ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரிகளின் செயல்பாட்டுக் கொள்கை மற்றும் கலவை

ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரிகளின் செயல்பாட்டுக் கொள்கை

அன்ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரிமின் ஆற்றலுக்கும் இரசாயன ஆற்றலுக்கும் இடையில் ஆற்றலை மாற்றி சேமிக்கும் ஒரு சாதனமாகும். வெளியேற்றத்தின் போது, ​​இரசாயன ஆற்றல் நேரடியாக மின் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது; சார்ஜ் செய்யும் போது, ​​மின் ஆற்றல் சேமிப்பிற்கான இரசாயன ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. பேட்டரியில் உள்ள நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகள் வெவ்வேறு பொருட்களால் ஆனவை. அதே எலக்ட்ரோலைட் செருகப்பட்டால், இரண்டு மின்முனைகளும் அவற்றின் சொந்த மின்முனை திறன்களை நிறுவும், படம் 1-4 இல் உள்ள ABCD உடைந்த கோட்டால் காட்டப்பட்டுள்ளது (கோடு கோட்டிற்கும் மின்முனைகளுக்கும் இடையிலான இடைவெளி உருவாக்கப்பட்ட மின்சார இரட்டை அடுக்கைக் குறிக்கிறது). நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையிலான சமநிலை மின்முனைத் திறனில் உள்ள வேறுபாடு மின்கலத்தின் மின்முனை விசை (EMF) E ஐ உருவாக்குகிறது.

படம் 14 ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரியின் செயல்பாட்டுக் கொள்கையின் திட்ட வரைபடம்

நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகள் வெளிப்புற சுமையுடன் இணைக்கப்படும்போது, ​​நேர்மறை மின்முனைப் பொருள் எலக்ட்ரான்களைப் பெறுகிறது மற்றும் குறைப்பு எதிர்வினைக்கு உட்படுகிறது, கத்தோடிக் துருவமுனைப்பை உருவாக்குகிறது, இதனால் நேர்மறை மின்முனைத் திறனைக் குறைக்கிறது; எதிர்மறை மின்முனை பொருள் எலக்ட்ரான்களை இழக்கிறது மற்றும் ஆக்ஸிஜனேற்ற எதிர்வினைக்கு உட்படுகிறது, அனோடிக் துருவமுனைப்பை உருவாக்குகிறது, இதனால் எதிர்மறை மின்முனை திறனை அதிகரிக்கிறது. வெளிப்புற சுற்றுக்கு, எலக்ட்ரான்கள் எதிர்மறை மின்முனையிலிருந்து நேர்மறை மின்முனைக்கு பாய்கின்றன, எனவே தற்போதைய திசை நேர்மறை மின்முனையிலிருந்து எதிர்மறை மின்முனைக்கு உள்ளது. எலக்ட்ரோலைட்டில், சார்ஜ் பரிமாற்றம் அயனி இயக்கத்தின் மூலம் நிகழ்கிறது, இதனால் உள் சுற்றுகளில் தற்போதைய திசை எதிர்மறை மின்முனையிலிருந்து நேர்மறை மின்முனைக்கு உள்ளது. டிஸ்சார்ஜ் நிலையில், படம் 1-4 இல் உள்ள A'B'C'D' என்ற உடைந்த கோடுகளால் பேட்டரி சாத்தியமான விநியோகம் காட்டப்படுகிறது. முழு செயல்முறையும் ஒரு முழுமையான மூடிய வளையத்தை உருவாக்குகிறது, மின்முனைகளில் ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் குறைப்பு எதிர்வினைகள் தொடர்ந்து தொடர அனுமதிக்கிறது, இதனால் மூடிய வளையத்திற்குள் தொடர்ச்சியான மின்னோட்ட ஓட்டம் உறுதி செய்யப்படுகிறது. பேட்டரி வேலை செய்யும் போது, ​​மின்முனைகளில் மின் ஆற்றலை உருவாக்கும் மின்வேதியியல் எதிர்வினைகள் ஓட்டத்தை உருவாக்கும் எதிர்வினைகள் என்றும், இந்த எதிர்வினைகளில் பங்கேற்கும் பொருட்கள் செயலில் உள்ள பொருட்கள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன.

The charging process of a battery is essentially the reverse of its discharging process. During charging, oxidation occurs at the positive electrode, while reduction occurs at the negative electrode; simultaneously, the migration direction of ions in the electrolyte is opposite to that during discharge, and an external power source exceeding the battery's open-circuit voltage is required to drive this chemical conversion process, as shown by the broken lines A"B"C"D" in Figure 1-4.

இரசாயன ஆற்றலை நேரடியாக மின் ஆற்றலாக மாற்றுவதற்கு வசதியாக, ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரியில் நிகழும் ரெடாக்ஸ் செயல்முறையானது வழக்கமான ரெடாக்ஸ் எதிர்வினைகளிலிருந்து அடிப்படையில் வேறுபடுகிறது. ஒரு பேட்டரியில், எலக்ட்ரான்களை இழக்கும் (ஆக்சிஜனேற்றம்) மற்றும் எலக்ட்ரான்களைப் பெறுதல் (குறைப்பு) செயல்முறைகள் வெவ்வேறு பகுதிகளாக பிரிக்கப்பட வேண்டும். மேலும், செயலில் உள்ள கூறுகள் எதிர்வினையில் பங்கேற்கும்போது எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற சுற்று வழியாக பாய வேண்டும். இந்த இரண்டு முக்கிய கூறுகள் பேட்டரியில் உள்ள ரெடாக்ஸ் பொறிமுறையை சாதாரண இரசாயன ரெடாக்ஸ் எதிர்வினைகள் மற்றும் மின்வேதியியல் அரிப்பு நிகழ்வுகளில் உள்ள மைக்ரோ-செல் எதிர்வினைகளிலிருந்து வேறுபடுத்துகின்றன.

ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரிகளின் கலவை

ஒரு அடிப்படை ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரி நான்கு அடிப்படை கூறுகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்: மின்முனைகள், எலக்ட்ரோலைட், பிரிப்பான் மற்றும் பேட்டரி உறை.

மின்முனை

மின்முனைகள், ஒரு பேட்டரியின் முக்கிய கூறுகளாக, நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன, முக்கியமாக செயலில் உள்ள பொருட்கள் மற்றும் கடத்தும் கட்டமைப்பைக் கொண்டவை. அவற்றில், செயலில் உள்ள பொருட்கள் பேட்டரி வெளியேற்றத்தின் போது இரசாயன எதிர்வினைகள் மூலம் மின் ஆற்றலை உருவாக்குகின்றன, மேலும் அவை பேட்டரி செயல்திறனை தீர்மானிக்கும் முக்கிய காரணியாகும். செயலில் உள்ள பொருட்கள் பெரும்பாலும் திடமானவை, ஆனால் திரவங்கள் அல்லது வாயுக்களாகவும் இருக்கலாம்.

செயலில் உள்ள பொருட்கள் ஒரு பேட்டரியின் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனில் தீர்க்கமான செல்வாக்கைக் கொண்டுள்ளன, எனவே பொதுவாக பின்வரும் செயல்திறன் தேவைகள் உள்ளன: ① நேர்மறை மின்முனைப் பொருள் அதிக ஆற்றலைக் கொண்டிருக்க வேண்டும், அதே சமயம் எதிர்மறை மின்முனைப் பொருள் குறைந்த ஆற்றலைப் பராமரிக்க வேண்டும், பேட்டரி ஒரு பெரிய மின்னோட்ட சக்தியை உருவாக்க முடியும் என்பதை உறுதிப்படுத்த வேண்டும்; ② செயலில் உள்ள பொருட்கள் நல்ல மின்வேதியியல் வினைத்திறனைக் கொண்டிருக்க வேண்டும், அதாவது அவை ரெடாக்ஸ் செயல்முறைகளில் எளிதில் பங்கேற்க வேண்டும்; ③ செயலில் உள்ள கூறுகள் எடை மற்றும் அளவு மூலம் அதிக குறிப்பிட்ட திறனைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்; ④ செயலில் உள்ள பொருட்கள் எலக்ட்ரோலைட் கரைசல்களில் சிறந்த இரசாயன நிலைத்தன்மையைக் கொண்டிருக்க வேண்டும், மேலும் சுய-கலைப்பு விகிதம் முடிந்தவரை குறைவாக இருக்க வேண்டும்; ⑤ செயலில் உள்ள பொருட்கள் அதிக மின்னணு கடத்துத்திறனைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்; ⑥ பொருளாதாரம் மற்றும் நிலையான வளர்ச்சியின் கண்ணோட்டத்தில், சிறந்த செயலில் உள்ள பொருட்கள் பூமியில் ஏராளமான மற்றும் மலிவான வளங்களாக இருக்க வேண்டும்; ⑦ செயலில் உள்ள பொருட்கள் மனித ஆரோக்கியத்திற்கும் இயற்கை சூழலுக்கும் பாதிப்பில்லாததாக இருக்க வேண்டும்.

ஒரு குறிப்பிட்ட செயலில் உள்ள பொருளுக்கு மேலே உள்ள அனைத்து தரநிலைகளையும் சந்திப்பது மிகவும் சவாலானது; எனவே, செயலில் உள்ள பொருளைத் தேர்ந்தெடுக்கும்போது ஒரு விரிவான பரிசீலனை அவசியம். தற்போது, ​​மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் கத்தோட் பொருட்கள் உலோக ஆக்சைடுகள், ஈய டை ஆக்சைடு, மாங்கனீசு டை ஆக்சைடு மற்றும் நிக்கல் ஆக்சைடு மற்றும் காற்றில் இருந்து ஆக்ஸிஜன் போன்றவை. அனோட் பொருட்களுக்கு, துத்தநாகம், ஈயம், காட்மியம், இரும்பு, லித்தியம் மற்றும் சோடியம் போன்ற வேதியியல் ரீதியாக எதிர்வினை உலோகங்களின் வரம்பு விரும்பப்படுகிறது.

கடத்தும் கட்டமைப்பின் செயல்பாடு, செயலில் உள்ள பொருளை வெளிப்புற சுற்றுடன் இணைப்பது மற்றும் சமநிலையான தற்போதைய விநியோகத்தை உறுதி செய்வதாகும். இது செயலில் உள்ள பொருளையும் ஆதரிக்கிறது. ஒரு சிறந்த கடத்தும் கட்டமைப்பானது சிறந்த இயந்திர வலிமை, அதிக இரசாயன நிலைத்தன்மை, குறைந்த எதிர்ப்புத் திறன் மற்றும் நல்ல செயலாக்கத்திறன் ஆகியவற்றைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்.

எலக்ட்ரோலைட்டுகள்

எலக்ட்ரோலைட்டின் முதன்மை செயல்பாடு நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையில் பயனுள்ள அயனி கடத்தலை உறுதி செய்வதாகும், இது அயனி போக்குவரத்து பணியை மேற்கொள்கிறது. சில சந்தர்ப்பங்களில், இது மின் வேதியியல் எதிர்வினைகளிலும் பங்கேற்கலாம். பேட்டரியில் பயன்படுத்தப்படும் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு, அதன் செயல்திறன் பின்வரும் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும்: ① சேமிப்பகத்தின் போது எலக்ட்ரோலைட்டுக்கும் செயலில் உள்ள பொருட்களுக்கும் இடையே உள்ள இடைமுகத்தில் குறிப்பிடத்தக்க மின்வேதியியல் எதிர்வினைகளைத் தடுக்க இது நல்ல இரசாயன நிலைத்தன்மையைக் கொண்டிருக்க வேண்டும், அதன் மூலம் பேட்டரி சுயமாக{2}}வெளியேற்றத்தைக் குறைக்கிறது; ② இது அதிக மின் கடத்துத்திறனைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். எலக்ட்ரோலைட் கலவை பல்வேறு வகையான பேட்டரிகளில் வேறுபடுகிறது, மேலும் பொதுவாக, அமிலங்கள், காரங்கள் அல்லது உப்புகளின் அக்வஸ் கரைசல்கள் சிறந்த கடத்துத்திறன் கொண்ட எலக்ட்ரோலைட்டாக தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், சில புதிய ஆற்றல் தொழில்நுட்பங்கள் கரிம கரைப்பான் எலக்ட்ரோலைட்டுகள், உருகிய உப்பு எலக்ட்ரோலைட்டுகள் அல்லது திட எலக்ட்ரோலைட்டுகள் போன்ற புதிய பொருட்களைப் பயன்படுத்தலாம்.

தனிமைப்படுத்துதல்

ஒரு பிரிப்பான், சவ்வு அல்லது பகிர்வு என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது பேட்டரியின் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையில் வைக்கப்படுகிறது. மின்முனைகளுக்கு இடையில் நேரடி தொடர்பைத் தடுப்பதே இதன் முக்கிய செயல்பாடு, இது ஒரு குறுகிய சுற்றுக்கு வழிவகுக்கும். பிரிப்பான்களுக்கான அடிப்படை செயல்திறன் தேவைகளில் பின்வருவன அடங்கும்: ① உள் குறுகிய சுற்றுகளைத் தடுக்க ஒரு நல்ல மின்னணு இன்சுலேட்டராக இருப்பது; ② எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள அயனி இடம்பெயர்வுக்கு குறைந்த எதிர்ப்பைக் கொண்டிருப்பது, அதன் மூலம் முழு சாதனத்தின் உள் எதிர்ப்பைக் குறைக்கிறது மற்றும் அதிக-தற்போதைய வெளியேற்ற நிலைமைகளின் கீழ் ஆற்றல் இழப்பைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது; ③ நல்ல இரசாயன நிலைப்புத்தன்மை, எலக்ட்ரோலைட் அரிப்பை தாங்கும் மற்றும் எலக்ட்ரோடு செயலில் உள்ள பொருட்களின் ரெடாக்ஸ் எதிர்வினைகள்; ④ டென்ட்ரைட் வளர்ச்சியை திறம்பட தடுக்க மற்றும் சவ்வு ஊடுருவி இருந்து சிறிய செயலில் துகள்கள் தடுக்க, போதுமான இயந்திர வலிமை மற்றும் வளைக்கும் எதிர்ப்பு;

பொதுவான பிரிப்பான் பொருட்களில் பருத்தி காகிதம், கூழ் காகிதம், மைக்ரோபோரஸ் பிளாஸ்டிக், மைக்ரோபோரஸ் ரப்பர், நீரேற்றப்பட்ட செல்லுலோஸ், நைலான் துணி மற்றும் கண்ணாடி இழை போன்றவை அடங்கும்.

பேட்டரி உறை

பேட்டரி கேசிங், பேட்டரி கொள்கலன் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது தற்போதுள்ள ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரிகளில் உள்ள ஒரே வகை பேட்டரி ஆகும், அங்கு துத்தநாக மின்முனையும் உறையாக செயல்படுகிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, மற்ற பேட்டரி வகைகள் செயலில் உள்ள பொருளைக் காட்டிலும் வெளிப்புற இணைப்பிற்காக குறிப்பிட்ட பொருட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. ஒரு சிறந்த பேட்டரி உறை சிறந்த இயந்திர பண்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும், அதிர்வு மற்றும் அதிர்ச்சியைத் தாங்கும், தீவிர வெப்பநிலை நிலைகளில் நிலையானதாக இருக்க வேண்டும் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டிலிருந்து அரிப்பை எதிர்க்க வேண்டும். நடைமுறையில், உலோகங்கள், பிளாஸ்டிக் மற்றும் கடினமான ரப்பர் போன்ற பொருட்கள் அவற்றின் நன்மைகள் காரணமாக பேட்டரி உறைகளாக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.