Dunia baterai - bagian 3

Sejarah baterai modern dimulai pada abad kesembilan belas, dari abad ini sebagian besar desain yang digunakan saat ini berasal. Situasi ini membuktikan, di satu sisi, ide-ide cemerlang para ilmuwan saat itu, dan, di sisi lain, kesulitan yang muncul dalam pengembangan model-model baru.

Beberapa hal sangat baik sehingga tidak dapat diperbaiki. Aturan ini juga berlaku untuk baterai - model abad XNUMX telah disempurnakan berkali-kali hingga bentuknya seperti sekarang. Ini juga berlaku untuk Sel Leclanche.

Tautan untuk ditingkatkan

Desain ahli kimia Prancis telah diubah Carl Gasner menjadi model yang sangat berguna: murah untuk diproduksi dan aman digunakan. Namun, masih ada masalah - lapisan seng dari elemen terkorosi saat kontak dengan elektrolit asam yang mengisi mangkuk, dan memercikkan konten agresif dapat menonaktifkan perangkat bertenaga. Keputusan menjadi penggabungan permukaan bagian dalam badan seng (lapisan merkuri).

Seng amalgam praktis tidak bereaksi dengan asam, tetapi mempertahankan semua sifat elektrokimia logam murni. Namun, karena peraturan lingkungan, metode memperpanjang umur sel ini semakin jarang digunakan (pada sel bebas merkuri, Anda dapat menemukan tulisan atau) (1).

2. Tata letak sel alkali: 1) kotak (timah katoda), 2) katoda yang mengandung mangan dioksida, 3) pemisah elektroda, 4) anoda yang mengandung KOH dan debu seng, 5) terminal anoda, 6) penyegelan sel (isolator elektroda) . .

Cara lain untuk meningkatkan umur dan umur sel adalah dengan menambahkan seng klorida ZnCl₂ untuk pasta isi cangkir. Sel desain ini sering disebut sebagai Tugas Berat dan (seperti namanya) dirancang untuk memberi daya pada perangkat yang lebih intensif energi.

Sebuah terobosan di bidang baterai sekali pakai adalah pembangunan pada tahun 1955 dari sel alkali. Penemuan insinyur Kanada Lewis Urry, yang digunakan oleh perusahaan Energizer saat ini, memiliki struktur yang sedikit berbeda dari sel Leclanchet.

Pertama, Anda tidak akan menemukan katoda grafit atau cangkir seng di sana. Kedua elektroda dibuat dalam bentuk pasta basah dan terpisah (pengental ditambah reagen: katoda terdiri dari campuran mangan dioksida dan grafit, anoda debu seng dengan campuran kalium hidroksida), dan terminalnya terbuat dari logam ( 2). Namun, reaksi yang terjadi selama operasi sangat mirip dengan yang terjadi di sel Leclanchet.

Sebuah tugas. Lakukan "otopsi kimia" pada sel basa untuk mengetahui bahwa isinya memang basa (3). Ingatlah bahwa tindakan pencegahan yang sama berlaku untuk pembongkaran sel Leclanchet. Untuk menentukan sel basa, lihat kolom "Kode Baterai".

3. "Bagian" dari sel alkali mengkonfirmasi kandungan alkali.

Baterai buatan sendiri

4. Baterai Ni-MH dan Ni-Cd Domestik.

Sel yang dapat diisi ulang setelah digunakan telah menjadi tujuan para desainer sejak awal perkembangan ilmu kelistrikan, sehingga banyak jenisnya.

Saat ini, salah satu model yang digunakan untuk menyalakan peralatan rumah tangga kecil adalah baterai nikel-kadmium. Prototipe mereka muncul pada tahun 1899 ketika seorang penemu Swedia melakukannya. Ernst Jungner mengajukan paten untuk baterai nikel-kadmium yang dapat bersaing dengan baterai yang sudah banyak digunakan di industri otomotif. baterai asam timbal.

Anoda sel adalah kadmium, katoda adalah senyawa nikel trivalen, elektrolitnya adalah larutan kalium hidroksida (dalam desain "kering" modern, pasta pengental basah yang dijenuhkan dengan larutan KOH). Baterai Ni-Cd (ini peruntukannya) memiliki tegangan operasi sekitar 1,2 V - ini lebih kecil dari sel sekali pakai, yang, bagaimanapun, tidak menjadi masalah untuk sebagian besar aplikasi. Keuntungan besar adalah kemampuan untuk mengkonsumsi arus yang signifikan (bahkan beberapa ampere) dan berbagai suhu pengoperasian.

5. Periksa persyaratan untuk berbagai jenis baterai sebelum mengisi daya.

Kerugian dari baterai nikel-kadmium adalah "efek memori" yang memberatkan. Ini terjadi ketika sering mengisi ulang baterai Ni-Cd yang sebagian habis: sistem berperilaku seolah-olah kapasitasnya hanya sama dengan muatan yang diisi ulang dengan mengisi ulang. Dalam beberapa jenis pengisi daya, "efek memori" dapat dikurangi dengan mengisi daya sel dalam mode khusus.

Oleh karena itu, baterai nikel-kadmium yang telah habis harus diisi dalam satu siklus penuh: pertama-tama benar-benar habis (menggunakan fungsi pengisi daya yang sesuai) dan kemudian diisi ulang. Pengisian ulang yang sering juga mengurangi perkiraan masa pakai 1000-1500 siklus (bahwa banyak sel sekali pakai akan digantikan oleh satu baterai selama masa pakainya, sehingga biaya pembelian yang lebih tinggi akan terbayar dengan sendirinya berkali-kali lipat, belum lagi ketegangan pada baterai yang jauh lebih sedikit ). lingkungan dengan produksi dan pembuangan sel).

Unsur Ni-Cd yang mengandung kadmium beracun telah diganti baterai nikel-logam hidrida (sebutan Ni-MH). Strukturnya mirip dengan baterai Ni-Cd, tetapi sebagai pengganti kadmium, digunakan paduan logam berpori (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, logam tanah jarang) dengan kemampuan menyerap hidrogen (4). Tegangan operasi sel Ni-MH juga sekitar 1,2 V, yang memungkinkan mereka untuk digunakan secara bergantian dengan baterai NiCd. Kapasitas sel Nickel-Metal Hydride lebih besar dari sel Nickel-Cadmium dengan ukuran yang sama. Namun, sistem NiMH self-discharge lebih cepat. Sudah ada desain modern yang tidak memiliki kelemahan ini, tetapi harganya jauh lebih mahal daripada model standar.

Baterai nikel-logam hidrida tidak menunjukkan "efek memori" (sel yang habis sebagian dapat diisi ulang). Namun, selalu perlu untuk memeriksa persyaratan pengisian setiap jenis dalam petunjuk pengisi daya (5).

Dalam hal baterai Ni-Cd dan Ni-MH, kami tidak menyarankan untuk membongkarnya. Pertama, kita tidak akan menemukan sesuatu yang berguna di dalamnya. Kedua, nikel dan kadmium bukanlah elemen yang aman. Jangan mengambil risiko yang tidak perlu dan serahkan pembuangannya kepada profesional terlatih.

Raja akumulator, yaitu...

6. "Raja baterai" di tempat kerja.

… Baterai timbal-asam, dibangun pada tahun 1859 oleh fisikawan Prancis Gaston Plantego (ya, ya, perangkat akan berusia 161 tahun tahun ini!). Elektrolit baterai adalah sekitar 37% larutan asam sulfat (VI), dan elektrodanya adalah timbal (anoda) dan timbal yang dilapisi dengan lapisan timbal dioksida PbO.₂ (katoda). Selama operasi, endapan timbal(II)(II)PbSO sulfat terbentuk pada elektroda₄. Saat pengisian, satu sel memiliki tegangan lebih dari 2 volt.

baterai timah sebenarnya memiliki semua kelemahan: berat yang signifikan, kepekaan terhadap pelepasan dan suhu rendah, kebutuhan untuk menyimpan dalam keadaan terisi daya, risiko kebocoran elektrolit yang agresif dan penggunaan logam beracun. Selain itu, memerlukan penanganan yang hati-hati: memeriksa kerapatan elektrolit, menambahkan air ke ruang (gunakan hanya suling atau deionisasi), kontrol tegangan (turun di bawah 1,8 V dalam satu ruang dapat merusak elektroda) dan mode pengisian daya khusus.

Jadi mengapa struktur kuno masih digunakan? "Raja Akumulator" memiliki atribut penguasa sejati - kekuatan. Konsumsi arus yang tinggi dan efisiensi energi yang tinggi hingga 75% (jumlah energi yang digunakan untuk pengisian ini dapat dipulihkan selama pengoperasian), serta desain yang sederhana dan biaya produksi yang rendah, berarti bahwa baterai timah Ini digunakan tidak hanya untuk menyalakan mesin pembakaran internal, tetapi juga sebagai elemen catu daya darurat. Terlepas dari 160 tahun sejarah, baterai timbal masih berfungsi dengan baik dan belum digantikan oleh jenis lain dari perangkat ini (dan dengan itu, timbal itu sendiri, yang berkat baterainya, merupakan salah satu logam yang diproduksi dalam jumlah terbesar) . Selama motorisasi berbasis mesin pembakaran internal terus berkembang, posisinya mungkin tidak akan terancam (6).

Penemu tidak berhenti mencoba untuk membuat pengganti baterai timbal-asam. Beberapa model menjadi populer dan masih digunakan di industri otomotif hingga saat ini. Pada pergantian abad kesembilan belas dan kedua puluh, desain dibuat di mana larutan H tidak digunakan.₂SO₄tetapi elektrolit basa. Contohnya adalah baterai nikel-kadmium Ernst Jungner yang ditunjukkan di atas. Pada tahun 1901 Thomas Alva Edison mengubah desain untuk menggunakan besi sebagai pengganti kadmium. Dibandingkan dengan baterai asam, baterai alkaline jauh lebih ringan, dapat beroperasi pada suhu rendah dan tidak terlalu sulit untuk ditangani. Namun, produksinya lebih mahal, dan efisiensi energinya lebih rendah.

Jadi, apa selanjutnya?

Tentu saja, artikel tentang baterai tidak akan menguras pertanyaan. Mereka tidak membahas, misalnya sel lithium, juga biasa digunakan untuk memberi daya pada peralatan rumah tangga seperti kalkulator atau motherboard komputer. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang mereka di artikel Januari tentang Hadiah Nobel Kimia tahun lalu, dan pada bagian praktis - dalam sebulan (termasuk pembongkaran dan pengalaman).

Ada prospek bagus untuk sel, terutama baterai. Dunia menjadi semakin mobile, yang berarti kebutuhan untuk menjadi independen dari kabel listrik. Memastikan pasokan energi yang efisien untuk kendaraan listrik juga merupakan tantangan besar. - sehingga mampu bersaing dengan mobil bermesin pembakaran dalam juga dalam hal efisiensi.

baterai akumulator

Untuk memfasilitasi identifikasi tipe sel, kode alfanumerik khusus telah diperkenalkan. Untuk jenis yang paling sering ditemukan di rumah kita untuk peralatan kecil memiliki bentuk angka-huruf-huruf-angka.

Dan itu:

- digit pertama adalah jumlah sel; diabaikan untuk sel tunggal;

– huruf pertama menunjukkan jenis sel. Jika hilang, Anda berurusan dengan tautan Leclanche. Jenis sel lainnya diberi label sebagai berikut:

C – sel litium (jenis yang paling umum),

H - Baterai Ni-MH,

K – baterai nikel-kadmium,

L – sel basa;

- huruf berikut menunjukkan bentuk tautan:

F - piring,

R - silinder,

P - penunjukan umum tautan yang memiliki bentuk selain silinder;

– angka akhir atau angka menunjukkan ukuran tautan (nilai katalog atau langsung menunjukkan dimensi) (7).

7. Dimensi sel dan baterai populer.

Menandai contoh:

R03
- sel seng-grafit seukuran jari kelingking. Sebutan lain adalah AAA atau.

LR6 - sel alkaline seukuran jari. Sebutan lain adalah AA atau.

HR14 – Baterai Ni-MH; huruf C juga digunakan untuk menunjukkan ukuran.

KR20 – Baterai Ni-Cd yang ukurannya juga ditandai dengan huruf D.

3LR12 – baterai datar dengan tegangan 4,5 V, terdiri dari tiga sel alkali silinder.

6F22 - Baterai 9 volt, terdiri dari enam sel pipih Leclanchet.

CR2032 – sel lithium dengan diameter 20 mm dan ketebalan 3,2 mm.

Lihat juga: