Mundo da batería - parte 3

A historia das pilas modernas comeza no século XIX, a partir deste século orixínanse a maioría dos deseños que se usan na actualidade. Esta situación testemuña, por unha banda, as excelentes ideas dos científicos daquela época, e, por outra, as dificultades que xorden no desenvolvemento de novos modelos.

Poucas cousas son tan boas que non se poidan mellorar. Esta regra tamén se aplica ás baterías: os modelos do século XNUMX foron refinados moitas veces ata que adoptaron a súa forma actual. Isto tamén se aplica a Células de Leclanche.

Ligazón para mellorar

O deseño do químico francés foi cambiado Carl Gasner nun modelo realmente útil: barato de fabricar e seguro de usar. Non obstante, aínda había problemas: o revestimento de cinc do elemento corroíase ao entrar en contacto co electrólito ácido que encheu a cunca e salpicar contidos agresivos podería desactivar o dispositivo alimentado. A decisión converteuse fusión a superficie interna do corpo de zinc (revestimento de mercurio).

A amalgama de zinc practicamente non reacciona cos ácidos, pero conserva todas as propiedades electroquímicas do metal puro. Non obstante, debido á normativa ambiental, este método de prolongación da vida útil das células úsase cada vez menos (en células sen mercurio, podes atopar a inscrición ou) (1).

2. Disposición das celas alcalinas: 1) caixa (chubo do cátodo), 2) cátodo que contén dióxido de manganeso, 3) separador de electrodos, 4) ánodo que contén KOH e po de cinc, 5) terminal do ánodo, 6) selado da cela (illante de electrodos). .

Outra forma de aumentar a lonxevidade celular e a vida é engadir cloruro de cinc ZnCl₂ para pasta de recheo de vasos. As celas deste deseño adoitan denominarse Heavy Duty e (como o nome indica) están deseñadas para alimentar dispositivos que consumen máis enerxía.

Un avance no campo das pilas desbotables foi a construción en 1955 de célula alcalina. Invención dun enxeñeiro canadense Lewis Urry, utilizada pola actual empresa Energizer, ten unha estrutura lixeiramente diferente á da célula Leclanchet.

En primeiro lugar, non atoparás un cátodo de grafito ou unha cunca de cinc alí. Ambos electrodos están feitos en forma de pastas húmidas e separadas (espessantes máis reactivos: o cátodo consiste nunha mestura de dióxido de manganeso e grafito, o ánodo de po de cinc cunha mestura de hidróxido de potasio) e os seus terminais están feitos de metal ( 2). Non obstante, as reaccións que se producen durante a operación son moi similares ás que ocorren na célula de Leclanchet.

Unha tarefa. Realice unha "autopsia química" nunha célula alcalina para descubrir que o contido é realmente alcalino (3). Lembra que as mesmas precaucións se aplican ao desmantelamento da cela de Leclanchet. Consulte o campo Código de batería para saber como identificar unha pila alcalina.

3. A "sección" da célula alcalina confirma o contido de álcali.

Pilas caseiras

4. Baterías domésticas Ni-MH e Ni-Cd.

As células que se poden recargar despois do seu uso foron o obxectivo dos deseñadores desde o inicio do desenvolvemento da ciencia da electricidade, de aí os moitos tipos delas.

Actualmente, un dos modelos utilizados para alimentar pequenos electrodomésticos son baterías de níquel-cadmio. O seu prototipo apareceu en 1899 cando un inventor sueco o fixo. Ernst Jungner solicitou unha patente para unha batería de níquel-cadmio que podería competir con baterías xa moi utilizadas na industria do automóbil. batería de plomo ácido.

O ánodo da cela é cadmio, o cátodo é un composto de níquel trivalente, o electrólito é unha solución de hidróxido de potasio (nos deseños modernos "secos", unha pasta húmida de espesantes saturada cunha solución de KOH). As baterías de Ni-Cd (esta é a súa designación) teñen unha tensión de funcionamento de aproximadamente 1,2 V - isto é menor que a das células desbotables, o que, con todo, non é un problema para a maioría das aplicacións. A gran vantaxe é a capacidade de consumir corrente significativa (mesmo uns poucos amperios) e unha ampla gama de temperaturas de funcionamento.

5. Comprobe os requisitos dos diferentes tipos de baterías antes de cargalas.

A desvantaxe das baterías de níquel-cadmio é un gravoso "efecto memoria". Isto ocorre cando se recargan con frecuencia baterías de Ni-Cd parcialmente descargadas: o sistema compórtase coma se a súa capacidade só fose igual á carga que se recarga coa recarga. Nalgúns tipos de cargadores, o "efecto memoria" pódese reducir cargando as células nun modo especial.

Polo tanto, as baterías de níquel-cadmio descargadas deben cargarse nun ciclo completo: primeiro completamente descargadas (utilizando a función de cargador adecuada) e despois recargadas. A recarga frecuente tamén reduce a vida útil estimada de 1000-1500 ciclos (que moitas células desbotables serán substituídas por unha soa batería durante a súa vida útil, polo que o maior custo de compra pagarase por si mesmo moitas veces, sen esquecer moito menos tensión na batería). ). ambiente coa produción e eliminación de células).

Substituíronse os elementos Ni-Cd que conteñen cadmio tóxico baterías de níquel-hidruro metálico (Denominación Ni-MH). A súa estrutura é semellante ás baterías Ni-Cd, pero en lugar do cadmio utilízase unha aliaxe metálica porosa (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, metais de terras raras) con capacidade para absorber hidróxeno (4). A tensión de funcionamento da pila de Ni-MH tamén é de aproximadamente 1,2 V, o que permite que se utilicen indistintamente con baterías de NiCd. A capacidade das células de hidruro metálico de níquel é maior que a das células de níquel-cadmio do mesmo tamaño. Non obstante, os sistemas NiMH autodescárganse máis rápido. Xa hai deseños modernos que non teñen este inconveniente, pero custan moito máis que os modelos estándar.

As baterías de níquel-hidruro metálico non presentan un "efecto memoria" (as células parcialmente descargadas pódense recargar). Non obstante, sempre é necesario comprobar os requisitos de carga de cada tipo nas instrucións do cargador (5).

No caso das baterías Ni-Cd e Ni-MH, non recomendamos desmontalas. En primeiro lugar, non atoparemos nada útil neles. En segundo lugar, o níquel e o cadmio non son elementos seguros. Non corre riscos innecesariamente e deixa a disposición de profesionais formados.

O rei dos acumuladores, é dicir...

6. "Rei das pilas" no traballo.

… Batería de chumbo-ácido, construído en 1859 por un físico francés Gastón Plantego (si, si, este ano o dispositivo cumprirá 161 anos!). O electrólito da batería é un 37% de solución de ácido sulfúrico (VI) e os electrodos son chumbo (ánodo) e chumbo recubertos cunha capa de dióxido de chumbo PbO.₂ (cátodo). Durante a operación, fórmase un precipitado de sulfato de chumbo(II)(II)PbSO nos electrodos₄. Cando se carga, unha célula ten unha tensión de máis de 2 voltios.

batería de plomo en realidade ten todas as desvantaxes: peso importante, sensibilidade á descarga e ás baixas temperaturas, a necesidade de almacenar en estado cargado, o risco de fugas de electrólitos agresivos e o uso de metal tóxico. Ademais, require un manexo coidadoso: comprobando a densidade do electrólito, engadindo auga ás cámaras (use só destilada ou desionizada), control de voltaxe (caer por debaixo de 1,8 V nunha cámara pode danar os electrodos) e un modo de carga especial.

Entón, por que a antiga estrutura aínda está en uso? O "Rei dos acumuladores" ten o que é un atributo dun verdadeiro gobernante: o poder. Un alto consumo de corrente e unha alta eficiencia enerxética de ata o 75% (esta cantidade de enerxía utilizada para cargar pode ser recuperada durante o funcionamento), así como un deseño sinxelo e un baixo custo de produción, fan que batería de plomo Utilízase non só para arrancar motores de combustión interna, senón tamén como elemento de subministración de enerxía de emerxencia. A pesar de 160 anos de historia, a batería de chumbo segue ben e non foi suplantada por outro tipo destes dispositivos (e con el o propio chumbo que, grazas á batería, é un dos metais que se producen en maior cantidade) . Mentres siga desenvolvéndose a motorización baseada en motores de combustión interna, probablemente a súa posición non se vexa ameazada (6).

Os inventores non deixaron de tentar crear un substituto para a batería de chumbo-ácido. Algúns dos modelos fixéronse populares e aínda se usan na industria do automóbil hoxe en día. A principios dos séculos XIX e XX creáronse deseños nos que non se utilizaba a solución H.₂SO₄pero electrólitos alcalinos. Un exemplo é a batería de níquel-cadmio de Ernst Jungner que se mostra arriba. En 1901 Thomas Alva Edison cambiou o deseño para usar ferro en lugar de cadmio. En comparación coas baterías ácidas, as baterías alcalinas son moito máis lixeiras, poden funcionar a baixas temperaturas e non son tan difíciles de manexar. Non obstante, a súa produción é máis cara e a eficiencia enerxética é menor.

Entón, que é o seguinte?

Por suposto, os artigos sobre pilas non esgotan as preguntas. Non falan, por exemplo, das pilas de litio, que tamén se usan habitualmente para alimentar electrodomésticos como calculadoras ou placas base de ordenadores. Podes aprender máis sobre eles no artigo de xaneiro sobre o Premio Nobel de Química do ano pasado e, na parte práctica, nun mes (incluíndo demolición e experiencia).

Hai boas perspectivas para as células, especialmente as baterías. O mundo é cada vez máis móbil, o que supón a necesidade de independizarse dos cables de alimentación. Garantir un abastecemento de enerxía eficiente para os vehículos eléctricos tamén é un gran reto. - para que poidan competir cos coches con motor de combustión interna tamén en termos económicos.

batería acumuladora

Para facilitar a identificación do tipo celular, introduciuse un código alfanumérico especial. Para os tipos máis habitualmente atopados nos nosos fogares para pequenos electrodomésticos, ten a forma número-letra-letra-número.

E iso:

- o primeiro díxito é o número de celas; ignorado para células individuais;

– a primeira letra indica o tipo de cela. Cando falta, estás tratando coa ligazón Leclanche. Outros tipos de células están etiquetados como segue:

C - pila de litio (o tipo máis común),

H - Batería Ni-MH,

K - batería de níquel-cadmio,

L - célula alcalina;

- a seguinte letra indica a forma da ligazón:

F - placa,

R - cilíndrico,

P - a designación xeral dos enlaces de forma distinta da cilíndrica;

– a figura ou as cifras finais indican o tamaño da ligazón (valores do catálogo ou dimensións que indican directamente) (7).

7. Dimensións de pilas e baterías populares.

Exemplos de marcado:

R03
- unha célula de zinc-grafito do tamaño dun dedo meñique. Outra designación é AAA ou.

LR6 - unha célula alcalina do tamaño dun dedo. Outra designación é AA ou.

HR14 - Batería Ni-MH; a letra C tamén se usa para indicar o tamaño.

KR20 – Batería Ni-Cd, cuxo tamaño tamén está marcado coa letra D.

3LR12 – unha batería plana cunha tensión de 4,5 V, formada por tres pilas alcalinas cilíndricas.

6F22 - Batería de 9 voltios, formada por seis pilas planas Leclanchet.

CR2032 – pila de litio cun diámetro de 20 mm e un grosor de 3,2 mm.

Ver tamén: