कार्य सिद्धान्त र ऊर्जा भण्डारण ब्याट्री को संरचना

ऊर्जा भण्डारण ब्याट्री को कार्य सिद्धान्त

एऊर्जा भण्डारण ब्याट्रीविद्युत ऊर्जा र रासायनिक ऊर्जा बीच ऊर्जा रूपान्तरण र भण्डारण गर्ने उपकरण हो। डिस्चार्जको समयमा, रासायनिक ऊर्जा प्रत्यक्ष रूपमा विद्युत ऊर्जामा रूपान्तरण हुन्छ; चार्ज गर्दा, बिजुली ऊर्जा भण्डारणको लागि रासायनिक ऊर्जामा रूपान्तरण हुन्छ। ब्याट्रीमा रहेका सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू विभिन्न सामग्रीबाट बनेका हुन्छन्। जब एउटै इलेक्ट्रोलाइट सम्मिलित गरिन्छ, दुवै इलेक्ट्रोडहरूले आ-आफ्नो इलेक्ट्रोड क्षमताहरू स्थापना गर्नेछन्, जस्तै चित्र 1-4 मा ABCD टुटेको रेखाले देखाएको छ (ड्यास गरिएको रेखा र इलेक्ट्रोडहरू बीचको खाली ठाउँले बनेको विद्युतीय डबल तहलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ)। सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू बीचको सन्तुलन इलेक्ट्रोड सम्भाव्यतामा भिन्नताले ब्याट्रीको इलेक्ट्रोमोटिभ फोर्स (EMF) E गठन गर्दछ।

चित्र 14 ऊर्जा भण्डारण ब्याट्रीको कार्य सिद्धान्तको योजनाबद्ध रेखाचित्र

जब सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू बाह्य भारसँग जोडिएका हुन्छन्, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीले इलेक्ट्रोनहरू प्राप्त गर्दछ र क्याथोडिक ध्रुवीकरण उत्पादन गर्दछ, यसरी सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता घटाउँछ; नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीले इलेक्ट्रोनहरू गुमाउँछ र एनोडिक ध्रुवीकरण उत्पादन गर्दै, एक अक्सीकरण प्रतिक्रियाबाट गुजर्छ, यसरी नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता बढाउँछ। बाह्य सर्किटको लागि, इलेक्ट्रोनहरू नकारात्मक इलेक्ट्रोडबाट सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा प्रवाह हुन्छन्, त्यसैले वर्तमान दिशा सकारात्मक इलेक्ट्रोडबाट नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा हुन्छ। इलेक्ट्रोलाइटमा, आयन आन्दोलनको माध्यमबाट चार्ज स्थानान्तरण हुन्छ, यसरी आन्तरिक सर्किटमा वर्तमान दिशा नकारात्मक इलेक्ट्रोडबाट सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा हुन्छ। डिस्चार्ज अवस्थामा, ब्याट्री सम्भावित वितरणलाई चित्र १-४ मा टुटेको लाइन A'B'C'D' द्वारा देखाइएको छ। सम्पूर्ण प्रक्रियाले पूर्ण बन्द लूप बनाउँछ, जसले इलेक्ट्रोडहरूमा अक्सीकरण र घटाउने प्रतिक्रियाहरूलाई निरन्तर जारी राख्न अनुमति दिन्छ, यसरी बन्द लुप भित्र निरन्तर प्रवाह सुनिश्चित गर्दछ। जब ब्याट्रीले काम गरिरहेको हुन्छ, इलेक्ट्रोडहरूमा विद्युतीय ऊर्जा उत्पन्न गर्ने इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाहरूलाई प्रवाह-उत्पादन प्रतिक्रियाहरू भनिन्छ, र यी प्रतिक्रियाहरूमा भाग लिने पदार्थहरूलाई सक्रिय पदार्थ भनिन्छ।

ब्याट्रीको चार्जिङ प्रक्रिया अनिवार्य रूपमा यसको डिस्चार्जिङ प्रक्रियाको उल्टो हुन्छ। चार्ज गर्दा, सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा अक्सीकरण हुन्छ, जबकि नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा कमी हुन्छ; एकै साथ, डिस्चार्जको समयमा इलेक्ट्रोलाइटमा आयनहरूको माइग्रेसन दिशा विपरीत हुन्छ, र चित्र 1-4 मा टुटेको लाइन A"B"C"D" द्वारा देखाइए अनुसार, यो रासायनिक रूपान्तरण प्रक्रियालाई ड्राइभ गर्न ब्याट्रीको खुला-सर्किट भोल्टेज भन्दा बढी बाह्य शक्ति स्रोत आवश्यक छ।

रासायनिक ऊर्जालाई विद्युतीय ऊर्जामा प्रत्यक्ष रूपान्तरण गर्नको लागि, ऊर्जा भण्डारण ब्याट्री भित्र हुने रेडक्स प्रक्रिया परम्परागत रेडक्स प्रतिक्रियाहरूबाट मौलिक रूपमा भिन्न हुन्छ। ब्याट्रीमा, इलेक्ट्रोनहरू गुमाउने (अक्सिडेशन) र इलेक्ट्रोनहरू प्राप्त गर्ने (घटाउने) प्रक्रियाहरू विभिन्न क्षेत्रहरूमा विभाजित हुनुपर्छ। यसबाहेक, सक्रिय घटक प्रतिक्रियामा भाग लिँदा इलेक्ट्रोनहरू बाह्य सर्किट मार्फत प्रवाह गर्नुपर्छ। यी दुई मुख्य तत्वहरूले ब्याट्री भित्रको रेडक्स मेकानिजमलाई साधारण रासायनिक रेडक्स प्रतिक्रियाहरू र इलेक्ट्रोकेमिकल क्षरण घटनामा माइक्रो-सेल प्रतिक्रियाहरूबाट छुट्याउँछन्।

ऊर्जा भण्डारण ब्याट्रीहरूको संरचना

आधारभूत ऊर्जा भण्डारण ब्याट्रीमा चारवटा आधारभूत कम्पोनेन्टहरू हुनुपर्छ: इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट, सेपरेटर, र ब्याट्री आवरण।

इलेक्ट्रोड

इलेक्ट्रोडहरू, ब्याट्रीको मुख्य घटकको रूपमा, सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरूमा विभाजित हुन्छन्, मुख्य रूपमा सक्रिय सामग्री र एक प्रवाहकीय फ्रेमवर्कबाट बनेको हुन्छ। ती मध्ये, सक्रिय सामग्रीहरूले ब्याट्री डिस्चार्जको समयमा रासायनिक प्रतिक्रियाहरू मार्फत विद्युत ऊर्जा उत्पन्न गर्दछ, र ब्याट्री प्रदर्शन निर्धारण गर्ने मुख्य कारक हो। सक्रिय सामग्रीहरू प्रायः ठोस हुन्छन्, तर तरल पदार्थ वा ग्यासहरूको रूपमा पनि अवस्थित हुन सक्छन्।

सक्रिय सामग्रीहरूले ब्याट्रीको समग्र कार्यसम्पादनमा निर्णायक प्रभाव पार्छ, र त्यसैले सामान्यतया निम्न कार्यसम्पादन आवश्यकताहरू हुन्छन्: ① सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको उच्च क्षमता हुनुपर्दछ, जबकि नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीले कम क्षमता कायम गर्न आवश्यक छ, ब्याट्रीले ठूलो इलेक्ट्रोमोटिभ बल उत्पन्न गर्न सक्छ भन्ने सुनिश्चित गर्नको लागि; ② सक्रिय सामग्रीहरूमा राम्रो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया हुनुपर्दछ, त्यो हो, तिनीहरू सजिलैसँग रेडक्स प्रक्रियाहरूमा भाग लिनुपर्दछ; ③ सक्रिय कम्पोनेन्टहरू वजन र भोल्युम द्वारा उच्च विशिष्ट क्षमता हुनु आवश्यक छ; ④ सक्रिय सामग्रीहरूमा इलेक्ट्रोलाइट समाधानहरूमा उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता हुनु आवश्यक छ, र स्व-विघटन दर सकेसम्म कम हुनुपर्छ; ⑤ सक्रिय सामग्री उच्च इलेक्ट्रोनिक चालकता हुनुपर्छ; ⑥ अर्थशास्त्र र दिगो विकासको परिप्रेक्ष्यमा, आदर्श सक्रिय सामग्रीहरू पृथ्वीमा प्रशस्त र सस्तो स्रोतहरू हुनुपर्छ; ⑦ सक्रिय सामग्रीहरू मानव स्वास्थ्य र प्राकृतिक वातावरणको लागि हानिकारक पनि हुनुपर्छ।

एक विशिष्ट सक्रिय सामग्रीको लागि माथिका सबै मापदण्डहरू पूरा गर्नु एकदम चुनौतीपूर्ण छ; तसर्थ, सक्रिय सामग्री चयन गर्दा एक व्यापक विचार आवश्यक छ। हाल, सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने क्याथोड सामग्रीहरू धातु अक्साइडहरू हुन्, जस्तै सीसा डाइअक्साइड, म्यांगनीज डाइअक्साइड, र निकल अक्साइड, साथै हावाबाट अक्सिजन। एनोड सामग्रीहरूको लागि, जस्ता, सीसा, क्याडमियम, फलाम, लिथियम, र सोडियम जस्ता रासायनिक प्रतिक्रियाशील धातुहरूको दायरालाई प्राथमिकता दिइन्छ।

प्रवाहकीय ढाँचाको कार्य भनेको सक्रिय सामग्रीलाई बाह्य सर्किटमा जडान गर्नु र सन्तुलित वर्तमान वितरण सुनिश्चित गर्नु हो। यसले सक्रिय सामग्रीलाई पनि समर्थन गर्दछ। एक आदर्श प्रवाहकीय ढाँचामा उत्कृष्ट मेकानिकल बल, उच्च रासायनिक स्थिरता, कम प्रतिरोधात्मकता, र राम्रो प्रक्रिया योग्यता हुनुपर्छ।

इलेक्ट्रोलाइट्स

इलेक्ट्रोलाइटको प्राथमिक कार्य भनेको सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू बीचको प्रभावकारी आयन प्रवाह सुनिश्चित गर्नु हो, आयन यातायातको कार्य लिई। केहि अवस्थामा, यो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाहरूमा पनि भाग लिन सक्छ। ब्याट्रीमा प्रयोग हुने इलेक्ट्रोलाइटको लागि, यसको कार्यसम्पादनले निम्न आवश्यकताहरू पूरा गर्नुपर्छ: ① यसले भण्डारणको समयमा इलेक्ट्रोलाइट र सक्रिय सामग्री बीचको इन्टरफेसमा महत्त्वपूर्ण इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाहरूलाई रोक्नको लागि राम्रो रासायनिक स्थिरता भएको हुनुपर्छ, जसले गर्दा ब्याट्री स्वयम्-डिस्चार्ज घटाउँछ; ② यो उच्च विद्युत चालकता हुनुपर्छ। इलेक्ट्रोलाइट संरचना विभिन्न प्रकारका ब्याट्रीहरूमा भिन्न हुन्छ, र सामान्यतया, एसिड, क्षार, वा उत्कृष्ट चालकता भएका लवणहरूको जलीय समाधानहरू इलेक्ट्रोलाइटको रूपमा छनौट गरिन्छ। यद्यपि, केही नयाँ पावर टेक्नोलोजीहरूले जैविक विलायक इलेक्ट्रोलाइटहरू, पग्लिएको नुन इलेक्ट्रोलाइटहरू, वा ठोस इलेक्ट्रोलाइटहरू जस्ता नयाँ सामग्रीहरू प्रयोग गर्न सक्छन्।

आइसोलेसन

एक विभाजक, जसलाई झिल्ली वा विभाजन पनि भनिन्छ, ब्याट्रीको सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू बीच राखिएको छ। यसको मुख्य कार्य इलेक्ट्रोडहरू बीचको सीधा सम्पर्क रोक्न हो, जसले सर्ट सर्किट हुन सक्छ। विभाजकका लागि आधारभूत कार्यसम्पादन आवश्यकताहरू समावेश छन्: ① आन्तरिक सर्ट सर्किटहरू रोक्नको लागि राम्रो इलेक्ट्रोनिक इन्सुलेटर हुनु; ② इलेक्ट्रोलाइटमा आयन माइग्रेसनमा कम प्रतिरोध भएको, जसले गर्दा सम्पूर्ण यन्त्रको आन्तरिक प्रतिरोधलाई कम गर्छ र उच्च-वर्तमान डिस्चार्ज अवस्थाहरूमा ऊर्जाको हानिलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ; ③ राम्रो रासायनिक स्थिरता भएको, इलेक्ट्रोलाइट क्षरण र इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रीको रेडक्स प्रतिक्रियाहरूको सामना गर्दै; ④ पर्याप्त मेकानिकल बल र झुकाउने प्रतिरोध भएकोमा प्रभावकारी रूपमा डेन्ड्राइटको वृद्धिलाई रोक्न र सानो सक्रिय कणहरूलाई झिल्लीमा प्रवेश गर्नबाट रोक्न; ⑤आर्थिक कारकहरूलाई ध्यानमा राख्दै, यो सजिलैसँग उपलब्ध र सस्तो हुनुपर्छ।

साझा विभाजक सामग्रीहरूमा कपास पेपर, पल्प पेपर, माइक्रोपोरस प्लास्टिक, माइक्रोपोरस रबर, हाइड्रेटेड सेल्युलोज, नायलन कपडा, र ग्लास फाइबर, आदि समावेश छन्।

ब्याट्री आवरण

ब्याट्री आवरण, ब्याट्री कन्टेनर पनि भनिन्छ, विद्यमान ऊर्जा भण्डारण ब्याट्रीहरूमा ब्याट्रीको एक मात्र प्रकार हो जहाँ जस्ता इलेक्ट्रोडले आवरणको रूपमा पनि काम गर्दछ। यसको विपरित, अन्य ब्याट्री प्रकारहरूले सक्रिय सामग्रीको सट्टा बाह्य इन्क्याप्सुलेशनको लागि विशिष्ट सामग्रीहरू प्रयोग गर्ने प्रवृत्ति हुन्छ। एक आदर्श ब्याट्री आवरणमा उत्कृष्ट मेकानिकल गुणहरू हुनुपर्दछ, कम्पन र झटका सामना गर्नुपर्दछ, अत्यधिक तापक्रम अवस्थाहरूमा स्थिर रहनु पर्छ, र इलेक्ट्रोलाइटबाट क्षरणको प्रतिरोध गर्नुपर्दछ। व्यवहारमा, धातु, प्लास्टिक, र कडा रबर जस्ता सामग्रीहरू तिनीहरूको सम्बन्धित फाइदाहरूको कारण ब्याट्री आवरणको रूपमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।