電池の適用範囲は非常に広いです。それらはで電気の源として使用されます 子供のおもちゃ、および動力工具で、そして電気自動車の牽引力の源として。電池を正しく使用するには、電池の特性、長所、短所を知る必要があります。
電池とは何ですか？どのように機能しますか
電池 -再生可能です 電気エネルギー源。ガルバニ電池とは異なり、放電後、再び充電することができます。原則として、すべてのバッテリーは同じように配置され、電解質に配置されたカソードとアノードで構成されています。
電極の材質と電解質の組成は異なる場合があり、これが電池の消費者特性とその範囲を決定するものです。陰極と陽極の間に、多孔質誘電体分離器を置くことができます-電解質を含浸させた分離器。ただし、ほとんどの場合、アセンブリの機械的特性を決定し、要素の動作には基本的に影響しません。
一般に、バッテリーの動作は2つのエネルギー変換に基づいています。
- 充電時に電気から化学へ。
- 放電中に化学物質を電気に変換します。
どちらのタイプの変換も、可逆化学反応の発生に基づいており、その経過はバッテリーに使用されている物質によって決まります。したがって、鉛蓄電池では、アノードの活性部分は二酸化鉛でできており、カソードは金属鉛でできています。電極は硫酸の電解質にあります。アノードで排出されると、二酸化鉛は還元されて硫酸鉛と水を形成し、カソードでの鉛は酸化されて硫酸鉛になります。充電中に逆反応が発生します。他の設計のバッテリーでは、コンポーネントの反応は異なりますが、原理は似ています。
電池の種類と種類
電池の消費者特性は、主にその製造技術によって決定されます。日常生活や産業では、いくつかのタイプのバッテリーセルが最も一般的です。
鉛酸
このタイプのバッテリーは19世紀半ばに発明され、今でも独自の用途があります。その利点は次のとおりです。
- シンプルで安価な数十年前の生産技術。
- 大電流出力;
- 長い耐用年数（300から1000の充放電サイクル）;
- 最も低い自己放電電流;
- メモリー効果なし。
欠点もあります。まず第一に、これは低い比エネルギー強度であり、寸法と重量の増加につながります。また、低温、特にマイナス20°C未満ではパフォーマンスが低下します。廃棄にも問題があります-鉛化合物は非常に有毒です。しかし、このタスク 他の種類のバッテリーについては対処する必要があります.
鉛蓄電池は最適化されていますが、ここでも改善の余地があります。例えば、電解質を含浸させた多孔質材料を電極の間に配置するAGM技術があります。これは、充電と放電の電気化学的プロセスには影響しません。基本的に、これによりバッテリーの機械的特性（耐振動性、ほぼすべての位置での作業能力など）が向上し、操作の安全性がいくらか向上します。
また、注目すべき利点は、マイナス30°Cまでの温度で静電容量と電流出力を失うことなく動作が改善されることです。 AGMバッテリーのメーカーは、始動電流とリソースの増加を主張しています。
ゲル電池は、鉛蓄電池のもう1つの変更です。電解液はゼリー状に増粘します。これにより、動作中の電解液の漏れを排除し、ガスの発生の可能性を排除します。ただし、電流出力は多少低下するため、スターターバッテリーとしてゲルバッテリーを使用する可能性は制限されます。容量の増加とリソースの増加という観点から、このようなバッテリーの宣言された奇跡的な特性は、マーケターの良心に基づいています。
鉛蓄電池は通常、電圧安定化モードで充電されます。同時に、バッテリーの電圧が上昇し、充電電流が減少します。充電プロセスの終了基準は、設定された制限までの電流低下です。
ニッケルカドミウム
彼らの世紀は終わりに近づいており、範囲は徐々に縮小しています。それらの主な欠点は、顕著なメモリー効果です。不完全に放電されたNi-Cdバッテリーの再充電を開始すると、要素はこのレベルを「記憶」し、容量はこの値からさらに決定されます。もう一つの問題は、環境への配慮が低いことです。有毒なカドミウム化合物は、そのようなバッテリーの廃棄に問題を引き起こします。その他の欠点は次のとおりです。
- 自己放電する傾向が高い。
- 比較的低消費電力。
しかし、プラスもあります：
- 低価格;
- 長い耐用年数（最大1000回の充放電サイクル）;
- 大電流を供給する能力。
また、このようなバッテリーの利点には、低い負の温度で動作する能力が含まれます。
Ni-Cdセルの充電は直流モードで行われます。充電電流をスムーズまたは段階的に減らして充電することで、容量を十分に活用できます。プロセスの終了は、セル電圧を下げることによって制御されます。
ニッケル水素
ニッケルカドミウム電池を置き換えるように設計されています。多くの特性と消費者特性は、Ni-Cdのものよりも高くなっています。メモリー効果を部分的に取り除き、エネルギー強度を約1.5倍に増やし、自己放電の傾向を減らすことができました。同時に、高い電流効率が維持され、コストはほぼ同じレベルにとどまりました。環境問題は軽減されます-バッテリーは有毒な化合物を使用せずに製造されます。しかし、大幅に削減されたリソース（最大5倍）と負の温度で動作する能力でこれを支払う必要がありました-ニッケルカドミウムのものの-40°Cに対して最大-20°Cだけです。
このようなセルは、直流モードで充電されます。プロセスの終了は、各要素の電圧を1.37ボルトまで上げることによって制御されます。最も好ましいのは、負のサージを伴うパルス電流モードです。これにより、メモリー効果の影響がなくなります。
リチウムイオン
リチウムイオン電池が世界を席巻しています。それらは、状況が揺るぎないように思われた領域から他のタイプのバッテリーを置き換えます。リチウムイオン電池は実質的にメモリー効果がなく（存在しますが、理論レベルでは）、最大600回の充放電サイクルに耐え、エネルギー強度はニッケル水素の容量と重量の比率の2〜3倍です。電池。
保管中に自己放電する傾向も最小限ですが、文字通りこれらすべての費用を支払う必要があります。このようなバッテリーは、従来のバッテリーよりもはるかに高価です。通常の場合のように、生産の発展に伴う価格の低下が期待できますが、そのようなバッテリーの他の固有の欠点（電流効率の低下、負の温度での動作不能）は、既存の技術の枠組み内で克服される可能性は低いです。
火災の危険性が高まるとともに、これは使用をいくらか妨げます リチウムイオン電池。このような要素は劣化する可能性があることにも留意する必要があります。充電も放電もされていなくても、1.5〜2年間の保管で資源自体はゼロになります。
最も好ましい充電モードは2段階です。まず、安定した電流（電圧が滑らかに増加する）、次に安定した電圧（電流が滑らかに減少する）。実際には、第2段階は段階的に減少した充電電流の形で実装されます。さらに多くの場合、このステージは1つのステージで構成されます。つまり、安定化された電流は単純に減少します。
電池の主な特徴
バッテリーを選択するときに注意を払う最初のパラメーターは、 定格電圧。 1つのバッテリーセルの電圧は、セル内で発生する物理化学的プロセスによって決定され、バッテリーのタイプによって異なります。完全に充電された銀行の1つは次のようになります。
- 鉛蓄電池-2.1ボルト;
- ニッケルカドミウム-1.25ボルト;
- ニッケル水素-1.37ボルト;
- リチウムイオン-3.7ボルト。
より高い電圧を得るために、セルはバッテリーに組み立てられます。したがって、自動車のバッテリーの場合、12ボルト（より正確には12.6 V）を得るには6つの鉛蓄電池を直列に接続する必要があり、18ボルトのドライバーの場合はそれぞれ3.7ボルトのリチウムイオン缶を5つ接続する必要があります。
2番目の重要なパラメータは 容量。負荷がかかった状態でのバッテリー寿命を決定します。アンペア時（電流と時間の積）で測定されます。したがって、1アンペアの電流で放電されたときの容量が3A・hのバッテリーは、3時間で放電され、3アンペアの電流で-1時間で放電されます。
重要！ 厳密に言えば、 バッテリー容量 現在に依存します 放電するため、1つのバッテリーの異なる負荷値での電流と放電時間の積は同じにはなりません。
そして3番目の重要なパラメータ- 現在の供給。これは、バッテリーが供給できる最大電流です。たとえば、 自動車用バッテリー -寒い季節にモーターシャフトを回転させる可能性を決定します。また、たとえば動力工具では、大電流を供給して高トルクを発生させる能力が重要です。また、モバイルガジェットの場合、この特性はそれほど重要ではありません。
バッテリーの電気的特性と消費者品質は、バッテリーの設計と製造技術に依存します。バッテリーを正しく使用するということは、再生可能な化学電源の利点を利用し、欠点を平準化することを意味します。
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