Prinsipyo sa pagtrabaho sa mga baterya sa pagtipig sa enerhiya
Anbaterya sa pagtipig sa enerhiyakay usa ka himan nga nag-convert ug nagtipig ug enerhiya tali sa elektrisidad nga enerhiya ug kemikal nga enerhiya. Atol sa pag-discharge, ang kemikal nga enerhiya direktang nakabig ngadto sa elektrikal nga enerhiya; sa panahon sa pag-charge, ang enerhiya sa elektrisidad gibalik ngadto sa kemikal nga enerhiya alang sa pagtipig. Ang positibo ug negatibo nga mga electrodes sa baterya gihimo sa lainlaing mga materyales. Sa diha nga ang sama nga electrolyte gisal-ut, ang duha electrodes magtukod sa ilang kaugalingon nga electrode potensyal, ingon sa gipakita sa ABCD naputol nga linya sa Figure 1-4 (ang luna tali sa dashed linya ug ang mga electrodes nagrepresentar sa naporma electric double layer). Ang kalainan sa equilibrium electrode potensyal tali sa positibo ug negatibo nga electrodes naglangkob electromotive force (EMF) sa baterya E.
Figure 14 Schematic diagram sa prinsipyo sa pagtrabaho sa baterya sa pagtipig sa enerhiya
Sa diha nga ang positibo ug negatibo nga mga electrodes konektado sa usa ka eksternal nga load, ang positibo nga electrode materyal nga mga nakuha electron ug moagi sa usa ka pagkunhod reaksyon, sa paghimo sa cathodic polarization, sa ingon pagpaubos sa positibo nga electrode potensyal; ang negatibo nga electrode nga materyal mawad-an sa mga electron ug moagi sa usa ka reaksyon sa oksihenasyon, nga nagpatunghag anodic polarization, sa ingon nagpataas sa negatibo nga potensyal sa elektrod. Alang sa gawas nga sirkito, ang mga electron moagos gikan sa negatibo nga electrode ngadto sa positibo nga electrode, busa ang kasamtangan nga direksyon gikan sa positibo nga electrode ngadto sa negatibo nga electrode. Sa electrolyte, ang pagbalhin sa bayad mahitabo pinaagi sa paglihok sa ion, busa ang kasamtangan nga direksyon sa internal nga sirkito gikan sa negatibo nga electrode ngadto sa positibo nga electrode. Sa estado sa pag-discharge, ang potensyal nga pag-apod-apod sa baterya gipakita sa mga putol nga linya nga A'B'C'D' sa Figure 1-4. Ang tibuuk nga proseso nagporma usa ka kompleto nga sirado nga loop, nga gitugotan ang mga reaksyon sa oksihenasyon ug pagkunhod sa mga electrodes nga magpadayon nga padayon, sa ingon masiguro ang usa ka padayon nga pag-agos sa sulud sa sulud sa sirado nga loop. Kung ang baterya nagtrabaho, ang mga electrochemical reactions nga nagpatunghag elektrikal nga enerhiya sa mga electrodes gitawag nga flow-generating reactions, ug ang mga substance nga miapil niini nga mga reaksyon gitawag nga active materials.
Ang proseso sa pag-charge sa usa ka baterya mao ang kabaliktaran sa proseso sa pag-discharge niini. Atol sa pag-charge, ang oksihenasyon mahitabo sa positibo nga electrode, samtang ang pagkunhod mahitabo sa negatibo nga electrode; dungan, ang direksyon sa paglalin sa mga ion sa electrolyte sukwahi nianang sa panahon sa pag-discharge, ug usa ka eksternal nga tinubdan sa kuryente nga milapas sa bukas nga-circuit nga boltahe sa baterya gikinahanglan aron sa pagpadagan niining kemikal nga proseso sa pagkakabig, sama sa gipakita sa mga putol nga linya A"B"C"D" sa Figure 1-4.
Aron mapadali ang direktang pagkakabig sa kemikal nga enerhiya ngadto sa elektrikal nga enerhiya, ang redox nga proseso nga nahitabo sulod sa usa ka energy storage battery lahi sa sukaranan gikan sa conventional redox reactions. Sa usa ka baterya, ang mga proseso sa pagkawala sa mga electron (oksihenasyon) ug pagkuha sa mga electron (pagkunhod) kinahanglan nga ibulag sa lainlaing mga rehiyon. Dugang pa, ang mga electron kinahanglang moagos sa gawas nga sirkito kung ang mga aktibong sangkap moapil sa reaksyon. Kining duha ka mahinungdanong elemento nagpalahi sa mekanismo sa redox sulod sa usa ka baterya gikan sa ordinaryo nga kemikal nga redox nga mga reaksiyon ug sa micro{3}}mga reaksiyon sa selula sa electrochemical corrosion phenomena.
Komposisyon sa mga baterya sa pagtipig sa enerhiya
Ang usa ka batakang baterya sa pagtipig sa enerhiya kinahanglan adunay upat ka sukaranan nga sangkap: mga electrodes, electrolyte, separator, ug casing sa baterya.
elektrod
Ang mga electrodes, isip mga yawe nga sangkap sa usa ka baterya, gibahin sa positibo ug negatibo nga mga electrodes, labi nga gilangkuban sa mga aktibo nga materyales ug usa ka conductive framework. Lakip kanila, ang mga aktibo nga materyales makamugna og elektrisidad nga enerhiya pinaagi sa kemikal nga mga reaksyon sa panahon sa pag-discharge sa baterya, ug mao ang nag-unang hinungdan sa pagtino sa performance sa baterya. Ang mga aktibo nga materyales kasagaran solid, apan mahimo usab nga anaa isip mga likido o gas.
Ang aktibo nga mga materyales adunay usa ka mahukmanon nga impluwensya sa kinatibuk-ang performance sa usa ka baterya, ug busa sa kasagaran adunay mosunod nga mga kinahanglanon sa performance: ① Ang positibo nga electrode nga materyal kinahanglan nga adunay usa ka taas nga potensyal, samtang ang negatibo nga electrode materyal kinahanglan sa pagpadayon sa usa ka ubos nga potensyal, aron sa pagsiguro nga ang baterya makamugna sa usa ka dako nga electromotive pwersa; ② Ang aktibo nga mga materyales kinahanglan adunay maayo nga electrochemical reactivity, nga mao, sila kinahanglan nga dali nga moapil sa redox nga mga proseso; ③ Ang aktibo nga mga sangkap kinahanglan adunay taas nga piho nga kapasidad sa gibug-aton ug gidaghanon; ④ Ang aktibo nga mga materyales kinahanglan nga adunay maayo kaayo nga kemikal nga kalig-on sa electrolyte nga mga solusyon, ug ang kaugalingon-pagdissolution rate kinahanglan nga ubos sa mahimo; ⑤ Ang aktibo nga mga materyales kinahanglan adunay taas nga electronic conductivity; ⑥ Gikan sa panan-aw sa ekonomiya ug malungtarong kalamboan, ang sulundon nga aktibo nga mga materyales kinahanglan nga mga kapanguhaan nga abunda ug dili mahal sa Yuta; ⑦ Ang aktibo nga mga materyales kinahanglan usab nga dili makadaot sa kahimsog sa tawo ug sa natural nga palibot.
Ang pagtagbo sa tanan nga mga sumbanan sa ibabaw alang sa usa ka piho nga aktibo nga materyal medyo mahagiton; busa, ang usa ka komprehensibo nga konsiderasyon gikinahanglan sa pagpili sa usa ka aktibo nga materyal. Sa pagkakaron, ang labing kaylap nga gigamit nga mga materyales sa cathode mao ang mga metal oxide, sama sa lead dioxide, manganese dioxide, ug nickel oxide, ingon man ang oxygen gikan sa hangin. Alang sa anode nga mga materyales, usa ka lain-laing mga kemikal nga reaktibo nga mga metal ang gipalabi, sama sa zinc, lead, cadmium, iron, lithium, ug sodium.
Ang gimbuhaton sa conductive framework mao ang pagkonektar sa aktibo nga materyal sa eksternal nga sirkito ug pagsiguro sa usa ka balanse nga pag-apod-apod sa kasamtangan. Gisuportahan usab niini ang aktibo nga materyal. Ang usa ka sulundon nga conductive framework kinahanglan adunay maayo kaayo nga kusog sa mekanikal, taas nga kalig-on sa kemikal, ubos nga resistivity, ug maayong pagkaproseso.
mga electrolyte
Ang nag-unang function sa electrolyte mao ang pagsiguro sa epektibo nga ion conduction tali sa positibo ug negatibo nga electrodes, sa pagbuhat sa buluhaton sa ion transport. Sa pipila ka mga kaso, kini mahimo usab nga moapil sa electrochemical reaksyon. Alang sa electrolyte nga gigamit sa usa ka baterya, ang performance niini kinahanglan nga makatagbo sa mosunod nga mga kinahanglanon: ① Kini kinahanglan nga adunay maayo nga kemikal nga kalig-on aron mapugngan ang mahinungdanon nga electrochemical reactions sa interface tali sa electrolyte ug sa aktibo nga materyal sa panahon sa pagtipig, sa ingon mamenosan ang battery self-discharge; ② Kini kinahanglan nga adunay taas nga electrical conductivity. Ang komposisyon sa electrolyte managlahi taliwala sa lain-laing mga matang sa mga baterya, ug kasagaran, ang tubigon nga mga solusyon sa mga asido, alkalis, o mga asin nga adunay maayo kaayo nga conductivity gipili isip electrolyte. Bisan pa, ang pipila ka mga bag-ong teknolohiya sa kuryente mahimong mogamit mga bag-ong materyales sama sa mga organikong solvent electrolyte, tinunaw nga asin electrolyte, o solid electrolytes.
paglain
Usa ka separator, nailhan usab nga usa ka lamad o partition, gibutang taliwala sa positibo ug negatibo nga mga electrodes sa usa ka baterya. Ang panguna nga gimbuhaton niini mao ang pagpugong sa direktang pagkontak sa mga electrodes, nga mahimong mosangpot sa usa ka mubo nga sirkito. Ang sukaranan nga mga kinahanglanon sa paghimo alang sa mga separator naglakip sa: ① usa ka maayong electronic insulator aron mapugngan ang mga internal nga short circuit; ② nga adunay ubos nga resistensya sa paglalin sa ion sa electrolyte, sa ingon makunhuran ang internal nga pagsukol sa tibuuk nga aparato ug labi nga pagkunhod sa pagkawala sa enerhiya sa ilawom sa taas nga -kasamtang mga kahimtang sa pag-discharge; ③ adunay maayo nga kemikal nga kalig-on, makasugakod sa electrolyte corrosion ug sa redox reaksyon sa electrode aktibo nga mga materyales; ④ nga adunay igong mekanikal nga kalig-on ug bending nga resistensya aron epektibong babagan ang pagtubo sa dendrite ug mapugngan ang gagmay nga mga aktibong partikulo sa pagsulod sa lamad;
Ang kasagarang mga materyales sa separator naglakip sa cotton paper, pulp paper, microporous plastics, microporous rubber, hydrated cellulose, nylon cloth, ug glass fiber, etc.
Baterya nga casing
Ang battery casing, nailhan usab nga battery container, mao lamang ang matang sa battery sa kasamtangan nga energy storage batteries diin ang zinc electrode nagsilbi usab nga casing. Sa kasukwahi, ang ubang mga matang sa baterya lagmit nga mogamit sa piho nga mga materyales alang sa eksternal nga encapsulation kaysa sa aktibo nga materyal mismo. Ang usa ka sulundon nga casing sa baterya kinahanglan adunay maayo kaayo nga mekanikal nga mga kabtangan, makasukol sa vibration ug shock, magpabilin nga lig-on sa ilawom sa grabe nga mga kondisyon sa temperatura, ug makasukol sa kaagnasan gikan sa electrolyte. Sa praktis, ang mga materyales sama sa metal, plastik, ug gahi nga goma kaylap nga gigamit isip mga casing sa baterya tungod sa ilang tagsa-tagsa nga mga bentaha.