Eine wiederaufladbare Batterie, Akku oder Akkumulator sind eine Gruppe von einer oder mehr elektrochemischen Zellen. Sie sind als sekundäre Zellen bekannt, weil ihre elektrochemischen Reaktionen elektrisch umkehrbar sind. Wiederaufladbare Batterien kommen in vielen verschiedenen Gestalten und Größen, irgendetwas von einer Knopfzelle bis Megawatt-Systeme anordnend, die verbunden sind, um ein elektrisches Vertriebsnetz zu stabilisieren. Mehrere verschiedene Kombinationen von Chemikalien werden allgemein verwendet, einschließlich: Leitungssäure, Nickel-Kadmium (NiCd), Nickel-Metall hydride (NiMH), Lithiumion (Li-Ion) und Lithiumion-Polymer (Li-Ion-Polymer).

Wiederaufladbare Batterien haben niedrigere Gesamtkosten des Gebrauches und der Umweltauswirkung als Einwegbatterien. Einige wiederaufladbare Batterietypen sind in denselben Größen wie Einwegtypen verfügbar. Wiederaufladbare Batterien haben höhere anfängliche Kosten, aber können sehr preiswert wieder geladen und oft verwendet werden.

Gebrauch und Anwendungen

Wiederaufladbare Batterien werden für Kraftfahrzeugstarter, tragbare Verbrauchergeräte, leichte Fahrzeuge (wie motorisierte Rollstühle, Golf-Karren, elektrische Räder und elektrischer Gabelstapler), Werkzeuge und unterbrechungsfreie Stromversorgungen verwendet. Erscheinende Anwendungen in hybriden elektrischen Fahrzeugen und elektrischen Fahrzeugen steuern die Technologie, Kosten und Gewicht zu reduzieren und Lebenszeit zu vergrößern.

Traditionelle wiederaufladbare Batterien müssen vor ihrem ersten Gebrauch beladen werden; neuere niedrige Selbstentladung halten Batterien von NiMH ihre Anklage seit vielen Monaten, und werden normalerweise an der Fabrik zu ungefähr 70 % ihres geschätzten Fassungsvermögens vor dem Verschiffen beladen.

Bratrost-Energielagerungsanwendungen verwenden wiederaufladbare Batterien für das Lastplanieren, wo sie elektrische Energie für den Gebrauch während Maximallastperioden, und für den erneuerbaren Energiegebrauch, wie Speicherung der Macht versorgen, die von der Photovoltaic-Reihe während des nachts zu verwendenden Tages erzeugt ist. Durch die Aufladung von Batterien während Perioden der niedrigen Nachfrage und das Zurückbringen der Energie in den Bratrost während Perioden der hohen elektrischen Nachfrage hilft Lastplanieren, das Bedürfnis nach teuren kränklichen Kraftwerken zu beseitigen, und hilft, die Kosten von Generatoren im Laufe mehr Stunden der Operation zu amortisieren.

Die Elektrische Nationale US-Hersteller-Vereinigung hat eingeschätzt, dass die amerikanische Nachfrage nach wiederaufladbaren Batterien zweimal so schnell wie Nachfrage nach nonrechargeables anbaut.

Aufladung und Entladung

Während der Aufladung wird das positive aktive Material oxidiert, Elektronen erzeugend, und das negative Material wird reduziert, Elektronen verbrauchend. Diese Elektronen setzen den aktuellen Fluss im Außenstromkreis ein. Der Elektrolyt kann als ein einfacher Puffer für den inneren Ion-Fluss zwischen den Elektroden, als im Lithiumion und den Zellen des Nickel-Kadmiums dienen, oder es kann ein energischer Teilnehmer in der elektrochemischen Reaktion, als in leitungssauren Zellen sein.

Die Energie, die verwendet ist, um wiederaufladbare Batterien gewöhnlich zu beladen, kommt aus einem Batterieladegerät mit der AC Hauptelektrizität, obwohl einige ausgestattet werden, um einen 12-Volt-Gleichstrom-Macht-Ausgang eines Fahrzeugs zu verwenden.

Ladegeräte nehmen von ein paar Minuten bis zu mehreren Stunden, um eine Batterie zu beladen. Verlangsamen Sie "stumme" Ladegeräte ohne Stromspannung - oder temperaturfühlende Fähigkeiten werden an einem niedrigen Zinssatz stürmen, normalerweise 14 Stunden nehmend oder mehr eine volle Anklage zu erreichen. Schnelle Ladegeräte können normalerweise Zellen in zwei bis fünf Stunden, abhängig vom Modell, mit der schnellsten Einnahme nur fünfzehn Minuten beladen. Schnelle Ladegeräte müssen vielfache Weisen haben zu entdecken, wenn eine Zelle volle Anklage (Änderung in der Endstromspannung, Temperatur, usw.) erreicht, um aufzuhören, vor dem schädlichen Überladen zu stürmen, oder Überhitzung vorkommt. Die schnellsten Ladegeräte vereinigen häufig Kühlventilatoren, um die Zellen von der Überhitzung abzuhalten.

Batterie, die stürmt und Raten entlädt, wird häufig besprochen, indem sie in einer "C" Rate des Stroms Verweise angebracht wird. Die C Rate ist dass, der theoretisch völlig beladen oder die Batterie in einer Stunde entladen würde. Zum Beispiel könnte Tröpfeln, das stürmt, an C/20 durchgeführt werden, während typische Aufladung und Entladung an C/2 vorkommen können. (In der Praxis übernehmen das Stürmen und das Entladen von Batterien Verluste, so ist die "C" Rate mehr von einer Annäherung.) Im Allgemeinen, je höher der Strom hinsichtlich der Batteriekapazität, desto schlechter die wirksame Lagerungskapazität und das gesamte Leben der Batterie sein werden.

Fluss-Batterien, die für Spezialanwendungen verwendet sind, werden durch das Ersetzen von der Elektrolyt-Flüssigkeit wieder geladen.

Die technischen Zeichen von Herstellern der Batterie beziehen sich häufig auf VPC; das ist Volt pro Zelle, und bezieht sich auf die individuellen sekundären Zellen, die die Batterie zusammensetzen. (Das ist normalerweise in der Verweisung auf leitungssaure 12-Volt-Batterien.) Zum Beispiel, um 12 zu stürmen, verlangt V Batterie (6 Zellen 2 V jeder enthaltend), an 2.3 VPC eine Stromspannung 13.8 V über die Terminals der Batterie.

Nichtwiederaufladbar alkalisch und Zinkkohlenstoff-Zellproduktion 1.5V, wenn neu, aber das Spannungsabfälle mit dem Gebrauch. Der grösste Teil von NiMH werden AA und AAA Zellen an 1.2 V abgeschätzt, aber haben eine flachere Entladungskurve als alkalines und können gewöhnlich in der Ausrüstung verwendet werden, die entworfen ist, um alkalische Batterien zu verwenden.

Rückaufladung

Wenn man

eine entladene Zelle einem Strom in der Richtung unterwirft, die dazu neigt sich zu entladen, wird es weiter, anstatt es zu beladen, Rückaufladung genannt; das beschädigt Zellen. Rückseite, die stürmt, kann unter mehreren Verhältnissen, dem zwei allgemeinsten Wesen vorkommen:

• Wenn eine Batterie oder Zelle mit einem stürmenden Stromkreis der falsche Weg ringsherum verbunden werden.
• Wenn eine Batterie, die aus mehreren Zellen gemacht ist, verbunden der Reihe nach tief entladen wird.

Wenn sich eine Zelle völlig vor dem Rest entlädt, werden die restlichen Zellen den Strom durch die entladene Zelle zwingen. Anstatt eine Vorwärtsstromspannung der Last zu liefern, wird die entladene Zelle ein Teil der Last und präsentiert eine Sperrspannung dem Rest des Stromkreises. Das ist als "Zellumkehrung" bekannt, und kann sogar mit einer schwachen Zelle geschehen, die nicht völlig entladen wird. Wenn der Batterieabflussrohr-Strom hoch genug ist, kann der innere Widerstand der schwachen Zelle eine Sperrspannung schaffen, die größer ist als die restliche innere Vorwärtsstromspannung der Zelle. Das läuft auf die Umkehrung der Widersprüchlichkeit der schwachen Zelle hinaus, während der Strom durch die Zellen fließt." Das Stoßen" des Stroms durch eine entladene Zelle verursacht unerwünschte und irreversable chemische Reaktionen, vorzukommen, auf Dauerschaden zur Zelle hinauslaufend. Je höher die erforderliche Entladungsrate der Batterie, desto besser verglichen die Zellen sein sollten, sowohl in der Art der Zelle als auch in Ladungszustand, um die Chancen einer Zelle zu reduzieren, die sich völlig vor anderen entlädt. Außerdem haben viele batteriebetriebene Geräte eine Abkürzung der niedrigen Stromspannung, die tiefe Entladungen davon abhält vorzukommen, der Zellumkehrung verursachen könnte.

In kritischen Anwendungen mit Batterien des Ni-ordinären-Kerls, solcher als im Flugzeug, wird jede Zelle durch das Anschließen einer Lastbüroklammer über die Terminals jeder Zelle, dadurch das Vermeiden der Zellumkehrung, dann die Aufladung der Zellen der Reihe nach individuell entladen.

Tiefe der Entladung

Tiefe der Entladung (DOD) wird normalerweise als ein Prozentsatz der nominellen Amperestunde-Kapazität festgesetzt; 0-%-DOD bedeutet keine Entladung. Da die verwendbare Kapazität eines Batteriesystems von der Rate der Entladung und der zulässigen Stromspannung am Ende der Entladung abhängt, muss die Tiefe der Entladung qualifiziert werden, um die Weise zu zeigen, wie es gemessen werden soll. Wegen Schwankungen während der Fertigung und des Alterns kann sich der DOD für die ganze Entladung mit der Zeit oder Zahl von Anklage-Zyklen ändern. Allgemein wird ein wiederaufladbares Batteriesystem mehr Zyklen der Anklage/Entladung dulden, wenn der DOD auf jedem Zyklus niedriger ist.

Aktive Bestandteile

Die aktiven Bestandteile in einer sekundären Zelle sind die Chemikalien, die die positiven und negativen aktiven Materialien und den Elektrolyt zusammensetzen. Das positive und negative werden aus verschiedenen Materialien, mit dem positiven Ausstellen eines Verminderungspotenzials zusammengesetzt und ein Oxydationspotenzial negativ zu haben. Die Summe dieser Potenziale ist das Standardzellpotenzial oder die Stromspannung.

In primären Zellen sind die positiven und negativen Elektroden als die Kathode und Anode beziehungsweise bekannt. Obwohl diese Tagung manchmal zu wiederaufladbaren Systemen — besonders mit Lithiumion-Zellen wegen ihrer Ursprünge in primären Lithiumzellen durchgeführt wird — kann diese Praxis zu Verwirrung führen. In wiederaufladbaren Zellen ist die positive Elektrode die Kathode auf der Entladung und die Anode auf der Anklage, und umgekehrt für die negative Elektrode.

Tisch von wiederaufladbaren Batterietypen

Zeichen

• Nominelle Zellstromspannung in V.

• Energiedichte = Energie/Gewicht oder Energie/Größe, die in drei verschiedenen Einheiten gegeben ist

• Spezifische Macht = Macht/Gewicht in W/kg

• Leistungsfähigkeit der Anklage/Entladung im %

• Energie/Verbraucherpreis in W · h/US$ (ungefähr)

• Selbstentladungsrate im % / Monat

• Zyklus-Beständigkeit in der Zahl von Zyklen

• Zeitbeständigkeit in Jahren

• VRLA oder recombinant schließen Gel-Batterien ein und haben Glasmatten absorbiert

• Versuchsproduktion

• Abhängig davon berechnen Rate

Allgemeine wiederaufladbare Batterietypen

Batterie des Nickel-Kadmiums (NiCd):

Geschaffen von Waldemar Jungner aus Schweden 1899 hat es Nickel-Oxydhydroxyd und metallisches Kadmium als Elektroden verwendet. Kadmium ist ein toxisches Element, und wurde für den grössten Teil des Gebrauches von der Europäischen Union 2004 verboten. Batterien des Nickel-Kadmiums sind fast durch Nickel-Metall hydride (NiMH) Batterien völlig ersetzt worden.

Nickel-Metall hydride Batterie (NiMH):

Zuerst waren kommerzielle Typen 1989 verfügbar.

Das sind jetzt ein allgemeiner Verbraucher und Industrietyp. Die Batterie hat eine wasserstoffabsorbierende Legierung für die negative Elektrode statt Kadmiums.

Lithiumion-Batterie:

Die Technologie hinter der Lithiumion-Batterie hat Reife noch nicht völlig erreicht. Jedoch sind die Batterien der Typ der Wahl in vieler Verbraucherelektronik und haben eines der besten Verhältnisse der Energie zur Masse und einen sehr langsamen Verlust der Anklage wenn nicht im Gebrauch.

Lithiumion-Polymer-Batterie

Diese Batterien sind im Gewicht leicht und können in jeder gewünschten Gestalt gemacht werden.

Weniger allgemeine Typen

Lithiumschwefel-Batterie: Eine neue Batteriechemie, die von Sion Power seit 1994 entwickelt ist. Ansprüche höhere Energie zu beschweren als aktuelle Lithiumtechnologien auf dem Markt. Sinken Sie auch materielle Kosten können diesem Produkt helfen, den Massenmarkt zu erreichen.

Dünne Filmbatterie (TFB): Eine erscheinende Verbesserung der Lithiumion-Technologie durch Excellatron. Die Entwickler behaupten, dass eine sehr große Zunahme darin Zyklen, ungefähr 40,000 Zyklen wieder lädt. Höhere Anklage und Entladungsraten. Mindestens 5C berechnen Rate. Gestützt 60C Entladung, und 1000C kulminieren Entladungsrate. Und auch eine bedeutende Zunahme in der spezifischen Energie und Energiedichte.

Unendliche Macht-Lösungen von:Also machen dünne Filmbatterien (TFB) für mikroelektronische Anwendungen, die flexible, wiederaufladbare Halbleiterlithiumbatterien sind.

Kluge Batterie: Eine kluge Batterie hat den Stromspannungsmithörstromkreis gebaut innen. Siehe auch: Kluges Batteriesystem

Kohlenstoff Schaum-basierte saure Leitungsbatterie: Leuchtkäfer-Energie hat einen Kohlenstoff Schaum-basierte saure Leitungsbatterie mit einer berichteten Energiedichte um 30-40 % mehr entwickelt als ihre ursprünglichen 38 W · h/kg, mit dem langen Leben und der sehr hohen Macht-Dichte.

Batterie des Kalium-Ions: Dieser Typ der wiederaufladbaren Batterie kann den am besten bekannten cycleability in der Größenordnung von einer Million Zyklen wegen der außergewöhnlichen elektrochemischen Stabilität von Kalium-Materialien der Einfügung/Förderung wie preußisches Blau liefern.

Natriumsion: Dieser Typ wird für die stationäre Lagerung gemeint und bewirbt sich mit leitungssauren Batterien. Es zielt auf ein sehr niedriges Gesamtkosteneigentumsrecht pro kWh der Lagerung. Das wird durch eine lange und stabile Lebenszeit erreicht. Die Zahl von Zyklen ist oben 5000, und die Batterie bekommt Schaden durch die tiefe Entladung nicht. Die Energiedichte ist etwas tiefer ziemlich niedrig als Leitungssäure.

Entwicklungen seit 2005

2007 haben Yi Cui und Kollegen an der Universitätsabteilung von Stanford der Material-Wissenschaft und Technik entdeckt, dass das Verwenden von Silikon nanowires als die Anode einer Lithiumion-Batterie die volumetrische Anklage-Dichte der Anode durch bis zu einem Faktor 10 vergrößert, zur Entwicklung der nanowire Batterie führend.

Eine andere Entwicklung ist die papierdünne flexible selbstwiederaufladbare Batterie, die einen Dünnfilm organische Sonnenzelle mit einer äußerst dünnen und hoch flexiblen Lithiumpolymer-Batterie verbindet, die sich, wenn ausgestellt, wieder lädt sich zu entzünden.

Ceramatec, eine Forschungs- und Entwicklungssubgesellschaft von CoorsTek, prüfte eine Batterie, die einen Klotz von festem Natriumsmetall umfasst, das zu einer Schwefel-Zusammensetzung durch eine papierdünne keramische Membran verbunden ist, die Ionen hin und her führt, um einen Strom zu erzeugen. Die Gesellschaft hat behauptet, dass sie ungefähr 40 Kilowatt Stunden der Energie in ein Paket über die Größe eines Kühlschranks passen, und unter 90 °C funktionieren konnte; und dass ihre Batterie erlauben würde, entladen sich ungefähr 3,650 Zyklen/wieder laden (oder ungefähr 1 pro Tag seit einem Jahrzehnt.)

Alternativen

Mehrere Alternativen zu wiederaufladbaren Batterien bestehen oder sind unter der Entwicklung. Für den Gebrauch wie tragbare Radios können wiederaufladbare Batterien durch Uhrwerk-Mechanismen ersetzt werden, die mit der Hand abgewickelt werden, Dynamos steuernd, obwohl dieses System verwendet werden kann, um eine Batterie zu beladen aber nicht das Radio direkt zu bedienen. Leuchtfeuer können durch einen Dynamo direkt gesteuert werden. Für den Transport, die Systeme der unterbrechungsfreien Stromversorgung und die Laboratorien, versorgen Schwungrad-Energielagerungssysteme Energie in einem spinnenden Rotor für die Konvertierung zur elektrischen Macht, wenn erforderlich; solche Systeme können verwendet werden, um große Pulse der Macht zur Verfügung zu stellen, die auf einem allgemeinen elektrischen Bratrost sonst nicht einwandfrei sein würde. Ultrakondensatoren werden auch verwendet; ein elektrischer Schraubenzieher, der in 90 Sekunden stürmt und ungefähr halb so viel Schrauben steuern wird wie ein Gerät mit einer wiederaufladbaren Batterie, wurde 2007 eingeführt, und ähnliche Leuchtfeuer sind erzeugt worden.

Ultrakondensatoren — Kondensatoren des äußerst hohen Werts — werden für den Transport mit einem großen Kondensator entwickelt, um Energie statt der wiederaufladbaren in hybriden Fahrzeugen verwendeten Batteriebanken zu versorgen. Ein Nachteil zu Kondensatoren im Vergleich zu Batterien besteht dass die Endspannungsabfälle schnell darin; ein Kondensator, der 25 % seiner anfänglichen Energie darin übrighat, wird eine Hälfte seiner anfänglichen Stromspannung haben. Batteriesysteme neigen dazu, eine Endstromspannung zu haben, die, sich schnell bis fast erschöpft, nicht neigt. Diese Eigenschaft kompliziert das Design der Macht-Elektronik für den Gebrauch mit Ultrakondensatoren. Jedoch gibt es potenzielle Vorteile in der Zyklus-Leistungsfähigkeit, der Lebenszeit und dem Gewicht im Vergleich zu wiederaufladbaren Systemen. China hat angefangen, Ultrakondensatoren auf zwei kommerziellen Buslinien 2006 zu verwenden; einer von ihnen ist Weg 11 in Schanghai.

Sieh Batterie (Elektrizität) für Vergleiche zwischen Batterietypen.

Siehe auch

• Automobilbatterie
• Batteriesatz
• Batterie, die wiederverwendet
• Biobattery
• Kraftstoffzelle
• Zitronebatterie
• Quecksilberenthaltendes und wiederaufladbares Batterieverwaltungsgesetz
• Metallluft elektrochemische Zelle
• Verhältnis der Macht zum Gewicht
• Wiederaufladbares Elektrizitätslagerungssystem
• Dienstleben
• Kluge Karte
• Dünnfilm-Batterie
• Tröpfeln, das stürmt
• WiTricity

Links

• Hochleistungslithiumbatterieanoden mit Silikon nanowires
• Wissenschaftlicher Amerikaner - wie wiederaufladbare Batteriearbeit
• Batterieuniversität - Online-Quelle, die praktische Batteriekenntnisse für Ingenieure, Pädagogen, Studenten und Batteriebenutzer gleich zur Verfügung stellt.