배터리는 기본 핸드 헬드 장치에서 대규모 산업 응용 제품에 이르는 가장 일반적인 전원입니다. 배터리는 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환 할 수있는 하나 이상의 전기 화학 전지의 조합으로 정의 할 수 있습니다.
배터리 작동 :
배터리는 다양한 볼타 셀로 구성된 장치입니다. 각 볼타 전지는 음이온과 양이온을 보유하는 전도성 전해질에 의해 직렬로 연결된 두 개의 반쪽 전지로 구성됩니다. 하나의 반쪽 전지는 전해질과 음이온이 이동하는 전극, 즉 양극 또는 음극을 포함하며, 다른 반쪽 전지는 전해질과 양이온이 이동하는 전극, 즉 음극 또는 양극을 포함합니다.
배터리에 전원을 공급하는 산화 환원 반응에서 환원은 음극에서 양이온으로 발생하고 산화는 양극에서 음이온으로 발생합니다. 전극은 서로 닿지 않지만 전해질에 의해 전기적으로 연결됩니다. 대부분의 반쪽 전지는 다른 전해질을 가지고 있습니다. 모든 반쪽 전지로 간주되는 모든 것은 용기와 이온에 다공성 인 분리막으로 둘러싸여 있지만 대부분의 전해질은 혼합을 방지하지 않습니다.
배터리 작동
각 반쪽 전지에는 기전력 (Emf)이 있으며, 이는 전지 내부에서 외부로 전류를 구동하는 용량에 따라 결정됩니다. 셀의 순 EMF는 반쪽 셀의 EMF 간의 차이입니다. 이런 식으로 전극에 emf가 있고 즉, net emf는 반 반응의 환원 전위 간의 차이입니다.
배터리를 유지하는 방법?
배터리를 양호한 상태로 유지하려면 배터리 균등화가 필요합니다. 노화로 인해 모든 셀이 비슷하게 충전되지 않으며 일부 셀은 매우 빠르게 충전을 받아들이고 다른 셀은 점진적으로 충전합니다. 이퀄라이제이션은 약한 셀도 완전히 충전 할 수 있도록 배터리를 약간 과충전하여 수행 할 수 있습니다. 완전히 충전 된 배터리의 단자 전압은 12V, 자동차 배터리는 단자에 13.8V, 12V 관형 배터리는 14.8V로 표시됩니다. 흔들리지 않도록 자동차 배터리를 차량에 단단히 고정해야합니다. 인버터 배터리는 가능하면 나무 판자 위에 놓아야합니다.
2 가지 유형의 배터리
1) 기본 배터리 :
이름에서 알 수 있듯이 이러한 배터리는 일회용입니다. 이러한 배터리를 사용하면 장치를 쉽게 되돌릴 수없고 활성 물질이 원래 형태로 돌아 가지 않을 수 있으므로 재충전 할 수 없습니다. 배터리 제조업체는 1 차 전지의 재충전을 권장하지 않습니다.
일회용 배터리의 예로는 벽시계, TV 리모컨 등에 사용되는 일반 AA, AAA 배터리가 있습니다.이 배터리의 다른 이름은 일회용 배터리입니다.
유형 배터리
2) 이차 전지 :
2 차 배터리는 충전식 배터리라고도합니다. 이 배터리는 동시에 사용하고 충전 할 수 있습니다. 그들은 일반적으로 방전 상태에서 활성 물질과 함께 조립됩니다. 충전식 배터리는 방전 중에 발생하는 화학 반응을 역전시키는 전류를인가하여 충전합니다. 충전기는 필요한 전류를 공급하는 장치입니다.
이러한 충전식 배터리의 예로는 휴대폰, MP3 플레이어 등에 사용되는 배터리가 있습니다. 보청기 및 손목 시계와 같은 장치는 소형 셀을 사용하고 전화 교환 기나 컴퓨터 데이터 센터와 같은 장소에서는 더 큰 배터리가 사용됩니다.
2 차 전지
2 차 (충전식) 배터리 유형 :
SMF, 납산, Li 및 Nicd
SMF 배터리 :
SMF는 UPS 애플리케이션에 안정적이고 일관 적이며 낮은 유지 보수 전력을 제공하도록 설계된 밀봉 된 무보수 배터리 이러한 배터리는 딥 사이클 애플리케이션과 농촌 및 전력 부족 지역에서 최소한의 유지 보수를받을 수 있습니다. 이 배터리는 12V에서 사용할 수 있습니다.
오늘날의 유익한 세상에서 배터리 시스템은 중요한 적격 데이터와 정보를 복구하고 원하는 기간 동안 기본 계측을 실행하도록 설계되어야한다는 요구 사항을 간과 할 수 없습니다. 즉각적인 전력을 공급하려면 배터리가 필요합니다. 신뢰할 수없고 열등한 배터리는 데이터 손실 및 장비 중단으로 이어질 수 있으며 이로 인해 기업은 상당한 재정적 손실을 입을 수 있습니다. 결과적으로 UPS 부문은 신뢰할 수 있고 입증 된 배터리 시스템의 활용을 요구합니다.
SMF 배터리
리튬 (Li) 배터리 :
우리 모두는 휴대폰, 노트북 컴퓨터 또는 전동 공구와 같은 휴대용 장치에서 사용합니다. 리튬 배터리는 지난 10 년간 휴대용 전원에서 가장 큰 성과 중 하나였습니다. 리튬 배터리를 사용하여 흑백 모바일에서 GPS, 이메일 알림 등과 같은 추가 기능을 갖춘 컬러 모바일로 전환 할 수있었습니다. 더 높은 용량을위한 에너지 밀도 전위 장치. 그리고 상대적으로 낮은 자체 방전 배터리. 또한 특수 셀은 전동 공구와 같은 애플리케이션에 매우 높은 전류를 제공 할 수 있습니다.
리튬 배터리
니켈 카드뮴 (Nicd) 배터리 :
니켈 카드뮴 배터리는 여러 번 재충전되는 장점이 있으며 방전 중에 상대적으로 일정한 전위를 가지며 더 많은 전기적 및 물리적 저항 용량을 가지고 있습니다. 이 배터리는 음극에 니켈 산화물, 양극에 카드뮴 화합물, 전해질로 수산화 칼륨 용액을 사용합니다.
배터리가 충전되면 음극의 화학 성분이 변형되고 수산화 니켈이 NIOOH로 변합니다. 양극에서는 수산화 카드뮴으로부터 카드뮴 이온이 생성됩니다. 배터리가 방전되면 카드뮴은 NiOOH와 반응하여 니켈 수산화물과 카드뮴 수산화물을 형성합니다.
Cd + 2H2O + 2NiOOH —> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
납축 전지 :
납산 배터리는 자동차, 인버터, 백업 전원 시스템 등에 널리 사용됩니다. 관형 및 유지 보수가 필요없는 배터리와 달리 납산 배터리는 수명을 연장하기 위해 적절한 관리와 유지 보수가 필요합니다. 납산 배터리는 황산 용액에 담근 상태로 유지되는 일련의 플레이트로 구성됩니다. 플레이트에는 활성 물질이 부착 된 그리드가 있습니다. 플레이트는 양극판과 음극판으로 나뉩니다. 양극판은 음극판에 산화 납이 부착되어있는 동안 활성 물질로 순수한 납을 유지합니다.
납축 전지
완전히 충전 된 배터리는 부하에 연결될 때 전류를 방전 할 수 있습니다. 방전 과정에서 황산은 양극판과 음극판의 활성 물질과 결합하여 황산 납을 형성합니다. 물은 납축 전지를 유지하는 데있어 가장 중요한 단일 단계입니다. 물의 빈도는 사용량, 충전 방법 및 작동 온도에 따라 다릅니다. 이 과정에서 황산의 수소 원자는 산소와 반응하여 물을 형성합니다.
이것은 음극판에 의해 수용 될 양극판으로부터 전자의 방출을 초래한다. 이로 인해 배터리 전체에 전위가 형성됩니다. 납축 전지의 전해질은 비중이있는 황산과 물의 혼합물입니다. 비중은 동일한 양의 물과 비교 한 산-물 혼합물의 무게입니다. 순수 이온이없는 물의 비중은 1입니다.
납축 배터리는 킬로와트시 당 전력 및 에너지에 대해 최고의 가치를 제공하며, 매우 높은 속도로 재활용된다는 점에서 가장 긴 수명주기와 큰 환경 적 이점을 제공합니다. 납축 배터리를 수집, 운반 및 재활용하기 위해 존재하는 인프라에 다른 화학 물질이 닿을 수 없습니다.
이 기사와 함께 리튬 이온 배터리의 장점과 단점에 대해 설명합니다.
리튬의 작동 – 이온 배터리
리튬 이온 배터리는 오래 지속되는 전력 효율성으로 인해 휴대폰, 노트북, 디지털 카메라 등과 같은 대부분의 전자 휴대용 장치에서 인기가 있습니다. 이들은 최고의 에너지 밀도, 무시할 수있는 전하 손실 및 메모리 효과 없음과 같은 장점을 가진 가장 인기있는 충전식 배터리입니다. 리튬 이온 배터리는 방전 중에 음극에서 양극으로 이동하고 충전 중에 다시 이동하는 전하 캐리어로 리튬 이온을 사용합니다. 충전 중에는 충전기의 외부 전류가 배터리보다 과전압을가합니다. 이것은 전류가 양극에서 음극으로 역방향으로 흐르게하여 리튬 이온이 인터 칼 레이션이라는 과정을 통해 다공성 전극 물질에 묻히게합니다. 리튬 이온은 비 수성 전해질과 분리막 다이어프램을 통과합니다. 전극 재료는 삽입 된 리튬 화합물입니다.
리튬 이온 배터리의 음극은 탄소로 구성되고 양극은 금속 산화물입니다. 음극에서 가장 일반적으로 사용되는 재료는 흑연이며 양극에서 리튬 코발트 산화물, 리튬 이온 인산염 또는 리튬 망간 산화물이 될 수 있습니다. 유기 용매의 리튬 염은 전해질로 사용됩니다. 전해질은 일반적으로 리튬 이온을 함유하는 에틸렌 카보네이트 또는 디 에틸 카보네이트와 같은 유기 카보네이트의 혼합물입니다. 전해질은 리튬 헥사 플루오로 포스페이트, 리튬 헥사 플루오르 비산 염 모노 하이드레이트, 염소 당 리튬, 리튬 헥사 플루오로 붕산염 등과 같은 음이온 염을 사용합니다. 사용되는 염에 따라 배터리의 전압, 용량 및 수명이 다릅니다. 순수한 리튬은 물과 격렬하게 반응하여 수산화 리튬과 수소 이온을 형성합니다. 따라서 사용되는 전해질은 비 수성 유기 용매입니다. 양극과 음극 사이의 전극 전하의 전기 화학적 역할은 전류 흐름의 방향에 따라 달라집니다.
리튬 이온 배터리 반응
리튬 이온 배터리에서 두 전극 모두 리튬 이온을 수용하고 방출 할 수 있습니다. 인터 칼 레이션 과정에서 리튬 이온이 전극으로 이동합니다. 인터 칼 레이션이라고하는 역 과정에서 리튬 이온은 뒤로 이동합니다. 방전하는 동안 양극에서 리튬 이온이 추출되어 양극에 삽입됩니다. 충전 과정에서 리튬 이온의 역방향 이동이 발생합니다.
리튬의 장점 – 이온 배터리 :
리튬 이온 배터리는 NiCd 배터리 및 기타 이차 배터리보다 성능이 뛰어납니다. 장점 중 일부는
- 비슷한 크기의 다른 배터리에 비해 가벼운 무게
- Flat 형태를 포함한 다양한 형태로 제공
- 낮은 전류에서 전력 전송을 증가시키는 높은 개방 회로 전압
- 기억 효과 부족.
- 월 5-10 %의 매우 낮은 자기 방전율. 자체 방전은 NiCd 및 NiMh 배터리에서 약 30 %입니다.
- 무료 리튬 금속이없는 친환경 배터리
그러나 다른 배터리와 마찬가지로 장점과 함께 리튬 이온 배터리도 몇 가지 단점이 있습니다.
리튬 이온 배터리의 단점 :
- 시간이 지남에 따라 전해질 내부의 침전물은 전하의 흐름을 방해합니다. 이로 인해 배터리의 내부 저항이 증가하고 셀의 전류 전달 용량이 점차 감소합니다.
- 높은 충전 및 고온으로 인해 용량 손실이 발생할 수 있습니다.
- 과열되면 Li-Ion 배터리가 열 손실 및 셀 파열을 겪을 수 있습니다.
- 과방 전은 리튬 이온 배터리를 단락시킬 수 있습니다. 따라서이를 방지하기 위해 일부 제조업체는 전압이 3 ~ 4.2V의 안전 수준보다 높을 때 배터리를 차단하는 내부 차단 회로를 갖추고 있습니다. 이 경우 배터리를 장시간 사용하지 않으면 내부 회로가 전력을 소비하고 셧다운 전압 이하로 배터리를 소모합니다. 따라서 이러한 배터리를 충전하려면 일반 충전기는 유용하지 않습니다.
