Bateria mundua - 3. zatia

Baterien historia XIX.mendean hasten da, mende horretatik aurrera gaur egun erabiltzen diren diseinu gehienak sortzen dira. Egoera horrek lekukotzen du, batetik, garai hartako zientzialarien ideia bikainak, eta, bestetik, eredu berriak garatzeko sortzen diren zailtasunak.

Gauza gutxi dira hain onak, hobetu ezin daitezkeen. Arau hau bateriei ere aplikatzen zaie - XNUMX. mendeko modeloak hainbat aldiz findu ziren gaur egungo forma hartu zuten arte. Hau ere aplikatzen da Leclanche zelulak.

Hobetzeko esteka

Frantziako kimikariaren diseinua aldatu egin da Carl Gasner eredu benetan erabilgarri batean: fabrikatzeko merkea eta erabiltzeko segurua. Hala ere, oraindik arazoak zeuden: elementuaren zink-estaldura korroditzen zen katilua betetzen zuen elektrolito azidoarekin kontaktuan egotean, eta eduki oldarkorrak zipriztintzeak elikadurako gailua desgaitu zezakeen. Erabakia bihurtu zen batuketa zinkaren gorputzaren barruko gainazala (merkuriozko estaldura).

Zink amalgamak ia ez du azidoekin erreakzionatzen, baina metal puruaren propietate elektrokimiko guztiak mantentzen ditu. Hala ere, ingurumen-arauak direla eta, zelulen bizitza luzatzeko metodo hau gero eta gutxiago erabiltzen da (merkuriorik gabeko zeluletan, inskripzioa aurki dezakezu edo) (1).

2. Zelula alkalinoen diseinua: 1) kaxa (katodoaren beruna), 2) manganeso dioxidoa duen katodoa, 3) elektrodo-bereizlea, 4) KOH eta zink hautsa dituen anodoa, 5) anodoaren terminala, 6) zelulen zigilatzea (elektrodoaren isolatzailea). .

Zelulen iraupena eta bizitza handitzeko beste modu bat gehitzea da zink kloruroa ZnCl₂ kopa betetzeko pastarako. Diseinu honetako zelulak Heavy Duty izenarekin aipatzen dira eta (izenak dioen bezala) energia gehiago kontsumitzen duten gailuak elikatzeko diseinatuta daude.

Baterien alorrean aurrerapauso bat eraiki zen 1955ean zelula alkalinoa. Kanadako ingeniariaren asmakizuna Lewis Urry, egungo Energizer enpresak erabiltzen duena, Leclanchet zelularen apur bat desberdina den egitura du.

Lehenik eta behin, ez duzu grafito-katodorik edo zink-koparik aurkituko bertan. Bi elektrodoak ore heze eta bereizietan egiten dira (lodigarriak eta erreaktiboak: katodoa manganeso dioxidoaren eta grafitoaren nahasketaz osatuta dago, zink hautsaren anodoa potasio hidroxidoaren nahasketa batekin) eta haien terminalak metalezkoak dira ( 2). Hala ere, funtzionamenduan gertatzen diren erreakzioak Leclanchet zelulan gertatzen direnen oso antzekoak dira.

Zeregin bat. Egin "autopsia kimikoa" zelula alkalino batean edukia benetan alkalinoa dela jakiteko (3). Gogoratu Leclanchet zelula desegiteko neurri berdinak direla. Ikusi Bateriaren kodea eremua zelula alkalino bat nola identifikatzeko.

3. Zelula alkalinoaren "Atalak" alkalinoaren edukia baieztatzen du.

Etxeko bateriak

4. Etxeko Ni-MH eta Ni-Cd bateriak.

Erabili ondoren birkargatu daitezkeen zelulak izan dira diseinatzaileen helburua elektrizitatearen zientziaren garapenaren hasieratik, eta horregatik mota askotakoak dira.

Gaur egun, etxetresna elektriko txikiak elikatzeko erabiltzen diren ereduetako bat dira nikel-kadmiozko bateriak. Haien prototipoa 1899an agertu zen Suediako asmatzaile batek egin zuenean. Ernst Jungner automobilgintzan jadanik erabiliak diren pilekin lehian zezakeen nikel-kadmioko bateria baten patentea eskatu zuen. berun azido bateria.

Zelula anodoa kadmioa da, katodoa nikel konposatu tribalente bat da, elektrolitoa potasio hidroxidoaren disoluzioa (diseinu "lehor" modernoetan, KOH disoluzioz saturatutako lodigarrien ore hezea). Ni-Cd pilek (hau da haien izendapena) 1,2 V-ko funtzionamendu-tentsioa dute gutxi gorabehera - hau da, botatzeko zelulena baino txikiagoa da, eta hori, ordea, ez da arazoa aplikazio gehienetarako. Abantaila handia korronte esanguratsua (nahiz ampere batzuk) eta funtzionamendu-tenperatura sorta zabala kontsumitzeko gaitasuna da.

5. Mesedez, egiaztatu bateria mota ezberdinen baldintzak kargatu aurretik.

Nikel-kadmio baterien desabantaila "memoria efektu" astuna da. Hau partzialki deskargatutako Ni-Cd bateriak maiz kargatzean gertatzen da: sistemak bere ahalmena kargatzean betetako kargaren berdina izango balitz bezala jokatzen du. Kargagailu mota batzuetan, "memoria efektua" murriztu daiteke zelulak modu berezi batean kargatuz.

Hori dela eta, deskargatutako nikel-kadmiozko bateriak ziklo oso batean kargatu behar dira: lehenik eta behin guztiz deskargatuta (dagokion kargagailuaren funtzioa erabiliz) eta gero birkargatu. Maiz kargatzeak 1000-1500 zikloren balio estimatua ere murrizten du (bota egiteko zelula asko bateria bakar batez ordezkatuko direla bere bizitzan zehar, beraz, erosketa-kostu handiagoak bere kabuz ordainduko du askotan, bateriaren tentsio gutxiago ahaztu gabe. ). ingurunea zelulak ekoitzi eta ezabatzearekin).

Kadmio toxikoa duten Ni-Cd elementuak ordezkatu dira nikel-metal hidruro bateriak (Ni-MH izendapena). Haien egitura Ni-Cd pilen antzekoa da, baina kadmioaren ordez, hidrogenoa xurgatzeko gaitasuna duen metal-aleazio porotsua (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, lur arraroen metalak) erabiltzen da (4). Ni-MH zelularen funtzionamendu-tentsioa ere 1,2 V ingurukoa da, eta horri esker, NiCd-ko pilekin truka daitezke. Nikel-Metal Hidruroko zelulen ahalmena tamaina bereko Nikel-Kadmioko zelulen baino handiagoa da. Hala ere, NiMH sistemak azkarrago deskargatzen dira. Eragozpen hori ez duten diseinu modernoak daude dagoeneko, baina eredu estandarrak baino askoz gehiago kostatzen dira.

Nikel-metal hidrurozko pilek ez dute "memoria efekturik" erakusten (partzialki deskargatutako zelulak kargatu daitezke). Hala ere, beti beharrezkoa da mota bakoitzaren karga-eskakizunak kargagailuaren argibideetan egiaztatu (5).

Ni-Cd eta Ni-MH pilen kasuan, ez dugu gomendatzen horiek desmuntatzea. Lehenik eta behin, ez dugu ezer baliagarririk aurkituko horietan. Bigarrenik, nikela eta kadmioa ez dira elementu seguruak. Ez hartu alferrikako arriskuak eta utzi eskumena trebatutako profesionalen esku.

Metagailuen erregea, alegia...

6. "Baterien erregea" lanean.

… Berun-azido bateria, 1859an frantziar fisikari batek eraikia Gaston Plantego (bai, bai, gailuak 161 urte beteko ditu aurten!). Bateriaren elektrolitoa % 37 inguruko azido sulfurikoaren (VI) disoluzioa da, eta elektrodoak beruna (anodoa) eta beruna PbO dioxido geruza batez estalita daude.₂ (katodoa). Funtzionamenduan, elektrodoetan berun(II)(II)PbSO sulfatoaren hauspeakada bat sortzen da₄. Kargatzean, zelula batek 2 voltiotik gorako tentsioa du.

berunezko bateria izatez, desabantaila guztiak ditu: pisu nabarmena, deskargarekiko sentikortasuna eta tenperatura baxuak, egoera kargatuan gordetzeko beharra, elektrolito-ihes oldarkorrak izateko arriskua eta metal toxikoa erabiltzea. Horrez gain, kontu handiz maneiatzea eskatzen du: elektrolitoaren dentsitatea egiaztatzea, ganberetara ura gehitzea (destilatua edo desionizatua soilik erabili), tentsioaren kontrola (ganbera batean 1,8 V-tik behera jaisteak elektrodoak kalte ditzake) eta kargatzeko modu berezi bat.

Beraz, zergatik da oraindik erabiltzen antzinako egitura? "Kumulatzaileen erregeak" benetako agintari baten atributua du: boterea. Korronte-kontsumo handia eta energia-eraginkortasun handia % 75eraino (kargatzeko erabiltzen den energia kantitate hori berreskuratu daiteke funtzionamenduan zehar), baita diseinu sinpleak eta ekoizpen kostu baxuak ere. berunezko bateria Barne-errekuntzako motorrak abiarazteko ez ezik, larrialdiko elikadura-horniduraren elementu gisa ere erabiltzen da. 160 urteko historia izan arren, berunezko bateria ondo dabil oraindik eta ez dute beste gailu mota batzuek ordezkatu (eta horrekin batera, beruna bera, bateriari esker, kantitate handienetan ekoizten den metaletako bat dena) . Barne-errekuntzako motorretan oinarritutako motorizazioa garatzen jarraitzen duen bitartean, ziurrenik bere posizioa ez da mehatxatuko (6).

Asmatzaileek ez zioten utzi berun-azido bateriaren ordezko bat sortzen saiatzeari. Eredu batzuk ezagunak egin ziren eta gaur egun oraindik automobilgintzan erabiltzen dira. XIX eta XX.mendeen amaieran, H soluzioa erabiltzen ez zen diseinuak sortu ziren.₂SO₄baina elektrolito alkalinoak. Adibide bat goian ageri den Ernst Jungner-en nikel-kadmiozko bateria da. 1901ean Thomas Alva Edison diseinua aldatu zuen kadmioaren ordez burdina erabiltzeko. Pila azidoekin alderatuta, bateria alkalinoak askoz arinagoak dira, tenperatura baxuetan funtziona ditzakete eta ez dira hain zailak maneiatzen. Hala ere, haien ekoizpena garestiagoa da, eta eraginkortasun energetikoa txikiagoa da.

Orduan, zer da hurrengoa?

Noski, pilei buruzko artikuluek ez dituzte galderak agortzen. Ez dira eztabaidatzen, adibidez, litio-zelulak, kalkulagailuak edo ordenagailuen plakak bezalako etxetresna elektrikoak elikatzeko ere erabili ohi direnak. Horiei buruz gehiago jakin dezakezu iazko Kimikako Nobel Sariari buruzko urtarrileko artikuluan, eta zati praktikoan, hilabete batean (eraispena eta esperientzia barne).

Aurreikuspen onak daude zelulentzat, batez ere baterientzat. Mundua gero eta mugikorragoa da, eta horrek esan nahi du elektrizitate kableetatik independente izateko beharra. Ibilgailu elektrikoen energia-horniketa eraginkorra bermatzea ere erronka handia da. - Barne-errekuntzako motorra duten autoekin lehiatu daitezen ekonomia aldetik ere.

metagailu bateria

Zelula motaren identifikazioa errazteko, kode alfanumeriko berezi bat sartu da. Etxetresna txikietarako gure etxeetan gehien aurkitu ohi diren motetarako, zenbaki-letra-letra-zenbakia du forma.

Eta bai:

- lehenengo zifra gelaxka kopurua da; zelula bakarrerako ez ikusia;

– lehenengo letrak zelula mota adierazten du. Falta denean, Leclanche loturaz ari zara. Beste zelula mota batzuk honela etiketatzen dira:

C - litio-zelula (mota ohikoena),

H - Ni-MH bateria,

K - nikel-kadmiozko bateria,

L - zelula alkalinoak;

- hurrengo letrak estekaren forma adierazten du:

F - plaka,

R - zilindrikoa,

P - zilindrikoa ez den forma duten esteken izendapen orokorra;

– Azken zifrak edo zifrak estekaren tamaina adierazten dute (katalogoko balioak edo zuzenean adierazten dituzten neurriak) (7).

7. Zelula eta pil ezagunen neurriak.

Markatzeko adibideak:

R03
- hatz txiki baten tamainako zink-grafitozko zelula bat. Beste izendapen bat AAA edo.

LR6 - hatz baten tamainako zelula alkalino bat. Beste izendapen bat AA edo.

HR14 – Ni-MH bateria; tamaina adierazteko C letra ere erabiltzen da.

KR20 – Ni-Cd bateria, zeinaren tamaina ere D hizkiarekin markatuta.

3LR12 – 4,5 V-ko tentsioko bateria laua, hiru zelula alkalino zilindrikoz osatua.

6F22 - 9 voltioko bateria, Leclanchet sei gelaxka lauz osatua.

CR2032 – 20 mm-ko diametroa eta 3,2 mm-ko lodiera duen litio-zelula.

Ikusi ere: