Baterie a baterie do telefonu: Jak fungují a jak dlouho vydrží

S třesoucíma se rukama vytáhnete za minus 30 svůj smartphone, abyste si zavolali taxi. Než budete moci zadat adresu, obrazovka ztmavne a telefon se znovu nezapne. “Jak je to možné?” – Vždyť to bylo zpoplatněno 50 %.“ Pokud by místo lithium-iontové baterie mohl běžet mobilní telefon na alkalickou baterii z babiččina dálkového ovládání, pak by se dalo předejít problémům s přivoláním taxi. Proč? Všechno je to o drobných nosičích elektrického náboje.

Baterie v mobilním telefonu a alkalická baterie v dálkovém ovladači jsou zařízení, která přeměňují chemickou energii na energii elektrickou. Hlavními aktéry této přeměny jsou oxidační činidlo a redukční činidlo.

Oxidační činidla jsou atomy, ionty nebo molekuly, které při jakékoli vhodné příležitosti chtivě odebírají elektrony z jiných atomů – redukční činidla. Ti, jako štědří dobrodinci, rozdělují své elektronové bohatství do okysličovadla během chemické reakce. Zatímco baterie nenapájí zařízení, okysličovadlo a redukční činidlo „čekají“ na plus a mínus baterie – její kontakty. Když zařízení začne pracovat, spustí se chemická reakce a na kontaktech baterie se objeví potenciální rozdíl (napětí) – zdroj energie pro váš gadget.

Jak funguje nejoblíbenější baterie na světě

V lithium-iontové baterii je redukčním činidlem lithium-grafitová sloučenina (LiC₆) a oxidačním činidlem je oxid kobaltnatý (CoO₂). Atomy lithia ztrácejí své elektrony a zanechávají je na záporném pólu baterie a mění se na ionty Li+. Přes nábojovou kapalinu (elektrolyt) proudí ke kladnému kontaktu a hromadí se na něm.

Výměna iontů pokračuje, dokud se kladný kontakt nenabije natolik, že se začne odpuzovat jako náboje Li+, k čemuž dochází, když je napětí baterie asi 3,7 voltu. Když jsou kontakty vzájemně propojeny pomocí gadgetu, náboje na nich jsou sníženy a tok iontů lithia je obnoven. Když se však redukční činidlo vzdá všech svých elektronů, pohyb se znovu zastaví a smartphone požádá o nabití.

Jakmile zapojíte gadget do elektrické zásuvky nebo přenosného zdroje energie, napětí na baterii vyletí těsně nad čtyři volty a všechny procesy v ní se obrátí. Ve snaze zbavit se „zvýšeného“ kladného náboje začne „+“ kontakt ze sebe vytlačovat nedávno získané ionty lithia. Vracejí se do negativního kontaktu a stávají se opět součástí redukčního činidla LiC.₆, ochotný darovat elektrony. Takto se elektrická energie ze zásuvky přeměňuje na chemickou energii, kterou lze „vzít s sebou“.

Lithium-iontové baterie nevydrží věčně: po mnoha cyklech selžou. V důsledku opakovaného pohybu lithia přes elektrody kontaktů se tyto roztahují a smršťují, časem praskají a přestávají procházet proud. Na kladně nabité elektrodě se hromadí vrstva částic, která brání odtoku elektronů.

Jaký je rozdíl mezi jednorázovou baterií a dobíjecí baterií?

V jednorázové alkalické baterii je oxidačním činidlem oxid manganičitý (MnO₂)_, a vydatným redukčním činidlem je zinek (Zn). Oxidační činidlo a redukční činidlo také interagují prostřednictvím “charitativního fondu” – elektrolytu: náboj je přenášen hydroxidovými ionty (OH – ), které spolu s kovy tvoří alkálie. To se odráží i v názvu tohoto typu baterie.

Přečtěte si více

Rodinné hodnoty - Encyklopedie

Hydroxidové ionty se naváží na zinek, odebírají jeho elektrony a přenášejí je na ocelovou tyč procházející baterií. Na jednom z kontaktů se tak vytvoří záporný náboj. Na opačném kontaktu je milovník cizích elektronů – oxid manganu. Odebírá elektrony z ocelového pouzdra baterie a kladně ji nabíjí. Současně se v elektrolytu vytvoří nová část záporně nabitých OH iontů pro následnou oxidaci zinku.

Když je všechen zinek oxidován nebo veškerý oxid manganičitý je redukován na oxid, baterie je navždy mrtvá. Pokud se ji pokusíte nabít z externího zdroje energie, voda v alkalickém elektrolytu se začne rozkládat na vodík a kyslík, které se okamžitě odpaří nebo dokonce roztrhnou baterii zevnitř.

Jak teplota ovlivňuje baterii vašeho smartphonu

Ionty „neplavou“ v elektrolytu tak volně jako elektrony v kovu. Teplota jim pomáhá procházet kapalinou: čím vyšší je, tím jsou molekuly „energičtější“ a rychlejší. Jak teplota klesá, viskozita kapaliny se zvyšuje a ionty v ní „uvíznou“. Teplo „rozmrazí“ pohyb iontů a ty spotřebovávají méně energie na překonání elektrolytu. Proto se smartphone, který náhle zemřel v chladu v bytě, může zapnout bez dobíjení a ukázat 50%, což jste viděli před vypnutím gadgetu venku.

Pokud se náboj mobilního telefonu teplem „rozpustil“, nebude možné baterii vzkřísit. Když je teplota baterie vyšší než 60 stupňů, její součásti mezi sebou vstoupí do „abnormálních“ nevratných reakcí a baterie je navždy poškozena.

AČKOLI ELEKTRICKÉ VOZIDLA JSOU BEZ MNOHO DESIGNOVÝCH NEVÝHOD PŘEPRAVY na led, MAJÍ SPOLEČNOU VLASTNOST: NEJDŮLEŽITĚJŠÍ VOZIDLOVÉ JEDNOTKY SE PŘEHŘÍVAJÍ. V ZELENÉ DOPRAVĚ SE BATERIE A ELEKTRICKÉ MOTORY TEPÍ. VYSOKÉ TEPLOTY MAJÍ NEGATIVNÍ VLIV NA KABELÁŽ A BATERII. TAK SILNÉ, ŽE BYLY AUTOMOBILOVÉ KONCERNY DONUTY IMPLEMENTOVAT DO NÁVRHU BLOKU BATERIÍ SPECIÁLNÍ CHLADICÍ SYSTÉM. POJĎME SI ZJISTIT, JAK JE NAVRŽENO A S JAKÝMI PROBLÉMY MŮŽE MAJÍT ELEKTRICKÉ VOZIDLO.

VLIV VYSOKÝCH TEPLOTY NA BATERII

Bez ohledu na typ baterie použité v elektromobilu je ideální teplota pro jeho provoz v rozmezí 20-30°C. Nebudeme zabíhat do technických detailů a jen podotýkáme, že za tímto rozsahem kapacita baterie klesá. Je to důsledek jedné z následujících situací:

Přehřát. Možné důvody: vysoké teploty vzduchu, delší jízda vysokou rychlostí a v terénu, porucha chladicího systému baterie. Řešení: zaparkování vozu na tmavém místě, výměna nemrznoucí směsi, diagnostika chladicího systému;
Podchlazení. Možné důvody: nízké teploty vzduchu, porucha tepelného čerpadla a odporové ohřívače. Řešení: přistavení vozu do vytápěné garáže, diagnostika tepelného čerpadla, výměna opotřebovaných odporových prvků.

Mnoho řidičů je přesvědčeno, že největším nebezpečím pro elektromobil je mráz. Ale v praxi mají nízké i vysoké teploty na baterii podobný vliv: snížený dojezd a špičkový výkon, snížený nabíjecí výkon a mnoho dalšího. Teplo je obzvláště zákeřný nepřítel. Standardní chladicí systém dokáže odstranit přebytečné teplo z baterie ve většině provozních scénářů. Jeho schopnosti však nemusí stačit, pokud se výrazně zvýší zatížení elektromotoru. Baterie to přežije, ale začne se degradovat. Jeho kapacita klesne o zlomek procenta. Navždy. To není mnoho, ale situace se bude opakovat a baterie se během pár let stane nepoužitelnou.

Přečtěte si více

Simparica pro psy: návod k použití, indikace a kontraindikace, vedlejší účinky, cena

Tepelný únik baterie je nebezpečný jev způsobený chemickými řetězovými reakcemi uvnitř zařízení. Pro fenomén byl zvolen mimořádně výstižný název. Za prvé, baterie se zahřívá. Za druhé, proces se vždy zintenzivňuje (zrychluje), takže baterii je nutné co nejdříve odpojit od jakékoli zátěže a zchladit. Hlavní důvody tepelného úniku: narušení integrity pouzdra, dlouhodobé přehřívání a provoz při velkém zatížení, nabíjení příliš vysokým proudem. To je možné, pokud selže regulátor nabíjení elektrického vozidla.

METODY CHLAZENÍ BATERIE

V anglicky psaných zdrojích je chladicí systém baterie elektromobilu označován zkratkou BTMS. Nejběžnější typy systémů jsou vzduch a kapalina. Do samostatné skupiny jsou zařazeny i kombinované systémy, které však vzhledem k jejich nízké prevalenci nebudeme uvažovat.

Chlazení vzduchem může být pasivní a aktivní (nucené). V prvním případě je přebytečné teplo odváděno přiváděným proudem vzduchu. Systém funguje tím efektivněji, čím rychleji se vůz pohybuje. Pro nucené chlazení se do systému zavádí přídavný elektrický ventilátor nebo se používá standardní klimatizační systém. Vzhledem k průměrné účinnosti a závislosti na venkovních teplotách nejsou v moderních elektromobilech vzduchové BTMS, případně jejich zjednodušené verze doplňují kapalinový systém. Vzduchové chlazení bylo úspěšně použito v mnoha hybridech a „čistých“ elektrických vozidlech: Renault Zoe, Nissan Leaf, Hyundai Fit EV.

Systémy chlazení kapalných baterií jsou nyní považovány za standard pro elektromobily. Je spolehlivý, účinný a poměrně jednoduchý. Do jeho konstrukce je často integrován systém klimatizace a tepelné čerpadlo. Celá konstrukce je obvykle namontována přímo na platformě elektromobilu. Skladba systému závisí na výrobci a modelu vozu, ale vždy obsahuje tyto prvky:

Hlavní chladicí radiátor;
Systém trubek a kanálů;
Chladicí desky;
Senzory tlaku;
Od 1 do 3 pump.

Mnoho výrobců zavádí do systému přídavný radiátor napojený na klimatizační systém. Zde hraje roli výparníku, určeného k rychlému ochlazení kapaliny. Pozorný čtenář se zeptá: nepřehřívají se elektromotory? Odpověď je jednoduchá: každý elektromotor má svůj chladicí okruh (většinou cívku) s vlastním čerpadlem, tlakovými čidly a dalšími prvky. V podstatě se jedná o něco jako klasický chladicí systém pro spalovací motor, ovšem s vlastní charakteristikou.

Funguje to takto: čerpadlo vytvoří tlak v systému, chladicí kapalina se začne pohybovat trubkami, odebírá přebytečné teplo z desek, vstupuje do chladiče a ochlazuje se. Proces se opakuje. Některé modely elektrických vozidel nemají chladicí desky a mají pouze trubky, kterými protéká kapalina. Příklad: Tesla Model 3. Všechny konstrukční prvky jsou zpravidla vyrobeny z hliníku. Hlavní nevýhodou těchto systémů je malá kontaktní plocha chladicího prvku (deska, trubice) s baterií.

Téměř všichni hlavní výrobci elektrických vozidel experimentují s přímo působícími kapalinovými chladicími systémy. V nich se chladicí kapalina dostává do přímého kontaktu s akumulátorem – žádné desky, trubky nebo jiné výměníky tepla. Účinnost tohoto způsobu odvodu tepla je velmi vysoká. V čem je tedy problém? Za prvé, takový systém není spolehlivý. Za druhé, neexistují žádné kapaliny, které by byly levné na výrobu a které by současně měly všechny potřebné vlastnosti: nízkou elektrickou vodivost, vysokou tepelnou vodivost, chemickou inertnost a šetrnost k životnímu prostředí. Ó! Málem jsme zapomněli říci, že takový systém by měl být také levný na výrobu.

Přečtěte si více

Polodeterminantní odrůdy rajčat - Elbrus Region Tomatoes

MOŽNÉ PORUCHY

Vzhledem k tomu, že moderní elektromobily mají spoustu „chytré“ elektroniky, pokud dojde k poruše BTMS, auto samo oznámí řidiči problém. Centrální řídicí jednotka také optimalizuje provoz elektromotoru a baterie, aby se minimalizovalo poškození vozidla. Oznámení byste neměli ignorovat. Možné důsledky:

Rychlá degradace baterie;
Pokles špičkového výkonu elektrických vozidel;
Nemožnost nabíjení v rychlém režimu;
Tepelný únik baterie;
V extrémních případech: požár baterie.

To je možné pouze při kombinaci několika faktorů: přetížení výkonové elektroniky, porušení integrity vnějšího pouzdra baterie a přepážek mezi články, prodloužený tepelný únik. Moderní elektromobily jsou ještě méně náchylné k požárům než jejich benzinové protějšky. Řidič potřebuje pouze sledovat technický stav vozu, aby se ochránil před případnými problémy s baterií.

Jak ukázala praxe, problémy s chladicím systémem se projevují po 3-4 letech provozu elektrického automobilu. Pokud byly provozní podmínky drsné, lze toto číslo rozdělit na polovinu. Zajímavé je, že stejný princip platí pro klasická auta ICE. Porucha chladicího systému může být způsobena následujícími příčinami:

Předčasná výměna chladicí kapaliny;
Odtlakování systému a únik kapaliny;
Ucpání trubek, kterými protéká kapalina;
Porucha čerpadla;
Přerušení sběrnice CAN nebo jiného vedení;
Selhání senzorů a dalších elektronických součástí BTMS.

Zvláštní případy: zvýšený nebo snížený tlak v systému, stárnutí materiálů (kovy, izolace vedení), spálené pojistky. Stárnutí označuje přirozené opotřebení materiálů vlivem času a vnějších podmínek – s tím se nedá nic dělat. Pokud je tlak v systému mimo normální rozsah, je nutné jej co nejdříve upravit. K tomu stačí vypustit přebytečnou tekutinu nebo přidat chybějící. U většiny elektrických vozidel je pro uvolnění tlaku potřeba odšroubovat zátku na spodní straně u zadní nápravy. Harmonogram výměny závisí na značce a modelu elektromobilu. Obvykle je to 90-120 tisíc km. Čištění systému a výměnu komponent je lepší svěřit odborníkům.

KRÁTCE O CHLADICÍCH KAPALINÁCH PRO ELEKTRICKÁ VOZIDLA

Nemrznoucí směs a nemrznoucí směs jsou dvě nejběžnější označení chladicí kapaliny pro automobily. Jejich hlavní složkou jsou látky ze skupiny glykolů, které se vyznačují vysokým bodem varu a slabou chemickou aktivitou. Složení nemrznoucích směsí zahrnuje také tzv. aditiva jsou chemicky aktivní přísady, které „vyhlazují“ nevýhody čistých glykolů. Nejběžnější jsou antikorozní přísady. Existují i přísady, které zvyšují bod varu a zabraňují tvorbě pěny. Pro chladicí kapaliny pro elektrická vozidla platí následující požadavky:

Široký rozsah provozních teplot;
Kompatibilní s vozy různých značek;
Nízká elektrická vodivost.

Na trhu můžete najít univerzální nemrznoucí směsi, které jsou vhodné pro všechny typy automobilů. Doporučujeme užívat pouze specializované tekutiny. Faktem je, že správně zvolená nemrznoucí směs se nepřehřívá ani za nejnáročnějších provozních podmínek. Podívejme se na příklad. Většina kapalin pro benzinové motory vře při teplotách nad 120 °C a jejich viskozita se pohybuje v rozmezí 50–100 mPa*s. Chladicí kapaliny pro elektromobily vrou při 150°C a jejich viskozita je 2-6x nižší. Parametry univerzálních kapalin jsou někde uprostřed, což se nehodí pro všechny elektromobily. Například Zeekr 007 klade vysoké nároky na spotřební materiál a autochemikálie. Jedná se o model s přebytečným výkonem, pro který je životně důležitá správná funkce chladicího systému.

Přečtěte si více

Sběr a zpracování surovin z prachového peří a peří | - Hlavní farmářský portál - vše o podnikání v zemědělství. Farmářské fórum.

Pojďme zničit běžný mýtus o nemrznoucí směsi. Jejich vlastnosti a kvalita nezávisí na barvě kapaliny. Mnoho řidičů staromódním způsobem kupuje „červenou nemrznoucí směs“ od výrobce, kterého znají, aniž by si mysleli, že chemikálie pro auta mohou mít jakoukoli barvu – záleží pouze na barvivu. Majitel elektromobilu by si měl koupit chemikálie označené jako „chladicí kapalina pro elektrická vozidla“ nebo „Chladicí kapalina EV“, pokud popis produktu není přeložen z angličtiny. Zde jsou někteří známí výrobci: Elf, Castrol, Liqui Moly, Mobil, Shell. Pokud nebylo možné najít specializovanou nemrznoucí směs pro elektrické vozidlo, můžete si jako alternativu vzít kapalinu, která splňuje tolerance výrobce automobilu. Ve většině případů je vhodná třída G12++ nebo G13. Nemrznoucí kapalinu byste neměli vyměňovat sami – existuje vysoká pravděpodobnost odvětrání systému. Doporučujeme vám vybrat si vhodné autochemikálie a předat je specialistům.