3 Hauptarten von Sekundärzellen

Dieser Artikel beleuchtet die drei Haupttypen von Sekundärzellen. Die Typen sind: 1. Blei-Säure-Sekundärzelle 2. Nickel-Eisen-Sekundärzelle 3. Nickel-Cadmium-Zellen.

Typ # 1. Zweitzelle für Bleisäure:

Bei diesem Batterietyp besteht eine Bleizelle aus zwei Elektroden, die aus Bleiverbindungen bestehen und in einen Elektrolyten verdünnter Schwefelsäure getaucht sind. Die aktiven Materialien der Elektroden werden als Beschichtung auf tragenden Bleigittern abgeschieden.

Die Elektroden bestehen aus einem oder mehreren Gittern (oder Platten), wobei Anoden- und Kathodenplatten abwechselnd gegenüberliegend angeordnet sind. Wenn jedoch die Zelle entladen ist, werden sowohl Kathoden- als auch Anodengitter mit Bleisulfat beschichtet.

Wenn die Zelle aufgeladen ist, werden die Anodengitter mit Bleiperoxid beschichtet und die Kathodengitter sind reines Blei. Nun wollen wir sehen, wie es funktioniert. In der nachstehenden chemischen Formel wird die grundlegende und grundlegende chemische Wirkung dargestellt, die in diesen Batterien stattfindet.

Wenn die Zelle jedoch vollständig aufgeladen ist, entwickelt sie eine EMK von etwa 2 Volt, aber während sie entladen wird, nimmt die EMK langsam auf etwa 1, 8 Volt ab. Wenn sich die Zelle vollständig entladen lässt, fällt ihre Spannung schließlich sehr schnell ab.

Es ist jedoch wahrscheinlich, dass eine vollständige Entladung zum Zerfall der Elektroden führt, so dass es üblich ist, Blei-Säure-Zellen wieder aufzuladen, bevor ihre Leerlaufspannung unter 1, 8 Volt fällt. Sobald die Spannung unter 1, 8 Volt fällt, wird es schwierig, die Batterie aufzuladen. Es sollte daher immer darauf geachtet werden, dass diese Spannung nicht unter 1, 8 Volt fällt.

Spezifisches Gewicht des Elektrolyten:

Das spezifische Gewicht des Elektrolyts ist für die korrekte Funktion der Zelle von Bedeutung. Wenn diese vollständig aufgeladen ist, beträgt das spezifische Gewicht des Elektrolyts etwa 1, 21, aber wenn die Zelle auf 1, 8 Volt entladen ist, beträgt das spezifische Gewicht etwa 1, 18.

Die Änderung des spezifischen Gewichts wird bewirkt, weil bei der Entladung der Zelle ein Teil der Säure zur Bildung von Bleisulfat an der Elektrode verbraucht wird und etwas Wasser erzeugt wird.

Der Anteil von Säure zu Wasser ist daher geringer. Der Ladezustand einer Blei-Säure-Zelle kann durch Messen des spezifischen Gewichts des Elektrolyten mit einem Hydrometer ermittelt werden. Bei Kappenlampenbatterien kann das spezifische Gewicht höher sein als oben angegeben, da bei Kappenlampenbatterien eine bestimmte Entladungscharakteristik erforderlich ist.

Typ # 2. Nickeleisen-Sekundärzelle:

Dieser Batterietyp besteht aus einer Nickelverbindungselektrode und einer Eisenverbindungselektrode, die in einen Elektrolyten aus Kaliumhydroxid eingetaucht sind, dem etwas Lithiumhydrat zugesetzt wurde, um die Leitfähigkeit der Zelle zu verbessern. Wenn die Zelle entladen ist, ist das aktive Material an der Anode Nickelhydroxid, während das an der Kathode Eisenoxid ist.

Wenn nun die Zelle aufgeladen ist, bildet sich an der Anode Nickelperoxid und an der Kathode reines Eisen. Es gibt keine chemische Veränderung im Elektrolyten und sein spezifisches Gewicht bleibt während des gesamten Zellzyklus erhalten. Abb. 5.4 veranschaulicht die Funktionsweise dieser Art von Batterie.

Bei der Nickel-Eisen-Batteriekonstruktion besteht die Anode aus einer Anzahl von Rohren aus perforiertem Stahlband, die spiralförmig gewickelt und durch Stahlringe zusammengehalten werden. Die Röhrchen sind stark mit Nickel plattiert und die aktive Nickelverbindung ist in sie gepackt. Schichten aus plättchenförmigem Nickel sind mit dem aktiven Material durchsetzt, um die Leitfähigkeit innerhalb der Anode zu verbessern.

Die Kathode besteht aus perforierten, mit Nickel plattierten Stahlstreifen, die in Taschen gestanzt sind, in die die aktive Eisenverbindung gepackt wird. Die Leitfähigkeit der Kathode wird durch die Zugabe von etwas Quecksilber zum aktiven Material verbessert.

Die alkalische Nickel-Eisen-Zelle entwickelt bei voller Ladung eine EMK von 1, 4 Volt und wird normalerweise wieder aufgeladen, wenn die Leerlaufspannung auf etwa 1, 1 Volt abfällt. Im Gegensatz zur Blei-Säure-Zelle erleidet die alkalische Zelle jedoch keinen Schaden, wenn sie vollständig entladen ist.

Die alkalische Nickel-Eisenzelle ist jedoch leichter als eine Bleisäurezelle mit ähnlicher Kapazität, jedoch ist ihre Effizienz geringer. Die Kapazität der Zelle variiert mit der Temperatur. Unterhalb von 53 ° F (12 ° C) fällt die Kapazität der Zelle stark ab, so dass es wichtig ist, sicherzustellen, dass die Zelle bei oder über dieser kritischen Temperatur arbeitet.

Eine typische Anwendung von Nickel-Eisenzellen ist die standardmäßige 30-Volt-Gleichstrom-Auslösebatterie für Hochspannungsschaltgeräte.

Typ # 3. Nickel-Cadmium-Zellen:

Dieser Zellentyp basiert auf der Reaktion zwischen Nickelhydroxid und Cadmiumhydroxid in einem Alkalynektrolyten. Durch sorgfältige Anordnung der chemischen Reaktion konnte eine übermäßige Begasung verhindert und eine geschlossene wiederaufladbare Einheit hergestellt werden. Die chemische Reaktion dieses Batterietyps kann als angezeigt werden

Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass in einer vollständig geladenen Nickel-Cadmium-Batterie das Nickelhydroxid einen hohen Oxidationsgrad aufweist und das negative Material zu reinem Cadadium reduziert wird. Bei der Entladung wird das Nickelhydroxid auf einen geringeren Oxidationsgrad reduziert und das Cadmium in der negativen Platte wird oxidiert.

Die chemische Reaktion besteht also aus der Übertragung von Sauerstoff von einer Platte zur anderen, und der Elektrolyt wirkt nur als ionisierter Leiter und reagiert mit keiner der beiden Platten in irgendeiner Weise. Es ist auch zu beachten, dass sich das spezifische Gewicht nicht durch Ladung oder Entladung ändert.

Die Konstruktion eines nickelplattierten Stahls entspricht dem negativen Pol, der Elektroden aus hochporösen Verbindungen (Nickel; positiv, Cadmium: negativ) enthält, die mit aktivem Material gesättigt sind. Die positive Elektrode ist mit der oberen Abdeckung verbunden, um den positiven Pol zu bilden.

Die porösen Platten, die etwa 80% Hohlraum enthalten, werden nach einer Hochvakuumbehandlung mit den aktiven Elektrodenmaterialien imprägniert, um eine hohe Raumausnutzung zu gewährleisten. An die Elektroden sind reine Nickelstreifen angeschlossen, die mit dem Außengehäuse verschweißt sind. Die Elektrodenseparatoren werden aus Polyamid-Vliesstoff geschmiedet, der speziell für die langfristige physikalische und chemische Stabilität ausgewählt wurde.

Der Zusammenbau der Zellen wird unter streng kontrollierten Bedingungen durchgeführt, und der endgültige hermetische Verschluss wird durch Bilden einer Druckdichtung zwischen der Oberseite der Dose und einem kriechfesten isolierenden Nylongromer oder einer oberen Platte erreicht. Darüber hinaus sind einige Zellen mit einem angemessenen Sicherheitsventil versehen, das es der Zelle ermöglicht, unter extremen Missbrauchsbedingungen etwas Gas freizusetzen und danach wieder zu verschließen und normal zu funktionieren.

Kapazität:

Die tatsächliche Kapazität einer versiegelten Nickel-Cadmium-Zelle hängt etwas von der Entladungsrate ab, und bei der Angabe der Amperestunden-Kapazität ist Vorsicht geboten. Die Nennkapazität einer Zelle ist die Kapazität, die erreicht wird, wenn eine vollständig geladene Zelle mit einer Rate von 1, 1 Volt innerhalb von 10 Stunden entladen wird. Diese Rate in AH (Amp Hour) wird als K10-Rate bezeichnet.

Entladen:

Der Nenn-Entladestrom in Verbindung mit der Nennleistung K10 wird als 1x1x10 bezeichnet. In ähnlicher Weise wäre eine K2-Stundenbewertung mit einem Entladungsstrom von 5 × 1 × 10 und K5 eine Amperestundenbewertung mit einem Entladungsstrom von 2 × 1 × 10.

Über Entladung:

Wenn Batterien in einem Zustand empfangen werden, in dem die Klemmenspannung weniger als 1, 1 Volt beträgt, kann sich die Kapazität verringern. Sie sollten dann die Standardladung erhalten und dann mit einer Geschwindigkeit von 110 entladen werden. Dieser Vorgang muss gegebenenfalls wiederholt werden, bevor die volle Batteriekapazität wiederhergestellt ist.

Aufladung:

Für Nickel-Cadmium-Zellen beträgt der Ladefaktor 1, 4. Das bedeutet, dass bei einer voll aufgeladenen oder teilweise entladenen Zelle das 1, 4-fache der entnommenen Kapazität ersetzt werden muss. Beim Laden mit konstantem Strom sollte der Nennstrom 1.10 normalerweise nicht überschritten werden.

Lager:

Die besten Lagerbedingungen sind in einem Raum mit einer Temperatur zwischen 15 und 20 ° C und möglichst wenig Änderungen. Vor längerer Lagerung sollte die Zelle entladen und während der Lagerung vor Schmutz und Verschmutzung geschützt werden. Nach längerer Lagerung verlieren voll geladene Zellen ihre Kapazität aufgrund der Selbstentladung, aber 60% bis 70% der ursprünglichen Kapazität bleiben nach vielen Monaten Lagerung erhalten.

Charakteristisch:

Diese Art von Batterien hat folgende Hauptmerkmale:

(1) Wartungsfreiheit. Diese benötigen kaum Wartung.

(2) Stoßfeste Konstruktion.

(3) Kann in jeder Position verwendet werden.

(4) Hoher Innenwiderstand (mehrere Millionen Ohm)

(5) Gute Ladungsretention.

(6) Hohe Abflussraten von bis zu 10 I 10.

(7) 1, 4 Volt voll aufgeladen.

(8) 1, 1 Volt vollständig entladen.

In fast allen Zechen werden Sekundärzellen verwendet, um eine tragbare Stromversorgung für Kappenlampen und bestimmte Arten von Handlampen bereitzustellen. Beide Arten von Sekundärzellen werden für tragbare Leuchten verwendet. Akkumulatoren werden auch als Versorgung für Signalanlagen sowie für bestimmte schwere Untertageeinsätze verwendet, um elektrische Lokomotiven und bestimmte Arten von mobilen Maschinen, wie zum Beispiel Shuttle-Wagen, mit Strom zu versorgen.