Jei pastaruoju metu žiūrėjote į savo naudingumo stalčius, galbūt pastebėjote įvairias figūras, dydžius ir tipus baterijas, kurios maitina jūsų elektroninius įrenginius. Pirmiausia yra apvalios, nemėgstamos mygtuko langeliai jūsų laikrodžiams ir mažiems daiktams. Taip pat yra populiarios AA ir AAA cilindrinės baterijos, skirtos skaičiuotuvams, laikrodžiams ir nuotoliniams nuotoliniams telefonams. Tada nešiojamuose kompiuteriuose ir telefonuose turite įkraunamas ličio jonų baterijas. Ir nepamirškite apie jūsų automobilio švino rūgšties akumuliatorių.
Pirmosios baterijos buvo pagamintos 1800 -aisiais, ir jos buvo gana paprastos. Viena iš pirmųjų demonstracijų buvo metalinių diskų serija, mirkoma sūryme, kurią Italijos mokslininkas Alessandro Volta rado, sukūrė elektros srovę. Pirmoji švino rūgšties baterija buvo pagaminta iš kelių švino gabalų iš sieros rūgšties stiklainyje. Šiuolaikinės versijos nėra tokios skirtingos. Juos tiesiog lengviau gaminti ir juose yra įvairių priedų, kad pagerintumėte našumą.
Visais atvejais baterijos veikia taip pat: įtampos skirtumas tarp dviejų skirtingų elektrodų sukuria elektros srovę, kurią galima išleisti į įrenginį. Tada įkraunamos baterijos gali pakeisti šią srovę, kad būtų galima atsargiai. Akumuliatoriaus viduje elektros srovę lydi jonų srautas per skystį, elektrolitą.
Kiekvieno elektrono praėjimą srovėje lydi vieno jono pernešimas per elektrolitą. Elektrodai, galintys laikyti daugiau jonų, sukelia baterijas, kurios gali laikyti didesnį krūvį, todėl ilgiau trunka vieną įkrovą. Elektrodai, sukurti greitesniam jonų laikymui, sukelia baterijas, kurios gali greitai išleisti, kad būtų galima naudoti didelės galios. Galiausiai, jei galėsite daug kartų įkrauti ir išleisti be pablogėjimo, ilgą laiką gyvena baterijos.
Švino-rūgšties baterijos
Švino rūgšties akumuliatorius buvo pirmasis įkraunamas baterijas, kurias 1859 m. Išradino Gastonas Plante, kuris eksperimentavo su švino plokštelėmis rūgščiame tirpale ir nustatė, kad elektros srovės srautą ir laikymą galima pakeisti.
Švino rūgšties baterija turi būti pakankamai didelė, kad būtų pakankamai įkrovos automobiliui. Tai taip pat turi būti naudojama šaltu klimate ir trunka daugelį metų. Kadangi elektrolitas yra korozinė rūgštis, išorinis korpusas turi būti kietas, kad žmonės ir automobilių dalys būtų apsaugotos nuo bet kokios galimos žalos. Žinant visa tai, prasminga, kad šiuolaikinės švino rūgšties baterijos yra blokinės ir sunkios.
Šarminės baterijos
Kita vertus, buitiniai įrenginiai, tokie kaip skaičiuotuvai ir skaitmeninės skalės, gali sau leisti naudoti mažesnes baterijas, nes jiems nereikia daug įkrovos. Tai pirmiausia yra nekoduojamos šarminės baterijos, kurios buvo naudojamos dešimtmečius. Standartizuoti ląstelių dydžiai yra AAAA, AAA, AA, C ir D, taip pat mygtuko ir monetų ląstelės bei daugelis kitų. Dydžiai yra susiję su tuo, kiek įkrovos jie kaupia - kuo didesnė akumuliatorius, tuo daugiau laiko - ir jų įtaisų dydžiai.
Kartais galite rasti šarminių baterijų, parduodamų stačiakampio formos, pavyzdžiui, įprastomis 9- voltų baterijomis, tačiau atidarykite išorinį korpusą ir sužinosite, kad jos yra tiesiog kelios cilindrinės ląstelės, sujungtos kartu. Cilindrinės baterijos buvo taip ilgai ir naudojamos taip plačiai, kad įmonėms tiesiog nėra prasmės gaminti ką nors kitokio - reikia investicijų, kad būtų galima pakeisti jų gamybos įrenginius, o tai, ko jie labiau nedarytų.
Ličio jonų baterijos
Nikelio-kadmio baterijos buvo pirmosios plačiai naudojamos įkraunamos buitinės elektronikos baterijos ir buvo populiarios XX amžiaus pabaigoje. Bet jie turėjo savo spąstų. Kadmis yra labai toksiškas, o baterijos patyrė „atminties efektą“, kuris sumažino jų gyvavimo laiką.
Daugelį dešimtmečių ličio buvo tiriamas potencialiam naudojimui įkraunamose baterijose dėl unikalių savybių kaip lengvo metalo, kuris kaupia daug energijos. „Sony“ pirmiausia komercializavo ličio jonų akumuliatorių 1991 m.
Bendrovė gamino cilindrines ląsteles, nes jas lengviausia gaminti. Dešimtajame dešimtmetyje „Sony“ gamino daug vaizdo kamerų ir juostų, todėl turėjo daug įrangos, skirtą gamybai, kur galima ritiu. Natūralu, kad šią įrangą perrašyti, kad būtų galima pagaminti akumuliatorių elektrodų ritinius, kurie gaminami liejant plėveles ant vario ar aliuminio lakštų, o po to suvyniojant į „želė ritinėlio“ cilindrą.
Stolus šių cilindrinių ląstelių korpusas yra mechaniškai stiprus ir, norėdamas pridėti dar vieną saugumo sluoksnį, jie turi slėgio mažinimo vožtuvą. Labai greitai šios ankstyvosios ličio jonų ląstelės perėmė nešiojamąją elektronikos rinką, ypač nešiojamųjų kompiuterių ir mobiliųjų telefonų, nes jos kaupė daugiau energijos ir truko ilgiau nei nikelio-kadmio įkraunamos baterijos.
Veiksniai, formuojantys baterijas
Baterijos gaminamos tam tikrų dydžių ir formų dėl išlaidų ir gaminamumo sumų, tačiau kitais atvejais dėl senų gamybos procesų. Rinkos paklausa taip pat vaidina svarbų vaidmenį.
Pavyzdžiui, elektrinės transporto priemonės nesikreipė, kol „Tesla“ nepradėjo gaminti automobilių naudodami cilindrines ličio jonų akumuliatorių ląsteles, o ne stačiakampį maišelį ar prizmines ląsteles, kurias naudojo kiti EV gamintojai. Pouch ir prizminės ląstelės gali būti glaudžiai supakuotos kartu, tačiau kadangi cilindrinės ląstelės jau buvo masiškai gaminamos nešiojamoms elektronikoms, „Tesla“ 2010-aisiais sugebėjo padaryti pigesnius EV.
Tai, kokios formos ir dydžio akumuliatoriai įgis ateityje, priklauso ne tik nuo to, kiek energijos jie kaupia, bet ir nuo rinkos ekonomikos - kiek lengva padaryti kiekvienos rūšies ląsteles, kiek kainuoja juos gaminti ir kam jie naudojami. Ir šie veiksniai yra naujovių ir istorijos derinys.