Kuidas Akud Töötavad?

{h1}

Vaadake teadust patareide taga, sealhulgas aku osad ja kuidas need osad töötavad koos, et toota elektrilist voolu, mida saab taskus hoida.

Patareid on kõikjal. Kaasaegne maailm sõltub sellistest kaasaskantavatest energiaallikatest, mida leidub kõigest mobiilsideseadmetest kuuldeaparaatide ja autode jaoks.

Kuid vaatamata oma levimusele inimeste igapäevaelus, patareid sageli tähelepanuta. Mõtle sellele: kas sa tõesti tead, kuidas aku töötab? Kas sa võiksid seda kellelegi teisele selgitada?

Siin on teaduse tagasiside, mis seisneb nutitelefonide, elektriautode, südamestimulaatorite ja isegi palju muud energiaallika tarvis. [Viktoriin: elektrisüsteem vs gaasimootorid]

Aku anatoomia

Enamik patareisid sisaldavad kolme põhiosa: elektroodid, elektrolüüt ja eraldaja, Ann Marie Sastry sõnul Michigani aku tehnoloogia käivitamise Sakti3 asutaja ja tegevjuht.

Igal aku juures on kaks elektroodi. Mõlemad on valmistatud juhtivatest materjalidest, kuid neil on erinevad rollid. Üks elektrood, mida nimetatakse katoodiks, ühendub aku positiivse otsaga ja see, kus elektrivool lahkub (või elektronid siseneb) aku tühjenemise ajal, see tähendab, et aku kasutatakse mõnevõrra toiteks. Teine elektrood, mida tuntakse anoodina, ühendub aku negatiivse otsaga ja see, kus elektrivool siseneb aku tühjenemise ajal (või elektronid lahkub).

Nende elektroodide ja nende sees on elektrolüüt. See on vedel või geelilaadne aine, mis sisaldab elektriliselt laetud osakesi või ioone. Need ioonid kombineeritakse elektroodide moodustavate materjalidega, tekitades keemilisi reaktsioone, mis võimaldavad aku elektrivoolu genereerida. [Inside vaadake, kuidas akud töötavad (Infographic)]

></p><figcaption><p>Tüüpilised akud töötavad keemilise reaktsiooni abil. [Vaata täielikku infograafilist]</p>Krediit: Karl Tate, Infographics Artist </figcaption> </figure><p>Aku, separaatori viimane osa on üsna lihtne. Separaatori roll on hoida anoodi ja katoodi üksteisest aku sees. Sastry selgitas, et ilma eraldajata oleksid kaks elektroodi kokku puutunud, mis tekitab lühise ja takistab aku korralikku toimimist.</p><h2 id=Kuidas see töötab

Et näha, kuidas aku töötab, püüdke pildistada ennast, et leelispatareid, nagu kahekordsed akud, lülitaksid taskulampi. Kui panete need patareid taskulampi ja lülitate selle sisse, on see, mida te tegelikult teete, ahela läbiviimiseks. Aku ladustatud keemiline energia muundub elektrienergiaks, mis väljub akust välja ja lambipesaga, mis põhjustab selle süttimise. Seejärel siseneb aku sisse elektrivool, kuid teisel otsal, kust see algselt välja jõudis.

Kõik akuosad töötavad koos, et välklamp süttida. Patarei elektroodid sisaldavad teatud juhtivate materjalide aate. Näiteks leelispatareis on anood tüüpiliselt tsink ja mangaandioksiid toimib katoodina. Ja elektrolüüd nende elektroodide sees ja sees sisaldab ioone. Kui need ioonid kohtuvad elektroodide aatomitega, toimub ioonide ja elektroodide aatomite vahel teatud elektrokeemilised reaktsioonid.

Elektroodides esinevate keemiliste reaktsioonide seeria on üldiselt tuntud kui oksüdatsiooni-vähendamise (redoks) reaktsioonid. Aku puhul on katood nimetusega oksüdeerivaks aineks, kuna see võtab vastu anoodilt elektronid. Anoodi nimetatakse redutseerivaks aineks, kuna see kaotab elektronid.

Lõppkokkuvõttes põhjustavad need reaktsioonid ioonide voogu anoodi ja katoodi vahel, samuti elektroodide vabanemist elektroodide aatomitest, ütles Sastry.

Need vabad elektronid kogunevad anoodi sees (leelispatarei põhi, tasane osa). Selle tulemusena on mõlemal elektroodil erinevad laengud: anood muutub negatiivseks laenguks, kuna elektronid vabanevad ja katood muutub positiivseks laetud, kuna elektronid (mis on negatiivselt laetud) tarbitakse. See erinevus laengas põhjustab elektronide soovi liikuda positiivselt laetud katoodi suunas. Kuid neil ei ole võimalust akusse siseneda, sest eraldaja takistab neil seda tegema.

Kui klõpsate oma taskulampi lülitit, muutub see kõik muutumatuks. Elektroonil on nüüd katoodiga jõudmise tee. Aga kõigepealt peavad nad läbima oma taskulampi pirni baasi. Ahel katkeb siis, kui elektrivool taastub aku läbi katoodi tipuga.

Laetav vs mittelaetav

Peamised patareid, nagu näiteks taskulambil olevad aku juhtivad reaktsioonid lõpuks lõpetavad, mis tähendab, et aku laenguga ained ei tekita enam elektrivoolu. Kui see juhtub, on aku tühi või "surnud," ütles Sastry.

Te peate neid patareisid ära viskama, sest elektrokeemilised protsessid, mis aku toidet tootvad, ei saa ümber pöörata, selgitas Sastry. Ent sekundaarsetes või laetavates patareides esinevaid elektrokeemilisi protsesse saab aga aku abil elektrienergia abil ümber pöörata. Näiteks juhtub see, kui ühendate oma mobiiltelefoni aku laadimisseadmega, mis on ühendatud toiteallikaga.

Tänapäeval on mõned kõige tavalisemate sekundaarpatareide jaoks liitium-ioon (Li-ion) patareid, mis võimaldavad enamik tarbija elektroonilisi seadmeid.Need patareid sisaldavad tüüpiliselt süsinikdioksiidi anoodi, katoodist valmistatud liitiumkobaldi dioksiidi ja elektrolüüti, mis sisaldab liitiumsoola orgaanilises lahustis. Muud akud sisaldavad nikkelkaadmium (NiCd) ja nikkelmetallhüdriidi (NiMH) patareisid, mida saab kasutada sellistes asjades nagu elektriautod ja juhtmeta mootortööriistad. Pliid-happelisi (Pb-happe) patareisid kasutatakse tavaliselt autode ja muude sõidukite käivitamiseks, valgustamiseks ja süütamiseks.

Kõik need laetavad patareid töötavad sama põhimõtte kohaselt, Sastry ütles: Kui ühendate aku toiteallikaga, muutub elektronide voog suunas ja anood ja katood tagastatakse nende algseisundisse. [Top 10 häirivate tehnoloogiate]

Aku lingo

Kuigi kõik patareid töötavad enam-vähem samamoodi, on erinevatel patareidel erinevad funktsioonid. Siin on mõned terminid, mis tulevad sageli välja mis tahes aruteludes:

Pinge: Patareide puhul on pinge - mida tuntakse ka kui nominaalset raku pinget - kirjeldatakse elektrilise jõu või rõhu hulka, milles vaba elektronid liiguvad aku positiivsest otsast negatiivse otsani, selgitas Sastry. Madalamate pingega patareides liigub vool aeglasemalt (vähem elektrilise jõuga) aku välja, kui kõrgema pingega aku (suurem elektriline jõud). Taskulampi patareides on tavaliselt 1,5 volti pinge. Kui aga taskulamp kasutab seerias kahte patareid, on neil patareidel või rakkudel ühine pinge 3 volti.

Pliiakud, nagu enamikule ehetelektrilistele autodele, on tavaliselt 2,0 voldise pingega. Kuid tavaliselt on autosse seeriaga ühendatud kuus neist rakkudest, mistõttu olete tõenäoliselt kuulnud selliseid akusid, mida nimetatakse 12-voldisteks patareideks.

Süstri sõnul on liitium-koobalti-oksiidiga patareid - kõige tavalisem tarbeelektroonikas leiduv liitiumioonaku - nimipinge on umbes 3,7 voldis.

Võimendid: Amp või ampere on elektrivoolu mõõde või teatud ajagraafikus ahelaga voolavate elektronide arv.

Võimsus: Võimsust või raku võimsust mõõdetakse amprites, see tähendab, kui palju tunde aku saab anda teatud koguses elektrivoolu, enne kui pinge langeb alla teatud piiri, vastavalt Rice'i ülikooli elektri- ja arvutitehnoloogiale osakond.

9-voldine leelispatarei, mida kasutatakse kaasaskantavatel raadiosaatjatel, hinnatakse 1 ampere-tunniga, mis tähendab, et see aku saab pidevalt ühe voolutarbijaga 1 tunniks enne pingekünnist jõudmist ja seda loetakse vajaminevaks.

Võimsus tihedus: Võimsustihedus kirjeldab võimsuse hulka, mida aku saab kaaluühiku kohta esitada, ütles Sastry. Elektrisõidukite puhul on võimsustihedus oluline, sest see ütleb teile, kui kiiremini saab auto kiirendada kiirusega 0 kuni 60 km / h (97 km / h), ütles Sastry. Insenerid püüavad pidevalt välja töötada patareide väiksema vähendamise, vähendamata nende võimsuste tihedust.

Energia tihedus: Energiataskus kirjeldab, kui palju energiat aku saab toota, jagatuna aku mahu või massiga, ütles Sastry. See number vastab kasutajatele suurt mõju avaldavatele asjadele, näiteks kui kaua peate minema enne oma telefoni laadimist või kui kaugele saate oma elektriauto sõita enne selle sisselülitamist.

Järgige Elizabeth Palermo @techEpalermo. Jälgi WordsSideKick.com'it @wordssidekick, Facebook & Google+.

Lisaressursid

  • IEEE standardite ühendus: aku standardid
  • Keskkonnakaitseagent: ressursside säilitamine - patareid
  • All-Battery.com: Suuruskaart


Video Täiendada: Joyetech Espion Silk + Joyetech CUBIS 2 ülevaade.




Uurimistöö


Mis On Termodünaamika?
Mis On Termodünaamika?

Brain-Hacking Tech Saab Real: 5 Juhtivat Ettevõtet
Brain-Hacking Tech Saab Real: 5 Juhtivat Ettevõtet

Teadusuudised


Kiikuvideod: Rahnud Röövivad Õlgade Ajal Kukutades
Kiikuvideod: Rahnud Röövivad Õlgade Ajal Kukutades

"Blackfish" Orca Sureb: Kuidas Tilikum Võrreldes Looduslike Nõbadega

Antarktika Saab Jää, Miks Maa Ikkagi Soojeneb?
Antarktika Saab Jää, Miks Maa Ikkagi Soojeneb?

Washingtoni Osariigis Ja Wisconsin Issa Võtavad Vastu Droni Seadused
Washingtoni Osariigis Ja Wisconsin Issa Võtavad Vastu Droni Seadused

Jube Kangaroosid: Miks Nad Seisavad Ikka Veel
Jube Kangaroosid: Miks Nad Seisavad Ikka Veel


ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com