Món de la bateria - part 3

La història de les piles modernes comença al segle XIX, a partir d'aquest segle s'originen la majoria dels dissenys que s'utilitzen actualment. Aquesta situació testimonia, d'una banda, les excel·lents idees dels científics d'aquella època, i, d'altra banda, les dificultats que es plantegen en el desenvolupament de nous models.

Poques coses són tan bones que no es puguin millorar. Aquesta regla també s'aplica a les bateries: els models del segle XNUMX es van perfeccionar moltes vegades fins que van adoptar la seva forma actual. Això també s'aplica a Cèl·lules de Leclanche.

Enllaç per millorar

El disseny del químic francès ha estat canviat Carl Gasner en un model realment útil: barat de fabricar i segur d'utilitzar. Tanmateix, encara hi havia problemes: el recobriment de zinc de l'element es va corroir en contacte amb l'electròlit àcid que omplia el bol i esquitxant contingut agressiu podria desactivar el dispositiu alimentat. La decisió es va convertir fusió la superfície interior del cos de zinc (recobriment de mercuri).

L'amalgama de zinc pràcticament no reacciona amb els àcids, però conserva totes les propietats electroquímiques del metall pur. No obstant això, a causa de la normativa mediambiental, aquest mètode per allargar la vida útil de les cèl·lules s'utilitza cada cop menys (en cèl·lules sense mercuri, podeu trobar la inscripció o) (1).

2. Disposició de cèl·lules alcalines: 1) caixa (catòde cable), 2) càtode que conté diòxid de manganès, 3) separador d'elèctrodes, 4) ànode que conté KOH i pols de zinc, 5) terminal ànode, 6) segellat de cèl·lules (aïllant d'elèctrodes). .

Una altra manera d'augmentar la longevitat i la vida cel·lular és afegir clorur de zinc ZnCl₂ per a la pasta per farcir tasses. Les cèl·lules d'aquest disseny sovint s'anomenen Heavy Duty i (com el seu nom indica) estan dissenyades per alimentar dispositius que consumeixen més energia.

Un avenç en el camp de les piles d'un sol ús va ser la construcció l'any 1955 de cèl·lula alcalina. Invenció d'un enginyer canadenc Lewis Urry, utilitzat per l'actual empresa Energizer, té una estructura lleugerament diferent a la de la cèl·lula Leclanchet.

En primer lloc, no hi trobareu un càtode de grafit ni una tassa de zinc. Tots dos elèctrodes es fabriquen en forma de pastes humides i separades (espessidors més reactius: el càtode consisteix en una barreja de diòxid de manganès i grafit, l'ànode de pols de zinc amb una barreja d'hidròxid de potassi) i els seus terminals estan fets de metall ( 2). Tanmateix, les reaccions que es produeixen durant el funcionament són molt semblants a les que es produeixen a la cèl·lula de Leclanchet.

Una tasca. Realitzeu una "autòpsia química" en una cèl·lula alcalina per esbrinar que el contingut és realment alcalí (3). Recordeu que les mateixes precaucions s'apliquen al desmantellament de la cel·la de Leclanchet. Consulteu el camp Codi de la bateria per saber com identificar una cel·la alcalina.

3. La "secció" de la cèl·lula alcalina confirma el contingut d'àlcali.

Piles casolanes

4. Bateries domèstiques Ni-MH i Ni-Cd.

Les cèl·lules que es poden recarregar després del seu ús han estat l'objectiu dels dissenyadors des del començament del desenvolupament de la ciència de l'electricitat, d'aquí els molts tipus d'elles.

Actualment, un dels models utilitzats per alimentar els petits electrodomèstics són bateries de níquel-cadmi. El seu prototip va aparèixer el 1899 quan un inventor suec el va fer. Ernst Jungner va sol·licitar una patent per a una bateria de níquel-cadmi que podria competir amb les bateries que ja s'utilitzen àmpliament a la indústria de l'automòbil. bateria de plom àcid.

L'ànode de la cel·la és de cadmi, el càtode és un compost de níquel trivalent, l'electròlit és una solució d'hidròxid de potassi (en els dissenys moderns "secs", una pasta humida d'espessidors saturada amb una solució de KOH). Les bateries Ni-Cd (aquesta és la seva designació) tenen una tensió de funcionament d'aproximadament 1,2 V, és inferior a la de les cèl·lules d'un sol ús, que, però, no és un problema per a la majoria d'aplicacions. El gran avantatge és la capacitat de consumir un corrent important (fins i tot uns pocs amperes) i una àmplia gamma de temperatures de funcionament.

5. Comproveu els requisits dels diferents tipus de bateries abans de carregar-les.

El desavantatge de les bateries de níquel-cadmi és un "efecte memòria" pesat. Això passa quan es recarreguen freqüentment bateries de Ni-Cd parcialment descarregades: el sistema es comporta com si la seva capacitat només fos igual a la càrrega que es recarrega amb la recàrrega. En alguns tipus de carregadors, l'"efecte memòria" es pot reduir carregant les cèl·lules en un mode especial.

Per tant, les bateries de níquel-cadmi descarregades s'han de carregar en un cicle complet: primer descarregades completament (utilitzant la funció de carregador adequada) i després recarregades. La recàrrega freqüent també redueix la vida útil estimada de 1000 a 1500 cicles (que moltes cèl·lules d'un sol ús seran substituïdes per una única bateria durant la seva vida útil, de manera que el cost de compra més elevat es pagarà per si mateix moltes vegades, per no parlar de molta menys tensió a la bateria). ). medi ambient amb la producció i eliminació de cèl·lules).

S'han substituït els elements Ni-Cd que contenen cadmi tòxic bateries de níquel-hidrur metàl·lic (designació Ni-MH). La seva estructura és semblant a les bateries Ni-Cd, però en comptes del cadmi s'utilitza un aliatge metàl·lic porós (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, metalls de terres rares) amb la capacitat d'absorbir hidrogen (4). La tensió de funcionament de la cèl·lula Ni-MH també és d'uns 1,2 V, cosa que permet utilitzar-les de manera intercanviable amb bateries de NiCd. La capacitat de les cèl·lules de níquel-hidrur metàl·lic és més gran que la de les cèl·lules de níquel-cadmi de la mateixa mida. Tanmateix, els sistemes NiMH s'autodescarreguen més ràpidament. Ja hi ha dissenys moderns que no tenen aquest inconvenient, però costen molt més que els models estàndard.

Les bateries de níquel-hidrur metàl·lic no presenten un "efecte memòria" (les cèl·lules parcialment descarregades es poden recarregar). Tanmateix, sempre cal comprovar els requisits de càrrega de cada tipus a les instruccions del carregador (5).

En el cas de les bateries Ni-Cd i Ni-MH, no recomanem desmuntar-les. En primer lloc, no hi trobarem res útil. En segon lloc, el níquel i el cadmi no són elements segurs. No prengui riscos innecessàriament i deixeu la disposició a professionals formats.

El rei dels acumuladors, és a dir...

6. "El rei de les piles" a la feina.

… Bateria de plom-àcid, construït l'any 1859 per un físic francès Gaston Plantego (sí, sí, aquest any l'aparell farà 161 anys!). L'electròlit de la bateria és al voltant del 37% de solució d'àcid sulfúric (VI), i els elèctrodes són plom (ànode) i plom recoberts amb una capa de diòxid de plom PbO.₂ (càtode). Durant el funcionament, es forma un precipitat de sulfat de plom (II) (II) PbSO als elèctrodes₄. Quan es carrega, una cel·la té una tensió de més de 2 volts.

bateria de plom en realitat té tots els inconvenients: pes important, sensibilitat a la descàrrega i baixes temperatures, la necessitat d'emmagatzemar en estat de càrrega, el risc de fuites d'electròlits agressius i l'ús de metall tòxic. A més, requereix una manipulació acurada: comprovar la densitat de l'electròlit, afegir aigua a les cambres (utilitzar només destil·lada o desionitzada), control de tensió (caure per sota d'1,8 V en una cambra pot danyar els elèctrodes) i un mode de càrrega especial.

Aleshores, per què l'estructura antiga encara està en ús? El "rei dels acumuladors" té el que és un atribut d'un governant real: el poder. Un alt consum de corrent i una alta eficiència energètica fins al 75% (aquesta quantitat d'energia utilitzada per a la càrrega es pot recuperar durant el funcionament), així com un disseny senzill i un baix cost de producció, fan que bateria de plom S'utilitza no només per engegar motors de combustió interna, sinó també com a element d'alimentació d'emergència. Malgrat els 160 anys d'història, la bateria de plom segueix funcionant bé i no ha estat suplantada per altres tipus d'aquests dispositius (i amb ell, el propi plom, que, gràcies a la bateria, és un dels metalls que es produeixen en major quantitat). . Mentre la motorització basada en motors de combustió interna continuï desenvolupant-se, la seva posició probablement no es veurà amenaçada (6).

Els inventors no van deixar d'intentar crear un reemplaçament per a la bateria de plom-àcid. Alguns dels models es van fer populars i avui encara s'utilitzen a la indústria de l'automòbil. Al tombant dels segles XIX i XX, es van crear dissenys en els quals no s'utilitzava la solució H.₂SO₄però electròlits alcalins. Un exemple és la bateria de níquel-cadmi d'Ernst Jungner que es mostra a dalt. El 1901 Thomas Alva Edison va canviar el disseny per utilitzar ferro en comptes de cadmi. En comparació amb les piles àcids, les piles alcalines són molt més lleugeres, poden funcionar a baixes temperatures i no són tan difícils de manejar. Tanmateix, la seva producció és més cara i l'eficiència energètica és menor.

Aleshores, què passa?

Per descomptat, els articles sobre piles no esgoten les preguntes. No parlen, per exemple, de les cèl·lules de liti, que també s'utilitzen habitualment per alimentar electrodomèstics com ara calculadores o plaques base d'ordinadors. Podeu obtenir més informació sobre ells a l'article de gener sobre el Premi Nobel de Química de l'any passat i, a la part pràctica, en un mes (incloent demolició i experiència).

Hi ha bones perspectives per a les cèl·lules, especialment les bateries. El món és cada cop més mòbil, la qual cosa significa la necessitat d'independitzar-se dels cables d'alimentació. Garantir el subministrament d'energia eficient per als vehicles elèctrics també és un gran repte. - perquè puguin competir amb els cotxes amb motor de combustió interna també pel que fa a l'eficiència.

bateria acumuladora

Per facilitar la identificació del tipus cel·lular, s'ha introduït un codi alfanumèric especial. Per als tipus que més es troben a les nostres llars per a petits electrodomèstics, té la forma número-lletra-lletra-número.

I això:

- el primer dígit és el nombre de cel·les; ignorat per a cel·les individuals;

– la primera lletra indica el tipus de cel·la. Quan falta, estàs tractant amb l'enllaç Leclanche. Altres tipus de cèl·lules s'etiqueten de la següent manera:

C - cèl·lula de liti (el tipus més comú),

H - Bateria Ni-MH,

K - bateria de níquel-cadmi,

L - cèl·lula alcalina;

- la lletra següent indica la forma de l'enllaç:

F -placa,

R - cilíndric,

P - la designació general dels enllaços amb una forma diferent de la cilíndrica;

– la figura o les xifres finals indiquen la mida de l'enllaç (valors del catàleg o dimensions que indiquen directament) (7).

7. Dimensions de les piles i bateries populars.

Exemples de marcatge:

R03
- una cèl·lula de zinc-grafit de la mida d'un dit petit. Una altra designació és AAA o.

LR6 - una cèl·lula alcalina de la mida d'un dit. Una altra designació és AA o.

HR14 – Bateria Ni-MH; la lletra C també s'utilitza per indicar la mida.

KR20 – Bateria Ni-Cd, la mida de la qual també està marcada amb la lletra D.

3LR12 - una bateria plana amb una tensió de 4,5 V, formada per tres cel·les alcalines cilíndriques.

6F22 - Bateria de 9 volts, formada per sis cèl·lules planes de Leclanchet.

CR2032 – pila de liti amb un diàmetre de 20 mm i un gruix de 3,2 mm.

Vegeu també: