Az elektromos energia felhalmozódása
Az elektromos akkumulátorok típusai
Az akkumulátorok szerves részét képezik bármely olyan rendszernek, amely alternatív energiatípust kíván szerezni.
A mai napig a legnagyobb eloszlást az elektromos energia elektrokémiai akkumulátorai nyerik, amelyekben a kémiai energia energiává történő átalakítása az akkumulátor kisülése során kémiai reakció útján történik. Az akkumulátor töltése során a kémiai reakció az ellenkező irányba halad.
Az elektrokémiai elemek mellett az elektromosság tárolható kondenzátorokban és mágnesszelepekben (induktív tekercsek).
Egy töltött kondenzátorban az energiát a dielektrikum elektromos mezőjének energiájaként tárolják. Mivel a fajlagos energia tárolt kondenzátor nagyon kicsi (a gyakorlatban 10-400 J / kg), és időtartamát a lehető energiatároló miatt fennálló annak szivárgás kicsi, ez a fajta energia tárolására használnak csak abban az esetben, ha szükség van, hogy küldjön a villamos energia a fogyasztók egy nagyon rövid ideig rövid eltarthatósággal.
A mágnesszelepben az elektromos energia felhalmozódik a mágneses tér energiája formájában. Ezért az ilyen típusú meghajtást elektromágnesesnek nevezik. De az elektromágneses akkumulátorok tápfeszültségének időtartama általában nem másodpercek alatt, hanem másodperc törtek között történik.
Az akkumulátor feltöltéséhez külső áramforrásra van szükség, és a töltés folyamán energiaveszteség keletkezhet. A töltés után az akkumulátor kész állapotban marad (töltött állapotban), de ebben az állapotban az energia egy része elveszhet az önkényes szórás, szivárgás, önkiürítés vagy más hasonló jelenségek miatt. Amikor az energia felszabadul az akkumulátorról, veszteségei is előfordulhatnak; Ráadásul néha lehetetlen visszaszerezni az összes felhalmozott energiát. Egyes elemek oly módon vannak elrendezve, hogy bizonyos maradék energiának meg kell maradnia benne.
Az akkumulátor jellemzői
Az akkumulátor fő jellemzője az elektromos kapacitás. Ennek a kapacitásnak a mérési egysége az amperóra (A · h) - az elektromos töltés mérésére szolgáló kihelyezett rendszer.
A fizikai jelentés alapján 1 amper óra egy elektromos töltés, amely áthalad a vezető keresztmetszetén egy órán át, 1 amperes árammal. Egy elméletileg feltöltött akkumulátor, amelynek deklarált kapacitása 1 A · h, képes 1 amper áram 1 órára (vagy például 0,1 A 10 óra, vagy 10 A 0,1 óra).
A gyakorlatban, az akkumulátor kapacitása kiszámítása a 20-órás kisütési ciklust, amíg a végső feszültség, amely a gépjármű akkumulátor 10,8 V. Például, a felirat a akkumulátor jelölés „55 A · H” azt jelenti, hogy képesek egy aktuális 2,75 amper 20 órán át, így a terminálon lévő feszültség nem csökken 10,8 V alá.
Az akkumulátor túl nagy kisülési áramának köszönhetően kevésbé hatékony energiafelhasználás következik be, ami nemlineárisan csökkenti az ilyen árammal való működésének időtartamát, és túlmelegedést okozhat.
Az elemek gyártói néha a watt kapacitással rendelkeznek, mint a wattok műszaki kapacitása. Mivel 1 W = 1 A * 1, ha a tárolt energia 720 Wh oszthatjuk ezt az értéket az érték a feszültség (például 12 V) és kapjuk a kapacitás amper-óra (ebben a példában 720 W · h / 12 = 60 Ah).
Ólom savas elemek
Feltöltött állapotban az ilyen elem anódja (negatív elektródája) ólomból áll, és a katód (pozitív elektróda) ólom-dioxid PbO2-ból áll. Mindkét elektróda porózus, így az elektrolitokkal való érintkezésük területe a lehető legnagyobb. Az elektródák kialakítása az akkumulátor céljától és kapacitásától függ, és nagyon változatos lehet.
A kémiai reakciókat az akkumulátor töltése és kisütése során a képlet mutatja
PbO2 + Pb + 2H2S04 <—> 2PbSO4 + H2O
Az akkumulátor töltéséhez 167 W / kg-os elméleti energia szükséges. Ez a szám emellett elméleti korlátot fejez ki az adott tárolókapacitás tekintetében. Azonban a tényleges tárolókapacitás sokkal kisebb, így a kisülő akkumulátorról kb. 30 W / kg villamos energiát kapunk. A tárolókapacitás csökkenéséért felelős tényezők a 3. ábrán jól láthatóak. 1. Az akkumulátor hatékonysága (a töltés során felhasznált energiának a kibocsátása során kapott energia aránya általában 70-80% között van).
1. ábra. Ólomakkumulátor elméleti és tényleges tárolási kapacitása
Különböző speciális intézkedések (növekvő a sav koncentrációja 39% egy műanyag szerkezeti részek és az összekötő részek és a réz al.) A közelmúltban sikeresen növelte a fajlagos tárolási kapacitása legfeljebb 40 W • h / kg, és még egy kicsit magasabb.
A fenti adatokból az következik, hogy az ólomakkumulátort (és amint azt a későbbiekben bemutatják, más típusú akkumulátorok) specifikus tárolókapacitása lényegesen alacsonyabb, mint az elsődleges galváncellák. Ez a hiba azonban általában kompenzálva van
- a többszörös töltés lehetősége, és ennek eredményeképpen az akkumulátorból kapott villamos energia tízszeres csökkentése,
- a nagyon nagy energiaintenzitású akkumulátorok (ha szükséges, például akár 100 MW • h-ig).
Minden töltési-kisütési ciklus kíséretében néhány irreverzibilis folyamatok az elektródok, beleértve a lassú felhalmozódása nemredukáló ólom-szulfát, a tömege az elektródák. Emiatt bizonyos ciklusok (általában kb. 1000) után az akkumulátor elveszíti a normál töltés képességét. Ez akkor történhet meg hosszan tartó, nem-használata az akkumulátor, mert az elektrokémiai mentesítési eljárás (lassú önkisülés) fordul elő az akkumulátort, és ha nem csatlakozik külső elektromos áramkör. Az ólomakkumulátor az önkisülés következtében elveszítené napi 0,5-1% -át. Ennek a kompenzálására, az állandó töltési folyamat használják kellően stabil elektromos feszültség (függ az akkumulátor típusától, feszültségen származó 2,15 V 2,20 V).
Egy másik visszafordíthatatlan folyamat a víz elektrolízise (az akkumulátor "forrása"), amely a töltési folyamat végén jelentkezik. A vízveszteség könnyen kompenzálható feltöltéssel, de a kialakult hidrogén a levegővel együtt robbanásveszélyes keverék kialakulását eredményezheti az akkumulátorkamrában vagy a rekeszben. A robbanásveszély elkerülése érdekében megfelelő szellőzést kell biztosítani.
Egyéb típusú elemek
Az elmúlt 20 évben hermetikusan lezárt ólom-savas akkumulátorok jelentek meg, amelyekben nem folyékony, hanem gélszerű elektrolit használatos. Az ilyen elemek bármilyen pozícióba telepíthetők, ráadásul, mivel a töltés során nem hidrátot termelnek, bármely helyiségbe elhelyezhetők.
Az ólom mellett több mint 50 típusú elemet állítanak elő, különféle elektrokémiai rendszerek alapján. Erőművekben gyakran alkalmazott alkáli (a elektrolit formájában kálium-hidroxid KOH), nikkel-vas és nikkel-kadmium elemek, amelyek EMF tartományon belül van a 1,35 V 1,45 V, és a különleges tárolási kapacitás - közötti 15 W • h / kg 45 W • h / kg-ig. Kevésbé érzékenyek a környezeti hőmérséklet ingadozásaira, és kevésbé igényes működési feltételekre. Ők is egy hosszú élettartam (jellemzően 1000-4000 töltési-kisütési ciklus), de a feszültség változik a kisütési belül szélesebb körű, mint az ólom-sav akkumulátorok és a hatékonyság valamivel alacsonyabb (50% -ról 70%).
Lítium-ion akkumulátorok esetén az anód töltésből álló lítium-karbid Lix C6-ot tartalmaz. és a katód lítium-oxidból és kobalt Li1-x CoO2-ból készül. Az elektrolitként szilárd lítiumsókat (LiPF6, LiBF4, LiClO4 vagy mások) feloldunk folyékony szerves oldószerben (például éterben). Az elektrolitba rendszerint sűrítőszert (például szerves szilíciumvegyületeket) adnak, így zselészerű megjelenést kap. Az elektrokémiai reakciók a kisülés és a töltés során lítiumionok egyik elektródából a másikba való átmenetéből állnak, és a
A külső formában a lítium-ion akkumulátor cellák laposak lehetnek (hasonlóak a négyszögletes lemezekhez) vagy hengeresek (tekercs elektródákkal). Elemek is rendelkezésre állnak, amelyekben az anód és a katód más anyagai használatosak. A fejlesztés egyik fontos területe a gyors töltésű akkumulátorok fejlesztése.
Sok más típusú elem (csak kb. 100). Például olyan repülőgép-tápegység-rendszerekben, ahol a berendezések tömegének a lehető legkisebbnek kell lennie, 100 W • h / kg átlagos tároló kapacitású ezüst-cink akkumulátorokat használnak. A legnagyobb EMF (6.1 V) és a legnagyobb fajlagos tárolási kapacitás (6270 W · h / kg) lítium-ion akkumulátorokkal rendelkezik, amelyek azonban még mindig nem rendelkeznek tömegtermeléssel.
Az elsődleges galváncellák hosszútávú működésre alkalmasak, és az akkumulátorok hosszú távú működtetésre és rövid és futási terhelések lefedésére is alkalmasak. A kondenzátorokat és induktorokat elsősorban az impulzusterhelések fedezésére és a teljesítmény gyors kiegyenlítésére váltják ki. Az ultrakapacitátorokkal rendelkező elemek kombinációi a szél- és a napenergia-erőművek által a rácsra leadott teljesítmény kiegyenlítésére használhatók.
Az egyes felhalmozódott eszközök alkalmazási területe a terhelés időtartamával és a kimenő teljesítmény mellett az 1. ábrán látható. 2.
