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Batterietechnologie

Batterietechnologie

Batterien werden immer häufiger eingesetzt. Mit zunehmender Verwendung von tragbaren und mobilen Geräten steigt auch der Einsatz von Batterietechnologie.

Die steigenden Anforderungen an Batterien haben dazu geführt, dass sich die Technologie in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt hat und in Zukunft weitere Entwicklungen zu erwarten sind.

Angesichts der großen Nachfrage nach Batterien steht eine Vielzahl unterschiedlicher Batterie- und Zelltechnologien zur Verfügung. Diese reichen von etablierten nicht wiederaufladbaren Technologien wie Zink-Kohlenstoff- und Alkalibatterien bis hin zu wiederaufladbaren Batterien, die von NiCd über NiMH-Zellen zu neueren wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien übergegangen sind. Angesichts des enormen Bedarfs an Batterien ist eine große Entwicklung der Batterietechnologie im Gange, und neue Arten von Zellen und Batterien werden zweifellos verfügbar sein und noch höhere Leistungsniveaus bieten.

Ein weiterer Bereich der Batterietechnologie, der immer wichtiger wird, sind die Umwelt- oder Umweltaspekte. Einige der alten Batterietechnologien enthalten Chemikalien, die als giftig angesehen werden können. Jetzt versuchen neue Designs, umweltfreundlichere Chemikalien zu verwenden. Nickel-Cadmium-Zellen gelten heute als umweltschädlich und werden nicht mehr so ​​häufig eingesetzt wie früher. Andere Batterien enthalten ebenfalls schädliche Chemikalien, was wahrscheinlich erhebliche Auswirkungen auf die Richtung künftiger Entwicklungen haben wird.

Grundlegende Batterie- und Zellenkonzepte

Mit Blick auf die Grundlagen der Batterietechnologie ist eine Batterie eine Kombination aus zwei oder mehr elektrochemischen Zellen. Diese elektrochemischen Zellen speichern Energie in Form von chemischer Energie, die in elektrische Energie umgewandelt wird, wenn sie an einen Stromkreis angeschlossen wird, in dem elektrischer Strom fließen kann.

Eine Zelle besteht aus zwei Elektroden, zwischen denen ein Elektrolyt angeordnet ist. Die negative Elektrode ist als Kathode bekannt, während die positive Elektrode als Anode bekannt ist. Der Elektrolyt zwischen ihnen kann entweder flüssig oder fest sein. Heutzutage sind viele Zellen in einem speziellen Behälter eingeschlossen, und zwischen Anode und Kathode befindet sich ein Element, das als Separator bekannt ist. Dies ist für den Elektrolyten porös und verhindert, dass die Schleppelektroden miteinander in Kontakt kommen.

Die Potentialdifferenz zwischen den Klemmen der Batterie wird als Klemmenspannung bezeichnet. Wenn die Batterie keinen Strom durchlässt, z. Wenn es nicht an einen Stromkreis angeschlossen ist, ist die angezeigte Klemmenspannung die Leerlaufspannung und entspricht der EMK oder der elektromotorischen Kraft der Batterie.

Es zeigt sich, dass alle Batterien einen bestimmten Innenwiderstand haben. Infolgedessen fällt die Klemmenspannung ab, wenn sie an eine externe Last angeschlossen wird. Wenn die Batterie erschöpft ist, steigt der Innenwiderstand und die Spannung unter Last fällt ab.

Primär- und Sekundärzellen

Obwohl es viele verschiedene Batterietypen gibt, gibt es zwei Hauptkategorien von Zellen oder Batterien, die zur Bereitstellung elektrischer Energie verwendet werden können. Jeder Typ hat seine eigenen Vor- und Nachteile, und daher wird jeder Batterietyp in verschiedenen Anwendungen verwendet, obwohl sie häufig ausgetauscht werden können:

  • Primärbatterien: Primärbatterien sind im Wesentlichen Batterien, die nicht aufgeladen werden können. Sie wandeln chemische Energie irreversibel in elektrische Energie um. Wenn alle Chemikalien in der Batterie reagiert haben, um elektrische Energie zu erzeugen, und sie erschöpft sind, kann die Batterie oder Zelle nicht ohne weiteres mit elektrischen Mitteln wiederhergestellt werden.
  • Sekundärbatterien: Sekundärbatterien oder Sekundärzellen unterscheiden sich von Primärbatterien darin, dass sie aufgeladen werden können. Die chemischen Reaktionen innerhalb der Zelle oder Batterie können umgekehrt werden, indem der Zelle elektrische Energie zugeführt wird, wodurch ihre ursprüngliche Zusammensetzung wiederhergestellt wird.

Standardgrößen für Zellen und Batterien

Es ist wichtig, dass Batterien und insbesondere Primärbatterien ausgetauscht werden können, wenn ihre Lebensdauer abgelaufen ist. Daher werden Batterien normalerweise in Standardbatteriegrößen geliefert, sodass Batterien verschiedener Hersteller verwendet werden können. Infolgedessen werden eine Reihe von Standardbatteriegrößen verwendet.

Eine Zusammenfassung der gängigsten Standardbatteriegrößen finden Sie unten:


Standardgrößen für Zellen und Batterien
ZelltypDurchmesser
mm
Höhe
mm
AAA10.544.5
AA14.550.5
C.26.250.0
D.34.261.5

Zelltypen

Es gibt viele verschiedene Arten von Zellen- oder Batterietechnologie, die verfügbar sind. Jeder Batterietyp hat seine Vor- und Nachteile. Dementsprechend können verschiedene Arten von Zellen- oder Batterietechnologie in verschiedenen Anwendungen verwendet werden. Die folgende Tabelle enthält eine Zusammenfassung einiger der verschiedenen Typen, die heute häufiger verwendet werden.


Batterietypen und ihre Eigenschaften
ZelltypNennspannung
V.
Eigenschaften
Primärzellen und Batterien
Alkalisches Mangandioxid1.5Weit verbreitet und bietet hohe Kapazität. Haltbarkeit normalerweise bis zu fünf Jahren. Kann mäßigen Strom liefern.
Lithiumthionylchlorid3.6Gut für niedrige bis mittlere Ströme. Hohe Energiedichte und lange Haltbarkeit.
Lithiummangandioxid3.0Lange Haltbarkeit kombiniert mit hoher Energiedichte und mäßiger Stromstärke.
Quecksilberoxid1.35Wird für Knopfzellen verwendet, wird jedoch aufgrund des darin enthaltenen Quecksilbers praktisch auslaufen.
Silvenoxid1.5Gute Energiedichte. Wird hauptsächlich für Schaltflächenzellen verwendet.
Zinkkohlenstoff1.5Weit verbreitet für Verbraucheranwendungen. Niedrige Kosten, mäßige Kapazität. Am besten unter zeitweiligen Einsatzbedingungen arbeiten.
Zinkluft1.4Wird hauptsächlich für Schaltflächenzellen verwendet. Einmal geöffnete Lebensdauer und geringe Stromstärke, aber hohe Energiedichte.
Sekundärzellen und Batterien
Nickel-Cadmium
NiCd
1.2Wurden sehr häufig verwendet, machten aber jetzt angesichts der Auswirkungen auf die Umwelt NiMH-Zellen und Batterien Platz. Geringer Innenwiderstand und kann große Ströme liefern. Lange Lebensdauer bei sorgfältiger Anwendung.
Nickelmetallhydrid
NiMH
1.2Höhere Kapazität, aber teurer als NiCads. Das Laden muss sorgfältig kontrolliert werden. Wird in vielen Anwendungen verwendet, in denen zuvor NiCads verwendet wurden.
Lithium-Ionen
Löwe
Höchste Kapazität und sie sind mittlerweile in vielen Laptops, Mobiltelefonen und Kameras weit verbreitet. usw. Das Laden muss sorgfältig kontrolliert werden und hat oft eine begrenzte Lebensdauer - normalerweise 300 Lade- / Entladezyklen.
Bleisäure2.0Weit verbreitet für Automobilanwendungen. Relativ günstig, aber die Lebenserwartung oft kurz.

Die Leistung der Batterietechnologie hat sich in den letzten Jahren erheblich verbessert. Da die Anforderungen an Batterien gestiegen sind und in kleineren Räumen eine größere Kapazität und ein höheres Maß an Zuverlässigkeit erforderlich sind, wurden erhebliche Forschungsarbeiten unternommen, um die neuen Anforderungen zu erfüllen.

Die Forschung hat zu viel längeren Zeiten zwischen Laden, höheren Kapazitätsniveaus und höheren Zuverlässigkeitsgraden geführt. Für die Zukunft werden die Anforderungen an Batterien nur noch steigen, und zweifellos wird sich die Technologie über alle Maßen verbessern.

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