इलेक्ट्रिक बॅटरी कशी कार्य करते, तिचे ऑपरेशनचे तत्त्व, प्रकार, उद्देश आणि मुख्य वैशिष्ट्ये

इलेक्ट्रिक बॅटरीच्या वापराची व्याप्ती अत्यंत विस्तृत आहे. ते विजेचे स्त्रोत म्हणून वापरले जातात मुलांची खेळणी, आणि पॉवर टूल्समध्ये आणि इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये ट्रॅक्शनचा स्रोत म्हणून. बॅटरी योग्यरित्या वापरण्यासाठी, आपल्याला त्यांचे गुणधर्म, त्यांची शक्ती आणि कमकुवतपणा माहित असणे आवश्यक आहे.

इलेक्ट्रिक बॅटरी म्हणजे काय आणि ती कशी काम करते

इलेक्ट्रिक बॅटरी - ते अक्षय आहे विद्युत उर्जेचा स्त्रोत. गॅल्व्हॅनिक पेशींच्या विपरीत, डिस्चार्ज झाल्यानंतर, ते पुन्हा चार्ज केले जाऊ शकते. तत्वतः, सर्व बॅटरी सारख्याच प्रकारे व्यवस्थित केल्या जातात आणि त्यात कॅथोड आणि इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ठेवलेल्या एनोडचा समावेश असतो.

इलेक्ट्रोडची सामग्री आणि इलेक्ट्रोलाइटची रचना भिन्न असू शकते आणि हेच बॅटरीचे ग्राहक गुणधर्म आणि त्यांची व्याप्ती निर्धारित करते.कॅथोड आणि एनोड दरम्यान, एक सच्छिद्र डायलेक्ट्रिक विभाजक घातला जाऊ शकतो - इलेक्ट्रोलाइटने गर्भित विभाजक. परंतु ते, बहुतेक भागांसाठी, असेंब्लीचे यांत्रिक गुणधर्म निर्धारित करते आणि मूलभूतपणे घटकाच्या ऑपरेशनवर परिणाम करत नाही.

सर्वसाधारणपणे, बॅटरी ऑपरेशन दोन ऊर्जा परिवर्तनांवर आधारित आहे:

• चार्जिंग करताना इलेक्ट्रिकल ते केमिकल;
• डिस्चार्ज दरम्यान विद्युत मध्ये रासायनिक.

दोन्ही प्रकारचे रूपांतरण उलट करण्यायोग्य रासायनिक अभिक्रियांच्या घटनेवर आधारित आहेत, ज्याचा कोर्स बॅटरीमध्ये वापरल्या जाणार्‍या पदार्थांद्वारे निर्धारित केला जातो. तर, लीड-ऍसिड सेलमध्ये, एनोडचा सक्रिय भाग लीड डायऑक्साइडचा बनलेला असतो आणि कॅथोड धातूच्या शिशापासून बनलेला असतो. इलेक्ट्रोड्स सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या इलेक्ट्रोलाइटमध्ये असतात. एनोडवर डिस्चार्ज केल्यावर, लीड डायऑक्साइड लीड सल्फेट आणि पाणी तयार करण्यासाठी कमी केले जाते आणि कॅथोडवरील शिशाचे लीड सल्फेटमध्ये ऑक्सीकरण केले जाते. चार्जिंग दरम्यान उलट प्रतिक्रिया होतात. इतर डिझाईन्सच्या बॅटरीमध्ये, घटक वेगळ्या पद्धतीने प्रतिक्रिया देतात, परंतु तत्त्व समान आहे.

बॅटरीचे प्रकार आणि प्रकार

बॅटरीचे ग्राहक गुणधर्म प्रामुख्याने त्याच्या उत्पादन तंत्रज्ञानाद्वारे निर्धारित केले जातात. दैनंदिन जीवनात आणि उद्योगात, अनेक प्रकारच्या बॅटरी पेशी सर्वात सामान्य आहेत.

लीड ऍसिड

या प्रकारच्या बॅटरीचा शोध 19व्या शतकाच्या मध्यभागी लागला होता, आणि अजूनही त्याचा स्वतःचा वापर आहे. त्याच्या फायद्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• साधे, स्वस्त आणि दशके जुने उत्पादन तंत्रज्ञान;
• उच्च वर्तमान आउटपुट;
• दीर्घ सेवा जीवन (300 ते 1000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रांपर्यंत);
• सर्वात कमी स्व-डिस्चार्ज वर्तमान;
• स्मृती प्रभाव नाही.

तोटे देखील आहेत.सर्व प्रथम, ही कमी विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता आहे, ज्यामुळे परिमाण आणि वजन वाढते. कमी तापमानात, विशेषत: उणे 20 डिग्री सेल्सिअस खाली खराब कामगिरी देखील आहे. विल्हेवाट लावण्यात देखील समस्या आहेत - शिसे संयुगे जोरदार विषारी असतात. पण हे कार्य इतर प्रकारच्या बॅटरीसाठी संबोधित करणे आवश्यक आहे.

लीड-ऍसिड बॅटरियां त्यांच्या इष्टतमतेनुसार अनुकूल केल्या गेल्या आहेत, तरीही येथे सुधारणेसाठी जागा आहे. उदाहरणार्थ, एजीएम तंत्रज्ञान आहे, ज्यानुसार इलेक्ट्रोलाइटसह गर्भवती केलेली छिद्रपूर्ण सामग्री इलेक्ट्रोड्सच्या दरम्यान ठेवली जाते. हे चार्ज आणि डिस्चार्जच्या इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रियेवर परिणाम करत नाही. मूलभूतपणे, हे बॅटरीची यांत्रिक वैशिष्ट्ये सुधारते (कंपनाचा प्रतिकार, जवळजवळ कोणत्याही स्थितीत काम करण्याची क्षमता इ.) आणि काही प्रमाणात ऑपरेशनची सुरक्षितता वाढवते.

तसेच उणे ३० डिग्री सेल्सिअस तापमानात कॅपॅसिटन्स आणि वर्तमान आउटपुट न गमावता ऑपरेशन सुधारणे हा एक लक्षणीय फायदा आहे. एजीएम बॅटरीचे उत्पादक प्रारंभ करंट आणि संसाधनामध्ये वाढ झाल्याचा दावा करतात.

जेल बॅटरी हे लीड-ऍसिड बॅटरीचे आणखी एक बदल आहेत. इलेक्ट्रोलाइट जेली स्थितीत जाड होतो. हे ऑपरेशन दरम्यान इलेक्ट्रोलाइटच्या गळतीचे अपवर्जन साध्य करते आणि वायू तयार होण्याची शक्यता काढून टाकते. परंतु सध्याचे आउटपुट काहीसे कमी झाले आहे आणि यामुळे स्टार्टर बॅटरी म्हणून जेल बॅटरी वापरण्याची शक्यता मर्यादित होते. वाढीव क्षमता आणि वाढीव संसाधनाच्या बाबतीत अशा बॅटरीचे घोषित चमत्कारी गुणधर्म मार्केटर्सच्या विवेकबुद्धीवर आहेत.

लीड-ऍसिड बॅटरी सामान्यतः व्होल्टेज स्थिरीकरण मोडमध्ये चार्ज केल्या जातात. त्याच वेळी, बॅटरीवरील व्होल्टेज वाढते आणि चार्जिंग चालू कमी होते. चार्जिंग प्रक्रियेच्या समाप्तीचा निकष सेट मर्यादेपर्यंत वर्तमान घसरण आहे.

निकेल-कॅडमियम

त्यांचे शतक संपुष्टात येत आहे, आणि व्याप्ती हळूहळू कमी होत आहे. त्यांचा मुख्य दोष हा एक स्पष्ट मेमरी प्रभाव आहे. जर तुम्ही अपूर्ण डिस्चार्ज केलेली Ni-Cd बॅटरी रिचार्ज करण्यास सुरुवात केली, तर घटक हा स्तर “लक्षात ठेवतो” आणि या मूल्यावरून क्षमता पुढे निश्चित केली जाते. दुसरी समस्या कमी पर्यावरण मित्रत्व आहे. विषारी कॅडमियम संयुगे अशा बॅटरीच्या विल्हेवाटीत समस्या निर्माण करतात. इतर तोट्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• स्वत: ची डिस्चार्ज करण्याची उच्च प्रवृत्ती;
• तुलनेने कमी वीज वापर.

परंतु त्याचे फायदे देखील आहेत:

• कमी किंमत;
• दीर्घ सेवा जीवन (1000 चार्ज-डिस्चार्ज सायकल पर्यंत);
• उच्च प्रवाह वितरीत करण्याची क्षमता.

तसेच, अशा बॅटरीच्या फायद्यांमध्ये कमी नकारात्मक तापमानात काम करण्याची क्षमता समाविष्ट आहे.

Ni-Cd सेलचे चार्जिंग डायरेक्ट करंट मोडमध्ये केले जाते. चार्जिंग करंटमध्ये गुळगुळीत किंवा टप्प्याटप्प्याने कमी करून रिचार्ज करून तुम्ही क्षमता पूर्णपणे वापरू शकता. सेल व्होल्टेज कमी करून प्रक्रियेचा शेवट नियंत्रित केला जातो.

निकेल मेटल हायड्राइड

निकेल-कॅडमियम बॅटरी बदलण्यासाठी डिझाइन केलेले. अनेक वैशिष्ट्ये आणि ग्राहक गुणधर्म Ni-Cd पेक्षा जास्त आहेत. अंशतः स्मृती प्रभावापासून मुक्त होणे, उर्जेची तीव्रता सुमारे दीड पटीने वाढवणे आणि स्व-स्त्राव होण्याची प्रवृत्ती कमी करणे शक्य होते. त्याच वेळी, उच्च वर्तमान कार्यक्षमता जतन केली गेली आणि किंमत अंदाजे समान पातळीवर राहिली. पर्यावरणीय समस्या कमी केली जाते - विषारी संयुगे वापरल्याशिवाय बॅटरी तयार केल्या जातात. परंतु आम्हाला यासाठी लक्षणीय घटलेल्या संसाधनासह (5 पट पर्यंत) आणि नकारात्मक तापमानात काम करण्याची क्षमता - निकेल-कॅडमियमसाठी -20 डिग्री सेल्सियस विरूद्ध -40 डिग्री सेल्सियस पर्यंत पैसे द्यावे लागले.

अशा पेशी थेट वर्तमान मोडमध्ये चार्ज केल्या जातात. प्रत्येक घटकावरील व्होल्टेज 1.37 व्होल्टपर्यंत वाढवून प्रक्रियेचा शेवट नियंत्रित केला जातो. नकारात्मक सर्जसह स्पंदित वर्तमान मोड सर्वात अनुकूल आहे. यामुळे मेमरी इफेक्टचा प्रभाव दूर होतो.

लि-आयन

लिथियम-आयन बॅटरी जगाचा ताबा घेत आहेत. ज्या ठिकाणी परिस्थिती अचल वाटत होती त्या भागातून ते इतर प्रकारच्या बॅटरी विस्थापित करतात. ली-आयन पेशींवर व्यावहारिकरित्या स्मृती प्रभाव नसतो (ते उपस्थित आहे, परंतु सैद्धांतिक स्तरावर), 600 चार्ज-डिस्चार्ज सायकलपर्यंत टिकून राहतात, उर्जेची तीव्रता निकेल-मेटल हायड्राइडच्या क्षमता आणि वजनाच्या गुणोत्तरापेक्षा 2-3 पट जास्त असते. बॅटरी

स्टोरेज दरम्यान सेल्फ-डिस्चार्ज करण्याची प्रवृत्ती देखील कमी आहे, परंतु आपल्याला या सर्व गोष्टींसाठी अक्षरशः पैसे द्यावे लागतील - अशा बॅटरी पारंपारिक बॅटरीपेक्षा खूप महाग आहेत. उत्पादनाच्या विकासासह किंमती कमी होण्याची अपेक्षा केली जाऊ शकते, जसे की सामान्यतः परिस्थिती असते, परंतु अशा बॅटरीचे इतर अंतर्निहित तोटे - वर्तमान कार्यक्षमता कमी करणे, नकारात्मक तापमानात काम करण्यास असमर्थता - विद्यमान तंत्रज्ञानाच्या चौकटीत मात करणे अशक्य आहे.

आगीच्या वाढीव धोक्यासोबत, हे काही प्रमाणात वापरात अडथळा आणते ली-आयन बॅटरी. हे देखील लक्षात घेतले पाहिजे की अशा घटकांचा ऱ्हास होतो. जरी ते चार्ज आणि डिस्चार्ज केलेले नसले तरीही, त्यांचे संसाधन स्वतः 1.5 ... 2 वर्षांच्या स्टोरेजमध्ये शून्यावर जाते.

सर्वात अनुकूल चार्जिंग मोड दोन टप्प्यात आहे. प्रथम, एक स्थिर विद्युत् प्रवाह (सुरळीतपणे वाढत्या व्होल्टेजसह), नंतर एक स्थिर व्होल्टेज (सुरळीतपणे कमी होत असलेल्या प्रवाहासह). सराव मध्ये, दुसरा टप्पा चरणबद्ध कमी चार्जिंग करंटच्या स्वरूपात लागू केला जातो. त्याहूनही अधिक वेळा, या टप्प्यात एक टप्पा असतो - स्थिर प्रवाह फक्त कमी होतो.

बॅटरीची मुख्य वैशिष्ट्ये

बॅटरी निवडताना ज्याकडे लक्ष दिले जाते ते पहिले पॅरामीटर आहे प्रस्थापित दराचा विद्युतदाब. एका बॅटरी सेलचा व्होल्टेज सेलच्या आत होणाऱ्या भौतिक-रासायनिक प्रक्रियेद्वारे निर्धारित केला जातो आणि बॅटरीच्या प्रकारावर अवलंबून असतो. एक पूर्ण चार्ज केलेली बँक देते:

• लीड-ऍसिड घटक - 2.1 व्होल्ट;
• निकेल-कॅडमियम - 1.25 व्होल्ट;
• निकेल मेटल हायड्राइड - 1.37 व्होल्ट;
• लिथियम-आयन - 3.7 व्होल्ट.

उच्च व्होल्टेज मिळविण्यासाठी, पेशी बॅटरीमध्ये एकत्र केल्या जातात. तर, कारच्या बॅटरीसाठी, तुम्हाला 12 व्होल्ट (अधिक तंतोतंत, 12.6 V) मिळविण्यासाठी मालिकेत 6 लीड-अॅसिड कॅन जोडणे आवश्यक आहे, आणि 18-व्होल्ट स्क्रू ड्रायव्हरसाठी - प्रत्येकी 3.7 व्होल्टचे 5 लिथियम-आयन कॅन.

दुसरा महत्त्वाचा पॅरामीटर आहे क्षमता. लोड अंतर्गत बॅटरीचे आयुष्य निर्धारित करते. हे अँपिअर-तास (वर्तमान आणि वेळेचे उत्पादन) मध्ये मोजले जाते. तर, 3 A⋅h क्षमतेची बॅटरी 1 अँपिअरच्या करंटसह डिस्चार्ज केल्यावर 3 तासांत आणि 3 अँपिअरच्या विद्युत् प्रवाहासह - 1 तासात डिस्चार्ज होईल.

महत्वाचे! स्पष्टच बोलायचं झालं तर, बॅटरी क्षमता वर्तमान वर अवलंबून आहे डिस्चार्ज, म्हणून एका बॅटरीसाठी भिन्न लोड मूल्यांवर वर्तमान आणि डिस्चार्ज वेळेचे उत्पादन समान नसेल.

आणि तिसरा महत्त्वाचा पॅरामीटर - वर्तमान पुरवठा. ही बॅटरी वितरीत करू शकणारी कमाल करंट आहे. हे महत्वाचे आहे, उदाहरणार्थ, साठी ऑटोमोटिव्ह बॅटरी - थंड हंगामात मोटर शाफ्ट वळवण्याची शक्यता निर्धारित करते. तसेच, उच्च विद्युत् प्रवाह वितरीत करण्याची क्षमता, उच्च टॉर्क तयार करणे, महत्वाचे आहे, उदाहरणार्थ, पॉवर टूल्ससाठी. आणि मोबाइल गॅझेटसाठी, हे वैशिष्ट्य इतके महत्त्वाचे नाही.

बॅटरीचे विद्युत गुणधर्म आणि ग्राहक गुण त्यांच्या डिझाइन आणि उत्पादन तंत्रज्ञानावर अवलंबून असतात. बॅटरीचा योग्य वापर म्हणजे अक्षय रासायनिक उर्जा स्त्रोतांचे फायदे वापरणे आणि तोटे समतल करणे.

तत्सम लेख: