Pin hoạt động và hoạt động như thế nào

Theo nghĩa rộng nhất của từ này trong công nghệ, thuật ngữ "pin" dùng để chỉ một thiết bị cho phép trong một số điều kiện hoạt động nhất định tích lũy một loại năng lượng nhất định và trong những điều kiện khác để sử dụng nó cho nhu cầu của con người.

Chúng được sử dụng khi cần thu năng lượng trong một thời gian nhất định và sau đó sử dụng nó để thực hiện các quy trình lớn sử dụng nhiều lao động. Ví dụ, bộ tích thủy lực được sử dụng trong âu thuyền cho phép tàu nâng lên một tầm cao mới dưới lòng sông.

Pin điện hoạt động với điện theo cùng một nguyên tắc: đầu tiên, chúng tích lũy (tích lũy) điện từ nguồn sạc bên ngoài và sau đó cung cấp cho người tiêu dùng được kết nối để thực hiện công việc. Về bản chất, chúng thuộc về các nguồn dòng điện hóa học có khả năng thực hiện các chu kỳ phóng điện và sạc định kỳ lặp đi lặp lại.

Trong quá trình hoạt động, các phản ứng hóa học liên tục diễn ra giữa các thành phần của tấm điện cực với chất làm đầy của chúng - chất điện phân.

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị pin có thể được biểu diễn bằng một bản vẽ đơn giản hóa khi hai tấm kim loại khác nhau có dây được lắp vào thân bình để cung cấp các tiếp điểm điện. Một chất điện phân được đổ vào giữa các bản.

Hoạt động của pin khi xả

Khi một tải, chẳng hạn như bóng đèn, được kết nối với các điện cực, một mạch điện kín được tạo ra để dòng phóng điện chạy qua. Nó được hình thành do sự chuyển động của các electron trong các phần kim loại và các anion với cation trong chất điện phân.

Quá trình này thường được thể hiện trên sơ đồ với thiết kế điện cực niken-cadmium.

Ở đây, oxit niken với phụ gia than chì, làm tăng tính dẫn điện, được sử dụng làm vật liệu của điện cực dương. Kim loại của điện cực âm là cadmium xốp.

Trong quá trình phóng điện, các hạt oxy hoạt tính từ niken oxit được giải phóng vào chất điện phân và hướng đến các bản cực âm, nơi cadmium bị oxy hóa.

Hiệu suất pin khi sạc

Khi tắt tải, một điện áp không đổi (trong một số trường hợp nhất định, dao động) được đặt vào các cực của tấm có giá trị lớn hơn so với điện áp của pin đã sạc có cùng cực, khi các cực cộng và trừ của nguồn và người tiêu dùng trùng nhau. .

Bộ sạc luôn có nhiều năng lượng hơn, giúp "triệt tiêu" năng lượng còn lại trong pin và tạo ra dòng điện ngược chiều phóng điện. Kết quả là các quá trình hóa học bên trong giữa các điện cực và chất điện phân thay đổi. Ví dụ, trên một hộp các tấm niken-cadmium, điện cực dương được làm giàu bằng oxy và cực âm - ở trạng thái cadmium nguyên chất.

Khi pin được xả và sạc, thành phần hóa học của vật liệu của các tấm (điện cực) thay đổi, nhưng chất điện phân không thay đổi.

Phương pháp kết nối pin

Kết nối song song

Lượng dòng điện mà một người có thể chịu được phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng chủ yếu là thiết kế, vật liệu được sử dụng và kích thước của chúng. Diện tích của các tấm ở các điện cực càng lớn thì chúng có thể chịu được dòng điện càng lớn.

Nguyên tắc này được sử dụng để kết nối các tế bào cùng loại song song trong pin khi cần tăng dòng điện cho tải, nhưng để sạc thiết kế như vậy, cần phải tăng công suất của nguồn. Phương pháp này hiếm khi được sử dụng cho các cấu trúc làm sẵn, vì bây giờ việc mua ngay pin cần thiết sẽ dễ dàng hơn nhiều. Nhưng các nhà sản xuất pin axit sử dụng nó, kết nối các tấm khác nhau thành các khối đơn lẻ.

kết nối nối tiếp

Tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng, điện áp 1,2 / 1,5 hoặc 2,0 volt có thể được tạo ra giữa hai bản điện cực của pin phổ biến trong cuộc sống hàng ngày. (Trên thực tế, phạm vi này rộng hơn nhiều.) Rõ ràng, nó không đủ cho nhiều thiết bị điện. Do đó, các pin cùng loại được mắc nối tiếp và điều này thường được thực hiện trong một trường hợp.

Một ví dụ về thiết kế như vậy là sự phát triển ô tô rộng rãi dựa trên các tấm điện cực chì và axit sunfuric.

Thông thường, mọi người, đặc biệt là những người lái xe vận tải, có thói quen gọi bất kỳ thiết bị nào là pin, bất kể số lượng các bộ phận cấu thành của nó - hộp. Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng.Cấu trúc, được lắp ráp từ một số hộp nối tiếp, đã là một cục pin, được gắn tên viết tắt «АКБ»... Cấu trúc bên trong của nó được thể hiện trong hình.

Mỗi lọ bao gồm hai khối với một bộ đĩa cho các điện cực dương và âm. Các khối khớp với nhau mà không cần tiếp xúc với kim loại với khả năng kết nối điện đáng tin cậy thông qua chất điện phân.

Trong trường hợp này, các tấm tiếp xúc có một lưới bổ sung và được ngăn cách với nhau bằng một tấm phân cách.

Kết nối các tấm trong các khối làm tăng diện tích làm việc của chúng, giảm tổng điện trở của toàn bộ cấu trúc và cho phép bạn tăng sức mạnh của tải được kết nối.

Ở bên ngoài hộp, loại pin này có các thành phần như trong hình bên dưới.

Nó cho thấy vỏ nhựa chắc chắn được bịt kín bằng nắp và được trang bị hai đầu cuối (thường là hình nón) ở trên để kết nối với mạch điện của ô tô. Các dấu phân cực được đóng dấu trên các thiết bị đầu cuối của chúng: «+» và «-«. Thông thường, cực dương có đường kính lớn hơn một chút so với cực âm để chặn các lỗi nối dây.

Pin có thể sử dụng được có một lỗ nạp trên đỉnh của mỗi bình để kiểm soát mức chất điện phân hoặc thêm nước cất trong khi vận hành. Một phích cắm được vặn vào nó, giúp bảo vệ các khoang bên trong của vỏ khỏi bị nhiễm bẩn, đồng thời ngăn chất điện phân tràn ra khi nghiêng pin.

Vì với một lần sạc mạnh, có thể thoát khí từ chất điện phân (và quá trình này có thể xảy ra trong quá trình lái xe cường độ cao), các lỗ được tạo ra trên phích cắm để ngăn áp suất bên trong hộp tăng lên.Oxy và hydro, cũng như hơi điện phân thoát ra ngoài qua chúng. Bạn nên tránh những tình huống liên quan đến dòng sạc quá mức như vậy.

Hình tương tự cho thấy sự kết nối của các phần tử giữa các dải và sự sắp xếp của các tấm điện cực.

Ắc quy khởi động ô tô (axit chì) hoạt động theo nguyên tắc sunfat hóa kép. Trong quá trình xả / sạc, một quá trình điện hóa diễn ra trên chúng, kèm theo sự thay đổi thành phần hóa học của khối lượng hoạt động của các điện cực với sự giải phóng / hấp thụ nước trong chất điện phân (axit sunfuric).

Điều này giải thích sự gia tăng trọng lượng riêng của chất điện phân khi sạc và giảm khi xả pin. Nói cách khác, giá trị mật độ cho phép bạn đánh giá tình trạng điện của pin. Một thiết bị đặc biệt được sử dụng để đo lường nó - tỷ trọng kế ô tô.

Nước cất, là một phần của chất điện phân của ắc quy axit, chuyển sang trạng thái rắn - băng ở nhiệt độ âm... Vì vậy, để ắc quy ô tô không bị đóng băng trong thời tiết lạnh, cần áp dụng các biện pháp đặc biệt được quy định trong quy định để khai thác.

Có những loại pin nào?

Sản xuất hiện đại cho các mục đích khác nhau tạo ra hơn ba chục sản phẩm với thành phần điện cực và chất điện phân khác nhau. 12 kiểu máy đã biết chỉ chạy bằng lithium.

Sau đây có thể được tìm thấy như kim loại điện cực:

• chỉ huy;

• sắt;

• liti;

• titan;

• coban;

• cadimi;

• niken;

• kẽm;

• bạc;

• vanadi;

• nhôm

• một số mặt hàng khác.

Chúng ảnh hưởng đến các đặc tính đầu ra điện và do đó ảnh hưởng đến ứng dụng.

Khả năng chịu được tải trọng cao trong thời gian ngắn do chuyển động quay của trục khuỷu của động cơ đốt trong bằng động cơ khởi động điện là đặc điểm của ắc quy axit-chì. Chúng được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tải, nguồn điện liên tục và hệ thống điện khẩn cấp.

Tiêu chuẩn tế bào điện (pin thông thường) thường được thay thế bằng pin niken-cadmium, niken-kẽm và niken-kim loại hydride.

Nhưng các thiết kế lithium-ion hoặc lithium-polymer hoạt động đáng tin cậy trong các thiết bị di động và máy tính, công cụ xây dựng và thậm chí cả xe điện.

Theo loại chất điện phân được sử dụng, pin là:

• chua

• kiềm.

Có một phân loại pin theo mục đích. Ví dụ, trong điều kiện hiện đại, các thiết bị đã xuất hiện được sử dụng để truyền năng lượng - sạc lại các nguồn khác. Cái gọi là pin bên ngoài giúp chủ sở hữu của nhiều thiết bị di động trong trường hợp không có mạng điện xoay chiều. Nó có thể sạc nhiều lần máy tính bảng, điện thoại thông minh, điện thoại di động.

Tất cả các loại pin này đều có cùng một nguyên tắc hoạt động và một thiết bị tương tự. Ví dụ, mô hình ngón tay lithium-ion được hiển thị trong hình bên dưới theo nhiều cách lặp lại thiết kế của pin axit đã thảo luận trước đó.

Ở đây chúng ta thấy các điện cực tiếp xúc, tấm, dải phân cách và vỏ giống nhau. Chỉ chúng được thực hiện có tính đến các điều kiện làm việc khác.

Đặc tính điện cơ bản của pin

Hoạt động của thiết bị bị ảnh hưởng bởi các tham số:

• dung tích;

• mật độ năng lượng;

• tự xả;

• chế độ nhiệt độ.

Dung lượng được gọi là mức sạc tối đa của pin mà nó có thể cung cấp trong quá trình xả xuống điện áp thấp nhất. Nó được biểu thị bằng mặt dây chuyền (hệ thống SI) và ampe-giờ (đơn vị phi hệ thống).

Là một loại công suất, có «công suất năng lượng», xác định năng lượng được giải phóng trong quá trình phóng điện đến điện áp tối thiểu cho phép. Nó được đo bằng joules (SI) và watt-giờ (đơn vị không phải SI).

Mật độ năng lượng được biểu thị bằng tỷ lệ giữa lượng năng lượng với trọng lượng hoặc thể tích của pin.

Tự phóng điện xem xét việc mất dung lượng sau khi sạc trong trường hợp không có tải trên các thiết bị đầu cuối. Điều này phụ thuộc vào thiết kế và trở nên trầm trọng hơn do sự cố cách điện giữa các điện cực vì nhiều lý do.

Nhiệt độ hoạt động ảnh hưởng đến các đặc tính điện và trong trường hợp sai lệch nghiêm trọng so với định mức do nhà sản xuất chỉ định, nó có thể làm hỏng pin. Nhiệt và lạnh là không thể chấp nhận được, chúng ảnh hưởng đến quá trình phản ứng hóa học và áp suất của môi trường bên trong hộp.