Tipos de baterías populares

El dispositivo (en pocas palabras), ventajas y desventajas. Plomo-ácido, níquel-cadmio, hidruro de níquel-metal y baterías de iones de litio.

La tecnología de la batería entró silenciosa y firmemente en nuestras vidas. Teléfonos inalámbricos, teléfonos celulares, herramientas eléctricas inalámbricas, cámaras, una variedad de juguetes ... Si todo esto recibiera electricidad solo de baterías ácidas o alcalinas ordinarias, una parte significativa del presupuesto de cada familia rusa se gastaría en baterías. Por lo tanto, a menudo te sorprendes pensando: ¿cómo vivimos sin baterías domésticas?

Las pilas - Estos son dispositivos electroquímicos capaces de almacenar y emitir energía eléctrica. Sin embargo, detrás de una definición tan simple se encuentra Una amplia variedad de diseños y principios de funcionamiento de varias baterías.. La evolución y el progreso tecnológico los han afectado por completo y hoy en la industria hay baterías recargablescapaz de trabajar con la máxima potencia durante literalmente años sin recargar.

Sin embargo, el lego promedio solo está familiarizado con varios tipos de baterías. Detengámonos en ellos con más detalle.

En los sistemas de potencia a bordo de nuestros automóviles se utilizan baterías de plomo ácido de arranque. Baterías modernas Este grupo no requiere mantenimiento. El electrolito en ellos es una solución de ácido sulfúrico, y los reactivos activos son óxido de plomo y plomo en sí. Durante la descarga, los reactivos se reducen en el ánodo y el cátodo a sulfato de plomo, y una corriente eléctrica pasa a través del electrolito. Cuando se carga, se produce una reacción química inversa y la corriente fluye en la dirección opuesta.

Las baterías de automóviles se denominan baterías de arranque porque deben estar dispuestas a proporcionar una gran corriente inicial incluso en las condiciones más extremas, por ejemplo, a una temperatura ambiente de -30 grados Celsius o inferior.

Las baterías de arranque y las baterías de plomo-ácido generalmente están completamente ausentes "Efecto de memoria". Esto significa que no les importa en absoluto con qué frecuencia y en qué medida se cargan, su capacidad de carga desigual e incompleta no disminuye.

Además, las baterías de plomo-ácido se descargan por sí mismas en un grado mínimo, tienen un costo relativamente bajo y pueden soportar hasta mil ciclos de carga.

Pero al mismo tiempo, las baterías de arranque también tienen desventajas. Por ejemplo, la capacidad de una batería de plomo, referida a una unidad de su volumen y masa, es pequeña. Por lo tanto, la batería de plomo no se puede llamar compacta y ligera. Otra desventaja de este tipo de batería es el miedo a las descargas profundas. Lo óptimo para una batería de arranque será una descarga de no más de la mitad de la capacidad.

En electrodomésticos y electrodomésticos compactos industriales en general, hasta hace poco, se mantenía un liderazgo absoluto en prevalencia. baterías de níquel cadmio (Ni-Cd). Estas son pilas alcalinas, usan hidróxido de potasio como electrolito. Y las sustancias activas en ellos son cadmio e hidróxido de níquel (de ahí el nombre).

Las baterías de níquel-cadmio son únicas en su actitud hacia la descarga profunda. Les gusta y tiene un efecto beneficioso sobre la capacidad y el número de posibles ciclos de recarga. En general, una batería de níquel-cadmio es buena porque puede funcionar con energía constante durante todo el ciclo de descarga, produciendo la misma corriente.

Al igual que las baterías de plomo, las baterías de níquel y cadmio pueden soportar cambios de temperatura y están listas para una gran cantidad de ciclos de recarga.

El costo de las baterías de níquel-cadmio es ligeramente mayor que el costo de las baterías de plomo, pero no se puede decir que las primeras sean especialmente caras.

La principal desventaja de las baterías de níquel-cadmio es el pronunciado "efecto memoria". Por lo tanto, estas baterías son muy dañinas para mantenerse constantemente "cargadas" y no descargarse completamente. No se debe olvidar que el cadmio es un veneno, por lo que puede haber algunas dificultades al desechar las baterías de níquel-cadmio.

Para resolver el problema de la toxicidad del cadmio y lograr características operativas más altas, a fines de los años 80 del siglo pasado se desarrollaron baterías recargables de hidruro de níquel metal (Ni-Mh). La diferencia entre estas baterías y las baterías de níquel-cadmio es que su cátodo contiene hidrógeno absorbido (intermetálico). Las baterías de hidruro de níquel-metal son menos susceptibles al "efecto memoria", tienen una mayor capacidad específica.

Pero al mismo tiempo, estas baterías tienen un costo más alto que las baterías de cadmio, son capaces de soportar menos ciclos de carga y descarga y no pueden generar grandes corrientes durante mucho tiempo. Debido a estas deficiencias, las baterías de hidruro metálico no han podido competir con las baterías de cadmio.

Uno de los tipos de baterías más avanzados y, al mismo tiempo, populares son baterías de iones de litio. Por su parte, son livianos y un gran recurso, y la ausencia de un "efecto memoria" y autodescarga.

Dispositivo de batería de iones de litio bastante complejo: el cátodo está hecho de grafito y el ánodo está hecho de cobalto o manganeso. Durante el funcionamiento de la batería, el óxido de litio se encuentra alternativamente en el electrodo positivo o negativo.

A las desventajas de las baterías de iones de litio Se le puede atribuir, en primer lugar, su alto costo. Puede agregar a esto un pequeño rango de temperaturas de operación. Sin embargo, estas deficiencias no pueden considerarse significativas, y la producción de baterías de iones de litio está ganando impulso continuamente. Además, los tipos más modernos de baterías, como el polímero de litio, aún no se han generalizado.

Lea más sobre los tipos más modernos de baterías aquí:

Baterías de iones de litio

Baterías de gel

Tecnologías prometedoras:

Baterias de aluminio

Baterías de carbono

Baterías de grafeno

Alexander Molokov

Comments

[#1]

En Ni-MH, el intermetálico es un ánodo, no un cátodo. Cátodo de óxido de níquel.

[#3]

Dispositivo para el mantenimiento actual (desulfuración) de baterías operadas.

La batería se enfrentó al problema de la sulfatación hace unos años, el motor diesel de mi automóvil comenzó a enfriarse con frío. Con una batería cargada, el motor de arranque giraba, pero de alguna manera era lento. Revisé los materiales del Factor de batería (con su oscilograma ininteligible), el esquema de Valraven (una buena idea, pero una solución técnica analfabeta), etc. Monté un circuito simple en una placa de prueba, lo configuré con una batería para la noche y encendí el automóvil sin problemas por la mañana. T.O. Llegué al final de la temporada (no voy en invierno), pasé la primavera-verano sin problemas y en otoño conseguí una batería nueva, extendiendo la vida útil de la vieja de seis años. Llegó a las conclusiones: 1- el dispositivo es efectivo, pero débil para el tratamiento; 2- la prevención de la desulfuración es necesaria, borzh debe beberse a tiempo. Difundí el TD para repetir el dispositivo del que hablaba, todos pueden hacerlo no perezoso, no faltan todos los componentes. Mira

[#4 teta]

El artículo no está mal.Sin embargo, no se dice nada sobre el plomo VRLA AGM y las baterías de gel, que también se usan con bastante frecuencia en la vida cotidiana (por ejemplo, para sistemas de batería invertida o UPS para calderas ...)
Y, por cierto, el níquel-cadmio es actualmente 2-3 veces más caro que el plomo.

[#5 Anton]

Efecto de memoria de iones de litio

Investigadores del Instituto Suizo de Paul Scherrer, junto con colegas de Toyota Research en Japón, descubrieron que el tipo ampliamente utilizado de baterías de iones de litio sigue siendo propenso al "efecto memoria" negativo.

Como mostró el estudio, los ciclos frecuentes de carga incompleta y descarga posterior conducen a la aparición de "microefectos de la memoria" separados, que luego se resumen. Esto se debe a que la base del funcionamiento de la batería es la liberación y la recaptura de iones de litio, cuya dinámica dista mucho de ser óptima en el caso de una carga incompleta.

Durante el proceso de carga, los iones de litio dejan partículas de ferrofosfato de litio, cuyo tamaño es de decenas de micrómetros, uno tras otro. El material del cátodo comienza a separarse en partículas con diferentes contenidos de litio.

La carga de la batería se produce en un contexto de potencial electroquímico creciente. En cierto punto, alcanza su valor límite. Esto conduce a una aceleración de la liberación de los iones de litio restantes del material del cátodo, pero ya no cambian el voltaje total de la batería.

Si no está completamente cargado, entonces un cierto número de partículas cercanas al estado límite permanecerán en el cátodo. Prácticamente alcanzaron la barrera de liberación de iones de litio, pero no lograron superarla.

Durante la descarga, los iones de litio libres tienden a volver a su lugar y se recombinan con iones de ferrofosfato. Sin embargo, en la superficie del cátodo, también se encuentran con partículas en el estado límite que ya contienen litio. La recaptura se dificulta y se altera la microestructura del electrodo.

Actualmente, se están examinando dos formas de resolver el problema: realizar cambios en los algoritmos del sistema de gestión de la batería y desarrollar cátodos con un área de superficie aumentada.