Prensîba xebatê ya bataryayên hilanîna enerjiyê
Anpîlê hilanînê enerjiyêamûreke ku enerjiyê di navbera enerjiya elektrîkê û enerjiya kîmyewî de diguherîne û depo dike. Di dema avêtinê de, enerjiya kîmyewî rasterast di enerjiya elektrîkê de tê veguherandin; di dema barkirinê de, enerjiya elektrîkê ji bo hilanînê vedigere enerjiya kîmyewî. Elektrodên erênî û neyînî yên di pîlê de ji materyalên cûda têne çêkirin. Dema ku heman elektrolît tê xistin, her du elektrod dê potansiyelên elektrodê yên xwe saz bikin, wekî ku ji hêla xêza şikestî ya ABCD-ê ve di Figure 1-4 de tê xuyang kirin (cihê di navbera xeta şikestî û elektrodê de qata ducara elektrîkê ya çêkirî temsîl dike). Cûdahiya di potansiyela elektrodê ya hevsengiyê de di navbera elektrodên erênî û neyînî de hêza elektromotîv a pîlê (EMF) E.
Figure 14 Diyagrama şematîkî ya prensîba xebatê ya pîlê hilanîna enerjiyê
Dema ku elektrodên erênî û neyînî bi barek derveyî ve têne girêdan, materyalê elektrodê erênî elektronan digire û bertekek kêmkirinê derbas dike, polarîzasyona katodî çêdike, bi vî rengî potansiyela elektrodê ya erênî kêm dike; maddeya elektrodê neyînî elektronan winda dike û bertekek oksîdasyonê derbas dike, polarîzasyona anodîk çêdike, bi vî rengî potansiyela elektrodê neyînî bilind dike. Ji bo çerxa derve, elektron ji elektroda neyînî diherikin elektroda erênî, ji ber vê yekê rêgeza heyî ji elektroda erênî berbi elektroda neyînî ye. Di elektrolîtê de, veguheztina barkirinê bi tevgera îyonê pêk tê, bi vî rengî rêça niha di çerxa hundurîn de ji elektroda neyînî berbi elektroda erênî ye. Di rewşa dakêşanê de, belavkirina potansiyela bataryayê bi xetên şikestî A'B'C'D' di xêza 1-ê de tê nîşandan-4. Tevahiya pêvajo xelekek girtî ya bêkêmasî pêk tîne, rê dide ku reaksiyonên oksîdasyon û kêmkirinê yên li elektrodê bi domdarî berdewam bikin, bi vî rengî herikîna domdar a di nav lûleya girtî de misoger dike. Dema ku pîlê kar dike, ji reaksiyonên elektrokîmyayî yên ku enerjiya elektrîkê li elektrodê çêdikin, reaksiyonên hilberîna herikînê, û ji maddeyên ku beşdarî van reaksiyonan dibin, jê re madeyên çalak tê gotin.
Pêvajoya barkirina pîlê bi bingehîn berevajiya pêvajoya dakêşana wê ye. Di dema barkirinê de, oksîdasyon li elektroda erênî pêk tê, dema ku kêmbûn li elektroda neyînî pêk tê; di heman demê de, rêça koçkirina îyonan di elektrolîtê de berevajî ya di dema dakêşanê de ye, û çavkaniyek hêzek derveyî ya ku ji voltaja dorhêla vekirî ya -bêtir e, pêdivî ye ku ev pêvajoya veguheztina kîmyewî bimeşîne, wekî ku ji hêla xêzên şikestî A"B"C"D" di Figure 1-4 de tê xuyang kirin.
Ji bo hêsankirina veguheztina rasterast a enerjiya kîmyewî di enerjiya elektrîkê de, pêvajoya redoxê ya ku di hundurê pîlê hilanîna enerjiyê de pêk tê, bi bingehîn ji reaksiyonên redox-ê yên kevneşopî cûda dibe. Di pîlê de, pêvajoyên windakirina elektronan (oksîdasyon) û bidestxistina elektronan (kêmkirin) divê li herêmên cûda werin veqetandin. Wekî din, dema ku pêkhateyên çalak beşdarî reaksiyonê dibin, divê elektron di nav çemberek derveyî de biherikin. Van her du hêmanên sereke mekanîzmaya redoxê ya di hundurê pîlê de ji reaksiyonên redoksa kîmyewî yên asayî û reaksiyonên mîkro- di diyardeyên korozyona elektrokîmyayî de cihê dikin.
Pêkhatina bataryayên hilanîna enerjiyê
Pêdivî ye ku pîlê hilanîna enerjiyê ya bingehîn çar hêmanên bingehîn hebin: elektrod, elektrolît, veqetandî, û qulika pîlê.
elektrodê
Elektrod, wekî hêmanên sereke yên pîlê, di nav elektrodên erênî û neyînî de têne dabeş kirin, ku bi gelemperî ji materyalên çalak û çarçoveyek rêkûpêk pêk tê. Di nav wan de, materyalên çalak bi reaksiyonên kîmyewî di dema daxistina pîlê de enerjiya elektrîkê diafirînin, û faktora sereke ne ku performansa pîlê diyar dike. Materyalên çalak bi piranî hişk in, lê dikarin wekî şil an gaz jî hebin.
Materyalên çalak bandorek diyarker li ser performansa giştî ya pîlê heye, û ji ber vê yekê bi gelemperî daxwazên performansê yên jêrîn hene: ① Divê materyalê elektrodê erênî xwedan potansiyelek bilind be, dema ku materyalê elektrodê neyînî pêdivî ye ku potansiyelek kêm bidomîne, da ku pê ewle bibe ku pîlê dikare hêzek elektrîkê ya mezin çêbike; ② Pêdivî ye ku materyalên çalak xwedan reaktîvîteya elektrokîmyayî ya baş bin, ango divê ew bi hêsanî beşdarî pêvajoyên redox bibin; ③ Pêwîst e ku pêkhateyên çalak ji hêla giranî û qebareyê ve xwedan kapasîteya taybetî ya bilind bin; ④ Pêdivî ye ku materyalên çalak di çareseriyên elektrolîtê de xwedan îstîqrara kîmyewî ya hêja bin, û rêjeya xwe-hilweşînê bi qasî ku gengaz kêm be; ⑤ Pêdivî ye ku materyalên çalak xwedan guheztina elektronîkî ya bilind bin; ⑥ Ji perspektîfa aborî û pêşveçûna domdar, materyalên çalak ên îdeal divê çavkaniyên ku li ser rûyê erdê pir û erzan bin; ⑦ Divê materyalên çalak ji bo tenduristiya mirovan û jîngeha xwezayî jî bê zirar bin.
Bicihanîna hemî standardên jorîn ji bo materyalek çalak a taybetî pir dijwar e; Ji ber vê yekê, dema ku materyalek çalak hilbijêrin, lênihêrînek berfireh hewce ye. Heya nuha, materyalên katodê yên ku herî zêde têne bikar anîn oksîdên metal in, wek dîoksîta lîber, dîoksîta manganese, û oksîtê nîkel, û her weha oksîjena ji hewayê. Ji bo materyalên anode, cûrbecûr metalên reaktîf ên kîmyewî têne tercîh kirin, wekî zinc, serber, kadmium, hesin, lîtium û sodyûm.
Fonksiyona çarçoweya veguhêz ew e ku materyalê çalak bi çerxa derveyî ve girêbide û dabeşek hevseng a heyî peyda bike. Ew jî materyalê çalak piştgirî dike. Divê çarçoveyek rêkûpêk a îdeal xwedan hêza mekanîkî ya hêja, aramiya kîmyewî ya bilind, berxwedana kêm, û pêvajoyek baş be.
elektrolîtan
Fonksiyona bingehîn a elektrolîtê ew e ku di navbera elektrodên erênî û neyînî de rêgirtina îyonê ya bi bandor peyda bike, ku peywira veguheztina îonê digire. Di hin rewşan de, ew dikare di reaksiyonên elektrokîmyayî de jî beşdar bibe. Ji bo elektrolîta ku di pîlê de tê bikar anîn, performansa wê divê hewcedariyên jêrîn bicîh bîne: ① Divê ew xwedan îstîqrara kîmyewî ya baş be da ku pêşî li reaksiyonên elektrokîmyayî yên girîng ên di navbera elektrolît û materyalê çalak de bigire di dema hilanînê de, bi vî rengî xwe-derxistina bataryayê kêm bike; ② Pêdivî ye ku ew xwedan guheztina elektrîkê ya bilind be. Pêkhateya elektrolîtê di nav cûreyên cûda yên bataryayê de diguhere, û bi gelemperî, çareseriyên avî yên asîd, alkalis, an xwêyên bi guheztina hêja wekî elektrolît têne hilbijartin. Lêbelê, hin teknolojiyên nû yên hêzê dibe ku materyalên nû yên wekî elektrolîtên rûkalên organîk, elektrolîtên xwêya şilandî, an elektrolîtên hişk bikar bînin.
cudakirin
Veqetandinek, ku wekî membran an dabeşkirin jî tê zanîn, di navbera elektrodên erênî û neyînî yên pîlê de tê danîn. Fonksiyona wê ya sereke ew e ku pêşî li pêwendiya rasterast a di navbera elektrod de bigire, ku dibe sedema qutbûnek kurt. Pêdiviyên bingehîn ên performansê yên ji bo veqetankeran ev in: ① ji bo pêşîgirtina lihevhatinên kurt ên hundurîn insulatorek elektronîkî ya baş e; ② li hember koçkirina îyonê ya di elektrolîtê de xwedan berxwedanek hindik e, bi vî rengî berxwedana hundurîn a tevaya cîhazê kêm dike û di bin şert û mercên bilind-derxistina niha de windabûna enerjiyê bi girîngî kêm dike; ③ xwedan aramiya kîmyewî ya baş e, li hember korozyona elektrolîtê û reaksiyonên redox ên materyalên çalak ên elektrodê radiweste; ④ xwedan hêza mekanîkî ya têr û berxwedana guheztinê ye ku bi bandor mezinbûna dendritê asteng bike û rê li ber perçikên çalak ên piçûk nekeve nav membranê; ⑤ Li gorî faktorên aborî, divê ew bi hêsanî peyda bibe û erzan be.
Materyalên veqetandî yên hevpar kaxizên pembû, kaxezên pulp, plastîkên mîkroporous, gomê mîkroporoz, seluloza hîdrokirî, qumaşê naylon, û fîbera cam, hwd.
Kulîlka pîlê
Kulîlka pîlê, ku wekî konteynera bataryayê jî tê zanîn, di bataryayên hilanîna enerjiyê yên heyî de celebê pîlê yekane ye ku elektroda zinc jî wekî kavilê kar dike. Berevajî vê, celebên baterî yên din meyla dikin ku materyalên taybetî ji bo kapsulasyona derveyî bikar bînin ji bilî materyalê çalak bixwe. Pêdivî ye ku kaxezek bataryayê ya îdeal xwedan taybetmendiyên mekanîkî yên hêja be, li hember lerizîn û şokê bisekinin, di bin şert û mercên germahiya giran de aram bimîne, û li hember korozyona ji elektrolîtê berxwe bide. Di pratîkê de, materyalên wekî metal, plastîk, û goma hişk ji ber avantajên xwe yên têkildar bi berfirehî wekî kavilên pîlê têne bikar anîn.