- Paristojen tyypit
- 1. Ensisijaiset paristot
- 2. Toissijaiset paristot
- 1. Nikkeli-kadmiumakut
- 2. Nikkeli-metallihydridiakut
- 3. Litiumioniakut
- 4. Lyijyakut
- Oikean akun valitseminen sovelluksellesi
Akku on kokoelma yhdestä tai useammasta solusta, jotka käyvät kemiallisissa reaktioissa elektronien virtauksen luomiseksi piirissä. Akkuteknologiassa on paljon tutkimusta ja kehitystä, ja sen seurauksena läpimurtotekniikoita koetaan ja käytetään tällä hetkellä ympäri maailmaa. Paristot tulivat peliin johtuen tarpeesta varastoida syntynyt sähköenergia. Niin paljon kuin hyvä määrä energiaa tuotettiin, oli tärkeää varastoida energia, jotta sitä voidaan käyttää, kun tuotanto on loppunut tai kun on tarpeen syöttää erillisiä laitteita, joita ei voida pitää kytkettynä verkkovirtaan. Tässä on huomattava, että paristoihin voidaan tallentaa vain tasavirtaa, vaihtovirtaa ei voida tallentaa.
Akkukennot koostuvat yleensä kolmesta pääkomponentista;
- Anodi (negatiivinen elektrodi)
- Katodi (positiivinen elektrodi)
- Elektrolyytit
Anodi on negatiivinen elektrodi, joka tuottaa elektroneja ulkoiseen piiriin, johon akku on kytketty. Kun paristot on kytketty, anodiin alkaa elektronien kertyminen, mikä aiheuttaa potentiaalieron näiden kahden elektrodin välillä. Elektronit yrittävät sitten luonnollisesti jakaa itsensä uudelleen, mikä elektrolyytin estää, joten kun sähköpiiri on kytketty, se tarjoaa selkeän polun elektronille siirtyä anodista katodiin ja siten virtaa piiriin, johon se on kytketty. Muuttamalla anodin, katodin ja elektrolyytin rakentamiseen käytettyä järjestelyä ja materiaalia voimme saavuttaa monia erityyppisiä akkukemioita, joiden avulla voimme suunnitella erityyppisiä akkukennoja. Tässä artikkelissa kerrotaan erilaisista paristoista ja niiden käytöstä, joten aloitetaan.
Paristojen tyypit
Paristot voidaan yleensä luokitella eri luokkiin ja tyyppeihin, jotka vaihtelevat kemiallisesta koostumuksesta, koosta, muotokertoimesta ja käyttötapauksista, mutta kaikki nämä ovat kahta pääakkutyyppiä;
- Ensisijaiset paristot
- Toissijaiset paristot
Katsotaanpa syvemmälle ymmärtääksemme tärkeimmät erot ensisijaisen solun ja toissijaisen solun välillä.
1. Ensisijaiset paristot
Ensisijaiset paristot ovat paristoja, joita ei voi ladata tyhjentyneinä. Ensisijaiset paristot on valmistettu sähkökemiallisista kennoista, joiden sähkökemiallista reaktiota ei voida kääntää.
Ensisijaisia paristoja on eri muodoissa , kolikoista AA-paristoihin. Niitä käytetään yleisesti erillisissä sovelluksissa, joissa lataaminen on epäkäytännöllistä tai mahdotonta. Hyvä esimerkki tästä on sotilaallisissa laitteissa ja paristokäyttöisissä laitteissa. Ladattavien paristojen käyttö on epäkäytännöllistä, koska paristojen lataaminen on viimeinen asia sotilaiden mielessä. Ensisijaisilla paristoilla on aina korkea ominaisenergia ja järjestelmät, joissa niitä käytetään, on aina suunniteltu kuluttamaan vähän virtaa, jotta akku kestää mahdollisimman pitkään.
Joitakin muita esimerkkejä laitteista, joissa käytetään ensisijaisia paristoja, ovat; Tahdinvalmistajat, eläinseurantalaitteet, rannekellot, kaukosäätimet ja lasten lelut mainitsemaan muutamia.
Suosituimmat pääakut ovat alkaliparistot. Niillä on korkea ominaisenergia ja ne ovat ympäristöystävällisiä, kustannustehokkaita eikä vuotaa edes tyhjentyessään. Niitä voidaan säilyttää useita vuosia, niillä on hyvä turvallisuustiedot ja niitä voidaan kuljettaa lentokoneessa ilman, että niihin sovelletaan YK: n kuljetus- ja muita määräyksiä. Alkaliparistojen ainoa haittapuoli on matala kuormitusvirta, joka rajoittaa sen käytön laitteisiin, joilla on matala virtavaatimus, kuten kaukosäätimet, taskulamput ja kannettavat viihdelaitteet.
2. Toissijaiset paristot
Toissijaiset paristot ovat paristoja, joissa on sähkökemiallisia kennoja ja joiden kemialliset reaktiot voidaan kääntää kääntämällä tietty jännite akkuun päinvastaisessa suunnassa. Toissijaiset kennot, joita kutsutaan myös ladattaviksi akuiksi, toisin kuin primaarikennot, voidaan ladata, kun akussa oleva energia on käytetty loppuun.
Niitä käytetään tyypillisesti paljon tyhjentyneissä sovelluksissa ja muissa tilanteissa, joissa kertalatausakkujen käyttö on joko liian kallista tai mahdotonta. Pienikapasiteettisia toissijaisia paristoja käytetään kannettavien elektronisten laitteiden, kuten matkapuhelinten, ja muiden laitteiden ja laitteiden virtalähteeseen, kun taas raskaita paristoja käytetään erilaisten sähköajoneuvojen ja muiden suuritehoisten sovellusten, kuten kuormituksen tasaamiseen sähköntuotannossa, virralla. Niitä käytetään myös erillisinä virtalähteinä invertterien rinnalla sähkön toimittamiseksi. Vaikka ladattavien paristojen alkuperäiset hankintakustannukset ovat aina paljon korkeammat kuin ensiöakkujen, mutta ne ovat kustannustehokkaimpia pitkällä aikavälillä.
Toissijaiset paristot voidaan edelleen luokitella useisiin muihin tyyppeihin niiden kemian perusteella . Tämä on erittäin tärkeää, koska kemia määrittää jotkin akun ominaisuuksista, mukaan lukien sen ominaisenergia, syklin kestoikä, säilyvyysaika ja hinta mainittakoon muutama.
Seuraavassa on yleisesti käytettyjä erityyppisiä ladattavia paristoja.
- Litium-ioni (Li-ion)
- Nikkelikadmium (Ni-Cd)
- Nikkeli-metallihydridi (Ni-MH)
- Lyijyhappo
1. Nikkeli-kadmiumakut
Nikkeli-kadmiumakku (NiCd-akku tai NiCad-akku) on eräänlainen ladattava paristo, joka on kehitetty käyttämällä nikkelioksidihydroksidia ja metallista kadmiumia elektrodeina. Ni-Cd-akut ylläpitävät jännitettä ja pitävät varausta, kun niitä ei käytetä. NI-Cd-paristot joutuvat kuitenkin helposti pelätyn "muisti" -vaikutuksen uhriksi, kun osittain ladattu akku ladataan, mikä vähentää akun tulevaa kapasiteettia.
Verrattuna muun tyyppisiin ladattaviin kennoihin Ni-Cd-paristot tarjoavat hyvän elinkaaren ja suorituskyvyn matalissa lämpötiloissa kohtuullisella kapasiteetilla, mutta niiden merkittävin etu on niiden kyky tuottaa täysi nimelliskapasiteetti suurilla purkausnopeuksilla. Niitä on saatavana erikokoisina, mukaan lukien alkaliparistoihin käytettävät koot, AAA - D. Ni-Cd-kennoja käytetään yksittäisinä tai koottuina kahden tai useamman kennon pakkauksiin. Pieniä pakkauksia käytetään kannettavissa laitteissa, elektroniikassa ja leluissa, kun taas suurempia pakkauksia löytyy lentokoneiden käynnistysakkuista, sähköajoneuvoista ja valmiustilan virtalähteistä.
Jotkut nikkeli-kadmiumakkujen ominaisuuksista on lueteltu alla.
- Ominaisenergia: 40-60W-h / kg
- Energian tiheys: 50-150 Wh / L
- Ominaisteho: 150 W / kg
- Lataus- / purkutehokkuus: 70-90%
- Itsepurkautumisnopeus: 10% / kuukausi
- Syklin kestävyys / käyttöikä: 2000 sykliä
2. Nikkeli-metallihydridiakut
Nikkelimetallihydridi (Ni-MH) on toisenlainen kemiallinen kokoonpano, jota käytetään ladattavissa akuissa. Kemiallinen reaktio paristojen positiivisella elektrodilla on samanlainen kuin nikkeli-kadmium-kennon (NiCd), molemmissa paristotyypeissä käytetään samaa nikkelioksidihydroksidia (NiOOH). Nikkelimetallihydridin negatiivisissa elektrodeissa käytetään kuitenkin vetyä absorboivaa seosta kadmiumin sijasta, jota käytetään NiCd-akuissa
NiMH-akut löytävät sovelluksen suuritehoisissa laitteissa niiden suuren kapasiteetin ja energiatiheyden vuoksi. NiMH-akulla voi olla kaksi tai kolme kertaa saman kokoisen NiCd-akun kapasiteetti, ja sen energiatiheys voi lähestyä litiumioniakun vastaavaa. Toisin kuin NiCd-kemia, NiMH-kemiaan perustuvat paristot eivät ole herkkiä NiCads-kokemuksen "muisti" -vaikutukselle.
Alla on joitain paristojen ominaisuuksia, jotka perustuvat nikkeli-metallihydridikemiaan;
- Ominaisenergia: 60-120h / kg
- Energian tiheys: 140-300 Wh / L
- Ominaisteho: 250-1000 W / kg
- Lataus- / purkutehokkuus: 66% - 92%
- Itsepurkautumisnopeus: 1,3--2,9% / kk 20 ° C: ssa
- Syklin kestävyys / käyttöikä: 180-2000
3. Litiumioniakut
Litiumioniakut ovat yksi suosituimmista ladattavien paristojen tyypeistä. Litiumparistoja on monia erilaisia, mutta kaikkien litiumioniakkujen joukossa niitä käytetään yleisimmin. Löydät, että näitä litiumparistoja käytetään eri muodoissa yleisesti sähköajoneuvojen ja muiden kannettavien laitteiden joukossa. Jos haluat tietää lisää sähköajoneuvoissa käytetyistä akuista, voit lukea tämän artikkelin Sähköajoneuvojen akuista. Niitä löytyy erilaisista kannettavista laitteista, kuten matkapuhelimista, älylaitteista ja useista muista kotona käytetyistä akkulaitteista. He löytävät sovelluksia myös ilmailu- ja sotilasalalla kevyen luonteensa vuoksi.
Litiumioniakut ovat eräänlainen ladattava akku, jossa negatiivisen elektrodin litiumionit siirtyvät positiiviseen elektrodiin purkautumisen aikana ja siirtyvät takaisin negatiiviseen elektrodiin, kun akkua ladataan. Litiumioniakut käyttävät interkaloitua litiumyhdistettä yhtenä elektrodimateriaalina verrattuna ladattavissa litiumparistoissa käytettyyn metalliseen litiumiin.
Litium-ioniakkuilla on yleensä korkea energiatiheys, vähän tai ei ollenkaan muistivaikutuksia ja heikko itsepurkautuminen verrattuna muihin paristotyyppeihin. Niiden kemia sekä suorituskyky ja kustannukset vaihtelevat eri käyttötapauksissa, esimerkiksi kädessä pidettävissä elektronisissa laitteissa käytettävät litiumioniakut perustuvat yleensä litiumkobolttioksidiin (LiCoO 2), joka tarjoaa korkean energiatiheyden ja pienet turvallisuusriskit vahingoittuessaan samalla kun litiumioniakut litium-rautafosfaattiin perustuvia paristoja, jotka tarjoavat pienemmän energiatiheyden, ovat turvallisempia, koska valitettavien tapahtumien todennäköisyys on pienempi, ja niitä käytetään laajalti sähkötyökalujen ja lääkinnällisten laitteiden virrassa. Litiumioniakut tarjoavat parhaan suorituskyvyn ja painosuhteen, kun taas litiumrikkiparistot tarjoavat korkeimman suhteen.
Jotkut litiumioniakkujen ominaisuuksista on lueteltu alla;
- Ominaisenergia: 100: 265 W-h / kg
- Energian tiheys: 250: 693 Wh / L
- Ominaisteho: 250: 340 W / kg
- Lataus- / purkausprosentti: 80-90%
- Syklin kestävyys: 400: 1200 sykliä
- Nimellinen kennojännite: NMC 3,6 / 3,85 V
4. Lyijyakut
Lyijyhappoakut ovat edullisia, luotettavia sähkötyökaluja, joita käytetään raskaissa sovelluksissa. Ne ovat yleensä erittäin suuria ja painonsa vuoksi niitä käytetään aina ei-kannettavissa sovelluksissa, kuten aurinkopaneelien energian varastoinnissa, ajoneuvojen sytytyksessä ja valoissa, varavoimalla ja kuormituksen tasaamisessa sähköntuotannossa / jakelussa. Lyijyhappo on vanhin ladattava akkutyyppi, joka on edelleen erittäin merkityksellinen ja tärkeä nykymaailmassa. Lyijyhappoakkuilla on hyvin alhainen energian ja tilavuuden ja energian ja painon suhde, mutta sillä on suhteellisen suuri teho-painosuhde ja ne voivat sen seurauksena toimittaa valtavia ylivirtauksia tarvittaessa. Nämä ominaisuudet ja edullisuus tekevät näistä akuista houkuttelevia useissa suuritehoisissa sovelluksissa, kuten autojen käynnistysmoottoreiden virransyötössä, ja varavirtoihin.Voit myös lukea lyijyhappoakkujen käyttöä koskevan artikkelin, jos haluat tietää enemmän erityyppisistä lyijyakkuista, niiden rakenteesta ja sovelluksista.
Jokaisella näistä paristoista on parhaiten sopiva alue, ja alla olevan kuvan on tarkoitus auttaa valitsemaan niistä.
Oikean akun valitseminen sovelluksellesi
Yksi IoT: n kaltaisten tekniikan vallankumouksia haittaavista pääongelmista on virta, akun käyttöikä vaikuttaa pitkää akkua vaativien laitteiden onnistuneeseen käyttöönottoon.Vaikka yhteensopivia akkuja on silti valittava, vaikka akun käyttöikä olisi useita virranhallintatekniikoita halutun lopputuloksen saavuttamiseksi.
Seuraavassa on joitain tekijöitä, jotka on otettava huomioon valitessasi oikean tyyppistä akkua projektillesi.
1. Energian tiheys: Energian tiheys on energian kokonaismäärä, joka voidaan varastoida massa- tai tilavuusyksikköä kohti. Tämä määrittää, kuinka kauan laite on päällä ennen kuin se tarvitsee latauksen.
2. Tehotiheys: Suurin energian purkautumisnopeus massa- tai tilavuusyksikköä kohti. Pieni teho: kannettava tietokone, i-pod. Suuri teho: sähkötyökalut.
3. Turvallisuus: On tärkeää ottaa huomioon lämpötila, jossa rakennamasi laite toimii. Korkeissa lämpötiloissa tietyt paristokomponentit hajoavat ja voivat altistua eksotermisille reaktioille. Korkeat lämpötilat heikentävät yleensä useimpien paristojen suorituskykyä.
4. Elinkaaren kestävyys: Akun energiatiheyden ja virtatiheyden vakaus toistuvalla syklillä (lataaminen ja purkaminen) tarvitaan useimpien sovellusten edellyttämään pitkään akun käyttöikään.
5. Kustannukset: Kustannukset ovat tärkeä osa kaikkia tekemäsi suunnittelupäätöksiä. On tärkeää, että akkuvalintasi kustannukset ovat oikeassa suhteessa sen suorituskykyyn eivätkä lisää projektin kokonaiskustannuksia epänormaalisti.