बैटरी की दुनिया - भाग 3

आधुनिक बैटरियों का इतिहास उन्नीसवीं शताब्दी में शुरू होता है, और आज उपयोग किए जाने वाले अधिकांश डिज़ाइन इसी शताब्दी से उत्पन्न हुए हैं। यह स्थिति, एक ओर, उस समय के वैज्ञानिकों के अद्भुत विचारों की गवाही देती है, और दूसरी ओर, नए मॉडल विकसित करते समय आने वाली कठिनाइयों की।

कुछ चीज़ें इतनी अच्छी होती हैं कि उन्हें सुधारा नहीं जा सकता। यह नियम बैटरियों पर भी लागू होता है - XNUMXवीं शताब्दी के मॉडलों को उनके वर्तमान स्वरूप में आने तक कई बार संशोधित किया गया था। ये बात भी लागू होती है लेक्लांश कोशिकाएँ.

सुधार लिंक

फ्रांसीसी रसायनज्ञ का डिज़ाइन बदल दिया गया कार्ल गैस्नर वास्तव में उपयोगी मॉडल में: उत्पादन में सस्ता और उपयोग में सुरक्षित। हालाँकि, अभी भी समस्याएँ थीं - कटोरे में भरने वाले अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट के संपर्क में आने पर तत्व की जस्ता कोटिंग खराब हो गई, और आक्रामक सामग्री के छींटे पड़ने से संचालित उपकरण को नुकसान हो सकता है। समाधान हो गया मिश्रण जिंक बॉडी की आंतरिक सतह (पारा कोटिंग)।

जिंक मिश्रण व्यावहारिक रूप से एसिड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, लेकिन शुद्ध धातु के सभी विद्युत रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। हालाँकि, पर्यावरणीय नियमों के कारण, कोशिका जीवन को बढ़ाने की इस पद्धति का उपयोग कम और कम किया जा रहा है (आप पारा-मुक्त कोशिकाओं पर पा सकते हैं) (1)।

2. एक क्षारीय सेल का योजनाबद्ध: 1) आवास (सीसा कैथोड), 2) मैंगनीज डाइऑक्साइड युक्त कैथोड, 3) इलेक्ट्रोड विभाजक, 4) KOH और जस्ता धूल युक्त एनोड, 5) एनोड टर्मिनल, 6) सेल सीलिंग (इलेक्ट्रोड इन्सुलेटर) . .

सेल स्थायित्व और जीवनकाल बढ़ाने का दूसरा तरीका जोड़ना है जिंक क्लोराइड ZnCl₂ कप भरने के लिए पेस्ट के लिए. इस डिज़ाइन की कोशिकाओं को अक्सर हेवी ड्यूटी कहा जाता है और (जैसा कि नाम से पता चलता है) अधिक बिजली की खपत करने वाले उपकरणों को शक्ति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

डिस्पोजेबल बैटरियों के क्षेत्र में सफलता 1955 में आई। क्षारीय कोशिका. एक कनाडाई इंजीनियर का आविष्कार लुईस उरीवर्तमान एनर्जाइज़र कंपनी द्वारा उपयोग किया जाने वाला, इसकी संरचना लेक्लांश सेल संरचना से थोड़ी अलग है।

सबसे पहले, आपको वहां ग्रेफाइट कैथोड या जिंक कप नहीं मिलेगा। दोनों इलेक्ट्रोड गीले, अलग किए गए पेस्ट (थिकनर प्लस अभिकर्मकों: कैथोड में मैंगनीज डाइऑक्साइड और ग्रेफाइट का मिश्रण होता है, एनोड पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के मिश्रण के साथ जस्ता धूल से बना होता है) के रूप में बने होते हैं, और उनके टर्मिनल बने होते हैं धातु (2). हालाँकि, ऑपरेशन के दौरान होने वाली प्रतिक्रियाएँ लेक्लांश सेल में होने वाली प्रतिक्रियाओं के समान होती हैं।

टास्क। यह निर्धारित करने के लिए कि सामग्री वास्तव में क्षारीय है (3) क्षारीय कोशिका पर "रासायनिक शव परीक्षण" करें। याद रखें कि लेक्लांश सेल को नष्ट करने में भी वही सावधानियाँ लागू होती हैं। क्षारीय सेल निर्धारित करने के लिए, बैटरी कोड फ़ील्ड देखें।

3. क्षारीय कोशिका का "कट" क्षार सामग्री की पुष्टि करता है।

घर में बनी बैटरियाँ

4. घरेलू Ni-MH और Ni-Cd बैटरियां।

उपयोग के बाद रिचार्ज की जा सकने वाली कोशिकाएं विद्युत विज्ञान की शुरुआत से ही डिजाइनरों का लक्ष्य रही हैं, इसलिए वे कई प्रकार की होती हैं।

वर्तमान में, छोटे घरेलू उपकरणों को बिजली देने के लिए उपयोग किए जाने वाले मॉडलों में से एक है निकल-कैडमियम बैटरी. उनका प्रोटोटाइप 1899 में सामने आया, जब एक स्वीडिश आविष्कारक ने इसे बनाया था। अर्न्स्ट जुंगनर ने निकेल-कैडमियम बैटरी के लिए एक पेटेंट दायर किया है जो ऑटोमोटिव उद्योग में पहले से ही व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली बैटरियों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकती है। लेड एसिड बैटरी.

सेल एनोड कैडमियम है, कैथोड त्रिसंयोजक निकल यौगिक है, इलेक्ट्रोलाइट पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड समाधान है (आधुनिक "शुष्क" डिजाइनों में, केओएच समाधान के साथ संतृप्त मोटाई का गीला पेस्ट)। Ni-Cd बैटरी (यह उनका पदनाम है) में लगभग 1,2 V का ऑपरेटिंग वोल्टेज है - यह डिस्पोजेबल सेल से कम है, जो, हालांकि, अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए कोई समस्या नहीं है। बड़ा लाभ महत्वपूर्ण वर्तमान (कुछ एम्पीयर भी) और ऑपरेटिंग तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला का उपभोग करने की क्षमता है।

5. चार्ज करने से पहले, विभिन्न प्रकार की बैटरियों की आवश्यकताओं की जांच करें।

निकेल-कैडमियम बैटरियों का नुकसान बोझिल "मेमोरी प्रभाव" है। ऐसा तब होता है जब आंशिक रूप से डिस्चार्ज की गई Ni-Cd बैटरियों को बार-बार रिचार्ज किया जाता है: सिस्टम ऐसा व्यवहार करता है मानो इसकी क्षमता केवल रिचार्जिंग के दौरान पुनः भरे गए चार्ज के बराबर है। कुछ प्रकार के चार्जरों में, कोशिकाओं को एक विशेष मोड में चार्ज करके "मेमोरी प्रभाव" को कम किया जा सकता है।

इसलिए, डिस्चार्ज की गई निकेल-कैडमियम बैटरियों को एक पूर्ण चक्र में चार्ज किया जाना चाहिए: पहले पूरी तरह से डिस्चार्ज (उपयुक्त चार्जर फ़ंक्शन का उपयोग करके) और फिर चार्ज करें। बार-बार रिचार्ज करने से 1000-1500 चक्रों का डिज़ाइन जीवन भी कम हो जाता है (यह एक बैटरी द्वारा अपने जीवनकाल में कितने डिस्पोजेबल सेल को प्रतिस्थापित किया जाएगा, इसलिए उच्च खरीद लागत कई बार खुद के लिए भुगतान करेगी, बहुत कम दबाव डालने का उल्लेख नहीं है) बैटरी)। कोशिका उत्पादन और निपटान वाला वातावरण)।

विषाक्त कैडमियम युक्त Ni-Cd कोशिकाओं को प्रतिस्थापित कर दिया गया है निकल धातु हाइड्राइड बैटरी (पदनाम नी-एमएच)। उनकी संरचना Ni-Cd बैटरियों के समान है, लेकिन कैडमियम के बजाय, हाइड्रोजन को अवशोषित करने की क्षमता वाले एक छिद्रपूर्ण धातु मिश्र धातु (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, दुर्लभ पृथ्वी धातु) का उपयोग किया जाता है (4)। Ni-MH सेल का ऑपरेटिंग वोल्टेज भी लगभग 1,2 V है, जो उन्हें NiCd बैटरियों के साथ परस्पर उपयोग करने की अनुमति देता है। निकेल-मेटल हाइड्राइड कोशिकाओं की क्षमता समान आकार की निकल-कैडमियम कोशिकाओं की तुलना में अधिक होती है। हालाँकि, NiMH सिस्टम तेजी से स्व-निर्वहन करता है। पहले से ही आधुनिक डिज़ाइन मौजूद हैं जिनमें यह खामी नहीं है, लेकिन वे मानक मॉडलों की तुलना में बहुत अधिक महंगे हैं।

निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरियां "मेमोरी प्रभाव" प्रदर्शित नहीं करती हैं (आंशिक रूप से डिस्चार्ज की गई कोशिकाओं को रिचार्ज किया जा सकता है)। हालाँकि, आपको हमेशा चार्जर निर्देशों (5) में प्रत्येक प्रकार की चार्जिंग आवश्यकताओं की जांच करनी चाहिए।

Ni-Cd और Ni-MH बैटरियों के मामले में, हम उन्हें अलग करने की अनुशंसा नहीं करते हैं। सबसे पहले, हमें उनमें कुछ भी उपयोगी नहीं मिलेगा। दूसरे, निकेल और कैडमियम सुरक्षित तत्व नहीं हैं। अनावश्यक जोखिम न लें और निपटान प्रशिक्षित पेशेवरों पर छोड़ दें।

बैटरियों का राजा, यानी...

6. काम पर "बैटरी का राजा"।

...लेड एसिड बैटरी, 1859 में एक फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी द्वारा निर्मित गैस्टोना प्लांटेगो (हां, हां, डिवाइस इस साल 161 साल पुराना हो जाएगा!)। बैटरी इलेक्ट्रोलाइट लगभग 37% सल्फ्यूरिक एसिड (VI) घोल है, और इलेक्ट्रोड लेड (एनोड) हैं और लेड डाइऑक्साइड PbO की एक परत के साथ लेड लेपित हैं।₂ (कैथोड)। ऑपरेशन के दौरान, इलेक्ट्रोड पर लेड(II)(II)PbSO सल्फेट का एक अवक्षेप बनता है₄. चार्ज करते समय, एक सेल में 2 वोल्ट से अधिक का वोल्टेज होता है।

लीड बैटरी वास्तव में इसके सभी नुकसान हैं: महत्वपूर्ण वजन, डिस्चार्ज और कम तापमान के प्रति संवेदनशीलता, चार्ज अवस्था में स्टोर करने की आवश्यकता, आक्रामक इलेक्ट्रोलाइट रिसाव का जोखिम और एक जहरीली धातु का उपयोग। इसके अलावा, इसे सावधानीपूर्वक संभालने की आवश्यकता है: इलेक्ट्रोलाइट के घनत्व की जांच करना, कक्षों में पानी जोड़ना (केवल आसुत या विआयनीकृत पानी का उपयोग करें), वोल्टेज नियंत्रण (एक कक्ष में 1,8 V से नीचे की गिरावट इलेक्ट्रोड को नुकसान पहुंचा सकती है) और एक विशेष चार्जिंग मोड।

तो प्राचीन संरचना अभी भी उपयोग में क्यों है? "संचायकों के राजा" के पास एक वास्तविक शासक - शक्ति का गुण है। उच्च वर्तमान खपत और उच्च ऊर्जा दक्षता 75% तक (चार्जिंग के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा ऑपरेशन के दौरान पुनर्प्राप्त की जा सकती है), साथ ही सरल डिजाइन और उत्पादन की कम लागत का मतलब है कि लीड बैटरी इसका उपयोग न केवल आंतरिक दहन इंजन शुरू करने के लिए किया जाता है, बल्कि आपातकालीन बिजली आपूर्ति के एक तत्व के रूप में भी किया जाता है। अपने 160 साल के इतिहास के बावजूद, लेड बैटरी अभी भी अच्छा प्रदर्शन कर रही है और इसे अन्य प्रकार के उपकरणों द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया गया है (और इसके साथ ही लेड भी है, जो बैटरी के लिए धन्यवाद, सबसे बड़े उत्पादित धातुओं में से एक है) मात्राएँ)। जब तक दहन इंजन-आधारित मोटरीकरण विकसित होता रहेगा, तब तक इसकी स्थिति को खतरा नहीं होने की संभावना है (6)।

आविष्कारकों ने लेड-एसिड बैटरी का प्रतिस्थापन बनाने का प्रयास कभी नहीं छोड़ा। कुछ मॉडल लोकप्रिय हो गए और अभी भी ऑटोमोटिव उद्योग में उपयोग किए जाते हैं। उन्नीसवीं और बीसवीं शताब्दी के अंत में, ऐसे डिज़ाइन बनाए गए जिनमें एच समाधान का उपयोग नहीं किया गया था।₂SO₄लेकिन क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट्स. एक उदाहरण ऊपर दिखाई गई अर्न्स्ट जुंगनर निकल-कैडमियम बैटरी है। 1901 में थॉमस अल्वा एडिसन कैडमियम के स्थान पर लोहे का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन में बदलाव किया गया। एसिड बैटरियों की तुलना में, क्षारीय मॉडल बहुत हल्के होते हैं, कम तापमान पर काम कर सकते हैं और इन्हें संभालना उतना मुश्किल नहीं होता है। हालाँकि, उनका उत्पादन अधिक महंगा है और ऊर्जा दक्षता कम है।

और आगे क्या है?

बेशक, बैटरी पर लेख प्रश्नों को समाप्त नहीं करते हैं। वे चर्चा नहीं करते हैं, उदाहरण के लिए, लिथियम सेल, आमतौर पर कैलकुलेटर या कंप्यूटर मदरबोर्ड जैसे घरेलू उपकरणों को बिजली देने के लिए भी उपयोग किया जाता है। आप उनके बारे में जनवरी के लेख में पिछले साल के रसायन विज्ञान के नोबेल पुरस्कार के बारे में और व्यावहारिक भाग पर - एक महीने में (विध्वंस और अनुभव सहित) सीख सकते हैं।

सेल, विशेषकर बैटरियों के लिए अच्छी संभावनाएँ हैं। दुनिया तेजी से मोबाइल होती जा रही है, और इसका मतलब है बिजली के तारों से स्वतंत्र होने की आवश्यकता। इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए कुशल बिजली आपूर्ति सुनिश्चित करना भी एक बड़ी चुनौती है। - ताकि वे दक्षता के मामले में आंतरिक दहन इंजन वाली कारों का भी मुकाबला कर सकें।

संचायक बैटरी

सेल प्रकार की पहचान की सुविधा के लिए, एक विशेष अल्फ़ान्यूमेरिक कोड पेश किया गया है। हमारे घरों में छोटे उपकरणों के लिए सबसे अधिक पाए जाने वाले प्रकारों के लिए, इसका रूप संख्या-अक्षर-अक्षर-संख्या है।

और हाँ:

- पहला अंक कोशिकाओं की संख्या है; एकल कक्षों के लिए उपेक्षित;

- पहला अक्षर सेल के प्रकार को दर्शाता है। जब यह गायब होता है, तो आप Leclanche लिंक के साथ काम कर रहे होते हैं। अन्य सेल प्रकारों को निम्नानुसार लेबल किया गया है:

C - लिथियम सेल (सबसे आम प्रकार),

H - नी-एमएच बैटरी,

K - निकल-कैडमियम बैटरी,

L - क्षारीय कोशिका;

- निम्न पत्र लिंक के आकार को इंगित करता है:

F - तश्तरी,

R - बेलनाकार,

P - बेलनाकार के अलावा अन्य आकार वाले लिंक का सामान्य पदनाम;

- अंतिम आंकड़ा या आंकड़े लिंक के आकार को इंगित करते हैं (कैटलॉग मान या सीधे आयामों को इंगित करते हैं) (7)।

7. लोकप्रिय सेल और बैटरियों के आयाम।

अंकन उदाहरण:

R03
- एक छोटी उंगली के आकार का जिंक-ग्रेफाइट सेल। एक अन्य पदनाम एएए या है।

LR6 - एक क्षारीय कोशिका उंगली के आकार की। एक अन्य पदनाम एए या है।

HR14 - नी-एमएच बैटरी; अक्षर C का उपयोग आकार को दर्शाने के लिए भी किया जाता है।

KR20 - Ni-Cd बैटरी, जिसका आकार भी अक्षर D से चिह्नित होता है।

3एलआर12 - 4,5 वी के वोल्टेज वाली एक फ्लैट बैटरी, जिसमें तीन बेलनाकार क्षारीय कोशिकाएं होती हैं।

6F22 - 9-वोल्ट बैटरी, जिसमें छह लेक्लांचेट फ्लैट सेल होते हैं।

CR2032 – 20 मिमी के व्यास और 3,2 मिमी की मोटाई के साथ लिथियम सेल।

इन्हें भी देखें: