¿Qué es el electrolito en la batería?

La batería es un dispositivo para la conversión y el almacenamiento de energía. Convierte la energía química o física en energía eléctrica a través de la reacción. Una batería es una fuente de energía química. Consta de dos electrodos electroquímicos activos de dos componentes diferentes. Los dos electrodos están sumergidos en electrolitos que proporcionan conducción de medios. Cuando se conecta a un portador externo, proporciona energía al convertir su energía química interna. Como dispositivo de almacenamiento eléctrico, cuando dos metales (metales habituales de diferentes propiedades) se sumergen en el electrolito, pueden conducir electricidad y generar una cierta fuerza electromotriz entre las "placas polares". La fuerza electromotriz (o voltaje) está relacionada con el metal utilizado, y la fuerza electromotriz de los diferentes tipos de baterías también es diferente.

Los parámetros de rendimiento de la batería incluyen principalmente fuerza electromotriz, capacidad, energía específica y resistencia. La fuerza electromotriz es igual al trabajo realizado por la energía no estática de la batería (fuerza química) cuando la carga positiva unitaria se mueve del electrodo negativo al electrodo positivo a través de la batería. La fuerza electromotriz depende de las propiedades químicas del material del electrodo y no tiene nada que ver con el tamaño de la batería. La cantidad total de electricidad que puede producir la batería es la capacidad de la batería, generalmente en amperios hora. En la reacción de la batería, la energía eléctrica producida por 1 kilogramo de material de reacción se denomina energía teórica de la batería. La batería real es más pequeña que la energía que la teoría. Debido a que los reactivos de la batería no se basan todos en la reacción de la batería, y la resistencia en la batería también hace que la fuerza electromotriz disminuya, a menudo se la denomina batería de alta energía. Cuanto mayor sea el área de la batería, menor será la resistencia interna.

El almacenamiento de energía de la batería es limitado. La cantidad total de electricidad que puede producir la batería se llama capacidad. Suele expresarse en amperios hora. También es un parámetro de rendimiento de la batería. La capacidad de la batería está relacionada con la cantidad de material del electrodo, es decir, el tamaño del electrodo.

Las baterías químicas prácticas se pueden dividir en dos tipos básicos: baterías primarias y baterías. Después de fabricar la batería primaria, se puede generar una corriente eléctrica, pero se descarta una vez que se completa la descarga. La batería, también conocida como batería secundaria, debe cargarse antes de su uso. Después de la carga, se puede usar para descargar. Después de la descarga, también se puede cargar y volver a utilizar. Cuando la batería está cargada, la energía eléctrica se convierte en energía química; Cuando se descarga, la energía química se convierte en energía eléctrica.

El principio de la batería

En una batería química, la conversión directa de energía química en energía eléctrica es el resultado de oxidación espontánea, reducción y otras reacciones químicas dentro de la batería. Esta reacción se lleva a cabo en dos electrodos. Las sustancias activas negativas consisten en agentes reductores que tienen potenciales negativos y son estables en electrolitos, como metales activos como zinc, cadmio y plomo, así como hidrógeno o hidrocarburos. Las sustancias activas positivas consisten en oxidantes con potenciales positivos y son estables en electrolitos, como óxidos metálicos como dióxido de manganeso, dióxido de plomo, óxido de níquel, oxígeno o aire, halógeno y sus sales, ácido óxico y sus sales. Los electrolitos son materiales con buena conductividad iónica, como soluciones acuosas de ácidos, bases y sales, soluciones no acuosas orgánicas o inorgánicas, sales fundidas o electrolitos sólidos. Cuando se desconecta el circuito externo, aunque hay una diferencia de potencial (voltaje de circuito abierto) entre los dos polos, no hay corriente y la energía química almacenada en la batería no se convierte en energía eléctrica. Cuando el circuito externo está cerrado, hay una corriente que fluye a través del circuito externo bajo la acción de la diferencia de potencial de dos electrodos. Al mismo tiempo, dentro de la batería, debido a que no hay electrones libres en el electrolito, la transferencia de carga debe ir acompañada de la reacción de oxidación o reducción de la interfaz entre el material activo polar y el electrolito, y la transferencia de material del reactivos y productos de reacción. La transferencia de carga en el electrolito también se logra mediante la migración de iones. Por lo tanto, el proceso normal de transferencia de carga y transferencia de material dentro de la batería es una condición necesaria para garantizar la salida normal de energía eléctrica. Durante la carga, la dirección de la transmisión interna y el proceso de transferencia de masa de la batería es exactamente opuesta a la descarga; La reacción del electrodo debe ser reversible para asegurar la transferencia normal de masa y electricidad en la dirección opuesta. Por lo tanto, la reacción del electrodo reversible es una condición necesaria para la formación de una batería. Incremento de energía libre (Coque) para la reacción de Gibbs; F es la constante de Faraday = 96500 biblioteca = 26,8 Una hora; N es el equivalente a la reacción de la batería. Esta es la relación termodinámica básica entre la fuerza electromotriz de la batería y la reacción de la batería, y también es la ecuación termodinámica básica para calcular la eficiencia de conversión de energía de la batería. De hecho, cuando la corriente pasa a través del electrodo, el potencial del electrodo debe desviarse del potencial del electrodo de equilibrio termodinámico. Este fenómeno se llama polarización. Cuanto mayor sea la densidad de corriente (la corriente que pasa a través del área del electrodo unitario), más severa será la polarización. La polarización es una de las causas importantes de la pérdida de energía de la batería. Hay tres razones para la polarización: 1 La polarización causada por la resistencia de cada parte de la batería se llama polarización óhmica; La polarización causada por el bloqueo de la transferencia de carga en la capa de interfaz electrodo-electrolito se denomina polarización de activación; La polarización causada por la lenta transferencia de masa en la capa de interfaz electrodo-electrolito se denomina polarización por concentración. El método para reducir la polarización es aumentar el área de reacción del electrodo, reducir la densidad de corriente, aumentar la temperatura de reacción y mejorar la actividad catalítica de la superficie del electrodo.

Principales parámetros de rendimiento de la batería

Las principales propiedades de la batería incluyen capacidad nominal, voltaje nominal, tasa de carga y descarga, impedancia, vida útil y tasa de autodescarga.

Capacidad nominal

Bajo las condiciones especificadas en el diseño (como temperatura, tasa de descarga, voltaje de terminación, etc.), la capacidad mínima que la batería debería poder liberar, en amperios hora, está representada por el símbolo C.La capacidad se ve muy afectada por la tasa de descarga, por lo que la tasa de descarga a menudo se indica en números arábigos en la esquina inferior derecha de la letra C, como C20 = 50, lo que indica que la capacidad a la tasa de las 20:00 es 50 por hora. La capacidad teórica de la batería se puede calcular con precisión en función de la cantidad de material activo del electrodo en la fórmula de reacción de la batería y el equivalente electroquímico de la sustancia activa calculado de acuerdo con la ley de Faraday. Debido a las posibles reacciones secundarias en la batería y las necesidades especiales en el momento del diseño, la capacidad real de la batería es a menudo menor que la capacidad teórica.

Voltaje nominal

La tensión de funcionamiento típica de la batería a temperatura ambiente también se denomina tensión nominal. Es una referencia para seleccionar diferentes tipos de baterías. El voltaje de funcionamiento real de la batería varía según las diferentes condiciones de funcionamiento. El voltaje de circuito abierto de la batería es igual a la diferencia del potencial del electrodo de equilibrio de los electrodos positivo y negativo. Solo se relaciona con el tipo de sustancia activa del electrodo, pero no con el número de sustancias activas. El voltaje de la batería es esencialmente un voltaje de CC, pero bajo ciertas condiciones especiales, la transición de fase del cristal metálico o alguna película de fase causada por la reacción del electrodo provocará una ligera fluctuación del voltaje. Este fenómeno se llama ruido. La amplitud de la fluctuación es muy pequeña pero el rango de frecuencia es muy amplio, por lo que se puede distinguir del ruido autoexcitado en el circuito.

Tasa de carga y descarga

A veces, la tasa y la tasa son dos representaciones. La tasa por hora es la tasa de carga y descarga expresada como el tiempo de carga y descarga, que es numéricamente igual al número de horas obtenidas al dividir la capacidad nominal de la batería (Ann horas) por la corriente de carga y descarga especificada (An). El factor es otra representación de la tasa de carga y descarga, y su valor es el recíproco de la tasa de tiempo. La tasa de descarga de la batería primaria se expresa como el tiempo desde la descarga de una resistencia fija hasta el voltaje de terminación. La tasa de descarga tiene una gran influencia en el rendimiento de la batería.

impedancia

La batería tiene un área de interfaz electrodo-electrolito grande, por lo que la batería puede ser equivalente a un bucle en serie entre un condensador grande y una resistencia pequeña y un inductor. Sin embargo, la situación real es mucho más complicada. En particular, la impedancia de la batería cambia con el tiempo y el nivel de CC. La impedancia medida solo es válida para el estado de medición específico.

la vida

La vida útil de almacenamiento se refiere al período máximo de tiempo que se permite almacenar desde el momento en que se fabrica la batería hasta el inicio de su uso, en años. El período de tiempo total, incluidos el almacenamiento y el uso, es el período de validez de la batería. La vida útil de la batería de almacenamiento se divide en vida útil en almacenamiento seco y vida útil en almacenamiento húmedo. El ciclo de vida es el número máximo de ciclos que la batería puede alcanzar en las condiciones especificadas. El sistema de prueba del ciclo de carga y descarga, incluida la tasa de carga y descarga, la profundidad de descarga y el rango de temperatura ambiente, debe estipularse al mismo tiempo cuando se especifica la vida útil del ciclo.

Tasa de autodescarga

La velocidad a la que la batería pierde su capacidad durante el almacenamiento. Expresado como porcentaje de la capacidad de pre-almacenamiento de pérdidas por autodescarga por unidad de tiempo de almacenamiento.

Baterías químicas

Las baterías químicas se refieren a un tipo de dispositivo que convierte la energía química de sustancias activas positivas y negativas en energía eléctrica a través de reacciones electroquímicas. Después de un largo período de investigación y desarrollo, las baterías químicas han introducido una amplia variedad de aplicaciones. Tan grande como un dispositivo enorme que pueda acomodar un constructor, tan pequeño como una variedad en milímetros. Para servir a nuestra buena vida todo el tiempo. El desarrollo de la tecnología electrónica moderna ha planteado altos requisitos para las baterías químicas. Cada avance en la tecnología de baterías químicas ha provocado un desarrollo revolucionario de equipos electrónicos. Las personas en la sociedad moderna dependen cada vez más de las baterías químicas en su vida diaria. Muchos científicos electroquímicos de todo el mundo ahora están centrando su interés en baterías químicas que funcionan con automóviles eléctricos.

Baterías secas y líquidas

La distinción entre baterías secas y baterías líquidas se limita al período de desarrollo temprano de la batería. Las primeras baterías consistían en recipientes de vidrio llenos de electrolitos y dos electrodos. Posteriormente, se introdujo una batería a base de un electrolito en pasta, también conocida como batería seca.

Todavía hay baterías "líquidas". Generalmente es una variedad muy grande. Por ejemplo, grandes baterías fijas de plomo-ácido utilizadas como fuentes de alimentación ininterrumpidas o baterías de plomo-ácido utilizadas junto con células solares. Para los dispositivos móviles, algunos utilizan baterías de plomo-ácido que no requieren mantenimiento y que se han sellado con éxito durante muchos años. El ácido sulfúrico electrolítico se fija mediante gel de silicona o se absorbe mediante tabiques de fibra de vidrio.

Baterías recargables y de una sola vez

Las baterías de un solo uso se conocen comúnmente como baterías "desechables" porque no se pueden recargar y solo se pueden desechar. Las baterías desechables comunes incluyen baterías alcalinas de manganeso, baterías de zinc-manganeso, baterías de litio, baterías de zinc, baterías de zinc vacías, baterías de zinc de mercurio, baterías de mercurio, baterías de hidrógeno y oxígeno y baterías de magnesio manganeso.

De acuerdo con los materiales y procesos de las baterías recargables, baterías comunes de plomo-ácido, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hierro, baterías de níquel-hidruro metálico y baterías de iones de litio. Su ventaja es que tiene un ciclo de vida largo. Se pueden cargar y descargar completamente más de 200 veces. Algunas baterías recargables tienen una carga mayor que la mayoría de las baterías desechables. En el uso de baterías ordinarias de níquel-cadmio y níquel-hidruro metálico, el efecto de memoria único causa inconvenientes en el uso y, a menudo, provoca fallas tempranas.

Teoría del tiempo de carga de la batería

El tiempo de carga teórico de la batería: la energía de la batería se divide por la corriente de salida del cargador.

Por ejemplo: tome una batería con una carga de 800 MAH como ejemplo. La corriente de salida del cargador es 500 MA. Entonces el tiempo de carga es igual a 800 MAH / 500 MA = 1,6 horas. Cuando se completa la pantalla del cargador, es mejor darle a la batería aproximadamente media hora. Tiempo de recarga.

pila de combustible

Las pilas de combustible son dispositivos que convierten la energía química de un combustible directamente en energía eléctrica mediante una reacción electroquímica. Las pilas de combustible utilizan hidrógeno para realizar una reacción de oxidación en el ánodo, oxidan el hidrógeno a iones de hidrógeno y el oxígeno realiza una reacción de reducción en el cátodo. Combinado con iones de hidrógeno del ánodo para producir agua. Se puede generar corriente durante la reacción Redox. La tecnología de pilas de combustible incluye la aparición de pilas de combustible alcalinas (AFC), pilas de combustible de fosfato (PAFC), pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), pilas de combustible de carbonato fundido (MCFC) y pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). Y la pila de combustible de metanol directo (DMFC), etc., y el uso de la reacción de oxidación del metanol como reacción positiva a la tecnología de pila de combustible también es un desarrollo optimista y positivo de la industria.

La página contiene el contenido de la traducción automática.