Jenis bateri yang berbeza dan aplikasinya

Bateri adalah kumpulan satu atau lebih sel yang mengalami reaksi kimia untuk mewujudkan aliran elektron dalam litar. Ada banyak penelitian dan kemajuan dalam teknologi baterai, dan sebagai hasilnya, teknologi terobosan sedang dialami dan digunakan di seluruh dunia saat ini. Bateri mula digunakan kerana keperluan menyimpan tenaga elektrik yang dihasilkan. Sebanyak jumlah tenaga yang dihasilkan dihasilkan, penting untuk menyimpan tenaga sehingga dapat digunakan ketika generasi sedang mati atau ketika ada keperluan untuk menyalakan peranti mandiri yang tidak dapat ditambat ke sumber listrik. Di sini harus diperhatikan bahawa hanya DC yang dapat disimpan dalam bateri, arus AC tidak dapat disimpan.

Sel bateri biasanya terdiri daripada tiga komponen utama;

Anod (Elektrod Negatif)
Katod (Elektrod Positif)
Elektrolit

Anod adalah elektrod negatif yang menghasilkan elektron ke litar luaran tempat bateri disambungkan. Apabila bateri disambungkan, penumpukan elektron dimulakan di anod yang menyebabkan perbezaan potensi antara kedua elektrod. Elektron secara semula jadi kemudian cuba mengagihkan semula diri, ini dihalang oleh elektrolit, jadi apabila litar elektrik disambungkan, ia memberikan jalan yang jelas bagi elektron untuk bergerak dari anoda ke katod sehingga menghidupkan litar yang disambungkannya. Dengan mengubah susunan dan bahan yang digunakan untuk membina Anode, Cathode dan Electrolyte, kita dapat mencapai banyak jenis kimia bateri yang memungkinkan kita merancang pelbagai jenis sel bateri. Dalam artikel ini mari kita memahami pelbagai jenis bateri dan penggunaannya, jadi mari kita mulakan.

Jenis Bateri

Bateri secara amnya dapat diklasifikasikan ke dalam kategori dan jenis yang berbeza, mulai dari komposisi kimia, ukuran, faktor bentuk dan kes penggunaan, tetapi di bawah semua ini terdapat dua jenis bateri utama;

Bateri Utama
Bateri Sekunder

Mari kita lihat lebih mendalam untuk memahami perbezaan utama antara sel Primacy dan Secondary Cell.

1. Bateri Utama

Bateri primer adalah bateri yang tidak dapat diisi semula setelah habis. Bateri primer terbuat dari sel elektrokimia yang reaksi elektrokimia tidak dapat diterbalikkan.

Bateri primer wujud dalam pelbagai bentuk mulai dari sel duit syiling hingga bateri AA. Mereka biasanya digunakan dalam aplikasi mandiri di mana pengecasan tidak praktikal atau mustahil. Contoh yang baik adalah dalam peranti kelas ketenteraan dan peralatan bertenaga bateri. Adalah tidak praktikal untuk menggunakan bateri yang boleh dicas semula kerana mengecas semula bateri akan menjadi perkara terakhir dalam fikiran tentera. Bateri primer selalu mempunyai tenaga spesifik yang tinggi dan sistem di mana ia digunakan selalu dirancang untuk menggunakan jumlah kuasa yang rendah untuk membolehkan bateri bertahan selama mungkin.

Beberapa contoh peranti lain yang menggunakan bateri utama termasuk; Pembuat langkah, Penjejak haiwan, Jam tangan, alat kawalan jauh dan mainan kanak-kanak untuk menyebutkan beberapa.

Jenis bateri primer yang paling popular ialah bateri alkali. Mereka mempunyai tenaga spesifik yang tinggi dan mesra alam, menjimatkan kos dan tidak bocor walaupun habis sepenuhnya. Mereka dapat disimpan selama beberapa tahun, memiliki catatan keselamatan yang baik dan dapat dibawa di dalam pesawat tanpa tunduk pada Pengangkutan PBB dan peraturan lain. Satu-satunya kelemahan bateri alkali ialah arus beban rendah, yang membatasi penggunaannya kepada peranti dengan keperluan arus rendah seperti alat kawalan jauh, lampu suluh dan peranti hiburan mudah alih.

2. Bateri Sekunder

Bateri sekunder adalah bateri dengan sel elektrokimia yang tindak balas kimianya dapat dibalikkan dengan menerapkan voltan tertentu pada bateri ke arah terbalik. Juga disebut sebagai bateri yang dapat diisi ulang, sel sekunder tidak seperti sel primer dapat diisi ulang setelah tenaga bateri habis.

Mereka biasanya digunakan dalam aplikasi longkang tinggi dan senario lain di mana terlalu mahal atau tidak praktikal untuk menggunakan bateri cas tunggal. Bateri sekunder berkapasiti kecil digunakan untuk menggerakkan peranti elektronik mudah alih seperti telefon bimbit, dan alat dan perkakas lain sementara bateri tugas berat digunakan dalam menghidupkan pelbagai kenderaan elektrik dan aplikasi longkang tinggi lain seperti meratakan beban dalam penjanaan elektrik. Mereka juga digunakan sebagai sumber kuasa mandiri di samping Inverter untuk membekalkan elektrik. Walaupun kos awal memperoleh bateri boleh dicas semula selalu jauh lebih tinggi daripada bateri primer tetapi ia paling menjimatkan dalam jangka masa panjang.

Bateri sekunder boleh dikelaskan lagi kepada beberapa jenis lain berdasarkan kimia mereka . Ini sangat penting kerana kimia menentukan beberapa sifat bateri termasuk tenaga spesifiknya, jangka hayat, jangka hayat, dan harganya.

Berikut adalah pelbagai jenis bateri boleh dicas semula yang biasa digunakan.

Lithium-ion (Li-ion)
Kadmium Nikel (Ni-Cd)
Hidrida Nikel-Logam (Ni-MH)
Asid plumbum

1. Bateri Nikel-Kadmium

Bateri nikel-kadmium (bateri NiCd atau bateri NiCad) adalah sejenis bateri boleh dicas semula yang dikembangkan menggunakan nikel oksida hidroksida dan kadmium logam sebagai elektrod. Bateri Ni-Cd unggul dalam mengekalkan voltan dan menahan daya semasa tidak digunakan. Walau bagaimanapun, bateri NI-Cd dengan mudah menjadi mangsa kesan "ingatan" yang ditakuti apabila bateri yang diisi sebahagian diisi semula, menurunkan kapasiti bateri masa depan.

Sebagai perbandingan dengan jenis sel yang boleh dicas semula yang lain, bateri Ni-Cd menawarkan kitaran hidup dan prestasi yang baik pada suhu rendah dengan kapasiti yang adil tetapi kelebihan mereka yang paling ketara adalah kemampuan mereka untuk memberikan kapasiti dinilai penuh pada kadar pelepasan yang tinggi. Mereka boleh didapati dalam pelbagai saiz termasuk ukuran yang digunakan untuk bateri alkali, sel AAA hingga D. Ni-Cd digunakan secara individu atau dipasang dalam pek dua atau lebih sel. Pek kecil digunakan dalam peranti mudah alih, elektronik dan mainan sementara yang lebih besar dapat digunakan dalam bateri mulai pesawat, kenderaan elektrik dan bekalan kuasa siap sedia.

Sebilangan sifat bateri Nikel-Kadmium disenaraikan di bawah.

Tenaga Khusus: 40-60W-h / kg
Ketumpatan Tenaga: 50-150 Wh / L
Kuasa Khusus: 150W / kg
Kecekapan caj / pelepasan: 70-90%
Kadar pelepasan diri: 10% / bulan
Ketahanan / hayat kitaran: 2000 kitaran

2. Bateri Hidrida Logam Nikel

Hidrida logam nikel (Ni-MH) adalah jenis konfigurasi kimia lain yang digunakan untuk bateri yang boleh dicas semula. Tindak balas kimia pada elektrod positif bateri serupa dengan sel nikel-kadmium (NiCd), dengan kedua-dua jenis bateri menggunakan nikel oksida hidroksida (NiOOH) yang sama. Walau bagaimanapun, elektrod negatif dalam Nikel-Logam Hidrida menggunakan aloi penyerap hidrogen dan bukan kadmium yang digunakan dalam bateri NiCd

Bateri NiMH dapat digunakan dalam peranti saliran tinggi kerana kapasiti dan ketumpatan tenaga yang tinggi. Bateri NiMH dapat memiliki kapasitas dua hingga tiga kali ganda dari bateri NiCd dengan ukuran yang sama, dan ketumpatan tenaganya dapat menghampiri bateri lithium-ion. Tidak seperti kimia NiCd, bateri berdasarkan kimia NiMH tidak mudah terkena kesan "memori" yang dialami oleh NiCads.

Berikut adalah beberapa sifat bateri berdasarkan kimia hidrida logam nikel;

Tenaga Khusus: 60-120h / kg
Ketumpatan Tenaga: 140-300 Wh / L
Kuasa Khusus: 250-1000 W / kg
Kecekapan caj / pelepasan: 66% - 92%
Kadar diri-pelepasan: 1,3-2,9% / bulan pada 20 ^o C
Daya Tahan Kitaran / hayat: 180 -2000

3. Bateri Lithium-ion

Bateri ion litium adalah salah satu jenis bateri boleh dicas semula yang paling popular. Terdapat banyak jenis bateri Lithium, tetapi di antara semua bateri lithium-ion adalah yang paling biasa digunakan. Anda dapati bateri lithium ini digunakan dalam pelbagai bentuk yang popular di antara kenderaan elektrik dan alat mudah alih yang lain. Sekiranya anda ingin tahu lebih banyak mengenai bateri yang digunakan dalam kenderaan elektrik, anda boleh membaca artikel ini mengenai bateri kenderaan elektrik. Mereka dijumpai di pelbagai peralatan mudah alih termasuk telefon bimbit, peranti pintar dan beberapa peralatan bateri lain yang digunakan di rumah. Mereka juga menemui aplikasi dalam aeroangkasa dan aplikasi ketenteraan kerana sifatnya yang ringan.

Bateri ion litium adalah sejenis bateri yang boleh dicas semula di mana ion litium dari elektrod negatif berpindah ke elektrod positif semasa pelepasan dan berpindah kembali ke elektrod negatif semasa bateri sedang dicas. Bateri Li-ion menggunakan sebatian litium interkalasi sebagai satu bahan elektrod, berbanding dengan litium logam yang digunakan dalam bateri litium yang tidak boleh dicas semula.

Bateri ion litium pada amnya mempunyai ketumpatan tenaga yang tinggi, kesan memori yang sedikit atau tanpa daya dan pengosongan diri yang rendah berbanding dengan jenis bateri yang lain. Kimia mereka di samping prestasi dan kosnya berbeza-beza dalam kes penggunaan yang berbeza, contohnya, bateri Li-ion yang digunakan dalam peranti elektronik genggam biasanya berdasarkan lithium cobalt oxide (LiCoO ₂) yang memberikan kepadatan tenaga yang tinggi dan risiko keselamatan yang rendah apabila rosak semasa Li-ion bateri berdasarkan Lithium iron fosfat yang menawarkan ketumpatan tenaga yang lebih rendah lebih selamat kerana kemungkinan berlakunya kejadian malang yang banyak digunakan dalam menghidupkan alat elektrik dan peralatan perubatan. Bateri litium-ion menawarkan nisbah prestasi terbaik dengan berat dengan bateri lithium sulfur yang menawarkan nisbah tertinggi.

Beberapa sifat bateri lithium-ion disenaraikan di bawah;

Tenaga Khusus: 100: 265W-h / kg
Ketumpatan Tenaga: 250: 693 Wh / L
Kuasa Khusus: 250: 340 W / kg
Peratusan caj / pelepasan: 80-90%
Ketahanan Kitaran: 400: 1200 kitaran
Voltan sel nominal: NMC 3.6 / 3.85V

4. Bateri Asid Plumbum

Bateri asid plumbum adalah tenaga kerja berkuasa rendah yang boleh dipercayai yang digunakan dalam aplikasi tugas berat. Mereka biasanya sangat besar dan kerana beratnya, mereka selalu digunakan dalam aplikasi yang tidak mudah alih seperti penyimpanan tenaga panel surya, pencucuhan dan lampu kenderaan, daya sandaran dan meratakan beban dalam penjanaan / pengagihan tenaga. Asid plumbum adalah jenis bateri boleh dicas semula yang tertua dan masih sangat relevan dan penting dalam dunia masa kini. Bateri asid plumbum mempunyai nisbah tenaga dan isipadu yang sangat rendah tetapi nisbah tenaga terhadap berat tetapi mempunyai nisbah kuasa dan berat yang agak besar dan sebagai hasilnya, dapat membekalkan arus lonjakan yang besar apabila diperlukan. Sifat-sifat ini di samping harganya yang rendah menjadikan bateri ini menarik untuk digunakan dalam beberapa aplikasi arus tinggi seperti menghidupkan motor starter automobil dan untuk penyimpanan dalam bekalan kuasa sandaran.Anda juga boleh melihat artikel mengenai Baterai Asid Lead yang berfungsi jika anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai pelbagai jenis bateri asid plumbum, pembinaan dan aplikasinya.

Setiap bateri ini mempunyai kawasan yang paling sesuai dan gambar di bawah adalah untuk memilih antara mereka.

Memilih bateri yang sesuai untuk aplikasi anda

Salah satu masalah utama yang menghalangi revolusi teknologi seperti IoT adalah kuasa, hayat bateri mempengaruhi kejayaan penggunaan peranti yang memerlukan jangka hayat bateri yang lama dan walaupun beberapa teknik pengurusan kuasa diadopsi untuk menjadikan bateri tahan lebih lama, bateri yang sesuai masih harus dipilih untuk mencapai hasil yang diinginkan.

Berikut adalah beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan semasa memilih jenis bateri yang tepat untuk projek anda.

1. Ketumpatan Tenaga: Ketumpatan tenaga adalah jumlah tenaga yang boleh disimpan setiap unit jisim atau isipadu. Ini menentukan berapa lama peranti anda tetap aktif sebelum memerlukan pengisian semula.

2. Ketumpatan Daya: Kadar maksimum pengeluaran tenaga per unit jisim atau isipadu Kuasa rendah: komputer riba, i-pod. Kuasa tinggi: alat kuasa.

3. Keselamatan: Penting untuk mempertimbangkan suhu di mana peranti yang anda bina akan berfungsi. Pada suhu tinggi, komponen bateri tertentu akan rosak dan boleh mengalami reaksi eksotermik. Suhu tinggi pada amnya mengurangkan prestasi kebanyakan bateri.

4. Daya tahan kitaran hidup: Kestabilan ketumpatan tenaga dan ketumpatan kuasa bateri dengan kitar semula berulang (mengecas dan melepaskan) diperlukan untuk jangka hayat bateri yang lama yang diperlukan oleh kebanyakan aplikasi.

5. Kos: Kos adalah bahagian penting dari sebarang keputusan kejuruteraan yang akan anda buat. Adalah penting bahawa kos pilihan bateri anda sepadan dengan prestasinya dan tidak akan meningkatkan keseluruhan kos projek secara tidak normal.