Różne rodzaje baterii-Wszystkie urządzenia elektroniczne wymagają źródła zasilania, aby mogły funkcjonować. Nawiasem mówiąc, baterie są najbardziej powszechnym źródłem zasilania we współczesnym świecie. Dzieje się tak dlatego, że dzięki nim możliwa jest produkcja elektroniki w urządzeniach przenośnych.
Można powiedzieć, że cały przemysł elektroniczny opiera się na bateriach. Niemniej jednak, jeśli jesteś początkującym inżynierem elektroniki, najprawdopodobniej próbujesz ocenić najlepszy typ baterii dla swojego następnego projektu elektronicznego. W poniższym przewodniku omówimy wszystkie różne rodzaje baterii, co czyni je wyjątkowymi oraz ich zastosowania.
Co to jest bateria?
Stos baterii
Baterie są urządzeniami do przechowywania energii. Tradycyjnie używaliśmy baterii do zasilania małych urządzeń elektronicznych, takich jak latarki. Jednak w dzisiejszych czasach baterie można znaleźć w każdym urządzeniu, które wymaga przenośnego źródła energii do działania.
Ponieważ ich przypadki użycia i cele mogą się różnić, baterie występują we wszystkich kształtach i rozmiarach. Na przykład, nie możemy mieć nadziei na wykorzystanie baterii AAA do optymalnego zasilania samochodu. Dlatego też samochody wymagają specjalnie dobranych rozmiarów baterii do prawidłowego funkcjonowania.
Jak działają baterie?
Baterie przechowują energię elektryczną jako energię chemiczną. Kiedy ładujemy baterię (akumulator), przekształca ona energię elektryczną i przechowuje ją jako energię chemiczną. Kiedy używamy baterii, zachodzi reakcja chemiczna i bateria uwalnia swój ładunek w postaci energii elektrycznej.
obwód baterii i lampy
Przykładowo, lampa w powyższym prostym obwodzie będzie wymagała do działania przepływu przez nią morza elektronów. Odpowiednio, bateria zapewni siłę popychającą wymaganą do napędzenia elektronów przez lampę. Musimy podłączyć lampę do dodatnich i ujemnych zacisków baterii, aby zakończyć obwód. Jeśli w burzy jest wystarczająca ilość ładunku, lampa zaświeci.
Należy jednak pamiętać, że bateria może przepychać elektrony przez obwód tylko przez ograniczony czas. Zasadniczo ten limit czasu zależy od ilości zmagazynowanej energii (ładunku) i zapotrzebowania ze strony obciążenia. W naszym przykładzie lampa jest naszym ładunkiem, a rynek odnosi się do energii wymaganej do funkcjonowania. Tak więc, torbą jest każdy komponent, który wymaga energii elektrycznej do działania. Jeśli chodzi o PCB, tymi komponentami mogą być diody, mikrochipy (układy scalone) itp.
Różnica między ogniwem a baterią
Obraz z bliska różnych typów baterii
Ogniwo elektryczne to pojedynczy element, który zasadniczo działa tak samo jak bateria - przekształcając energię chemiczną w elektryczną. Burza to grupa lub zbiór komórek. Niemniej jednak, najbardziej popularną formą ogniwa elektrycznego jest ogniwo guzikowe. Ludzie określają je również jako baterię monetarną. Działanie to nie musi być nieprawidłowe. Pojedyncze ogniwo może być w grupie, która tworzy baterię.
Rodzaje baterii
Obrazki wektorowe baterii
Baterie dzielą się na dwie główne kategorie:
Baterie jednorazowe, których nie możemy ponownie naładować. Jako takie, ludzie czasami odnoszą się do nich jako baterie jednorazowe lub wyrzucane. Największą zaletą tych baterii jest to, że mogą one natychmiast wytwarzać prąd po złożeniu. Często używamy ich w urządzeniach przenośnych o niskim poborze prądu lub przerywanych zastosowaniach.
Baterie te często określamy mianem akumulatorów. Producenci zazwyczaj montują je z aktywnymi materiałami w stanie rozładowanym. Użytkownicy mogą je następnie naładować poprzez zastosowanie prądu elektrycznego. Nawiasem mówiąc, ładowanie odwraca reakcje chemiczne, które zachodzą podczas jego użytkowania. Ładowanie przeprowadzamy za pomocą urządzeń, które nazywamy ładowarkami i/lub ładowarkami. W zależności od typu baterii (materiału) ładowanie i rozładowanie może występować wielokrotnie
Różne rodzaje baterii-Rodzaj pierwotnego akumulatora
akumulatory węglowe cynku
Bateria węglowa cynku to najtańsza bateria domowa Używają reakcji chemicznych między cynkiem a kwasem manganu, aby rozproszyć prąd Jednak największą wadą baterii cynkowo-węglowych jest niska moc wyjściowa Jednak powoduje to również niski współczynnik wyładowania samoistnego, co daje im szczególnie długi okres przechowywania Bateria węglowa cynku nadaje się najlepiej do zegarków i zdalnych sterowników
akumulatory alkaliczne
Obraz baterii alkalicznej
Pissarbei (miasto)
Nieładowalne baterie alkaliczne są najczęściej używanymi rodzajami domowych baterii Używają elektrochemicznej reakcji między cynkiem a tlenkiem manganu, aby utrzymać i rozproszyć ładunek Przy okazji, ich obecny poziom popularności wynika z wysokich jednostek wykorzystujących moc przynajmniej w porównaniu z akumulatorami węglowymi i cynkowymi (i większością akumulatorów wtórnych) Często mają dłuższy okres trwałości
Baterie litowo-jonowe (lub akumulatory litowo-metalowe)
Bateria litowa wykorzystuje litowo-metaliczny materiał jako anodę Przy okazji, ze względu na ich dużą gęstość ładowania, są one lepsze niż baterie węglowe cynku i alkaliczne przy każdym zużyciu energii Ponadto baterie litowo-metalowe i rdzenie mają niesamowity okres trwałości
Mogą żyć dłużej niż dziesięć lat i mogą pracować w niskich temperaturach Jednak baterie litowe nie są tak popularne lub łatwo dostępne jak baterie węglowe cynku i alkaliczne, ponieważ koszty produkcji są wysokie
Jednak baterie litowo-metalowe mogą wytwarzać ciśnienie elektryczne w zakresie od 1,5 V do 3.7V W związku z tym producenci zazwyczaj pakują je w mniejsze kształty
Większe baterie litowe mają większe ryzyko niestabilności, ale nadal można je używać w zastosowaniach wojskowych
Różne rodzaje baterii-Akumulatory tlenku srebra
Rodzina baterii tlenku srebra MaxellSource akumulatory tlenku srebra
Baterie tlenku srebra są powszechne w Japonii, ale nie są powszechne w innych częściach świata Używają tlenku srebra jako katody, cynku jako anody Są bardzo drogie, chociaż mają dużą gęstość energii Możemy to przypisać materiałom katodowym, które są potrzebne do ich produkcji Srebro to rodzaj szlachetnego metalu Więc używamy ich głównie do projektowania akumulatorów monet, które wymagają niewielkiej ilości srebra
Bateria powietrzna cynku
Cynkowy akumulator monet powietrznych
Większość ludzi uważa, że cynkowy akumulator powietrzny jest akceptowalnym zastępczym akumulatorem tlenku srebra Używają tlenu z otaczającego powietrza jako katody i umieszczają anodę wewnątrz baterii Ze względu na dużą gęstość energetyczną najlepiej nadają się do urządzeń medycznych, takich jak aparaty słuchowe i rozruszniki Przy okazji, możemy przypisać ich długowieczność do ich składu i struktury
Różne rodzaje baterii-Akumulator rtęci
Źródło baterii rtęci
Akumulator rtęci (znany również jako bateria tlenku rtęci lub Ruben-Mallory) jest nieładowalnym akumulatorem, który wykorzystuje reakcję elektrochemiczną między tlenkiem rtęci a elektrodami cynku w elektrolizie alkalicznym Mają większą pojemność niż baterie węglowe cynku i zapewniają niezawodną wydajność
Zazwyczaj akumulatory rtęci pojawiają się jako akumulatory monet Są popularne podczas II wojny światowej Jednak niewiele jest możliwości ich znalezienia Jednak ze względu na toksyczność rtęci dla środowiska i zdrowia ludzi, wiele krajów zakazało ich sprzedaży.
Rodzaje baterii wtórnych:
Bateria alkaliczna wielokrotnego ładowania
Bateria alkaliczna wielokrotnego użytku
Akumulatorowa wersja baterii alkalicznych to najbardziej przystępne cenowo akumulatorki. Dodatkowo mają długi okres przydatności do użycia. Są poręczne w zastosowaniach o umiarkowanej mocy. Pomimo ich krótkiego cyklu życia (w porównaniu z innymi bateriami wtórnymi), są nadal modne. Ponieważ nie wykorzystują materiałów toksycznych, użytkownicy mogą bezpiecznie pozbywać się ich na zwykłych wysypiskach śmieci - o ile pozwalają na to lokalne przepisy.
Różne rodzaje baterii-Akumulator niklowo-kadmowy
Bateria niklowo-kadmowa
Akumulatory niklowo-kadmowe (Ni-Cd) są lubiane ze względu na swoją wytrzymałość i niezawodność. Mają zróżnicowany zakres temperatur pracy i długą żywotność. Ponadto, co najważniejsze, mają dużą moc. Mają jednak tendencję do niskiego czasu pracy na jednym ładowaniu. Kolejną wadą jest ich ogólnie wysoki wskaźnik samorozładowania (30% miesięcznie). Nie jest to jednak wielki problem, biorąc pod uwagę, że są one ładowalne.
Niemniej jednak, inną niepożądaną cechą niklowo-kadmowych jest ich skład. Około 15% większości baterii Ni-Cd składa się z toksycznego, rakotwórczego kadmu. Dlatego konsumenci i producenci nie mogą wyrzucać ich na wysypiska śmieci. Musimy poddawać je starannemu recyklingowi.
Wodorek niklu i metalu
Akumulator z wodorkiem niklu
Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH) są ulepszoną iteracją starych baterii niklowo-kadmowych. Zapewniają takie samo napięcie, ale oferują do 30% większą pojemność. Ponadto mają doskonałe właściwości wysokoprądowe i długą żywotność.
Akumulatory niklowo-wodorkowe mogą rozładować do 40% swojego ładunku miesięcznie. Jednak wskaźnik samorozładowania akumulatorów niklowo-wodorkowych jest rozczarowująco wyższy niż akumulatorów niklowo-kadmowych. Akumulatory niklowo-wodorkowe są jednak nadal lepsze od akumulatorów niklowo-kadmowych, ponieważ nie zawierają toksycznego kadmu.
Mimo to nadal zawierają duże ilości tlenków niklu i śladowe ilości kobaltu. Mogą one być rakotwórcze dla organizmów ssaków. Dlatego należy ostrożnie poddawać recyklingowi baterie niklowo-wodorkowe.
Różne rodzaje baterii-Bateria litowo-jonowa
baterie litowo-jonowe do telefonów komórkowych
Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) to najnowszy typ baterii wtórnych. Ogólnie rzecz biorąc, są one o 30% lżejsze od wodorków niklu. Dodatkowo zapewniają co najmniej jedną trzecią większą pojemność energetyczną baterii niklowo-kadmowych.
Akumulatory litowo-jonowe mają doskonałe zdolności wysokoprądowe. Ponadto mają długą żywotność cyklu. Co więcej, ich współczynnik samorozładowania wynosi 20% miesięcznie. Można więc przypuszczać, że baterie litowo-jonowe przewyższają baterie kadmowe pod niemal każdym względem. Nie są one jednak tak wytrzymałe. Na przykład, baterie litowo-jonowe są podatne na przegrzanie, co może spowodować pożar.
Ponadto, choć nie zawierają toksycznego kadmu, większość baterii litowo-jonowych nadal zawiera śladowe ilości tlenków kobaltu i niklu. Również w tym przypadku te substancje chemiczne są rakotwórcze i destrukcyjne dla ludzkiego zdrowia. Dlatego też należy ostrożnie pozbywać się baterii litowo-jonowych i poddawać je recyklingowi.
Różne rodzaje baterii-Akumulator kwasowo-ołowiowy
Akumulatory kwasowo-ołowiowe są powszechnie stosowaną częścią systemu elektrycznego pojazdów mechanicznych.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe są najbardziej poszukiwanymi typami akumulatorów na świecie. Wynika to głównie z ich niezawodności i finansowej możliwości ich produkcji. Niemniej jednak nie są one bardzo przenośne, ponieważ mają tendencję do bycia nieporęcznymi, ciężkimi i ponadwymiarowymi. Ponadto ołów jest wysoce toksycznym, rakotwórczym związkiem chemicznym.
Dlatego też nie wolno nam wyrzucać akumulatorów kwasowo-ołowiowych na zwykłe wysypiska i składowiska odpadów. Producenci poddają recyklingowi i ponownie wykorzystują stare, martwe i uszkodzone akumulatory kwasowo-ołowiowe do produkcji nowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Dlaczego nie wszystkie rodzaje baterii są ładowalne?
Obrazek wektorowy ładowania baterii
Kiedy ładujemy baterię wtórną, nie tylko zmuszamy elektrony do powrotu do burzy, ale również przywracamy materiały chemiczne w baterii do ich początkowego stanu naładowania. Kiedy producenci tworzą baterie pierwotne, montują materiały w stanie naładowanym. Użycie ładunku w baterii pierwotnej trwale rekonfiguruje znajdujące się w niej materiały. Po procesie rekonfiguracji nie może ona utrzymać innego porządku.
Z drugiej strony, baterie wtórne aktywują reakcję chemiczną, aby wyprowadzić ładunek i powrócić do pierwotnego stanu poprzez ponowne naładowanie. Oczywiście muszą one wykorzystywać określone materiały i substancje chemiczne kompatybilne z tymi zmianami.
Różne rodzaje baterii-Zastosowania akumulatorów
Człowiek sprawdzający akumulator samochodowy
Niektóre z najczęstszych zastosowań akumulatorów obejmują:
Alarmy
Obwody komunikacyjne
Zegary
Piloty zdalnego sterowania
Rozruszniki serca
Aparaty słuchowe
Bezprzewodowe zestawy słuchawkowe
Pojazdy silnikowe
Bezprzewodowe komputerowe urządzenia peryferyjne (klawiatury i myszy)
Podręczne urządzenia do gier (Game boys)
Smartwatche
Różne rodzaje baterii-Jak wybrać baterię?
Kobieta trzymająca stos różnych typów baterii
Teraz, gdy znasz już wszystkie dostępne rodzaje baterii, musisz zdecydować, która z nich będzie najlepsza dla Twojego projektu. Kiedy ludzie wybierają baterie, mają tendencję do równoważenia kosztów i wydajności. Istnieją jednak inne specyfikacje, które powinieneś rozważyć. Należą do nich:
Pierwotne (nieładowalne) lub wtórne (ładowalne)
Ilość energii/energii elektrycznej, którą obciążenie może wyładować z baterii. Zazwyczaj oznaczamy to za pomocą amperogodzin. Na przykład, bateria 500mah może rozładować jeden miliamper na godzinę.
Czas, przez jaki akumulator może utrzymać swoje naładowanie, gdy stoi nieużywany.
Pokazuje, jak gorąca staje się bateria podczas używania lub ładowania. W związku z tym, specyfikacja ta pomoże Ci określić, czy potrzebujesz radiatora lub chłodnicy dla swojej baterii.
Opisuje jak szybko bateria może się naładować.
Opisuje ile razy możemy naładować i rozładować baterię wtórną. Alternatywnie możemy go użyć do oznaczenia, jak długo możemy używać baterii podstawowej.
Wniosek
Na rynku nie ma jednego rozwiązania bateryjnego dla wszystkich przenośnych urządzeń zasilanych bateriami. Ponieważ urządzenia elektroniczne mają różne kształty, rozmiary i wytrzymałość, wymagają one źródła zasilania, które jest najbardziej odpowiednie dla ich wymagań dotyczących przestrzeni i obciążenia. Dlatego też istnieją różne rodzaje baterii, które mają swoje zalety i wady. Powyższy przewodnik podkreślił to, wystawiając wszystkie obecnie dostępne rodzaje baterii. Należy pamiętać o ostrożnym pozbywaniu się i recyklingu zużytych baterii. Niemniej jednak, mamy nadzieję, że ten przewodnik okazał się pomocny. Jak zawsze, dziękujemy za lekturę.