Phạm vi ứng dụng của pin điện là vô cùng rộng rãi. Chúng được sử dụng làm nguồn điện trong đồ chơi trẻ em, và trong các dụng cụ điện, và như một nguồn lực kéo trong xe điện. Để sử dụng pin một cách chính xác, bạn cần biết đặc tính, điểm mạnh và điểm yếu của chúng.
Nội dung
Pin điện là gì và nó hoạt động như thế nào
Pin điện - nó có thể tái tạo nguồn năng lượng điện. Không giống như tế bào galvanic, sau khi phóng điện, nó có thể được tích điện trở lại. Về nguyên tắc, tất cả các pin được sắp xếp giống nhau và gồm một cực âm và một cực dương được đặt trong bình điện phân.
Vật liệu của các điện cực và thành phần của chất điện phân có thể khác nhau, và đây là những gì xác định các thuộc tính tiêu dùng của pin và phạm vi sử dụng của chúng.Giữa cực âm và cực dương, có thể đặt một ngăn cách điện môi xốp - một ngăn cách được tẩm chất điện phân. Nhưng nó quyết định phần lớn các đặc tính cơ học của bộ phận lắp ráp và về cơ bản không ảnh hưởng đến hoạt động của phần tử.
Nói chung, hoạt động của pin dựa trên hai sự biến đổi năng lượng:
- điện thành hóa chất khi sạc;
- hóa thành điện trong quá trình phóng điện.
Cả hai loại chuyển đổi đều dựa trên sự xảy ra của các phản ứng hóa học thuận nghịch, quá trình này được xác định bởi các chất được sử dụng trong pin. Vì vậy, trong một tế bào axit chì, phần hoạt động của cực dương được làm bằng chì điôxít, và cực âm được làm bằng chì kim loại. Các điện cực nằm trong bình điện phân axit sunfuric. Khi được phóng điện ở cực dương, chì điôxít bị khử để tạo thành chì sunfat và nước, và chì ở cực âm bị ôxy hóa thành chì sunfat. Phản ứng ngược xảy ra trong quá trình sạc. Trong pin của các thiết kế khác, các thành phần phản ứng khác nhau, nhưng nguyên tắc thì tương tự.
Các loại và các loại pin
Tính chất tiêu dùng của pin được xác định chủ yếu bởi công nghệ sản xuất của nó. Trong cuộc sống hàng ngày và công nghiệp, một số loại tế bào pin là phổ biến nhất.
Axit chì
Loại pin này được phát minh vào giữa thế kỷ 19 và vẫn có ứng dụng riêng. Ưu điểm của nó bao gồm:
- công nghệ sản xuất đơn giản, rẻ tiền và có tuổi đời hàng chục năm;
- sản lượng hiện tại cao;
- tuổi thọ dài (từ 300 đến 1000 chu kỳ sạc-xả);
- dòng tự phóng thấp nhất;
- không có hiệu ứng bộ nhớ.
Cũng có những nhược điểm.Trước hết, đây là cường độ năng lượng riêng thấp, dẫn đến tăng kích thước và trọng lượng. Cũng có hiệu suất kém ở nhiệt độ thấp, đặc biệt là dưới âm 20 ° C. Ngoài ra còn có vấn đề với việc thải bỏ - các hợp chất chì khá độc. Nhưng nhiệm vụ này phải được giải quyết cho các loại pin khác.
Mặc dù pin axit-chì đã được tối ưu hóa ở mức tối ưu, nhưng ngay cả ở đây vẫn có chỗ để cải tiến. Ví dụ, có công nghệ AGM, theo đó một vật liệu xốp tẩm chất điện phân được đặt giữa các điện cực. Điều này không ảnh hưởng đến các quá trình điện hóa của điện tích và phóng điện. Về cơ bản, điều này cải thiện các đặc tính cơ học của pin (khả năng chống rung, khả năng làm việc ở hầu hết mọi vị trí, v.v.) và phần nào tăng độ an toàn khi vận hành.
Ngoài ra, một ưu điểm đáng chú ý là hoạt động được cải thiện mà không làm mất điện dung và đầu ra dòng điện ở nhiệt độ xuống đến âm 30 ° C. Các nhà sản xuất pin AGM tuyên bố tăng dòng khởi động và nguồn.
Pin gel là một biến thể khác của pin axit-chì. Chất điện ly đặc đến trạng thái thạch. Điều này giúp loại trừ rò rỉ chất điện phân trong quá trình vận hành và loại bỏ khả năng hình thành khí. Nhưng sản lượng hiện tại có phần giảm đi, và điều này hạn chế khả năng sử dụng pin gel làm pin khởi động. Các đặc tính kỳ diệu đã được tuyên bố của những loại pin như vậy về khả năng tăng dung lượng và tăng tài nguyên là tùy thuộc vào lương tâm của các nhà tiếp thị.
Ắc quy axit-chì thường được sạc ở chế độ ổn định điện áp. Đồng thời, điện áp trên pin tăng và dòng sạc giảm. Tiêu chí để kết thúc quá trình sạc là dòng điện giảm xuống mức giới hạn đã đặt.
Nickel-cadmium
Thế kỷ của họ sắp kết thúc, và phạm vi đang dần thu hẹp lại. Hạn chế chính của họ là một hiệu ứng trí nhớ rõ rệt. Nếu bạn bắt đầu sạc lại pin Ni-Cd đã xả không hoàn toàn, thì phần tử sẽ “ghi nhớ” mức này và dung lượng được xác định thêm từ giá trị này. Một vấn đề khác là tính thân thiện với môi trường thấp. Các hợp chất cadimi độc hại tạo ra các vấn đề với việc xử lý các loại pin như vậy. Những bất lợi khác bao gồm:
- xu hướng tự phóng điện cao;
- tiêu thụ điện năng tương đối thấp.
Nhưng cũng có những điểm cộng:
- giá thấp;
- tuổi thọ dài (lên đến 1000 chu kỳ sạc-xả);
- khả năng cung cấp dòng điện cao.
Ngoài ra, những ưu điểm của loại pin này bao gồm khả năng làm việc ở nhiệt độ âm thấp.
Quá trình sạc pin Ni-Cd được thực hiện ở chế độ dòng điện một chiều. Bạn có thể sử dụng hết dung lượng bằng cách sạc lại với dòng sạc giảm dần hoặc mượt mà. Sự kết thúc của quá trình được kiểm soát bằng cách giảm điện áp tế bào.
Hiđrua kim loại niken
Được thiết kế để thay thế pin niken-cadmium. Nhiều đặc tính và tính chất tiêu dùng cao hơn Ni-Cd. Có thể loại bỏ một phần hiệu ứng trí nhớ, tăng cường độ năng lượng lên khoảng một lần rưỡi và giảm xu hướng tự phóng điện. Đồng thời, hiệu suất dòng điện cao vẫn được bảo toàn và chi phí vẫn ở mức tương đương. Vấn đề môi trường được giảm thiểu - pin được sản xuất mà không sử dụng các hợp chất độc hại. Nhưng chúng tôi đã phải trả giá cho điều này bằng nguồn tài nguyên bị giảm đáng kể (tới 5 lần) và khả năng làm việc ở nhiệt độ âm - chỉ lên đến -20 ° C so với -40 ° C đối với niken-cadmium.
Các tế bào như vậy được sạc ở chế độ dòng điện một chiều. Sự kết thúc của quá trình được kiểm soát bằng cách tăng điện áp trên mỗi phần tử lên đến 1,37 volt. Thuận lợi nhất là chế độ dòng điện xung với mức tăng âm. Điều này giúp loại bỏ ảnh hưởng của hiệu ứng bộ nhớ.
Li-ion
Pin Lithium-ion đang chiếm lĩnh thế giới. Họ di dời các loại pin khác khỏi những khu vực mà tình hình dường như không thể lay chuyển được. Tế bào Li-ion trên thực tế không có hiệu ứng nhớ (hiện tại, nhưng ở mức lý thuyết), chịu được tới 600 chu kỳ sạc-xả, cường độ năng lượng cao gấp 2-3 lần so với tỷ lệ giữa dung lượng và trọng lượng của niken-kim loại hyđrua. pin.
Xu hướng tự phóng điện trong quá trình lưu trữ cũng là tối thiểu, nhưng bạn thực sự phải trả tiền cho tất cả những điều này - loại pin như vậy đắt hơn nhiều so với loại truyền thống. Người ta có thể mong đợi việc giảm giá với sự phát triển của sản xuất, như thường lệ, nhưng những nhược điểm cố hữu khác của các loại pin như vậy - hiệu suất dòng điện giảm, không thể làm việc ở nhiệt độ âm - khó có thể được khắc phục trong khuôn khổ các công nghệ hiện có.
Cùng với nguy cơ hỏa hoạn gia tăng, điều này phần nào cản trở việc sử dụng Pin Li-ion. Cũng cần lưu ý rằng các yếu tố đó có thể bị suy thoái. Ngay cả khi chúng không được sạc và xả, bản thân tài nguyên của chúng sẽ về 0 trong 1,5 ... 2 năm lưu trữ.
Chế độ sạc thuận lợi nhất là trong hai giai đoạn. Đầu tiên, dòng điện ổn định (với điện áp tăng dần), sau đó là điện áp ổn định (với dòng điện giảm dần). Trong thực tế, giai đoạn thứ hai được thực hiện dưới dạng dòng điện sạc giảm từng bước. Thậm chí thường xuyên hơn, giai đoạn này bao gồm một giai đoạn - dòng điện ổn định chỉ đơn giản là giảm.
Đặc điểm chính của pin
Thông số đầu tiên được chú ý khi chọn pin là Điện áp định mức. Điện áp của một tế bào pin được xác định bởi các quá trình hóa lý xảy ra bên trong tế bào và phụ thuộc vào loại pin. Một ngân hàng được tính phí đầy đủ cung cấp:
- nguyên tố axit-chì - 2,1 vôn;
- niken-cađimi - 1,25 vôn;
- hiđrua kim loại niken - 1,37 vôn;
- lithium-ion - 3,7 vôn.
Để có điện áp cao hơn, các tế bào được lắp ráp thành pin. Vì vậy, đối với pin ô tô, bạn cần mắc nối tiếp 6 lon axit-chì để có được 12 volt (chính xác hơn là 12,6 V) và đối với tuốc nơ vít 18 volt - 5 lon lithium-ion mỗi lon 3,7 volt.
Tham số quan trọng thứ hai là dung tích. Xác định tuổi thọ của pin khi tải. Nó được đo bằng ampe-giờ (tích của dòng điện và thời gian). Vậy một acquy có công suất 3 A⋅h khi phóng điện với cường độ dòng điện 1 ampe trong 3 giờ, và với cường độ dòng điện 3 ampe - trong 1 giờ.
Quan trọng! Nói đúng, Dung lượng pin phụ thuộc vào hiện tại phóng điện, do đó tích của dòng điện và thời gian phóng điện ở các giá trị tải khác nhau cho một pin sẽ không giống nhau.
Và thông số quan trọng thứ ba - Cung cấp hiện tại. Đây là dòng điện tối đa mà pin có thể cung cấp. Điều quan trọng, ví dụ, đối với pin ô tô - xác định khả năng quay trục động cơ vào mùa lạnh. Ngoài ra, khả năng cung cấp dòng điện cao, tạo ra mô-men xoắn lớn, rất quan trọng, ví dụ, đối với các dụng cụ điện. Và đối với các thiết bị di động, đặc điểm này không quá quan trọng.
Các đặc tính điện và chất lượng tiêu dùng của pin phụ thuộc vào thiết kế và công nghệ sản xuất của chúng. Việc sử dụng pin đúng cách có nghĩa là sử dụng những ưu điểm của các nguồn năng lượng hóa học có thể tái tạo và san lấp những nhược điểm.
Các bài tương tự:
