Аккумулятор как работает: Как работает автоаккумулятор, авто

Как работает аккумулятор

Как работает автомобильный аккумулятор? Автомобильный аккумулятор обеспечивает всю электросистему машины необходимым количеством электроэнергии для питания всех электрических компонентов в Вашем автомобиле. И речь здесь идёт о довольно огромной ответственности. Без аккумулятора автомобиль, как Вы, наверное, уже поняли, никуда не поедет. Давайте взглянем на то, как работает этот мощный маленький ящик! Химическая реакция — это главный принцип работы аккумулятора: он попросту преобразует химическую энергию в электрическую, необходимую для питания Вашего автомобиля, обеспечения напряжением стартера и множества других электрических узлов машины, а также электрическую — обратно в химическую. Ещё одна важная функция аккумулятора — он обеспечивает постоянство силы тока — он также стабилизирует напряжение для того, чтобы двигатель работал

По-простому принцип работы аккумулятора можно охарактеризовать так: химические процессы в нём приводят в появлению электрического тока, которым питается автомобиль — особенно полезен такой ток, и больше всего его потребляется, когда Вы стартером раскручиваете двигатель, заводя его; когда же автомобиль заведён, то двигатель крутит генератор — и здесь мы видим процесс превращения механической энергии (кручение генератора) в электрическую — в свою очередь генератор передаёт произведённый им ток аккумулятору, и тот превращает уже электроэнергию в химическую — аккумулирует её, сохраняет, чтобы затем опять «накормить» ей тот стартер или любые иные электрические системы автомобиля, когда генератор не работает или же когда электроэнергии, производимой генератором недостаточно для обеспечения всех систем автомобиля. Автомобильный аккумулятор имеет два полюса: один положительный и второй — отрицательный, и Вы, наверное, уже знаете это, если хотя бы раз видели или отсоединяли/крепили клеммы аккумулятора. Эти полюсы подключаются к машине и отвечают за питание ряда очень важных механизмов автомобиля, в том числе: Запуск двигателя Кондиционер Воспроизведение аудиосистемы Все световые механизмы (фары, задние фонари, разного рода подсветки и т.п.) Стеклоочистители Многое-многое другое. В подавляющем большинстве случаев аккумулятор состоит из шести ячеек. В каждую ячейку помещаются два электрода, представляющих собой и изготовленных из восьми перекрывающихся металлических пластин. Эти восемь перекрывающихся металлических пластин образуют то, что известно как «гальванический элемент». Таким образом, в общей сложности каждая ячейка включает 2 электрода и 16 пластин. Именно через эти пластина производится питание электричеством автомобиля. Но как это работает? На самом деле, всё достаточно просто — давайте резюмируем вышеописанное: Батарея состоит из шести ячеек Каждая ячейка состоит из двух наборов пластин Каждый набор пластин включает в себя восемь перекрывающихся металлических пластин

А теперь немного химии. .. Первый набор пластин в ячейке является положительным, а второй — отрицательным. Положительное сетка покрыта оксидом свинца и приносит электроны в ячейку. Отрицательный набор покрыт непосредственно свинцом, и он, наоборот, освобождает электроны. Металлические пластины — помните, восемь из них в каждой сетке, 16 в каждой ячейке — находятся в смеси воды и серной кислоты (на самом деле в этой концентрации только около 35 процентов серной кислоты, но этого более чем достаточно, чтобы, например, прожечь одежду и сильно обжечь кожу. Эта смесь действует как электролит — вещество, которое хорошо проводит электричество. Когда аккумулятор заряжается (от генератора или другими способами), то происходит химическая реакция окисления свинца на положительном заряде, в результате чего электролит насыщается серной кислотой и удельный вес электролита повышается. Когда же аккумулятор, наоборот, разряжается, питая какие-либо электросистемы автомобиля (мы помним, что основной потребитель — это стартер), то за счёт восстановления свинца на другом — отрицательном наборе пластин, в результате которого образуется больше воды, и, следовательно, удельный вес электролита уменьшается.

При этом, химический процесс в каждой из пластин настолько ничтожен, что выделяется очень мало энергии, но на выходе из аккумулятора легкового автомобиля, когда все эти реакции проходят по всем 6 ячейкам, мы и получаем уже сокровенные 12 Вольт. Возможные неполадки аккумулятора Аккумулятор со временем приходит в негодность — это естественный его износ и, кроме того, разного рода вредные процессы в нём и воздействия на него могут значительно укоротить срок его жизни. И первыми симптомами того, что в аккумуляторе есть неполадки, являются неспособность завести автомобиль (особенно, в морозную погоду).

Итак, какие же могут быть проблемы с аккумулятором? Низкий уровень жидкости в аккумуляторе: автомобильные аккумуляторы обычно имеют небольшую часть корпуса в виде полупрозрачной полосы — чтобы Вы всегда могли следить за уровнем жидкости Вашего аккумулятора. Если уровень жидкости ниже свинцовых пластин (проводник электричества) внутри аккумулятора, то это самое время, чтобы либо долить её, либо заменить аккумулятор. «Отёк» аккумулятора — это когда корпус Вашего аккумулятора выглядит так, как-будто он съел очень много и вздулся. Это может указывать на срочную замену аккумулятора. Можно обвинить избыточное количества тепла в качестве причины вздутия аккумулятор и, как следствие, уменьшения срока службы аккумулятора. Запах тухлых яиц от аккумулятора: Вы можете заметить острый запах тухлого яйца (на самом деле, это запах серы) вокруг своей батареи. Причина: протечка аккумулятора. Протечка эта, кроме запаха, также вызывает коррозию вокруг клемм.

Аккумулятор — Что такое Аккумулятор?

Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии.
Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно.
Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.
Батареи — это электрохимические устройства, которые преобразуют активные материалы более высокого уровня в альтернативное состояние во время разряда.
Скорость такой преобразования определяет нагрузочные характеристики аккумулятора.
Никелевые и литиевые батареи превосходят свинцовые батареи по скорости реакции. 

Для бытовых приборов и инструментов используется несколько типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по используемым для их изготовления материалам.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Никель-кадмиевые батареи:

• являются одними из самых долговечных аккумуляторов с точки зрения срока службы.
• способны выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчивы к низким температурам, также у них большой допустимый ток разряда.
• имеют низкую цену и большой срок службы.

Недостатки :

• быстро саморазряжается,
• имеет низкую плотность энергии,
• имеет «эффект памяти», что приводит к снижению полезной емкости при неполном разряде батареи.

Для восстановления номинальной мощности, надо полностью разрядить, а потом снова зарядить это устройство.
Чтобы увеличить срок службы такого оборудования, необходимо полностью его разряжать и только потом ставить на зарядку.
Для заряда надо использовать только то устройство, которое шло в комплекте, либо таким, которое соответствует требованиям производителя батареи.

Никель-металлогидридные (NiMh)

Эта батарея предлагает до 50% больше энергии, чем никель-кадмиевые.
Имеет короткий срок службы.
Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными.
Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.

Литий-ионные (LiIon)


Среди аккумуляторов имеют самую высокую плотность энергии и самые легкие.

Стоят дороже и не могут обеспечить большие токи — это негатив.
Чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах они уже используются редко, т. к. вытесняются более прогрессивным типом батарей.
Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.

Литий-полимерные (LiPol)

Самые современные устройства.
Основным их отличием является то, что электролит гелеобразный, поэтому такие аккумуляторы могут быть очень тонкими.
Они чаще всего применяются в мобильных телефонах, плеерах и другой технике, имеющей небольшие размеры.
Т. к. такие батареи также чувствительны к перезаряду, использовать их в устройствах с неисправным контроллером заряда нельзя.

Если нарушается герметичность. также нельзя эксплуатировать такую батарею.

Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность.
Во время заряда ток пропускают в направлении, противоположном тому, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой аккумулятора является емкость, т. е. величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения.
Для ее измерения обычно используют Ач.

Промышленные аккумуляторы:

• обычно крупнее аккумуляторов, используемых в потребительских товарах, 
• имеют более длительный срок службы,
• сконструированы таким образом, чтобы выдерживать ряд условий, которые не могут выдержать потребительские батареи;
• примеры: 
• батареи, используемые для контроля структурных нагрузок на мосты,
• вилочные погрузчики, где надлежащее обслуживание и системы зарядки имеют решающее значение;
• номенклатура промышленных аккумуляторов гораздо шире, нежели бытовых;
• стоимость выше, чем потребительских аккумуляторов;
• нуждаются в обслуживании, чтобы обеспечить их эффективную работу как можно дольше.

Как заряжать и проверить заряд аккумулятора

Как заряжать и проверить заряд аккумулятора

Основное назначение стартерной аккумуляторной батареи (АКБ) указано в ее названии: это источником энергии для работы стартера. То есть, главную свою роль АКБ играет на стадии пуска двигателя, а затем энергия в бортовую электросеть поступает от генератора.

В момент пуска двигателя аккумулятор теряет значительную часть запасенной энергии, и нуждается в зарядке — она выполняется генератором, который, по идее, за относительно короткое время должен восстановить АКБ. Однако это происходит не всегда, вернее — так происходит редко, в основном же аккумуляторы либо постоянно недозаряжаются (в основном, в городе), либо перезаряжаются. В первом случае необходимо довести заряд до нормального уровня, а во втором стоит подумать об обращении в автосервис: перезаряд может говорить о неисправности реле-регулятора. При постоянном перезаряде АКБ просто-напросто выходит из строя, и это, ко всему прочему, не является гарантийным случаем, бесплатно заменить батарею будет невозможно.

Диагностика аккумулятора

Как проверить аккумулятор? Исходя из каких параметров можно сделать вывод, что АКБ действительно нуждается в зарядке и восстановлении?

Таких параметров всего два — напряжение и плотность электролита. Но если с проверкой первого все просто, то со вторым могут возникнуть проблемы — сейчас широко распространены необслуживаемые АКБ, узнать плотность электролита в них просто невозможно. Однако не будем расстраиваться заранее, а посмотрим, что с этим можно сделать.

Сначала нужно измерить напряжение: при 100%-й зарядке на клеммах должно быть 12,7 В, при этом плотность электролита должна составлять 1,265 г/куб.см. Если напряжение ниже, то аккумулятор разряжен: 12,4 В соответствует 75%-ному заряду, 12,2 В — 50%-ному, а напряжение 12,1 В свидетельствует, что заряд составляет всего 25%.

Проверка аккумулятора показала, что он нуждается в зарядке, что делать дальше?

Как зарядить автомобильный аккумулятор классической конструкции

Наиболее просто зарядить АКБ классической конструкции — наличие пробок и возможности видеть электролит позволяет контролировать процесс зарядки и достичь лучшего результата.

Прежде, чем подключить к аккумулятору зарядное устройство, нужно выкрутить пробки, чтобы открыть доступ к электролиту. Далее можно приступать непосредственно к зарядке, выбрав для этого один из нескольких способов.

Наиболее просто аккумулятор классической конструкции заряжать постоянной силой тока. Для этого на зарядном устройстве выбирается ток, равный 10% емкости аккумулятора: если емкость составляет 60 Ач, то ток будет равным 6 А. Устанавливать напряжение в этом случае нет необходимости — оно автоматически отрегулируется зарядным устройством.

А теперь нужно проявить немного терпения — новая АКБ таким способом заряжается до 8 часов, батарея со «стажем» набирает полный заряд за большее время. И все это время (каждые полтора-два часа) нужно проверять напряжение и плотность электролита.

Не удивляйтесь, что напряжение будет выше привычных 12,7 В — именно поэтому аккумулятор и заряжается. Когда напряжение достигнет 14,4 В, стоит вдвое уменьшить силу тока. Плотность электролита также должна постоянно расти, но не слишком быстро.

Сколько заряжать аккумулятор, как понять, что его нужно отключать от зарядного устройства? Это будет видно сразу, так как первый признак полного заряда — «кипение» электролита. Бурная реакция обусловлена тем, что из-за полного заряда батареи изменяется характер протекающих в ней электрохимических реакций. В частности, молекулы воды начинают распадаться на водород и кислород, и эти газы покидают банку, создавая эффект закипания.

В связи с этим помните о безопасности! Заряжайте аккумулятор в хорошо проветриваемом помещении, и не подносите к нему открытый огонь — водород, смешивающийся с воздухом, вспыхивает даже от искры, и может привести к пожару и даже к взрыву аккумулятора!

Отключать зарядное устройство можно через 15 — 20 минут после «закипания» электролита, еще минут через 20 можно закручивать пробки — нужно дать газу полностью выйти.

Но бурлящий электролит — не единственный признак полного заряда. АКБ можно считать заряженной, если в течение одного-двух часов ток, напряжение и плотность электролита не изменяются. Тогда смело можно выключать зарядное устройство, и ставить аккумулятор на место.

Как правильно зарядить автомобильный аккумулятор необслуживаемого типа

Необслуживаемый аккумулятор лучше всего заряжать другим способом (который, впрочем, подходит для любых типов АКБ) — зарядкой постоянным напряжением.

В этом случае на зарядном устройстве устанавливается определенное напряжение, а сила тока уже будет регулироваться автоматически. Точнее, ток будет изменяться вследствие законов электротехники — при увеличении напряжения на аккумуляторе, сила тока будет падать, а при достижении равенства напряжений на АКБ и зарядном устройстве, ток станет нулевым.

Последнее обстоятельство обусловило популярность этого способа зарядки — она происходит в автоматическом режиме, так как по достижении полного заряда дальнейшая зарядка не производится, а значит, нет необходимости следить за процессом.

Однако у этого способа есть недостаток: он требует много времени — не менее 20 — 24 часов. Но даже этого времени будет недостаточно, если установить слишком низкое напряжение заряда. Так, при напряжении 14,4 В АКБ за сутки зарядится на 80%, при 15 В — на 90%, а при 16 В — на 95 — 97%. Полной зарядки можно достичь при напряжении 16,3 — 16,4 В.

Этот способ хорош тем, что позволяет без труда поддерживать аккумулятор в рабочем состоянии, особенно, если автомобиль постоянно работает в режиме «такси». Однако доводить АКБ до полного заряда лучше первым способом.

Как зарядить аккумулятор автомобиля зимой

Зимой аккумулятор работает в наиболее тяжелых условиях, так как при пуске двигателя от него требуется выдавать едва ли не вдвое более высокий пусковой ток. Но это полбеды, ведь из-за морозов уменьшается емкость АКБ, а значит и стартер может нормально работать меньшее время, чем летом. Так, при температуре около нуля емкость аккумулятора снижается примерно на треть, а при температуре минус 18 градусов емкость падает уже вдвое. Теперь понятно, почему разряжается аккумулятор именно в сильные морозы.

Но уровень заряда АКБ влияет не только на способность автомобиля завестись в морозы, но и на физические состояние самой батареи. Дело в том, что чем ниже заряд, тем выше температура замерзания электролита. Если аккумулятор заряжен полностью, он не замерзнет и при минус 60, но при полном разряде замерзание может произойти и при нуле градусов.

В этом случае электролит превращается в лед, и из-за известных свойств воды увеличивается в объеме. Это приводит к «надуванию» АКБ, а иногда стенки батареи и вовсе разрушаются. Нужно сказать, что данный случай не является гарантийным, поэтому в зимнее время необходимо следить за состоянием автомобиля, и использовать специальное зимнее масло — это позволит не разряжать АКБ долгим пуском из-за загустевшего масла.

Если при замерзании аккумулятор не повредился, его необходимо отогреть до полного оттаивания электролита, и зарядить.

Быстрая зарядка АКБ

Иногда требуется зарядить аккумулятор очень быстро, буквально за два-три часа — возможно ли это? Да, возможно, что ежедневно доказывают многие автолюбители. Сокращение времени зарядки достигается простым увеличением зарядного тока — на практике ток выбирается в пределах 10 — 20 А.

Необходимо сказать, что этот способ не самый лучший — слишком высокий ток способствует быстрому износу АКБ. Но иногда просто нет иного выхода, и приходится рисковать батареей ради экономии времени.

Первая зарядка АКБ

Новый аккумулятор в большинстве случаев нежелательно сразу ставить на автомобиль — его нужно зарядить. Но если есть немного времени, но нет желания нести АКБ домой, то ее можно зарядить и от автомобильного генератора — достаточно поездить не менее часа в умеренном режиме.

Не допускается автомобиль с только что установленным аккумулятором сразу ставить на несколько дней в гараж или на стоянку — такой простой, особенно зимой, с большой долей вероятности приведет к разряду АКБ.

Если вы приобрели сухозаряженный аккумулятор, то вам в любом случае придется потратить некоторое время на приведение его в рабочее состояние.

Сколько заряжается аккумулятор, только что купленный в магазине? Как показывает практика — от трех до восьми часов. Зарядить его можно любым из описанных выше способов.

Иное дело — сухозаряженнаый аккумулятор. Сначала в него нужно залить электролит, подождать, пока пропитаются пластины (это длится от 15 минут до часа), затем долить электролит до нужного уровня, и ждать — примерно через полтора часа АКБ зарядится, это можно будет увидеть по «кипящему» электролиту.

Когда газовыделение прекратится, нужно проверить напряжение батареи, и если оно ниже необходимого, провести нормальную зарядку с помощью зарядного устройства. Если АКБ новая, то на все это потребуется 3 — 4 часа, но если аккумулятор пробыл в магазине свыше года, то на зарядку может потребоваться 6 — 10 часов.

Правильная зарядка аккумулятора — гарантия его долгой и стабильной работы, и этому делу нужно уделять большое внимание. Тем более, что при некотором навыке это не будет доставлять проблем и неудобств.

Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

1. Все статьи
2. Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

Автомобильный аккумулятор выполняет три функции. Основанная функция АКБ – это запуск двигателя. Также, батарея питает бортовые электрические устройства – при неработающем двигателе. Вторая важная функция – возможность аварийного питания, источником которого аккумулятор выступает в случае поломки генератора. Третья функция – это достижение баланса напряжения, которое поступает от  генератора. Эта функция характерна для инжекторных двигателей.

Устройство аккумулятора автомобиля существенно не меняется уже много десятилетий. Хотя развитие технологий и появление новых материалов более высокого качества способствует более надежной конструкции и работе АКБ.

Основу работы аккумулятора составляет принцип возникновения разности потенциалов – то есть, напряжения. Оно возникает между пластинами, которые погружены в раствор электролита.

АКБ – устройство, которое, в зависимости от типа и производителя, имеет определенные  конструктивно-технологические различия. Но общий принцип – одинаков: все аккумуляторные батареи содержат электроды, разделенные сепараторами, и помещенные в пространство, заполненное электролитом.

Корпус

Корпус аккумулятора состоит из двух частей: основной глубокой емкости и закрывающей крышки. Она может быть оснащена горловинами с пробками или системой, при помощи которой стабилизируется давление внутри батареи, и отводится образующийся газ. Конструкция корпуса зависит от типа АКБ.

Сам корпус изготовлен из материала, к которому предъявляются большие требования прочности и безопасности. Он должен быть устойчив к воздействию агрессивных химических реагентов, переносить колебания температуры и сильную вибрацию. В большинстве современных аккумуляторов корпус сделан из полипропилена.

Внутренние отсеки

Стандартное устройство аккумуляторной батареи представляет собой контейнер, состоящий из шести секций (или, как их называют, «банок»). Каждая секция – это отдельный источник питания. Она вырабатывает порядка 2 – 2,1 В. Стандартная АКБ рассчитана на 12 В.

В каждой из ячеек находится набор (или пакет) из отдельных пластин с чередующейся полярностью. То есть, одна пластина положительная, другая отрицательная. Причем, пластины отделены друг от друга. Пластины сделаны из свинца и имеют решетчатую структуру в виде прямоугольных сот. Это облегчает нанесение них активной массы – основного рабочего реагента.

Пластины

Для увеличения прочности пластин в них добавляют сурьму. У этой технологии есть и свои недостатки: присутствие сурьмы способствует выкипанию воды из электролита. Это – основная причина, по которой практически во все типы АКБ необходимо доливать воду. Но технологии не стоят на месте. Устройство автомобильных аккумуляторов совершенствуется. Количество сурьмы в свинцовых пластинах значительно уменьшилось, благодаря чему появились малообслуживаемые и гибридные аккумуляторы.

На положительный электрод наносится двуокись свинца, на отрицательный – губчатый свинец. Внутрь заливается электролит, который является водным раствором серной кислоты.

Каждая чередующаяся пластина является электродом, имеющим противоположную полярность. Таким образом, с целью предотвращения замыкания, между каждой парой пластин располагается сепаратор. Он изготовлен из пористого пластика и не создает препятствий для циркуляции электролита внутри ячейки.

Пластин с отрицательной полярностью больше на 1 единицу, так как каждая пластина с положительным зарядом помещена между двумя отрицательными (минусовыми).

Пакет с пластинами надежно фиксируется, чтобы предотвратить смещение и деформацию. Фиксация осуществляется при помощи специального бандажа. Токовыводы пластин (плюсовые и минусовые) объединены в пары. Концентрация энергии происходит при помощи токосборников – на выводные борны аккумулятора. К ним  токоприемные клеммы.

Устройство АКБ обеспечивает максимальную надежность. Современные аккумуляторы – это качественные устройства, выступающие источниками питания даже для самых мощных автомобилей.

Виды современных аккумуляторов

Современные АКБ подразделяются на два основных вида: классические и необслуживаемые. Классические существуют уже больше ста лет и описаны выше. Необслуживаемые аккумуляторные батареи были созданы всего несколько десятилетий назад. Они эффективно работают в любом, даже перевернутом, положении. Вместо жидкого электролита в них применяется гелиевый, или адсорбированный сепараторами. Устройство автомобильного аккумулятора, который является необслуживаемым, подразумевает максимальную герметичность. Для отвода газов, которые выделяются при заряде и разряде, предусмотрен специальный клапан.

Главное различие необслуживаемых АКБ от классических – в более низких разрядных и зарядных токах.  Причина – в конструкции необслуживаемых батарей. При больших токах классическая АКБ активно выделяет газ и «закипает». У необслуживаемых и герметизированных батарей этого нет.

Google

 

Информация об аккумуляторных батареях ASUS

Жизненный цикл батареи

1. Из-за химических свойств ионов лития емкость батареи постепенно уменьшается с течением времени. Это нормальное явление.
2. Срок службы литий-ионной батареи составляет примерно 300-500 циклов. При нормальных условиях использования и температуре окружающей среды (25 ℃) литий-ионный аккумулятор должен нормально разряжаться и заряжаться в течение 300 циклов (или около одного года). После этого емкость аккумулятора падает до 80% от первоначальной.
3. Снижение срока службы батареи зависит от конструкции системы, модели, энергопотребления системы, потребления программ и операционного программного обеспечения, а также настроек управления питанием. Высокие / низкие рабочие температуры и ненормальная работа могут привести к быстрому сокращению срока службы батареи на 60% или более за короткое время.

4.  Скорость разряда аккумулятора зависит от программного обеспечения ноутбука или планшета и настроек управления питанием. Например, выполнение требовательных к вычислениям программ, таких как графическое программное обеспечение, игровое программное обеспечение и воспроизведение видео, потребляет больше энергии, чем выполнение обычного программного обеспечения для обработки текстов. Когда ноутбук с заряженным аккумулятором подключается к дополнительным устройствам USB или Thunderbolt извне, аккумулятор также разряжается быстрее.

 

 

Механизмы защиты аккумулятора

1. Частая зарядка аккумулятора под высоким напряжением ускоряет ее старение. Чтобы продлить срок службы батареи, батарея поддерживает уровень заряда 90% -100% после полной зарядки, в этом диапазоне система может не заряжаться из-за механизмов защиты батареи.

*Емкость инициирования заряда батареи (%) обычно устанавливается между 90% -99%. Фактическое значение будет отличаться в зависимости от модели.

2. Аккумуляторы, заряженные или хранящиеся при высоких температурах окружающей среды, могут повредиться и ускорить сокращение срока службы батареи. Когда температура батареи слишком высокая и аккумулятор перегревается, зарядная емкость батареи будет ограничена или прекращена совсем. Это часть механизмов защиты батареи системы.
3. Несмотря на то, что устройство было выключено, а адаптер переменного тока удален, системе по-прежнему требуется небольшое энергопотребление, поэтому это нормальный сценарий, когда уровень заряда батареи все еще падает.

 

Износ аккумулятора

1. Батареи по сути это расходные материалы. Литий-ионные аккумуляторы с непрерывными химическими реакциями естественным образом разряжаются и теряют емкость.
2. После использования аккумулятора в течение некоторого времени, при определенных условиях аккумулятор может незначительно вздуться. Это не создаст проблем безопасности.
3. Вздутые батареи должны быть заменены и выброшены должным образом, даже если они не влияют на безопасность. При замене вздувшихся батарей не выбрасывайте старую батарею в бытовые отходы. Обратитесь в местную службу поддержки ASUS для утилизации батарей.

 

Стандартный уход за аккумулятором

1. Если ноутбук, мобильный телефон или планшет не будут использоваться в течение длительного времени, зарядите аккумулятор до 50%, выключите устройство и отсоедините источник питания переменного тока (адаптер). Подзаряжайте аккумулятор каждые три месяца до 50%, чтобы предотвратить повреждение аккумулятора из-за чрезмерной разрядки из-за длительного хранения без использования.
2. Когда источник питания переменного тока постоянно используется для ноутбука, мобильных телефонов или планшетов, пользователь должен разряжать аккумулятор до 50% не реже одного раза в две недели, чтобы освободить аккумулятор от постоянного высокого напряжения, что может сократить срок его службы. Пользователи ноутбуков могут продлить срок службы батареи с помощью программного обеспечения ASUS Battery Health Charging.
3. Наилучшими условиями хранения аккумуляторов являются температура окружающей среды от 10 до 35 ° C, поддержание заряда на уровне 50% и увеличение срока службы батареи с помощью программного обеспечения ASUS Battery Health Charging.
4. Избегайте хранения батарей во влажной среде, которая может привести к увеличению скорости разряда батареи. Среда с более низкой температурой будет вредить внутренним химическим веществам батареи, в то время как батареи, хранящиеся при более высокой температуре, подвергаются риску взрыва.
5. Не размещайте компьютер, мобильный телефон или аккумулятор рядом с радиаторами, каминами, печами, электронагревателями или другими источниками тепла выше 60 ℃ (140 ° F). Перегрев аккумулятора может привести к его взрыву или протечке, что может привести к возгоранию.
6. Поскольку в ноутбуках используется встроенный аккумулятор, аккумулятор не будут получать питания, если компьютер не использовался или не заряжался, а затем время и настройки BIOS вернутся к значениям по умолчанию. Если вы не собираетесь использовать компьютер в течение длительного времени, заряжайте аккумулятор раз в месяц.

 

Оптимальные настройки Батареи

Держа адаптеры переменного тока подключенными к ноутбукам, сотовым телефонам или планшетам во время использования, аккумуляторы остаются слишком заряженными, что может сократить срок их службы. Чтобы защитить аккумулятор при таком использовании, пользователи ноутбука могут продлить срок его службы с помощью программного обеспечения ASUS Battery Health Charging.

Введение ASUS Battery Health Charging

https://www.asus.com/ru/support/FAQ/1032726/

Поставки моделей с 4 квартала 2017 содержат это приложение.

 

Условия гарантии на аккумуляторы ASUS

1. ASUS заменит новую аккумуляторную батарею в следующих случаях (применяются условия гарантии https://www.asus.com/ru/support/Article/606/):
   • (a) батарея не заряжается;
   • (b) батарея вызывает самопроизвольное включение/выключение/перезагрузку ноутбука;
   • (c) батарея быстро разряжается;
   • (d) батарея не определяется системой;
   • (e) система неоднократно предупреждает пользователя о необходимости замены батареи;
   • (f) индикатор зарядки батареи работает некорректно;

 

Обзор аккумуляторов ASUS

Литий-ионные батареи

Преимущества литий-ионных аккумуляторов включают высокую плотность энергии, большую емкость, малый вес, длительный срок службы, отсутствие эффекта памяти и быструю зарядку. Они широко используются в потребительских товарах, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и планшеты.

Почему АКБ зимой работает хуже? Подготовить аккумулятор на зиму.

Проблема подготовки аккумулятора на зиму знакома автомобилистам — зимой аккумулятор слабее и медленнее крутит стартер, быстро разряжается. Это связано с тем, что зимой нагрузка на аккумулятор возрастает, а характеристики аккумулятора резко ухудшаются в связи с понижением температуры эксплуатации.

 

Рассмотрим влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов:

• внутреннее сопротивление
• напряжение
• емкость
• отдача

1. Внутреннее сопротивление аккумулятора

Внутреннее сопротивление складывается из сопротивления материала пластин, активного поверхностного слоя пластин, сепараторов, и сопротивления электролита, которое сильно зависит от температуры, снижение подвижности ионов и увеличение вязкости электролита повышают внутреннее сопротивление.

При температуре от -30°C до -40°C снижается скорость диффузии ионов электролита, проводимость активного слоя падает в восемь раз, проводимость сепараторов в четыре раза.

Основными свойствами электролита являются плотность, температура замерзания, вязкость и удельное сопротивление.

Плотность электролита находится линейной зависимости от температуры в диапазоне от 20 С до – 30 С и может определяться по формуле 1.28 + (Т-20)Х0.007

В диапазоне от 0°C до -30°C при падении температуры на 1°C:

— вязкость увеличивается на 16%

— удельное сопротивление увеличивается на 15%

— емкость аккумулятора падает на 4%

Внутреннее сопротивление также увеличивается при разряде большими токами как результат уменьшения плотности электролита в порах активной массы и около электродов.

Зависимость удельного сопротивления электролита плотностью 1,30 г/см³ от температуры:

Температура, °С	Удельное сопротивление электролита Ом·см
+ 40	0,89
+ 25	1,28
+ 18	1,46
0	1,92
–  18	2,39

Соответственно, с падением температуры аккумулятора снижается максимальный отдаваемый батареей ток.

Как видно из вышеприведенных данных, с понижением температуры электролита с +40°С до -18°С удельное сопротивление возрастает в 2,7 раза.

2. Напряжение на клеммах АКБ

Напряжение на клеммах аккумулятора является разницей значения электродвижущей силы (ЭДС) и падением напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора, которое значительно зависит от температуры, плотности электролита и потребляемого тока.

Напряжение заряда при 20°С составляет 13,8 В, при снижении температуры должно увеличиваться на 0,003 В/град, что составляет при О°С дополнительно 0,6В (14,4В) и при -20°С  дополнительно 1,2В (15В).

Зимой АКБ страдают от недозаряда, особенно при коротких поездках. 

Напряжение на клеммах АКБ 12,72 В говорит о 100% заряде.

12,24 В — заряде 50%,

11,76 В соответствует полностью разряженному аккумулятору.

При частичном заряде падает плотность электролита и повышается вероятность его замерзания и разрушения батарей.
Электролит плотностью 1,28 замерзает при -65°C, плотностью 1.20 при -20°C, плотностью 1.10 при – 7 °C.

4. Емкость аккумулятора

Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при заданном режиме разряда, температуре и конечном напряжении. Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле C=Ip*tp, где С – емкость, а·ч;
Ip – сила разрядного тока, а;
tp – время разряда, ч.

Снижение емкости аккумулятора при понижении температуры вызвано повышением вязкости электролита и замедлением диффузии электролита в поры активной массы, внутренние слои которой не участвуют в реакции разряда.

5. Отдача по емкости

Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях. Отдача по емкости зависит от полноты заряда, который падает с падением температуры электролита.

Выводы

Все вышесказанное объясняет значительное влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов. В холодное время, разряженный после неудачного запуска двигателя и оставленный в машине почти новый аккумулятор, может быть испорчен в результате замерзания электролита.

Если рассматривать практический пример, то мы наблюдали падение емкости АКБ с 80 A/ч  до 12 А/ч при температуре -18°C и токе разряда 240А.

Пути снижения влияния холода на характеристики АКБ:

1. Утепление подкапотного пространства

2. Если автомобиль хранится в гараже, то можно подсоединить к аккумулятору коннекторы постоянного подключения и соединять его с зарядным устройством Optimate или Battery Service — данные зарядные устройства имеют режим хранения и не требуют отключения от акб после окончания процесса зарядки акб.

 

3. С периодичностью раз в неделю/месяц (в зависимости от состояния акб и температуры эксплуатации) подзаряжать аккумулятор зарядным устройством. 

4. Обязательно менять масло в двигателе на зимнее — это позволит не только снизить нагрузку на акб в момент старта двигателя, но и значительно увеличит срок его службы.

Ссылки по теме

Если аккумулятор разряжается: причины и действия

Зачастую водитель автомобиля вспоминает о существовании аккумулятора под капотом своего «железного коня», когда, повернув ключ в замке зажигания, не слышит привычных звуков, сопровождающих запуск двигателя. Еще 30-40 лет назад водители автотранспортных средств, гордо именовавшие себя «шоферами», не имели такой зависимости от неисправностей батареи, поскольку на подобный случай, в комплектации их авто был предусмотрен специальный инструмент, получивший народное название «кривой стартер». В наше время разряженный химический источник тока (ХИТ) может стать «ночным кошмаром» для вечно куда-то спешащего жителя мегаполиса. Какие действия помогут избежать неприятных сюрпризов от вашего аккумулятора рассмотрим ниже.

Почему АКБ разряжается до критического уровня и как этого избежать

На самом деле разряд — это нормальный режим работы этого устройства, который имеет всего два рабочих режима «разряд» и «заряд». Проблемы возникают если затраченная энергия не восполняется в достаточном объеме. Это происходит по двум причинам:

• неисправности электрооборудования;
• ошибки эксплуатации.

Неисправности какого электрооборудования могут привести к разряду аккумулятора

Самостоятельно Вы можете проверить:

• предохранители;
• натяжение ремня генератора;
• регулятор напряжения;
• состояние электропроводки;
• аккумулятор;
• генератор;
• ток утечки.

Неисправные узлы и детали следует заменить новыми.

Если Вы дорожите своим временем и хотите получить гарантировано положительный результат, обратитесь к специалистам. Записаться на диагностику выбрав ближайшую СТО и удобное время можно онлайн прямо у нас на сайте.

Как избежать ошибок при эксплуатации автомобиля, которые приводят к разряду аккумулятора

• Подключая к бортовой сети авто обогреватели, аудио/видео устройства, источники света и другие потребители энергии, убедитесь, что генератор имеет достаточный запас мощности для питания дополнительных девайсов.
• Подолгу простаивая в пробках, учитывайте, что полную мощность генератор выдает только тогда, когда обороты двигателя превышают 1500, а на холостых оборотах часть нагрузки несет АКБ, поэтому желательно в таких случаях отключить лишних потребителей энергии от бортовой сети.
• При эксплуатации автотранспорта в режиме частых поездок на незначительные расстояния аккумулятор не успевает подзарядиться от генератора и требует периодической подзарядки внешним зарядным устройством.
• Самые банальные причины разрядки — невыключенные габаритные огни, постоянно горящая лампочка в багажнике, неправильно подключенная сигнализация.
• Не применяйте предохранители большего номинала, чем предусмотрено инструкцией по эксплуатации автомобиля.
• Защитите клеммы от окисления специальными средствами.
• Поддерживайте ХИТ в чистоте, чтобы избежать саморазряда через токопроводящий слой поверхностных загрязнений.
• Устанавливая новый аккумулятор, обязательно полностью снимите защитную полиэтиленовую пленку — под ней скапливается пыль и грязь.
• Если собираетесь не использовать автомобиль длительное время, не оставляйте аккумулятор подключенным к бортовой сети во избежание полного разряда — это может привести к значительной потере его емкости вследствие ускоренной сульфатации пластин.
• Хотя бы раз в год, желательно перед наступлением холодов, проводите подзарядку батареи сетевым зарядным устройством в режиме десульфатации, контроль натяжения ремня генератора и проверку бортовой сети на наличие утечек.
• Учитывайте особенности эксплуатации и хранения автомобильного аккумулятора в зимнее время.

Правильная эксплуатация и соблюдение правил хранения в холодное время года, а также профилактические мероприятия позволят свести к минимуму риски возникновения неприятных ситуаций, как водится, в самый неподходящий момент.

Как работает аккумулятор — Любопытно

Представьте себе мир без батарей. Все те портативные устройства, от которых мы так зависим, были бы настолько ограничены! Мы сможем доставить наши ноутбуки и телефоны настолько далеко, насколько это досягаемо для их кабелей, что сделает это новое работающее приложение, которое вы только что загрузили на свой телефон, практически бесполезным.

К счастью, у нас есть батарейки. Еще в 150 г. до н.э. в Месопотамии парфянская культура использовала устройство, известное как багдадская батарея, сделанное из медных и железных электродов с уксусом или лимонной кислотой.Археологи считают, что на самом деле это не батареи, а в основном они использовались для религиозных церемоний.

Изобретение батареи в том виде, в котором мы ее знаем, приписывают итальянскому ученому Алессандро Вольта, который собрал первую батарею, чтобы доказать свою точку зрения другому итальянскому ученому, Луиджи Гальвани. В 1780 году Гальвани показал, что лапки лягушек, подвешенных на железных или латунных крючках, подергиваются при прикосновении к зонду из другого металла. Он считал, что это было вызвано электричеством из тканей лягушек, и называл это «животным электричеством».

Луиджи Гальвани обнаружил, что лапы лягушек, подвешенных на латунных крючках, дергались, когда их ткнули зондом из другого металла. Он думал, что эта реакция была вызвана «животным электричеством» внутри лягушки. Источник изображения: Луиджи Гальвани / Wikimedia Commons.

Вольта, первоначально впечатленный открытиями Гальвани, пришел к выводу, что электрический ток исходит от двух разных типов металла (крючки, на которых висели лягушки, и другой металл зонда) и просто передается через них, а не через них. из тканей лягушек.Он экспериментировал со стопками слоев серебра и цинка, перемежаемых слоями ткани или бумаги, пропитанной соленой водой, и обнаружил, что электрический ток действительно протекает через провод, приложенный к обоим концам стопки.

Батарея Алессандро Вольта: куча цинковых и серебряных листов, перемежаемых тканью или бумагой, пропитанной соленой водой. Представьте, что вы используете это для питания вашего телефона. Источник изображения: Луиджи Кьеза / Wikimedia Commons.

Volta также обнаружил, что, используя различные металлы в сваях, можно увеличить количество напряжения.Он описал свои открытия в письме Джозефу Бэнксу, тогдашнему президенту Лондонского королевского общества, в 1800 году. Это было довольно большое дело (Наполеон был весьма впечатлен!), И его изобретение принесло ему устойчивое признание в честь «вольта». ‘(мера электрического потенциала), названная в его честь.

Я сам, шутя в сторону, поражен тем, как мои старые и новые открытия … чистого и простого электричества, вызванного контактом металлов, могли вызвать такое волнение. Алессандро Вольта

Так что же именно происходило с этими слоями цинка и серебра и с дрожащими лягушачьими лапами?

Химия батареи

Батарея — это устройство, которое накапливает химическую энергию и преобразует ее в электричество.Это известно как электрохимия, а система, лежащая в основе батареи, называется электрохимическим элементом. Батарея может состоять из одного или нескольких (как в оригинальной кучке Вольты) электрохимических ячеек. Каждая электрохимическая ячейка состоит из двух электродов, разделенных электролитом.

Итак, откуда электрохимический элемент получает электричество? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать, что такое электричество. Проще говоря, электричество — это тип энергии, производимый потоком электронов.В электрохимической ячейке электроны образуются в результате химической реакции, которая происходит на одном электроде (подробнее об электродах ниже!), А затем они перетекают на другой электрод, где расходуются. Чтобы понять это должным образом, нам нужно внимательнее изучить компоненты клетки и то, как они устроены вместе.

Электроды

Чтобы создать поток электронов, вам нужно где-то, чтобы электроны текли с из , а где-то электроны текли с по .Это электроды ячейки. Электроны текут от одного электрода, называемого анодом (или отрицательным электродом), к другому электроду, называемому катодом (положительный электрод). Обычно это разные типы металлов или другие химические соединения.

В котле Вольта анодом служил цинк, от которого электроны текли по проволоке (при соединении) с серебром, которое было катодом батареи. Он сложил много этих ячеек вместе, чтобы получилась общая куча, и поднял напряжение.

Но откуда анод вообще берет все эти электроны? И почему они так счастливы, что их отправили в веселый путь к катоду? Все сводится к химии, происходящей внутри клетки.

Нам нужно понять пару химических реакций. На аноде электрод реагирует с электролитом в реакции, в которой образуются электроны. Эти электроны накапливаются на аноде. Между тем, на катоде одновременно происходит другая химическая реакция, которая позволяет этому электроду принимать электроны.

Технический химический термин, обозначающий реакцию, которая включает обмен электронами, — это реакция восстановления-окисления, обычно называемая окислительно-восстановительной реакцией. Вся реакция может быть разделена на две половинные реакции, и в случае электрохимической ячейки одна полуреакция происходит на аноде, а другая — на катоде. Уменьшение — это усиление электронов, и это то, что происходит на катоде; мы говорим, что катод восстанавливается во время реакции. Окисление — это потеря электронов, поэтому мы говорим, что анод окисляется.

Каждая из этих реакций имеет определенный стандартный потенциал. Думайте об этой характеристике как о способности / эффективности реакции либо производить, либо поглощать электроны — ее силу в электронном перетягивании каната.

• Стандартные потенциалы для полуреакций

  Ниже приведен список половинных реакций, которые включают высвобождение электронов из чистого элемента или химического соединения. Рядом с реакцией указано число (E ⁰ ), которое сравнивает силу электрохимического потенциала реакции с силой готовности водорода расстаться со своим электроном (если вы посмотрите вниз по списку, вы увидите, что водородная полуреакция имеет нулевое значение E ⁰ ).E ⁰ измеряется в вольтах.

  Причина, по которой этот список настолько интересен, заключается в том, что если вы выберете две реакции из списка и объедините их в электрохимическую ячейку, значения E ⁰ скажут вам, в каком направлении будет протекать общая реакция: реакция с более отрицательной реакцией. Значение E ⁰ отдает свои электроны другой реакции, и это определяет анод и катод вашей ячейки. Разница между двумя значениями E ⁰ говорит вам об электрохимическом потенциале вашей ячейки, который в основном представляет собой напряжение ячейки.

  Итак, если вы возьмете литий и фторид и сумеете объединить их, чтобы сделать элемент батареи, у вас будет самое высокое напряжение, теоретически достижимое для электрохимического элемента. Этот список также объясняет, почему в котле Вольта цинк был анодом, а серебро — катодом: полуреакция цинка имеет более низкое (более отрицательное) значение E ⁰ (-0,7618), чем полуреакция серебра (0,7996). .

  Источник: UC Davis ChemWiki

Любые два проводящих материала, которые вступают в реакцию с разными стандартными потенциалами, могут образовывать электрохимическую ячейку, потому что более сильный из них сможет забирать электроны у более слабого.Но идеальным выбором для анода был бы материал, который вызывает реакцию со значительно более низким (более отрицательным) стандартным потенциалом, чем материал, который вы выбираете для своего катода. В итоге мы получаем электроны, притягивающиеся к катоду от анода (и анод не очень сильно пытается бороться), и, когда у нас есть легкий путь, чтобы добраться туда — проводящий провод, мы можем использовать их энергию для обеспечения электрического питание нашего фонарика, телефона или чего-то еще.

Разница в стандартном потенциале между электродами как бы равна силе, с которой электроны перемещаются между двумя электродами.Это известно как общий электрохимический потенциал ячейки, и он определяет напряжение ячейки. Чем больше разница, тем больше электрохимический потенциал и выше напряжение.

Чтобы увеличить напряжение аккумулятора, у нас есть два варианта. Мы могли бы выбрать для наших электродов другие материалы, которые придадут ячейке больший электрохимический потенциал. Или мы можем сложить несколько ячеек вместе. Когда элементы объединяются определенным образом (последовательно), это оказывает аддитивное влияние на напряжение батареи.По сути, силу, с которой электроны движутся через батарею, можно рассматривать как общую силу, когда они движутся от анода первого элемента на всем пути, сколько бы ячеек ни содержала батарея, к катоду последнего элемента.

Когда элементы объединяются другим способом (параллельно), это увеличивает возможный ток батареи, который можно рассматривать как общее количество электронов, протекающих через элементы, но не ее напряжение.

Электролит

Но электроды — это всего лишь часть батареи.Помните обрывки бумаги Вольты, пропитанные соленой водой? Соленая вода была электролитом, еще одной важной частью картины. Электролит может быть жидкостью, гелем или твердым веществом, но он должен обеспечивать движение заряженных ионов.

Электронов имеют отрицательный заряд, и поскольку мы посылаем поток отрицательных электронов по нашей цепи, нам нужен способ уравновесить это движение заряда. Электролит обеспечивает среду, через которую могут протекать положительные ионы, уравновешивающие заряд.

Поскольку химическая реакция на аноде производит электроны, для поддержания баланса нейтрального заряда на электроде также производится соответствующее количество положительно заряженных ионов. Они не проходят по внешнему проводу (только для электронов!), А попадают в электролит.

В то же время катод должен также уравновешивать отрицательный заряд электронов, которые он принимает, поэтому реакция, которая здесь происходит, должна втягивать положительно заряженные ионы из электролита (альтернативно, он также может высвобождать отрицательно заряженные ионы из электрода в электролит. электролит).

Итак, в то время как внешний провод обеспечивает путь для потока отрицательно заряженных электронов, электролит обеспечивает путь для переноса положительно заряженных ионов, чтобы уравновесить отрицательный поток. Этот поток положительно заряженных ионов так же важен, как и электроны, обеспечивающие электрический ток во внешней цепи, которую мы используем для питания наших устройств. Роль балансировки заряда, которую они выполняют, необходима для поддержания протекания всей реакции.

Так вот, если бы все ионы, высвобожденные в электролит, могли полностью свободно перемещаться через электролит, они в конечном итоге покрыли бы поверхности электродов и забили бы всю систему.Таким образом, в клетке обычно есть какой-то барьер, чтобы этого не произошло.

Когда аккумулятор используется, мы имеем дело с непрерывным потоком электронов (через внешнюю цепь) и положительно заряженных ионов (через электролит). Если этот непрерывный поток остановлен — если цепь разомкнута, например, когда ваш фонарик выключен — поток электронов остановлен. Заряды будут накапливаться, и химические реакции, приводящие в движение аккумулятор, прекратятся.

По мере использования батареи и протекания реакций на обоих электродах возникают новые химические продукты.Эти продукты реакции могут создавать своего рода сопротивление, которое может помешать продолжению реакции с такой же эффективностью. Когда это сопротивление становится слишком большим, реакция замедляется. Электронное перетягивание каната между катодом и анодом также теряет свою силу, и электроны перестают течь. Аккумулятор медленно разряжается.

Зарядка аккумулятора

Некоторые распространенные батареи предназначены только для одноразового использования (так называемые первичные или одноразовые батареи).Электроны перемещаются от анода к катоду в одну сторону. Либо их электроды истощаются по мере того, как они выделяют свои положительные или отрицательные ионы в электролит, либо накопление продуктов реакции на электродах препятствует продолжению реакции, и это делается и вытирается пыль. Батарея оказывается в мусорном ведре (или, надеюсь, на переработку, но это уже другая тема Nova).

Но. Изящная вещь в этом потоке ионов и электронов, который имеет место в некоторых типах батарей с соответствующими материалами электродов, заключается в том, что он также может двигаться в обратном направлении, возвращая нашу батарею в исходную точку и давая ей совершенно новую жизнь. .Подобно тому, как батареи изменили способ использования различных электрических устройств, аккумуляторные батареи еще больше изменили полезность этих устройств и их продолжительность жизни.

Когда мы подключаем почти разряженную батарею к внешнему источнику электричества и отправляем энергию обратно в батарею, происходит обратная химическая реакция, которая произошла во время разряда. Это отправляет положительные ионы, выпущенные из анода, в электролит, обратно к аноду, а электроны, которые катод принимает, также обратно к аноду.Возврат как положительных ионов, так и электронов обратно в анод подготавливает систему, так что она снова готова к работе: ваша батарея заряжена.

Однако процесс не идеален. Замена отрицательных и положительных ионов электролита обратно на соответствующий электрод при перезарядке батареи не такая аккуратная и не такая хорошо структурированная, как электрод вначале. Каждый цикл зарядки еще больше ухудшает состояние электродов, а это означает, что батарея со временем теряет производительность, поэтому даже аккумуляторные батареи не работают вечно.

В течение нескольких циклов зарядки и разрядки форма кристаллов аккумулятора становится менее упорядоченной. Это усугубляется, когда аккумулятор разряжается / заряжается с высокой скоростью — например, если вы едете на электромобиле с большой скоростью, а не с постоянной скоростью. Высокоскоростное переключение приводит к тому, что кристаллическая структура становится более неупорядоченной, что приводит к менее эффективной батарее.

Эффект памяти и саморазряд

Почти, но не полностью обратимые реакции разряда и перезарядки также способствуют так называемому «эффекту памяти».Когда вы перезаряжаете некоторые типы аккумуляторных батарей, не разрядив их сначала, они «запоминают», где находились в предыдущих циклах разрядки, и не перезаряжаются должным образом.

В некоторых элементах это вызвано тем, как металл и электролит реагируют с образованием соли (и тем, как эта соль затем снова растворяется и металл заменяется на электродах при перезарядке). Мы хотим, чтобы наши клетки имели красивые, однородные, маленькие кристаллы соли, покрывающие идеальную металлическую поверхность, но это не то, что мы получаем в реальном мире! Некоторые кристаллы образуются очень сложно, а некоторые металлы откладываются во время перезарядки, поэтому некоторые типы батарей имеют больший эффект памяти, чем другие.Дефекты в основном зависят от первоначального состояния заряда батареи, температуры, напряжения заряда и тока зарядки. Со временем недостатки в одном цикле зарядки могут вызвать то же самое в следующем цикле зарядки и так далее, и наша батарея накапливает некоторые плохие воспоминания. Эффект памяти силен для некоторых типов элементов, таких как батареи на никелевой основе. Другие типы, такие как литий-ионные, не страдают этой проблемой.

Другой аспект аккумуляторных батарей заключается в том, что химический состав, который делает их перезаряжаемыми, также означает, что они имеют более высокую тенденцию к саморазряду.Это когда внутренние реакции происходят внутри аккумуляторного элемента, даже когда электроды не подключены через внешнюю цепь. Это приводит к тому, что клетка со временем теряет часть своей химической энергии. Высокая скорость саморазряда серьезно ограничивает срок службы аккумуляторов — и приводит к их разрядке во время хранения.

Литий-ионные аккумуляторы в наших мобильных телефонах имеют довольно хорошую скорость саморазряда около 2–3 процентов в месяц, и наши свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы также довольно разумны — они, как правило, теряют 4–6 процентов. месяц.Никелевые батареи теряют около 10–15 процентов своего заряда в месяц, что не очень хорошо, если вы планируете хранить фонарик в течение всего сезона, когда он вам не нужен! Неперезаряжаемая щелочная батарея теряет около 2–3% своего заряда в год.

Напряжение, ток, мощность, емкость… в чем разница?

Все эти слова в основном описывают мощность батареи, не так ли? Ну вроде как.Но все они несколько разные.

Напряжение = сила, при которой реакция, приводящая в движение аккумулятор, проталкивает электроны через элемент. Это также известно как электрический потенциал и зависит от разницы потенциалов между реакциями, которые происходят на каждом из электродов, то есть от того, насколько сильно катод будет тянуть электроны (через цепь) от анода. Чем выше напряжение, тем больше работы может совершить то же количество электронов.

Ток = количество электронов, которые проходят через любую точку цепи в данный момент времени.Чем выше ток, тем больше работы он может выполнять при том же напряжении. Внутри ячейки ток можно также рассматривать как количество ионов, проходящих через электролит, умноженное на заряд этих ионов.

Мощность = напряжение x ток. Чем выше мощность, тем быстрее батарея может работать — это соотношение показывает, как напряжение и ток важны для определения того, для чего подходит батарея.

Емкость = мощность батареи как функция времени, которая используется для описания продолжительности времени, в течение которого батарея может обеспечивать питание устройства.Аккумулятор большой емкости сможет проработать более длительный период, прежде чем разрядится / разрядится. У некоторых батарей есть небольшая печальная особенность: если вы слишком быстро попытаетесь извлечь из них слишком много энергии, химические реакции не успеют поспеть, и емкость станет меньше! Итак, мы всегда должны быть осторожны, когда говорим о емкости аккумулятора, и помнить, для чего он будет использоваться.

Еще один популярный термин — «плотность энергии». Это количество энергии, которое устройство может удерживать на единицу объема, другими словами, сколько энергии вы получите за свои деньги с точки зрения мощности по сравнению сразмер. С батареей, как правило, чем выше плотность энергии, тем лучше, поскольку это означает, что батарея может быть меньше и компактнее, что всегда является плюсом, когда вам нужно, чтобы она питала то, что вы хотите держать в кармане. Для электромобилей это даже плюс — аккумулятор должен как-то влезать в машину!

Для некоторых приложений, таких как хранение электроэнергии на возобновляемых электростанциях, таких как ветряная или солнечная ферма, высокая плотность энергии не является большой проблемой, поскольку в них, скорее всего, будет достаточно места для хранения батарей.Основная цель такого использования — просто хранить как можно больше электроэнергии, как можно безопаснее и дешевле.

Почему так много типов?

Ряд материалов (раньше это были просто металлы) можно использовать в качестве электродов в батарее. За прошедшие годы было опробовано множество различных комбинаций, но лишь немногие из них действительно прошли дистанцию.Но зачем вообще использовать разные комбинации металлов? Если у вас есть пара металлов, которые хорошо работают вместе в качестве электродов, зачем возиться с другими?

Различные материалы имеют разные электрохимические свойства, поэтому они дают разные результаты, когда вы соединяете их в аккумуляторном элементе. Например, некоторые комбинации будут производить высокое напряжение очень быстро, но затем быстро падают, не в состоянии поддерживать это напряжение в течение длительного времени. Это хорошо, если вам нужно произвести, скажем, внезапную вспышку света, такую ​​как вспышка фотоаппарата.

Другие комбинации будут производить только тонкую струйку тока, но они будут поддерживать эту струю на века. Например, нам не нужен большой ток для питания детектора дыма, но мы хотим, чтобы наши детекторы дыма работали долгое время.

Еще одна причина для использования различных комбинаций металлов заключается в том, что часто два или более аккумуляторных элемента необходимо уложить в стопку для получения необходимого напряжения, и оказывается, что некоторые комбинации электродов складываются вместе намного лучше, чем другие комбинации.Например, литий-железо-фосфатные батареи (тип литий-ионных аккумуляторов), используемые в электромобилях, складываются вместе для создания систем высокого напряжения (100 или даже более вольт), но вы никогда не сделаете этого с теми батареями NiCad Walkman, которые имеют горячий!

Наши различные потребности с течением времени привели к разработке огромного количества типов батарей. Чтобы узнать больше о них и о том, что ждет аккумулятор в будущем, ознакомьтесь с другими нашими темами о Nova.

Эта тема является частью нашей серии из четырех статей об аккумуляторах.Для дальнейшего чтения ознакомьтесь с типами аккумуляторов, литий-ионных аккумуляторов и аккумуляторов будущего.

Как работают батарейки?

Как работают батарейки?

Как работают батарейки?

Электричество, как вы, наверное, уже знаете, это поток электронов. через токопроводящую дорожку, как провод. Этот путь называется цепью .

Батареи состоят из трех частей: анода (-), катода (+), и электролит .Катод и анод (положительный и отрицательный стороны на обоих концах традиционной батареи) подключены к электрическому схема.

Химические реакции в батарее вызывают накопление электронов на аноде. Это приводит к электрической разнице между анодом и катод. Вы можете думать об этой разнице как о нестабильном накоплении электроны. Электроны хотят перестроиться, чтобы избавиться от этой разницы.Но они делают это определенным образом. Электроны отталкиваются и пытаются уйти в место с меньшим количеством электронов.

В батарее единственное место, куда нужно идти, — это катод. Но электролит не позволяет электронам идти прямо от анода к катоду внутри батареи. Когда цепь замкнута (провод соединяет катод и анод) электроны смогут попасть на катод. На картинке выше электроны проходят по проводу, зажигая лампочку вдоль способ.Это один из способов описания того, как электрический потенциал вызывает появление электронов. протекать по контуру.

Однако эти электрохимические процессы изменяют химические вещества. в аноде и катоде, чтобы они перестали подавать электроны. Итак, есть ограниченное количество энергии, доступной в батарее.

Когда вы перезаряжаете аккумулятор, вы меняете направление потока электронов с помощью другого источника энергии, например солнечных батарей.В электрохимические процессы происходят в обратном порядке, и анод и катод восстанавливаются в исходное состояние и снова может обеспечить полную мощность.

---

Что есть батареи?
Что это энергия?

Что такое схема?
Что такое электрон?
Что такое поток электронов?
Что такое DS1 срок службы батареи?
Что значит электрически заряженный?
Как атомы заряжены?

Где энергия приходит и уходит?

---

Инженерная школа Массачусетского технологического института | »Как работает аккумулятор?

Как работает аккумулятор?

Ваши часы, ноутбук и лазерная указка питаются от одного и того же: химии…

Мэри Бейтс

Существует много разных типов батарей, но все они работают на основе одной и той же концепции.«Батарея — это устройство, способное накапливать электрическую энергию в форме химической энергии и преобразовывать эту энергию в электричество», — говорит Антуан Алланор, научный сотрудник отдела материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института. «Вы не можете улавливать и хранить электричество, но вы можете хранить электрическую энергию в химических веществах внутри батареи».

Батарея состоит из трех основных компонентов: две клеммы, изготовленные из разных химикатов (обычно металлов), анод и катод; и электролит, разделяющий эти выводы.Электролит — это химическая среда, которая обеспечивает прохождение электрического заряда между катодом и анодом. Когда устройство подключено к батарее — лампочке или электрической цепи — на электродах происходят химические реакции, которые создают поток электрической энергии к устройству.

Более конкретно: во время разряда электричества химическое вещество на аноде высвобождает электроны на отрицательный вывод и ионы в электролите в результате так называемой реакции окисления.Между тем, на положительном выводе катод принимает электроны, замыкая цепь для потока электронов. Электролит предназначен для того, чтобы привести различные химические вещества анода и катода в контакт друг с другом таким образом, чтобы химический потенциал мог уравновеситься от одного вывода к другому, преобразовывая накопленную химическую энергию в полезную электрическую энергию. «Эти две реакции происходят одновременно», — говорит Алланор. «Ионы переносят ток через электролит, в то время как электроны текут во внешней цепи, и это то, что генерирует электрический ток.”

Если батарея одноразовая, она будет вырабатывать электричество до тех пор, пока не закончатся реагенты (одинаковый химический потенциал на обоих электродах). Эти батареи работают только в одном направлении, преобразуя химическую энергию в электрическую. Но в других типах аккумуляторов реакция может быть обратной. Перезаряжаемые батареи (например, в вашем мобильном телефоне или в вашем автомобиле) сконструированы таким образом, что электрическая энергия из внешнего источника (зарядное устройство, которое вы подключаете к стене или динамо-машина в вашем автомобиле) может подаваться на химическую систему и наоборот. его работу, восстанавливая заряд аккумулятора.

Лаборатория Group Sadoway в Массачусетском технологическом институте работает над созданием более эффективных батарей для многоцелевого использования. Для крупномасштабного хранения энергии команда работает над жидкометаллической батареей, в которой электролит, анод и катод являются жидкими. Для портативных приложений они разрабатывают тонкопленочные полимерные батареи с гибким электролитом из негорючего геля. Другой целью лаборатории является создание батарей с использованием ранее не рассматриваемых материалов с упором на обильные, дешевые и безопасные вещества, которые имеют такой же коммерческий потенциал, как и популярные литиевые батареи.

Спасибо 18-летнему Стивену Минкусу из Гленвью, штат Иллинойс, за этот вопрос.

Отправлено: 1 мая 2012 г.

DOE объясняет … Батареи | Министерство энергетики

Аккумуляторы и аналогичные устройства принимают, хранят и отпускают электроэнергию по запросу. Батареи используют химию в форме химического потенциала для хранения энергии, как и многие другие повседневные источники энергии. Например, бревна хранят энергию в своих химических связях, пока при горении энергия не преобразуется в тепло.Бензин — это запасенная химическая потенциальная энергия, пока она не преобразуется в механическую энергию в автомобильном двигателе. Точно так же, чтобы батареи работали, электричество должно быть преобразовано в форму химического потенциала, прежде чем оно может быть легко сохранено. Батареи состоят из двух электрических клемм, называемых катодом и анодом, разделенных химическим материалом, называемым электролитом. Чтобы принимать и высвобождать энергию, батарея подключается к внешней цепи. Электроны движутся по цепи, в то время как одновременно ионы (атомы или молекулы с электрическим зарядом) движутся через электролит.В перезаряжаемой батарее электроны и ионы могут двигаться в любом направлении через цепь и электролит. Когда электроны движутся от катода к аноду, они увеличивают химическую потенциальную энергию, заряжая таким образом аккумулятор; когда они движутся в другом направлении, они преобразуют эту химическую потенциальную энергию в электрическую цепь и разряжают батарею. Во время зарядки или разрядки противоположно заряженные ионы перемещаются внутри батареи через электролит, чтобы уравновесить заряд электронов, проходящих через внешнюю цепь, и создать устойчивую перезаряжаемую систему.После зарядки аккумулятор может быть отключен от цепи для хранения химической потенциальной энергии для последующего использования в качестве электричества.

Батареи были изобретены в 1800 году, но их химические процессы сложны. Ученые используют новые инструменты, чтобы лучше понять электрические и химические процессы в батареях, чтобы создать новое поколение высокоэффективных аккумуляторов электроэнергии. Например, они разрабатывают улучшенные материалы для анодов, катодов и электролитов в батареях.Ученые изучают процессы в аккумуляторных батареях, потому что они не полностью меняются, когда батарея заряжается и разряжается. Со временем отсутствие полной замены может изменить химический состав и структуру материалов батареи, что может снизить производительность и безопасность батареи.

Департамент науки и хранения электроэнергии Министерства энергетики США

Исследования, проведенные при поддержке Управления науки Министерства энергетики США и Управления фундаментальных энергетических наук (BES), привели к значительным улучшениям в хранении электроэнергии.Но мы все еще далеки от комплексных решений для хранения энергии следующего поколения с использованием совершенно новых материалов, которые могут значительно увеличить количество энергии, которое может хранить батарея. Это хранилище имеет решающее значение для интеграции возобновляемых источников энергии в нашу систему электроснабжения. Поскольку усовершенствование аккумуляторных технологий имеет важное значение для повсеместного использования подключаемых к электросети электромобилей, хранение также является ключом к уменьшению нашей зависимости от нефти при транспортировке.

BES поддерживает исследования отдельных ученых и в многопрофильных центрах.Самый крупный центр — Объединенный центр исследований в области накопления энергии (JCESR), центр энергетических инноваций Министерства энергетики США. Этот центр изучает электрохимические материалы и явления на атомном и молекулярном уровне и использует компьютеры для разработки новых материалов. Эти новые знания позволят ученым разработать более безопасные накопители энергии, которые служат дольше, заряжаются быстрее и обладают большей емкостью. По мере того как ученые, поддерживаемые программой BES, достигают новых успехов в науке об аккумуляторах, эти достижения используются прикладными исследователями и промышленностью для продвижения приложений в области транспорта, электросетей, связи и безопасности.

Факты о накоплении электрической энергии

• Нобелевская премия по химии 2019 года была присуждена совместно Джону Б. Гуденафу, М. Стэнли Уиттингему и Акире Йошино «за разработку литий-ионных батарей».
• Компания Electrolyte Genome в JCESR создала вычислительную базу данных, содержащую более 26 000 молекул, которую можно использовать для расчета основных свойств электролита для новых усовершенствованных аккумуляторов.

Ресурсы и связанные с ними термины

Научные термины могут сбивать с толку.DOE Explains предлагает простые объяснения ключевых слов и концепций фундаментальной науки. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики США, поскольку это помогает Соединенным Штатам преуспевать в исследованиях по всему научному спектру.

Как работают аккумуляторы? | Живая наука

Батарейки везде. Современный мир зависит от этих портативных источников энергии, которые можно найти во всем: от мобильных устройств до слуховых аппаратов и автомобилей.

Но, несмотря на то, что они широко используются в повседневной жизни людей, батареям часто не уделяют должного внимания. Подумайте об этом: вы действительно знаете, как работает аккумулятор? Не могли бы вы объяснить это кому-нибудь другому?

Вот краткое изложение научных данных об источниках энергии для смартфонов, электромобилей, кардиостимуляторов и многого другого. [Тест: электрические и газовые автомобили]

Анатомия аккумулятора

Большинство аккумуляторов состоят из трех основных частей: электродов, электролита и сепаратора, по словам Энн Мари Састри, соучредителя и генерального директора Sakti3, базирующейся в Мичигане. запуск аккумуляторных технологий.

В каждой батарее по два электрода. Оба изготовлены из токопроводящих материалов, но выполняют разные функции. Один электрод, известный как катод, подключается к положительному концу батареи и является местом, где электрический ток выходит (или электроны входят) в батарею во время разряда, когда батарея используется для питания чего-либо. Другой электрод, известный как анод, подключается к отрицательному полюсу батареи и является местом, где электрический ток входит (или электроны покидают) батарею во время разряда.

Между этими электродами, а также внутри них находится электролит. Это жидкое или гелеобразное вещество, содержащее электрически заряженные частицы или ионы. Ионы соединяются с материалами, из которых состоят электроды, производя химические реакции, которые позволяют батарее генерировать электрический ток. [Взгляд изнутри на работу батарей (инфографика)]

Типичные батареи питаются за счет химической реакции. [См. Полную инфографику] (Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)

Последняя часть батареи, разделитель, довольно проста.Роль сепаратора состоит в том, чтобы удерживать анод и катод отдельно друг от друга внутри батареи. По словам Састри, без разделителя два электрода соприкоснутся, что приведет к короткому замыканию и нарушит нормальную работу батареи.

Как это работает

Чтобы представить себе, как работает батарейка, представьте, как вы вставляете щелочные батарейки, такие как двойные AA, в фонарик. Когда вы вставляете эти батарейки в фонарик, а затем включаете его, на самом деле вы замыкаете цепь.Сохраненная в батарее химическая энергия преобразуется в электрическую, которая выходит из батареи в основание лампы фонарика, заставляя ее загораться. Затем электрический ток снова входит в батарею, но на противоположном конце от того места, где он выходил изначально.

Все части батареи работают вместе, чтобы фонарик загорелся. Электроды в батарее содержат атомы определенных проводящих материалов. Например, в щелочной батарее анод обычно изготавливается из цинка, а диоксид марганца действует как катод.Электролит между этими электродами и внутри них содержит ионы. Когда эти ионы встречаются с атомами электродов, между ионами и атомами электродов происходят определенные электрохимические реакции.

Серия химических реакций, протекающих в электродах, вместе известна как окислительно-восстановительные (окислительно-восстановительные) реакции. В батарее катод известен как окислитель, потому что он принимает электроны от анода. Анод известен как восстановитель, потому что он теряет электроны.

В конечном итоге эти реакции приводят к потоку ионов между анодом и катодом, а также к освобождению электронов от атомов электрода, — сказал Састри.

Эти свободные электроны собираются внутри анода (нижняя плоская часть щелочной батареи). В результате оба электрода имеют разные заряды: анод становится отрицательно заряженным, когда высвобождаются электроны, а катод становится положительно заряженным, поскольку электроны (которые заряжены отрицательно) поглощаются.Эта разница в заряде заставляет электроны двигаться к положительно заряженному катоду. Однако у них нет возможности попасть внутрь батареи, потому что разделитель не позволяет им сделать это.

Когда вы щелкаете выключателем на фонарике, все меняется. У электронов теперь есть путь к катоду. Но сначала они должны пройти через основание лампы фонарика. Схема замыкается, когда электрический ток снова входит в батарею через верхнюю часть батареи у катода.

Перезаряжаемые и неперезаряжаемые

Для первичных батарей, таких как батареи фонарика, реакции, питающие батарею, в конечном итоге прекратятся, а это означает, что электроны, которые обеспечивают батарею ее зарядом, больше не будут создавать электрический ток. Когда это происходит, аккумулятор разряжен или «мертв», — сказал Састри.

Вы должны выбросить такие батареи, потому что электрохимические процессы, которые заставили батарею производить энергию, не могут быть обращены вспять, объяснил Састри.Однако электрохимические процессы, происходящие во вторичных или перезаряжаемых батареях, могут быть обращены вспять, подавая в батарею электрическую энергию. Например, это происходит, когда вы подключаете аккумулятор мобильного телефона к зарядному устройству, подключенному к источнику питания.

Некоторые из наиболее распространенных используемых сегодня вторичных батарей — это литий-ионные (литий-ионные) батареи, от которых питается большинство бытовых электронных устройств. Эти батареи обычно содержат угольный анод, катод из диоксида лития-кобальта и электролит, содержащий соль лития в органическом растворителе.Другие перезаряжаемые батареи включают никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлогидридные (NiMH) батареи, которые можно использовать в таких вещах, как электромобили и беспроводные электроинструменты. Свинцово-кислотные (Pb-кислотные) батареи обычно используются в автомобилях и других транспортных средствах для запуска, освещения и зажигания.

Все эти аккумуляторные батареи работают по одному и тому же принципу, сказал Састри: когда вы подключаете батарею к источнику питания, поток электронов меняет направление, и анод и катод возвращаются в исходное состояние.[10 лучших подрывных технологий]

Battery lingo

Хотя все батареи работают более или менее одинаково, разные типы батарей имеют разные характеристики. Вот несколько терминов, которые часто встречаются при обсуждении батарей:

Напряжение : Когда дело доходит до батарей, напряжение — также известное как номинальное напряжение ячейки — описывает величину электрической силы или давления, при которой свободные электроны — переходите от положительного полюса батареи к отрицательному, — пояснил Састри.В батареях с более низким напряжением ток выходит из батареи медленнее (с меньшей электрической силой), чем в батареях с более высоким напряжением (с большей электрической силой). Батареи в фонарике обычно имеют напряжение 1,5 В. Однако, если в фонарике используются две батареи последовательно, эти батареи или элементы имеют общее напряжение 3 вольта.

Свинцово-кислотные батареи, подобные тем, которые используются в большинстве неэлектрических автомобилей, обычно имеют напряжение 2,0 вольт. Но обычно в автомобильном аккумуляторе последовательно соединено шесть таких элементов, поэтому вы, вероятно, слышали, что такие аккумуляторы называются 12-вольтовыми батареями.

Литий-кобальтооксидные батареи — наиболее распространенный тип литий-ионных батарей, используемых в бытовой электронике — имеют номинальное напряжение около 3,7 вольт, сказал Састри.

Ампер : Ампер или ампер — это мера электрического тока или количества электронов, которые проходят через цепь в течение определенного периода времени.

Емкость : Емкость, или емкость элемента, измеряется в ампер-часах, то есть количество часов, в течение которых батарея может подавать определенное количество электрического тока, прежде чем ее напряжение упадет ниже определенного порога, согласно сообщению Райса. Кафедра электротехники и вычислительной техники университета.

9-вольтовая щелочная батарея, используемая в портативных радиоприемниках, рассчитана на 1 ампер-час, что означает, что эта батарея может непрерывно обеспечивать один ампер тока в течение 1 часа, прежде чем она достигнет порогового значения напряжения и будет считаться разряженной.

Плотность мощности : Плотность мощности описывает количество энергии, которое батарея может выдать на единицу веса, сказал Састри. По словам Састри, для электромобилей важна плотность мощности, потому что она показывает, насколько быстро автомобиль может разогнаться от 0 до 60 миль в час (97 км / ч).Инженеры постоянно пытаются найти способы уменьшить размеры батарей без уменьшения их удельной мощности.

Плотность энергии : Плотность энергии описывает, сколько энергии способна отдать батарея, деленное на ее объем или массу, сказал Састри. Это число соответствует вещам, которые имеют большое влияние на пользователей, например, сколько времени вам нужно пройти, прежде чем зарядить свой мобильный телефон, или как далеко вы можете проехать на электромобиле, прежде чем остановиться, чтобы подключить его.

Follow Elizabeth Palermo @ techEpalermo .Подпишитесь на Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

Как работает аккумулятор?

Энергия не может быть создана или уничтожена, но может быть сохранена в различных формах. Один из способов его хранения — использование в батарее химической энергии. При включении в цепь батарея может вырабатывать электричество.

Батареи преобразуют химическую энергию в электрическую

Батарея имеет два конца — положительный полюс (катод) и отрицательный полюс (анод).Если соединить две клеммы проводом, образуется цепь. Электроны будут течь по проводу, и будет производиться электрический ток. Внутри батареи происходит реакция между химическими веществами. Но реакция происходит только при наличии потока электронов. Батареи можно хранить в течение длительного времени и при этом продолжать работать, потому что химический процесс не начинается до тех пор, пока электроны не потекут с отрицательной клеммы на положительную по цепи.

В батарее происходит химическая реакция

Простой пример — лимонная батарея

Начнем с очень простой батареи, в которой используется лимон, в который вставлены два разных металлических предмета, например гальванизированный гвоздь и медная монета или проволока.Медь служит положительным электродом или катодом, а гальванизированный (оцинкованный) гвоздь — отрицательным электродом или анодом, производящим электроны. Эти два объекта работают как электроды, вызывая электрохимическую реакцию, которая генерирует небольшую разность потенциалов.

Поскольку атомы меди (Cu) притягивают электроны больше, чем атомы цинка (Zn), если вы поместите кусок меди и кусок цинка в контакт друг с другом, электроны перейдут от цинка к меди. Когда электроны концентрируются на меди, они отталкиваются друг от друга и останавливают поток электронов от цинка к меди.С другой стороны, если вы поместите полоски цинка и меди в проводящий раствор и соедините их снаружи проводом, реакции между электродами и раствором позволят электронам непрерывно течь через провод.

ЛИМОННАЯ БАТАРЕЯ

Как работает лимонная батарейка? Лимонная батарея состоит из лимона и двух металлических электродов из разных металлов, таких как медный пенни или проволока и гальванизированный (оцинкованный) гвоздь. Энергия для батареи исходит не от лимона, а от химического превращения цинка (или другого металла). Цинк окисляется внутри лимона, обмениваясь некоторыми из его электронов, чтобы достичь более низкого энергетического состояния, и высвобождаемая энергия обеспечивает энергию. Лимон просто создает среду, в которой это может произойти, но они не расходуются в процессе. Если предположить, что используются цинковые и медные электроды (например, медная монета и оцинкованный гвоздь), то один лимон может генерировать приблизительно 0.9 Вольт. Слева последовательная цепь лимонов показывает, что вырабатывается напряжение 3,41 вольт. ПРИМЕЧАНИЕ: Можно использовать картофель, яблоки, квашеную капусту или любые другие фрукты или овощи, содержащие кислоту или другой электролит, но лимоны предпочтительнее из-за их более высокой кислотности. Например, в картофеле электролитом является фосфорная кислота, а в лимонах — лимонная кислота.

В лимонной батарее происходит как окисление (потеря электронов), так и восстановление (увеличение количества электронов).Эта батарея похожа на оригинальные «простые гальванические элементы», изобретенные Алессандро Вольта (см. Ниже). На аноде металлический цинк окисляется и попадает в кислый раствор в виде ионов Zn2 +:

Zn -> Zn2 + + 2 е-

На медном катоде ионы водорода (сольватированные протоны из кислого раствора в лимоне) восстанавливаются с образованием молекулярного водорода:

2H ++ 2e- -> h3

Что заставляет электроны двигаться?

Когда вы отпускаете мяч, который вы держите, он падает на землю, потому что гравитационное поле Земли тянет мяч вниз.Точно так же заряженным частицам, таким как электроны, необходимо проделать работу, чтобы переместить их из одной точки в другую. Количество работы на единицу заряда называется разностью электрических потенциалов между двумя точками. Единица измерения разности потенциалов называется вольт.

Разность потенциалов между катодом и анодом возникает в результате химической реакции. Внутри батареи электроны подталкиваются химической реакцией к положительному концу, создавая разность потенциалов.

Именно эта разность потенциалов движет электроны по проводу.

Разница потенциалов может быть положительной или отрицательной, подобной гравитационной энергии при движении вверх или вниз по холму. В батарее поток электронов идет вниз … электроны могут течь вверх, как в случае зарядного устройства.

Почему электроны просто не перемещаются от анода к катоду внутри батареи?

Электролит в батарее не дает одиночным электронам идти прямо от анода к катоду внутри батареи.Когда клеммы соединены проводящим проводом, электроны могут легко перетекать от анода к катоду.

В каком направлении движутся электроны в проводе?

Электроны заряжены отрицательно, поэтому они будут притягиваться к положительному концу батареи и отталкиваться отрицательным концом. Когда батарея подключена к устройству, которое позволяет электронам проходить через нее, они текут от отрицательного (анода) к положительному (катодному) выводу.

Кто изобрел электрохимический элемент (батарею)?

ПЕРВАЯ БАТАРЕЯ VOLTA

Аккумулятор Volta считается первым электрохимическим элементом. Он состоит из двух электродов: один из цинка, другой из меди. Электролит — серная кислота или смесь соли и воды. Электролит существует в форме 2H + и SO42-.Цинк, содержание которого в электрохимическом ряду выше, чем у меди и водорода, вступает в реакцию с отрицательно заряженным сульфатом SO42-. Положительно заряженные ионы водорода (протоны) захватывают электроны из меди, образуя пузырьки газообразного водорода h3. Это делает цинковый стержень отрицательным электродом, а медный стержень — положительным электродом. Теперь у нас есть две клеммы, и ток будет течь, если мы их соединим. Реакции в этой ячейке следующие: цинк Zn -> Zn2 + + 2e- серная кислота 2H + + 2e- -> h3 Медь не реагирует, действуя как электрод для химической реакции.

Как работает современный аккумулятор (угольно-цинковый аккумулятор)?

Сухой цинк-углеродный элемент или батарея упакованы в цинковую банку, которая служит одновременно контейнером и отрицательной клеммой (анодом). Положительный вывод представляет собой углеродный стержень, окруженный смесью диоксида марганца и углеродного порошка. Используемый электролит представляет собой пасту из хлорида цинка и хлорида аммония, растворенных в воде.Углеродный (графитовый) стержень — это то, что собирает электроны, выходящие из анодной части батареи, чтобы вернуться к катодной части батареи. Углерод является единственным практичным проводящим материалом, потому что любой обычный металл быстро разъедает положительный электрод в солевом электролите. Цинк окисляется в соответствии со следующим полууравнением. Zn (s) -> Zn2 + (водн.) + 2 e- [e ° = -1,04 вольт] Диоксид марганца смешивают с углеродным порошком для увеличения электропроводности.Реакция протекает следующим образом: 2MnO2 (s) + 2 e- + 2Nh5Cl (водн.) -> Mn2O3 (s) + 2Nh4 (вод. v] и CL сочетается с Zn2 +. В этой полуреакции марганец восстанавливается со степени окисления (+4) до (+3). Возможны и другие побочные реакции, но общую реакцию в углеродно-цинковом элементе можно представить как: Zn (тв) + 2MnO2 (тв) + 2Nh5Cl (водный раствор) —> Mn2O3 (тв) + Zn (Nh4) 2Cl2 (водный раствор) + h3O (ж) Батарея имеет эл.м.ф. около 1,5 В.

Какие бывают типы батарей?

В разных типах батарей используются различные химические вещества и химические реакции. Вот некоторые из наиболее распространенных типов батарей:

Щелочная батарея

Используется в Duracell® и Energizer® и других щелочных батареях.Электроды из цинка и оксида марганца. Электролит представляет собой щелочную пасту.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Они используются в автомобилях. Электроды изготовлены из свинца и оксида свинца с сильной кислотой в качестве электролита.

Литиевая батарея	Эти батарейки используются в фотоаппаратах для лампы-вспышки.Они сделаны из лития, иодида лития и иодида свинца. Они могут подавать скачки электричества для вспышки.
Литиевая батарея	Эти батарейки используются в фотоаппаратах для лампы-вспышки. Они сделаны из лития, иодида лития и иодида свинца. Они могут подавать скачки электричества для вспышки.
Литий-ионный аккумулятор	Эти батареи используются в портативных компьютерах, сотовых телефонах и другом портативном оборудовании с высокой нагрузкой.
Никель-кадмиевый или никель-кадмиевый аккумулятор	Электроды из гидроксида никеля и кадмия. Электролит — гидроксид калия.
Угольно-цинковая батарея или стандартная угольная батарея —	Цинк и углерод используются во всех обычных или стандартных сухих батареях AA, C и D. Электроды изготовлены из цинка и углерода, между которыми находится паста из кислотных материалов, служащая электролитом.

---

ССЫЛКИ И ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Potato Power: Руководство для учителя
История батареи
Электрохимические реакции
Углеродно-цинковая батарея
Углеродно-цинковая батарея — Как они работают?
Как работают батареи Анимированное руководство по науке об аккумуляторах

---

Оценка Вопросы:

M крайний Вопросы на выбор

Curious Kids: как работают батарейки?

Как работают батарейки? — Доминик, семь лет, Индиана, США.

Батарея — это устройство, которое может вырабатывать электричество в результате реакции определенных химических веществ. В аккумуляторах можно использовать множество различных химикатов — это зависит от того, как они изготовлены или для чего вы их используете.

Аккумуляторы, используемые в смартфонах или электромобилях, называются «литий-ионными батареями». Но их действительно редко можно увидеть, потому что они обычно не нуждаются в замене и надежно спрятаны внутри.

Вы с большей вероятностью увидите щелочные батарейки, которые используются в часах, факелах, пультах дистанционного управления и многих других предметах в доме.Строго говоря, их следует называть «щелочными элементами», поскольку батарея — это несколько элементов, соединенных вместе.

---

Любопытные дети — это серия сериала «Разговор», в котором дети получают возможность получить ответы на свои вопросы о мире от экспертов. Если у вас есть вопрос, на который вам нужен эксперт, отправьте его по адресу [email protected]. Мы не сможем ответить на все вопросы, но сделаем все, что в наших силах.

---

Производство электроэнергии

Щелочная ячейка.Роджер Кларк, автор предоставил

Внутри металлического корпуса щелочного элемента находятся три основных химиката: цинк, диоксид марганца и гидроксид калия.

Это может показаться сложным, но способ, которым клетка производит электричество, на самом деле довольно прост: происходит химическая реакция, которая перемещает крошечные отрицательно заряженные частицы, называемые «электронами», для создания электрического тока.

Когда элемент подключен к цепи — например, к электрической лампочке — цинк внутри вступает в реакцию с диоксидом марганца и теряет электроны.

Электроны собираются металлическим стержнем внутри ячейки, что позволяет им течь снизу ячейки (отрицательная клемма) через провода к лампочке (заставляя ее загораться), а затем обратно в верхнюю часть ячейки. ячейка (положительный полюс).

В результате этой реакции вырабатывается около 1,5 вольт электричества. Поскольку не многие устройства могут работать от 1,5 вольт, очень часто две или четыре ячейки используются вместе, чтобы дать больше энергии. Таким образом, четыре ячейки, соединенные вместе (встык), дадут шесть вольт.

Давайте прольем немного света на этот вопрос. Shutterstock.

Когда большая часть цинка прореагировала с диоксидом марганца, мы говорим, что элемент «плоский», что означает, что он больше не может производить электричество. Поскольку химическую реакцию, происходящую в щелочных элементах, нельзя легко обратить вспять, это означает, что элемент не может быть перезаряжен.

Но помните, что большинство элементов и батарей можно утилизировать, поэтому тщательно избавляйтесь от них.

Обратить реакцию

Все типы элементов и батарей имеют схожую химическую реакцию, которая приводит к выработке электричества.

Но в некоторых типах элементов или батарей химические вещества различны, и реакция может быть обратной. Таким образом, элементы можно заряжать — как литий-ионные аккумуляторы в автомобилях или смартфонах.

Литий-ионные аккумуляторы часто прячут вне поля зрения. Shutterstock.

Раньше было намного дешевле производить неперезаряжаемые элементы, такие как щелочные элементы, поэтому они широко использовались.

Но теперь, когда люди осознали, насколько вредно для окружающей среды просто выбрасывать неперезаряжаемые элементы, а поскольку аккумуляторы становятся дешевле, мы, вероятно, будем все меньше и меньше использовать неперезаряжаемые элементы в будущем.

---

Дети могут получить ответы на свои вопросы от экспертов — просто отправьте их в Curious Kids вместе с именем ребенка, возрастом и городом или городом. Вы можете:

Вот еще несколько статей Curious Kids, написанных академическими экспертами:

.