Piller nasıl çalışır ve çalışır

Teknolojideki kelimenin en geniş anlamıyla, "pil" terimi, belirli çalışma koşulları altında belirli bir enerji türünü biriktirmeye ve diğerlerinde onu insan ihtiyaçları için kullanmaya izin veren bir cihazı ifade eder.

Belirli bir süre enerji toplamak ve daha sonra büyük emek yoğun süreçleri gerçekleştirmek için kullanmak gerektiğinde kullanılırlar. Örneğin kilitlerde kullanılan hidrolik akümülatörler, gemilerin nehir yatağında yeni bir seviyeye çıkmasını sağlar.

Elektrikli piller, elektrikle aynı prensipte çalışır: önce, harici bir şarj kaynağından elektrik biriktirirler (biriktirirler) ve ardından iş yapmaları için bağlı tüketicilere verirler. Doğaları gereği, tekrar tekrar periyodik deşarj ve şarj döngülerini gerçekleştirebilen kimyasal akım kaynaklarına aittirler.

Çalışma sırasında, elektrot plakalarının bileşenleri arasında dolgu maddesi - elektrolit ile sürekli olarak kimyasal reaksiyonlar meydana gelir.

Bir pil cihazının şematik bir diyagramı, elektrik temasları sağlamak için kabın gövdesine teller ile farklı metallerden iki plaka yerleştirildiğinde basitleştirilmiş bir çizimle gösterilebilir. Plakalar arasına bir elektrolit dökülür.

Boşaldığında pille çalışma

Elektrotlara ampul gibi bir yük bağlandığında, içinden deşarj akımının aktığı kapalı bir elektrik devresi oluşturulur. Metal parçalardaki elektronların ve elektrolitteki katyonlarla anyonların hareketi ile oluşur.

Bu işlem geleneksel olarak bir nikel-kadmiyum elektrot tasarımına sahip bir diyagram üzerinde gösterilir.

Burada pozitif elektrot malzemesi olarak elektriksel iletkenliği artıran grafit katkılı nikel oksitler kullanılır. Negatif elektrotun metali süngerimsi kadmiyumdur.

Deşarj sırasında, nikel oksitlerden gelen aktif oksijen parçacıkları elektrolite salınır ve kadmiyumun oksitlendiği negatif plakalara yönlendirilir.

Şarj olurken pil performansı

Yük kapatıldığında, kaynağın ve tüketicinin artı ve eksi terminalleri çakıştığında, aynı polariteye sahip şarjlı bir pilinkinden daha büyük bir değerde plaka terminallerine sabit (bazı durumlarda, titreşimli) bir voltaj uygulanır. .

Şarj cihazı her zaman daha fazla güce sahiptir, bu da pildeki artık enerjiyi "bastırır" ve ters deşarj yönünde bir elektrik akımı oluşturur. Sonuç olarak, elektrotlar ve elektrolit arasındaki iç kimyasal süreçler değişir. Örneğin, bir kutu nikel-kadmiyum plaka üzerinde, pozitif elektrot oksijenle zenginleştirilir ve negatif - saf kadmiyum durumuna.

Pil boşaldığında ve şarj edildiğinde, plakaların (elektrotların) malzemesinin kimyasal bileşimi değişir, ancak elektrolit değişmez.

Pil bağlantı yöntemleri

Paralel bağlantı

Bir kişinin dayanabileceği deşarj akımı miktarı birçok faktöre bağlıdır, ancak öncelikle tasarım, kullanılan malzemeler ve bunların boyutları. Elektrotlardaki plakaların alanı ne kadar büyük olursa, dayanabilecekleri akım o kadar büyük olur.

Bu prensip, yüke giden akımı artırmak gerektiğinde pillerde aynı tipteki hücreleri paralel bağlamak için kullanılır, ancak böyle bir tasarımı şarj etmek için kaynağın gücünü artırmak gerekecektir. Bu yöntem, hazır yapılar için nadiren kullanılır, çünkü gerekli pili hemen satın almak artık çok daha kolay. Ancak asit pil üreticileri, farklı plakaları tek bloklara bağlayarak kullanıyor.

seri bağlantı

Kullanılan malzemelere bağlı olarak, günlük hayatta yaygın olarak kullanılan pillerin iki elektrot plakası arasında 1,2 / 1,5 veya 2,0 voltluk bir voltaj üretilebilir. (Aslında bu aralık çok daha geniş.) Açıkçası pek çok elektrikli cihaz için yeterli değil. Bu nedenle, aynı türdeki piller seri olarak bağlanır ve bu genellikle bir durumda yapılır.

Böyle bir tasarımın bir örneği, sülfürik asit ve kurşun elektrot plakalarına dayalı yaygın otomotiv gelişimidir.

Genellikle insanlar arasında, özellikle nakliye sürücüleri arasında, onu oluşturan öğelerin - kutuların - sayısına bakılmaksızın, herhangi bir cihaza pil demek gelenekseldir. Ancak bu tamamen doğru değil.Seri bağlı birkaç kutudan oluşan yapı zaten bir pildir ve kısaltılmış adı «АКБ» eklenmiştir... İç yapısı şekilde gösterilmiştir.

Kavanozların her biri, pozitif ve negatif elektrotlar için bir dizi plaka içeren iki bloktan oluşur. Bloklar, elektrolit yoluyla güvenilir bir galvanik bağlantı olasılığı ile metal teması olmadan birbirine uyar.

Bu durumda temas plakaları ek bir ızgaraya sahiptir ve bir ayırıcı plaka ile birbirinden ayrılır.

Plakaları bloklar halinde bağlamak, çalışma alanlarını artırır, tüm yapının toplam direncini azaltır ve bağlı yükün gücünü artırmanıza olanak tanır.

Kutunun dışında, böyle bir pil aşağıdaki şekilde gösterilen öğelere sahiptir.

Sağlam plastik mahfazanın bir kapakla kapatıldığını ve üstte aracın elektrik devresine bağlantı için iki terminalle (genellikle koni şeklinde) donatıldığını gösterir. Kutup işaretleri terminallerine damgalanmıştır: «+» ve «-«. Kablolama hatalarını engellemek için genellikle pozitif terminalin çapı negatif terminalden biraz daha büyüktür.

Kullanılabilir piller, çalışma sırasında elektrolit seviyesini kontrol etmek veya damıtılmış su eklemek için her kavanozun üstünde bir doldurma deliğine sahiptir. Kasanın iç boşluklarını kirlenmeye karşı koruyan ve aynı zamanda pil eğildiğinde elektrolitin dökülmesini önleyen bir tapa vidalanmıştır.

Güçlü bir şarjla elektrolitten gaz çıkışı mümkün olduğundan (ve bu işlem yoğun sürüş sırasında mümkündür), kutunun içindeki basıncın artmasını önlemek için tapalarda delikler açılır.Oksijen ve hidrojen ile elektrolit buharları içlerinden çıkar. Aşırı şarj akımları içeren bu tür durumlardan kaçınılması önerilir.

Aynı şekil, sıralar arasındaki elemanların bağlantısını ve elektrot plakalarının düzenini göstermektedir.

Araba marş aküleri (kurşun asitli) çift sülfatlama prensibi ile çalışır. Deşarj / şarj sırasında, elektrolitte (sülfürik asit) suyun salınması / emilmesi ile elektrotların aktif kütlesinin kimyasal bileşiminde bir değişiklik ile birlikte üzerlerinde bir elektrokimyasal işlem gerçekleşir.

Bu, şarj sırasında elektrolitin özgül ağırlığının artmasını ve pil boşaldığında azalmasını açıklar. Başka bir deyişle yoğunluk değeri, pilin elektriksel durumunu değerlendirmenize olanak tanır. Bunu ölçmek için özel bir cihaz kullanılır - bir araba hidrometresi.

Asitli akülerin elektrolitinin bir parçası olan damıtılmış su, negatif sıcaklıklarda katı hale - buza dönüşür, bu nedenle soğuk havalarda araba akülerinin donmasını önlemek için kurallarda öngörülen özel önlemlerin uygulanması gerekir. sömürü için.

Ne tür piller var?

Çeşitli amaçlar için modern üretim, farklı elektrot ve elektrolit bileşimine sahip üç düzineden fazla ürün üretir. Bilinen 12 model yalnızca lityumla çalışır.

Elektrot metali olarak aşağıdakiler bulunabilir:

• yol göstermek;

• ütü;

• lityum;

• titanyum;

• kobalt;

• kadmiyum;

• nikel;

• çinko;

• gümüş;

• vanadyum;

• alüminyum

• diğer bazı öğeler.

Elektrik çıkış özelliklerini ve dolayısıyla uygulamayı etkilerler.

Elektrikli marş motorları tarafından içten yanmalı motorların krank millerinin dönmesinden kaynaklanan kısa süreli yüksek yüklere dayanma yeteneği, kurşun asitli akülerin karakteristiğidir. Ulaşım, kesintisiz güç kaynakları ve acil durum güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılırlar.

Standart galvanik hücreler (normal piller) genellikle nikel-kadmiyum, nikel-çinko ve nikel-metal hidrit pillerle değiştirilir.

Ancak lityum-iyon veya lityum-polimer tasarımları, mobil ve bilgi işlem cihazlarında, inşaat araçlarında ve hatta elektrikli araçlarda güvenilir bir şekilde çalışır.

Kullanılan elektrolit türüne göre piller şunlardır:

• ekşi

• alkalin.

Pillerin kullanım amaçlarına göre bir sınıflandırması vardır. Örneğin, modern koşullarda, enerji aktarımı - diğer kaynakları şarj etmek için kullanılan cihazlar ortaya çıktı. Sözde harici pil, alternatif bir elektrik şebekesinin yokluğunda birçok mobil cihazın sahibine yardımcı olur. Bir tableti, akıllı telefonu, cep telefonunu tekrar tekrar şarj edebilir.

Tüm bu piller aynı çalışma prensibine ve benzer bir cihaza sahiptir. Örneğin, aşağıdaki şekilde gösterilen lityum-iyon parmak modeli, daha önce tartışılan asit pillerin tasarımını birçok yönden tekrarlar.

Burada aynı kontakt elektrotları, plakaları, ayırıcıyı ve muhafazayı görüyoruz. Sadece diğer çalışma koşulları dikkate alınarak yapılırlar.

Bir pilin temel elektriksel özellikleri

Cihazın çalışması parametrelerden etkilenir:

• kapasite;

• enerji yoğunluğu;

• kendi kendine deşarj;

• sıcaklık rejimi.

Kapasite, deşarj sırasında en düşük voltaja verebildiği pilin maksimum şarjı olarak adlandırılır. Sarkıt (SI sistemi) ve amper-saat (sistem dışı birim) cinsinden ifade edilir.

Bir tür kapasite olarak, deşarj sırasında izin verilen minimum voltajda salınan enerjiyi belirleyen «enerji kapasitesi» vardır. Joule (SI) ve watt-saat (SI olmayan birimler) cinsinden ölçülür.

Enerji yoğunluğunun, enerji miktarının pilin ağırlığına veya hacmine oranı olarak ifade edilir.

Kendi kendine deşarj, terminallerde yük olmadığında şarjdan sonra kapasite kaybını göz önünde bulundurun. Bu, tasarıma bağlıdır ve birçok nedenden dolayı elektrotlar arasındaki izolasyon arızalarıyla şiddetlenir.

Çalışma sıcaklığı elektriksel özellikleri etkiler ve üretici tarafından belirtilen normdan ciddi sapmalar olması durumunda aküye zarar verebilir. Sıcak ve soğuk kabul edilemez, kimyasal reaksiyonların seyrini ve kutunun içindeki ortamın basıncını etkiler.