Pil dünyası - bölüm 3

Modern pillerin tarihi on dokuzuncu yüzyılda başlar, bugün kullanılan tasarımların çoğu bu yüzyıldan itibaren ortaya çıkar. Bu durum, bir yandan o zamanın bilim adamlarının mükemmel fikirlerine, diğer yandan yeni modellerin geliştirilmesinde ortaya çıkan zorluklara tanıklık ediyor.

Çok az şey geliştirilemeyecek kadar iyidir. Bu kural piller için de geçerlidir - XNUMX. yüzyıl modelleri, mevcut formlarını alana kadar birçok kez rafine edildi. Bu aynı zamanda için de geçerlidir Leclanchet hücreleri.

Geliştirmek için bağlantı

Fransız kimyagerin tasarımı değişti Carl Gasner gerçekten kullanışlı bir modele dönüştü: üretimi ucuz ve kullanımı güvenli. Bununla birlikte, hala sorunlar vardı - kaseyi dolduran asidik elektrolit ile temas ettiğinde korozyona uğrayan elementin çinko kaplaması ve agresif içeriklerin sıçraması, elektrikli cihazı devre dışı bırakabilir. karar oldu birleşme çinko gövdenin iç yüzeyi (cıva kaplama).

Çinko amalgam, pratik olarak asitlerle reaksiyona girmez, ancak saf metalin tüm elektrokimyasal özelliklerini korur. Ancak çevre düzenlemeleri nedeniyle hücrelerin ömrünü uzatmak için bu yöntem giderek daha az kullanılmaktadır (cıva içermeyen hücrelerde veya yazısını bulabilirsiniz) (1).

2. Alkali hücre düzeni: 1) kasa (katot kurşun), 2) manganez dioksit içeren katot, 3) elektrot ayırıcı, 4) KOH ve çinko tozu içeren anot, 5) anot terminali, 6) hücre sızdırmazlığı (elektrot yalıtkanı) . .

Hücre ömrünü ve ömrünü artırmanın başka bir yolu, hücreye hücre eklemektir. çinko klorür ZnCl₂ bardak doldurma macunu için. Bu tasarımın hücreleri genellikle Ağır Hizmet olarak adlandırılır ve (adından da anlaşılacağı gibi) daha fazla enerji yoğun cihazlara güç sağlamak için tasarlanmıştır.

Tek kullanımlık piller alanında bir atılım, 1955'teki inşaattı. alkali hücre. Kanadalı mühendisin icadı lewis urryMevcut Energizer şirketi tarafından kullanılan , Leclanchet hücresinden biraz farklı bir yapıya sahiptir.

İlk olarak, orada bir grafit katot veya bir çinko kap bulamazsınız. Her iki elektrot da ıslak, ayrılmış macunlar şeklinde yapılır (kalınlaştırıcılar artı reaktifler: katot, manganez dioksit ve grafit karışımından, çinko tozunun potasyum hidroksit katkılı anodundan oluşur) ve terminalleri metalden yapılmıştır ( 2). Bununla birlikte, operasyon sırasında meydana gelen reaksiyonlar, Leclanchet hücresinde meydana gelenlere çok benzer.

Görev. İçeriğin gerçekten alkali olduğunu öğrenmek için bir alkalin hücre üzerinde bir "kimyasal otopsi" yapın (3). Aynı önlemlerin Leclanchet hücresinin sökülmesi için de geçerli olduğunu unutmayın. Bir alkalin hücrenin nasıl tanımlanacağını öğrenmek için Pil Kodu alanına bakın.

3. Alkali hücrenin "Bölümü" alkali içeriğini doğrular.

Ev yapımı piller

4. Yerli Ni-MH ve Ni-Cd piller.

Kullanımdan sonra yeniden şarj edilebilen hücreler, elektrik biliminin gelişiminin en başından beri tasarımcıların hedefi olmuştur, dolayısıyla birçok türü vardır.

Şu anda, küçük ev aletlerine güç sağlamak için kullanılan modellerden biri nikel-kadmiyum piller. Prototipleri 1899'da İsveçli bir mucit tarafından yapıldığında ortaya çıktı. Ernst Jungner Otomotiv endüstrisinde halihazırda yaygın olarak kullanılan pillerle rekabet edebilecek bir nikel-kadmiyum pil için patent başvurusunda bulundu. kurşun asit pili.

Hücre anodu kadmiyumdur, katot üç değerlikli bir nikel bileşiğidir, elektrolit bir potasyum hidroksit çözeltisidir (modern "kuru" tasarımlarda, KOH çözeltisi ile doyurulmuş koyulaştırıcılardan oluşan ıslak bir macun). Ni-Cd piller (bu onların tanımıdır) yaklaşık 1,2 V'luk bir çalışma voltajına sahiptir - bu, çoğu uygulama için sorun olmayan tek kullanımlık pillerden daha azdır. Büyük avantaj, önemli miktarda akım (hatta birkaç amper) ve geniş bir çalışma sıcaklık aralığı tüketme yeteneğidir.

5. Lütfen şarj etmeden önce farklı pil türleri için gereksinimleri kontrol edin.

Nikel-kadmiyum pillerin dezavantajı, külfetli bir "hafıza etkisi"dir. Bu, kısmen boşalmış Ni-Cd pilleri sık sık yeniden şarj ederken meydana gelir: sistem, kapasitesi yalnızca yeniden şarj edilerek doldurulan şarja eşitmiş gibi davranır. Bazı şarj cihazlarında, hücreler özel bir modda şarj edilerek "hafıza etkisi" azaltılabilir.

Bu nedenle, boşalmış nikel-kadmiyum piller tam döngüde şarj edilmelidir: önce tamamen boşalmış (uygun şarj işlevi kullanılarak) ve ardından yeniden şarj edilmelidir. Sık şarj etme aynı zamanda tahmini 1000-1500 döngü ömrünü de azaltır (çoğu tek kullanımlık hücre, kullanım ömrü boyunca tek bir pille değiştirilir, bu nedenle daha yüksek satın alma maliyeti, pil üzerinde çok daha az yükten bahsetmeye gerek bile yok, kendisini birçok kez amorti eder) ). hücrelerin üretimi ve bertarafı ile çevre).

Toksik kadmiyum içeren Ni-Cd elementleri değiştirildi nikel metal hidrit piller (Ni-MH tanımı). Yapıları Ni-Cd pillere benzer, ancak kadmiyum yerine hidrojeni emme özelliğine sahip gözenekli bir metal alaşımı (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, nadir toprak metalleri) kullanılır (4). Ni-MH hücresinin çalışma voltajı da yaklaşık 1,2 V'tur, bu da NiCd pillerle dönüşümlü olarak kullanılmalarına olanak tanır. Nikel-Metal Hidrür hücrelerinin kapasitesi, aynı boyuttaki Nikel-Kadmiyum hücrelerin kapasitesinden daha fazladır. Ancak, NiMH sistemleri daha hızlı kendi kendine deşarj olur. Bu dezavantaja sahip olmayan modern tasarımlar zaten var, ancak standart modellerden çok daha pahalıya mal oluyorlar.

Nikel metal hidrit piller bir "hafıza etkisi" sergilemezler (kısmen boşalmış hücreler yeniden şarj edilebilir). Ancak, şarj cihazının (5) talimatlarında her türün şarj gereksinimlerinin her zaman kontrol edilmesi gerekir.

Ni-Cd ve Ni-MH piller söz konusu olduğunda, bunların demonte edilmesini önermiyoruz. İlk olarak, onlarda yararlı bir şey bulamayacağız. İkincisi, nikel ve kadmiyum güvenli elementler değildir. Gereksiz yere risk almayın ve bertaraf işlemini eğitimli profesyonellere bırakın.

Akümülatörlerin kralı, yani...

6. "Pillerin Kralı" iş başında.

… Kurşun asit pili1859'da bir Fransız fizikçi tarafından yaptırılmıştır. Gaston Plantego (evet, evet, cihaz bu yıl 161 yaşına girecek!). Akü elektroliti yaklaşık %37 sülfürik asit (VI) çözeltisidir ve elektrotlar kurşun (anot) ve bir kurşun dioksit PbO tabakasıyla kaplanmış kurşundur.₂ (katot). Çalışma sırasında elektrotlarda kurşun(II)(II)PbSO sülfat çökeltisi oluşur.₄. Şarj ederken, bir hücrenin voltajı 2 volttan fazladır.

kurşun pil aslında tüm dezavantajlara sahiptir: önemli ağırlık, deşarja ve düşük sıcaklıklara duyarlılık, yüklü bir durumda saklama ihtiyacı, agresif elektrolit sızıntısı riski ve toksik metal kullanımı. Ek olarak, dikkatli kullanım gerektirir: elektrolit yoğunluğunun kontrol edilmesi, haznelere su eklenmesi (yalnızca distile veya deiyonize kullanın), voltaj kontrolü (bir haznede 1,8 V'nin altına düşmek elektrotlara zarar verebilir) ve özel bir şarj modu.

Peki antik yapı neden hala kullanılıyor? "Biriktiricilerin Kralı", gerçek bir hükümdarın niteliğine sahiptir - güç. Yüksek akım tüketimi ve %75'e varan yüksek enerji verimliliği (şarj için kullanılan bu enerji miktarı çalışma sırasında geri kazanılabilir), basit tasarım ve düşük üretim maliyeti, kurşun pil Sadece içten yanmalı motorları çalıştırmak için değil, aynı zamanda acil durum güç kaynağının bir unsuru olarak da kullanılır. 160 yıllık geçmişe rağmen, kurşun pil hala iyi durumda ve bu cihazların diğer türleri tarafından değiştirilmedi (ve bununla birlikte, pil sayesinde en büyük miktarlarda üretilen metallerden biri olan kurşunun kendisi) . İçten yanmalı motorlara dayalı motorizasyon gelişmeye devam ettiği sürece, konumu muhtemelen tehdit edilmeyecektir (6).

Mucitler, kurşun-asit pil için bir yedek yaratmaya çalışmaktan vazgeçmediler. Modellerden bazıları popüler hale geldi ve bugün hala otomotiv endüstrisinde kullanılmaktadır. On dokuzuncu ve yirminci yüzyılların başında H çözeltisinin kullanılmadığı tasarımlar ortaya çıktı.₂SO₄ancak alkali elektrolitler. Bir örnek, yukarıda gösterilen Ernst Jungner'ın nikel-kadmiyum pilidir. 1901 yılında Thomas Alva Edison tasarımı kadmiyum yerine demir kullanacak şekilde değiştirdi. Asit pillere kıyasla alkalin piller çok daha hafiftir, düşük sıcaklıklarda çalışabilir ve kullanımı zor değildir. Bununla birlikte, üretimleri daha pahalıdır ve enerji verimliliği daha düşüktür.

Peki sırada ne var?

Elbette pillerle ilgili makaleler soruları tüketmez. Örneğin, hesap makineleri veya bilgisayar anakartları gibi ev aletlerine güç sağlamak için yaygın olarak kullanılan lityum pillerden bahsetmezler. Onlar hakkında daha fazla bilgiyi geçen yılın Nobel Kimya Ödülü hakkındaki Ocak makalesinde ve pratik kısımda - bir ay içinde (yıkım ve deneyim dahil) öğrenebilirsiniz.

Hücreler, özellikle piller için iyi beklentiler var. Dünya giderek daha mobil hale geliyor, bu da güç kablolarından bağımsız olma ihtiyacı anlamına geliyor. Elektrikli araçlar için verimli enerji tedarikinin sağlanması da büyük bir zorluktur. - ekonomi açısından da içten yanmalı motora sahip arabalarla rekabet edebilmeleri için.

akümülatör bataryası

Hücre tipi tanımlamasını kolaylaştırmak için özel bir alfanümerik kod eklenmiştir. Küçük ev aletleri için evlerimizde en sık bulunan türler için sayı-harf-rakam-sayı şeklindedir.

Ve evet:

- ilk basamak hücre sayısıdır; tek hücreler için göz ardı edildi;

– ilk harf hücre tipini gösterir. Eksik olduğunda, Leclanche bağlantısıyla uğraşıyorsunuz. Diğer hücre türleri aşağıdaki gibi etiketlenir:

C – lityum pil (en yaygın tip),

H – NiMH pil,

K – nikel-kadmiyum pil,

L – alkali hücre;

- aşağıdaki harf bağlantının şeklini gösterir:

F - plaka,

R - silindirik,

P - silindir şeklinden farklı bir şekle sahip baklaların genel tanımı;

– son rakam veya rakamlar bağlantının boyutunu gösterir (katalog değerleri veya doğrudan boyutları gösterir) (7).

7. Popüler pillerin ve pillerin boyutları.

İşaretleme örnekleri:

R03
- küçük parmak büyüklüğünde bir çinko-grafit hücre. Başka bir atama AAA veya'dır.

LR6 - parmak büyüklüğünde bir alkalin hücre. Başka bir atama AA veya'dır.

HR14 – NiMH pil; C harfi de boyutu belirtmek için kullanılır.

KR20 – Ni-Cd pil, boyutu D harfi ile de işaretlenmiştir.

3LR12 – üç silindirik alkalin hücreden oluşan, 4,5 V'luk bir gerilime sahip düz bir pil.

6F22 - Altı Leclanchet düz hücreden oluşan 9 voltluk pil.

CR2032 – 20 mm çapında ve 3,2 mm kalınlığında lityum hücre.

Ayrıca bakınız: