Baterijas UN Akumulatori
Kas ir baterija un kā tā darbojas?
Baterijā ķīmiskā reakcijā tiek atdalīti pozitīvie elektriskie lādiņi no negatīvajiem. Baterija sastāv no diviem atšķirīgiem strāvas vadītājiem un elektrolīta – šķidruma, kas satur elektriski lādētas daļiņas. Elektrolītiem pieder arī kartupelis, ābols, citrons, cilvēka ķermenis, krāna ūdens. Tas nozīmē, ka bateriju var izgatavot arī no netradicionāliem materiāliem.
Elektriskās strāvas iegūšanai plaši izmanto dažādas baterijas un akumulatorus.
Baterijas un akumulatori ir strāvas avoti, kuros strāva rodas no ķīmiskām reakcijām. Baterijas no akumulatoriem atšķiras tikai ar to, ka baterijas ir neatjaunojams strāvas avots, bet akumulatori- atjaunojams. Tos var vairāk kārt izlādēt un atkal uzlādēt ar speciāliem lādētājiem, ko nevar darīt ar baterijām.
Strāvas avota rašanās
1792.g. itāļu fiziķis A. Volta atklāja, ka ievietojot vāji skābā ūdenī cinka un vara stienīti, var iegūt elektrisko strāvu. Tā pirmo strāvas avotu izveidoja 18. gadsimta beigās itāļu zinātnieks Alesandro Volta. Voltas elements sastāvēja vara (Cu) un cinka (Zn) plāksnītēm, kas bija iegremdētas sērskābes H2SO4 šķīdumā. Mūsdienās Voltas elementus vairs neizmanto, jo tie nedarbojas ilgstoši.
Kā cinka-oglēs baterijā notiek elektriskā lādiņa pārdalīšana
Kad cinka stienīti (pa kreisi) iegremdē skābā vidē, tas sāk šķīst. Cinka atoms, atraujoties no cinka stienīša, atstāj tajā divus savus elektronus. Atomu, kam pozitīvo lādiņu skaits nav vienāds ar negatīvo lādiņu skaitu sauc par jonu. Stienītis uzlādējas negatīvi. Saslēdzot cinka stienīti ar ogles elektrodu ar metāla vadu, elektroni skrien uz ogli, jo tur elektronu trūkst, bet šķidrumā uz ogli skrien pozitīvie cinka joni, jo to tur trūkst. Elektroni, beržoties gar lampiņas kvēldiega daļiņām, uzkarsē to līdz baltkvēlei un lampiņa sāk spīdēt.
Saskaņā ar dabas likumu daļiņas vienmēr pārvietojas no vietas, kur to ir daudz uz vietu, kur to ir maz.
Par Akumulatoriem un Baterijām
Abi, gan akumulatori, gan baterijas ir ļoti plaši izmantoti enerģijas avoti. Baterijas izmanto dažādās pārnēsājamās ierīcēs, piem. kabatas lukturīšos, mūzikas atskaņotājos, rokas pulksteņos utt. Toties akumulatorus izmanto daudz plašāk sākot no mobilajiem telefoniem, portatīvajiem datoriem un pat automašīnām. Tieši mobilajos telefonos tiek izmantoti visdažādāko veidu akumulatori.
Mūsdienās mobilajiem telefoniem izmanto trīs veidu ķīmiskā sastāva akumulatorus: niķeļa metāla- hibrīda (Ni- MH), litija jonu (Li- Ion) un litija polimēru (Li- Pol). Vēl ir arī niķeļa- kadmija (Ni- Cd) akumulatori, kurus mūsdienās praktiski vairs neizmanto. Mūsdienās gandrīz visiem mobilajiem telefoniem izmanto litija- jonu un litija- polimēru akumulatorus, pārējo tipu akumulatorus var atrast tikai vecāku modeļu telefonos.
No visiem akumulatoriem Ni- Cd ir visvecākais, to lietoja pirmajos mobilajos telefonos, kuri svēra vairāk par kilogramu un darbojās tikai astoņas stundas. Bet Ni- Cd akumulatoriem ir arī labā puse piem. to ražošanas izmaksas ir stipri zemākas nekā citiem akumulatoriem un to kalpošanas laiks pareizi to lietojot arī ir ilgāks. Ni- Cd akumulatoru galvenā problēma neskaitot īso telefonu darbības laiku ir to kaitīgums videi un tas ir galvenais iemesls kāpēc tos vairs neražo.
Pēc Ni- Cd nāca Ni- MH akumulatori, kuri parādījās deviņdesmito gadu sākumā. Ni- MH akumulatoru spriegums ir tāds pats kā Ni- Cd, taču to ietilpība ir vismaz par 30% lielāka, kas attiecīgi palielina telefona darbības ilgumu. Ni- MH kalpošanas ilgums gan ir īsāks nekā Ni- Cd, toties Ni- MH akumulatori ir nekaitīgāki videi, jo tajos ir krietni mazāks toksisko savienojumu daudzums. Pašizmaksas ziņā Ni- MH ir nākamā izdevīgākā izvēle pēc Ni- Cd akumulatora, tomēr pēdējo gadu laikā Ni- MH tehnoloģija zaudējusi aktualitāti, jo kritusies Li- ion un Li- Pol pašizmaksa.
Li- ion tehnoloģijas akumulatori kļuva pieejami deviņdesmitajos gados, drīz pēc Ni- MH akumulatoriem. Li- ion akumulatori ir ievērojami vieglāki par līdzīga izmēra Ni-MH akumulatoriem, nodrošina augstu enerģijas blīvumu un tikai nedaudz atpaliek no Li- Pol akumulatoriem. Li-ion pašizmaksa ir augstāka nekā Ni-MH akumulatoriem. Li-ion tehnoloģija izmanto šķidru elektrolītu, tāpēc šādi akumulatori ir potenciāli uguns un sprādzienbīstami un vienmēr satur drošinātāju. Atšķirībā no citiem akumulatoriem Li- ion elementi nav nopērkami atsevišķi, bet tikai gatavā akumulatorā, kas apgādāts ar aizsargķēdi un drošinātāju. Šī aizsardzība nepieciešama lai Li- ion akumulatorus padarītu drošus un plašai lietošanai piemērotus. Akumulatora bojājuma gadījumā jāuzmanās no elektrolīta nonākšanas saskarē ar ādu, jo īpaši- ar acīm. Akumulatoru nekādā gadījumā nedrīkst izjaukt vai uzlādēt ar tam nepiemērotām ierīcēm. Nereti presē parādās ziņas par uzsprāgušiem akumulatoriem, kas lietotājiem radījuši savainojumus. Visticamāk, runa ir par apšaubāmas izcelsmes Li- ion akumulatoriem, kuru ražošanas tehnoloģija bijusi tālu no apmierinošas vai kuros taupības nolūkā nav iebūvēti drošinātāji.
Li- pol akumulatori ir Li- ion tehnoloģijas atvasinājums, kas kļūst arvien populārāki. Li- pol akumulatoriem raksturīgs augsts enerģijas blīvums, liela izturība un drošība, turklāt to pašizmaksa ir teorētiski zemāka nekā Li- ion, kas tiem nodrošina labas nākotnes izredzes. Li- pol tehnoloģijas pamatā ir cieta elektrolīta izmantošana. Tā kā akumulatorā nav sķidruma, tam ir zema ugunsbīstamība pat tad ja apvalkā radies plīsums. Li- pol akumulatoriem ir ļoti augsta enerģijas kapacitāte, neliels svars un zema pašizlāde.
Baterijas Uzbūve