Byd batri - rhan 3

Mae hanes batris modern yn dechrau yn y bedwaredd ganrif ar bymtheg, ac mae'r rhan fwyaf o'r dyluniadau a ddefnyddir heddiw yn tarddu o'r ganrif hon. Mae'r sefyllfa hon yn tystio, ar y naill law, i syniadau gwych gwyddonwyr y cyfnod hwnnw, ac ar y llaw arall, i'r anawsterau sy'n codi wrth ddatblygu modelau newydd.

Ychydig o bethau sydd mor dda fel na ellir eu gwella. Mae'r rheol hon hefyd yn berthnasol i fatris - addaswyd modelau XNUMXth ganrif lawer gwaith nes iddynt gymryd eu ffurf bresennol. Mae hyn hefyd yn berthnasol i Celloedd leclanche.

Dolen gwelliant

Newidiwyd cynllun y fferyllydd Ffrengig Carl Gassner i fodel gwirioneddol ddefnyddiol: rhad i'w gynhyrchu a diogel i'w ddefnyddio. Fodd bynnag, roedd problemau o hyd - roedd cotio sinc yr elfen wedi cyrydu wrth ddod i gysylltiad â'r electrolyt asidig yn llenwi'r bowlen, a gallai tasgu allan o'r cynnwys ymosodol niweidio'r ddyfais bweredig. Daeth yr ateb uno arwyneb mewnol y corff sinc (cotio mercwri).

Yn ymarferol nid yw sinc amalgam yn adweithio ag asidau, ond mae'n cadw holl briodweddau electrocemegol metel pur. Fodd bynnag, oherwydd rheoliadau amgylcheddol, mae'r dull hwn o ymestyn oes celloedd yn cael ei ddefnyddio'n llai a llai (efallai y byddwch chi'n darganfod neu ar gelloedd di-mercwri) (1).

2. Sgematig o gell alcalïaidd: 1) tai (catod plwm), 2) catod sy'n cynnwys manganîs deuocsid, 3) gwahanydd electrod, 4) anod sy'n cynnwys llwch KOH a sinc, 5) terfynell anod, 6) selio cell (inswleiddiwr electrod) . .

Ffordd arall o gynyddu gwydnwch celloedd a hyd oes yw ychwanegu sinc clorid ZnCl₂ ar gyfer past i lenwi cwpanau. Mae celloedd o'r dyluniad hwn yn aml yn cael eu galw'n Dyletswydd Trwm ac (fel y mae'r enw'n ei awgrymu) wedi'u cynllunio i bweru mwy o ddyfeisiau sy'n defnyddio pŵer.

Daeth y datblygiad arloesol ym maes batris tafladwy ym 1955. cell alcalin. Dyfeisio peiriannydd o Ganada Lewis Urry, a ddefnyddir gan y cwmni Energizer presennol, mae strwythur ychydig yn wahanol i strwythur celloedd Leclanche.

Yn gyntaf oll, ni fyddwch yn dod o hyd i gatod graffit neu gwpan sinc yno. Mae'r ddau electrod yn cael eu gwneud ar ffurf pastau gwlyb, wedi'u gwahanu (tewychwyr ac adweithyddion: mae'r catod yn cynnwys cymysgedd o fanganîs deuocsid a graffit, mae'r anod wedi'i wneud o lwch sinc gyda chymysgedd o potasiwm hydrocsid), ac mae eu terfynellau wedi'u gwneud o metel (2). Fodd bynnag, mae'r adweithiau sy'n digwydd yn ystod llawdriniaeth yn debyg iawn i'r rhai sy'n digwydd yn y gell Leclanche.

Tasg. Perfformiwch "awtopsi cemegol" ar y gell alcalïaidd i benderfynu bod y cynnwys yn wir alcalïaidd (3). Cofiwch fod yr un rhagofalon yn berthnasol i ddatgymalu cell Leclanche. I bennu'r gell alcalïaidd, gweler y maes Cod Batri.

3. Mae "torri" y gell alcalïaidd yn cadarnhau'r cynnwys alcali.

Batris cartref

4. batris Ni-MH a Ni-Cd domestig.

Mae celloedd y gellir eu hailwefru ar ôl eu defnyddio wedi bod yn nod i ddylunwyr ers gwawr gwyddoniaeth drydanol, a dyna pam y mae llawer o fathau ohonynt.

Ar hyn o bryd, un o'r modelau a ddefnyddir i bweru offer cartref bach yw batris nicel-cadmiwm. Ymddangosodd eu prototeip ym 1899, pan wnaeth dyfeisiwr o Sweden hynny. Ernst Jungner wedi ffeilio patent ar gyfer batri nicel-cadmiwm a allai gystadlu â batris sydd eisoes yn cael eu defnyddio'n eang yn y diwydiant modurol. batri asid plwm.

Cadmiwm yw anod y gell, mae'r catod yn gyfansoddyn nicel trifalent, mae'r electrolyte yn hydoddiant o potasiwm hydrocsid (mewn dyluniadau modern "sych", past trwchwr gwlyb wedi'i dirlawn â hydoddiant KOH). Mae gan batris Ni-Cd (dyma eu dynodiad) foltedd gweithredu o tua 1,2 V - mae hyn yn llai na chelloedd tafladwy, nad yw, fodd bynnag, yn broblem i'r rhan fwyaf o gymwysiadau. Y fantais fawr yw'r gallu i ddefnyddio cerrynt sylweddol (hyd yn oed sawl amperes) ac ystod eang o dymheredd gweithredu.

5. Cyn codi tâl, gwiriwch y gofynion ar gyfer gwahanol fathau o batris.

Anfantais batris nicel-cadmiwm yw'r "effaith cof" beichus. Mae hyn yn digwydd pan fydd batris Ni-Cd sy'n cael eu rhyddhau'n rhannol yn cael eu hailwefru'n aml: mae'r system yn ymddwyn fel pe bai ei chynhwysedd yn hafal i'r tâl a ailgyflenwir wrth ailwefru. Mewn rhai mathau o wefrwyr, gellir lleihau'r "effaith cof" trwy wefru'r celloedd mewn modd arbennig.

Felly, dylid codi tâl batris nicel-cadmiwm rhyddhau mewn cylch llawn: yn gyntaf ollyngwch yn gyfan gwbl (gan ddefnyddio'r swyddogaeth gwefrydd priodol) ac yna codi tâl. Mae ailwefru aml hefyd yn lleihau bywyd dylunio 1000-1500 o gylchoedd (dyna faint o gelloedd tafladwy fydd yn cael eu disodli gan un batri dros ei oes, felly bydd y gost prynu uwch yn talu amdano'i hun lawer gwaith drosodd, heb sôn am roi llawer llai o straen ar y batri). amgylchedd gyda chynhyrchu a gwaredu celloedd).

Mae celloedd Ni-Cd sy'n cynnwys cadmiwm gwenwynig wedi'u disodli batris hydride metel nicel (dynodiad Ni-MH). Mae eu strwythur yn debyg i fatris Ni-Cd, ond yn lle cadmiwm, defnyddir aloi metel mandyllog (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, metelau daear prin) gyda'r gallu i amsugno hydrogen (4). Mae foltedd gweithredu'r gell Ni-MH hefyd tua 1,2 V, sy'n caniatáu iddynt gael eu defnyddio'n gyfnewidiol â batris NiCd. Mae cynhwysedd celloedd hydrid nicel-metel yn fwy na chynhwysedd celloedd nicel-cadmiwm o'r un maint. Fodd bynnag, mae systemau NiMH yn hunan-ryddhau'n gyflymach. Mae yna ddyluniadau modern eisoes nad oes ganddynt yr anfantais hon, ond maent yn llawer drutach na modelau safonol.

Nid yw batris hydrid nicel-metel yn arddangos “effaith cof” (gellir ailwefru celloedd sydd wedi'u rhyddhau'n rhannol). Fodd bynnag, dylech bob amser wirio gofynion codi tâl pob math yn y cyfarwyddiadau charger (5).

Yn achos batris Ni-Cd a Ni-MH, nid ydym yn argymell eu dadosod. Yn gyntaf, ni fyddwn yn dod o hyd i unrhyw beth defnyddiol ynddynt. Yn ail, nid yw nicel a chadmiwm yn elfennau diogel. Peidiwch â chymryd risgiau diangen a gadael gwarediad i weithwyr proffesiynol hyfforddedig.

Brenin y batris, hynny yw ...

6. “Brenin y Batris” yn y gwaith.

...Batri asid plwm, a adeiladwyd yn 1859 gan ffisegydd Ffrengig Gastona Plantego (ie, bydd y ddyfais yn 161 mlwydd oed eleni!). Mae'r electrolyt batri tua 37% o hydoddiant asid sylffwrig (VI), ac mae'r electrodau yn blwm (anod) a phlwm wedi'u gorchuddio â haen o PbO deuocsid plwm.₂ (cathod). Yn ystod gweithrediad, mae gwaddod plwm(II)(II)PbSO sylffad yn cael ei ffurfio ar yr electrodau₄. Wrth wefru, mae gan un gell foltedd o fwy na 2 folt.

Batri plwm mewn gwirionedd mae ganddo'r holl anfanteision: pwysau sylweddol, sensitifrwydd i ollwng a thymheredd isel, yr angen i storio mewn cyflwr codi tâl, y risg o ollyngiad electrolyt ymosodol a'r defnydd o fetel gwenwynig. Yn ogystal, mae angen ei drin yn ofalus: gwirio dwysedd yr electrolyte, ychwanegu dŵr i'r siambrau (defnyddiwch ddŵr distyll neu ddŵr wedi'i ddadïoneiddio yn unig), rheoli foltedd (gall gostyngiad o dan 1,8 V mewn un siambr niweidio'r electrodau) a modd gwefru arbennig.

Felly pam mae'r strwythur hynafol yn dal i gael ei ddefnyddio? Mae gan y “Brenin Batris” yr hyn sy'n nodwedd o bren mesur go iawn - pŵer. Mae defnydd cyfredol uchel ac effeithlonrwydd ynni uchel o hyd at 75% (gellir adennill y swm hwn o ynni a ddefnyddir ar gyfer codi tâl yn ystod y llawdriniaeth), yn ogystal â symlrwydd dylunio a chostau cynhyrchu isel yn golygu bod batri plwm a ddefnyddir nid yn unig i gychwyn peiriannau hylosgi mewnol, ond hefyd fel elfen o gyflenwad pŵer brys. Er gwaethaf ei hanes o 160 mlynedd, mae'r batri plwm yn dal i wneud yn dda ac nid yw wedi'i ddisodli gan fathau eraill o'r dyfeisiau hyn (ac ynghyd ag ef, plwm ei hun, sydd, diolch i'r batri, yn un o'r metelau a gynhyrchir yn y mwyaf meintiau). Cyn belled â bod moduro sy'n seiliedig ar injan hylosgi yn parhau i ddatblygu, mae'n debygol na fydd bygythiad i'w safle (6).

Nid oedd dyfeiswyr byth yn rhoi'r gorau i geisio creu batri yn lle'r batri asid plwm. Daeth rhai o'r modelau yn boblogaidd ac maent yn dal i gael eu defnyddio yn y diwydiant modurol. Ar droad y bedwaredd ganrif ar bymtheg a'r ugeinfed ganrif, crëwyd dyluniadau lle na ddefnyddiwyd datrysiad H.₂SO₄ond electrolytau alcalïaidd. Enghraifft yw'r batri nicel-cadmiwm Ernst Jungner a ddangosir uchod. yn 1901 Thomas Alva Edison newid y cynllun i ddefnyddio haearn yn lle cadmiwm. O'u cymharu â batris asid, mae modelau alcalïaidd yn llawer ysgafnach, gallant weithredu ar dymheredd isel ac nid ydynt mor anodd eu trin. Fodd bynnag, mae eu cynhyrchiad yn ddrutach ac mae effeithlonrwydd ynni yn is.

Felly, beth sydd nesaf?

Wrth gwrs, nid yw erthyglau ar fatris yn dihysbyddu'r cwestiynau. Nid ydynt yn trafod, er enghraifft, materion celloedd lithiwm, a ddefnyddir yn aml hefyd i bweru offer cartref fel cyfrifianellau neu famfyrddau cyfrifiadurol. Gallwch ddarganfod mwy amdanynt yn erthygl mis Ionawr am Wobr Nobel mewn Cemeg y llynedd, ac am y rhan ymarferol - mewn mis (gan gynnwys dymchwel a phrofiad).

Mae rhagolygon da ar gyfer celloedd, yn enwedig batris. Mae'r byd yn dod yn fwyfwy symudol, ac mae hyn yn golygu bod angen dod yn annibynnol ar geblau pŵer. Mae sicrhau cyflenwad pŵer effeithlon ar gyfer cerbydau trydan hefyd yn her fawr. – er mwyn iddynt allu cystadlu â cheir sydd â pheiriannau tanio mewnol o ran effeithlonrwydd.

batri cronnwr

Er mwyn hwyluso adnabod math o gell, mae cod alffaniwmerig arbennig wedi'i gyflwyno. Ar gyfer y mathau a geir amlaf yn ein cartrefi ar gyfer dyfeisiau bach, mae ganddo'r rhif ffurflen-llythyren-llythyren-rhif.

Ac ie:

– digid cyntaf – nifer y celloedd; eu hanwybyddu ar gyfer celloedd sengl;

– mae'r llythyren gyntaf yn nodi'r math o gell. Pan fydd yn absennol, rydych chi'n delio â'r cyswllt Leclanche. Mae mathau eraill o gelloedd wedi'u labelu fel a ganlyn:

C - cell lithiwm (y math mwyaf cyffredin),

H - Batri Ni-MH,

K - batri nicel-cadmiwm,

L - cell alcalïaidd;

- mae'r llythyren ganlynol yn nodi siâp y ddolen:

F - plât,

R - silindrog,

P – dynodiad cyffredinol o ddolenni sydd â siâp heblaw silindrog;

– mae'r rhif neu'r rhifau terfynol yn nodi maint y ddolen (gwerthoedd catalog neu'n nodi dimensiynau'n uniongyrchol) (7).

7. Dimensiynau celloedd a batris poblogaidd.

Enghreifftiau marcio:

R03
– cell sinc-graffit maint bys bach. Dynodiad arall yw AAA neu.

LR6 – cell alcalïaidd maint bys. Dynodiad arall yw AA neu.

HR14 - batri Ni-MH; defnyddir y llythyren C hefyd i nodi maint.

KR20 - Batri Ni-Cd, y mae ei faint hefyd wedi'i farcio â'r llythyren D.

3LR12 – batri gwastad gyda foltedd o 4,5 V, sy'n cynnwys tair cell alcalïaidd silindrog.

6F22 – Batri 9 folt yn cynnwys chwe chell Leclanche fflat.

CR2032 – cell lithiwm gyda diamedr o 20 mm a thrwch o 3,2 mm.

Gweler hefyd: