バッテリー–タイプと動作

バッテリーは、基本的なハンドヘルドデバイスから大規模な産業用アプリケーションまでの最も一般的な電源です。バッテリーは、蓄積された化学エネルギーを電気エネルギーに変換できる1つまたは複数の電気化学セルの組み合わせとして定義できます。

バッテリーの動作：

バッテリーは、さまざまなボルタ電池で構成されるデバイスです。各ボルタ電池は、陰イオンと猫イオンを保持する導電性電解質によって直列に接続された2つの半電池で構成されています。一方の半電池には電解質と陰イオンが移動する電極、つまりアノードまたは負極が含まれ、もう一方の半電池には電解質と猫イオンが移動する電極、つまり陰極または正極が含まれます。

バッテリーに電力を供給するレドックス反応では、カソードでカチオンに還元が起こり、アノードでアニオンに酸化が起こります。電極は互いに接触していませんが、電解質によって電気的に接続されています。ほとんどの場合、半電池には異なる電解質があります。すべての半電池と見なされるすべてのものは、イオンに対して多孔性であるが電解質の大部分ではないセパレーターが混合を防ぐ容器とセパレーターに封入されています。

バッテリーの働き

各半電池には、セルの内部から外部に電流を駆動する能力によって決定される起電力（Emf）があります。セルの正味起電力は、その半電池の起電力の差です。このように、電極にemfがある場合、つまり、正味のemfは、半反応の還元電位の差です。

バッテリーのメンテナンス方法は？

バッテリーを良好な状態に維持するには、バッテリーの均等化が必要です。経年変化により、すべてのセルが同じように充電されるわけではなく、一部のセルは非常に速く充電を受け入れ、他のセルは徐々に充電します。均等化は、バッテリーをわずかに過充電して、弱いセルも完全に充電できるようにすることで実行できます。完全に充電されたバッテリーの端子電圧は12Vで、自動車のバッテリーは端子に13.8Vを示し、12ボルトの管状バッテリーは14.8Vを示します。自動車のバッテリーは、揺れを防ぐために車両にしっかりと固定する必要があります。可能であれば、インバーターバッテリーは木の板の上に置く必要があります。

2種類の電池

1）一次電池：

名前が示すように、これらのバッテリーは単回使用を目的としています。これらのバッテリーを使用すると、デバイスを簡単に元に戻すことができず、活物質が元の形状に戻らない可能性があるため、充電できません。バッテリーメーカーは、一次電池の再充電を推奨していません。

使い捨て電池の例としては、壁掛け時計やテレビのリモコンなどに使用されている通常の単四電池、単四電池などがあります。これらの電池の別名は使い捨て電池です。

タイプバッテリー

2）二次電池：

二次電池は二次電池とも呼ばれます。これらのバッテリーは、使用と同時に再充電できます。それらは通常、放電状態でアクティブな活物質で組み立てられます。二次電池は、放電中に発生する化学反応を逆転させる電流を流すことによって再充電されます。充電器は、必要な電流を供給するデバイスです。

これらの充電式電池の例としては、携帯電話やMP3プレーヤーなどで使用される電池があります。補聴器や腕時計などのデバイスは小型セルを使用し、電話交換機やコンピューターデータセンターなどの場所ではより大きな電池が使用されます。

二次電池

二次（充電式）電池の種類：

SMF、鉛酸、リチウム、ニッケルカドミ

SMFバッテリー：

SMFは UPSアプリケーションに信頼性が高く一貫性のある低メンテナンス電力を提供するように設計された密閉型メンテナンスフリーバッテリー。これらのバッテリーは、農村部や電力不足地域でのディープサイクルアプリケーションと最小限のメンテナンスの対象となる可能性があります。これらのバッテリーは12Vから利用できます。

今日の有益な世界では、重要な適格なデータと情報を回復し、基本的な計装を必要な期間実行するように設計されたバッテリーシステムの要件を見逃すことはできません。瞬時に電力を供給するためにはバッテリーが必要です。信頼性が低く劣ったバッテリーは、データの損失や機器のシャットダウンにつながる可能性があり、企業にかなりの経済的損失をもたらす可能性があります。その後、UPSセグメントは、信頼性が高く実績のあるバッテリーシステムの利用を求めています。

SMFバッテリー

リチウム（Li）バッテリー：

私たちは皆、携帯電話、ラップトップコンピュータ、電動工具などのポータブルデバイスで使用しています。リチウム電池は、過去10年間で携帯電話の最大の成果のひとつであり、リチウム電池を使用することで、GPSや電子メールアラートなどの追加機能を備えた白黒携帯電話からカラー携帯電話に移行することができました。大容量のエネルギー密度ポテンシャルデバイス。そして、比較的低い自己放電バッテリー。また、特殊セルは、電動工具などのアプリケーションに非常に高い電流を供給することができます。

リチウム電池

ニッケルカドミウム（Nicd）バッテリー：

ニッケルカドミウム電池には、何度も再充電されるという利点があり、放電中は比較的一定の電位を持ち、電気的および物理的な耐性があります。この電池は、陰極に酸化ニッケル、陽極にカドミウム化合物、電解質に水酸化カリウム溶液を使用しています。

バッテリーが充電されると、カソードの化学組成が変化し、水酸化ニッケルがNIOOHに変化します。アノードでは、カドミウムイオンの形成は水酸化カドミウムから起こります。バッテリーが放電すると、カドミウムはNiOOHと反応して、水酸化ニッケルと水酸化カドミウムを形成します。

Cd + 2H2O + 2NiOOH —> 2Ni（OH）2 + Cd（OH）2

鉛蓄電池：

鉛蓄電池は、自動車、インバーター、バックアップ電源システムなどで広く使用されています。管状のメンテナンスフリーのバッテリーとは異なり、鉛蓄電池は、寿命を延ばすために適切な手入れとメンテナンスが必要です。鉛蓄電池は、硫酸溶液に浸されたままの一連のプレートで構成されています。プレートには、活物質が付着するグリッドがあります。プレートはポジティブプレートとネガティブプレートに分けられます。正極板は活物質として純鉛を保持し、負極板には酸化鉛が付着しています。

鉛蓄電池

完全に充電されたバッテリーは、負荷に接続すると電流を放電できます。放電の過程で、硫酸は正極板と負極板の活物質と結合し、硫酸鉛を形成します。水は、鉛蓄電池を維持する上で最も重要な唯一のステップです。水の頻度は、使用法、充電方法、および動作温度によって異なります。プロセス中に、硫酸からの水素原子は酸素と反応して水を形成します。

これにより、正極板から電子が放出され、負極板に受け入れられます。これにより、バッテリー全体に電位が形成されます。鉛蓄電池の電解液は、比重のある硫酸と水の混合物です。比重は、等量の水と比較した酸と水の混合物の重量です。純イオンのない水の比重は1です。

鉛蓄電池は、キロワット時あたりの電力とエネルギーに最適な値を提供し、ライフサイクルが最も長く、非常に高速でリサイクルされるという大きな環境上の利点があります。鉛蓄電池の収集、輸送、リサイクルのために存在するインフラストラクチャに触れることのできる化学物質は他にありません。

この記事とともに、リチウムイオン電池の長所と短所について説明します。

リチウムの働き–イオン電池

リチウムイオン電池は、電力効率が長続きするため、携帯電話、ラップトップ、デジタルカメラなどのほとんどの電子ポータブルデバイスで現在人気があります。これらは最も人気のある充電式電池であり、最高のエネルギー密度、ごくわずかな充電損失、メモリー効果なしなどの利点があります。 Li-Ionバッテリーは、放電時に負極から正極に移動し、充電時に戻る電荷キャリアとしてリチウムイオンを使用します。充電中、充電器からの外部電流はバッテリーよりも過電圧をかけます。これにより、電流は正極から負極に逆方向に流れ、リチウムイオンはインターカレーションと呼ばれるプロセスを通じて多孔質電極材料に埋め込まれます。リチウムイオンは、非水性電解質とセパレーターダイアフラムを通過します。電極材料は、挿入されたリチウム化合物です。

リチウムイオン電池の負極は炭素でできており、正極は金属酸化物です。負極で最も一般的に使用される材料はグラファイトであり、正極の材料はコバルト酸リチウム、リン酸リチウムイオン、または酸化マンガンリチウムである可能性があります。電解質には有機溶剤中のリチウム塩を使用しています。電解質は通常、リチウムイオンを含むエチレンカーボネートやジエチルカーボネートなどの有機炭酸塩の混合物です。電解液は、ヘキサフルオロリン酸リチウム、ヘキサフルオロヒ酸リチウム一水和物、過塩素酸リチウム、ヘキサフルオロホウ酸リチウムなどの陰イオン塩を使用します。使用する塩によって、バッテリーの電圧、容量、寿命は異なります。純粋なリチウムは水と激しく反応して、水酸化リチウムと水素イオンを形成します。したがって、使用される電解質は非水性有機溶媒です。アノードとカソードの間の電極電荷の電気化学的役割は、電流の方向に依存します。

リチウムイオン電池の反応

リチウムイオン電池では、両方の電極がリチウムイオンを受け入れて放出することができます。インターカレーションプロセス中に、リチウムイオンは電極に移動します。デインターカレーションと呼ばれる逆のプロセス中に、リチウムイオンは戻ります。放電中、正のリチウムイオンは負の電極から抽出され、正の電極に挿入されます。充電プロセス中に、リチウムイオンの逆の動きが起こります。

リチウムの利点–イオン電池：

リチウムイオン電池は、NiCd電池やその他の二次電池よりも優れています。いくつかの利点は

• 同様のサイズの他のバッテリーと比較して軽量
• フラット形状を含むさまざまな形状で利用可能
• 低電流での電力伝達を増加させる高い開回路電圧
• メモリー効果の欠如。
• 1か月あたり5〜10％という非常に低い自己放電率。 NiCdおよびNiMhバッテリーの自己放電は約30％です。
• 無料のリチウム金属を使用しない環境に優しいバッテリー

しかし、他のバッテリーと同様に、リチウムイオンバッテリーにもいくつかの欠点があります。

リチウムイオン電池のデメリット：

• 時間の経過とともに電解液内に堆積すると、電荷の流れが阻害されます。これにより、バッテリーの内部抵抗が増加し、電流を供給するセルの容量が徐々に減少します。
• 高い充電と高温は容量の損失につながる可能性があります
• 過熱すると、リチウムイオン電池は熱暴走やセルの破裂を起こす可能性があります。
• 深い放電はリチウムイオン電池を短絡させる可能性があります。そのため、これを防ぐために、一部のメーカーには、電圧が3〜4.2ボルトの安全レベルを超えたときにバッテリーをシャットダウンする内部シャットダウン回路があります。この場合、バッテリーを長期間使用しないと、内部回路が電力を消費し、バッテリーをシャットダウン電圧未満で消耗します。したがって、そのようなバッテリーを充電するには、通常の充電器は役に立ちません。