Forskellige typer batterier og deres applikationer

Et batteri er en samling af en eller flere celler, der går under kemiske reaktioner for at skabe strømmen af elektroner inden i et kredsløb. Der foregår meget forskning og fremskridt inden for batteriteknologi, og som et resultat opleves og anvendes banebrydende teknologier rundt omkring i verden i øjeblikket. Batterier kom i spil på grund af behovet for at gemme genereret elektrisk energi. Så meget som der genereres en god mængde energi, var det vigtigt at gemme energien, så den kan bruges, når produktionen er nede, eller når der er behov for at drive selvstændige enheder, som ikke kan holdes bundet til strømforsyningen. Her skal det bemærkes, at kun jævnstrøm kan lagres i batterierne, vekselstrøm kan ikke lagres.

Battericeller består normalt af tre hovedkomponenter;

Anoden (negativ elektrode)
Katoden (positiv elektrode)
Elektrolytterne

Anoden er en negativ elektrode, der producerer elektroner til det eksterne kredsløb, som batteriet er tilsluttet. Når batterierne er tilsluttet, startes en elektronopbygning ved anoden, hvilket forårsager en potentiel forskel mellem de to elektroder. Elektronerne forsøger naturligvis derefter at omfordele sig selv, dette forhindres af elektrolytten, så når et elektrisk kredsløb er tilsluttet, giver det en klar sti for elektronerne til at bevæge sig fra anoden til katoden og derved forsyne kredsløbet, hvortil det er forbundet. Ved at ændre arrangementet og materialet, der bruges til at bygge anoden, katoden og elektrolytten, kan vi opnå mange forskellige typer batterikemikalier, der gør det muligt for os at designe forskellige typer battericeller. I denne artikel kan vi forstå de forskellige typer batterier og deres anvendelseså lad os komme i gang.

Typer af batterier

Batterier kan generelt klassificeres i forskellige kategorier og typer, lige fra kemisk sammensætning, størrelse, formfaktor og anvendelsestilfælde, men under alle disse er der to hovedtyper af batterier;

Primære batterier
Sekundære batterier

Lad os se nærmere på for at forstå de store forskelle mellem en Primacy-celle og en sekundær celle.

1. Primære batterier

Primære batterier er batterier, der ikke kan genoplades, når de er tomme. Primære batterier er lavet af elektrokemiske celler, hvis elektrokemiske reaktion ikke kan vendes.

Primære batterier findes i forskellige former lige fra møntceller til AA-batterier. De bruges ofte i enkeltstående applikationer, hvor opladning er upraktisk eller umulig. Et godt eksempel herpå er udstyr i militær kvalitet og batteridrevet udstyr. Det vil være upraktisk at bruge genopladelige batterier, da genopladning af et batteri vil være det sidste i soldaternes sind. Primære batterier har altid høj specifik energi, og de systemer, de bruges i, er altid designet til at forbruge en lav mængde strøm, så batteriet holder så længe som muligt.

Nogle andre eksempler på enheder, der bruger primære batterier, inkluderer; Tempofabrikanter, Animal trackers, Armbåndsure, fjernbetjeninger og legetøj til børn for at nævne nogle få.

Den mest populære type primære batterier er alkaliske batterier. De har en høj specifik energi og er miljøvenlige, omkostningseffektive og lækker ikke, selv når de er fuldt udladet. De kan opbevares i flere år, har en god sikkerhedsregistrering og kan bæres på et fly uden at være underlagt FN's transport og andre regler. Den eneste ulempe ved alkaliske batterier er strømmen med lav belastning, som begrænser dens anvendelse til enheder med lave strømkrav som fjernbetjeninger, lommelygter og bærbare underholdningsenheder.

2. Sekundære batterier

Sekundære batterier er batterier med elektrokemiske celler, hvis kemiske reaktioner kan vendes ved at anvende en vis spænding på batteriet i omvendt retning. Også kaldet genopladelige batterier, sekundære celler i modsætning til primære celler kan genoplades, efter at energien på batteriet er brugt op.

De bruges typisk i applikationer med høj afløb og andre scenarier, hvor det enten vil være for dyrt eller upraktisk at bruge enkeltopladede batterier. Sekundære batterier med lille kapacitet bruges til at drive bærbare elektroniske enheder som mobiltelefoner og andre gadgets og apparater, mens tunge batterier bruges til at drive forskellige elektriske køretøjer og andre applikationer med høj afløb som f.eks. De bruges også som enkeltstående strømkilder sammen med invertere til at levere elektricitet. Selvom de oprindelige omkostninger ved anskaffelse af genopladelige batterier altid er meget højere end de primære batterier, men de er de mest omkostningseffektive på lang sigt.

Sekundære batterier kan klassificeres yderligere i flere andre typer baseret på deres kemi . Dette er meget vigtigt, fordi kemien bestemmer nogle af batteriets egenskaber, herunder dets specifikke energi, cyklustid, holdbarhed og pris for at nævne nogle få.

Følgende er de forskellige typer genopladelige batterier, der ofte bruges.

Lithium-ion (Li-ion)
Nikkelkadmium (Ni-Cd)
Nikkelmetalhydrid (Ni-MH)
Bly-syre

1. Nikkel-cadmium batterier

Nikkel-cadmium-batteriet (NiCd-batteri eller NiCad-batteri) er en type genopladeligt batteri, der er udviklet ved hjælp af nikkeloxidhydroxid og metallisk cadmium som elektroder. Ni-Cd batterier udmærker sig ved at opretholde spænding og holde opladning, når de ikke er i brug. NI-Cd-batterier bliver imidlertid let offer for den frygtede “hukommelseseffekt”, når et delvist opladet batteri genoplades, hvilket sænker batteriets fremtidige kapacitet.

Sammenlignet med andre typer genopladelige celler tilbyder Ni-Cd-batterier god livscyklus og ydeevne ved lave temperaturer med en rimelig kapacitet, men deres mest betydningsfulde fordel er deres evne til at levere deres fulde nominelle kapacitet ved høje udladningshastigheder. De fås i forskellige størrelser inklusive størrelserne anvendt til alkaliske batterier, AAA til D. Ni-Cd-celler bruges individuelt eller samlet i pakker med to eller flere celler. De små pakker bruges i bærbare enheder, elektronik og legetøj, mens de større finder anvendelse i flystartbatterier, elbiler og standby-strømforsyning.

Nogle af egenskaberne ved nikkel-cadmium-batterier er angivet nedenfor.

Specifik energi: 40-60W-h / kg
Energitæthed: 50-150 Wh / L
Specifik effekt: 150W / kg
Oplade / afladningseffektivitet: 70-90%
Selvudladningshastighed: 10% / måned
Cyklus holdbarhed / levetid: 2000 cykler

2. Nikkelmetalhydridbatterier

Nikkelmetalhydrid (Ni-MH) er en anden type kemisk konfiguration, der bruges til genopladelige batterier. Den kemiske reaktion ved den positive elektrode af batterier svarer til nikkel-cadmium-cellen (NiCd), hvor begge batterityper bruger det samme nikkeloxidhydroxid (NiOOH). Imidlertid bruger de negative elektroder i nikkel-metalhydrid en hydrogenabsorberende legering i stedet for cadmium, som bruges i NiCd-batterier.

NiMH-batterier finder anvendelse i enheder med høj afløb på grund af deres høje kapacitet og energitæthed. Et NiMH-batteri kan have to til tre gange kapaciteten af et NiCd-batteri af samme størrelse, og dets energitæthed kan nærme sig det for et lithium-ion-batteri. I modsætning til NiCd-kemien er batterier baseret på NiMH-kemien ikke modtagelige for den "hukommelseseffekt", som NiCads oplever.

Nedenfor er nogle af egenskaberne for batterier baseret på nikkel-metalhydrid-kemien;

Specifik energi: 60-120 timer / kg
Energitæthed: 140-300 Wh / L
Specifik effekt: 250-1000 W / kg
Oplade / afladningseffektivitet: 66% - 92%
Selvafladning: 1,3-2,9% / måned ved 20 ^° C
Cyklus holdbarhed / levetid: 180 -2000

3. Lithium-ion-batterier

Lithium-ion-batterier er en af de mest populære typer genopladelige batterier. Der er mange forskellige typer lithiumbatterier, men blandt alle lithium-ion-batterier er de mest almindeligt anvendte. Du kan finde disse lithium-batterier brugt i forskellige former populært blandt elektriske køretøjer og andre bærbare gadgets. Hvis du er nysgerrig efter at vide mere om batterier, der bruges i elbiler, kan du tjekke denne artikel om elektriske køretøjsbatterier. De findes i forskellige bærbare apparater, herunder mobiltelefoner, smarte enheder og flere andre batteriapparater, der bruges derhjemme. De finder også applikationer inden for luftfart og militære applikationer på grund af deres lette karakter.

Lithium-ion-batterier er en type genopladeligt batteri, hvor lithiumioner fra den negative elektrode migrerer til den positive elektrode under afladning og migrerer tilbage til den negative elektrode, når batteriet oplades. Li-ion-batterier bruger en interkaleret lithiumforbindelse som et elektrodemateriale sammenlignet med det metalliske lithium, der anvendes i ikke-genopladelige lithiumbatterier.

Lithium-ion-batterier har generelt høj energitæthed, ringe eller ingen hukommelseseffekt og lav selvafladning sammenlignet med andre batterityper. Deres kemi sammen med ydeevne og omkostninger varierer på tværs af forskellige anvendelsestilfælde, for eksempel er Li-ion-batterier, der anvendes i håndholdte elektroniske enheder, normalt baseret på lithiumcobaltoxid (LiCoO ₂), som giver høj energitæthed og lave sikkerhedsrisici, når de beskadiges, mens Li-ion batterier baseret på lithiumjernfosfat, der tilbyder en lavere energitæthed, er sikrere på grund af en reduceret sandsynlighed for, at der sker uheldige begivenheder, bruges i vid udstrækning til at drive elektrisk værktøj og medicinsk udstyr. Lithium-ion-batterier tilbyder det bedste forhold mellem ydeevne og vægt, og lithium-svovlbatteriet tilbyder det højeste forhold.

Nogle af egenskaberne ved lithium-ion-batterier er anført nedenfor;

Specifik energi: 100: 265W-h / kg
Energitæthed: 250: 693 Wh / L
Specifik effekt: 250: 340 W / kg
Opladnings- / afladningsprocent: 80-90%
Cyklus holdbarhed: 400: 1200 cyklusser
Nominel cellespænding: NMC 3,6 / 3,85 V.

4. Bly-syre-batterier

Blybatterier er en billig, pålidelig el-arbejdshest, der bruges i tunge applikationer. De er normalt meget store, og på grund af deres vægt bruges de altid til ikke-bærbare applikationer såsom solcellepanelens energilagring, tænding og lys fra køretøjer, backup strøm og belastningsudjævning i elproduktion / distribution. Bly-syren er den ældste type genopladelige batteri og stadig meget relevant og vigtig i nutidens verden. Bly-syre-batterier har meget lave forhold mellem energi og volumen og energi til vægt, men det har et relativt stort forhold mellem effekt og vægt og kan derfor levere enorme overspændingsstrømme, når det er nødvendigt. Disse egenskaber sammen med de lave omkostninger gør disse batterier attraktive til brug i adskillige applikationer med høj strøm som f.eks. Start af bilstartermotorer og til opbevaring i backup-strømforsyninger.Du kan også tjekke artiklen om blybatteri, der fungerer, hvis du vil vide mere om de forskellige typer blybatterier, dets konstruktion og anvendelser.

Hvert af disse batterier har sit område, der passer bedst, og billedet nedenfor er med til at vælge mellem dem.

Valg af det rigtige batteri til din applikation

Et af de største problemer, der hindrer teknologirevolutioner som IoT, er strøm, batterilevetid påvirker den vellykkede implementering af enheder, der kræver lang batterilevetid, og selvom der anvendes flere strømstyringsteknikker for at få batteriet til at vare længere, skal der stadig vælges et kompatibelt batteri for at opnå det ønskede resultat.

Nedenfor er nogle faktorer, der skal overvejes, når du vælger den rigtige type batteri til dit projekt.

1. Energitæthed: Energitætheden er den samlede mængde energi, der kan lagres pr. Enhed eller masse. Dette bestemmer, hvor længe din enhed forbliver tændt, før den skal genoplades.

2. Effektdensitet: Maksimal energiudladningshastighed pr. Enhedsenhed eller volumen. Lav effekt: bærbar computer, i-pod. Høj effekt: elværktøj.

3. Sikkerhed: Det er vigtigt at overveje temperaturen, ved hvilken den enhed, du bygger, fungerer. Ved høje temperaturer vil visse batterikomponenter gå i stykker og kan gennemgå eksotermiske reaktioner. Høje temperaturer reducerer generelt de fleste batteriers ydeevne.

4. Livscyklus holdbarhed: Stabiliteten af energitæthed og effekttæthed for et batteri ved gentagen cykling (opladning og afladning) er nødvendig for den lange batterilevetid, der kræves af de fleste applikationer.

5. Omkostninger: Omkostninger er en vigtig del af de tekniske beslutninger, du træffer. Det er vigtigt, at prisen på dit batterivalg svarer til dets ydeevne og ikke øger de samlede omkostninger ved projektet unormalt.