Ulike typer batterier og deres applikasjoner

Et batteri er en samling av en eller flere celler som går under kjemiske reaksjoner for å skape strømmen av elektroner i en krets. Det foregår mye forskning og fremskritt innen batteriteknologi, og som et resultat oppleves og brukes banebrytende teknologier rundt om i verden for tiden. Batterier spilte inn på grunn av behovet for å lagre generert elektrisk energi. Så mye som en god mengde energi ble generert, var det viktig å lagre energien slik at den kan brukes når generasjonen er nede, eller når det er behov for å drive frittstående enheter som ikke kan holdes bundet til strømforsyningen. Her skal det bemerkes at bare DC kan lagres i batteriene, AC-strøm kan ikke lagres.

Battericeller består vanligvis av tre hovedkomponenter;

Anoden (negativ elektrode)
Katoden (positiv elektrode)
Elektrolyttene

Anoden er en negativ elektrode som produserer elektroner til den eksterne kretsen som batteriet er koblet til. Når batterier er koblet til, startes en elektronoppbygging ved anoden som forårsaker en potensiell forskjell mellom de to elektrodene. Elektronene prøver så naturlig å omfordele seg selv, dette forhindres av elektrolytten, så når en elektrisk krets er koblet til, gir den en klar bane for elektronene å bevege seg fra anoden til katoden og derved drive kretsen som den er koblet til. Ved å endre arrangementet og materialet som brukes til å bygge anoden, katoden og elektrolytten, kan vi oppnå mange forskjellige typer batterikjemi, slik at vi kan designe forskjellige typer battericeller. I denne artikkelen kan vi forstå de forskjellige typer batterier og deres bruk, så la oss komme i gang.

Typer batterier

Batterier kan vanligvis klassifiseres i forskjellige kategorier og typer, alt fra kjemisk sammensetning, størrelse, formfaktor og bruksområder, men under alle disse er to hovedtyper av batterier;

Primære batterier
Sekundære batterier

La oss ta en dypere titt for å forstå de store forskjellene mellom en Primacy-celle og Secondary Cell.

1. Primære batterier

Primærbatterier er batterier som ikke kan lades når de er tomme. Primære batterier er laget av elektrokjemiske celler hvis elektrokjemiske reaksjon ikke kan reverseres.

Primære batterier finnes i forskjellige former, alt fra myntceller til AA-batterier. De brukes ofte i frittstående applikasjoner der lading er upraktisk eller umulig. Et godt eksempel på enheter i militær kvalitet og batteridrevet utstyr. Det vil være upraktisk å bruke oppladbare batterier, ettersom oppladning av et batteri vil være det siste i tankene til soldatene. Primære batterier har alltid høy spesifikk energi, og systemene de brukes i er alltid designet for å forbruke lite strøm for å gjøre det mulig for batteriet å vare så lenge som mulig.

Noen andre eksempler på enheter som bruker primærbatterier inkluderer; Tempofabrikanter, Dyresporere, Armbåndsur, fjernkontroller og barneleker for å nevne noen få.

Den mest populære typen primærbatterier er alkaliske batterier. De har høy spesifikk energi og er miljøvennlige, kostnadseffektive og lekker ikke selv når de er fullstendig utladet. De kan lagres i flere år, har god sikkerhetsjournal og kan bæres på et fly uten å være underlagt FNs transport og andre forskrifter. Den eneste ulempen med alkaliske batterier er lav belastningsstrøm, som begrenser bruken til enheter med lave strømkrav som fjernkontroller, lommelykter og bærbare underholdningsenheter.

2. Sekundære batterier

Sekundære batterier er batterier med elektrokjemiske celler hvis kjemiske reaksjoner kan reverseres ved å legge en viss spenning på batteriet i omvendt retning. Også referert til som oppladbare batterier, kan sekundære celler i motsetning til primære celler lades etter at energien på batteriet er brukt opp.

De brukes vanligvis i applikasjoner med høyt avløp og andre scenarier der det vil være for dyrt eller upraktisk å bruke enkeltladede batterier. Sekundære batterier med liten kapasitet brukes til å drive bærbare elektroniske enheter som mobiltelefoner og andre dingser og apparater, mens tunge batterier brukes til å drive forskjellige elektriske kjøretøyer og andre applikasjoner med høy avløp, som lastutjevning i kraftproduksjon. De brukes også som frittstående strømkilder sammen med omformere for å levere strøm. Selv om de opprinnelige kostnadene for å anskaffe oppladbare batterier alltid er mye høyere enn for primære batterier, men de er de mest kostnadseffektive på lang sikt.

Sekundære batterier kan klassifiseres videre i flere andre typer basert på kjemi . Dette er veldig viktig fordi kjemien bestemmer noen av egenskapene til batteriet, inkludert dets spesifikke energi, syklusliv, holdbarhet og pris for å nevne noen få.

Følgende er de forskjellige typene oppladbare batterier som ofte brukes.

Litiumion (Li-ion)
Nikkelkadmium (Ni-Cd)
Nikkel-metallhydrid (Ni-MH)
Bly syre

1. Nikkel-kadmiumbatterier

Nikkel-kadmiumbatteriet (NiCd-batteri eller NiCad-batteri) er en type oppladbart batteri som er utviklet ved bruk av nikkeloksydhydroksid og metallisk kadmium som elektroder. Ni-Cd-batterier utmerker seg ved å opprettholde spenning og holde ladning når de ikke er i bruk. Imidlertid blir NI-Cd-batterier lett offer for den fryktede "minne" -effekten når et delvis ladet batteri lades opp, noe som reduserer batteriets fremtidige kapasitet.

Sammenlignet med andre typer oppladbare celler, tilbyr Ni-Cd-batterier god livssyklus og ytelse ved lave temperaturer med en ganske god kapasitet, men deres viktigste fordel vil være deres evne til å levere full kapasitet ved høye utladningshastigheter. De er tilgjengelige i forskjellige størrelser, inkludert størrelsene som brukes til alkaliske batterier, AAA til D. Ni-Cd-celler brukes individuelt eller samlet i pakker med to eller flere celler. De små pakkene brukes i bærbare enheter, elektronikk og leker, mens de større finner anvendelse i flystartbatterier, elektriske biler og standby-strømforsyning.

Noen av egenskapene til nikkel-kadmiumbatterier er oppført nedenfor.

Spesifikk energi: 40-60W-h / kg
Energitetthet: 50-150 Wh / L
Spesifikk effekt: 150W / kg
Lade / utladningseffektivitet: 70-90%
Selvutladningshastighet: 10% / måned
Syklus holdbarhet / levetid: 2000 sykler

2. Nikkelmetallhydridbatterier

Nikkelmetallhydrid (Ni-MH) er en annen type kjemisk konfigurasjon som brukes til oppladbare batterier. Den kjemiske reaksjonen ved den positive elektroden til batterier er lik den for nikkel-kadmiumcellen (NiCd), hvor begge batterityper bruker samme nikkeloksydhydroksyd (NiOOH). Imidlertid bruker de negative elektrodene i nikkel-metallhydrid en hydrogenabsorberende legering i stedet for kadmium som brukes i NiCd-batterier.

NiMH-batterier finner anvendelse i enheter med høyt avløp på grunn av deres høye kapasitet og energitetthet. Et NiMH-batteri kan ha to til tre ganger kapasiteten til et NiCd-batteri av samme størrelse, og dets energitetthet kan nærme seg det som et litiumionbatteri. I motsetning til NiCd-kjemien, er batterier basert på NiMH-kjemi ikke utsatt for "minne" -effekten som NiCads opplever.

Nedenfor er noen av egenskapene til batterier basert på nikkel-metallhydridkjemi;

Spesifikk energi: 60-120h / kg
Energitetthet: 140-300 Wh / L
Spesifikk effekt: 250-1000 W / kg
Lade / utladningseffektivitet: 66% - 92%
Selvutladning: 1,3 til 2,9% / måned ved 20 ^o C
Syklus holdbarhet / levetid: 180 -2000

3. Litiumionbatterier

Litiumionbatterier er en av de mest populære typene oppladbare batterier. Det er mange forskjellige typer litiumbatterier, men blant alle litiumionbatterier er de mest brukte. Du kan finne disse litiumbatteriene som brukes i forskjellige former, populært blant elektriske biler og andre bærbare dingser. Hvis du er nysgjerrig på å vite mer om batterier som brukes i elektriske biler, kan du sjekke ut denne artikkelen om elektriske bilbatterier. De finnes i forskjellige bærbare apparater, inkludert mobiltelefoner, smarte enheter og flere andre batteriapparater som brukes hjemme. De finner også applikasjoner i luftfart og militære applikasjoner på grunn av deres lette natur.

Litiumionbatterier er en type oppladbart batteri der litiumioner fra den negative elektroden migrerer til den positive elektroden under utladning og migrerer tilbake til den negative elektroden når batteriet lades. Li-ion-batterier bruker en interkalert litiumforbindelse som ett elektrodemateriale, sammenlignet med metallisk litium som brukes i ikke-oppladbare litiumbatterier.

Litiumionbatterier har generelt høy energitetthet, liten eller ingen minneeffekt og lav selvutladning sammenlignet med andre batterityper. Deres kjemi sammen med ytelse og kostnad varierer i ulike bruksområder, for eksempel er Li-ion-batterier som brukes i håndholdte elektroniske enheter vanligvis basert på litiumkobaltoksid (LiCoO ₂) som gir høy energitetthet og lave sikkerhetsrisikoer når de blir skadet mens Li-ion batterier basert på litiumjernfosfat som gir lavere energitetthet er tryggere på grunn av redusert sannsynlighet for at uheldige hendelser skjer, er mye brukt til å drive elektrisk verktøy og medisinsk utstyr. Litiumionbatterier gir det beste ytelses / vektforholdet, med litiumsvovelbatteriet som gir det høyeste forholdet.

Noen av egenskapene til litiumionbatterier er listet opp nedenfor;

Spesifikk energi: 100: 265W-h / kg
Energitetthet: 250: 693 Wh / L
Spesifikk effekt: 250: 340 W / kg
Lade / utladningsprosent: 80-90%
Syklus holdbarhet: 400: 1200 sykluser
Nominell cellespenning: NMC 3.6 / 3.85V

4. Blybatterier

Blybatterier er en billig, pålitelig arbeidshest som brukes i tunge applikasjoner. De er vanligvis veldig store, og på grunn av vekten brukes de alltid i ikke-bærbare applikasjoner som solcellepanelens energilagring, kjøretøytenning og lys, reservestrøm og lastutjevning i kraftproduksjon / distribusjon. Bly-syre er den eldste typen oppladbart batteri og fortsatt veldig relevant og viktig i dagens verden. Blybatterier har svært lave forhold mellom energi og volum og energi til vekt, men de har et relativt stort forhold mellom kraft og vekt og kan derfor levere enorme overspenningsstrømmer når det er nødvendig. Disse egenskapene sammen med de lave kostnadene gjør disse batteriene attraktive for bruk i flere applikasjoner med høy strøm, som for eksempel å drive bilmotorer og for lagring i reservestrømforsyninger.Du kan også sjekke ut artikkelen om blybatteri som fungerer hvis du vil vite mer om de forskjellige typene blybatterier, dens konstruksjon og bruksområder.

Hvert av disse batteriene har sitt område som passer best, og bildet nedenfor er for å hjelpe deg å velge mellom dem.

Velge riktig batteri for applikasjonen

Et av hovedproblemene som hindrer teknologirevolusjoner som IoT er strøm, batterilevetid påvirker vellykket distribusjon av enheter som krever lang batterilevetid, og selv om flere strømstyringsteknikker blir tatt i bruk for å få batteriet til å vare lenger, må et kompatibelt batteri fortsatt velges for å oppnå ønsket resultat.

Nedenfor er noen faktorer du bør vurdere når du velger riktig type batteri for prosjektet ditt.

1. Energitetthet: Energitettheten er den totale energimengden som kan lagres per enhet eller volum. Dette bestemmer hvor lenge enheten holder på før den trenger opplading.

2. Effektdensitet: Maksimal utslippshastighet per masse eller volumsenhet. Lav effekt: bærbar datamaskin, i-pod. Høy effekt: elektroverktøy.

3. Sikkerhet: Det er viktig å vurdere temperaturen som enheten du bygger vil fungere. Ved høye temperaturer vil visse batterikomponenter gå i stykker og kan gjennomgå eksoterme reaksjoner. Høye temperaturer reduserer vanligvis ytelsen til de fleste batterier.

4. Holdbarhet i livssyklus: Stabiliteten til energitetthet og effekttetthet til et batteri med gjentatt sykling (lading og utlading) er nødvendig for den lange batterilevetiden som kreves av de fleste applikasjoner.

5. Kostnad: Kostnad er en viktig del av tekniske beslutninger du tar. Det er viktig at kostnadene for batterivalget ditt står i forhold til ytelsen og ikke vil øke den totale kostnaden for prosjektet unormalt.