Akumulatoru baterija

Vikipēdijas raksts
Pārlēkt uz: navigācija, meklēt

Akumulatoru baterija ir baterijas tips, kuru ir iespējams atkārtoti uzlādēt.

Akumulatori[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Akumulatoru uzlādējot, tam pievadītā elektriskā enerģija pārvēršas ķīmiskajā enerģijā un tādā veidā tiek uzglabāta. Pieslēdzot akumulatoram patērētāju, notiek pretējs process un atkal iegūst elektrisko enerģiju. Galvenie raksturojošie lielumi akumulatoram ir spriegums uz tā spailēm un elektriskā ietilpība, ko mēra ampērstundās. Ja uz akumulatora ir atzīme 40 Ah, tas nozīmē 40 ampērstundas, un, izlādējot ar 40 ampēru lielu strāvu, tas darbosies vienu stundu (jo 40 x 1 = 40). Izlādējot ar 10 ampēru strāvu, akumulators darbosies četras stundas (jo 10 x 4 = 40). Parasti izšķir divas pamatgrupas — svina akumulatori un niķeļa — kadmija akumulatori. Akumulatoru baterijas ir aizliegts izmest sadzīves atkritumiem paredzētā miskastē. Tās ir jānodod noteiktos nodošanas punktos.

Akumulatoru bateriju veidi[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Niķeļa metālhidrīda baterija.

Svina akumulatori[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Šo akumulatoru būtiskākā sastāvdaļa ir svina plates vai elektrodi, kas ievietotas vairākās sekcijās, kuras ir pildītas ar elektrolītu (elektriski vadošu šķidrumu) parasti atšķaidītu sērskābi. Pozitīvās plates ir svina oksīds (PbO2), bet negatīvās plates ir porains svins. Vienas pilnīgi uzlādētas sekcijas spriegums bez slodzes ir 2,1 volts, ko parasti noapaļo uz 2 V. Šo spriegumu arī sauc par elektrodzinējspēku (EDS). Ja virknē ir saslēgtas sešas sekcijas (var saukt arī par cellēm), tad šīs akumulatoru baterijas EDS ir 12 V. Bez tam akumulatora sekcijā ir arī separatori — skābju izturīgas un šķidruma caurlaidīgas starpsieniņas, kas savstarpēji atdala pretējos polus.

Ārējā tvertne parasti ir no plastmasas. Separators netraucē brīvo elektronu plūsmu no “-“ plates uz “+” plati. Ja akumulators ir izlādējies, elektronu plūsma apstājas un potenciāli izlīdzinās. Pilnīgi uzlādēta elektrolīta blīvums ir 1,28 g/cm3, bet gandrīz izlādēta 1,18 g/cm3. Pilnīgi izlādēt akumulatoru nav vēlams. Elektrolīta blīvumu pārbauda ar speciālu blīvuma mērītāju, kas uzrāda, cik daudz darba procesā ir samazinājusies sērskābes koncentrācija, svina oksīdam platēs pārvēršoties svina sulfātā.

Svina akumulatoru no sešām sekcijām var uzlādēt līdz 14,4 V. Vienlaikus ir svarīgi, lai uzlādējošās strāvas lielums nekad nepārsniegtu 1/3 no uzrādītajām ampērstundām. Tā, piemēram, akumulatoram ar atzīmi 75 Ah uzlādēšanas strāva nedrīkst pārsniegt 75/3=25 A. Akumulatora jauda var būt ļoti plašā diapazonā, jo tos lieto gan smagajām mašīnām, gan motocikliem kā startera baterijas, gan elektronikā — piemēram, datoriem. Firmas akumulatorus piegādā gan sausi uzlādētus, gan arī jau ar iepildītu elektrolītu. Ilgāk var uzglabāt sausi uzlādētus akumulatorus.

Niķeļa — kadmija akumulatori[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Šie akumulatori ir plaši lietojami dažādās elektroniskās iekārtās un aparatūrās. Niķeļa hidroksīds veido plus polu, bet kadmijs ir ar negatīvu lādiņu. Par elektrolītu kalpo kālija hidroksīds. Šīm baterijām ir ļoti atšķirīgi lielumi, sākot ar mazām sekcijām līdz lielas jaudas baterijām. Vienas sekcijas lielums parasti ir 1,2 V. Uzlādes strāvas lielums arī ir ierobežots un nedrīkst būt lielāks par skaitli, ko iegūst, ampērstundas dalot ar desmit. Tukšu bateriju līdz 40% līmenim iesaka uzlādēt pamazām 14 stundu laikā. Modernie uzlādes aparāti ir paredzēti šādam vairākpakāpju uzlādes procesam.

Tehnaloģija, kā var izgatavot niķeļa kadmija baterijas tika izveidota 1899. g., bet pilnībā šāda veida baterijas tika pilnveidotas līdz 1947. gadam, tad arī tika izgatavots hermētiskais niķeļa kadmija barošanas elements, kas plaši tiek izmantots arī mūsdienās. Vēl nedaudz gadus atpakaļ varēja teikt, ka 90% pārnēsājamās aparatūrās stāvēja tieši šādi akumulatori, jo pārējie nebija pietiekoši attīstīti vai arī pārāk dārgi maksāja. Iespējams, ka niķeļa kadmija baterijas vēl ilgu laiku skaitīsies pašas izdevīgākās, jo tām ir zema cena un to ilgdarbība ir pietiekoši liela. Tās var strādāt lielā temperatūras diapazonā, kā arī tās ir izturīgākas par citām baterijām. Taču šīm baterijām ir arī trūkumi, dēļ kā jaunākie mobilie telefoni ar šāda veida baterijām netiek ražoti. Vien tādēļ, ka šīs baterijas aizņem daudz vietas, kā arī, ja tās netiek pareizi likvidētas, tās var radīt nopietnu kaitējumu dabai. Šī baterijas var pārlādēt pat līdz 1000 reižu, pēc kā tās savu mūžu ir nokalpojušas. Diemžēl nepareizas lietošanas dēļ, baterijas savas labās īpašības zaudē daudz ātrāk.

Niķeļa metālhidrīda baterija[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Tā kā kadmijs ir indīgs, ir izstrādāta baterija, kur kadmija vietā lieto metālhidrīdu. Tā ir niķeļa-metālhidrīda baterija, saīsināti NiMH. Šīm baterijām salīdzinoši ir par 40% lielāka enerģijas ietilpība. Arī šīs baterijas var atkārtoti uzlādēt un ilgstoši izmantot. Trūkums ir augstā cena, salīdzinot ar niķeļa kadmija baterijām.

Plašāk tiek izmantotas niķeļa-metālhidrīda baterijas. Tās lieto telefonos jau no 1990. gada. Šīs baterijas ir daudz vieglākas par Ni-Cd baterijām, kā arī ir mazāka izmēra. Tās nav tik viegli sabojājamas kā Ni-Cd baterijas, kā arī videi šīs baterijas nav tik kaitīgas. Pie trūkuma pieskaitāms to lielais pašizlādēšanās koeficents (no 15% nedēļā līdz 30% mēnesī). Šo bateriju nekādā gadījumā nedrīkst lādēt ilgāk par divām dienām.

Litija jonu baterijas[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Tipiska litija jonu baterija.

Litija jonu baterijas ir pārlādējamo bateriju tips, kurā litija joni kustās starp anodu un katodu. Izlādes laikā litija joni kustās no anoda uz katodu un no katoda uz anodu uzlādes laikā.

Litija jonu baterijas visbiežāk tiek lietotas patērētāju elektroierīcēs. Tie ir vieni no vispopulārākajiem bateriju tipiem priekš pārvietojamām ierīcēm, bez nekādiem atmiņas zudumiem un ar lēnu uzlādes zušanu, kad tā netiek lietota. Dažādi iemesli, kā, piemēram, pārāk liels karstums, var izraisīt baterijas sprāgšanu. Litija jonu bateriju popularitāte aug elektroiekārtu aizsardzības nozarē.

Trīs primārās litija baterijas komponentes ir anods, katods un elektrolīts, kuri var tikt ražoti no dažādām vielām. Vispopulārākais materiāls no kā tiek veidots anods ir grafīts, bet tiek lietots arī TiS2. Katodu pārsvarā veido no trijiem materiāliem: kārtainajiem oksīdiem, kā ,piemēram, kobalta oksīda, polielektrolīta, kā, piemēram, litija dzelzs fosfāts, vai no magnija oksīda. Litija jonu baterijas voltāža, kapacitāte, dzīves ilgums un drošība var dramatiski mainīties un ir atkarīga no tā kādu izvēlas anoda, katoda, elektrolīta materiālu. Litija jonu baterijas nedrīkst jaukt ar litija baterijām, atšķirības atslēga ir tā, ka litija baterijām ir metālisks litija anods.

Pirmie mēģinājumi radīt Li-Ion bateriju notika 1912. gadā, bet tikai 1970. gada parādījās pirmie piedāvājumi, kuras varēja iegādāties cilvēki. Diemžēl baterijas lielu atsaucību neieguva, jo nereti notika nelieli sprādzieni un ugunsgrēki, Li-Ion bateriju dēļ. Uzlādes laikā baterijas sakarsa, kusa, kā arī notika dažādas ķīmiskas reakcijas starp to elementiem. Mūsdienās šīs problēmas ir novērstas. Galvenās šīs baterijas priekšrocības, protams, ir tās nelielais izmērs, svars, kā arī baterijas mazais pašizlādēšanās koeficents. Galvenais tās trūkums šobrīd ir baterijas palielā cena. Tas ir saistīts ar to, ka katrs baterijas elements satur atsevišķu shēmu, kas kontrolē uzlādes procesu (strāvu,laiku,temperatūru). 90. gados Li-Ion baterijas neizturēja kalpošanas laiku ilgāk par 1-1,5 gadu. Mūsdienās baterijas kalpošanas laiks arvien palielinās.

Litija polimēru akumulatori[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Ķīmiski tās ir līdzīgas litija jonu baterijām, taču te elektrolīts ir ciets, un šī iemesla dēl tās var izveidot jebkādā formā.

Šīs baterijas ir vislabākās no visām citām pieejamajām baterijām, jo tās ir fantastiski vieglas, mazas, kā arī tās var pieņemt jebkuru netradacionālu formu. Tādejādi telefonu var padarīt vēl mazāku, jo bateriju var izveidot tādu, lai tā aizņemtu telefona brīvo vietu. Trūkums gan ir tas, ka baterijām nav tik daudz enerģijas, bet jaunie telefoni jau nav sevišķi "ēdelīgi". Savukārt šīs baterijas ir vēl dārgākas par Li-Ion baterijām. Kā arī dažiem telefoniem rodas problēmas ar izlādes līmeņa noteikšanu. Šo bateriju nedrīkst ilgi atstāt salā, tas var galīgi nobendēt baterijas mehānismu. Li-Pol baterijas jau izmanto mobīlajos tālruņos, kas deva iespēju samazināt tālruņu masu gandrīz līdz 83g un 72g svaram. Ieguvums ir arī Li-Pol bateriju iespējamie dažādie ģeometriskie izmēri. Tagad projektētājiem nav vairs jārēķinās ar noteiktas formas tilpumu. Ir cerības, ka tuvākajā laikā ar Li-Pol baterijām tiks aprīkotas arī videokameras.

Akumulatoru bateriju izmantošana[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Tipisks automašīnas akumulators.

Akumulatoru baterijas plaši izmanto sadzīves elektroierīcēs. Tās pārsvarā tiek lietotas pārnēsājamās ierīcēs. Mobilajos telefonos, portatīvajos datorus izmanto litija jonu baterijas. Vēl akumulatoru baterijas izmanto bez pārtraukuma barošanas iekārtās (UPS). Šīs ierīces tiek lietotas, lai pasargātu elektroierīces no negaidītas elektrības padeves pārtraukumiem. Akumulatoru baterijas izmanto arī motociklos, automašīnās.

fizika -aizmetnis --78.28.214.206 13:34, 20 novembrī, 2013 (EET)Akumulatoru- bateriju uzbūve