Olika Typer av Batterier och deras Användningsområden

För länge sedan var det enda sättet att göra bärbar energi antingen ånga eller bränsle. Efter uppfinningen av batteriet har livet blivit enklare än någonsin. Nuförtiden letar alla efter bärbara maskiner för att underlätta deras dagliga uppgifter. I så fall kan batterier tillgodose behovet av att producera energi när du är på språng.

Utan tvekan ser batterier ganska små och tråkiga ut, men de är säkert kapabla att förvandla din lilla lilla cylinder till ditt eget mikrokraftverk. Idén om att generera bärbar kraft är inget nytt och till och med förhistoriska människor används för att producera det med trä och bränsle. Det är bara det att batterier är den omedelbara strömkällan. Du kan bara trycka på en knapp och få mörkrummet ljusare på en sekund eller till och med mindre än så.

Det finns flera typer av batterier på marknaden. Alla sådana batterier fungerar på samma princip att omvandla kemisk energi till elektrisk energi. Här i den här artikeln kommer vi att diskutera allt du behöver veta om de olika typerna av batterier, deras funktion och användning.

Innan du börjar med batteriets funktion och typer, ta en titt på batteriernas historia. Var kom de ifrån? Och av vem de upptäcks.

Innehållsförteckning

Batteriernas historia

År 1800 upptäckte Volta att viss vätska kan generera kontinuerlig elektrisk kraft när den används som ledare. Denna upptäckt ledde till den första voltaiska cellen som kallas batteri. Voltas uppfinning av batteri startade en ny era av batteriexperiment. Och ett antal forskare försökte olika experiment för att göra batterier. Men få av dem kunde komma till en slutsats. Volta och Daniel var två vetenskapsgjorda celler kända som Voltaic respektive Daniel.

Voltaisk cell: En voltaisk cell använder kemisk reaktion för att producera elektrisk energi. En anod och katod är gjorda mitt emot varandra. Vid anod sker oxidation och reduktion sker vid katod. En saltbrygga skapas däremellan för att slutföra kretsen. De delar där oxidation och reduktion sker kallas halvceller. En extern krets används för att leda flödet av elektroner.

Den voltaiska cellen som uppfanns av Volta var inte så mycket bärbar och hade också för många nackdelar. Efter det blev Daniels cell designad av ”John Fredric Daniel” populär.

Daniel Cell: Efter uppfinningen av voltaisk cell var Daniel cell populär under tidigare århundraden som källa till elektricitet. I denna celltyp, en behållare uppdelad i två fack. Spalten gjordes av ett membran som var permeabelt för joner. I en av komponenterna doppades zinkelektrolyt i en zinksulfatlösning. I den andra avdelningen doppades en kopparelektrod i en kopparsulfatlösning. Cellen kunde leverera ström tills den tar slut på zink eller kopparsulfat.

John Dancer förde detta experiment vidare och designade det första batteriet med porös design.

År 1859 blev blybatteriet designat av Gaston Plante populärt på grund av batteriets uppladdningsbara funktion. Den enkla designen av batteriet möjliggjorde omladdning genom att vända strömflödet tillbaka till batteriet. Detta batteri används fortfarande på många platser som bilbatterier, motorfordon etc.

Vidare uppfanns Leclanche-batteriet av Carl Gessner som torr design som inte hade någon flytande elektrolyt.

Låt oss ta en titt på Leclanche-cellen.

Denna uppfinning gjorde användningen av batteri mycket lätt och bekvämt eftersom spill- och orienteringsproblemet var helt utrotat. Återigen uppfanns nickel-kadmium batteri som var allmänt känt som alkaliskt batteri. På 1970-talet uppfanns de flesta litiumbatterier för att användas i bärbara enheter.

Generell kemi för batterier:

Ett batteri har tre lager katod, anod och en separator. Batteriets negativa skikt kallas anod och det positiva skiktet kallas katod. När en belastning är kopplad till batteriet börjar strömmen flyta genom anoden till katoden. På samma sätt, när vi ansluter batteriladdaren börjar strömmen flyta i motsatt riktning, dvs katod till anod.

Varje batteri arbetar med en kemisk reaktion som kallas oxidations-reduktionsreaktion. Reaktionen sker mellan katoden och anoden via separatorn (elektrolyt).

Som ett resultat blir en elektrod negativt laddad på grund av oxidationsreaktion. Och den negativt laddade elektroden kallas katod. Den andra elektroden blir positivt laddad på grund av reduktionsreaktionen, som vidare kallas anod. När två olika typer av metaller nedsänks i samma elektrolytlösning, kommer en av elektroderna att få elektroner och andra kommer att förlora elektron.

Som ett resultat kommer en av metallerna att förlora elektron och den andra metallen kommer att få elektron. Denna skillnad i elektronkoncentration hos två metaller orsakar en elektrisk potentialskillnad mellan metallerna. Denna potentialskillnad kan användas som spänningskälla i alla elektriska enheter.

Jonerna strömmar endast genom separatorn, den blockerar all rörelse från anod till katod. Därför är det enda sättet att få ut strömmen från batteriets poler.

Olika typer av batterier

Batterier används ofta i hushållsapparater såväl som för industriella tillämpningar. Varje batteri är designat för att uppfylla ett specificerat syfte och kan användas enligt kraven. Det finns huvudsakligen två kategorier av batterier som kallas primära och sekundära celler. Batterier klassificeras dock i fyra breda kategorier, nämligen primärcell, sekundärcell, bränslecell och reservcell. Nedan finns allt du behöver veta om de olika typerna av batterier och deras funktion.

Primär cell
Sekundär cell
Reservcell
Bränslecell
Primär cell (icke-uppladdningsbara batterier)

Icke-uppladdningsbara batterier även kända som primärbatterier eller primärcell. Primärbatterier är sådana som inte kan användas igen när deras lagrade energi har förbrukats fullt ut. Dessa batterier kan inte återställa energi från någon extern källa. Detta är anledningen till att primärceller också kallas engångsbatterier.

En viktig faktor som minskar livslängden för primärbatterier är att de blir polariserade under användning. För att förlänga batteriets livslängd genom att minska effekten av polarisering, används kemisk depolarisering, dvs oxiderar vätet till vatten genom att tillsätta ett oxidationsmedel till cellen. Som som, i zink-kolceller och Leclanche-celler används mangandioxid, och i Bunsencell och Grove-cell används salpetersyra.

Tillämpningar av primära celler:

De kan användas i klocka och leksaker
Den kan användas i små hushållsapparater
Det kan användas i persondatorer
Den kan användas i bärbara nödljus och växelriktare

De icke-uppladdningsbara batterierna är många typer.

Zink-kolbatteri (aka. ’Heavy Duty’)
Alkalisk
Litiumceller
Silveroxidceller
Zink luftceller

Zink-kolbatteri

Zink-kol-batterier är första kommersiella torrbatterier som ger mycket låg effekt och är även kända som torrceller. En kolstav placeras i batteriet, som samlar upp strömmen från mangandioxidelektroden. Den kan ge en 1,5V likströmsförsörjning. Dessa typer av batterier används i ficklampor, radioapparater, fjärrkontroller och väggklockor.

Alkalisk

Alkaline är också ett torrcellsbatteri, det består av zinkanod och mangandioxidkatod. Det alkaliska batteriet är packat med stålburk och det yttersta inre området är fyllt med mangandioxid. Zink och kaliumhydroxidelektrolyt fylls i mitten av batteriet. Alkaliska batterier har högre densitet än de andra batterierna. I allmänhet används den i ljudspelare, radioapparater och ficklampor.

Litiumceller

Litiumcellsbatterier kommer i form av mynt- eller knapptyp. Den ger högre spänningsvärde (3V) än zink-, alkali- och manganbatterier. Litiumceller är mindre i storlek och lättare i vikt. Det inre motståndet hos litiumceller är högt och de är inte uppladdningsbara. Den mest populära myntcellen som används i många elektronikapplikationer är CR2032 som ger 3V-utgång. Litiumceller har längre livslängd (cirka 10 år).

Silveroxidceller

Silveroxidbatterier är lågeffektsbatterier med hög kapacitet. De liknar kvicksilverceller till utseendet och ger en högre emk på 1,5 volt. Batteriets katod består av silveroxid. Elektrolyten som finns inuti batteriet är gjord av kalium- eller natriumhydroxid. Eftersom silver är dyrt har detta batteri mycket begränsade applikationer.

De utmärkta egenskaperna hos silveroxidceller är:

Den unika tätningen av batteristrukturen gör batteriet mycket läcksäkert.
Konstant utspänning från batteriet gör det användbart att få stabil urladdning
Användningen av antioxidanter bidrar till batteriets höga energitäthet.

Tillämpningar av silveroxidceller:

IOT-baserade enheter
Elektriska klockor
Precisionsinstrument
Medicinska apparater

Zink luftceller

Ett zinkluftbatteri når full driftspänning inom 5 minuter direkt efter att det har tagits bort. Dessa är primära batterier med laddningsbar design. Syrehalten i luften fungerar som batteriets aktiva massa. Katoden är en porös kropp som består av kol med tillgång till luft.

Cellens utspänningskapacitet är 1,65 volt. Under urladdning bildar en massa zinkpartiklar en porös anod mättad med en elektrolyt. Syret som finns i luften reagerar med hydroxyljonen och bildar zinkat. Denna zinkat bildar zinkoxid och vatten återgår till elektrolyten.

Sekundär cell (uppladdningsbara batterier)

Uppladdningsbara batterier kallas även sekundära celler. Det kan användas om och om igen genom att ansluta dem till laddning och få flera användningsområden innan batteriet behöver bytas. Den initiala kostnaden för laddningsbara batterier är vanligtvis mer än engångsbatterier, men den totala ägandekostnaden och miljöpåverkan för dessa batterier är lägre eftersom de kan laddas billigt många gånger innan de behöver bytas ut.

Tillämpningar av sekundära celler:

Den kan användas i fitnessband, smarta klockor.
Den kan användas i militär och ubåtar
Kameror och konstgjorda pacemakers

De uppladdningsbara eller sekundära batterierna är huvudsakligen av fyra typer:

Bly-syra
Litiumjon (Li-jon)
Nickelmetallhydrid (Ni-MH)
Nickel Kadmium (Ni-Cd)

Bly-syra

Blysyra är en mycket vanlig typ av uppladdningsbara batterier. De används vanligtvis för att lagra energi från solenergi eftersom deras kvalitet skiljer sig från andra. Dessa batterier ger hög ström och används i fordon. När batteriet slutar fungera kan det användas för återvinning. Cirka 93 % av allt bly från batterier återanvänds för återvinning för att göra nya bly-syra-batterier.

Litiumjon (Li-jon)

Litiumjonbatterier är uppladdningsbara batterier, även kända som Li-jonbatterier. Dessa batterier används ofta inom elektronik eftersom de har stor effekttäthet. Dessa batterier kan lagra 150 wattimmar per kg. Under urladdning rör sig litiumjoner från den negativa elektroden till den positiva elektroden och vice versa. Överhettning kan orsaka batteriskador eller brand.

Nickelmetallhydrid (Ni-MH)

Nickelmetallhydridbatterier är uppladdningsbara batterier. Metallen i batteriet är intermetallisk. Dessa typer av batterier har god livslängd och hög strömkapacitet. Den kan lagra 100 wattimmar per kg. De är mer termiskt stabila än litiumjonbatterierna. Självurladdningen är högre än de andra batterierna.

Nickel Kadmium (Ni-Cd)

I det uppladdningsbara Nicker-Cadmium-batteriet används Nickeloxidhydroxid och Metallic Cadmium som elektrod. Det är också känt som NiCd-batteri eller NiCad-batteri. Ni-Cd-batterier är bra för att hålla spänningen och hålla elektrisk laddning när de inte används. En stor nackdel med Ni-Cd-batterier som kan orsaka att batteriets framtida kapacitet sänks är att om ett delvis laddat batteri laddas om kan det falla offer för ”Dreaded Memory Effect” (dvs förändringar i minus- eller kadmiumplattan, t.ex. omvandling av CD(OH) till Cd-metall.) och spänningssänkning.

Fördelen med batteri framför andra strömkällor

Specifik energikapacitet: Batteriets energilagringskapacitet är mycket mindre jämfört med fossilt bränsle. Batterier har dock kapacitet att leverera energi mer effektivt jämfört med termiska motorer.

Strömbandbredd: Batterier kan hantera små och stora belastningar mer effektivt på grund av hög strömbandbredd.

Lyhördhet: Batterier kan leverera kraft med kort varsel. Detta innebär att uppvärmning inte krävs som i fallet med förbränningsmotorer.

Miljö: Batterierna är lätta att använda och håller sig ganska svala. De flesta av batterierna låter inte som i andra bränslebaserade motorer.

Installation: Nuförtiden kan de förseglade batterierna användas i nästan vilken position som helst. De är goda stöt- och vibrationstoleranser.

Nackdelar med batterier

Laddningstid: När batterierna är primära batterier är urladdade, tar det timmar att laddas igen för användning. Detta är inte vid användning av bränsle som tar några minuter.

Driftkostnad: Pris och vikt för stora batterier gör det opraktiskt för pålitlig användning och stora fordon.
Energilagringskapacitet: Jämfört med fossila bränslen är batteriernas energilagringskapacitet låg.

Välja rätt batteri enligt din applikation?

Det är ganska viktigt att välja rätt batteri för din applikation för att undvika skador på din enhet eller applikation. Nedan följer några av de överväganden som bör tänkas på när du väljer rätt batteri för din applikation.

Primär eller sekundär: Detta är en av de viktigaste faktorerna för att välja rätt batterityp för din enhet. Du kan använda det primära batteriet för tillfällig användning och i engångsapparater som leksaker etc. Men om du använder enheten under långa perioder är sekundära eller uppladdningsbara batterier mer lämpliga.

Temperaturområde: Att välja rätt batteri med rätt temperatur hjälper dig att minska risken för termisk rusning. Litiumjonbatterier kan laddas inom ett smalt temperaturområde på 20 grader till 45 grader Celsius. Att batterier exploderar kan hända som ett resultat av överladdning, högtemperaturladdning eller kortslutning som så småningom skadar enheten eller applikationen.

Hållbarhet: Batteriets hållbarhet beror till stor del på två faktorer, nämligen laddningstid och total livslängd. Dessutom bidrar batteriets fysiska faktorer till batteriets långa livslängd.

Energitäthet: Den totala mängden energi som lagras i batteriet per volymenhet kallas energitätheten. Det definierar stabiliteten hos batteriet att hur länge det går till nästa uppladdning

Säkerhet: Batteriet du väljer bör vara i enlighet med driftstemperaturen för det. Ibland överstiger batteritemperaturen och kan skada enhetens komponenter. Om enhetens temperatur överstiger kan prestandan också minska.