Батерейны ертөнц - 3-р хэсэг

Орчин үеийн батерейны түүх XNUMX-р зуунаас эхэлсэн бөгөөд өнөөдөр ашиглагдаж буй ихэнх загвар нь энэ зуунаас гаралтай. Энэ нөхцөл байдал нь нэг талаас тухайн үеийн эрдэмтдийн маш сайн санаа, нөгөө талаас шинэ загвар боловсруулахад тулгарч буй бэрхшээлүүдийг гэрчилж байна.

Цөөн хэдэн зүйл маш сайн байдаг тул тэдгээрийг сайжруулах боломжгүй юм. Энэ дүрэм нь батерейнд бас хамаатай - XNUMX-р зууны загварууд нь одоогийн хэлбэрээ авах хүртлээ олон удаа боловсронгуй болсон. Энэ нь мөн хамаарна Лекланш эсүүд.

Сайжруулах холбоос

Францын химичийн загвар өөрчлөгдсөн Карл Гаснер үнэхээр хэрэгтэй загвар болгон: үйлдвэрлэхэд хямд, хэрэглэхэд аюулгүй. Гэсэн хэдий ч асуудал байсаар байсан - элементийн цайрын бүрээс нь савыг дүүргэсэн хүчиллэг электролиттэй харьцах үед зэвэрч, түрэмгий бодис цацагдах нь тэжээгддэг төхөөрөмжийг идэвхгүй болгож болзошгүй юм. Шийдвэр болсон нэгдэл цайрын биеийн дотоод гадаргуу (мөнгөн усны бүрээс).

Цайрын амальгам нь хүчилтэй бараг урвалд ордоггүй боловч цэвэр металлын бүх цахилгаан химийн шинж чанарыг хадгалдаг. Гэсэн хэдий ч байгаль орчны зохицуулалтын улмаас эсийн амьдралыг уртасгах энэ аргыг бага ба бага ашигладаг (мөнгөн усгүй эсүүд дээр та бичээсийг олж болно) (1).

2. Шүлтлэг эсийн зохион байгуулалт: 1) хайрцаг (катодын хар тугалга), 2) манганы давхар исэл агуулсан катод, 3) электрод тусгаарлагч, 4) KOH болон цайрын тоос агуулсан анод, 5) анодын терминал, 6) эсийн битүүмжлэл (электродын тусгаарлагч) . .

Эсийн урт наслалт, амьдралыг нэмэгдүүлэх өөр нэг арга бол нэмэх явдал юм цайрын хлорид ZnCl₂ аяга дүүргэх зуурмагийн хувьд. Энэ загварын эсүүдийг ихэвчлэн Хүнд даацын гэж нэрлэдэг ба (нэрээр нь) илүү эрчим хүч шаарддаг төхөөрөмжүүдийг тэжээхэд зориулагдсан байдаг.

Нэг удаагийн батерейны салбарт гарсан нээлт бол 1955 онд баригдсан барилга юм шүлтлэг эс. Канадын инженерийн шинэ бүтээл Льюис Урри, одоогийн Energizer компанийн хэрэглэж байгаа бүтэц нь Leclanchet cell-ээс арай өөр бүтэцтэй.

Нэгдүгээрт, та тэнд графит катод эсвэл цайрын аяга олохгүй. Хоёр электрод нь нойтон, тусгаарлагдсан зуурмаг хэлбэрээр хийгдсэн (өтгөрүүлэгч ба урвалж: катод нь манганы давхар исэл ба бал чулуу, цайрын тоосны анод нь калийн гидроксидын хольцоос бүрдэнэ), тэдгээрийн терминалууд нь металлаар хийгдсэн ( 2). Гэсэн хэдий ч үйл ажиллагааны явцад үүсэх урвалууд нь Лекланчетын эсэд тохиолддог урвалуудтай маш төстэй байдаг.

Даалгавар. Шүлтлэг эсэд "химийн задлан шинжилгээ" хийж, агууламж нь үнэхээр шүлтлэг болохыг олж мэдээрэй (3). Leclanchet үүрийг задлахад мөн адил урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээ авна гэдгийг санаарай. Шүлтлэг эсийг хэрхэн тодорхойлохыг Батерейны кодын талбараас харна уу.

3. Шүлтлэг эсийн "хэсэг" нь шүлтийн агууламжийг баталгаажуулдаг.

Гэрийн батерей

4. Дотоодын Ni-MH болон Ni-Cd батерейнууд.

Хэрэглэсний дараа цэнэглэх боломжтой эсүүд нь цахилгаан эрчим хүчний шинжлэх ухаан хөгжиж эхэлснээс хойш дизайнеруудын зорилго байсаар ирсэн тул тэдгээрийн олон төрөл байдаг.

Одоогийн байдлаар жижиг гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийг тэжээхэд ашигладаг загваруудын нэг юм никель-кадми батерей. Тэдний анхны загвар нь 1899 онд Шведийн зохион бүтээгч үүнийг хийх үед гарч ирэв. Эрнст Жунгнер автомашины үйлдвэрлэлд аль хэдийн өргөн хэрэглэгдэж байсан батерейтай өрсөлдөхүйц никель-кадми батерейны патент авах хүсэлт гаргасан. хар тугалганы хүчлийн зай.

Эсийн анод нь кадми, катод нь гурвалсан никелийн нэгдэл, электролит нь калийн гидроксидын уусмал (орчин үеийн "хуурай" загварт KOH уусмалаар ханасан өтгөрүүлэгчийн нойтон зуурмаг) юм. Ni-Cd батерейнууд (энэ бол тэдгээрийн тэмдэглэгээ) нь ойролцоогоор 1,2 В хүчдэлтэй байдаг - энэ нь нэг удаагийн зайтай харьцуулахад бага боловч ихэнх хэрэглээнд асуудал биш юм. Том давуу тал нь ихээхэн хэмжээний гүйдэл (хэдхэн ампер) ба өргөн хүрээний ажлын температурыг ашиглах чадвар юм.

5. Цэнэглэхээсээ өмнө янз бүрийн төрлийн батерейнд тавигдах шаардлагыг шалгана уу.

Никель-кадми батерейны сул тал нь ачаалал ихтэй "санах ойн нөлөө" юм. Энэ нь хэсэгчлэн цэнэггүй болсон Ni-Cd батерейг байнга цэнэглэх үед тохиолддог: систем нь түүний хүчин чадал нь зөвхөн цэнэглэснээр цэнэглэгдсэн цэнэгтэй тэнцүү юм шиг ажилладаг. Зарим төрлийн цэнэглэгчийн хувьд тусгай горимд эсийг цэнэглэх замаар "санах ойн нөлөө" -ийг бууруулж болно.

Тиймээс цэнэггүй болсон никель-кадми батерейг бүрэн циклээр цэнэглэх ёстой: эхлээд бүрэн цэнэггүй (тохирох цэнэглэгчийн функцийг ашиглан), дараа нь дахин цэнэглэнэ. Тогтмол цэнэглэх нь 1000-1500 циклийн тооцоолсон ашиглалтын хугацааг бууруулдаг (энэ олон тооны нэг удаагийн зайг ашиглалтын хугацаанд нэг батерейгаар солих тул өндөр худалдан авалтын зардал нь өөрийгөө хэд дахин нөхөх бөгөөд батерейны ачаалал багасна. ). эсийг үйлдвэрлэх, устгах орчин).

Хорт кадми агуулсан Ni-Cd элементүүдийг сольсон никель-металл гидридын батерей (Ni-MH тэмдэглэгээ). Тэдний бүтэц нь Ni-Cd батерейтай төстэй боловч кадмигийн оронд устөрөгчийг шингээх чадвартай сүвэрхэг металлын хайлш (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, газрын ховор металл) ашигладаг (4). Ni-MH эсийн ажиллах хүчдэл нь мөн ойролцоогоор 1,2 В бөгөөд энэ нь тэдгээрийг NiCd батерейтай сольж ашиглах боломжийг олгодог. Никель металл гидридын эсийн багтаамж нь ижил хэмжээтэй никель кадми эсүүдийн багтаамжаас их байдаг. Гэсэн хэдий ч, NiMH системүүд нь өөрөө хурдан ялгардаг. Энэ сул талгүй орчин үеийн загварууд аль хэдийн байдаг боловч стандарт загвараас хамаагүй өндөр өртөгтэй байдаг.

Никель-металл гидридын батерей нь "санах ойн нөлөө" үзүүлэхгүй (хэсэгчилсэн цэнэггүй эсүүдийг цэнэглэж болно). Гэсэн хэдий ч цэнэглэгчийн зааварт (5) төрөл бүрийн цэнэглэх шаардлагыг үргэлж шалгаж байх шаардлагатай.

Ni-Cd ба Ni-MH батерейны хувьд бид тэдгээрийг задлахыг зөвлөдөггүй. Нэгдүгээрт, бид тэднээс ашигтай зүйл олохгүй. Хоёрдугаарт, никель, кадми нь аюулгүй элемент биш юм. Шаардлагагүй эрсдэлд орох хэрэггүй бөгөөд устгалыг бэлтгэгдсэн мэргэжилтнүүдэд даатга.

Аккумляторын хаан, өөрөөр хэлбэл...

6. Ажил дээрээ "Батерейны хаан".

… Хар тугалганы хүчлийн зай, 1859 онд Францын физикч барьсан Гастон Плантего (тиймээ, тийм ээ, төхөөрөмж энэ жил 161 нас хүрнэ!). Зайны электролит нь ойролцоогоор 37% хүхрийн хүчил (VI) уусмал бөгөөд электродууд нь хар тугалга (анод) ба хар тугалганы давхар исэл PbO давхаргаар бүрсэн хар тугалга юм.₂ (катод). Ашиглалтын явцад электродууд дээр хар тугалга (II) (II) PbSO сульфатын тунадас үүсдэг.₄. Цэнэглэх үед нэг үүр нь 2 вольтоос дээш хүчдэлтэй байдаг.

хар тугалгатай зай Энэ нь үнэндээ бүх сул талуудтай: их хэмжээний жин, гадагшлуулах мэдрэмж, бага температур, цэнэглэгдсэн төлөвт хадгалах хэрэгцээ, түрэмгий электролитийн алдагдал, хортой металл ашиглах эрсдэл. Үүнээс гадна болгоомжтой харьцах шаардлагатай: электролитийн нягтыг шалгах, камерт ус нэмэх (зөвхөн нэрмэл эсвэл ионгүйжүүлсэн ашиглах), хүчдэлийн хяналт (нэг камерт 1,8 В-оос доош унах нь электродыг гэмтээж болзошгүй) болон тусгай цэнэглэх горим.

Тэгвэл яагаад эртний байгууламжийг ашигласаар байна вэ? "Аккумляторуудын хаан" нь жинхэнэ захирагчийн шинж чанар болох хүч чадалтай. Өндөр гүйдлийн хэрэглээ, 75% хүртэлх эрчим хүчний өндөр үр ашигтай байдал (цэнэглэхэд зарцуулсан эрчим хүчийг ашиглалтын явцад олж авах боломжтой), түүнчлэн энгийн загвар, үйлдвэрлэлийн өртөг багатай гэсэн үг юм. хар тугалгатай зай Энэ нь зөвхөн дотоод шаталтат хөдөлгүүрийг эхлүүлэхэд төдийгүй яаралтай цахилгаан хангамжийн элемент болгон ашигладаг. 160 жилийн түүхтэй хэдий ч хар тугалганы батерей нь сайн ажиллаж байгаа бөгөөд бусад төрлийн төхөөрөмжүүдээр солигдоогүй байна (мөн үүнтэй хамт хар тугалга нь батерейны ачаар хамгийн их хэмжээгээр үйлдвэрлэсэн металлуудын нэг юм) . Дотоод шаталтат хөдөлгүүрт суурилсан моторжуулалт үргэлжлэн хөгжиж байгаа цагт түүний байрлалд аюул заналхийлдэггүй (6).

Зохион бүтээгчид хар тугалганы хүчлийн зайг орлуулах оролдлого хийхээ зогсоосонгүй. Зарим загвар нь алдартай болсон бөгөөд өнөөг хүртэл автомашины үйлдвэрлэлд ашиглагдаж байна. XNUMX, XNUMX-р зууны төгсгөлд H уусмалыг ашиглаагүй загварууд бий болсон.₂SO₄харин шүлтлэг электролит. Жишээ нь дээр үзүүлсэн Эрнст Жунгнерийн никель-кадми зай юм. 1901 онд Томас Алва Эдисон загвараа өөрчилснөөр кадмигийн оронд төмрийг ашигласан. Хүчиллэг батерейтай харьцуулахад шүлтлэг батерей нь хамаагүй хөнгөн, бага температурт ажиллах чадвартай, ажиллахад тийм ч хэцүү биш юм. Гэсэн хэдий ч тэдний үйлдвэрлэл илүү үнэтэй, эрчим хүчний хэмнэлт бага байдаг.

Тэгэхээр, дараа нь юу вэ?

Мэдээжийн хэрэг, батерейны талаархи нийтлэлүүд асуултуудыг шавхдаггүй. Жишээлбэл, тооны машин, компьютерийн эх хавтан гэх мэт гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийг тэжээхэд ашигладаг лити эсүүдийн талаар тэд ярилцдаггүй. Та өнгөрсөн жилийн химийн Нобелийн шагналын тухай XNUMX-р сарын нийтлэлээс тэдний талаар илүү ихийг мэдэж болно, практик хэсэгт - нэг сарын дараа (нураах, туршлагыг оруулаад).

Эсүүд, ялангуяа батерейны хувьд сайн ирээдүй бий. Дэлхий улам бүр хөдөлгөөнт болж байгаа нь цахилгааны кабелиас хараат бус байх шаардлагатай гэсэн үг юм. Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн эрчим хүчний үр ашигтай хангамжийг хангах нь бас том асуудал юм. - Ингэснээр тэд дотоод шаталтат хөдөлгүүртэй машинуудтай үр ашгийн хувьд өрсөлдөх боломжтой.

аккумляторын зай

Эсийн төрлийг тодорхойлоход хялбар болгохын тулд тусгай үсэг, тоон кодыг нэвтрүүлсэн. Манай гэрт хамгийн түгээмэл байдаг жижиг цахилгаан хэрэгслийн төрлүүдийн хувьд энэ нь тоо-үсэг-үсэг-тоо гэсэн хэлбэртэй байна.

Тэгээд тийм:

- эхний цифр нь нүдний тоо; нэг эсийн хувьд үл тоомсорлодог;

– эхний үсэг нь эсийн төрлийг заана. Энэ нь байхгүй бол та Leclanche холбоостой харьцаж байна. Бусад эсийн төрлийг дараах байдлаар тэмдэглэв.

C - лити эс (хамгийн түгээмэл төрөл),

H - Ni-MH батерей,

K - никель-кадми зай,

L - шүлтлэг эс;

- дараах үсэг нь холбоосын хэлбэрийг заана.

F - таваг,

R - цилиндр хэлбэртэй,

P - цилиндрээс өөр хэлбэртэй холбоосуудын ерөнхий тэмдэглэгээ;

- эцсийн зураг эсвэл тоонууд нь холбоосын хэмжээг заана (каталогийн утга эсвэл хэмжээсийг шууд зааж өгсөн) (7).

7. Алдартай эс ба батерейны хэмжээс.

Тэмдэглэгээний жишээ:

R03
- жижигхэн хурууны хэмжээтэй цайр-графит эс. Өөр нэг тэмдэглэгээ нь AAA эсвэл.

LR6 - хурууны хэмжээтэй шүлтлэг эс. Өөр нэг тэмдэглэгээ нь АА эсвэл.

HR14 - Ni-MH батерей; С үсгийг мөн хэмжээг зааж өгөхөд ашигладаг.

KR20 – Ni-Cd зай, хэмжээ нь мөн D үсгээр тэмдэглэгдсэн байдаг.

3LR12 хувилбартай – гурван цилиндр хэлбэртэй шүлтлэг эсээс бүрдэх 4,5 В хүчдэлтэй хавтгай батерей.

6F22 - 9 вольтын зай, зургаан Leclanchet хавтгай эсээс бүрдэнэ.

CR2032 – 20 мм диаметртэй, 3,2 мм зузаантай лити эс.

Мөн үзнэ үү: