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Understanding Batterien ISBN: 0-86619-225-5 [C]1985, Freiwillige in Technischer Hilfe,
PREFACE
Dieses Papier ist eine einer Folge, die von Freiwilligen in Technisch veröffentlicht wird, Hilfe, eine Einführung für bestimmte Staat-von-der-Kunst bereitzustellen Technologien von Interesse zu Leuten in Entwicklungsländern. Die Dokumente werden beabsichtigt, als Richtlinien benutzt zu werden, um zu helfen Leute wählen Technologien, die zu ihren Situationen geeignet sind. Sie werden nicht beabsichtigt, Konstruktion oder Implementierung bereitzustellen details. People werden gedrängt, VITA oder eine ähnliche Organisation zu verständigen für weitere Informationen und technische Hilfe wenn sie Fund, den eine besondere Technologie scheint, ihren Bedürfnissen zu entsprechen.
Die Dokumente in der Folge wurden geschrieben, wurden überprüft, und wurden illustriert fast ganz von VITA Volunteer technische Experten auf ein rein freiwilliger basis., den Einige 500 Freiwillige in die Produktion verwickelt wurden, von den ersten 100 Titeln, die ausgestellt werden, und trägt ungefähr bei 5,000 Stunden von ihrem time. VITA, die Personal Maria Giannuzzi einschloß, als Redakteur, Suzanne Bäche-Behandlung-typesetting und Anordnung, und Margaret Crouch als Projekt-Manager.
Der Autor dieses Papieres, VITA Freiwilliger Horace McCracken, ist das Präsident der McCracken Solaren Gesellschaft in Alturas, Kalifornien. Der Mitverfasser, VITA Freiwilliger Joel Gordes, ist gegenwärtig das solar planen Sie Analytiker für den Staat von Connecticuts Solar Mortgage Subvention Program. The, den Rezensenten auch VITA volunteers. Daniel sind, Dunham hat das Konsultieren in solaren und alternativen Quellen von gemacht Energie für VITA und AID. He hat gelebt und hat in Indien, Pakistan, gearbeitet und Morocco. Mr. Dunham hat auch eine Staat-von-der-Kunst vorbereitet untersuchen Sie auf solaren Destillierapparaten für HILFE. Jacques Le Normand ist Assistent Direktor beim Stütze-Forschung-Institut, Quebec, Kanada, welcher forscht in erneuerbarer Energie. , den Er Arbeit beaufsichtigt hat, mit solaren Sammlern und hat mehreren publiations auf geschrieben solar und Wind-Energie, und Erhaltung. Darrell G. Phippen ist ein mechanischer Ingenieur und Entwicklung-Spezialist, mit denen zusammenarbeiten, Essen für das Hungrig in Scottsdale, Arizona.
VITA ist ein Gefreiter, gemeinnützige Organisation, die Leute unterstützt, das Arbeiten an technischen Problemen in Entwicklungsländern. VITA Angebote Informationen und Hilfe richteten bei behilflichen Individuen und Gruppen auszuwählen und Gerät-Technologien eignen zu an ihr situations. VITA behält einen internationalen Anfrage-Dienst bei, ein spezialisiertes Dokumentation-Zentrum, und ein computerisierter Dienstplan von Freiwilliger technische Berater; leitet langfristige Feld-Projekte; und veröffentlicht eine Vielfalt von technischen Handbüchern und Dokumenten.
I. INTRODUCTION
Batterien sind im Gebrauch viele Jahre gewesen, aber heute gibt es ein größere Forderung für Batterie-Macht als je vor. , den Dies erneuerte, Interesse ist nicht nur von neuen Entwicklungen herbeigeführt worden, aber auch durch die Vielfalt von Verwendungen für Batterien in Zivilisten, industriell, und militärische Anwendungen.
Dieses Papier stellt ein Grund Verständnis von Batterien und Spuren bereit ihre Entwicklung von den frühen 1800s zum gegenwärtigen day. Research und Entwicklung setzt in einer Anstrengung zu lösen fort das eigen Schwäche von Batterien nämlich, wie mehr Energie zu packen ist, in ein kleineres Paket.
Eine elektrische Zelle oder Batterie ist ein Gerät, das umgestaltet, das chemische Energie enthielt direkt innerhalb seiner aktiven Materialien in elektrische Energie mittels einer electrochemical-Reaktion. Diese Art von Reaktion bringt die Übertragung von Elektronen von einem mit sich noch ein durch eine führende Lösung materiell. Historically, Batterien spielten in den frühen Tagen eine wichtige Rolle von elektrisch Entwicklung beide in den Vereinigten Staaten und in Europa.
In 1800 nannte ein italienischer Wissenschaftler, daß Volta entdeckte, daß durch zwei unterschiedliche Schaffner in einer chemischen Lösung eintauchend ein electromotive zwingen (EMF) oder Spannung wurde dazwischen geschafft das zwei conductors. Figure 1 illustriert eine einfache Voltaic Zelle.
Die festen Schaffner der Zelle werden Elektroden gerufen und das das Führen von Flüssigkeit der Elektrolyt. , den EINE Zelle aus zwei Elektroden besteht, und ein electrolyte. EINE Batterie besteht aus einem oder mehr cells. Die Spannung der Zelle hängt auf dem Material von ab das Elektroden und der Elektrolyt. Die elektrische aktuelle Ausgabe und die Macht der Zelle ist auf den Teller-Dimensionen abhängig und das Gewicht des Elektrode-Materials.
Es gibt im Gebrauch zwei allgemeine Arten von Batterien heute: die Urwahl tippen Sie oder " trockene Zelle " und die sekundäre Lagerung battery. EIN primäre Batterie produziert eine Strömung durch Begleichung-Handlung wenn ein von den Elektroden der Zelle wird während Verwendung zerlegt. Diese Art von Zelle kann wieder durch das Nachladen zu benutzen nicht wiederhergestellt werden und das ganze Zelle muß weggeworfen werden, wenn es nicht mehr active. Secondary ist, Zellen sind andererseits chemisch umkehrbar und Dose würde beauftragt und würde über vielen Zyklen von Bedienung vorher geloschen werdend ersetzt.
In der einfachen Spannung-Zelle, die in Zahl 2 gezeigt wird, wenn zwei unterschiedlich
Metalle, Zink und Kupfer, werden in einem Elektrolyten von aufgehängt verdünnen Sie sulfuric-Säure, ein Potential von approxiamtely 1.10 Volt werden Sie zwischen den Elektroden existieren. , den Die Zink-Elektrode sein wird, negativ und die kupferne Elektrode wird bestimmt sein. Wenn das wechseln Sie in der externen Last-Schaltung, wird geschlossen, ein aktueller Wille fließen Sie durch die Last (das Energie-aufnehmen von Gerät) und Batterie in Übereinstimmung zum Gesetz von Ohm. (*) Als die Last-Strömung setzt fort, zu fließen, Wasserstoff als Blasen wird erscheinen und wird den kupfernen Teller decken, und der Zink-Teller wird allmählich auflösen. Der Haupt Nachteil mit dieser Zelle ist, daß das Gas sprudelt, nehmen Sie zu das innerer Widerstand der Zelle, beim Verursachen von aktueller Ausgabe, abzunehmen.
Der Gleichstrom, der in einer elektrischen Schaltung fließt, ist direkt der Spannung, die zur Schaltung angewandt wird, verhältnismäßig. Die Konstante von Proportionalität R, rief den elektrischen Widerstand, wird gegeben durch die Gleichung V = RI, in dem " V " die angewandte Spannung ist, und Ich " bin die Strömung.
IIE. TECHNOLOGIE-VARIATIONEN
PRIMÄRE BATTERIEN
Mehrere andere Arten von primär-Typ, die nasse Zellen entwickelt wurden, und gebraucht in den Vereinigten Staaten. Most bemerkenswert unter diesen war das Schwerkraft-Zelle, die ätzend-Kupfer-Oxid-Zelle, die Luft-erschütterten, Zelle, und die Lelanche Zelle. , den Jede Zelle sein eigenes Operieren hatte, Merkmale, und aktuelle Kapazitäten schwankten von weniger als einem Ampere (Ampčre) für die Lelanche Zelle zu mehreren hundert Ampere für die ätzend-Kupfer-Oxid-Zelle. , den Die britische Post entwickelte, eine nasse Zelle, die als die Zelle des Daniels gewußt wird, die mehrere anbot, hervorragende operierende Merkmale.
Es gab zwei Haupt Schwierigkeiten mit der primär-Typ-Zelle Konstruktion, Verschlechterung durch örtliche Handlung und Zelle-Polarisation. Örtliche Handlung ist eine innerere chemische Handlung zu eigen Batterien; das Leben der Zelle wird allmählich sogar verringert obwohl keine Last zu seinen Terminals verbunden wird. Local Handlung ist definierte genau als die Begleichung von aktivem Material von ein von beiden Teller zu irgendeiner Verunreinigung im Elektrolyten oder dem Teller-Material. Dieses Handlung verursacht die Formation von kurzgeschließten Zellen, die verursachen, das Metall, sich zu verschlechtern.
Zell Polarisation wird von Wasserstoff-Blasen verursacht, die eingezahlt werden, auf der Kathode wenn aktuelle Strömungen durch die Zelle. , den Dies herunterläßt, die Grenz Spannung und die Zunahmen der innerere Widerstand von das battery. Various Methoden für das Neutralisieren dieser polarisierenden Wirkung wurde benutzt, entweder neben chemischer oder mechanischer Konstruktion der führte zur Entwicklung der Luft-erschütterten Zelle.
In der Luft-erschütterten Zelle wurde die Elektrode von gemacht ein sehr Absorbens-Form von Kohlenstoff und wurde über dem Elektrolyten aufgehängt level., weil die Kohlenstoff-Elektrode nicht im Elektrolyten eingetaucht wurde, Lösung, Polarisation der Zelle wurde verhindert. In Bedienung, Sauerstoff, der die poröse Oberfläche des Kohlenstoffes umgibt, Elektrode kombiniert mit dem Wasserstoff, der bei der Oberfläche von entwickelt wird, die Kohlenstoff-Elektrode und der Elektrolyt. Good Belüftung wurde erfordert um eine befriedigende Luft-Versorgung für Bedienung beizubehalten. Das Edison Kohlenstoff Zelle und die Carbonaire Batterie waren repräsentativ von der Luft-erschütterten Art. Wet primär-Typ-Zellen haben zum größten Teil geworden von der sekundär-Typ-Lagerung-Batterie ersetzt.
Der moderne Tag " trockene Zelle, " die von George entwickelt wurde, Lelanche in 1868, ist eine Modifikation vom alten Lelanche nasse Zelle. Der Unterschied ist das, nur genügendes Wasser wird zu hinzugefügt das Elektrolyt, ein Absorbens-Futter anzufeuchten. Die moderne trockene Zelle ist hauptsächlich der überall benutzte aller primären Batterien heute wegen ihres niedrigen Preises, zuverlässige Aufführung, und weitverbreitet availability. Dry, den Zell Batterien in Klassen von 1.5, 3, gemacht werden, 6, 7.5, 9, 22.5, 45, 67, und 90 Volt.
Die gewöhnlichste Art von Konstruktion für eine trockene Zelle wird in gezeigt Glauben Sie 3.
Die Zelle in Zahl 3 Verwendungen ein Kohlenstoff-Stab für die Anode oder bestimmt Terminal und ein Außen Zink-Container (Fall) für die Verneinung terminal., den Der Zink-Fall ein inneres Futter von Absorbens-Papier hat, Material, das mit dem Elektrolyten gesättigt wird. Der Raum zwischen den Elektroden wird mit einer Mischung von zerdrückter Coca-Cola gefüllt, Mangan-Dioxyd, und Graphit. Manganese wird als ein depolarizer hinzugefügt. Der Elektrolyt ist salammonic und Zink-Chlorid. Das Spitze des Falles wird mit einer siegelnden Verbindung und dem Zink gesiegelt Container wird in einem papierähnlichen Container eingeschlossen. Die Spannung von ein neu trockene Zelle sind 1.4 bis 1.6 Volt.
Trockene Zell Batterien fallen in drei allgemeine Klassen: (1) Taschenlampe Batterien normalerweise 1-1/4 Zoll in Durchmesser und 2-1/2 Zolln hoch mit einer aktuellen Kapazität von ungefähr 3 Ampčre-Stunden; (2) große Größe Zellen, die im allgemeinen zu als die Zahl 6 trockene Zelle ungefähr gesprochen werden, 2-1/2 Zoll in Durchmesser und 6 Zoll hoch mit ein aktuelle Klasse von ungefähr 30 Ampčre-Stunden; und (3) die " schwere Pflicht " und hohe Spannung, die eine Zelle oder eine Kombination sein könnte, tippt von Zellen, gebraucht in industriellem Dienst mit aktuellen Kapazitäten von 50 Ampčre-Stunden oder greater., von denen Die Ampere-Stunde-Kapazität die Rate ist, löschen Sie, eine Batterie kann eine gegebene Periode von Zeit beibehalten, normalerweise acht hours. zum Beispiel schätzte eine 30 Ampčre-Stunde Batterie ein normal konnten acht Stunden ungefähr 3-1/2 Ampčre liefern. Als gewöhnlich aber benutzt, stellen trockene Zellen weniger als ihre Klasse bereit. Das Regal-Leben wird von örtlicher Handlung begrenzt und aus dem Grund einige Hersteller stempeln ein Dienst-Datum auf dem äußeren Belag von jeder cell. Local Handlung verursacht schließlich Verschlechterung von das Batterie, und nach ungefähr einen oder zwei Jahre-Lagerung, die Batterie wird useless., weil die Zink-Elektrode Teil von bildet, das äußer umgeben Sie mit einer Mauer, seine allmähliche Zerstörung schwächt die Zell Struktur, und als das entwickelte Wasserstoff-Gas baut innereren Druck auf, es kann brechen Sie und verschütten Sie seine zerstörende Inhalte. aus diesem Grund, Ausrüstung sollte nie mit trockenen Zellen im Verlauf langer Perioden von gelagert werden time. Dry Zellen erfordern keine Aufrechterhaltung und wenn sie nicht mehr operieren Sie, wird weggeworfen und wird ersetzt.
Eine letzt Art trockener Zelle, die entwickelt wird, ist der Ruben oder Merkur Zelle (Zahl 4) . This, durch den Zelle während zweite Weltkrieg entwickelt wurde,
Ruben Laboratories und P.R. Mallory Gesellschaft für das klein Operieren elektronische Ausrüstung, die hohe aktuelle Macht erfordert. , den Diese Zelle ist, machte in zwei Formen: die " Rolle-Anode " und der " Knopf tippen. " The Anode wird Zink fusioniert, und die Kathode ist ein Quecksilber Oxid erschüttertes Material mischte mit Graphit. Der Elektrolyt ist ein Lösung von Kalium-hydroxide (KOH) das Enthalten von Kalium-zincate. Diese Zellen sind weit trockenes Zelle Schulden zum Lelanche überlegen zu ihrer kompakten Größe, flache Spannung-Eigenschaft, und sehr lang Regal life., den Die Leerlaufe Spannung dieser Zellen 1.34 Volt sind.
Mehrere anspruchsvolle Entwicklungen sind in kleinen Batterien gemacht worden, beide primär und sekundär-Typ-Zellen, die einschließen, das Magnesium, alkalisch, Silber-Zink, und lithium. Tisch 1 Listen das
Merkmale und Anwendungen dieser Zellen.
SEKUNDÄRE LAGERUNG-BATTERIEN
Seit 1965, dort ist Interesse im Benutzen von Lagerung erneuert worden Batterien in Macht systems., den Dies ist, weil moderner Macht-Verbrauch bringt sehr unebene Last-Forderungen mit sich und das Vergrößern von Höhepunkt-Last demands., Wenn ein System mehr Macht liefern muß, (Zunahme in Last Forderung), der Lieferant kann die Forderung erfüllen, indem er entweder wechselt, ein zusätzlicher Generator auf das System oder das Wechseln ein beauftragte Batterie-Bank auf den line. Das letzt erfordert ein viel kleiner Anlage.
Die Wiederbelebung von Batterien als Macht-System-Einheiten hat hauptsächlich angefangen mit kleinen unabhängigen Systemen wie Wind-oder Wasser-angetrieben generators. In solchen Systemen, Lagerung-Batterien treten auf zwei wichtige functions. First, während Perioden niedriger Last-Forderung, die System-Batterie kann viel der erzeugten Energie lagern, welcher würde ansonsten zum System verloren werden. Second, Energie, während der verkehrsschwachen Periode gelagert, ist während Zeiten von verfügbar Höhepunkt-Last demand. Die Wichtigkeit von das letzt kann illustriert werden mit dem folgenden quantitativen Beispiel: Nehmen Sie ans Kapazität der Batterie hat einen Begleichung Macht Rate Gleichgestellten zu Seite von der Generator-Macht-Kapazität ([P.sub.B] = 0.5 [P.sub.G]) . This bedeutet das unter normalen Zuständen, während Perioden hoher Last-Forderung, das Generator-Batterie-Kombination kann mehrere Stunden, dienen Sie einer Last von bis zu 1.5 Malen das was der Generator allein konnte dienen.
Noch ein Grund für das zugenommene Interesse an sekundärer Lagerung Batterien sind das Bedürfnis für Unterstützung-Macht für einige von das neuer technology. zum Beispiel bringen modernste Computer irgendeine Form mit sich von " flüchtiger " Lagerung von Informationen ist das, die Informationen sind verlor, wenn Macht removed. ist, gegen diese Möglichkeit zu beschützen, viel, Computer-Systeme benutzen " uninterruptible "-Macht-Systeme, die auf gegründet werden, Lagerung-Batterien, um elektrische Strömung zum Computer zu liefern, Ausrüstung, wenn kommerzielle Macht verloren wird.
Die Lagerung-Batterie, die mit sekundären nassen Zellen konstruiert wird, ist ähnlich in Handlung zu einer primären Zelle, außer den chemischen Handlungen, betroffen, ist praktisch vollkommen umkehrbar. , Sobald die Zelle ist, losch, Strömung von einer externen Quelle, ging durch vorbei das Zelle in der gegenüberliegenden Richtung, wird im wesentlichen wiederherstellen das Batterie zu seinem Original beauftragte Zustand.
Es gibt gegenwärtig drei Arten von Lagerung-Batterien verfügbar: (1) die Blei-Säure-Art; (2) das Nickel-Eisen oder alkalische Batterie (Edison Zelle); und (3) das Nickel-Kadmium oder der Alkali-Typ (Nicad).
Blei-Säure-Batterien
Die Blei-Säure-Batterie ist die am überall gebrauchte Art von Batterie heute wegen seines niedrigen Preises, Zuverlässigkeit, gute Aufführung, Merkmale, und breite Anwendung. , den Diese Batterie hergestellt wird, in vielen Größen und Kapazitäten, die von 1 Ampčre-Stunde bis zu schwanken, mehrere tausend Ampčre-Stunden-Klasse. ()
Die Lagerung Zell benutzt reaktives Schwamm-Blei für die Verneinung Elektrode (Pb), Blei-Dioxyd für die bestimmte Elektrode (Pb0), und verdünnt sulfuric-Säure für den Elektrolyten. Die Elektrode Materialien haben kleine strukturelle Stärke und müssen unterstützt werden auf Tellern oder grids. hat Das Gitter des Batterie-Tellers zwei Funktionen: zuerst unterstützt es das aktive Teller-Material; und Sekunde, es dient als ein Schaffner, um das Teller-Terminal zu allen zu verbinden Teile des aktiven Materials.
Führen Sie, Lagerung-Batterie-Teller werden in zwei Arten geteilt, das Plante (bildete) und der Faure (kleisterte), wie in Zahl 5. In gezeigt
der Plante-Typ von Konstruktion, den das aktive Material elektrisch ist, bildete von reinem Blei durch einen electrochemical-Prozeß von das metallisches Blei des unterstützenden Gitters. Im Faure-Typ das aktives Material wird auf dem unterstützenden Gitter in der Form von angewandt ein Paste-follwed neben einem Rahmen, beim Trocknen, und das Bilden von Bedienung.
Glauben Sie 5 Shows der Plante (EIN) und Faure (B) Blei Zell plates. Das Zell Versammlungen werden zusammen gelötet, um bestimmt und negativ zu bilden Gruppen, die zusammen verzahnt werden, um wieder zu vertragen, das vollständig Batterie, die cell. Separators zwischen die Elektroden gesetzt werden, und das vollständige Element wird in einen Container und sealed. gesetzt Das Verwendung großer Teller mit nahem Abstand begrenzt den innereren Widerstand von der Batterie zu einem niedrigen Niveau. Figure 6 Shows ein Schnitt
Sicht der Blei-Lagerung-Zelle.
Während Begleichung die Batterie materiell von beiden Tellern wird konvertiert in Blei sulfate., den Die Menge von Blei-sulfate onthe-Teller bildete, und die Menge von Säure verlor vom Elektrolyten, ist in genau Verhältnis zur Rate von Begleichung. Die umgekehrten Handlung-Aufnahmen Stelle, wenn die Zelle beauftragt wird. Zelle, die chemische Reaktionen sind, stellte durch die folgende Gleichung dar; aber dies ist ein vereinfachte Form, als die eigentliche Handlung sehr mehr kompliziert wird.
* Batterie-Ampere-Stunde-Klasse wird normal auf einer 8-Stunde-Begleichung gegründet Rate.
Beim bestimmten Teller:
PB[O.SUB.2] + HS[O.SUB.4][SUP .-] + [3H.SUP.+] + 2E.SUP .------> PB[SO.SUB.4] + 2[H.SUB.2]O
Beim negativen Teller:
Pb + HS[O.sub.4][sup .-]---- -> Pb[SO.sub.4] + [H.sup.+] + [2e.sup .-]
Sowohl die kombinierte Zell Reaktion für Begleichung als auch Gebühr wird ausgedrückt durch die folgende Gleichung:
löschen ------ -------> Pb[O.sub.2] + Pb + 2[H.sub.2] S[O.sub.4] <= == == = 2Pb[SO.sub.4] + 2[H.sub.2]O + elektrische Energie SULFURIC plate-plate ätzende Teller <------; ------- beauftragen
Auf Begleichung die ätzenden Einzelteile vom Elektrolyten und den Formen ein chemische Kombination mit den Tellern, das Verändern davon, um sulfate zu führen. Als Begleichung fortsetzt, wird zusätzliche Säure von gezeichnet das Elektrolyt bis Strömung wird aufhören, zu fließen. Das Wasser, bildete durch den Verlust von Säure zu den Tellern, läßt herunter das bleibend bestimmt Schwerkraft (* *) vom Elektrolyten. In allgemeine Praxis, Begleichung ist immer hielt, bevor die Teller sulfated ganz haben, weil einmal ganz sulfated, Batterie-Zustand kann nicht konvertiert werden aktivem Material auf Gebühr hinter. Auf Gebühr die umgekehrte Handlung Aufnahmen setzen: die Säure in den sulfated-Tellern wird in hinter gefahren der Elektrolyt, und der S[O.sub.4] kombiniert mit Wasserstoff im Wasser um zusätzliche sulfuric-Säure zu bilden ([H.sub.2][SO.sub.4]).
Elektrolyt für Blei-Säure-Zellen sollte sulfuric acid. Für verdünnen ein vollständig beauftragte Batterie, zu der die bestimmte Schwerkraft von 1.200 variiert, 1.30 und wenn 1.150 geloschen hat (reines Wasser mißt 1.00) . The bestimmte Schwerkraft wird von einem Spritze-Typ-Hydrometer als gemessen gezeigt in Zahl 7, und Werte sind Temperatur, die korrigiert wird.
* Das Symbol e-steht für Elektronen.
* * Bestimmte Schwerkraft wird als das Verhältnis von Gewicht von definiert ein gegeben Volumen einer Substanz zu einem gleichen Volumen reinen Wassers. Die Spannung einer Blei-Zelle sind ungefähr 2.10 Volt bei keiner Last aber ist höher, als werdend beauftragt. Normal Spannung auf Gebühr ist 2.15 Volt und als das Zell nähert volle Gebühr dieser Wert schnell Zunahmen zu zwischen 2.5 und 2.6 Volt. Dieses spätere Intervall von Gebühr wird als die " begasende Periode " gewußt. Von begasend das Elektrolyt zu irgendeiner Zeit während des Beauftragen sollte als vermieden werden das Gebühr-Rate ist auch high. Als eine Zelle, erreicht sein letzt vollständig Zustand beauftragt, ist eine hohe Strömung als dieser Überschuß nicht ratsam Strömung zerlegt das Wasser im Elektrolyten, der gefahren wird, von in der Form von Gas.
Die Blei-Säure-Batterie hat mehrere Nachteile: (1) Zellen sind Temperatur empfindsam und verliert Macht in kalten Temperaturen; (2) Zell Teller tendieren, zuzuschnallen und auf ausdauernder, hoher Strömung zu verfälschen Dienst, und (3) besondere Sorge muß beobachtet werden, wenn eine Batterie ist, lange Perioden nicht benutzt, ansonsten wollen die Zellen sulfate.
Nickel-Eisen-Batterien
Das Nickel-Eisen oder alkalische Batterie wurde entwickelt, um zu überwältigen das eigene Nachteile der Blei-Teller-Zelle. , den Es ein Radikaler ist, Abreise von ihm in sowohl Konstruktion als auch Bedienung. Ins Vereinigte Staaten, die diese Batterie als die " Edison Zelle gewußt wird, nannte " nach seinem Erfinder Thomas A. Edison. Figure 8 Shows die Konstruktion
von einem typischen cell. besteht Der bestimmte Teller aus Stahl Rohre, die Nickel-Hydrat und Nickel enthielten, fügten in Ersatz hinzu layers. Der negative Teller wird von flachen Stahl-Kisten gebildet oder Taschen, die perforiert werden und mit eisernen Oxid-Körnchen gepackt werden. Laken-Stahl-Gitter unterstützen diese Rohre und die Taschen, die sind, verriegelte zusammen, um bestimmte und negative Zell groups. Zelle zu bilden Terminals und der Stahl-Container sind Nickel, das gepanzert wird. Alle Separatoren und das Isolieren von Teilen wird von Gummi gemacht. Die Zelle benutzt ein Elektrolyt von 21 prozentiger Lösung von ätzender Pottasche, die enthält, ein kleine Menge von lithium-Hydrat.
Die Chemie dieser Zelle wird ziemlich kompliziert, und die Chemikalie Reaktion, die in der Zelle vorkommt, ist als völlig anders das des Bleies cell., als der Der Elektrolyt bloß ein Führen fungiert, mittler und betritt in Kombination mit keinen von das aktives Teller-Material während Bedienung. Seine bestimmte Schwerkraft Überreste praktisch dauernd über dem vollständigen Zyklus von Gebühr und discharge. Condition von Batterie-Gebühr oder Begleichung wird bestimmt durch eine Spannungsmesser-Lektüre und nicht durch die bestimmte Schwerkraft von der electrolyte. Die alkalische Batterie, die Zell Reaktion ist,:
löschen ------ -------- ---->
[Fe.sub.2] + 2NiOOH + KOH + 2[H.sub.2]O------ -> [Fe.sub.2][(OH) .sub.2] + 2Ni[(OH) .sub.2] + KOH + elektrisch <------;
<------; -------- --- Energie CHARGE
Die Spannung jeder Zelle sind ungefähr 1.50 Volt auf, öffnen Sie Schaltung, aber ist auf Gebühr höher und läßt unter Last-Zuständen herunter. Diesen Batterien wird eine Ampere-Stunde-Kapazität-Klasse, die gegründet wird, gegeben auf ihrer Rate von Begleichung bis zur letzten Spannung von 1.00 pro cell., den Einige aktuelle Klassen auf einer 5-1/2-Stunde ununterbrochen gegründet werden, Begleichung-Rate, während andere auf einer 3-1/2-Stunde-Rate gegründet werden.
Anders als die Blei-Zelle-Batterie gibt es keine Minimum-Spannung hinunter welcher diese Art von Zelle kann nicht geloschen werden. in der Tat, diese Zelle kann geloschen werden, um auf Null Volt zu setzen, der bei seinen Terminals kurzgeschließt wird, und ging in diesen Zustand für eine unklare Periode. Dieses ist die Methode, durch die eine alkalische Batterie in Lagerung gesetzt wird.
Auch kann diese Zelle zuviel unbeabsichtigt berechnet werden, beauftragte ins falsche Richtung, und schließte für einen Augenblick ohne Verletzung kurz. Alkalische Batterien werden nicht verletzt, indem man friert, und ein Elektrolyt mit einer bestimmten Schwerkraft von 1.200 um 15.5[degrees]C (60[degrees]F) friert fest um-66[degrees]C (-87[degrees]F). , den sich Der Elektrolyt dieser Zelle allmählich verschlechtert, während Verwendung und muß schließlich verwandelt werden.
Die Haupt Vorteile der Nickel-Eisen-Zelle sind: (1) es ist sehr Licht und starkes Schulden zu seiner Stahl-Konstruktion; (2) es bietet ein unbegrenzt langes Leben an; und (3) es überwältigt das Zell sulfating-Problem der Blei-Säure-Batterie. Das Oberhaupt Nachteil ist sein hoch zuerst kosten Sie und hoher innererer Widerstand.
Nickel-Kadmium-Batterien
Nickel-Kadmium oder Nicad Batterien, ein relativ neuer Zusatz zu Lagerung-Zellen, wurde in Europa entwickelt. , den Diese Batterien bestehen, von verzahnten Versammlungen bestimmter und negativer Teller, die bestiegen werden, in einem luftdicht verschlossene Stahl-Container. Das bestimmte aktive Material, Nickel, hydroxide, und das negative aktive Material, Kadmium-Oxid, ist umhüllte in gleichen, fein perforierten Stahl-Taschen. Die Teller wird von Reihen von diesen Taschen, die gefältelt werden, wieder vertragen und bildete in Stahl frames. Positive und negative Teller-Versammlungen wird zusammen zu schweren Stahl-Bus-Stangen verriegelt. Plate Gruppen sind verzahnte und trennte durch dünne plastische Stäbe. Die Zelle elektrisch Terminals und Fall sind Nickel, das gepanzert wird. Der Elektrolyt ist ein Lösung besonders gereinigter ätzender Pottasche (Kalium-hydroxide) löste in destilliertem Wasser auf. Figure 9 Shows eine Schnitt Sicht
von der Nicad Batterie.
Die vereinfachte Zell Reaktion ist:
beauftragen <------; -------- -----
Cd + 2NIOOH + KOH + 2[H.sub.2]O------> Cd[(OH) .sub.2] + 2Ni[(OH) .sub.2] + KOH + elektrisch <------; Energie ------ -------- ------>
löschen
Während Gebühr oder Begleichung der Zelle gibt es praktisch nein verändern Sie sich in der bestimmten Schwerkraft des Elektrolyten. Like das Edison Zelle, die einzige Funktion des Elektrolyten sollte als handeln ein Schaffner für die Übertragung von Wasserstoff-Ionen von einer Elektrode zu die other., auf denen Die Spannung-Klasse jeder Zelle 1.20 Volt sind, öffnen Schaltung; wenn zu einer externen Last verbunden hat, diese Spannung bleibt ziemlich dauernd bis zu ungefähr 90 Prozent von sein bemessen capacity. Die Ampčre-Stunde-Klasse der Nicad Zellen hat auf basiert ein letzte Begleichung-Spannung von 1.10 Volt pro Zelle. Verschiedener Edison Zellen, Nicad Batterien werden durch wiederholtes Über-löschen beschädigt werden unter ihrem Minimum Zell Klasse von 1.10 Volt. Nicad Batterien haben Sie eine Temperatur, die Auswahl von-51[degrees]C operiert, (-60[degrees]F) zu 93[degrees]C (200[degrees]F).
Nicad Batterien sind Vibration und Schock wegen immun ihr Stahl-Konstruktion; Griff ihre Gebühr gut während lang müßig Perioden; behalten Sie eine dauernde Spannung-Quelle während Begleichung bei; und wird nicht durch beschädigt, berechnen Sie zuviel. , in dem Diese Batterien bestiegen werden können, keine stellen auf discharge. Like die Edison Zelle, die Nicad Batterie, auf hat ein hoch zuerst kosten Sie wie mit der Blei-Säure-Batterie verglichen; aber dieser hohe Preis wird von ihrem längeren Leben ausgeglichen span. EIN Vergleich von Blei-Säure, alkalisch, und Nicad Batterien sind präsentierte in Tisch 2.
Tisch 2. Vergleich von Blei-Säure, Nickel-Eisen, und Nickel-Kadmium-Batterien
Operating Zell Leben Typical Temperatur Energie Gebühr / Cell Auswahl Dichte Discharge Preis TYPE VOLTAGE ([DEGREES]C) (WH (*) /KG) (CYCLES) ($/WH (*))
Blei-Acid 2.0 20 bis 30 37 1200-1500 .08 Nickel-Iron 1.2 2.2 bis 46 29 Nickel-Cadmium 1.25 (-51) zu 93 33
* Watt-Stunden
Allgemeine Aufrechterhaltung-Verfahren für Lagerung-Batterien
Richtige Aufrechterhaltung ist für fortgesetzten problemlosen Dienst wesentlich von Lagerung batteries., Während die Zell Konstruktion ander ist, für die mehrere Arten ist Aufrechterhaltung für alle Arten ähnlich und besteht aus den folgenden allgemeinen Verfahren:
1. Keep Zellen reinigen und trocken;
2. Check Elektrolyt-Niveau regelmäßig;
3. Keep Batterien beauftragten jederzeit; und
4. Keep Verunreinigungen aller Arten aus Zellen, als sie werden, haben eine schädliche Wirkung und ruinieren schließlich them. Never benutzen irgendwelche Werkzeuge oder Gebrauchsgegenstande (Hydrometer, Trichter, und so weiter) , der zu Dienst andere Elektrolyten ander benutzt worden ist, von dieses erforderlich für diese bestimmte Batterie, besonders benutzten Werkzeuge für Blei-Säure-Batterien.
5. Refer zu den Empfehlungen von Herstellern und bleibt ein geschrieben Aufrechterhaltung-Aufzeichnung.
Der Elektrolyt der Blei-Säure-Zelle erfordert Ersatz nie außer Verlust wegen unbeabsichtigter Stürze. However, im Edison, und Nicad Zellen es gibt eine allmähliche Verschlechterung ihres Elektrolyten, welcher muß schließlich über dem Leben von ersetzt werden das Batterie.
BIBLIOGRAPHY/SUGGESTED LEKTÜRE LISTE
Baumeister, T., Hrsg. Mark Übliche Handbuch für Mechanische Ingenieure. 7 Ausgabe. New York, New York,: McGraw-Hügel-Buch Gesellschaft, 1967.
CARR, C.C. Handwerks amerikanischer Elektriker Handbuch. 8 Ausgabe. New York, New York,: McGraw-Hügel-Buch-Gesellschaft, 1961.
Fink und Batey. Übliche Handbuch für Elektrische Ingenieure. 11 Edition. New York, New York,: McGraw-Hügel-Buch-Gesellschaft, 1978.
Hubert, Charles I. Preventative Aufrechterhaltung Elektrischer Ausrüstung. New York, New York,: McGraw-Hügel-Buch-Gesellschaft, 1969.
Knowlton, A.E., Übliches Handbuch für Elektrische Ingenieure. 8 Edition. New York, New York,: McGraw-Hügel-Buch-Gesellschaft, 1949.
McGraw-Hügel-Lexikon von Wissenschaft und Technologie. 5 Ausgabe. New York, New York,: McGraw-Hügel-Buch-Gesellschaft, 1982.
Timbre und Bush. Principles Elektrischen Ingenieurwesens. 3 Ausgabe. New York, New York,: Wiley und Söhne, AG, 1946.
Fressen Sie, Stanley. Guide zu Elektronischem Maß und Laboratorium Practices. Englewood Cliffs, New Jersey,: Prentice Korridor, Inc., 1977.