Цэнэглэдэг батерей: төхөөрөмж, ажиллагаа, үйлдлийн зарчим, хэлхээ

Автономит эрчим хүчний эх сурвалж нь хүн төрөлхтөний хамгийн чухал бүтээлүүдийн нэг юм. Ямар цэнэглэдэг батарейг суулгаагүй утас, радио гэж юу вэ? Олон тооны төхөөрөмжүүдийн зохион байгуулалт, тэдгээрийн ашиглалтын нөхцөл нь байнгын сүлжээний тэжээлийн хангамжийг үргэлж хангадаггүй тул дэлхийн эрчим хүчний эх үүсвэрийн иймэрхүү эрчим хүчний эх үүсвэрүүд ая тухтай ажиллаж чаддаг. Богино товч танилцуулсны дараа, нийтлэл рүү явцгаая.

Цэнэглэдэг батерей гэж юу вэ?

Өргөн утгаараа энэ нэр томъёо нь хэрэглээний тодорхой нөхцөлд зарим төрлийн эрчим хүчийг хуримтлуулж чаддаг төхөөрөмж байхад бусад нь үүнийг тухайн хүний хэрэгцээг хангахад ашиглаж болно гэсэн үг юм.

Батерейнууд нь гадаад эрчим хүчний эх үүсвэрээс цахилгааныг хуримтлуулж, дараа нь үүнийг холбосон хэрэглэгчдэд өгч, ажлыг нь хийж чадна. Төхөөрөмжийн ажиллах үед химийн урвал нь электролит ба электродын ялтсуудын хооронд байнга гардаг. Үүний зэрэгцээ батерейнууд нь ижил төстэй загваруудыг банкуудад байрлуулсан байдаг. Эдгээр загварын төхөөрөмж нь ихэвчлэн 1.2-2 V, хүчдэл үүсгэх боломжийг олгодог. Тиймээс эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд янз бүрийн холболтыг ашиглаж байна.

Би яаж зайг цэнэглэх вэ?

Эрчим хүчний хангамжийн өгөгдөл нь нэмэх ба хасах холболтыг өгдөг. Тэдгээр нь дараах байдлаар ажиллана. Үүнд: электродтой холбогдсон ачаалал (жишээ нь бид гэрлийн чийдэнг авч үзэж болно), хаалттай цахилгааны хэлхээ гарч ирдэг. Энэ нь урсах урсгалыг урсдаг. Энэ нь электрон, анион, катионуудын хөдөлгөөнтэй холбоотой үүсдэг. Энэ талаархи илүү дэлгэрэнгүй мэдээлэл, та зөвхөн тодорхой жишээн дээр хэлж чадна.

Эерэг электрод нь никель оксид болох цахилгаан дамжуулах чанарыг сайжруулахын тулд графитийг нэмсэн зайтай байна гэж хэлье. Сөрөг тавагтай бол хөвөн кадьмийг хэрэглэсэн. Тиймээс, гадагшилсан үед идэвхтэй хүчилтөрөгчийн тоосонцор гарган электролитэд ордог. Үүний зэрэгцээ тэд цахилгаан (ижил электрон) явдаг хэсгүүдийг салгадаг. Дараа нь идэвхтэй хүчилтөрөгчийн хэсгүүд нь сөрөг хавтангуудад чиглүүлж, кадми исэлдүүлдэг.

Цэнэглэх үед цэнэглэх

Металлын хавтан дээрх ачааллыг салгах шаардлагатай байдаг. Тэдгээр нь байнгын хүчдэлтэй (гэхдээ хэргээс шалтгаалан динамик байж болно) хэмээх дүрмийн дагуу тэжээгдэж байгаа батерейны хэмжээнээс том хэмжээтэй байдаг. Харин туйлшрал ижил байх ёстой. Өөрөөр хэлбэл хэрэглэгчийн болон эх үүсвэрээс хасах болон нэмэх терминал нь таарах ёстой. Цэнэглэгч нь батерейны үлдсэн эрчим хүчийг таслан зогсоохын тулд батарейнаас илүү их хүч шаарддаг бөгөөд цахилгаан гүйдэл, урсгалын эсрэг чиглэлтэй байх ёстой. Үүний үр дүнд, зайд тохиолддог химийн процессууд бас өөрчлөгдөж байна.

Өмнөх өгүүллээс жишээ авч үзье. Энд эерэг электродыг хүчилтөрөгчөөр баяжуулж, цэвэр сөрөг кадми дээр сэргээгдэх болно. Товчоор хэлэхэд цэнэгийн үед зөвхөн электродын химийн найрлага өөрчлөгддөг гэж хэлж болно. Энэ нь электролитэд хамаарахгүй. Гэхдээ энэ нь батарейг цэнэглэхэд сөрөг нөлөөтэй.

Тиймээс бид ямар ч батерейг ажиллуулах зарчмыг авч үзсэн. Одоо үйл ажиллагааны гүйцэтгэлийг хэрхэн сайжруулж болохыг олж мэдье.

Зэрэгцээ холболт

Гүйдлийн хэмжээ нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс хамаарна. Юуны өмнө, энэ нь барилга байгууламж, ашигласан материал, тэдгээрийн хэмжээс гэсэн үг юм. Электродын талбайн хэмжээ илүү их байх тусмаа тэд одоогийн тэсч чадахааргүй байна. Энэ зарчим нь ижил төрлийн лаазтай зэрэгцээ холболтод хэрэглэгддэг. Энэ нь ачаалалд орох өнөөгийн үнэ цэнийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай бол хийгдэнэ. Үүнтэй зэрэгцээд эрчим хүчний эх үүсвэрийн хүчийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай.

Цуваа холболт

Хэрвээ бид батерейг цэнэглэж байгаа банкуудыг авч үзье гэвэл нэг орон сууцны хувьд тэдгээрийг нэг дүрмээр тогтоосон гэж хэлэх ёстой. Ижил төстэй холболтыг их хэмжээний хүчдэлийг бага алдагдалгүйгээр авахад ашигладаг.

Та энэ загварыг хэрэглэж байгаа хар тугалга-хүчлийн машины батарейг буулгах замаар харж болно. Энэ төрөл нь зөвхөн машины батерейнд ашиглагддаг гэдгийг тэмдэглэх нь зохимжтой бөгөөд энэ төрлийн холболт хэрхэн ажилладагийг задлах боломжтой. Ийм тохиолдолд металлыг барихгүй байх, электролитын тусламжтайгаар найдвартай галаник холболт хийхэд анхаарах хэрэгтэй. Гэхдээ энэ төрлийн талаар л ойлгох хэрэгтэй. Бусад тохиолдолд, томилогдсон холболтын ажил өөрөөр хэрэгжих болно.

Зайны төрөл

Тэдгээрийн зорилго, чадвар, ухамсар, материаллаг байдлын улмаас өөр өөр байдаг. Одоогийн байдлаар орчин үеийн үйлдвэрлэлийн электродын бүрэлдэхүүн, электролитийн элементүүдээс ялгаатай нь гурваас олон төрлийн бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэж чаджээ. Жишээ нь, ли-ион батерейнууд нь 12 загвартай гэр бүлтэй байдаг. Конвенцид дараахь зүйлийг ялгаж болно:

1. Хар тугалга-хүчил.
2. Lithium.
3. Никель кадмюм.

Эдгээр нь хамгийн алдартай төлөөлөгчид юм. Гэхдээ боломжуудыг ойлгохын тулд та электродууд болох материалын жагсаалтад өөрийгөө танилцуулахыг санал болгож байна:

• Төмөр;
• Хар тугалга;
• Titanium;
• Lithium;
• Кадмиум;
• Кобальт;
• Никель;
• Цайр;
• Ванадий;
• Мөнгө;
• Хөнгөн цагаан;
• Зарим элементүүд нь маш ховор байдаг.

Өөр өөр материалын хэрэглээ нь гарцын үзүүлэлтүүд, улмаар хэрэглээний хамрах хүрээнд нөлөөлдөг. Жишээлбэл, лити-батерейнууд нь компьютер болон хөдөлгөөнт төхөөрөмжүүдэд ашиглагддаг. Никель кадми нь стандарт галавын эсийг солиход ашигладаг . Онолын хувьд, бүх төрлийн батерейнууд нь ямар ч ачаалалтай ажиллах боломжтой. Ганц асуулт бол иймэрхүү зөвтгөл юм.

Үндсэн онцлогууд

Бид батерейнууд, ямар бүтэцтэй, бүтэц зохион байгуулалт, ямар бүтэцтэйг бид аль хэдийн тооцож үзсэн. Одоо тэдний үйл ажиллагаанд юу нөлөөлж байгааг анхаарч үзье. Бидний хувьд чухал шинж чанарууд:

1. Нягт нь жингийн эзэлхүүн эсвэл жинд энергийн хэмжээг харьцуулсан харьцаа юм.
2. Конденсатор нь хамгийн бага хүчдэлийн гаргалт хүртэл цэнэгийн явцад өгөх хамгийн их зайны цэнэгийн утга юм. Энэ үзүүлэлтийг ампер-цаг буюу унжлагад илэрхийлсэн байна. Эрчим хүчний чадавхийг бас зааж өгч болно. Энэ нь ватт-цаг буюу joule-д хэмждэг. Энэ хүчин чадлын зорилт нь хамгийн бага зөвшөөрөгдөх хүчдэлд хүрч дуустал өгөгдсөн энергийн хэмжээг тайлагнах явдал юм.
3. Температурын горим нь зайны цахилгаан шинж чанарт нөлөөлдөг. Үйлдвэрлэгчийн санал болгосон хүрээний үйл ажиллагааны ноцтой хазайлт байгаа үед эрчим хүчний алдагдлын магадлал өндөр байна. Энэ нь хүйтэн, дулаан нь химийн урвалын эрч хүч болон дотоод даралтанд нөлөөлж байгаатай холбоотой юм.
4. Өөрийгөө цэнэглэх гэдэг нь терминалууд дээр ачаалал байхгүй үед батарей цэнэглэгдэх чадварын алдагдлыг хэлнэ. Ихэнх тохиолдолд энэ үзүүлэлт нь зураг төслийн дизайнаас хамаарч, тусгаарлагчийг эвдэрсэн тохиолдолд нэмэгдэж болно.

Эдгээр нь батерейн шинж чанарууд бөгөөд биднийг хамгийн их сонирхох болно. Мэдээжийн хэрэг, урьд нь урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй шинэ зүйл хийх хэрэгтэй бол танд өөр зүйл хэрэгтэй болно. Гэвч энэ нь магадлал багатай юм.

Электродын төхөөрөмж

Жишээ нь бид тугалгын ялтсыг авдаг. Тэд өмнө нь байсан ч гэсэн. Орчин үеийн хавтан нь хар тугалга-кальцийн хайлшаар хийгдсэн. Үүний ачаар бага өөрийгөө цэнэглэх чадвар нь хангагдсан (чадлын 50% нь 18 сарын дотор алдагдсан). Энэ нь ус хэмнэх боломжийг олгодог (нэг цаг тутамд 1 гр хүртэл).

Түүнчлэн эрлийз дизайныг хайбрид нэмэхээс гадна сурьма нь эерэг электрод дээр нэмэгдэх ба кальцийг сөрөг электрод дээр нэмнэ. Энэ тохиолдолд усны урсац нэмэгдэж байгаа нь үнэн. Зэврэлтээс хамгаалах процессыг эсэргүүцэх чадварыг нэмэгдүүлэхийн тулд цагаан тугалга эсвэл мөнгөний хэмжээг нэмнэ.

Электродууд нь схемийн бүтэцтэй бөгөөд тэдгээр нь идэвхтэй масстай давхаргад бүрхэгдсэн байдаг. Зайны ажиллагааны зарчим нь ялтсууд дээр ямар материал ашиглаж байгаагаас ихээхэн хамаардаг. Бид сурахад амархан боловч хар тугалга гэж үздэг, гэхдээ бид тэдгээрийг санал болгодоггүй.

Электролит

Бид бүгд хар тугалганы хүчлийн батарейг бүгдийг нь авч үздэг. Тэдний байрлуулсан электролитийн хувьд хүхрийн хүчил ихэвчлэн тохиолддог. Энэ нь тодорхой нягтралтай бөгөөд энэ нь зайны түвшнээс хамаарч өөр өөр байж болно. Энэ тохиолдолд зарчмаар ажилладаг: илүү, илүү өндөр байна. Цаг хугацаа өнгөрөх тусам электролит нь зайлсхийж, зайны хайрцагны чадал буурдаг. Үйлчилгээний хугацаа нь үйл ажиллагаа (аюулгүй байдал) нөлөөлдөг. Батерейнд электролитийн хоёр төрлөөр байж болно:

• Шингэн;
• Нэвчилт тусгай материал хэлбэрээр.

Одоогийн байдлаар хамгийн эхний хэлбэр нь хамгийн түгээмэл юм.

Батерейны ажиллагаа

Батерейг ашиглах нь хаа сайгүй ажиглагддаг. Компьютерын хувьд гар утас эсвэл тасрахгүй тэжээлийн хангамжийг санах хэрэгтэй . Жишээ нь, та уламжлалт гар чийдэнг ашиглаж болно (орчин үеийн дээжүүд нь нэгдсэн зайгаар үйлдвэрлэгдэж, галавын эсэд зориулагдсан биш). Машинууд? Аккумуляторуудаас "зогсох-эхлэл", нөхөн сэргээлтийн тоормосны системийг ажиллуулж, одоогийн, гүнзгийрүүлэх, бат бөх чанарыг бий болгохын тулд өндөр шаардлага тавьдаг. Эдгээр хүч чадлын эх үүсвэргүйгээр орчин үеийн хүн ямар ч хүнгүйгээр хийх нь хэцүү байдаг.

Зайны барилгын диаграм

Эдгээр төхөөрөмжүүдийн үндсэн мэдээллийг бид уншсан. Хадгалах зайны хэлхээний хувьд ийм ойлголтыг анхаарч үзье. Эцсийн эцэст, нийтлэлийн хүрээнд нийтлэл нь зөвхөн өнгөрчээ. Түүхийн дагуу орчин үеийн хэлхээний батерейг анх Францын физикч Гастон үйлдвэр байгуулжээ. Түүний бүтээл нь 10 метр квадратаас давсан! Орчин үеийн баттерейнууд нь үнэндээ бага зэрэг багасч, зайныхаа бага зэрэг өөрчлөгдсөн хуулбарууд юм. Хүний хувьд зөвхөн харагдах элемент бол бие махбодь юм. Энэ нь бүтцийн нийтлэг байдал, шударга байдлыг баталгаажуулдаг.