इलेक्ट्रिक बैटरी कैसे काम करती है, इसके संचालन का सिद्धांत, प्रकार, उद्देश्य और मुख्य विशेषताएं

इलेक्ट्रिक बैटरियों के अनुप्रयोग का दायरा अत्यंत विस्तृत है। इनका उपयोग बिजली के स्रोत के रूप में किया जाता है बच्चों के खिलौने, और बिजली उपकरणों में, और इलेक्ट्रिक वाहनों में कर्षण के स्रोत के रूप में। बैटरियों का सही ढंग से उपयोग करने के लिए, आपको उनके गुणों, उनकी ताकत और कमजोरियों को जानना होगा।

इलेक्ट्रिक बैटरी क्या है और यह कैसे काम करती है

इलेक्ट्रिक बैटरी - यह नवीकरणीय है विद्युत ऊर्जा का स्रोत. गैल्वेनिक कोशिकाओं के विपरीत, डिस्चार्ज होने के बाद, इसे फिर से चार्ज किया जा सकता है। सिद्धांत रूप में, सभी बैटरियों को एक ही तरह से व्यवस्थित किया जाता है और इसमें एक कैथोड और एक इलेक्ट्रोलाइट में एक एनोड होता है।

इलेक्ट्रोड की सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट की संरचना भिन्न हो सकती है, और यही वह है जो बैटरी के उपभोक्ता गुणों और उनके दायरे को निर्धारित करता है।कैथोड और एनोड के बीच, एक झरझरा ढांकता हुआ विभाजक रखा जा सकता है - इलेक्ट्रोलाइट के साथ एक विभाजक। लेकिन यह अधिकांश भाग के लिए, विधानसभा के यांत्रिक गुणों को निर्धारित करता है और तत्व के संचालन को मौलिक रूप से प्रभावित नहीं करता है।

सामान्य तौर पर, बैटरी का संचालन दो ऊर्जा परिवर्तनों पर आधारित होता है:

• चार्ज करते समय विद्युत से रासायनिक;
• निर्वहन के दौरान विद्युत में रासायनिक।

दोनों प्रकार के रूपांतरण प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रियाओं की घटना पर आधारित होते हैं, जिनमें से पाठ्यक्रम बैटरी में प्रयुक्त पदार्थों द्वारा निर्धारित किया जाता है। तो, एक लेड-एसिड सेल में, एनोड का सक्रिय भाग लेड डाइऑक्साइड से बना होता है, और कैथोड धात्विक लेड से बना होता है। इलेक्ट्रोड सल्फ्यूरिक एसिड के इलेक्ट्रोलाइट में होते हैं। जब एनोड पर डिस्चार्ज किया जाता है, तो लेड डाइऑक्साइड लेड सल्फेट और पानी बनाने के लिए कम हो जाता है, और कैथोड पर लेड सल्फेट लेड के लिए ऑक्सीकृत हो जाता है। चार्जिंग के दौरान रिवर्स रिएक्शन होता है। अन्य डिज़ाइनों की बैटरियों में, घटक अलग तरह से प्रतिक्रिया करते हैं, लेकिन सिद्धांत समान है।

बैटरी के प्रकार और प्रकार

बैटरी के उपभोक्ता गुण मुख्य रूप से इसकी उत्पादन तकनीक द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। रोजमर्रा की जिंदगी और उद्योग में, कई प्रकार की बैटरी सेल सबसे आम हैं।

लैड एसिड

इस प्रकार की बैटरी का आविष्कार 19वीं शताब्दी के मध्य में हुआ था, और अभी भी इसका अपना अनुप्रयोग है। इसके फायदों में शामिल हैं:

• सरल, सस्ती और दशकों पुरानी उत्पादन तकनीक;
• उच्च वर्तमान आउटपुट;
• लंबी सेवा जीवन (300 से 1000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों से);
• सबसे कम स्व-निर्वहन वर्तमान;
• कोई स्मृति प्रभाव नहीं।

नुकसान भी हैं।सबसे पहले, यह एक कम विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता है, जिससे आयामों और वजन में वृद्धि होती है। कम तापमान पर भी खराब प्रदर्शन होता है, खासकर माइनस 20 डिग्री सेल्सियस से नीचे। निपटान में भी समस्याएं हैं - सीसा यौगिक काफी जहरीले होते हैं। लेकिन यह कार्य अन्य प्रकार की बैटरियों के लिए संबोधित किया जाना चाहिए.

जबकि लेड-एसिड बैटरियों को उनके इष्टतम के लिए अनुकूलित किया गया है, यहाँ भी सुधार की गुंजाइश है। उदाहरण के लिए, एजीएम तकनीक है, जिसके अनुसार इलेक्ट्रोड के बीच एक इलेक्ट्रोलाइट के साथ संसेचित एक झरझरा पदार्थ रखा जाता है। यह चार्ज और डिस्चार्ज की विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं को प्रभावित नहीं करता है। मूल रूप से, यह बैटरी की यांत्रिक विशेषताओं (कंपन का प्रतिरोध, लगभग किसी भी स्थिति में काम करने की क्षमता, आदि) में सुधार करता है और कुछ हद तक संचालन की सुरक्षा को बढ़ाता है।

इसके अलावा एक उल्लेखनीय लाभ धारिता के नुकसान के बिना बेहतर संचालन और माइनस 30 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर वर्तमान आउटपुट है। एजीएम बैटरी के निर्माता चालू और संसाधन शुरू करने में वृद्धि का दावा करते हैं।

जेल बैटरी लीड-एसिड बैटरी का एक और संशोधन है। इलेक्ट्रोलाइट एक जेली अवस्था में गाढ़ा हो जाता है। यह ऑपरेशन के दौरान इलेक्ट्रोलाइट के रिसाव के बहिष्कार को प्राप्त करता है और गैसों के गठन की संभावना को समाप्त करता है। लेकिन वर्तमान आउटपुट कुछ हद तक कम हो गया है, और यह जेल बैटरी को स्टार्टर बैटरी के रूप में उपयोग करने की संभावना को सीमित करता है। बढ़ी हुई क्षमता और बढ़े हुए संसाधन के मामले में ऐसी बैटरियों के घोषित चमत्कारी गुण विपणक के विवेक पर हैं।

लीड-एसिड बैटरी आमतौर पर वोल्टेज स्थिरीकरण मोड में चार्ज की जाती हैं। उसी समय, बैटरी पर वोल्टेज बढ़ता है और चार्जिंग करंट कम हो जाता है। चार्जिंग प्रक्रिया के अंत के लिए मानदंड निर्धारित सीमा तक वर्तमान गिरावट है।

निकल कैडमियम

उनकी सदी समाप्त हो रही है, और दायरा धीरे-धीरे कम होता जा रहा है। उनका मुख्य दोष एक स्पष्ट स्मृति प्रभाव है। यदि आप एक अपूर्ण रूप से डिस्चार्ज की गई Ni-Cd बैटरी को रिचार्ज करना शुरू करते हैं, तो तत्व इस स्तर को "याद रखता है", और क्षमता इस मूल्य से आगे निर्धारित की जाती है। एक और समस्या कम पर्यावरण मित्रता है। जहरीले कैडमियम यौगिक ऐसी बैटरियों के निपटान में समस्याएँ पैदा करते हैं। अन्य नुकसान में शामिल हैं:

• आत्म-निर्वहन की उच्च प्रवृत्ति;
• अपेक्षाकृत कम बिजली की खपत।

लेकिन प्लसस भी हैं:

• कम लागत;
• लंबी सेवा जीवन (1000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्र तक);
• उच्च धारा देने की क्षमता।

साथ ही, ऐसी बैटरियों के फायदों में कम नकारात्मक तापमान पर काम करने की क्षमता शामिल है।

Ni-Cd सेलों की चार्जिंग डायरेक्ट करंट मोड में की जाती है। आप चार्जिंग करंट में सुचारू या चरणबद्ध कमी के साथ रिचार्ज करके क्षमता का पूरी तरह से उपयोग कर सकते हैं। सेल वोल्टेज को कम करके प्रक्रिया के अंत को नियंत्रित किया जाता है।

निकल धातु हाइड्राइड

निकल-कैडमियम बैटरी को बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया। कई विशेषताएँ और उपभोक्ता गुण Ni-Cd की तुलना में अधिक हैं। स्मृति प्रभाव से आंशिक रूप से छुटकारा पाना, ऊर्जा की तीव्रता को लगभग डेढ़ गुना बढ़ाना और स्व-निर्वहन की प्रवृत्ति को कम करना संभव था। उसी समय, उच्च वर्तमान दक्षता को संरक्षित किया गया था और लागत लगभग उसी स्तर पर बनी रही। पर्यावरणीय समस्या को कम किया जाता है - बैटरी का उत्पादन जहरीले यौगिकों के उपयोग के बिना किया जाता है। लेकिन हमें इसके लिए काफी कम संसाधन (5 गुना तक) और नकारात्मक तापमान पर काम करने की क्षमता के साथ भुगतान करना पड़ा - निकल-कैडमियम वाले के लिए केवल -20 डिग्री सेल्सियस बनाम -40 डिग्री सेल्सियस तक।

ऐसी कोशिकाओं को प्रत्यक्ष वर्तमान मोड में चार्ज किया जाता है। प्रक्रिया के अंत को प्रत्येक तत्व पर 1.37 वोल्ट तक वोल्टेज बढ़ाकर नियंत्रित किया जाता है। नकारात्मक उछाल के साथ स्पंदित वर्तमान मोड सबसे अनुकूल है। इससे स्मरण शक्ति का प्रभाव समाप्त हो जाता है।

LI-आयन

लिथियम-आयन बैटरी दुनिया भर में ले रही हैं। वे अन्य प्रकार की बैटरियों को उन क्षेत्रों से विस्थापित करते हैं जहां स्थिति अस्थिर लग रही थी। ली-आयन कोशिकाओं का व्यावहारिक रूप से कोई स्मृति प्रभाव नहीं होता है (यह मौजूद है, लेकिन सैद्धांतिक स्तर पर), 600 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों का सामना करते हैं, ऊर्जा तीव्रता निकल-धातु हाइड्राइड की क्षमता और वजन के अनुपात से 2-3 गुना अधिक है। बैटरी।

भंडारण के दौरान स्व-निर्वहन की प्रवृत्ति भी न्यूनतम है, लेकिन आपको सचमुच इस सब के लिए भुगतान करना होगा - ऐसी बैटरी पारंपरिक लोगों की तुलना में बहुत अधिक महंगी हैं। उत्पादन के विकास के साथ कीमतों में कमी की उम्मीद की जा सकती है, जैसा कि आमतौर पर होता है, लेकिन ऐसी बैटरियों के अन्य अंतर्निहित नुकसान - कम वर्तमान दक्षता, नकारात्मक तापमान पर काम करने में असमर्थता - मौजूदा प्रौद्योगिकियों के ढांचे के भीतर दूर होने की संभावना नहीं है।

आग के बढ़ते खतरे के साथ, यह कुछ हद तक उपयोग में बाधा डालता है ली-आयन बैटरी. यह भी ध्यान में रखा जाना चाहिए कि ऐसे तत्व गिरावट के अधीन हैं। यहां तक ​​कि अगर उन्हें चार्ज और डिस्चार्ज नहीं किया जाता है, तो उनका संसाधन 1.5 ... 2 साल के स्टोरेज में ही शून्य हो जाता है।

सबसे अनुकूल चार्जिंग मोड दो चरणों में है। सबसे पहले, एक स्थिर करंट (एक सुचारू रूप से बढ़ते वोल्टेज के साथ), फिर एक स्थिर वोल्टेज (एक सुचारू रूप से घटते हुए करंट के साथ)। व्यवहार में, दूसरे चरण को स्टेप वाइज कम चार्जिंग करंट के रूप में लागू किया जाता है। और भी अधिक बार, इस चरण में एक चरण होता है - स्थिर धारा बस घट जाती है।

बैटरी की मुख्य विशेषताएं

बैटरी चुनते समय पहला पैरामीटर जिस पर ध्यान दिया जाता है, वह है रेटेड वोल्टेज. एक बैटरी सेल का वोल्टेज सेल के अंदर होने वाली भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है, और यह बैटरी के प्रकार पर निर्भर करता है। एक पूरी तरह से चार्ज किया गया बैंक देता है:

• सीसा-एसिड तत्व - 2.1 वोल्ट;
• निकल-कैडमियम - 1.25 वोल्ट;
• निकल धातु हाइड्राइड - 1.37 वोल्ट;
• लिथियम-आयन - 3.7 वोल्ट।

एक उच्च वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, कोशिकाओं को बैटरी में इकट्ठा किया जाता है। तो, एक कार बैटरी के लिए, आपको 12 वोल्ट (अधिक सटीक, 12.6 वी) प्राप्त करने के लिए श्रृंखला में 6 लीड-एसिड डिब्बे कनेक्ट करने की आवश्यकता है, और 18-वोल्ट स्क्रूड्राइवर के लिए - 3.7 वोल्ट प्रत्येक के 5 लिथियम-आयन डिब्बे।

दूसरा महत्वपूर्ण पैरामीटर है क्षमता. लोड के तहत बैटरी जीवन निर्धारित करता है। इसे एम्पीयर-घंटे (वर्तमान और समय का गुणनफल) में मापा जाता है। तो, 1 एम्पीयर के करंट से डिस्चार्ज होने पर 3 A⋅h की क्षमता वाली बैटरी 3 घंटे में और 3 एम्पीयर के करंट के साथ - 1 घंटे में डिस्चार्ज हो जाएगी।

महत्वपूर्ण! सच पूछिये तो, बैटरी की क्षमता वर्तमान पर निर्भर करता है डिस्चार्ज, इसलिए एक बैटरी के लिए अलग-अलग लोड वैल्यू पर करंट और डिस्चार्ज टाइम का उत्पाद समान नहीं होगा।

और तीसरा महत्वपूर्ण पैरामीटर - वर्तमान पीढ़ी. यह अधिकतम करंट है जिसे बैटरी डिलीवर कर सकती है। यह महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, के लिए ऑटोमोटिव बैटरी - ठंड के मौसम में मोटर शाफ्ट को मोड़ने की संभावना निर्धारित करता है। इसके अलावा, उच्च धारा देने की क्षमता, एक उच्च टोक़ बनाना, महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, बिजली उपकरणों के लिए। और मोबाइल गैजेट्स के लिए, यह विशेषता इतनी महत्वपूर्ण नहीं है।

बैटरियों के विद्युत गुण और उपभोक्ता गुण उनके डिजाइन और उत्पादन तकनीक पर निर्भर करते हैं। बैटरियों के सही उपयोग का अर्थ है अक्षय रासायनिक ऊर्जा स्रोतों के लाभों का उपयोग करना और नुकसानों को समतल करना।

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