סוללות ומצברים. מקורות זרם גלווני לפעולה חד פעמית. הפניה מידע

ספרים ומאמרים
ספרייה חינם /מדריך / סוללות ומצברים

פרק 1

1.1. סוגי תאים גלווניים

סוללות ומצברים

מקורות זרם גלווני חד פעמיים הם מיכל מאוחד המכיל אלקטרוליט הנספג בחומר הפעיל של המפריד והאלקטרודות (אנודה וקתודה), ולכן הם נקראים תאים יבשים. מונח זה משמש לכל התאים שאינם מכילים אלקטרוליט נוזלי. תאים יבשים קונבנציונליים כוללים תאי פחמן-אבץ או תאי Leclanchet [1].

תאים יבשים משמשים לזרמים נמוכים ולפעולה לסירוגין. לכן, אלמנטים כאלה נמצאים בשימוש נרחב בטלפונים, צעצועים, מערכות אזעקה וכדומה. היות ומגוון המכשירים המשתמשים בתאים יבשים הוא רחב מאוד ובנוסף נדרשת החלפתם תקופתית, ישנם תקנים למידותיהם [1].

במהלך תהליך הפריקה, מתח התא היבש יורד מהמתח הנומינלי למתח הניתוק (מתח הניתוק הוא המתח המינימלי שבו מסוגלת הסוללה לספק את האנרגיה המינימלית), כלומר. בדרך כלל 1,2V עד 0,8V/תא בהתאם ליישום.

במקרה של פריקה, בחיבור לאלמנט התנגדות קבוע לאחר סגירת המעגל, המתח במסופים שלו יורד בחדות לערך מסוים מעט פחות מהמתח ההתחלתי. הזרם הזורם במקרה זה נקרא זרם הפריקה הראשוני.

הפונקציונליות של תא יבש תלויה בצריכת זרם, מתח ניתוק ותנאי פריקה. יעילות התא עולה ככל שזרם הפריקה פוחת. עבור תאים יבשים, פריקה רציפה של פחות מ-24 שעות יכולה להיות מסווגת כפריקה בקצב גבוה. הקיבולת החשמלית של תא יבש מתנהלת לפריקה באמצעות התנגדות קבועה במתח סופי נתון בשעות, בהתאם לפריקה הראשונית, והיא מיוצגת על ידי גרף או טבלה.

רצוי להשתמש בטבלה או בטבלה של היצרן עבור סוללה מסוימת. זה נובע לא רק מהצורך לקחת בחשבון את מאפייני המוצר, אלא גם מהעובדה שכל יצרן נותן את המלצותיו לגבי השימוש הטוב ביותר במוצרים שלו.

ההתנגדות הפנימית של הסוללה יכולה להגביל את כמות הזרם הדרושה, למשל בעת שימוש בהבזק. הזרם הקבוע הראשוני שסוללה יכולה לספק לפרק זמן קצר נקרא זרם הבזק.

ייעוד סוג האלמנט מכיל אותיות המתאימות לזרמי הבזק ולהתנגדות הפנימית של האלמנט, הנמדד בזרם ישיר וחילופין. קשה מאוד למדוד את זרם ההבזק וההתנגדות הפנימית, והתאים עשויים להיות בעלי חיי מדף ארוכים, אך זרם ההבזק עשוי לרדת.

1.1. סוגי תאים גלווניים

יסודות פחמן-אבץ

תאי פחמן-אבץ (מנגן-אבץ) הם התאים היבשים הנפוצים ביותר. תאי אבץ-פחמן משתמשים בקולט זרם פסיבי (פחמן) במגע עם אנודת מנגן דו חמצני (MnO2), אלקטרוליט אמוניום כלורי וקתודה אבץ. האלקטרוליט נמצא במצב דביק או ספוג דיאפרגמה נקבובית. אלקטרוליט כזה אינו נייד במיוחד ואינו מתפשט, ולכן התאים נקראים יבשים. המתח הנומינלי של תא הפחמן-אבץ הוא 1,5 וולט.

אלמנטים יבשים יכולים להיות בעלי צורה גלילית, דיסק ומלבנית. המכשיר של אלמנטים מלבניים דומה לאלה של דיסק. אנודת האבץ עשויה בצורה של כוס גלילית, שהיא גם מיכל. תאי הדיסק מורכבים מלוח אבץ, דיאפרגמה מקרטון ספוג בתמיסת אלקטרוליט ושכבת אלקטרודה חיובית דחוסה. רכיבי הדיסק מחוברים בטור זה עם זה, הסוללה המתקבלת מבודדת וארוזת במארז.

יסודות פחמן-אבץ "מתאוששים" במהלך הפסקה בעבודה. תופעה זו נובעת מפילוס הדרגתי של אי-הומוגניות מקומית בהרכב האלקטרוליטים המתעוררים במהלך תהליך הפריקה. כתוצאה מ"מנוחה" תקופתית, חיי השירות של האלמנט מתארכים. יש לקחת זאת בחשבון כאשר נעשה שימוש אינטנסיבי בתאים (והשתמשו במספר סטים להפעלה כך שלסט אחד יהיה פרק זמן מספיק להתאוששות. לדוגמה, בעת שימוש בנגן, לא מומלץ להשתמש בסט אחד של סוללות במשך יותר משעתיים ברציפות.בעת החלפת שני סטים, רכיבי זמן הפעולה משולשים.

היתרון של יסודות פחמן-אבץ הוא העלות הנמוכה יחסית שלהם. חסרונות משמעותיים כוללים ירידה משמעותית במתח במהלך פריקה, הספק ספציפי נמוך (5 ... 10 W / kg) וחיי מדף קצרים. טמפרטורות נמוכות מפחיתות את יעילות השימוש בתאים גלווניים, והחימום הפנימי של הסוללה מגביר אותה. עלייה בטמפרטורה גורמת לקורוזיה כימית של אלקטרודת האבץ על ידי המים הכלולים באלקטרוליט וייבוש האלקטרוליט.

ניתן לפצות במידת מה על גורמים אלה על ידי החזקת הסוללה בטמפרטורה גבוהה והחדרת תמיסת מלח לתא דרך חור שנוצר בעבר.

יסודות אלקליין

כמו אבץ-פחמן, תאים אלקליים משתמשים באנודת MnO2 ובקתודה של אבץ עם אלקטרוליט מופרד. ההבדל בין תאי אלקליין לפחמן-אבץ טמון בשימוש באלקטרוליט אלקליין, שכתוצאה ממנו אין כמעט התפתחות גז במהלך הפריקה, וניתן לאטום אותם, דבר שחשוב מאוד למספר יישומים שלהם. המתח של תאים אלקליין הוא בערך 0,1 V פחות מפחמן-אבץ, באותם תנאים. לכן, אלמנטים אלה ניתנים להחלפה.

המתח של תאי אלקטרוליט אלקליין משתנה הרבה פחות מזה של תאי אלקטרוליט מלח. לתאים עם אלקטרוליט אלקליין יש גם אנרגיה ספציפית גבוהה יותר (65...90 ו"ש/ק"ג), הספק ספציפי (100...150 קוט"ש/מ"ק) וחיי מדף ארוכים יותר.

טעינת תאי וסוללות מנגן-אבץ מיוצר על ידי זרם חילופין א-סימטרי. ניתן להטעין תאים באלקטרוליט מלוח או אלקליין בכל ריכוז, אך לא פרוק מדי וללא נזק לאלקטרודות האבץ. בתוך תאריך התפוגה שנקבע לסוג נתון של תא או סוללה, ניתן לבצע שחזור ביצועים מרובה (6 ... 8 פעמים) [2].

סוללות ותאים יבשים נטענים ממכשיר מיוחד המאפשר לקבל את זרם הטעינה בצורה הנדרשת: עם יחס בין רכיבי הטעינה והפריקה של 10:1 ויחס משך הדופק של רכיבים אלו של 1:2 . מכשיר זה מאפשר לטעון סוללות שעון ולהפעיל סוללות קטנות ישנות.

בעת טעינת סוללות שעון, זרם הטעינה לא יעלה על 2 mA. זמן הטעינה אינו עולה על 5 שעות. הסוללה הנטענת מופעלת באמצעות שתי שרשראות דיודות המחוברות במקביל עם נגדים. זרם המטען הא-סימטרי מתקבל כתוצאה מההבדל בהתנגדויות של הנגדים. סוף הטעינה נקבע על ידי הפסקת עליית המתח על המצבר.

המתח של הפיתול המשני של שנאי המטען נבחר כך שמתח המוצא עולה על המתח המדורג של האלמנט ב-50 ... 60%. זמן טעינת הסוללה באמצעות המכשיר המתואר צריך להיות כ-12 ... 16 שעות. קיבולת הטעינה צריכה להיות גדולה בכ-50% מהקיבולת הנקובת של הסוללה.

יסודות כספית

יסודות כספית דומים מאוד ליסודות אלקליין. הם משתמשים בתחמוצת כספית (HgO). הקתודה מורכבת מתערובת של אבץ ואבקת כספית. האנודה והקתודה מופרדות על ידי מפריד ודיאפרגמה ספוג בתמיסת אלקלית 40%. לאלמנטים אלה חיי מדף ארוכים ויכולות גבוהות יותר (עבור אותו נפח).

המתח של תא כספית נמוך בכ-0,15 וולט מזה של תא אלקליין. תאי כספית מאופיינים באנרגיה ספציפית גבוהה (90...120 ו"ש/ק"ג, 300...400 קוט"ש/מ"ק), יציבות מתח וחוזק מכני גבוה. עבור מכשירים בגודל קטן, נוצרו אלמנטים מודרניים מסוגי RTs-3S, RTs-31S ו-RTs-33US. האנרגיה הספציפית של האלמנטים RTs-55S ו-RTs-31US היא 55 קוט"ש/מ"ק, האלמנטים של RTs-600S הם 3 קוט"ש/מ"ק.

רכיבי RC-31S ו-RC-33S משמשים להפעלת שעונים וציוד אחר. רכיבי RC-55US מיועדים לציוד רפואי, במיוחד עבור מכשירים רפואיים הניתנים להשתלה. רכיבי RC-31S ו-RC-33C פועלים במשך 1,5 שנים בזרמים של 10 ו-18 μA, בהתאמה, ואלמנט RC-55US מבטיח את פעולתם של מכשירים רפואיים הניתנים להשתלה למשך 5 שנים.

תאי כספית פועלים בטווח הטמפרטורות שבין 0 ל-+50oC; ישנם שינויים באלמנטים שבהם נעשה שימוש בסגסוגות של אינדיום וטיטניום במקום אבקת אבץ (אלקטרודה שלילית).

מכיוון שכספית היא נדירה ורעילה, אין לזרוק תאי כספית לאחר שנגמרו. יש למחזר אותם.

אלמנטים מכסף

יש להם קתודות "כסף" העשויות מ-Ag2O ו-AgO. המתח שלהם גבוה ב-0,2 וולט מזה של פחמן-אבץ בתנאים דומים [1]. תאי ליתיום הם משתמשים באנודות ליתיום, אלקטרוליט אורגני וקתודות העשויות מחומרים שונים. יש להם חיי מדף ארוכים מאוד, צפיפות אנרגיה גבוהה, והם פועלים בטווח טמפרטורות רחב, מכיוון שהם אינם מכילים מים.

מאחר שלליתיום יש את הפוטנציאל השלילי הגבוה ביותר ביחס לכל המתכות, תאי ליתיום מאופיינים בדירוג המתח הגבוה ביותר עם ממדים מינימליים.תרכובות אורגניות משמשות בדרך כלל כממסים בתאים כאלה. ממסים יכולים להיות גם תרכובות אנאורגניות, כגון SOCl2, שהם גם חומרים תגובתיים.

מוליכות יונית מובטחת על ידי החדרת מלחים עם אניונים גדולים לממסים, למשל: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. המוליכות החשמלית הספציפית של תמיסות אלקטרוליטים לא מימיות נמוכה ב-1 ... 2 סדרי גודל מהמוליכות של תמיסות מימיות. בנוסף, תהליכים קתודיים בהם בדרך כלל מתנהלים באיטיות, ולכן, בתאים עם אלקטרוליטים לא מימיים, צפיפות הזרם נמוכה.

החסרונות של תאי ליתיום כוללים את עלותם הגבוהה יחסית, עקב מחירו הגבוה של הליתיום, דרישות מיוחדות לייצורם (צורך באווירה אינרטית, טיהור ממסים לא מימיים). כמו כן, יש לזכור שחלק מתאי הליתיום הם חומר נפץ בעת פתיחתם.

אלמנטים כאלה מיוצרים בדרך כלל בעיצובי לחצן עם מתח של 1,5 וולט ו-3 וולט. הם מספקים בהצלחה כוח למעגל עם צריכה של כ-30 מיקרו-אמפר בקבוע או 100 מיקרו-אמפר במצבים לסירוגין.

תאי ליתיום נמצאים בשימוש נרחב בספקי כוח גיבוי למעגלי זיכרון, מכשירי מדידה ומערכות היי-טק אחרות.

בחזרה (מבוא)

קדימה (סוללות של חברות מובילות בעולם)

ראה מאמרים אחרים סעיף סוללות ומצברים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

סוללות דקות גמישות על בסיס ניקל פלואוריד 07.05.2014

ג'יימס טור (ג'יימס טור) וחבריו המדענים במעבדת אוניברסיטת רייס פיתחו סוללה גמישה ודקה במיוחד, המורכבת מאלקטרודות ניקל-פלואוריד ננו-נקביות, ש"עוטפות" את האלקטרוליט בשכבות. לדגם הקבל האלקטרוכימי המוצג על ידם עובי של 0,025 ס"מ בלבד, אך בעתיד ניתן להגדיל אותו בקלות בהתאם למטרת השימוש. זה ידרוש הוספת שכבות חדשות או הגדלת הגדלים הנוכחיים שלהן.

במהלך בדיקות של סטודנטים באוניברסיטת רייס, נבחנה בפועל פעולתה של סוללת צלחת גמישה. המכשיר, קטן בגודלו, התמודד בהצלחה עם מחזור של 10 טעינות ופריקות, ובסופו של דבר איבד 24% מהקיבולת המוצהרת שלו לפני הבדיקה. הסוללה נבדקה גם עבור 1000 מחזורי גמישות. כמובן, היו בעבר ניסיונות לפתח סוללות נטענות דקיקות כאלה, אך הקיבולת שלהן בזמן הופעתן הותירה הרבה לרצוי, והדגימה תוצאות גרועות משמעותית בהשוואה לסוללות ליתיום-יון קלאסיות.

"החומרים ששימשו בעבר ליצירת סוללות בעלות קיבולת גבוהה היו שבירים מאוד באופיים, ולכן היה לנו מאוד קשה, כמומחים, למצוא את השילוב הנכון של אלמנטים ליצירת סוללה גמישה עם מאפיינים העומדים בכל התקנים המודרניים. המעבדה עמדו לרשותה מערכות גמישות. עם זאת, בחרנו בניקל פלואוריד כחומר מבטיח יותר עם פוטנציאל גדול. המערכת עצמה היא גם סוללה המוכרת למשתמשים במכשירים ניידים ובמקביל גם קבל-על.

כל זה מאפשר לטעון ולפרוק סוללת סרט דק גמיש המבוססת על ניקל פלואוריד במהירות גבוהה מספיק ובזרם גבוה, תוך הקדשת הזמן הקצר ביותר האפשרי לכך. אבל אם אתה צריך להשתמש בסוללה כסוללה סטנדרטית לאלקטרוניקה ניידת, אז המערכת מסוגלת להיטען ולהתרוקן הרבה יותר לאט", אמר אחד ממשתתפי הפרויקט בראיון.

כדי ליצור את קבל העל, המדענים הפקידו שכבה של 900 ננומטר של ניקל פלואוריד על מצע מיוחד עם חורים מיוחדים של 5 ננומטר. לאחר מכן הוסר המצע, והאלקטרוליט ששימש במבנה בצורה של תמיסה של אשלגן הידרוקסיד באלכוהול פוליוויניל "נסחט" למבנה יחיד על ידי לוחות אלקטרודות משני הצדדים. כתוצאה מכך, מומחים מהמעבדה הצליחו להימנע מהופעת סימנים פוטנציאליים של דפורמציה של המבנה הגמיש שנוצר, והסטודנטים אישרו בפועל את ההנחה של מהימנות הפיתוח לאחר שלב הבדיקה שהושלם.

כל מה שתואר לעיל הוא מערכת אמינה במיוחד, בעלת נפח גדול, שבתורה היא פשוטה ככל האפשר ליצור מערכות סוללה חזקות מאוד. כמה חברות כבר הביעו עניין במסחור נוסף של הפרויקט, מה שיכול לתת עדיפות לשימוש בננו-סוללות כאלה באלקטרוניקה ניידת ובגאדג'טים לבישים פופולריים יותר ויותר כמו שעונים חכמים וצמידים רפואיים.

עוד חדשות מעניינות:

▪ מתאם טכוגרף דיגיטלי

▪ יצרו יתושים נגד מלריה

▪ לפענח את הגנום האנושי

▪ קביעת בשלות באמצעות רשתות עצביות

▪ SDK חדש לפיתוח מערכות בקרה מוטוריות על בסיס STM32

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר מוזיקאי. בחירת מאמרים

▪ מאמר Artful Albion. ביטוי עממי

▪ מאמר איזו מילה נחשבת לקשה ביותר לתרגום? תשובה מפורטת

▪ מאמר הרכב פונקציונלי של טלוויזיות בייג'ינג. מַדרִיך

▪ מאמר רגולטור-מייצב של תדירות הסיבוב של מנוע האספן. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר ווסת מתח טרנזיסטור. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר