Разработка аккумуляторов

В древние времена люди, возможно, постоянно изучали и испытывали такие вещи, как «электричество». В 1932 году недалеко от Багдада в Ираке была обнаружена глиняная бутылка, возраст которой насчитывает тысячи лет. В медный цилиндр вставлен железный стержень - он может использоваться для хранения статического электричества, но секрет бутылки может никогда не быть раскрыт. Независимо от того, знали ли предки, создавшие эту глиняную бутылку, статическое электричество, несомненно, что древние греки знали об этом абсолютно. Они знали, что если натереть янтарь, то смогут притягивать легкие предметы. В 1940-х и 1950-х годах совершенствование устройств для выработки электроэнергии и изучение явлений атмосферного электричества вызвали широкий интерес физиков. В 1745 году прусский Клейст использовал провода, чтобы направить электричество трения на железные гвозди. стеклянные бутылки. Когда он дотронулся рукой до гвоздя, его сильно ударили. Возможно, вдохновленный этим открытием, Мейсон Брок из Лейденского университета в Нидерландах в 1746 году изобрел «лейденскую бутылку» для сбора зарядов. Он хотел найти способ ее сохранить, потому что он видел, что электричество, которое ему удалось собрать, может легко исчезнуть. в воздухе. Однажды он завис в воздухе с бочкой, соединенной со стволом с мотором, и вытащил из бочки с помощью медной проволоки, погрузил в стеклянную бутылку с водой, он позволил помощнику Одна рука держит стеклянную бутылку, и Мейсон Брок сильно трясет мотором. В это время его помощник случайно ударил другой рукой стволом. Он внезапно почувствовал сильный удар током и закричал. Затем Мейсон Брок поменялся с помощником и попросил помощника встряхнуть мотор. Одной рукой он взял бутылку с водой, а другой коснулся бочки. В 1780 году итальянский анатом Луиджи Гальвани держал в руках разные металлические инструменты, рассекая лягушку. При этом он случайно коснулся лягушачьего бедра. Мышцы лягушачьих лапок тут же подергивались, словно от электричества. Если прикоснуться к лягушке одним металлическим приспособлением, такой реакции не будет. Луиджи Гальвани считает, что этот вид вызван электричеством, вырабатываемым внутри тела животного. Он назвал это «биоэлектричеством». Открытие Гальвани вызвало большой интерес физиков. Они соревновались, чтобы повторить эксперименты Гальвани в попытке найти способ генерировать ток. Итальянский физик Вольт после многих экспериментов подумал: «биоэлектричество» Гальвани неверно. Работают мышцы лягушки. Чтобы доказать свою точку зрения, Вольт погрузил два разных куска металла в различные растворы для тестирования. Было обнаружено, что до тех пор, пока одна из двух металлических таблеток реагирует с раствором, между металлическими листами могут возникать электрические токи. В 1799 году итальянский физик Вольт погрузил цинковую пластину и оловянную пластину в соленую воду и обнаружил, что через провод, соединяющий два металла, проходит ток. Поэтому он сложил большое количество кусочков цинка и серебра между листами пуха или бумаги, пропитанными соленой водой. Прикоснувшись к обоим концам рукой, вы почувствуете сильный удар электрическим током. Таким образом, Volt удалось создать первую в мире батарею, «Volt Stack». Этот «Volt Stack» на самом деле представляет собой серию батарей. Он стал первым электрическим экспериментом и источником электричества для телеграфных машин. В 1836 году Дэниел из Соединенного Королевства усовершенствовал «Вольт-реактор». Он использовал разбавленную серную кислоту в качестве электролита для решения проблемы поляризации батареи и создал первую неполяризованную цинк-медную батарею, которая может поддерживать ток. С тех пор у этих аккумуляторов напряжение снижается с увеличением срока службы. Когда напряжение батареи падает после определенного периода использования, напряжение батареи повышается. Поскольку эту батарею можно перезаряжать и использовать повторно, она называется «батареей». Однако независимо от того, какой тип аккумулятора требуется для заполнения жидкости между двумя металлическими пластинами, носить его неудобно. В частности, в батарее используется серная кислота, которая опасна при движении. Также в 1860 году Жорж Лекланш из Франции также изобрел предшественника самой широко используемой в мире батареи (угольно-цинковой батареи). Его отрицательный электрод представляет собой стержень из сплава цинка и ртути (отрицательный электрод прототипа цинковольтовой батареи, который оказался одним из лучших металлов для материала отрицательного электрода). Его положительный полюс представляет собой смесь измельченного диоксида марганца и углерода в пористой чашке. Углеродный стержень вставлен в эту смесь как токоприемник. И отрицательные, и положительные чашки погружены в растворы хлорида аммония в качестве электролитов. Эта система получила название «мокрый аккумулятор». Хотя батареи, изготовленные Джорджем Лекланшем, были простыми, но дешевыми, их не заменяли улучшенными «сухими батареями» до 1880 года. Отрицательный электрод превращается в цинковый резервуар (т.е. оболочку батареи), а электролит превращается в пасту. чем жидкость. По сути, это теперь известно как угольно-цинковая батарея. В 1887 году англичанин Хеллерсон изобрел первую сухую батарею. Электролит сухой батареи - паста, без утечки, легко переносится, поэтому он широко используется. В 1890 году Томас Эдисон изобрел перезаряжаемую железно-никелевую батарею.

Батарея относится к устройству, которое содержит раствор электролита и металлический электрод для генерации тока в чашке, резервуаре или другом контейнере или части композитного контейнера, который может преобразовывать химическую энергию в электрическую. Есть положительные и отрицательные полюса. С развитием науки и техники под батареями понимаются небольшие устройства, которые могут вырабатывать электричество. Такие как солнечные батареи. Рабочие параметры батареи в основном включают электродвижущую силу, емкость, удельную энергию и сопротивление. Используя батареи в качестве источника энергии, мы можем получить стабильное напряжение, стабильный ток, стабильное питание в течение длительного времени и небольшое количество внешнего воздействия. Кроме того, конструкция аккумулятора проста, удобна для переноски, а операция зарядки и разрядки проста и легка, и на нее не влияют внешний климат и температура. Производительность стабильна и надежна, и она играет большую роль во всех аспектах современной общественной жизни.

В 1746 году Мейсон Брок из Лейденского университета в Нидерландах изобрел «лейденскую бутылку» для сбора зарядов. Он хотел найти способ сохранить его, потому что видел, что электричество, которое ему удалось собрать, может легко исчезнуть в воздухе. Однажды он завис в воздухе с бочкой, соединенной со стволом с мотором, и вытащил из бочки с помощью медной проволоки, погрузил в стеклянную бутылку с водой, он позволил помощнику Одна рука держит стеклянную бутылку, и Мейсон Брок сильно трясет мотором. В это время его помощник случайно ударил другой рукой стволом. Он внезапно почувствовал сильный удар током и закричал. Затем Мейсон Брок поменялся с помощником и попросил помощника встряхнуть мотор. Одной рукой он взял бутылку с водой, а другой коснулся бочки.

В 1780 году итальянский анатом Луиджи Гальвани держал в руках разные металлические инструменты, рассекая лягушку. При этом он случайно коснулся лягушачьего бедра. Мышцы лягушачьих лапок тут же подергивались, словно от электричества. Если прикоснуться к лягушке одним металлическим приспособлением, такой реакции не будет. Гальвани считает, что этот вид вызван электричеством, вырабатываемым внутри тела животного. Он назвал это «биоэлектричеством».

Открытие Гальвани вызвало большой интерес физиков. Они соревновались, чтобы повторить эксперименты Гальвани в попытке найти способ генерировать ток. Итальянский физик Вольт после многих экспериментов подумал: «биоэлектричество» Гальвани неверно. Мышцы лягушки могут производить электрические токи, вероятно, потому, что в мышцах действует какая-то жидкость. Чтобы доказать свою точку зрения, Вольт погрузил два разных куска металла в различные растворы для тестирования. Было обнаружено, что до тех пор, пока одна из двух металлических таблеток реагирует с раствором, между металлическими листами могут возникать электрические токи.

В 1799 году итальянский физик Вольт погрузил цинковую пластину и оловянную пластину в соленую воду и обнаружил, что через провода, соединяющие два металла, прошел ток. Поэтому он положил много ворсистой ткани или бумажных листов, смоченных в соленой воде, между цинковыми и серебряными листами. Коснувшись обоих концов рукой, вы почувствуете сильную электрическую стимуляцию. Таким образом, Volt удалось создать первую в мире батарею, «Volt Stack». Этот «стек вольт» на самом деле представляет собой последовательный аккумулятор. Он стал источником энергии для первых электрических экспериментов и телеграфных машин.

В 1836 году Дэниел из Соединенного Королевства усовершенствовал «Вольт-реактор». Он использовал разбавленную серную кислоту в качестве электролита для решения проблемы поляризации батареи и создал первую неполяризованную цинк-медную батарею, которая может поддерживать ток. С тех пор у этих аккумуляторов напряжение снижается с увеличением срока службы.

Когда напряжение падает после того, как батарея использовалась в течение определенного периода времени, ей может быть подан обратный ток, чтобы напряжение батареи восстановилось. Поскольку эту батарею можно перезаряжать и использовать повторно, она называется «батареей».

Также в 1860 году француз Жорж Лекланш изобрел предшественницу широко используемой в мире батареи (угольно-цинковую батарею). Его отрицательный электрод представляет собой стержень из сплава цинка и ртути (отрицательный электрод прототипа цинковольтной батареи, который оказался одним из лучших металлов для материала отрицательного электрода), а его положительный электрод представляет собой раздавленные два в пористом слое. чашка. смесь оксида марганца и углерода. Углеродный стержень вставлялся в смесь как токоприемник. Как стержень отрицательного электрода, так и чашка положительного электрода были погружены в раствор хлорида аммония в качестве раствора электролита. Эта система получила название «мокрый аккумулятор». Батарея производства Lakeland была простой, но дешевой, поэтому «сухая батарея» была заменена только в 1880 году. Отрицательный электрод превращается в цинковую банку (то есть во внешний корпус батареи), а электролит становится пастой, а не жидкостью, которая в основном представляет собой углеродно-цинковую батарею, которую мы теперь знаем.

В 1887 году англичанин Хелесен изобрел первую сухую батарею. Электролит сухой батареи - паста, без утечки, легко переносится, поэтому он широко используется.

В 1890 году Томас Эдисон изобрел перезаряжаемую железно-никелевую батарею.

В химической батарее прямое преобразование химической энергии в электрическую является результатом спонтанного окисления, восстановления и других химических реакций внутри батареи. Эта реакция осуществляется на двух электродах. Отрицательные активные вещества состоят из восстановителей, которые имеют отрицательный потенциал и стабильны в электролитах, таких как активные металлы, такие как цинк, кадмий и свинец, а также водород или углеводороды. Положительные активные вещества состоят из окислителей с положительным потенциалом и стабильны в электролитах, таких как оксиды металлов, такие как диоксид марганца, диоксид свинца, оксид никеля, кислород или воздух, галоген и его соли, кислородная кислота и ее соли. Электролиты - это материалы с хорошей ионной проводимостью, такие как водные растворы кислот, оснований и солей, органические или неорганические неводные растворы, расплавленные соли или твердые электролиты. Когда внешняя цепь отключена, несмотря на разность потенциалов (напряжение холостого хода) между двумя полюсами, ток отсутствует, а химическая энергия, накопленная в батарее, не преобразуется в электрическую. Когда внешняя цепь замкнута, через внешнюю цепь протекает ток под действием двухэлектродной разности потенциалов. В то же время внутри батареи, поскольку в электролите нет свободных электронов, перенос заряда должен сопровождаться реакцией окисления или восстановления границы раздела между полярным активным материалом и электролитом, а также переносом материала электролита. реагенты и продукты реакции. Перенос заряда в электролите также осуществляется за счет миграции ионов. Следовательно, нормальный процесс переноса заряда и переноса материала внутри батареи является необходимым условием для обеспечения нормального вывода электрической энергии. При зарядке направление внутренней передачи и массообмена аккумулятора прямо противоположно направлению разряда; Реакция электрода должна быть обратимой, чтобы обеспечить нормальный перенос массы и электричества в противоположном направлении. Следовательно, обратимая электродная реакция является необходимым условием образования батареи. G - приращение свободной энергии реакции Гиббса (кокс); F - постоянная Фарадея = 96500 библиотека = 26,8 час; N - эквивалент реакции батареи. Это основная термодинамическая зависимость между электродвижущей силой батареи и реакцией батареи, а также основное термодинамическое уравнение для расчета эффективности преобразования энергии батареи. Фактически, когда ток проходит через электрод, электродный потенциал должен отклоняться от термодинамического равновесного электродного потенциала. Это явление называется поляризацией. Чем больше плотность тока (ток, проходящий через единицу площади электрода), тем сильнее поляризация. Поляризация - одна из важных причин потери энергии аккумулятором.

Страница содержит содержимое машинного перевода.