Verschiedene Batterietypen und ihre Anwendungen

Eine Batterie ist eine Sammlung von einer oder mehreren Zellen, die chemische Reaktionen eingehen, um den Elektronenfluss innerhalb eines Stromkreises zu erzeugen. In der Batterietechnologie wird viel geforscht und weiterentwickelt, und infolgedessen werden derzeit weltweit bahnbrechende Technologien erlebt und eingesetzt. Batterien kamen ins Spiel, weil erzeugte elektrische Energie gespeichert werden musste. So viel Energie erzeugt wurde, war es wichtig, die Energie zu speichern, damit sie verwendet werden kann, wenn die Erzeugung ausfällt oder wenn eigenständige Geräte mit Strom versorgt werden müssen, die nicht an das Stromnetz angeschlossen werden können. Hierbei ist zu beachten, dass nur Gleichstrom in den Batterien gespeichert werden kann, Wechselstrom nicht gespeichert werden kann.

Batteriezellen bestehen normalerweise aus drei Hauptkomponenten;

Die Anode (negative Elektrode)
Die Kathode (positive Elektrode)
Die Elektrolyte

Die Anode ist eine negative Elektrode, die Elektronen an den externen Stromkreis erzeugt, an den die Batterie angeschlossen ist. Wenn Batterien angeschlossen sind, wird an der Anode ein Elektronenaufbau ausgelöst, der eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden verursacht. Die Elektronen versuchen dann natürlich, sich neu zu verteilen. Dies wird durch den Elektrolyten verhindert. Wenn also ein elektrischer Stromkreis angeschlossen ist, bietet er den Elektronen einen freien Weg, um sich von der Anode zur Kathode zu bewegen, wodurch der Stromkreis, mit dem er verbunden ist, mit Strom versorgt wird. Durch Ändern der Anordnung und des Materials, die zum Aufbau der Anode, Kathode und des Elektrolyten verwendet werden, können wir viele verschiedene Arten von Batteriechemien erzielen, wodurch wir verschiedene Arten von Batteriezellen entwerfen können. In diesem Artikel werden die verschiedenen Batterietypen und ihre Verwendung erläutert, Also lasst uns anfangen.

Arten von Batterien

Batterien können im Allgemeinen in verschiedene Kategorien und Typen eingeteilt werden, die von chemischer Zusammensetzung, Größe, Formfaktor und Anwendungsfällen reichen. Unter all diesen sind jedoch zwei Hauptbatterietypen aufgeführt.

Primärbatterien
Sekundärbatterien

Schauen wir uns die Hauptunterschiede zwischen einer Primacy-Zelle und einer Secondary-Zelle genauer an.

1. Primärbatterien

Primärbatterien sind Batterien, die nach dem Entladen nicht mehr aufgeladen werden können. Primärbatterien bestehen aus elektrochemischen Zellen, deren elektrochemische Reaktion nicht rückgängig gemacht werden kann.

Primärbatterien gibt es in verschiedenen Formen , von Knopfzellen bis zu AA-Batterien. Sie werden üblicherweise in eigenständigen Anwendungen verwendet, bei denen das Aufladen unpraktisch oder unmöglich ist. Ein gutes Beispiel dafür sind militärische Geräte und batteriebetriebene Geräte. Es wird unpraktisch sein, wiederaufladbare Batterien zu verwenden, da das Aufladen einer Batterie das Letzte ist, was die Soldaten denken. Primärbatterien haben immer eine hohe spezifische Energie und die Systeme, in denen sie verwendet werden, sind immer so ausgelegt, dass sie wenig Strom verbrauchen, damit die Batterie so lange wie möglich hält.

Einige andere Beispiele für Geräte, die Primärbatterien verwenden, umfassen: Schrittmacher, Tier-Tracker, Armbanduhren, Fernbedienungen und Kinderspielzeug, um nur einige zu nennen.

Der beliebteste Typ von Primärbatterien sind Alkalibatterien. Sie haben eine hohe spezifische Energie und sind umweltfreundlich, kostengünstig und lecken auch bei vollständiger Entladung nicht. Sie können mehrere Jahre gelagert werden, haben eine gute Sicherheitsbilanz und können in einem Flugzeug befördert werden, ohne den UN-Transport- und anderen Vorschriften zu unterliegen. Der einzige Nachteil von Alkalibatterien ist der niedrige Laststrom, der die Verwendung auf Geräte mit geringem Strombedarf wie Fernbedienungen, Taschenlampen und tragbare Unterhaltungsgeräte beschränkt.

2. Sekundärbatterien

Sekundärbatterien sind Batterien mit elektrochemischen Zellen, deren chemische Reaktionen durch Anlegen einer bestimmten Spannung an die Batterie in umgekehrter Richtung umgekehrt werden können. Auch als wiederaufladbare Batterien bezeichnet, können Sekundärzellen im Gegensatz zu Primärzellen wieder aufgeladen werden, nachdem die Energie der Batterie aufgebraucht ist.

Sie werden normalerweise in Anwendungen mit hohem Stromverbrauch und in anderen Szenarien verwendet, in denen die Verwendung von Akkus mit einfacher Ladung entweder zu teuer oder nicht praktikabel ist. Sekundärbatterien mit kleiner Kapazität werden verwendet, um tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone und andere Geräte und Geräte mit Strom zu versorgen, während Hochleistungsbatterien zur Stromversorgung verschiedener Elektrofahrzeuge und anderer Anwendungen mit hohem Stromverbrauch wie Lastausgleich bei der Stromerzeugung verwendet werden. Sie werden neben Wechselrichtern auch als eigenständige Stromquellen zur Stromversorgung verwendet. Die Anschaffungskosten für den Erwerb von wiederaufladbaren Batterien sind zwar immer viel höher als die für Primärbatterien, sie sind jedoch langfristig die kostengünstigsten.

Sekundärbatterien können aufgrund ihrer Chemie weiter in verschiedene andere Typen eingeteilt werden . Dies ist sehr wichtig, da die Chemie einige der Eigenschaften der Batterie bestimmt, einschließlich ihrer spezifischen Energie, Zykluslebensdauer, Haltbarkeit und ihres Preises, um nur einige zu nennen.

Im Folgenden sind die verschiedenen Arten von Akkus aufgeführt, die üblicherweise verwendet werden.

Lithium-Ionen (Li-Ionen)
Nickel-Cadmium (Ni-Cd)
Nickel-Metallhydrid (Ni-MH)
Blei-Säure

1. Nickel-Cadmium-Batterien

Die Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd-Batterie oder NiCad-Batterie) ist eine Art wiederaufladbarer Batterie, die unter Verwendung von Nickeloxidhydroxid und metallischem Cadmium als Elektroden entwickelt wird. Ni-Cd-Akkus halten die Spannung aufrecht und halten die Ladung, wenn sie nicht verwendet werden. NI-Cd-Batterien werden jedoch leicht Opfer des gefürchteten „Memory“ -Effekts, wenn eine teilweise geladene Batterie aufgeladen wird, was die zukünftige Kapazität der Batterie verringert.

Im Vergleich zu anderen Arten von wiederaufladbaren Zellen bieten Ni-Cd-Batterien einen guten Lebenszyklus und eine gute Leistung bei niedrigen Temperaturen mit einer angemessenen Kapazität. Ihr größter Vorteil ist jedoch ihre Fähigkeit, ihre volle Nennkapazität bei hohen Entladeraten zu liefern. Sie sind in verschiedenen Größen erhältlich, einschließlich der für Alkalibatterien verwendeten Größen (AAA bis D). Ni-Cd-Zellen werden einzeln oder in Packungen mit zwei oder mehr Zellen zusammengebaut verwendet. Die kleinen Packungen werden in tragbaren Geräten, Elektronik und Spielzeug verwendet, während die größeren in Flugzeugstartbatterien, Elektrofahrzeugen und Standby-Stromversorgungen Anwendung finden.

Einige der Eigenschaften von Nickel-Cadmium-Batterien sind unten aufgeführt.

Spezifische Energie: 40-60 W-h / kg
Energiedichte: 50-150 Wh / L.
Spezifische Leistung: 150 W / kg
Lade- / Entladeeffizienz: 70-90%
Selbstentladungsrate: 10% / Monat
Haltbarkeit / Lebensdauer des Zyklus: 2000 Zyklen

2. Nickel-Metallhydrid-Batterien

Nickelmetallhydrid (Ni-MH) ist eine andere Art der chemischen Konfiguration, die für wiederaufladbare Batterien verwendet wird. Die chemische Reaktion an der positiven Elektrode von Batterien ähnelt der der Nickel-Cadmium-Zelle (NiCd), wobei beide Batterietypen dasselbe Nickeloxidhydroxid (NiOOH) verwenden. Die negativen Elektroden in Nickel-Metallhydrid verwenden jedoch eine wasserstoffabsorbierende Legierung anstelle von Cadmium, das in NiCd-Batterien verwendet wird

NiMH-Batterien finden aufgrund ihrer hohen Kapazität und Energiedichte Anwendung in Geräten mit hohem Stromverbrauch. Ein NiMH-Akku kann die zwei- bis dreifache Kapazität eines NiCd-Akkus derselben Größe besitzen, und seine Energiedichte kann sich der eines Lithium-Ionen-Akkus annähern. Im Gegensatz zur NiCd-Chemie sind Batterien, die auf der NiMH-Chemie basieren, nicht anfällig für den „Memory“ -Effekt, den NiCads erfahren.

Nachfolgend sind einige Eigenschaften von Batterien aufgeführt, die auf der Nickel-Metallhydrid-Chemie basieren.

Spezifische Energie: 60-120 h / kg
Energiedichte: 140-300 Wh / L.
Spezifische Leistung: 250-1000 W / kg
Lade- / Entladeeffizienz: 66% - 92%
Selbstentladungsrate: 1,3-2,9% / Monat bei 20 ^o C
Lebensdauer / Lebensdauer des Zyklus: 180-2000

3. Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind eine der beliebtesten Arten von wiederaufladbaren Batterien. Es gibt viele verschiedene Arten von Lithiumbatterien, aber unter allen Lithium-Ionen-Batterien werden sie am häufigsten verwendet. Sie finden diese Lithiumbatterien in verschiedenen Formen, die bei Elektrofahrzeugen und anderen tragbaren Geräten beliebt sind. Wenn Sie mehr über Batterien in Elektrofahrzeugen erfahren möchten, lesen Sie diesen Artikel über Batterien für Elektrofahrzeuge. Sie befinden sich in verschiedenen tragbaren Geräten, einschließlich Mobiltelefonen, intelligenten Geräten und mehreren anderen zu Hause verwendeten Batteriegeräten. Sie finden aufgrund ihres geringen Gewichts auch Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in militärischen Anwendungen.

Lithium-Ionen-Batterien sind eine Art wiederaufladbarer Batterie, bei der Lithium-Ionen von der negativen Elektrode während der Entladung zur positiven Elektrode wandern und beim Laden der Batterie zur negativen Elektrode zurückwandern. Li-Ionen-Batterien verwenden eine interkalierte Lithiumverbindung als ein Elektrodenmaterial im Vergleich zu metallischem Lithium, das in nicht wiederaufladbaren Lithiumbatterien verwendet wird.

Lithium-Ionen-Batterien besitzen im Vergleich zu anderen Batterietypen im Allgemeinen eine hohe Energiedichte, einen geringen oder keinen Speichereffekt und eine geringe Selbstentladung. Ihre Chemie sowie Leistung und Kosten variieren je nach Anwendungsfall. Beispielsweise basieren Li-Ionen-Batterien, die in elektronischen Handgeräten verwendet werden, normalerweise auf Lithiumkobaltoxid (LiCoO ₂), das eine hohe Energiedichte und ein geringes Sicherheitsrisiko bietet, wenn es während des Li-Ions beschädigt wird Batterien auf der Basis von Lithiumeisenphosphat, die eine geringere Energiedichte bieten, sind sicherer, da die Wahrscheinlichkeit, dass unglückliche Ereignisse eintreten, bei der Stromversorgung von Elektrowerkzeugen und medizinischen Geräten weit verbreitet ist. Lithium-Ionen-Batterien bieten das beste Verhältnis von Leistung zu Gewicht, während die Lithium-Schwefel-Batterie das höchste Verhältnis bietet.

Einige der Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien sind unten aufgeführt.

Spezifische Energie: 100: 265 W-h / kg
Energiedichte: 250: 693 Wh / L.
Spezifische Leistung: 250: 340 W / kg
Lade- / Entladeprozentsatz: 80-90%
Zyklusdauer: 400: 1200 Zyklen
Nennzellenspannung: NMC 3,6 / 3,85V

4. Blei-Säure-Batterien

Blei-Säure-Batterien sind ein kostengünstiges, zuverlässiges Arbeitstier, das in Hochleistungsanwendungen eingesetzt wird. Sie sind in der Regel sehr groß und werden aufgrund ihres Gewichts immer in nicht tragbaren Anwendungen wie Solarpanel-Energiespeicher, Fahrzeugzündung und -beleuchtung, Notstrom und Lastausgleich bei der Stromerzeugung / -verteilung verwendet. Die Blei-Säure ist der älteste wiederaufladbare Batterietyp und für die heutige Welt immer noch sehr relevant und wichtig. Blei-Säure-Batterien haben ein sehr geringes Verhältnis von Energie zu Volumen und Energie zu Gewicht, aber ein relativ großes Verhältnis von Leistung zu Gewicht und können daher bei Bedarf große Stoßströme liefern. Diese Eigenschaften und die geringen Kosten machen diese Batterien attraktiv für den Einsatz in verschiedenen Hochstromanwendungen wie dem Antrieb von Autostartermotoren und für die Speicherung in Notstromversorgungen.Sie können auch den Artikel über die Funktionsweise von Blei-Säure-Batterien lesen, wenn Sie mehr über die verschiedenen Arten von Blei-Säure-Batterien, deren Aufbau und Anwendungen erfahren möchten.

Jede dieser Batterien hat den besten Sitzbereich. Das folgende Bild soll Ihnen bei der Auswahl helfen.

Auswahl des richtigen Akkus für Ihre Anwendung

Eines der Hauptprobleme, das technologische Revolutionen wie das Internet der Dinge behindert, ist die Stromversorgung. Die Batterielebensdauer wirkt sich auf den erfolgreichen Einsatz von Geräten aus, die eine lange Batterielebensdauer erfordern. Obwohl verschiedene Energieverwaltungstechniken angewendet werden, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, muss dennoch eine kompatible Batterie ausgewählt werden um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Im Folgenden sind einige Faktoren aufgeführt, die bei der Auswahl des richtigen Batterietyps für Ihr Projekt zu berücksichtigen sind.

1. Energiedichte: Die Energiedichte ist die Gesamtmenge an Energie, die pro Massen- oder Volumeneinheit gespeichert werden kann. Dies bestimmt, wie lange Ihr Gerät eingeschaltet bleibt, bevor es aufgeladen werden muss.

2. Leistungsdichte: Maximale Entladungsrate pro Masse- oder Volumeneinheit. Geringer Stromverbrauch: Laptop, I-Pod. Hohe Leistung: Elektrowerkzeuge.

3. Sicherheit: Es ist wichtig, die Temperatur zu berücksichtigen, bei der das von Ihnen gebaute Gerät funktioniert. Bei hohen Temperaturen fallen bestimmte Batteriekomponenten aus und können exotherme Reaktionen eingehen. Hohe Temperaturen verringern im Allgemeinen die Leistung der meisten Batterien.

4. Lebensdauer des Lebenszyklus: Die Stabilität der Energiedichte und Leistungsdichte eines Akkus mit wiederholtem Zyklus (Laden und Entladen) ist für die lange Batterielebensdauer erforderlich, die für die meisten Anwendungen erforderlich ist.

5. Kosten: Die Kosten sind ein wichtiger Bestandteil aller technischen Entscheidungen, die Sie treffen werden. Es ist wichtig, dass die Kosten für die Auswahl Ihrer Batterie der Leistung entsprechen und die Gesamtkosten des Projekts nicht ungewöhnlich erhöhen.