శక్తి నిల్వ బ్యాటరీల పని సూత్రం మరియు కూర్పు

శక్తి నిల్వ బ్యాటరీల పని సూత్రం

ఒకశక్తి నిల్వ బ్యాటరీవిద్యుత్ శక్తి మరియు రసాయన శక్తి మధ్య శక్తిని మార్చే మరియు నిల్వ చేసే పరికరం. ఉత్సర్గ సమయంలో, రసాయన శక్తి నేరుగా విద్యుత్ శక్తిగా మార్చబడుతుంది; ఛార్జింగ్ సమయంలో, విద్యుత్ శక్తి నిల్వ కోసం రసాయన శక్తిగా మార్చబడుతుంది. బ్యాటరీలోని పాజిటివ్ మరియు నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్లు వేర్వేరు పదార్థాలతో తయారు చేయబడ్డాయి. ఒకే ఎలక్ట్రోలైట్ చొప్పించినప్పుడు, రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌లు వాటి స్వంత ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌లను ఏర్పరుస్తాయి, మూర్తి 1-4లో ABCD బ్రోకెన్ లైన్ చూపిన విధంగా (డాష్డ్ లైన్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్‌ల మధ్య ఖాళీ ఏర్పడిన ఎలక్ట్రిక్ డబుల్ లేయర్‌ను సూచిస్తుంది). సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌ల మధ్య సమతౌల్య ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యతలో వ్యత్యాసం బ్యాటరీ యొక్క ఎలక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్ (EMF) E.

మూర్తి 14 శక్తి నిల్వ బ్యాటరీ యొక్క పని సూత్రం యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లు బాహ్య భారానికి అనుసంధానించబడినప్పుడు, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం ఎలక్ట్రాన్‌లను పొందుతుంది మరియు తగ్గింపు ప్రతిచర్యకు లోనవుతుంది, కాథోడిక్ ధ్రువణాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, తద్వారా సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యత తగ్గుతుంది; ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోతుంది మరియు ఆక్సీకరణ ప్రతిచర్యకు లోనవుతుంది, అనోడిక్ ధ్రువణాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, తద్వారా ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యతను పెంచుతుంది. బాహ్య సర్క్యూట్ కోసం, ఎలక్ట్రాన్లు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ నుండి సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్కు ప్రవహిస్తాయి, కాబట్టి ప్రస్తుత దిశ సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ నుండి ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్కు ఉంటుంది. ఎలక్ట్రోలైట్‌లో, అయాన్ కదలిక ద్వారా ఛార్జ్ బదిలీ జరుగుతుంది, అందువలన అంతర్గత సర్క్యూట్‌లో ప్రస్తుత దిశ ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ నుండి సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌కు ఉంటుంది. ఉత్సర్గ స్థితిలో, బ్యాటరీ సంభావ్య పంపిణీ చిత్రం 1-4లో A'B'C'D' విరిగిన పంక్తుల ద్వారా చూపబడుతుంది. మొత్తం ప్రక్రియ పూర్తి క్లోజ్డ్ లూప్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, ఎలక్ట్రోడ్‌ల వద్ద ఆక్సీకరణ మరియు తగ్గింపు ప్రతిచర్యలు నిరంతరం కొనసాగేలా చేస్తుంది, తద్వారా క్లోజ్డ్ లూప్‌లో నిరంతర ప్రవాహాన్ని నిర్ధారిస్తుంది. బ్యాటరీ పని చేస్తున్నప్పుడు, ఎలక్ట్రోడ్ల వద్ద విద్యుత్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యలను ప్రవాహ-ఉత్పత్తి ప్రతిచర్యలు అంటారు మరియు ఈ ప్రతిచర్యలలో పాల్గొనే పదార్థాలను క్రియాశీల పదార్థాలు అంటారు.

బ్యాటరీ యొక్క ఛార్జింగ్ ప్రక్రియ తప్పనిసరిగా దాని డిశ్చార్జింగ్ ప్రక్రియకు విరుద్ధంగా ఉంటుంది. ఛార్జింగ్ సమయంలో, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ఆక్సీకరణ జరుగుతుంది, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద తగ్గింపు జరుగుతుంది; అదే సమయంలో, ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని అయాన్‌ల వలస దిశ డిశ్చార్జ్ సమయంలో దానికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది మరియు ఈ రసాయన మార్పిడి ప్రక్రియను నడపడానికి బ్యాటరీ యొక్క ఓపెన్-సర్క్యూట్ వోల్టేజ్‌ని మించిన బాహ్య శక్తి వనరు అవసరం, ఇది మూర్తి 1-4లో A"B"C"D" విరిగిన పంక్తుల ద్వారా చూపబడింది.

రసాయన శక్తిని నేరుగా విద్యుత్ శక్తిగా మార్చడానికి, శక్తి నిల్వ బ్యాటరీలో జరిగే రెడాక్స్ ప్రక్రియ సంప్రదాయ రెడాక్స్ ప్రతిచర్యల నుండి ప్రాథమికంగా భిన్నంగా ఉంటుంది. బ్యాటరీలో, ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోవడం (ఆక్సీకరణం) మరియు ఎలక్ట్రాన్‌లను పొందడం (తగ్గింపు) ప్రక్రియలను వేర్వేరు ప్రాంతాలుగా విభజించాలి. ఇంకా, క్రియాశీల భాగాలు ప్రతిచర్యలో పాల్గొన్నప్పుడు ఎలక్ట్రాన్లు తప్పనిసరిగా బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా ప్రవహిస్తాయి. ఈ రెండు కీలక అంశాలు బ్యాటరీలోని రెడాక్స్ మెకానిజంను సాధారణ రసాయన రెడాక్స్ ప్రతిచర్యలు మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ తుప్పు దృగ్విషయాలలో సూక్ష్మ-కణ ప్రతిచర్యల నుండి వేరు చేస్తాయి.

శక్తి నిల్వ బ్యాటరీల కూర్పు

ప్రాథమిక శక్తి నిల్వ బ్యాటరీలో నాలుగు ప్రాథమిక భాగాలు ఉండాలి: ఎలక్ట్రోడ్లు, ఎలక్ట్రోలైట్, సెపరేటర్ మరియు బ్యాటరీ కేసింగ్.

ఎలక్ట్రోడ్

ఎలక్ట్రోడ్లు, బ్యాటరీ యొక్క కీలక భాగాలుగా, సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్లుగా విభజించబడ్డాయి, ప్రధానంగా క్రియాశీల పదార్థాలు మరియు వాహక ఫ్రేమ్‌వర్క్‌తో కూడి ఉంటాయి. వాటిలో, క్రియాశీల పదార్థాలు బ్యాటరీ డిశ్చార్జ్ సమయంలో రసాయన ప్రతిచర్యల ద్వారా విద్యుత్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి మరియు బ్యాటరీ పనితీరును నిర్ణయించే ప్రధాన అంశం. క్రియాశీల పదార్థాలు ఎక్కువగా ఘనమైనవి, కానీ ద్రవాలు లేదా వాయువులుగా కూడా ఉంటాయి.

క్రియాశీల పదార్థాలు బ్యాటరీ యొక్క మొత్తం పనితీరుపై నిర్ణయాత్మక ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు అందువల్ల సాధారణంగా కింది పనితీరు అవసరాలు ఉంటాయి: ① సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం అధిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండాలి, అయితే ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం తక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండాలి, బ్యాటరీ పెద్ద ఎలక్ట్రోమోటివ్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయగలదని నిర్ధారించడానికి; ② క్రియాశీల పదార్థాలు తప్పనిసరిగా మంచి ఎలెక్ట్రోకెమికల్ రియాక్టివిటీని కలిగి ఉండాలి, అనగా అవి రెడాక్స్ ప్రక్రియలలో సులభంగా పాల్గొనాలి; ③ క్రియాశీల భాగాలు బరువు మరియు వాల్యూమ్ ద్వారా అధిక నిర్దిష్ట సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండాలి; ④ యాక్టివ్ మెటీరియల్స్ ఎలక్ట్రోలైట్ సొల్యూషన్స్‌లో అద్భుతమైన రసాయన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉండాలి మరియు స్వీయ-విశ్లేషణ రేటు వీలైనంత తక్కువగా ఉండాలి; ⑤ క్రియాశీల పదార్థాలు అధిక ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత కలిగి ఉండాలి; ⑥ ఆర్థిక శాస్త్రం మరియు స్థిరమైన అభివృద్ధి దృక్కోణం నుండి, ఆదర్శ క్రియాశీల పదార్థాలు భూమిపై సమృద్ధిగా మరియు చవకైన వనరులుగా ఉండాలి; ⑦ చురుకైన పదార్థాలు మానవ ఆరోగ్యానికి మరియు సహజ పర్యావరణానికి కూడా హాని కలిగించకుండా ఉండాలి.

నిర్దిష్ట క్రియాశీల పదార్ధం కోసం పైన పేర్కొన్న అన్ని ప్రమాణాలను చేరుకోవడం చాలా సవాలుగా ఉంటుంది; అందువల్ల, క్రియాశీల పదార్థాన్ని ఎన్నుకునేటప్పుడు సమగ్ర పరిశీలన అవసరం. ప్రస్తుతం, అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే కాథోడ్ పదార్థాలు మెటల్ ఆక్సైడ్లు, సీసం డయాక్సైడ్, మాంగనీస్ డయాక్సైడ్ మరియు నికెల్ ఆక్సైడ్, అలాగే గాలి నుండి ఆక్సిజన్. యానోడ్ పదార్థాల కోసం, జింక్, సీసం, కాడ్మియం, ఇనుము, లిథియం మరియు సోడియం వంటి రసాయనికంగా రియాక్టివ్ లోహాల శ్రేణికి ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది.

వాహక ఫ్రేమ్‌వర్క్ యొక్క విధి బాహ్య సర్క్యూట్‌కు క్రియాశీల పదార్థాన్ని కనెక్ట్ చేయడం మరియు సమతుల్య కరెంట్ పంపిణీని నిర్ధారించడం. ఇది క్రియాశీల పదార్థానికి కూడా మద్దతు ఇస్తుంది. ఆదర్శవంతమైన వాహక ఫ్రేమ్‌వర్క్ అద్భుతమైన యాంత్రిక బలం, అధిక రసాయన స్థిరత్వం, తక్కువ నిరోధకత మరియు మంచి ప్రాసెసిబిలిటీని కలిగి ఉండాలి.

ఎలక్ట్రోలైట్స్

ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ప్రాధమిక విధి సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య ప్రభావవంతమైన అయాన్ ప్రసరణను నిర్ధారించడం, అయాన్ రవాణా యొక్క పనిని చేపట్టడం. కొన్ని సందర్భాల్లో, ఇది ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యలలో కూడా పాల్గొనవచ్చు. బ్యాటరీలో ఉపయోగించే ఎలక్ట్రోలైట్ కోసం, దాని పనితీరు క్రింది అవసరాలకు అనుగుణంగా ఉండాలి: ① నిల్వ సమయంలో ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు క్రియాశీల పదార్ధం మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద ముఖ్యమైన ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యలను నిరోధించడానికి ఇది మంచి రసాయన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉండాలి, తద్వారా బ్యాటరీ స్వీయ విడుదలను తగ్గిస్తుంది-; ② ఇది అధిక విద్యుత్ వాహకత కలిగి ఉండాలి. ఎలక్ట్రోలైట్ కూర్పు వివిధ రకాల బ్యాటరీలలో మారుతూ ఉంటుంది మరియు సాధారణంగా, అద్భుతమైన వాహకత కలిగిన ఆమ్లాలు, ఆల్కాలిస్ లేదా లవణాల సజల ద్రావణాలను ఎలక్ట్రోలైట్‌గా ఎంపిక చేస్తారు. అయితే, కొన్ని కొత్త పవర్ టెక్నాలజీలు సేంద్రీయ ద్రావణి ఎలక్ట్రోలైట్‌లు, కరిగిన ఉప్పు ఎలక్ట్రోలైట్‌లు లేదా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లు వంటి నవల పదార్థాలను ఉపయోగించవచ్చు.

విడిగా ఉంచడం

మెమ్బ్రేన్ లేదా విభజన అని కూడా పిలువబడే సెపరేటర్, బ్యాటరీ యొక్క సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌ల మధ్య ఉంచబడుతుంది. ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య ప్రత్యక్ష సంబంధాన్ని నిరోధించడం దీని ప్రధాన విధి, ఇది షార్ట్ సర్క్యూట్‌కు దారితీయవచ్చు. సెపరేటర్లకు ప్రాథమిక పనితీరు అవసరాలు: ① అంతర్గత షార్ట్ సర్క్యూట్‌లను నిరోధించడానికి మంచి ఎలక్ట్రానిక్ ఇన్సులేటర్; ② ఎలక్ట్రోలైట్‌లో అయాన్ మైగ్రేషన్‌కు తక్కువ ప్రతిఘటనను కలిగి ఉంటుంది, తద్వారా మొత్తం పరికరం యొక్క అంతర్గత నిరోధకతను తగ్గిస్తుంది మరియు అధిక-ప్రస్తుత ఉత్సర్గ పరిస్థితులలో శక్తి నష్టాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది; ③ మంచి రసాయన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉండటం, ఎలక్ట్రోలైట్ తుప్పు మరియు ఎలక్ట్రోడ్ క్రియాశీల పదార్థాల రెడాక్స్ ప్రతిచర్యలను తట్టుకోవడం; ④ డెండ్రైట్ పెరుగుదలను సమర్థవంతంగా నిరోధించడానికి మరియు పొరలోకి చొచ్చుకుపోకుండా చిన్న చురుకైన కణాలను నిరోధించడానికి తగినంత మెకానికల్ బలం మరియు బెండింగ్ నిరోధకతను కలిగి ఉండటం;

కాటన్ పేపర్, పల్ప్ పేపర్, మైక్రోపోరస్ ప్లాస్టిక్‌లు, మైక్రోపోరస్ రబ్బర్, హైడ్రేటెడ్ సెల్యులోజ్, నైలాన్ క్లాత్ మరియు గ్లాస్ ఫైబర్ మొదలైన సాధారణ సెపరేటర్ మెటీరియల్స్ ఉన్నాయి.

బ్యాటరీ కేసింగ్

బ్యాటరీ కేసింగ్, బ్యాటరీ కంటైనర్ అని కూడా పిలుస్తారు, జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ కూడా కేసింగ్‌గా పని చేసే ప్రస్తుత శక్తి నిల్వ బ్యాటరీలలో ఒకే రకమైన బ్యాటరీ. దీనికి విరుద్ధంగా, ఇతర బ్యాటరీ రకాలు యాక్టివ్ మెటీరియల్ కంటే బాహ్య ఎన్‌క్యాప్సులేషన్ కోసం నిర్దిష్ట పదార్థాలను ఉపయోగిస్తాయి. ఆదర్శవంతమైన బ్యాటరీ కేసింగ్ అద్భుతమైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉండాలి, కంపనం మరియు షాక్‌లను తట్టుకోవాలి, తీవ్రమైన ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులలో స్థిరంగా ఉండాలి మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ నుండి తుప్పు పట్టకుండా నిరోధించాలి. ఆచరణలో, లోహాలు, ప్లాస్టిక్‌లు మరియు హార్డ్ రబ్బరు వంటి పదార్థాలు వాటి ప్రయోజనాల కారణంగా బ్యాటరీ కేసింగ్‌లుగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి.