую систему, тем больше теряется напряжение. Э. д. с. элемента и напряжение на клеммах электролизера зависят также от материала электродов и от состава и концентрации потенциалобразующих ионов в растворе. Например, не только абсолютная величина, но и знак э. д. с. цепи, составленной из меди (положительного полюса) и цинка (отрицательного полюса), изменяется на обратный, если в системе (V. ) медный электрод погрузить вместо раствора сернокислой меди в раствор цианистой меди. Таким образом, напряжение и электродвижущая сила электрохимических систем существенно зависят от величины накладываемого или отбираемого тока, а также от состава и концентрации реагирующих на границе фаз электрод — электролит веп1,естБ. [c.145]

    Процессы, идущие при зарядке-разрядке щелочного железоникелевого (ЖН) или кадмиево-ннкелевого (КН) аккумуляторов схематически, можно представить так па аноде — [c.403]

    Перевод Ni(0H)2 в гидрат окиси может быть достигнут не только чисто химическим путем, но и электроокислением в щелочной среде. Процесс этот, наряду с использованием для обратного получения электрического тока сильных окислительных свойств Ni(0H)3, лежит в основе действия щелочных аккумуляторов. Последние содержат один электрод, сформованный из порошка металлического Fe, другой —из гидроокиси никеля. Оба электрода опущены в крепкий раствор КОН (к которому часто добавляют LiOH, повышающий емкость аккумулятора). Протекающие при разрядке и зарядке химические процессы могут быть переданы схемой  [c.368]

    Аморфные и наноструктурные материалы предоставили новые возможности в повышении емкости аккумуляторов. Первая причина, безусловно, наличие высокоразвитой поверхности, которая повышает эффективность взаимодействия электрода и электролита в процессе цикла зарядки — разрядки. Далее, наличие большой плотности дефектов, которая, как это было показано в предыдущих пунктах, максимальна для размеров кластеров 10 50 нм, т. е. в диапазоне наноструктурированных электродов. Наконец, присущие наноструктурам разупорядочение и нарушение стехиометрии также способствуют повышению эффективности цикла и емкости. [c.517]

    В аккумуляторе, построенном на основе полиацетилена, использован принцип обратного легирования. Здесь полиацетилено-вый катод и литиевый анод, а электролитом служит раствор ЫС104. Зарядка аккумулятора по существу сводится к легированию полиацетилена анионами СЮт. Положительно же заряженные ионы лития отправляются при этом на анод. При разрядке все процессы повторяются в обратном порядке. [c.130]


Химические процессы в свинцовом аккумуляторе при заряде

Процессы, протекающие в аккумуляторах. В активной массе и в электролите свинцового аккумулятора при заряде и разряде происходят следующие химические изменения (табл. 6).  [c.96]

Химические процессы в свинцовом аккумуляторе при заряде  [c.10]


Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи. Свинцовый аккумулятор в простейшем виде состоит из двух свинцовых пластин, погруженных в раствор серной кислоты и дистиллированной воды определенной концентрации. Этот раствор называется электролитом. Если в аккумулятор налить электролит, то серная кислота взаимодействует со свинцовыми пластинами, и в результате химической реакции на поверхности пластин появляется слой сернокислого свинца. Если через такой элемент пропустить постоянный ток, то электролит под действием тока разлагается, и происходит химическая реакция, в результате которой сернокислый свинец положительной пластины превращается в перекись свинца коричневого цвета, а на отрицательной пластине — в губчатый свинец серого цвета. Плотность электролита при этом увеличится за счет образования серной кислоты напряжение на клеммах аккумулятора также повысится. Такой процесс называется зарядом.  [c.114]

Процессы, протекающие в аккумуляторах. При заряде и разряде свинцового аккумулятора в активной массе и электролите происходят химические изменения (табл. 6).  [c.96]

Свинцовые аккумуляторы. Действие их основано на химическом разложении соединений свинца, находящихся в разведенной серной кислоте. При заряде на положительной пластине образуется перекись свинца (тем-вобурого цвета), на отрицательной — губчатый свинец (серого цвета). При разрядке аккумулятора оба вещества переходят в сернокислый свинец. Процесс происходит согласно следующему уравнению  [c.443]

Принцип действ,ия свинцового аккумулятора основан на том, что в процессе заряда постоянный электрический ток от других источников, протекая через пластины и электролит элементов, разлагает электролит и изменяет химический состав пластин. Электролит не одинаково действует на разные по химическому составу пластины и между ними возникает разность потенциалов, которая сохраняется и после отключения аккумулятора от цепи заряда. Если заряженный аккумулятор подключить к внешней нагрузке, он начнет разряжаться и в цепи появится ток, направление которого внутри элементов будет противоположным току заряда. Под действием тока разряда химический процесс в элементах будет происходить в обратном порядке. В результате к концу разряда хими-  [c.73]

Под зарядом аккумуляторов подразумевается процесс превращения электрической энергии в химическую. При разряде, п юборот, химическая энергия превращается в электрическую. При разряде ток протекает через аккумулятор в направлении, обратном тому, по которому он протекал через него при заряде. Химические процессы, которые имеют место в свинцовых аккумуляторах при их заряде и разряде, описываются педующеп классической формулой  [c.854]


Пластины аккумулятора представляют собой свинцово-сурмя-нистую решетку, в ячейки которой вмазывают окислы свинца. Длительным зарядом пластины формируют. В процессе формировки внутри аккумулятора происходит химическая реакция, т. е. распад сернистого свинца на составные части. .  [c.49]

Происходит ли химическая реакция в аккумуляторе, если его снять

Когда цепь разомкнута, в аккумуляторе может происходить процесс саморазряда. Внутренние химические процессы снижают количество накопленного заряда.


Химическая реакция в аккумуляторе происходит всегда:

  • • в процессе зарядки,
  • • отдачи энергии устройству
  • • и во время хранения, когда вы из телефона вынули батарею совсем.

Последнее относится к побочным реакциям — окислительно-восстановительным.

В разных типах элементов питания с отличающимся химическим составом, скорость таких процессов значительно отличается. Например, у никель-кадмиевых батарей (используются в оборудовании с потреблением большого тока) скорость саморазряда считается одной из самых высоких, а в литий-ионных (в телефонах и мелкой электронике) практически равна нулю.



Если снимать аккумулятор с телефона, химические процессы почти остановятся?

Не остановятся, но сильно замедлятся. В случае с современными литий-ионными и литий-полимерными аккумуляторами при хранении на складе в оптимальных условиях (с зарядом 30-50% при температуре 0-25°С и при невысокой влажности) химические реакции едва ли повлияют на срок службы и функциональность (потери не более 4% ёмкости в год).


Но нужно понимать, что при очень долгом хранении ёмкость сократится уже заметно. Особенно при складировании в жарких помещениях аккумулятора с высоким или низким уровнем заряда (больше 70% или меньше 15%). В этом случае химические реакции ускорятся даже если извлечь батарею из телефона, выключив тем самым электрическую цепь.


Если аккумулятор ничего не питает, то он «страдает» меньше?

Да. Относительное отсутствие напряжения между клеммами аккумулятора предотвращает возникновение большей части химической реакции.

В основном химические процессы внутри батареи происходят только тогда, когда она подключена к электрической цепи. Но даже при её прерывании (если из телефона вынуть батарею) внутри элемента всё равно сохраняется очень маленький токопроводящий путь.

Элемент питания постепенно уменьшает потенциал напряжения между двумя клеммами. Это и есть характеристика саморазряда аккумулятора.



Сколько длится химическая реакция в извлечённом/выключенном аккумуляторе?
  • В щелочных батарейках химические процессы длятся до 10 лет.
  • В никель-кадмиевых — примерно один месяц (до полного истощения чуть больше).
  • В современных аккумуляторах на основе лития реакция истощает химию внутри самое раннее через 18 месяцев.
  • Есть исключения — например, воздушно-цинковые батареи, которые служат около месяца независимо от того, используете ли вы их или нет (как только внутрь попадает воздух, начинается химическая реакция).

Больше объяснений из науки

Мы будем благодарны услышать ваши дополнения и отклики в комментарии ниже (особенно важные замечания мы всегда добавляем в статью, добиваясь истины для всех читателей) или отправьте нам сообщение ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.



аккумулятор электрический — это… Что такое аккумулятор электрический?

аккумулятор электрический
аккумуля́тор электри́ческий
гальванический элемент многоразового использования, в котором происходит накопление электрической энергии за счёт превращения в химическую с целью дальнейшего использования после обратного преобразования из химической в электрическую. Аккумуляторы состоят из положительного электрода – анода, отрицательного электрода – катода и электролита. Самый распространённый в наши дни свинцовый аккумулятор содержит две группы свинцовых пластин (2 электрода), покрытых оксидом свинца, опущенных в электролит – разбавленную серную кислоту. При подключении аккумулятора к источнику постоянного тока на электроде, присоединённом к аноду источника тока, из электролита выделяется кислород, который окисляет оксид свинца в пероксид свинца. На электроде, подключённом к катоду источника тока, выделяется водород, восстанавливающий оксид свинца в чистый свинец. Этот процесс называется зарядкой аккумулятора, на него расходуется электрическая энергия. Но она не исчезает бесследно, а переходит в химическую энергию, в результате между электродами образуется разность потенциалов. При разряде аккумулятора происходит обратный процесс: аккумулятор отдаёт запасённую электрическую энергию, а на пластинах-электродах вновь образуется оксид свинца. Пластины аккумулятора не обязательно делать из свинца. Широко применяются такие пары химически различных металлов, как кадмий и никель, железо и никель, серебро и цинк. Отличаются аккумуляторы и составом электролита – напр., используется не кислота, а щёлочь.

Аккумуляторы и аккумуляторные батареи применяют в качестве автономных источников электроэнергии на транспорте, в навигационных приборах, космических аппаратах, радиоэлектронной аппаратуре, в бытовых и медицинских приборах и др.

Аккумулятор:

1 – электролит; 2 – электроды; 3 – корпус

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

.

  • акведук
  • активная зона{ ядерного реактора}

Полезное


Смотреть что такое «аккумулятор электрический» в других словарях:

  • АККУМУЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — прибор для накопления и сохранения электр. энергии постоянного тока, вырабатываемой другим источником с целью дальнейшего ее использования. Действие А. э. основано на преобразовании электр. энергии в хим. (процесс, наз. зарядом), к рая в… …   Технический железнодорожный словарь

  • Аккумулятор — У этого термина существуют и другие значения, см. Аккумулятор (значения). Аккумулятор (лат.  accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю) устройство для накопления энергии с целью её последующего использования,… …   Википедия

  • АККУМУЛЯТОР — (от лат. accumulare скоплять). Изобретенный В. Армстронгом прибор для накопления электрической энергии. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. АККУМУЛЯТОР Прибор для накопления механической энергии.… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • Аккумулятор (значения) — Аккумулятор (лат. accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю) устройство для накопления энергии с целью её последующего использования. Автомобильный аккумулятор аккумуляторная батарея, используемая на автомобильном… …   Википедия

  • АККУМУЛЯТОР — (от лат. accumulator собиратель) устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. 1) Электрический аккумулятор преобразует электрическую энергию в химическую и по мере надобности обеспечивает обратное преобразование;… …   Большой Энциклопедический словарь

  • АККУМУЛЯТОР — (от латинского accumulator собиратель), устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. 1) Электрический аккумулятор гальванический элемент многоразового использования; преобразует электрическую энергию в химическую и… …   Современная энциклопедия

  • Аккумулятор — (от латинского accumulator собиратель), устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. 1) Электрический аккумулятор гальванический элемент многоразового использования; преобразует электрическую энергию в химическую и… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АККУМУЛЯТОР — хим. источник электрического тока, работоспособность которого может быть восстановлена путём зарядки (см. (1)). Конструктивно Э. а. состоит из сосуда из изоляционного и химически стойкого материала (эбонита, пластмассы, стекла и др.),… …   Большая политехническая энциклопедия

  • АККУМУЛЯТОР — АККУМУЛЯТОР, а, муж. Устройство для накопления энергии с целью последующего её использования. Электрический, тепловой, гидравлический а. | прил. аккумуляторный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • АККУМУЛЯТОР — (Accumulator) прибор для накопления электрической энергии. Представляет собой вторичный гальванический элемент, который можно зарядить, пропуская через него электрический ток от постороннего источника, а затем длительно разряжать на какую нибудь… …   Морской словарь

Сведения о выполнении перерасчета системой оценки состояния аккумулятора в iOS 14.5

В iOS 14.5 добавлено обновление, с помощью которого система оценки состояния аккумулятора выполнит перерасчет максимальной емкости аккумулятора* и пиковой производительности на iPhone 11, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max, чтобы решить проблему неточной оценки состояния аккумулятора у некоторых пользователей. В число симптомов этой ошибки входят неожиданная разрядка аккумулятора и снижение пиковой производительности (редко). Эта неточная оценка состояния аккумулятора не отражает его фактическое состояние.

Во время выполнения перерасчета состояния аккумулятора вы увидите сообщение в разделе «Настройки» > «Аккумулятор» > «Состояние аккумулятора». Перерасчет максимальной емкости и пиковой производительности выполняется во время регулярных циклов зарядки и может длиться несколько недель. Во время выполнения перерасчета отображаемый процент максимальной емкости остается прежним. Значение пиковой производительности может быть обновлено, но большинство пользователей этого не замечают. Если вы видели предыдущее сообщение об ухудшении состояния аккумулятора, оно будет удалено после выполнения обновления до iOS 14.5. 

После завершения перерасчета процент максимальной емкости и значение пиковой производительности будут обновлены. Сообщение о перерасчете также исчезнет. Это будет означать завершение этого процесса. 

Если при перерасчете оценки состояния аккумулятора выяснится, что состояние аккумулятора значительно ухудшилось, вы увидите сообщение о необходимости обратиться в сервисный центр.  

Иногда выполнить перерасчет не удается, и появляется сообщение о необходимости замены аккумулятора на новый. В этом случае вы можете бесплатно заменить аккумулятор в авторизованном сервисном центре компании Apple, чтобы восстановить изначальные емкость и производительность. Это сообщение не является предупреждением о проблеме безопасности. Аккумулятор по-прежнему можно использовать.

* Для определения максимальной емкости аккумулятора применяется набор алгоритмов и измерений, выполняемых во время использования. С течением времени эти алгоритмы могут обновляться, чтобы обеспечивать более точную оценку максимальной емкости.

Кислотные аккумуляторы; чтобы больше не было отвратительно читать то что люди о них пишут

Случайно узрел

статью

с комментариями к ней, и так злость во мне закипела по поводу безграмотности людей в области кислотных (свинцовых в простонародье) аккумуляторов, что не выдержал и решил написать «гикам» (чтобы быть гиком, как оказывается, мало купить дорогой телефон) краткую статью об аккумуляторах. С рассмотрением тех ошибок, которые мне постоянно мусолят глаза и вызывают праведное желание их исправить.

Начнем с названия. Я очень часто вижу что тремя буквами А-К-Б называют все что можно зарядить, абсолютно любой аккумулятор. Особенно тремя буквами люди любят называть аккумуляторы типа Li-ion. На самом-же деле АКБ аббревиатура от Аккумуляторная Кислотная Батарея. Под ними подразумевается лишь один тип аккумулятора — свинцовый кислотный. С современной точки зрения это название вызывает некоторый когнитивный диссонанс т.к. на данный момент значение слова «батарейка» т.е. гальванического элемента который зарядить нельзя перешло на слово «батарея». И получается как будто бы из-за слова «аккумуляторная» это аккумулятор который зарядить можно, а из-за слова «батарея» это как будто батарейка которую зарядить нельзя. В реальности-же батарея — просто цепь гальванических элементов и со словом «батарейка» имеет общий лишь корень.

Далее перейдем к некоторым мифам, а именно главный миф — АКБ для автомобиля имеет некие существенные отличия от АКБ для ИБП. И вот нельзя их применять и там и там.

С химической точки зрения любые АКБ абсолютно одинаковы. Как-же они устроены? Очень кратко — если аккумулятор заряжен, то один электрод представляет собой свинцовую решетку с нанесенной на нее пастой из PbO2, второй -такую-же решетку с пастой губчатого свинца. Электролитом служит раствор серной кислоты. В процессе разряда PbO2 восстанавливается и взаимодействуя с серной кислотой образует PbSO4. Свинец на другом электроде окисляется и опять-же образует PbSO4. В конце разрядки мы имеем обе решетчатые пластины заполненные (более или менее) сульфатом свинца. При зарядке аккумулятора происходит электролиз и из сульфата свинца вновь образуется диоксид и металлический свинец. Конечно-же, тут нужно подчеркнуть, что электроды при этом не равны и путать их полярность не стоит т.к. еще на стадии производства в намазку электродов вводятся соответствующие добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства. При этом добавки полезные для одного электрода вредны для другого. В очень старые времена, где-то в начале прошлого века, в условиях простых аккумуляторов, вероятно, была допустима переполюсовка аккумулятора по ошибке или с какими-то целями и он какое-то время после этого работал. В том что она допустима сейчас я сомневаюсь.

Таких ячеек в 12В аккумуляторе 6 шт, в 6В — 3 шт. и т.д. Многих вводит в заблуждение значение напряжения на аккумуляторах. Причем значений напряжения номинального, заряда, разряда. С одной стороны, аккумуляторы называются 12В (и 6В, 24В тоже есть, по-моему, даже 4В изредка встречаются) но на корпусе тех-же аккумуляторов для ИБП производитель указывает напряжение выше 13.5В.

Например:


Тут мы видим, что в форсированном режиме напряжение заряда может быть аж 15В.

Все разъяснит кривая напряжения на АКБ:

Слева мы видим напряжение для аккумулятора из 12 ячеек (24В номинальных), 6 (12В номинальных) и, самое полезное, для одной ячейки. Там-же отмечены области нежелательных напряжений при разряде/ заряде. Из кривой можно сделать выводы:

1 Напряжение 12В, 24В и т.д. являются номинальными и показывают лишь число гальванических ячеек (путем деления на два) в батарее. Это просто название для удобства.

2 Напряжение при заряде могут достигать 2.5 В/ ячейку что для 12В аккумулятора соответствует 15В.

3 Напряжение заряженной батареи считается допустимым при значении 2.1-2.2 В/ячейку, что для 12В аккумулятора соответствует 12.6-13.2В.

Теоретически, батарею можно зарядить и до значений 2.4 В/ячейку или даже немного выше, однако, такая зарядка будет негативно сказываться как на состоянии электродов, так и на концентрации электролита. Однажды, перед сдачей в утиль, я легко зарядил 12В батарею до напряжения ок. 14.5В (уже не помню точное значение).

Итак, автор статьи с которой я начал, решил, что напряжение заряда автомобильной АКБ и АКБ от ИБП отличаются. Это неверно, у них одинаковый тип электродов и одинаковая концентрация серной кислоты в электролите (подобранная давным-давно экспериментальным путем, чтобы предоставлять максимальное напряжение и минимальном саморазряде). Однако, что-же происходит в батарее, почему ее нельзя заряжать при слишком высоком значении напряжения?

Почему в автомобильную АКБ нужно подливать воду, а в АКБ от ИБП не нужно? Эти вопросы позволяют нам плавно перейти в область напряжения разложения воды. Как я написал выше, при зарядке аккумулятора происходит электролиз. Однако, не весь ток расходуется на превращение PbSO4 в PbO2 и Pb. Часть тока будет неизбежно расходоваться и на разложение воды, составляющей значительную часть электролита:

2H2O = 2H2 + O2

Теоретический расчет дает значение напряжения для этой реакции ок. 1.2В. Напоминаю, что напряжение на ячейке при заряде заведомо более 2В. К счастью, активно вода начинает разлагаться только выше 2В, а в промышленности для получения водорода и кислорода из нее процесс ведут и вовсе при 2.1-2.6В (при повышенной температуре). Как бы то ни было, тут мы приходим к выводу, что в конце процесса заряда АКБ будет неизбежно происходить процесс разложения воды в электролите на элементы. Образующиеся кислород и водород попросту улетучиваются из сферы реакции. Про них бытуют следующие мифы:

1. Водород крайне взрывоопасен! Перезарядишь аккумулятор и как минимум лишишься комнаты где тот был!

На самом деле, водорода в процессе электролиза выделяется ничтожно мало по сравнению с объемом комнаты. Водород взрывается при концентрации от 4% в воздухе. Если мы допустим, что электролиз ведется в комнате размером 3*3*3 метра или 27 метров куб., то нам понадобится наполнить помещение 27*0.04=1.1 метров куб. водорода. Для получения такого количества h3 нужно было бы полностью разложить ок. 49 моль воды или 884 грамма ее. Если кто-то наблюдал электролиз, то поймет насколько это много. Или попробуем перейти ко времени. При силе тока в стандартной зарядке для крупногабаритных АКБ в 6А, уравнение Фарадея дает время, необходимое для получения этого количества водорода, аж 437 часов или 18.2 дня. Чтобы наполнить комнату водородом до взрывоопасной концентрации нужно забыть про зарядку на 2 с половиной недели! Но даже если это случится, концентрация серной кислоты просто будет расти пока ее раствор не приобретет слишком высокое сопротивление для жалких 12В зарядки и сила тока не станет ничтожной. Да и водород попросту улетучится.

Очень редко случаются взрывы непосредственно в корпусах крупногабаритных АКБ из-за того, что выделяющийся водород по какой-то причине не может покинуть замкнутого пространства. Но и в этом случае нечего страшного не бывает — чаще всего взрыва хватает только на небольшую деформацию верхней части корпуса, но не на разрыв свинцовых соединений. И АКБ еще может работать дальше даже после таких повреждений.

2. При электролизе может образоваться смертельно ядовитый и, не менее взрывоопасный чем водород, сероводород!

Не наш, периодически попадался миф в англоязычных постах. Теоретически конечно возможно подать такое большое напряжение и создать т.о. такую большую силу тока, что на катоде начнется процесс восстановления сульфат-иона. Напряжение для этого будет достаточным, а продукты восстановления не будут успевать диффундировать подальше от электрода и восстановление будет идти дальше. Но зарядка в пределах десятка-трех вольт и с ограничением силы тока в 6А на такое едва ли способна. Однажды, я наблюдал процесс восстановления сульфата до SO2, да, это возможно; однокурсницы по ошибке что-то сделали не то во время опыта. Но это большая редкость т.к. там концентрация серной кислоты была заметно выше той, что используется в АКБ, была иная конструкция электрода и иной его материал и, естественно, напряжения и сила тока были были непомерными. И SO2 не H2S.

3. При электролизе мышьяк и сурьма из материала решеток будут восстанавливаться до ядовитых арсина и стибина!

Действительно, решетки содержат относительно много сурьмы, мышьяка в современных решетках, вероятно, нет вообще. При работе АКБ та решетка на которой происходит восстановление, т.е. катод, разрушению не может подвергаться. Выделяйся даже каким-то образом стибин, он бы тут-же взаимодействовал с PbSO4, восстанавливая его до металла.

Однако, некоторая практическая неприятность тут есть. Газообразные водород и кислород могут увлекать за собой капельки электролита, создавая аэрозоль серной кислоты. Аэрозоль серной кислоты, даже концентрированной, для человека не опасен и просто вызывает кашель. Однако, серная кислота — кошмар для тканей и бумаги. Стоит даже небольшому количеству серной кислоты попасть на одежду и там обязательно появятся дырки или ткань разорвется по этому месту. Через недели, если кислоты много, через месяц, но одежда истлеет.

Так что газовыделения опасаться не стоит с бытовой точки зрения или стоит, но нужно ориентироваться именно на аэрозоль серной кислоты.

Итак, вода начала разлагаться на водород кислород, ее в электролите становится все меньше, что-же дальше? Если это АКБ в котором электролит просто налит в виде слоя жидкости, то начнется повышение саморазряда из-за повышения концентрации серной кислоты. Занятно, что это будет сопровождаться небольшим повышением напряжения (концентрация кислоты растет) на ячейке. Именно поэтому автовладельцы должны постоянно контролировать концентрацию серной кислоты в своих АКБ (при помощи ареометра) и доливать туда воду. Процедура доливания воды — необходимая часть процесса обслуживания любой АКБ. Кроме одного их типа, и мы сейчас об этом поговорим.

Иметь аккумулятор в котором болтается слой едкой, по отношению к металлам, жидкости конечно-же неудобно, а потому попытки избавиться непосредственно от жидкости предпринимались давно, начались чуть ли не в первой половине 20-го века. К слову сказать, не то чтобы слой серной кислоты прямо плескался вокруг электродов. В реальности она неплохо распределена между электродами и окружающими их сепараторами даже в дешевых моделях. Итак, первым вариантом было использование стекловолокна. Достаточно просто окружить электроды стекловолокном которое пропитано серной кислотой и большинство проблем решится. Этот тип АКБ носит название AGM (absorbent glass mat) и таких АКБ для ИБП подавляющее большинство. Хотя такие АКБ малого форм-фактора и зачастую позиционируются как те, которые можно эксплуатировать в любом положении, с этим нельзя вполне согласиться. Вскрытие крышки стандартного дешевого AGM аккумулятора показывает, что никаких особых крышек там нет, а следовательно, электролит от вытекания удерживают лишь капиллярные силы. Я почти уверен, что если погонять AGM аккумулятор перевернутым вверх дном, то уже после одной зарядки из него польется серная кислота под давление газов.

Второй распространенный тип интереснее, это т.н. гелевые АКБ. А получаются они благодаря следующему. Если подкислять растворимые силикаты, то будет происходить выделение кремневой кислоты:

Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SiO2 + H2O

Если исходный раствор силиката не отличается качеством, то кремневая кислота будет выделяться в виде стекловидной массы, но если он достаточно чист, то кремневая кислота осадится в виде красивого куска однородного полупрозрачного геля. На этом и основан способ получения гелевых АКБ — простое добавление силикатов к электролиту вызывает его затвердение в гелеобразную массу. Соответственно, вытекать оттуда уже нечему и АКБ действительно можно эксплуатировать в любом положении. Сам по себе процесс образования геля не повышает емкости АКБ и не улучшает его качеств, однако, производители его используют при производстве наиболее качественных моделей, а потому эти АКБ отличаются высоким качеством и большей емкостью. Занятно, что в обоих случаях носителем электролита является SiO2 в той или иной форме.

Оба типа АКБ объединяются в славный тип VRLA — valve-regulated lead-acid battery который и применяется в ИБП. Формально они считаются необслуживаемыми и терпящими эксплуатацию в любом положении, но это не совсем так. Более того, многие уже встречались с эффектом, когда буквально несколько мл воды возвращают к жизни, казалось бы, дохлую АКБ от ИБП. Так получается, потому что и эти аккумуляторы не капли не застрахованы от электролиза воды в электролите, а следовательно, и пересыхания. Все происходит точно так-же, как в крупногабаритных АКБ. А вот самые дорогие и крутые необслуживаемые АКБ содержат катализатор для рекомбинации выделяющихся газов обратно в воду и вот уже у них корпус действительно выполнен абсолютно герметичным. Обращаю внимание, что по-настоящему герметичным и необслуживаемым может быть и аккумулятор типа AGM и GEL, но они-же могут ими и не быть и не содержать катализатора рекомбинации кислорода и водорода. Тогда, несмотря на казалось бы продвинутую конструкцию, пользователю придется либо чаще покупать новые аккумуляторы, либо доливать воду при помощи шприца.

Хотелось бы добавить несколько слов о режимах разряда. Производители АКБ указывают какой ток максимально допустим для той или иной модели, но нужно понимать, что аккумулятор — просто смесь химических веществ и ЭДС генерируется исключительно химическим путем. Это не конденсатор который, по электрогидравлической аналогии, можно сравнить с неким механическим сосудом (с гибкой мембраной). Хотя АКБ могут выдавать очень большие значения силы тока, в реальности они лучше всего эксплуатируются как раз при небольших токах, что в разряде, что в заряде. Поэтому ИБП, рассчитанные на заряды небольших АКБ, при работе с крупногабаритными будут заряжать их в наиболее щадящем режиме. Впрочем, в течении далеко не одних суток. Интересно обратить внимание на то, что чем выше мощность ИБП, тем больше аккумуляторов последовательно предпочитает собирать производитель. Тут все логично — большие токи разряда маленькие АКБ выдерживают очень плохо.

Подводя итоги:

1. Малогабаритные и крупногабаритные АКБ идентичны по устройству.

2. Для подавляющего большинства АКБ любого размера доливание воды является необходимой частью текущего обслуживания.

3. Лишь немногие из дорогих моделей АКБ содержат механизм рекомбинации газов и могут быть названы действительно необслуживаемыми.

4. Сам по себе водород, который выделяется при заряде (а это равно постоянной работе в ИБП) АКБ, не является существенной угрозой или проблемой.

5. Нужно очень внимательно работать с АКБ, тщательно избегая пролива даже малейших капель электролита, или лишитесь одежды.

6. Разряд и заряд малыми токами являются наиболее предпочтительными режимами эксплуатации АКБ.

О компании Аккумуляторы
Гэри Л. Бертран
Профессор химии
Университет Миссури-Ролла
Моделирование Вернуться к началу

Батарея состоит из одного или нескольких электрохимических элементов. Каждая ячейка содержит два металлических электрода и как минимум один раствор электролита. (раствор, содержащий ионы, которые могут проводить электричество). Батарея действует посредством электрохимических реакций, называемых окислением и восстановлением.Эти реакции включают обмен электронами между химическими частицами. Если химическое вещество теряет один или несколько электронов, это называется окислением. Противоположный процесс — усиление электронов — называется редукцией.

Окисление происходит на аноде.

Восстановление происходит на катоде.

Если реактивные компоненты электрохимические ячейки контактируют друг с другом, они будут реагируют прямым переносом электронов ( окисление — реакция восстановления) и там невозможно использовать эту энергию для выполнения электрических работ.Большинство из энергия реакции выделяется в виде тепла. Выделяемое тепло тесно связан со стандартным изменением энтальпии (дельта-Н °) реакции.


В большинстве аккумуляторов используются разные материалы. два электрода, так что они хотят реагировать с одним материалом, окисляется, а другой восстанавливается. В ячейке ниже цинк используется для электрода слева (анод), контактирующего с раствором ионов цинка (II), возможно, раствор Цинк Нитрат.Медь используется для электрод справа (Катод) в контакте с раствором, содержащим Медь (II) ионы, возможно Нитрат меди. Разделяя материалы, электроны, производимые окисление на аноде может быть использовано для выполнения электрических работ в том виде, в котором они передаются на катод, где они будут потребляться восстановлением процесс. Количество электромонтажных работ, которые может произвести аккумулятор. тесно связано со стандартным изменением свободной энергии (дельта-G °) реакции.

Однако процесс окисления дает положительный ионов или удаляет отрицательные ионы из раствора на аноде (или это может заменить один ион на более положительный), и процесс восстановления либо удаляет положительные ионы или производит отрицательные ионы в растворе на катод. В результате получаются электрически заряженные растворы, и очень быстро останавливает процесс до того, как будет перенесено измеримое количество электронов.

Должен быть путь для движения ионов между два решения, чтобы электроны непрерывно текли по проводу. Это создает «ионный ток» внутри аккумулятор с катионами (положительно — заряженный ионы) движутся от анода к катоду, а анионы (отрицательно заряженные ионы) движутся от катода к аноду.

Этот путь может быть обеспечен двумя решениями контактируют друг с другом, но это позволяет диффузию всех ионов и довольно быстро «разряжает» аккумулятор.Это распространение может быть замедляется за счет разделения растворов мембраной или пористой пробкой. Все это может привести к «потенциалу жидкого перехода». из-за различной скорости движения катионов и анионов. Соль мост »можно использовать для разделения двух растворов с помощью третьего концентрированного раствор хорошо подобранных катионов и анионов, полностью устраняя «потенциал жидкого перехода». В несколько корпусов, можно сконструировать батарею так, чтобы оба электрода могли быть помещен в тот же контейнер только с одним раствором.

********************************************** *

Напряжение ячейки может зависеть от многих факторов: материалы электродов, компоненты и концентрации растворов, тип жидкостного перехода, температура и давление. В Напряжение также зависит от электрического тока, протекающего из ячейки. Напряжение (E) и ток (I) связаны с сопротивлением (R) через Закон Ома: E = IR Ток напрямую связан к скорости, с которой электроны прокачиваются через провод и любые сопротивления в цепи.Когда сопротивление понижается до нуля (короткое замыкание), ток увеличивается, а напряжение ячейки уменьшается до нуля. В качестве сопротивление увеличивается, ток уменьшается, а напряжение увеличивается к предельному значению. В химии, нас в первую очередь интересует это предельное значение, максимальное напряжение что может доставить электрохимический элемент. Этот максимум напряжение или электрохимический потенциал — это мера максимума электромонтажные работы, которые можно получить от химическая реакция, происходящая внутри клетки, и это может быть связано к свободной энергии Гиббса Изменения, связанные с химической реакцией.


Прежде чем мы закончим обсуждение, обсудим термодинамику. аккумуляторов, нам необходимо учитывать влияние концентрации на напряжение ячейки. Это может быть несколько сложным и запутанным. Мы собираемся избежать этих проблем, сосредоточив внимание на ячейках с очень специфическим тип химической реакции.

********************************************** *

В ячейке выше электроны производятся свинцом. металл окисляется до ионов свинца (II), а ионы меди (II) восстанавливаются к металлической меди.Даже если ионы движутся через границу между в растворах наблюдается увеличение концентрации ионов свинца на слева и уменьшение ионов меди справа. Это вызывает напряжение батареи уменьшится, и в конечном итоге напряжение будет уменьшаются до нуля. Некоторые батареи рассчитаны на перезарядку. заставляя электроны течь назад через ячейку, обращая химическая реакция.

Уравнение Нернста описывает влияние концентраций на максимальное напряжение, которое реакция может быть произведена путем соотнесения напряжения со стандартом Электрохимический потенциал (E °).Этот стандарт Электрохимический потенциал представляет собой максимальное напряжение реакции может производить со всеми стандартными компонентами состояниях или при единичной деятельности.

********************************************** *

Остальная часть этого обсуждения будет касаться с электрохимическими ячейками, не предполагающими изменения концентраций ионов или газов. В этих ячейках Стандарт Электрохимический потенциал можно измерить напрямую.

Один из способов сделать это — использовать металл / металл. Солевые электроды, которые получают путем покрытия металла одним его нерастворимых солей (или оксида), как в Silver / Silver Хлорид, свинец / сульфат свинца или ртуть / ртуть Хлоридные (каломелевые) электроды. Эти обычно являются твердым металлом и твердой солью, хотя в случае ртути металл — чистая жидкость. Электрический контакт обычно осуществляется через платиновую проволоку, контактирующую с ртуть.

Эта ячейка построена из свинца / свинца Сульфатный анод и серебро / сульфат серебра катод, оба в растворе сульфата натрия. Два раствора разделены анионным обменом. мембрана, позволяющая проходить через нее отрицательно заряженным ионам, но положительно заряженные ионы не могут. Напряжение этой ячейки все еще зависит от тока, протекающего от него, и от температуры. Однако при любой фиксированной температуре максимальное напряжение (при очень малом токе) не зависит от концентрации электролита и равна Стандартный электрохимический потенциал для это реакция.

верхняя

Как работает аккумулятор?

Энергия не может быть создана или уничтожена, но ее можно сохранить в различных формах. Один из способов его хранения — использование в батарее химической энергии. При включении в цепь батарея может вырабатывать электричество.

Батареи преобразуют химическую энергию в электрическую

Аккумулятор имеет два конца — положительный полюс (катод) и отрицательный полюс (анод).Если соединить две клеммы проводом, образуется цепь. Электроны будут течь по проводу, и будет производиться электрический ток. Внутри батареи происходит реакция между химическими веществами. Но реакция происходит только при наличии потока электронов. Батареи можно хранить в течение длительного времени и при этом продолжать работать, потому что химический процесс не начинается до тех пор, пока электроны не потекут с отрицательной клеммы на положительную по цепи.

В батарее происходит химическая реакция

Простой пример — Лимонная батарея

Давайте начнем с очень простой батареи, в которой используется лимон, в который вставлены два разных металлических предмета, например гальванизированный гвоздь и медная монета или проволока.Медь служит положительным электродом или катодом, а гальванизированный (оцинкованный) гвоздь — отрицательным электродом или анодом, производящим электроны. Эти два объекта работают как электроды, вызывая электрохимическую реакцию, которая генерирует небольшую разность потенциалов.

Поскольку атомы меди (Cu) притягивают электроны больше, чем атомы цинка (Zn), если вы поместите кусок меди и кусок цинка в контакт друг с другом, электроны перейдут от цинка к меди. Когда электроны концентрируются на меди, они отталкиваются друг от друга и останавливают поток электронов от цинка к меди.С другой стороны, если вы поместите полоски цинка и меди в проводящий раствор и соедините их снаружи проводом, реакции между электродами и раствором позволят электронам непрерывно течь через провод.

ЛИМОННАЯ БАТАРЕЯ

Как работает лимонная батарейка?

Лимонная батарея состоит из лимона и двух металлических электродов из разных металлов, таких как медный пенни или проволока и гальванизированный (оцинкованный) гвоздь.

Энергия для батареи исходит не от лимона, а от химического превращения цинка (или другого металла). Цинк окисляется внутри лимона, обмениваясь некоторыми из его электронов, чтобы достичь более низкого энергетического состояния, и высвобождаемая энергия обеспечивает энергию. Лимон просто создает среду, в которой это может произойти, но они не расходуются в процессе.

Если предположить, что используются цинковые и медные электроды (например, медная монета и оцинкованный гвоздь), то один лимон может генерировать приблизительно 0.9 Вольт. Слева последовательная цепь лимонов показывает, что вырабатывается напряжение 3,41 вольт.

ПРИМЕЧАНИЕ: Можно использовать картофель, яблоки, квашеную капусту или любые другие фрукты или овощи, содержащие кислоту или другой электролит, но лимоны предпочтительнее из-за их более высокой кислотности. Например, в картофеле электролитом является фосфорная кислота, а в лимонах — лимонная кислота.


В лимонной батарее происходит как окисление (потеря электронов), так и восстановление (увеличение количества электронов).Эта батарея похожа на оригинальные «простые гальванические элементы», изобретенные Алессандро Вольта (см. Ниже). На аноде металлический цинк окисляется и попадает в кислый раствор в виде ионов Zn2 +:

Zn -> Zn2 + + 2 е-

На медном катоде ионы водорода (сольватированные протоны из кислого раствора в лимоне) восстанавливаются с образованием молекулярного водорода:

2H ++ 2e- -> h3

Что заставляет электроны двигаться?

Когда вы отпускаете мяч, который вы держите, он падает на землю, потому что гравитационное поле Земли тянет мяч вниз.Точно так же заряженным частицам, таким как электроны, необходимо проделать работу, чтобы переместить их из одной точки в другую. Количество работы на единицу заряда называется разностью электрических потенциалов между двумя точками. Единица измерения разности потенциалов называется вольт.

Разность потенциалов между катодом и анодом возникает в результате химической реакции. Внутри батареи электроны подталкиваются химической реакцией к положительному концу, создавая разность потенциалов.

Именно эта разность потенциалов движет электроны по проводу.

Разница потенциалов может быть положительной или отрицательной, подобной гравитационной энергии при движении вверх или вниз по холму. В батарее поток электронов идет вниз … электроны могут течь вверх, как в случае зарядного устройства.

Почему электроны просто не перемещаются от анода к катоду внутри батареи?

Электролит в батарее не позволяет одиночным электронам идти прямо от анода к катоду внутри батареи.Когда клеммы соединены проводящим проводом, электроны могут легко перетекать от анода к катоду.

В каком направлении движутся электроны в проводе?

Электроны заряжены отрицательно, поэтому они будут притягиваться к положительному концу батареи и отталкиваться отрицательным концом. Когда батарея подключена к устройству, которое позволяет электронам проходить через нее, они текут от отрицательного (анода) к положительному (катодному) выводу.

Кто изобрел электрохимический элемент (аккумулятор)?

ПЕРВАЯ БАТАРЕЯ VOLTA

Аккумулятор Volta считается первым электрохимическим элементом. Он состоит из двух электродов: один из цинка, другой из меди. Электролит — серная кислота или смесь соли и воды. Электролит существует в форме 2H + и SO42-.Цинк, содержание которого в электрохимическом ряду выше, чем у меди и водорода, вступает в реакцию с отрицательно заряженным сульфатом SO42-. Положительно заряженные ионы водорода (протоны) захватывают электроны из меди, образуя пузырьки газообразного водорода h3. Это делает цинковый стержень отрицательным электродом, а медный стержень — положительным электродом.

Теперь у нас есть две клеммы, и ток будет течь, если мы их соединим. Реакции в этой ячейке следующие:

цинк

Zn -> Zn2 + + 2e-

серная кислота

2H + + 2e- -> h3

Медь не вступает в реакцию, действуя как электрод для химической реакции.

Как работает современная батарея (угольно-цинковая батарея)?

Сухой цинк-угольный элемент или батарея упакованы в цинковую емкость, которая служит одновременно контейнером и отрицательной клеммой (анодом). Положительный вывод представляет собой углеродный стержень, окруженный смесью диоксида марганца и углеродного порошка. Используемый электролит представляет собой пасту из хлорида цинка и хлорида аммония, растворенных в воде.Углеродный (графитовый) стержень — это то, что собирает электроны, выходящие из анодной части батареи, чтобы вернуться к катодной части батареи. Углерод — единственный практичный проводящий материал, потому что любой обычный металл быстро разъедает положительный электрод в солевом электролите.

Цинк окисляется в соответствии со следующим полууравнением.
Zn (s) -> Zn2 + (водн.) + 2 e- [e ° = -1,04 вольт]

Диоксид марганца смешивают с углеродным порошком для увеличения электропроводности.Реакция протекает следующим образом:

2MnO2 (s) + 2 e- + 2Nh5Cl (водн.) ->
Mn2O3 (s) + 2Nh4 (вод. v]

и CL сочетаются с Zn2 +.

В этой полуреакции марганец восстанавливается со степени окисления (+4) до (+3). Возможны и другие побочные реакции, но общую реакцию в углеродно-цинковом элементе можно представить как:

Zn (тв) + 2MnO2 (тв) + 2Nh5Cl (водн.) —> Mn2O3 (тв) + Zn (Nh4) 2Cl2 (водн.) + H3O (ж)

Батарея имеет эл.м.ф. около 1,5 В.

Какие бывают типы батарей?

В батареях разных типов используются разные химические вещества и химические реакции. Вот некоторые из наиболее распространенных типов батарей:

Щелочная батарея

Используется в Duracell® и Energizer® и других щелочных батареях.Электроды из цинка и оксида марганца. Электролит представляет собой щелочную пасту.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Они используются в автомобилях. Электроды изготовлены из свинца и оксида свинца с сильной кислотой в качестве электролита.

Литиевая батарея

Эти батарейки используются в фотоаппаратах для лампы-вспышки.Они сделаны из лития, иодида лития и иодида свинца. Они могут подавать скачки электричества для вспышки.
Литиевая батарея Эти батарейки используются в фотоаппаратах для лампы-вспышки. Они сделаны из лития, иодида лития и иодида свинца. Они могут подавать скачки электричества для вспышки.
Литий-ионный аккумулятор Эти батареи используются в портативных компьютерах, сотовых телефонах и другом портативном оборудовании с высокой нагрузкой.
Никель-кадмиевый или никель-кадмиевый аккумулятор Электроды из гидроксида никеля и кадмия. Электролит — гидроксид калия.
Угольно-цинковая батарея или стандартная угольная батарея — Цинк и углерод используются во всех обычных или стандартных сухих батареях AA, C и D. Электроды изготовлены из цинка и углерода, между которыми находится паста из кислотных материалов, служащая электролитом.

ССЫЛКИ И ДАЛЬНЕЙШАЯ ЧТЕНИЕ

Potato Power: Руководство для учителя
История батареи
Электрохимические реакции
Углеродно-цинковая батарея
Углеродно-цинковая батарея — Как они работают?
Как работают батареи Анимированное руководство по науке об аккумуляторах


Оценка Вопросы:

M последний Вопросы на выбор

Понимание материалов аккумуляторных батарей на основе лития с помощью спектроскопии электрохимического импеданса

Электрохимические характеристики LiB (например.грамм. максимальная емкость, производительность, эффективность цикла и стабильность) обычно оценивается с использованием полной ячейки, состоящей из двух разных положительных и отрицательных электродов. Чаще всего те же двухэлектродные полные ячейки также используются для измерений EIS. Однако полные ячейки содержат множество элементарных процессов, происходящих от каждого из электродов, которые чрезвычайно трудно правильно деконволютировать из одного измеренного спектра, несмотря на внутреннее разрешение EIS (то есть способность разделять сложные электрохимические процессы на отдельные этапы) 4 .Таким образом, если нас интересуют механизмы, а не общие характеристики соты, необходимо учитывать конкретные конфигурации и геометрию соты. Вариант, который оказался весьма полезным, — это симметричная конфигурация ячейки, которая состоит из двух идентичных электродов 5 , которые могут идентифицировать меньшее количество элементарных процессов, уменьшенное вдвое по сравнению с полностью асимметричной ячейкой (то есть, где тестируемые электроды не идентичны). Симметричные ячейки могут быть собраны из исходных (например, не подвергнутых электрохимическим испытаниям) или вскрытия (т.е.е. электрохимически испытанные) электроды, полученные из разобранных полных ячеек. Другой вариант, который также вдвое сокращает количество наблюдаемых элементарных шагов, — это использование трехэлектродных ячеек, которые дополнительно включают отдельный электрод сравнения. Однако последняя конфигурация исследует процессы только на рабочем (выбранном) электроде. Более того, правильное расположение электрода сравнения и его химическая природа имеют решающее значение для получения надежных экспериментальных данных 6 .

Даже при использовании симметричных или трехэлектродных ячеек количество элементарных процессов, происходящих в ячейке, может оставаться высоким и обычно включает (i) перенос электронов от токоприемника к электродному композиту, (ii) электронную проводимость / миграцию по толщине составного электрода, (iii) миграция ионов по толщине электрода, (iv) электрохимическая вставка иона и электрона в частицы активного накопителя, (v) двухслойная зарядка на границах раздела твердое тело / жидкость, (vi) сопряженная диффузия активные и неактивные ионы в пористом электродном композите, (vii) сопряженная диффузия ионов и электронов внутри активных накопительных частиц и (viii) миграция и диффузия ионов в сепараторе 7 .Фактически, в идеальном случае EIS может детектировать по отдельности более или менее все эти процессы как отдельные особенности в одном измеренном спектре (рис. 1). Чтобы быть точным: в идеальном случае количество измеряемых характеристик только на единицу меньше количества отдельных процессов 4,7 , что показывает способность EIS разделять сложные процессы на их элементарные шаги. Проблема в том, что многие из этих отдельных функций перекрываются при реалистичных измерениях, и довольно сложно однозначно разделить их 4,7 .Этот аспект имеет решающее значение и должен быть тщательно продуман, чтобы полностью использовать EIS в области исследования аккумуляторных батарей.

Рис. 1: Типичные процессы в электроде литий-ионной батареи и их идентификация с использованием измерений спектроскопии электрохимического импеданса. Базовая схема, показывающая структуру электродов на панели А, была взята из работы. 7 .

a Схема, показывающая движение электронов и подвижных ионов в типичном литий-ионном положительном электроде. b Теоретическая характеристика импеданса для идеального случая, когда каждый отдельный шаг, показанный в a , можно рассматривать как отдельную функцию. c Пример практического измерения EIS, в котором многие из прогнозируемых характеристик не видны из-за перекрытия постоянных времени, очень малых значений значений импеданса для определенных шагов или других артефактов измерения. Большинство недостающих функций можно восстановить с помощью специальных электрохимических экспериментов, как описано в основном тексте.

В течение последнего десятилетия ученые предложили несколько экспериментальных подходов для эффективного разделения объединенных частей спектра импеданса LiB на отдельные элементы. Эти подходы можно разделить на несколько категорий. Первый рассматривает систематическое изменение компонентов ячейки и анализ соответствующих изменений в измеренных спектрах EIS. Например, изменение концентрации электролита повлияет только на те части спектра, где миграция и диффузия в фазе электролита реагируют на сигнал возбуждения, но оставят другие части неизменными, что облегчает идентификацию и анализ исследуемого компонента батареи 4 .Точно так же изменение толщины электрода, размера частиц активного материала, количества и / или толщины сепаратора (ов) и химии подвижных ионных частиц может выборочно влиять на измеренный спектр и значительно облегчать идентификацию и анализ отдельных механистических этапов. .

Другой подход, который может внести решающий вклад в правильную и количественную интерпретацию спектров импеданса, основан на объединении данных EIS с данными, полученными с помощью дополнительных методов.А именно, теоретические модели, которые используются для интерпретации спектров EIS, включают многие параметры, связанные с микроструктурой, морфологией или химическим составом компонентов ячейки, такие как размер частиц 8 , толщина электрода 9 , пористость и извилистость 10 , характер и концентрация подвижных и неподвижных видов 11 . Таким образом, любой метод, который может предоставить такие данные, может внести значительный вклад в качество анализа спектров EIS.Ряд дополнительных методов ex- или in-situ, таких как визуальный осмотр образца, ряд микроскопических методов в сочетании с локальным химическим анализом, дифракционные методы, инфракрасная и ядерно-магнитная спектроскопия, хроматографические методы и другие, были недавно использованы для обновить электрохимические данные 12 .

Чтобы лучше разрешить особенности в спектрах EIS, исследователи иногда также сообщают об использовании так называемого динамического EIS 13 , где небольшой переменный ток (a.c.) сигнал возмущения накладывается на смещение постоянного тока (d.c.), которое имитирует условия заряда или разряда литий-ионного элемента. Однако, в отличие от других областей, таких как коррозия или топливные элементы, использование постоянного тока базовый сигнал может быть очень проблематичным в случае активных материалов вставного электрода. Это потому, что постоянный ток сигнал изменяет стехиометрию активного материала, что, в свою очередь, влияет на спектр и, таким образом, нарушает условие стационарности системы во время измерения EIS 1,2 .Поэтому необходимы специальные подходы для реализации эффектов постоянного тока. систематическая погрешность измерения EIS для активных материалов вставной батареи 13 .

Полностью заряженная батарея — обзор

Состояние заряда

Состояние заряда обычно определяется как фактически доступное количество заряда в данной батарее ( Q ), связанное с максимально доступным количеством заряда, которая может быть снята с этой батареи после 100% полной зарядки ( C ) и обычно выражается в процентах:

[1] SoC = фактически доступное количество заряда (Q) максимально доступное количество заряда (C) × 100%

Это определение LAB не является ясным и однозначным.Причина этого в том, что оба используемых значения, эталонное значение «максимально доступное количество заряда», так называемая «емкость аккумулятора» и «фактически доступное количество заряда» могут быть определены и соответственно измерены различными способами.

Контрольный тест для Q — это разряд с определенным заданным током до предварительно заданного напряжения отсечки при определенной заданной температуре батареи. Эталонным тестом емкости аккумулятора C является полная зарядка с последующей разрядкой в ​​условиях, аналогичных описанным ранее.В зависимости от скорости разрядного тока, температуры батареи, напряжения отключения и определения «полного заряда» могут быть получены разные значения для Q , C и, следовательно, для SoC.

Чтобы понять определение SoC, сначала необходимо дать определение «полной зарядке». Как правило, это определяется процедурой зарядки, приводящей к полностью заряженной батарее. Однако «полный» не является «полным» и сильно зависит от установленной процедуры начисления. Вот некоторые часто используемые определения «полностью заряженной батареи»:

Физическая полная означает, что все доступные активные массы находятся в заряженном состоянии.В новых аккумуляторах для зарядки доступны все активные массы. В старых батареях части активных масс могут ослабнуть из-за эрозии, могут быть недоступны для тока заряда из-за коррозионных слоев на электродах или могут быть преобразованы в необратимые сульфаты и, следовательно, больше не доступны для зарядки. Физическое наполнение достигается в тот момент, когда дополнительный зарядный ток используется на 100% для побочных реакций, таких как выделение газов или коррозия.

Номинальная полная мощность достигается, когда применяется процедура зарядки, предписанная производителем батареи или данным стандартом.Для новых аккумуляторов это обычно почти такое же состояние, как и у полностью заряженных. Например, в старых батареях крупнозернистые кристаллы сульфата свинца образуются во время работы или из-за процессов перекристаллизации. Эти кристаллы часто не могут быть растворены стандартными процедурами зарядки. Следовательно, части активных масс остаются в разряженном состоянии после номинального полного заряда. Для достижения полного физического состояния необходимо применять модифицированные стратегии зарядки, такие как зарядка при повышенных температурах или в течение более длительных периодов времени.Например, международный стандарт (EN 50342–1: 2006) для шестиэлементных залитых батарей стартер-свет-зажигание (SLI) определяет номинальный заряд CCCV-заряда на 25-35 ° C и (16,00 ± 0,01) В с ограничение тока 5 I номинальное на 24 ч. В старых батареях после этой процедуры зарядки может оставаться некоторое количество сульфата свинца. Они могут широко раствориться, если применяется дополнительная зарядка минимум на 40 ° C.

Полное рабочее состояние определяется как максимально возможная SoC батареи, которая может быть достигнута в полевых условиях в данном приложении.Номинальные условия заряда часто не могут применяться к батареям, которые используются в реальных приложениях, из-за конструкции системы, ограничений, касающихся максимального напряжения заряда, температуры батареи и доступного времени зарядки. В результате аккумулятор, новый или старый, не может даже достичь номинального состояния полной зарядки. Например, в обычных транспортных средствах напряжение в системе обычно не может превышать примерно 15 В (что ниже 16 В, определенного для номинального заряда), а периоды заряда ограничиваются временем вождения (обычно намного меньше, чем 24 часа за один раз), так что даже свежий SLI аккумулятор не может быть полностью заряжен по номиналу.

Как следует из эталонных испытаний для C и Q , батарея определяется как разряженная, когда при ее разрядке с заданным номинальным током при определенной температуре достигается заранее заданное напряжение отсечки. Процедура разряда с указанными параметрами называется стандартным испытанием емкости. Это определение более практично, чем физически полностью разряженная батарея, где все активные массы находятся в разряженном состоянии, по нескольким причинам.Во-первых, ЛАБ нельзя полностью физически разрядить, не нанеся ей необратимого повреждения. Во-вторых, в большинстве приложений батарея должна обеспечивать определенный уровень напряжения, даже если она «разряжена». В-третьих, полная физическая разрядка будет длиться почти бесконечно долго. Изготовитель или пользователь батареи может определить номинальную скорость разряда, напряжение в конце разряда и температуру. Поэтому необходимо упомянуть параметры для определения емкости с помощью теста емкости.В противном случае результаты несопоставимы.

После четкого определения значений «полная» и «разряженная» батарея, можно ввести различные однозначные определения емкости батареи:

Номинальная емкость или номинальная емкость C N . Номинальная или номинальная емкость — это значение емкости, указанное производителем при номинальных условиях эксплуатации (определяемых температурой, разрядным током и напряжением в конце разрядки, как при стандартном испытании емкости).

Начальная производительность C 0 . Первоначальная емкость — это измеренная емкость новой батареи. Эталонное измерение состоит из номинальной полной зарядки с последующим стандартным испытанием емкости, как определено выше. Для данной лаборатории это значение может быть немного выше или ниже номинальной емкости C N из-за производственных допусков, систематического завышения размеров производителем или отсутствия циклов инициализации, которые могут увеличить емкость в начале срока службы.

Фактическая вместимость C a . Фактическая емкость — это измеренная емкость батареи в ее текущем состоянии. Эталонное измерение такое же, как и для начальной емкости. Следовательно, для новой батареи C a = C 0 . В случае старых батарей C a 0 из-за процессов старения, которые приводят к потере емкости. Однако это не всегда верно во всех случаях.Некоторые LAB показывают увеличение фактической мощности C a в течение нескольких месяцев или даже лет. Это особенно заметно для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с регулируемым клапаном (VRLA).

Доступная емкость C в среднем . Доступная емкость — это емкость данной новой или устаревшей батареи, доступная для данного приложения. Эталонное измерение часто представляет собой рабочий полный заряд с последующим разрядом с номинальным током до тех пор, пока не будет достигнуто определяемое приложением напряжение конца разряда при фактической температуре батареи.

Теперь можно определить SoC, но перед этим следует отметить важный момент.

Общее определение SoC согласно формуле [1] полезно, когда SoC необходимо измерить с помощью эталонных тестов, потому что для обоих значений, Q и C , количество заряда может быть рассчитано во время разряда как ток разряда. умножается на время разряда. Если необходимо настроить определенную SoC (так, чтобы батарея имела определенное количество заряда Q ), невозможно разрядить LAB до тех пор, пока она не станет пустой, а затем зарядить ее снова и вычислить сохраненное количество заряда путем интегрирования заряда Текущий.Причина в том, что из-за более высокого напряжения батареи во время зарядки значительная часть зарядного тока переходит в реакцию выделения газа, и, таким образом, фактически накопленный заряд ниже, чем рассчитанный путем интегрирования зарядного тока. Следовательно, чтобы установить определенную SoC батареи, она должна быть полностью заряжена (до 100% SoC), а затем определенное количество заряда должно быть снято с батареи путем разрядки, так что

[2] SoC = максимально доступное количество заряда (C) — снятое количество заряда (Qd) максимальное доступное количество заряда (C) × 100%

Это фактически немного другое определение SoC, но если C , Q и Q d измеряются при одинаковых условиях разряда (температура, ток разряда, напряжение в конце разряда и тот же возраст батареи), затем

[3] C = Q + Qd

, и это определение SoC эквивалентно тому, что дано в уравнении [1].

Если упоминается «SoC», обычно имеется в виду фактическая доступная емкость, связанная с номинальной емкостью C N . Поскольку C N часто не является измеренным значением для данной батареи, условие [3] не выполняется. В этом случае с помощью формул [1] или [2] можно получить разные значения для SoC. С этой точки зрения для новой батареи SoC, относящаяся к начальной емкости ( C 0 ), более предпочтительна, поскольку выполняется условие [3].

Например, свежая батарея SLI номинальной емкостью C N = 100 Ач. Батарея может иметь начальную емкость C 0 = 105 Ач. В этом случае, если батарея должна быть настроена на 50% SoC (относится к C N ), тогда Q d = 50 Ач должно быть разряжено от батареи в соответствии с уравнением [2]. Однако, разрядив аккумулятор в номинальных условиях, можно извлечь из аккумулятора емкость 55 Ач до полного разряда.Это будет означать, что SoC (относящийся к C N ) согласно определению [1] составляет 55%.

Для устаревших батарей SoC, относящаяся к начальной емкости и использующая определения [1] или [2], не будет согласована. В этом случае следует использовать SoC, относящуюся к фактической емкости (SoC a ). По той же причине в приложении только SoC, связанная с доступной емкостью (SoC av ) с использованием определений [1] и [2], является правильным.

Связь между различными SoC можно пояснить на примере, показанном на рисунке 1.В этом примере дан старый LAB с начальной емкостью C 0 = 100 Ач. Из-за крупных кристаллов сульфата свинца физический полный заряд не может быть получен в течение ограниченного времени процедуры номинального заряда. Таким образом, емкость 5Ач остается незаряженной. При заданных критериях напряжения в конце разряда батарея имеет меньшую емкость из-за старения по сравнению с новой батареей. В этом примере это составляет дополнительную потерю емкости в 20 Ач. В результате получается фактическая емкость C, a = 75 Ач.SoC окно между 0% и 100% может быть сопоставлено с окном SoC 0 между 20% и 95%. В некоторых приложениях доступная емкость аккумулятора может составлять только C av = 65 Ач, поскольку при полной зарядке остается значительное количество активных масс в разряженном состоянии. SoC av может быть сопоставлен с окном SoC 0 между 20% и 85%, или, другими словами, в данном приложении аккумулятор может работать только между 20% и 85% от SoC относительно его начальной емкости.

Рис. 1. Схематическая визуализация отношений между различными определениями состояния заряда (SoC).

Все приведенные выше определения емкости и SoC всегда принимают номинальную температуру или, по крайней мере, аналогичную температуру как должное. Поскольку температура оказывает значительное влияние на емкость батареи, другие значения этих показателей качества могут быть получены при других температурах.

Еще хуже упомянуть, что может возникнуть еще одна проблема с точным определением SoC.Из-за разной скорости побочных реакций в положительном и отрицательном электродах может случиться так, что SoC двух электродов будет отклоняться. Как правило, SoC определяется для батареи в целом, но для некоторых целей важны индивидуальные характеристики электродов. Схожей с этой проблемой является неоднородный SoC ячеек в последовательном соединении. Как правило, температура клеток не одинакова, поэтому побочные реакции протекают с разной скоростью; следовательно, SoC ячеек отклоняется.

Как работают аккумуляторы — стенограмма видео и урока

Компоненты батареи

Батарея — это электрохимический элемент или серия элементов, в которых участвуют электрохимические окислительно-восстановительные реакции, называемые окислением и восстановлением. Окисление — это процесс, в котором вещество, участвующее в химической реакции, теряет один или несколько электронов. Этот процесс окисления приводит к увеличению общего заряда вещества. С другой стороны, восстановление — это процесс, в котором вещество, участвующее в химической реакции, приобретает один или несколько электронов.Этот процесс восстановления приводит к уменьшению общего заряда вещества. Мнемоника, которая часто используется для запоминания окисления и восстановления, — это OIL RIG :

O xidation I s около L oss электронов и R eduction I s около G ain электронов

Электрохимическая ячейка состоит из трех основных частей, которые включают два электрода (анод и катод) и электролит. Анод , или отрицательный электрод, обычно представляет собой металл или какой-либо сплав.Катод , или положительный электрод, обычно представляет собой оксид или сульфид металла. Электроды являются проводниками электричества, но никогда не делаются из одних и тех же проводящих материалов. Электролит — это ионный проводник, разделяющий два электрода. Это среда, через которую происходит перенос ионов между анодом и катодом. Серная кислота — это обычный электролит, который содержится в аккумуляторных батареях.

Изображение батареи

Процесс разряда

Возвращаясь к нашему открытому примеру, Фред не смог поговорить со своим боссом с первой попытки, потому что батарея его телефона уже была разряжена.Во время разряда аккумулятор работает как гальванический элемент, в котором химическая энергия преобразуется в электрическую.

Процесс разряда в аккумуляторе

Ионы электролита реагируют с атомами в аноде, что приводит к накоплению электронов, вызывая отрицательный заряд анода. На катоде химические реакции с электролитами вызывают расходование электронов, в результате чего катод становится положительным.Следовательно, у нас слишком много электронов на аноде и мало электронов на катоде. Электроны будут стремиться перемещаться от отрицательного участка с более высоким потенциалом к ​​положительному участку с более низким потенциалом, то есть от анода к катоду. У нас возникнет соблазн сказать, что движение электронов будет происходить непосредственно от анода к катоду внутри элемента, но электролит действует как барьер. Итак, как будут двигаться электроны? Это можно сделать только с помощью внешней цепи, подключив снаружи электрический провод между анодом и катодом.Анод подвергается окислению, так как происходит потеря электронов, тогда как катод подвергается восстановлению, когда происходит усиление электронов. Также через электролит проходит поток отрицательных ионов от места восстановления к месту окисления.

Процесс подзарядки

Помните из нашего раннего примера, что Фред, наконец, смог поговорить со своим боссом после того, как зарядил аккумулятор своего телефона, подключив его к розетке? Здесь процессы окисления и восстановления, которые происходили во время разряда, теперь меняются местами, так что электрическая энергия преобразуется обратно в химическую энергию.

Процесс зарядки в аккумуляторе

Во время зарядки аккумулятор работает как электролитический элемент. Когда ячейка подключена к внешнему источнику энергии, электроны на катоде вынуждены возвращаться к аноду. Происходит движение электронов от внешнего источника питания к аноду. С другой стороны, электроны удаляются с катода.

И снова электроны связываются с ионом на аноде, тем самым позволяя заряжать батарею.Когда батарея полностью заряжена, на аноде имеется избыток электронов, что дает ему отрицательный заряд, и дефицит на катоде, что дает ему положительный заряд, что приводит к разности потенциалов на элементе.

Факторы, влияющие на срок службы батареи

Давайте рассмотрим три основных фактора, которые могут повлиять на срок службы аккумуляторной батареи.

1. Температура

После того знаменитого происшествия в понедельник Фред решил хранить батарейки в морозильной камере, когда они не используются.Не волнуйтесь, он не сошел с ума! Скорость химической реакции фактически увеличивается с температурой. Это означает, что при более низких температурах скорость саморазряда батарей снижается.

2. Циклический срок службы

Перезаряжаемые батареи не вечны. Аккумулятор выполняет цикл , когда он заряжается и разряжается один раз. Со временем повторение этого процесса вызывает дефекты и неровности металлической поверхности, тем самым препятствуя ее правильному окислению.Электроны больше не могут проходить через цепь, и батарея умирает. Более новые батареи могут длиться тысячи циклов зарядки.

3. Избыточный заряд

Избыточный заряд может повредить электроды и сократить срок службы. Умные зарядные устройства можно использовать, чтобы узнать, когда аккумулятор полностью заряжен, и прекратить зарядку.

Резюме урока

Давайте сделаем несколько минут, чтобы повторить то, что мы узнали.

Перезаряжаемый аккумулятор или вторичный аккумулятор — это аккумулятор, который можно перезаряжать и использовать много раз.Зарядка и разрядка аккумуляторов связаны с окислительно-восстановительной химией, в которой окисление — это процесс, в котором вещество, участвующее в химической реакции, теряет один или несколько электронов, а восстановление — это процесс, в котором вещество, участвующее в химической реакции, получает один или больше электронов. Мы также восстановили компоненты батареи, в том числе анод , или отрицательный электрод; и катод или положительный электрод; и электролит , который представляет собой ионный проводник, разделяющий два электрода.

При разрядке аккумулятора химическая энергия преобразуется в электрическую. Электроны движутся по внешней цепи от анода (отрицательный электрод) к катоду (положительный электрод). Окисление происходит на аноде, а восстановление происходит на катоде.

При подзарядке аккумулятора электрическая энергия преобразуется в химическую. Во время перезарядки происходит движение электронов от внешнего источника питания к аноду, а с другой стороны электроны удаляются с катода.

Наконец мы узнали, что срок службы батареи зависит от температуры, при которой она используется; его циклический срок службы, в котором цикл — это когда он заряжается и разряжается один раз; и независимо от того, завышена ли она.

Химия аккумуляторов и элементов

Cell Chemistries

Как работают клетки

Гальваническое действие

Проще говоря, аккумуляторы можно рассматривать как электронные насосы.В внутренняя химическая реакция внутри батареи между электролитом и отрицательный металлический электрод производит накопление свободных электронов, каждый с отрицательным зарядом, на батарее. отрицательная (-) клемма — анод. Химическая реакция между электролитом и положительный (+) электрод внутри батареи производит избыток положительных (+) ионов (атомы, у которых отсутствуют электроны, поэтому с чистым положительным зарядом) на положительная (+) клемма — катод АКБ.Электрический (насос) давление или разность потенциалов между клеммами + и — называется напряжением или электродвижущей силой (ЭДС).

Разное металлы имеют различное сродство к электронам. Когда два непохожих металлы (или соединения металлов) контактируют или соединяются через в проводящей среде электроны имеют тенденцию уходить из металл с меньшим сродством к электронам, который становится положительно заряжен, к металлу с большим сродством, который становится отрицательно заряженный.Разница потенциалов между металлами будет поэтому наращивайте до тех пор, пока он не уравновесит тенденцию электрона передача между металлами. В этот момент «равновесный потенциал» это то, что уравновешивает разницу между склонностями двух металлы, чтобы получить или потерять электроны.

А батарея или гальванический элемент хранит энергию в химической форме в своей активной материалы и может ли это преобразовать это в электрическую энергию по запросу, обычно с помощью электрохимического окисления-восстановления (окислительно-восстановительного) реакция.(Обратите внимание, что общее название «окислительно-восстановительный потенциал», похоже, было приспособлен недавней конструкцией проточной батареи с использованием двух ванадиевых окислительно-восстановительные пары).

Каждая гальваническая или энергетическая ячейка состоит как минимум из трех, а иногда и из четырех компонентов

  1. Анод или отрицательный электрод (восстановительный или топливный электрод), который отказывает электронов во внешнюю цепь и окисляется во время электрохимическая (разрядная) реакция.Обычно это металл или сплав, но также используется водород. Анодный процесс — это окисление металл с образованием ионов металла.

    (LEO теряют электроны — окисление)

  2. Катод или положительный электрод (окисляющий электрод), который принимает электроны от внешнего контура и уменьшается во время электрохимического (разрядка) реакция.Обычно это оксид металла или сульфид, но кислород также используется. Катодный процесс — это восстановление оксида оставить металл.
    (GER усиление электронов — уменьшение). Помните мнемоническое рычание льва.
  3. Электролит (ионный проводник), который обеспечивает среду для передачи заряда в виде ионов внутри ячейки между анодом и катодом. Электролит обычно представляет собой растворитель, содержащий растворенные химические вещества, обеспечивающие ионную проводимость.Он должен быть непроводником электронов, чтобы избежать разряд ячейки.
  4. Разделитель , который электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Процесс разгрузки

Когда аккумулятор полностью заряжен, на нем есть избыток электронов. анод дает ему отрицательный заряд и дефицит на катоде дает это положительный заряд, приводящий к разности потенциалов на клетка.

Когда цепь завершена избыточные электроны текут во внешнюю цепь из отрицательно заряженный анод, который теряет весь свой заряд в пользу положительно заряженного катод, который принимает его, нейтрализуя его положительный заряд. Это действие уменьшает разность потенциалов на ячейке до нуля. Схема завершается или уравновешивается потоком положительных ионов в электролит от анода до катода.

С электроны заряжены отрицательно, электрический ток, который они представляют потоки в обратном направлении от катода (положительный клемма) к аноду (отрицательная клемма).

Две системы электролита

Принцип работы гальванического элемента может быть продемонстрирован работой элемента Даниэля, системы с двумя электролитами.

КАТОД

ЯЧЕЙКА DANIELL

АНОД

плюс полюс батареи

Отрицательный полюс аккумулятора

Цинк теряет электроны быстрее, чем медь

Принимает электроны от внешней цепи

Подает электроны во внешнюю цепь

Отложения металлической меди на катоде

Цинк переходит в водный раствор

Сайт Редукция

Участок окисления

Полуячейка с наивысшим потенциалом электрода

Полуячейка с наименьшим электродным потенциалом

GER

LEO

Системы с двумя первичными ячейками с электролитом существуют с 1836 года, когда была изобретена ячейка Даниэля для решения проблем поляризации.Эта компоновка показывает, что фактически имеются две полуэлементы , в которых происходят химические воздействия. Каждый электрод погружен в другой электролит, с которым он реагирует. Потенциал электрода , положительное или отрицательное, это напряжение, развиваемое одиночным электрод. Электролиты отделены друг от друга солевым мостиком или пористой мембраной который нейтрален и не принимает участия в реакции. В процессе осмоса, он пропускает ионы сульфата, но блокирует металлический ионы.

Эта схема с двумя электролитами дает больше степеней свободы или контроля над химическим процессом.

Хотя более сложные эти клетки позволили построить клетки с более длительным сроком жизни оптимизация комбинации электролит / электрод отдельно на каждом электрод.

Совсем недавно они были использованы в качестве основы для проточных батарей, в которых электролиты прокачиваются через батарею, обеспечивая практически неограниченную емкость.

Цинк — очень популярный анодный материал, и вышеперечисленное химическое воздействие приводит к его растворению в электролите.

Можно сказать, что показанный элемент Даниэля «сжигает цинк и осаждает медь».

Примечание- Простая ячейка с одним электролитом также может быть представлена ​​двумя половинными клетки. Это можно рассматривать как частный случай ячейки Даниэля с два электролита одинаковы.

модель ячейки в виде двух полуячейков используется электрохимиками и ячейкой проектировщиков для расчета электродных потенциалов и определения характеристик химические реакции внутри клетки. Напряжение ячейки или Электродвижущая сила (ЭДС) для внешнего тока, производимого от ячейки, — это разница в стандартные электродные потенциалы двух реакций полуэлементов при стандартные условия. Но настоящие гальванические элементы обычно отличаются от стандартные условия.Уравнение Нернста связывает фактическое напряжение химической ячейки со стандартным электродом потенциалы с учетом температуры и концентраций реагентов и продуктов. ЭДС ячейки будет уменьшаться по мере того, как концентрация активных химикатов уменьшается по мере их использования пока один из химикатов полностью не иссякнет.

Теоретическая энергия, доступная из ячейки, может быть рассчитана с использованием уравнения свободной энергии Гиббса для начального и конечного состояний равновесия.

К счастью такое глубокое знание химии клетки и термодинамики не является обычно требуется инженером по применению аккумуляторов.


Первичные элементы

В В первичных ячейках эта электрохимическая реакция необратима. В течение выгрузка химических соединений постоянно меняется и электрическая энергия высвобождается до тех пор, пока исходные соединения не станут полностью истощен.Таким образом, ячейки можно использовать только один раз.


Вторичные элементы

В вторичных ячеек эта электрохимическая реакция обратима и исходные химические соединения могут быть восстановлены путем применения электрический потенциал между электродами, инжектирующий энергию в сотовый. Такие элементы можно многократно разряжать и перезаряжать.

Действие аккумуляторной батареи

Процесс зарядки

зарядное устройство снимает электроны с катода, оставляя его с сеткой положительный заряд и заставляет их на аноде, давая ему отрицательный плата.Энергия, закачиваемая в клетку, преобразует активные химические вещества. вернуться в исходное состояние.

Выбор активных химических веществ

напряжение и ток, генерируемые гальваническим элементом, напрямую связаны с типы материалов, используемых в электродах и электролите.

Склонность отдельного металла или металлического соединения к выигрышу или проигрышу электроны по отношению к другому материалу известны как его электрод потенциал.Таким образом, сильные стороны окислителей и восстановителей равны обозначены их стандартными потенциалами электродов. Соединения с потенциал положительного электрода используется для анодов и анодов с потенциал отрицательного электрода для катодов. Чем больше разница между электродными потенциалами анода и катода, тем больше ЭДС клетки и большее количество энергии, которое может быть производится клеткой.

Электрохимическая серия список или таблица металлических элементов или ионов, упорядоченных в соответствии с их электродные потенциалы.Порядок показывает тенденцию одного металла для восстановления ионов любого другого металла в ряду ниже него.

Образец из таблицы стандартных потенциалов показывает крайние значения из таблицы.


Сила окислителей и восстановителей

Катод (редукционный)
Половина реакции

Стандартный потенциал
E (вольт)

Li + (водн.) + E — -> Li (s)

-3.04

К + (водн.) + Е — -> К (т)

-2,92

Ca 2+ (водн.) + 2e — -> Ca (s)

-2,76

Na + (водн.) + E — -> Na (s)

-2.71

Zn 2+ (водн.) + 2e — -> Zn (s)

-0,76

Cu 2+ (водн.) + 2e — -> Cu (т.)

0,34

O 3 (г) + 2H + (водн.) + 2e — -> O 2 (г) + H 2 O (л)

2.07

F 2 (г) + 2e — -> 2F — (водн.)

2,87


значения для записей в таблице являются потенциалами восстановления, поэтому литий при верхняя часть списка имеет самое отрицательное число, что указывает на то, что это сильнейший восстановитель.Самый сильный окислитель — фтор. с наибольшим положительным числом для стандартного потенциала электрода.

В таблице ниже показаны некоторые общие химические вещества, используемые для электродов батареи. расположены в порядке их относительных электродных потенциалов.

Материалы анода

Материалы катода

(отрицательные клеммы)

(положительные выводы)

НАИЛУЧШИЕ — самые отрицательные

НАИЛУЧШИЕ Самые положительные

Литий Феррат
Магний Оксид железа
Алюминий Оксид меди
цинк Йодат
Хром Оксид меди
Утюг Оксид ртути
Никель Оксид кобальта
Олово Диоксид марганца
Свинец Диоксид свинца
Водород Оксид серебра
Медь Кислород
Серебро оксигидроксид никеля
Палладий Диоксид никеля
Меркурий Перекись серебра
Платина Перманганат
Золото Бромат

НАИМЕНЕЕ Наименьшее отрицательное

НАИМЕНЕЕ Наименьшее положительное

Ячейки использование водных (содержащих воду) электролитов ограничено по напряжению до менее 2 вольт, потому что кислород и водород в воде диссоциировать в присутствии напряжений выше этого напряжения.Литий батареи (см. ниже), в которых используются неводные электролиты, не имеют Эта проблема доступна для напряжений от 2,7 до 3,7 В. Однако использование неводных электролитов приводит к тому, что эти клетки имеющий относительно высокий внутренний импеданс.

Альтернативные химические реакции

Совсем недавно был разработан новый химический состав клеток с использованием химических реакций, альтернативных традиционной окислительно-восстановительной схеме.

Металлогидридные элементы

Металл химический состав гидридных клеток зависит от способности некоторых металлов поглощать большое количество водорода. Эти металлические сплавы, называемые гидридами, может обеспечить накопитель водорода, который может обратимо реагировать в химия аккумуляторных элементов. Такие металлы или сплавы используются для негативных Электроды. Положительный электрод — гидроксид никеля, как в NiCad. батареи.Электролит, который также является водным поглотителем водорода. раствор, такой как гидроксид калия, не принимает участия в реакции, но служит для транспортировки водорода между электродами.

Литий-ионные элементы

Скорее чем традиционное окислительно-восстановительное гальваническое действие, литий-ионный вторичный элемент химия зависит от механизма «интеркаляции». Это включает внедрение ионов лития в кристаллическую решетку матрицы электрод без изменения его кристаллической структуры.Эти электроды имеют два основных объекта недвижимости

  1. Открытые кристаллические структуры, которые позволяют вводить или извлекать ионы лития
  2. Способность одновременно принимать компенсирующие электроны

Такие электроды называются хозяевами интеркаляции.

В типичный литиевый элемент, анод или отрицательный электрод основан на Углерод и катод или положительный электрод изготовлены из лития. Диоксид кобальта или диоксид марганца лития.(Другие химические вещества также возможно)

Поскольку литий реагирует сильно с водой, электролит состоит из неводных органических солей лития и действует исключительно как проводящая среда и не принимают участие в химическом действии, а так как вода не участвует в химическое действие, выделение водорода и кислорода, как в многие другие батареи также исключены.

Во время разряда ионы лития диссоциируют от анода и мигрируют через электролит и вставлены в кристаллическую структуру соединение-хозяин.В то же время компенсирующие электроны перемещаются во внешней цепи и принимаются хостом для балансировки реакция.

Процесс полностью обратимый. Таким образом, ионы лития проходят туда и обратно между электроды во время зарядки и разрядки. Это привело к названия «Кресло-качалка», «Качели» или «Волан» для литиевых элементов. ионные батареи.

Варианты по литиевой технологии также используются в первичных элементах, которые были Первоначально разрабатывался для космического и военного применения.Это включает Литий-тионилхлорид и литий-диоксид серы, которые использовать реактивные электролиты и жидкие катоды для получения более высокой энергии и плотности мощности.


Альтернативные химические соединения — Особые ароматизаторы

Проектирование лучший аккумулятор — это не просто вопрос выбора пары элементов с большей разницей электродных потенциалов существует множество других факторы, которые вступают в игру.Это могут быть: наличие и стоимость сырье, стабильность или безопасность химической смеси, технологичность комплектующих, обратимость электрохимическая реакция, проводимость компонентов, рабочие температурный диапазон и вполне возможно желание обойти некоторые другой патент производителя. Все эти соображения приводят к использовать ограниченный набор основных химикатов, но с более широким разнообразием составы запатентованных материалов.

Более годы был разработан широкий спектр химикатов клеток и добавок. разработан для оптимизации производительности ячеек для различных приложений.

Альтернатива активные соединения могут быть заменены для увеличения плотности энергии (см. ниже), увеличьте ток, уменьшите внутренний импеданс, уменьшить саморазряд, увеличить напряжение на клеммах, улучшить кулоновский КПД или снижение затрат.

Дополнительно соединения могут быть включены для изменения поведения активного составы для увеличения срока службы, для предотвращения коррозии или утечки, для контролировать поляризацию или повысить безопасность.Они могут включать катализаторы, которые можно использовать для промотирования или ускорения желаемого химического такие действия, как рекомбинация активных химических веществ в запечатанных ячейках. Они также могут включать ингибиторы, которые могут быть добавлены для замедления или предотвращать нежелательные физические или химические воздействия, такие как образование дендриты.

Добавлено к диапазону доступного химического состава клеток относятся разные клетки емкости и физические конструкции ячеек, батареи Таким образом, у прикладного инженера есть множество вариантов, от которых выбирать.

Плотность энергии

плотность энергии — это мера количества энергии на единицу веса или на единицу объема, который может храниться в батарее. Таким образом, для данного вес или объем, химия ячейки с более высокой плотностью энергии будет хранить больше энергия или, альтернативно, для данной емкости хранения более высокая энергия ячейка плотности будет меньше и легче. На диаграмме ниже показаны некоторые типичные примеры.

Относительная плотность энергии некоторых общепринятых химических составов вторичных ячеек


В как правило, более высокая плотность энергии достигается за счет использования более реактивных химикаты. Обратной стороной является то, что более химически активные химические вещества имеют тенденцию быть нестабильно и может потребовать особых мер безопасности. Плотность энергии также зависит от качества активного материалы, используемые в конструкции ячейки, с примесями, ограничивающими ячейку возможности, которые могут быть достигнуты.Вот почему клетки из разных производители с аналогичным химическим составом ячеек и аналогичной конструкцией может иметь другое энергосодержание и разрядные характеристики.

Примечание что часто бывает разница между цилиндрической и призматической клетки. Это связано с тем, что указанная плотность энергии обычно не относится к только химическим веществам, но всей клетке, принимая во внимание материалы корпуса ячеек и соединений. Таким образом, плотность энергии зависит или ограничивается практичностью построения клеток.


Поставка основных химических элементов

Обеспокоены наличием экзотических химикатов и влиянием будущего спроса на цены?

На диаграмме ниже показано относительное содержание химических элементов в земной коре.

Источник — Информационный бюллетень Геологической службы США 087-02


Примечание. Из приведенной выше таблицы лития в 20–100 раз больше. больше, чем свинец и никель.Причина, по которой это менее распространено, заключается в том, что Литий, будучи гораздо более активным, чем любой другой металл, обычно находится в свободном состоянии, но сочетается с другими элементами. К контраст. Свинец, обладающий меньшей реактивностью, чаще встречается в свободном состоянии. и его легче извлекать и очищать. Тяжелые металлы Кадмий и Ртуть, использование которой в настоящее время не рекомендуется из-за их токсичности, составляет 1000 раз реже лития.

Токсичность лития

В если вы задались вопросом, были ли какие-либо токсические эффекты, связанные с Литий, утверждают, что литий, напротив, обладает терапевтическими свойствами. преимущества.Безалкогольный напиток «7Up» появился в 1929 году, за два месяца до этого. крах на Уолл-стрит, с запоминающимся названием «Bib Label Lithiated» Лимонно-лаймовая сода ».« 7Up »содержала цитрат лития до 1950 года, когда она была переформулирована, как говорят некоторые из-за связи лития с умственными болезнь. Литий в форме карбоната лития с 1940-х гг. успешно использовался при лечении психических расстройств, в частности маниакальная депрессия. Однако, как и в случае с большинством химикатов, небольшие дозы могут быть безопасно или терапевтически, но слишком много может быть фатальным.


Сделайте аккумулятор дома или в школе

См. В разделе «Домашние батареи» инструкции о том, как сделать батарею из простых материалов, доступных в домашних условиях.


Практическая химия клеток

Некоторые описаны наиболее распространенные химические составы клеток и их применение для чего они подходят, если вы перейдете по ссылкам ниже: —

Первичные элементы

Вторичные элементы

Необычные батареи

Сравнительная таблица химического состава клеток

Альтернативные методы производства и хранения энергии

электрических цепей

электрических цепей
Далее: Закон Ома Up: Электрический ток Предыдущее: Электрический ток Батарея — это устройство, имеющее положительный и отрицательный Терминал.Какой-то процесс, обычно химическая реакция, происходит внутри аккумулятор, который заставляет положительный заряд перемещаться к положительному выводу, и наоборот . Этот процесс продолжается до тех пор, пока электрическое поле между двумя выводами не станет достаточно сильный, чтобы препятствовать дальнейшей миграции заряда.

Электрическая цепь — токопроводящий путь, внешний к аккумулятору, что позволяет заряжать поток с одного терминала к другому. Простая схема может состоять из одножильный металлический провод, соединяющий положительную и отрицательную клеммы.Более реалистичная схема имеет несколько точек разветвления, поэтому заряд может много разных путей между двумя терминалами.

Предположим, что (положительный) заряд движется вокруг внешнего цепь, от плюса к отрицательный вывод электрическим полем, установленным между терминалы. Работа, проделанная с зарядом этим полем за время его путешествие, в чем разница по электрическому потенциалу между положительной и отрицательной клеммами. Обычно мы называем напряжением батареи: e.грамм. , когда мы говорим о 6-вольтовой батарее, на самом деле мы имеем в виду что разность потенциалов между двумя его выводами составляет 6 В. Примечание. Разд. 5, что электрические работы, выполненные на заряде полностью не зависит от маршрута между терминалы. Другими словами, хотя в целом много различные пути через внешнюю цепь, по которым заряд может проходить по порядку чтобы добраться от положительного к отрицательному выводу аккумулятор, электрическая энергия которого заряд, приобретаемый в этом путешествии, всегда один и тот же.Поскольку при анализе электрические цепи, нас в первую очередь интересует энергия ( т.е. , в преобразовании химической энергии батареи в тепловая энергия в каком-либо электронагревательном элементе или механическом энергия в некоторых электродвигателях, и т. д. ), Отсюда следует, что свойство батареи, которое нас в первую очередь беспокоит, — это ее напряжение . Следовательно, нам не нужно отображать электрическое поле. генерируется батареей, чтобы вычислить, сколько энергии это поле дает заряд, который идет по какой-то подключенной к нему внешней цепи.Все, что нам нужно знать, это разность потенциалов между двумя клеммами. батареи. Очевидно, это огромное упрощение.

Этот раздел касается только установившихся электрических цепей питается от аккумуляторов постоянного напряжения. Таким образом, скорость, с которой электрические заряд перетекает с положительной клеммы аккумуляторной батареи на внешнюю контур должен соответствовать скорости, с которой заряд перетекает из контура в отрицательный полюс аккумуляторной батареи, иначе заряд будет накапливаться в либо аккумулятор, либо цепь, которые не соответствуют установившемуся режиму ситуация.Скорость, с которой заряд вытекает из положительного вывода называется электрическим током , текущим из батареи. Так же, скорость, с которой заряд течет в отрицательный вывод, называется током течет в аккумулятор. Конечно, эти два тока должны быть одинаковыми в установившееся состояние. Электрический ток измеряется в амперах (А), которые эквивалент кулонов в секунду:

(124)

Мы можем определить электрический ток, протекающий в любой конкретной точке внешняя схема следующим образом.Если заряд проходит мимо этой точки в бесконечно малом интервале времени, тогда
(125)

По соглашению направление тока принимается равным положительные заряды должны переместиться, чтобы учесть поток заряда. В установившемся режиме ток во всех точках внешней цепи должен остаются неизменными во времени. Мы называем этот тип цепи постоянного тока (DC) цепь, потому что ток всегда течет в одном и том же направлении.Там есть второй тип цепи, называемый цепью переменного тока (AC), в который периодически меняет направление тока.

Рассмотрим простую схему, в которой протекает постоянный ток. вокруг одного проводящего провода, соединяющего положительный и отрицательный клеммы аккумуляторной батареи напряжения. Предположим, что ток равен переносятся положительными зарядами, протекающими по внешней цепи от положительного к отрицательный терминал. На самом деле ток переносятся отрицательными зарядами ( i.е. , электронами), протекающими в обратном направлении. направление, но для большинства целей мы можем спокойно игнорировать этот довольно неудобный факт. Каждый заряд, протекающий по внешней цепи, испытывает потенциальное падение. Чтобы снова обтекать цепь, заряд должен быть поднятым до потенциала положительной клеммы батареи. Этот процесс происходит внутри аккумулятора, поскольку заряд мигрирует из отрицательный к положительной клемме. Энергия требуется для перемещения заряда между двумя терминалами, полученный из энергия, выделяемая в результате химических реакций, происходящих внутри аккумулятор.

Простая трасса, описанная выше, в некоторой степени аналогична небольшому горнолыжному курорту. Заряды, протекающие по внешнему контуру, похожи на людей, катающихся на лыжах. вниз по горнолыжному склону. Заряды стекают по градиенту электрического потенциал так же, как люди спускаются по градиенту гравитационного потенциала. Обратите внимание, что хорошие лыжники, которые спускаются прямо по склону, приобретают именно та же гравитационная энергия, что и у бедных лыжников, которые катаются из стороны в сторону. В обоих случаях полная приобретенная энергия зависит только от разница в высоте между верхом и низом склона.Аналогичным образом, сборы при обтекании внешнего контура приобретают одинаковую электрическую энергию независимо от маршрута они берут, потому что приобретаемая энергия зависит только от разности потенциалов между двумя выводами аккумуляторной батареи. Когда-то люди на нашем горнолыжном курорте достичь дна склон, их необходимо поднять на подъемник прежде, чем они снова смогут спуститься по нему на лыжах. Таким образом, подъемник на нашем курорте играет аналогичную роль. роль батареи в нашей цепи. Конечно, подъемник должен расходовать негравитационную энергию, чтобы поднять лыжников на вершину склона, всего за таким же образом, как батарея должна расходовать неэлектрическую энергию для перемещения зарядов вверх до потенциальной градиент.Если у подъемника заканчивается энергия, то движение лыжников на курорте стремительно останавливается. Аналогичным образом, если в аккумуляторе заканчивается энергия (, т.е. , если батарея « разряжается »), то ток во внешней цепи перестает течь.



Далее: Закон Ома Up: Электрический ток Предыдущее: Электрический ток
Ричард Фицпатрик 2007-07-14
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.