배터리 , 전기 및 전기 화학 분야에서 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 모든 종류의 장치. 비록 용어 배터리 , 엄격한 사용에서 이러한 기능을 수행 할 수있는 2 개 이상의 갈바니 전지 어셈블리를 지정합니다. 에너지 변환 , 일반적으로 이러한 종류의 단일 셀에 적용됩니다.
알칼리-이산화망간 배터리 : 절단면보기 알칼리-이산화망간 전력 셀의 절단면보기. Encyclopædia Britannica, Inc.
모든 배터리 (또는 셀)에는 음극 또는 양극판과 양극 또는 음극판이 있습니다. 이러한 전극은 분리되어야하며 종종 전극 사이에 이온이 통과 할 수있는 전해질에 담가야합니다. 전극 재료와 전해질은 충분히 선택되고 배열됩니다. 기전력 (에서 측정 볼트 ) 및 전류 (암페어 단위로 측정) 조명, 기계 또는 기타 장치를 작동하기 위해 배터리 단자 사이에 개발할 수 있습니다. 전극에는 전기 에너지로 변환 할 수있는 화학 에너지 단위가 한정되어 있기 때문에 주어진 크기의 배터리는 장치를 작동 할 수있는 특정 용량 만 가지고 결국 고갈됩니다. 배터리의 활성 부품은 일반적으로 공기를 외부에 유지하고 전해질 용매를 내부에 유지하고 어셈블리 구조를 제공하는 덮개 시스템 (또는 재킷)이있는 상자에 들어 있습니다.
전기 화학 전지 : 기본 구성 요소 전기 화학 전지의 기본 구성 요소. Encyclopædia Britannica, Inc.
상용 배터리는 시장 요인을 염두에두고 설계 및 제작되었습니다. 재료의 품질과 전극 및 용기 설계의 복잡성은 특정 제품에 대해 요구되는 시장 가격에 반영됩니다. 그러나 새로운 재료가 발견되거나 기존 재료의 특성이 개선됨에 따라 구형 배터리 시스템의 일반적인 성능도 때때로 크게 증가합니다.
배터리는 (1) 기본 배터리와 (2) 보조 또는 저장 배터리의 두 가지 일반 그룹으로 나뉩니다. 기본 배터리는 전압이 너무 낮아서 주어진 장치를 작동 할 수 없을 때까지 사용하도록 설계되어 폐기됩니다. 2 차 배터리에는 전극을 재구성 (재충전) 할 수있는 특수한 디자인 기능과 전극의 특정 재료가 많이 있습니다. 부분 방전 또는 완전 방전 후 직류 (DC) 전압을인가하여 재충전 할 수 있습니다. 원래 상태는 일반적으로 완전히 복원되지는 않지만 상용 배터리의 재충전주기 당 손실은 다양한 조건에서도 1 %에 불과합니다.
국제 에너지 단위는
전기 화학 전지의 양극은 일반적으로 0.5 사이의 전위에서 산화 (전자를 내보냄)되는 금속입니다. 볼트 그리고 음극보다 약 4 볼트 높습니다. 음극은 일반적으로 이온과 함께 전자를 구조로 받아 덜 산화 된 상태로 전환되는 금속 산화물 또는 황화물로 구성됩니다. 양극에서 음극 배터리 접점으로 전자를 전달하기 위해 외부 회로 (예 : 램프 또는 기타 장치)를 통한 전도성 링크가 제공되어야합니다. 충분한 전해질도 있어야합니다. 전해질은 용매 (물, 유기 액체 또는 고체)와 용매에서 이온으로 해리되는 하나 이상의 화학 물질로 구성됩니다. 이 이온은 셀 내부를 통해 전자와 화학 물질을 전달하여 셀 작동 중에 셀 외부의 전류 흐름의 균형을 맞추는 역할을합니다.
배터리 유용성은 용량뿐만 아니라 배터리에서 전류를 얼마나 빨리 끌어낼 수 있는지에 따라 제한됩니다. 전해질 용액으로 선택한 염 이온은 전기 수요 속도와 동일한 화학 물질을 전극 사이에 운반 할 수 있도록 용매를 통해 충분히 빠르게 이동할 수 있어야합니다. 따라서 배터리 성능은 확산 내부 화학 물질의 비율 및 용량.
개별 셀의 전압과 내부의 확산 속도는 모두 감소합니다. 온도 21 ° C (70 ° F)와 같은 기준점에서 낮아집니다. 온도가 전해질의 빙점 아래로 떨어지면 셀은 일반적으로 유용한 전류를 거의 생성하지 않고 실제로 내부 치수를 변경하여 다시 예열 된 후에도 내부 손상 및 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 의도적으로 온도를 높이면 더 빠른 방전이 지속될 수 있지만 일반적으로 배터리 화학 물질이 증발하거나 서로 자발적으로 반응하여 조기 고장을 일으킬 수 있으므로 일반적으로 권장되지 않습니다.
영국 물리학 자-화학자가 제시 한 전기 화학 전지 작동의 근본적인 관계 마이클 패러데이 1834 년에는 일정 기간 동안 흐르는 모든 암페어에 대해 일치하는 화학 반응 또는 기타 변화가 발생해야합니다. 이러한 변화의 정도는 원소의 분자 및 전자 구조에 따라 다릅니다. 구성 배터리 전극과 전해질. 2 차 변화도 발생할 수 있지만, 전기를 생산하기 위해서는 이론적으로 가역적 인 1 차 반응이 전극에서 일어나야합니다. 배터리에서 생성되는 실제 에너지는 생성 된 암페어 수 × 시간 단위 × 해당 시간 동안의 평균 전압으로 측정됩니다. 아연과 이산화망간 전극이있는 전지 (예 : 일반 손전등 건전지)의 경우 아연의 화학적 등가물 무게는 32.5g (1.4 온스)이고 이산화망간은 약 87g (3.1 온스)입니다. 각 전극의 당량을 방전하면 32.5g의 아연이 용해되고 87g의 이산화망간은 더 많은 수소와 아연 이온을 포함하는 다른 산화물로 변화합니다. 일부 전해질은 반응에서 소모됩니다. 각 전극의 화학적 등가물 하나는 1 패러데이 또는 시간당 26.8 암페어에 해당하는 96,485 쿨롱의 전류를 생성합니다. 세포가 평균 1.2에서 작동하는 경우 볼트 , 이것은 32.2 와트시의 DC 에너지를 산출합니다. 다른 표현으로, 어디 엔 방출 된 화학적 등가물의 수와 같고, 에프 패러데이 상수 (9.6485 × 104몰당 쿨롱), V 방전 기간 동안 셀의 평균 (반드시 일정 할 필요는 없음) 전압이고 1 줄 ≅ 2.78 × 10−4와트시.
손전등 배터리 손전등에 전원을 공급하는 배터리입니다. Encyclopædia Britannica, Inc.
많은 수의 요소가 있으며 화합물 잠재적으로 유용한 배터리 조합을 선택할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 상용 시스템은 지속적인 사용이 적절한 전압, 높은 전류 전달 용량, 저렴한 재료 및 사용자 무시에 대한 내성에 따라 달라지는 수많은 테스트의 생존자를 나타냅니다. 더 나은 밀봉 기술과 플라스틱은 모든 전지 시스템, 특히 양극에 매우 활성 리튬을 사용하는 시스템의 추가 개발을 가능하게합니다. 이러한 상황으로 인해 부하시 최대 3.9V와 매우 높은 전류 전달 능력을 갖춘 상용 셀이 생산되었습니다.
배터리 제조업체는 다양한 특수 애플리케이션을 위해 다양한 크기, 전압 및 전류 부하를 설계했습니다. 일반 가정용 배터리의 경우 ( 보다 표), 표준 크기 및 전기적 특성은 ANSI (American National Standards Institute) 및 IEC (International Electrotechnical Commission)에 의해 제정되었습니다. ANSI (IEC) 형식으로 제공되는 가장 일반적인 크기는 AAA (R03), AA (R6), C (R14), D (R20) 및 9V (6F22)입니다.
기본 배터리 | |||
---|---|---|---|
유형 | 화학 | 크기 및 일반적인 응용 프로그램 | 풍모 |
아연-탄소 (Leclanché) | 탄소봉 전극을 둘러싸는 80 % 염화 암모늄과 20 % 염화 아연의 전해질 혼합물을 갖는 아연 합금 양극-이산화망간 음극; 셀당 1.55V, 사용 감소 | 다양한 크기, 모양 및 용량 (모든 주요 원통형 및 직사각형 재킷 포함) 리모콘, 손전등, 휴대용 라디오에 사용 | 저렴하고 가벼운; 낮은 에너지 밀도; 고 배수 응용 분야에서는 매우 열악합니다. 저온에서 성능 저하; 아연 합금에 존재하는 독성 수은 및 카드뮴으로 인한 폐기 위험 |
염화 아연 | 염화 아연 전해질을 갖는 아연 양극-이산화망간 음극; 셀당 1.55V, 사용 감소 | 다양한 원통형 및 직사각형 재킷; 전동 장난감, 카세트 및 CD 플레이어, 손전등, 휴대용 라디오에 사용 | 일반적으로 '무거운 의무'라고 표시됩니다. 아연-탄소보다 높은 드레인 속도와 낮은 온도에서 전압 강하가 적습니다. 일반적으로 아연-탄소 배터리 수명의 2 ~ 3 배; 환경 적으로 안전한 |
알칼리성 | |||
아연-이산화망간 | 수산화 칼륨 전해질을 갖는 아연 양극-이산화망간 음극; 셀당 1.55V | 다양한 원통형 및 직사각형 재킷; 전동 장난감, 카세트 및 CD 플레이어에 가장 적합 | 긴 저장 수명; 누출 방지; 무거운 부하에서 최고의 성능; 아연-탄소 배터리 수명의 4 ~ 10 배 |
아연-은 산화물 | 수산화 칼륨 전해질을 갖는 아연 양극-산화은 음극; 셀당 1.55V | 버튼 배터리; 보청기, 시계, 계산기에 사용 | 높은 에너지 밀도; 긴 저장 수명; 비싼 |
아연 공기 | 수산화 칼륨 전해질이있는 아연 양극-산소 음극 | 원통형, 9 볼트, 버튼 및 코인 재킷; 보청기, 호출기, 시계에 사용 | 모든 일회용 배터리 중 가장 높은 에너지 밀도; 사실상 무제한 저장 수명; 환경 적으로 안전한 |
리튬 | |||
리튬-철 황화물 | 유기 전해질을 갖는 리튬 양극-철 황화물 음극; 셀당 1.6V | 원통형 및 버튼 배터리; 디지털 카메라, 소형 가전 제품에 사용 | 높은 에너지 밀도; 높은 방전율을 지원합니다. 긴 저장 수명; 비싼 |
리튬-이산화망간 | 유기 전해질을 갖는 리튬 양극-이산화망간 음극; 셀당 2.8–3.2V | 원통형 및 버튼 배터리; 디지털 카메라, 소형 가전 제품에 사용 | 높은 에너지 밀도; 높은 방전율을 지원합니다. 긴 저장 수명; 비싼 |
2 차 (충전식) 배터리 | |||
유형 | 화학 | 크기 및 일반적인 응용 프로그램 | 풍모 |
납산 | 황산 전해질을 가진 납 양극 이산화 납 음극 | 다양한 크기; 자동차, 휠체어, 어린이 전기차, 비상 전원 공급 장치에 사용 | 가장 저렴하고 무거운 배터리; 장수; 기억 효과 없음; 광범위한 방전율 |
알칼리성 | |||
니켈 카드뮴 | 수산화 칼륨 전해질이있는 카드뮴 양극-이산화 니켈 음극 | 일반적인 원통형 재킷; 전동 공구, 무선 전화기, 생의학 장비에 사용 | 무거운 방전시 우수한 성능; 거의 일정한 전압; 최고의 충전식 수명; 일부의 기억 효과; 카드뮴을 부적절하게 재활용하면 독성이 높고 발암 성이 있습니다. |
니켈-금속 수 소화물 | 란탄 족 또는 니켈 합금 양극-이산화 니켈 음극과 수산화 칼륨 전해질 | 일부 원통형 재킷; 화재 경보기, 전동 공구, 휴대폰에 사용 | 높은 에너지 밀도; 무거운 방전시 좋은 성능; 거의 일정한 1.2V 방전; 기억 효과 없음; 환경 적으로 안전한 |
리튬 | |||
리튬 이온 | 유기 전해질을 가진 탄소 양극 리튬 이산화 코발트 음극 | 대부분의 원통형 재킷; 휴대폰, 휴대용 컴퓨터에 사용 | 니켈-카드뮴보다 높은 에너지 밀도와 짧은 수명; 비싼; 기억 효과 없음 |
Copyright © 판권 소유 | asayamind.com