Madame Lelica

diferentes tipos de baterías y celdas & sus aplicaciones

hace mucho tiempo, la única forma de hacer energía portátil era vapor o combustible. Después de la invención de la batería, la vida se ha vuelto más fácil que nunca. Hoy en día, todo el mundo está buscando máquinas portátiles para facilitar sus tareas diarias. En ese caso, las baterías son capaces de satisfacer la necesidad de producir energía sobre la marcha.,

sin duda, las baterías se ven bastante pequeñas y aburridas, pero seguramente son capaces de convertir su pequeño cilindro en su propia planta de micro-energía. La idea de generar energía portátil no es nada nuevo e incluso humano prehistórico utilizado para producir que el uso de maderas y combustibles. Es solo que las baterías son la forma instantánea de fuente de energía. Puedes presionar un botón y hacer que el cuarto oscuro se ilumine en un segundo o incluso menos que eso.

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Hay varios tipos de baterías presentes en el mercado., Todas estas baterías funcionan con el mismo principio de convertir la energía química en energía eléctrica. Aquí en este artículo, vamos a discutir todo lo que necesita saber sobre los diferentes tipos de baterías, su funcionamiento y uso.

antes de comenzar con el funcionamiento y los tipos de la batería, solo eche un vistazo a la historia de las baterías. De dónde vinieron? Y por quien son descubiertos.

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la Historia de Baterías

En 1800, Volta descubrió que ciertas líquido puede generar continuo de energía eléctrica cuando se utiliza como un director de orquesta. Este descubrimiento condujo a la primera célula voltaica llamada batería. La invención de Volta de la batería comenzó una nueva era de experimentación de la batería. Y, número de científicos intentaron varios experimentos para hacer baterías. Pero pocos de ellos fueron capaces de llegar a una conclusión., Volta y Daniel fueron dos células científicas conocidas como voltaico y Daniel respectivamente.

Célula Voltaica: Una célula voltaica utiliza una reacción química para producir energía eléctrica. Un ánodo y un cátodo están hechos uno frente al otro. En el ánodo, la oxidación ocurre y la reducción ocurre en el cátodo. Se crea un puente de sal en el medio para completar el circuito. Las partes donde se producen la oxidación y la reducción se llaman células Medias. Un circuito externo se utiliza para conducir el flujo de electrones.

la célula voltaica inventada por Volta no era muy portátil y también tenía demasiadas desventajas., Después de eso, la celda de Daniel diseñada por «John Fredric Daniel» se hizo popular.

Daniel Cell: después de la invención de la célula voltaica, la célula Daniel fue popular en siglos anteriores como fuente de electricidad. En este tipo de celda, un contenedor dividido en dos compartimentos. La brecha fue hecha por una membrana permeable a los iones. En uno de los componentes, el electrolito de Zinc se sumergió en una solución de sulfato de Zinc. En el otro compartimiento, se sumergió un electrodo de cobre en una solución de sulfato de cobre. La célula era capaz de entregar corriente hasta que se queda sin Zinc o sulfato de cobre.,

John Dancer llevó adelante este experimento y diseñó la primera batería con diseño poroso.

en 1859, la batería de plomo diseñada por Gaston Plante se hizo popular debido a la función recargable de la batería. El diseño simple de la batería permitió recargar invirtiendo el flujo de corriente de vuelta a la batería. Esta batería todavía se utiliza en muchos lugares como baterías de automóviles, vehículos de motor, etc.

Además, la batería Leclanche fue inventada por Carl Gessner como diseño seco que no tenía ningún electrolito líquido.,

echemos un vistazo a Leclanche cell.

Esta invención hizo que el uso de la batería fuera muy fácil y conveniente ya que el problema de derrame y orientación fue totalmente erradicado. Una vez más se inventó la batería de níquel-cadmio, que se conocía comúnmente como batería alcalina. En el siglo de 1970, la mayoría de las baterías de litio se inventaron para ser utilizadas en dispositivos portátiles.,

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Química General de la batería:

una batería tiene tres capas el cátodo, el ánodo y un separador. La capa negativa de la batería se llama ánodo y la capa positiva se llama cátodo. Cuando se conecta una carga con la batería, la corriente comienza a fluir a través del ánodo hasta el cátodo. Del mismo modo, cuando conectamos el cargador de batería, la corriente comienza a fluir en la dirección opuesta, es decir, cátodo a ánodo.,

cada batería Trabaja en una reacción química llamada reacción de oxidación-reducción. La reacción tiene lugar entre el cátodo y el ánodo a través del separador (electrolito).

como resultado, un electrodo se carga negativamente debido a la reacción de oxidación. Y, ese electrodo cargado negativamente se llama cátodo. El segundo electrodo se carga positivamente debido a la reacción de reducción, que también se llama ánodo., Cuando dos tipos diferentes de metales se sumergen en la misma solución electrolítica, uno de los electrodos ganará electrón y el otro perderá electrón.

En consecuencia, uno de los metales se pierde electrones y el otro metal ganancia de electrones. Esta diferencia en la concentración de electrones de dos metales causa una diferencia de potencial eléctrico entre los metales. Esta diferencia de potencial se puede utilizar como fuente de voltaje en cualquier dispositivo eléctrico.

los iones fluyen a través del separador solamente, bloquea todo el movimiento del ánodo al cátodo., Por lo tanto, la única manera de obtener la corriente es desde los terminales de la batería.

veamos cómo se clasifican las baterías

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diferentes tipos de baterías

Las baterías se utilizan comúnmente en dispositivos domésticos, así como para aplicaciones industriales. Cada batería está diseñada para cumplir con un propósito específico y se puede usar de acuerdo con el requisito. Hay principalmente dos categorías de batería llamadas células primarias y secundarias., Sin embargo, las baterías se clasifican en cuatro grandes categorías: celda primaria, celda secundaria, celda de combustible y celda de reserva. A continuación se muestra todo lo que necesita saber sobre los diferentes tipos de baterías y su funcionamiento.

• Primary Cell
• Secondary Cell
• Reserve Cell
• Fuel Cell

Primary Cell (non-rechargeable Batteries)

Non-rechargeable batteries also known as primary batteries or primary cell. Las baterías primarias son aquellas que no se pueden utilizar de nuevo una vez que su energía almacenada se está utilizando completamente., Estas baterías no pueden restaurar la energía por ninguna fuente externa. Esta es la razón por la que las células primarias también se llaman baterías desechables.

un factor importante que reduce la vida útil de las baterías primarias es que se polarizan durante el uso. Para extender la vida útil de la batería al reducir el efecto de la polarización, se utiliza la despolarización química, es decir, oxidando el hidrógeno al agua agregando un agente oxidante a la célula. Al igual que, en la célula de zinc-carbono y la célula de Leclanche se utiliza dióxido de manganeso, y en la célula de Bunsen y la célula de Grove se utiliza ácido nítrico.,

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aplicaciones de células primarias:

• Se pueden utilizar en relojes y juguetes
• Se puede utilizar en pequeños dispositivos domésticos
• Se puede utilizar en computadoras personales
• Se puede utilizar en luces de emergencia portátiles e inversores

Las baterías no recargables son de muchos tipos. Se dan a continuación

• batería de Zinc-carbono (aka., ‘Heavy Duty’)
• Alkaline
• Lithium Cells
• Silver Oxide Cells
• Zinc Air Cells

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1. Zinc-Carbon Battery

Zinc-carbon batteries son las primeras baterías secas comerciales que proporcionan una potencia muy baja y también se conocen como celdas secas. Se coloca una barra de carbono en la batería, que recoge la corriente del electrodo de dióxido de manganeso. Puede dar una fuente de 1,5 voltios de CC., Estos tipos de baterías se utilizan en linternas, radios, controles remotos y relojes de pared.

1. Alkaline

Alkaline es también una batería de celda seca, que consiste en ánodo de zinc y cátodo de dióxido de manganeso. La batería alcalina está llena de latas de acero y la región interna más externa está llena de dióxido de manganeso. El Zinc y el electrolito de hidróxido de potasio se llenan en la región más central de la batería. Las baterías alcalinas tienen una densidad más alta que las otras baterías. Generalmente, se utiliza en reproductores de Audio, radios y las luces de la antorcha.,

1. Lithium Cells

Las baterías de litio vienen en forma de diseño tipo moneda o botón. Proveedor de ti valor de voltaje más alto (3V) que las baterías de zinc, alcalinas y manganeso. Las células de litio son más pequeñas en tamaño y más ligeras en peso. La resistencia interna de las celdas de litio es alta y no son recargables. La celda de moneda más popular utilizada en el número de aplicaciones electrónicas es CR2032, que proporciona una salida de 3V. Las células de litio tienen una vida útil más larga (alrededor de 10 años).,

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1. celdas de óxido de plata:

Las baterías de óxido de plata son baterías de baja potencia con alta capacidad. Son similares en apariencia a las células de mercurio y proporcionan un FEM más alto de 1,5 voltios. El cátodo de la batería se compone de óxido de plata. El electrolito presente dentro de la batería está hecho de hidróxido de potasio o sodio. Como la plata es cara, esta batería tiene aplicaciones muy limitadas.,

las excelentes características de las celdas de óxido de plata son:

• El sellado único de la estructura de la batería hace que la batería sea altamente a prueba de fugas.
• La salida de voltaje constante dada por la batería hace que sea útil para obtener una descarga estable
• El uso de antioxidantes contribuye a la alta densidad de energía de la batería.,

aplicaciones de celdas de óxido de Plata:

• dispositivos basados en IOT
• relojes eléctricos
• instrumentos de precisión
• dispositivos médicos

1. celdas de Zinc aire

una batería de zinc aire alcanza voltajes de funcionamiento completos dentro de 5 minutos justo después de un-sellado. Estas son baterías primarias con diseños recargables. El contenido de oxígeno en el aire actúa como la masa activa de la batería. El cátodo es un cuerpo poroso compuesto de carbono con acceso de aire. La capacidad de voltaje de salida de la celda es de 1.65 voltios., Durante la descarga, una masa de partículas de zinc forma un ánodo poroso saturado con un electrolito. El oxígeno presente en el aire reacciona con el ion hidroxilo y forma cincato. Este cincado forma óxido de zinc y el agua regresa al electrolito.

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celda secundaria (baterías recargables)

Las baterías recargables también se conocen como celda secundaria. Se puede usar una y otra vez conectándolos a la carga y obtener múltiples usos antes de que la batería deba reemplazarse., El costo inicial de las baterías recargables es comúnmente más que las baterías desechables, pero el costo total de propiedad y el impacto ambiental de estas baterías son más bajos porque se pueden recargar a bajo costo muchas veces antes de que tengan que reemplazarlas.

aplicaciones de células secundarias:

• Se puede utilizar en bandas de fitness, relojes inteligentes.,
• Se puede utilizar en militares y submarinos
• Cámaras y marcapasos artificiales

Las baterías recargables o secundarias son principalmente de tres tipos:

• ácido de plomo
• Lithium de litio (Li-ion)
• hidruro metálico de níquel (Ni-MH)
• Níquel Cadmio (Ni-Cd)

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1. ácido de plomo

El ácido de plomo es un tipo muy común de batería recargable. Se utilizan generalmente para almacenar energía de la energía solar porque su calidad los diferencia de otros., Estas baterías proporcionan alta corriente, y se utiliza en el vehículo. Cuando la batería deja de funcionar, se puede usar para reciclar. Alrededor del 93% de todo el plomo de la batería se reutiliza para reciclar y fabricar nuevas baterías de plomo-ácido.

1. las baterías de iones de litio (Li-ion)

Las baterías de iones de litio son baterías recargables, también conocidas como baterías de iones de litio. Estas baterías se utilizan comúnmente en electrónica, ya que tienen una gran densidad de potencia. Estas baterías pueden almacenar 150 vatios-hora por kg., Durante la descarga, los iones de litio se mueven del electrodo negativo al electrodo positivo y viceversa. El sobrecalentamiento puede causar daños en la batería o incendio.

1. hidruro metálico de níquel (Ni-MH)

Las baterías de hidruro metálico de níquel son baterías recargables. El metal de la batería es inter-metálico. Estos tipos de baterías tienen buena vida y alta capacidad de corriente. Puede almacenar 100 vatios-hora por kg. Son más estables térmicamente que las baterías de iones de litio. La autodescarga es más alta que las otras baterías.,

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Níquel Cadmio (Ni-Cd)

en la batería recargable de níquel-cadmio, el hidróxido de óxido de níquel y el cadmio metálico se utilizan como electrodo. También se conoce como batería NiCd o batería NiCad. Las baterías de Ni-Cd son buenas para mantener el voltaje y mantener la carga eléctrica cuando no están en uso. Una desventaja importante de la batería de Ni-Cd que puede causar lowing la capacidad futura de la batería es que si una batería parcialmente cargada se recarga, puede caer una víctima del «efecto de memoria temido» (i. e., los cambios en la placa negativa o de cadmio, por ejemplo, la carga implica convertir CD (OH) a Cd metal.) y depresión de voltaje.

El níquel cadmio es bueno para entregar la capacidad nominal a una tasa de descarga completa y tiene un buen ciclo de vida a bajas operaciones de tasa de temperatura.

diferencia entre las células primarias y secundarias:

especificaciones:

Las células primarias tienen alta resistencia interna, mayor capacidad y son más pequeñas en diseños. Mientras que las células secundarias tienen baja resistencia interna, tienen reacciones químicas reversibles y son de diseño complejo.,

Diseño:

las células Primarias son por lo general seco de las células. Eso significa que no tienen fluido y están llenos de pasta que permiten el movimiento de iones dentro de la batería. Esta es la razón por la que las células primarias son resistentes a derrames. Sin embargo, las células secundarias se componen de sal líquida o fundida.,GH cost applications

altamente recomendado para aplicaciones de respaldo y alto costo limitado a aplicaciones específicas altamente versátil y por lo tanto tiene un gran espectro de aplicaciones

bajo costo inicial

mayor costo inicial

después de pasar por la tabla anterior, espero que ahora pueda averiguar la pros y contras de las baterías primarias y secundarias.,

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celda de reserva

Las baterías de reserva o celda también se conocen como batería de reserva. El electrolito permanece inactivo en estado sólido hasta que se alcanza el punto de fusión. Tan pronto como se alcanza el punto de fusión, comienza la conducción iónica y se activa la batería.,

Las celdas de reserva se clasifican además en tres categorías:

• baterías activadas por agua
• baterías activadas por calor
• baterías activadas por electrolitos
• baterías activadas por Gas

aplicaciones de las baterías de reserva:

• Se utiliza en dispositivos utilizados para detectar el tiempo y la presión
• se utilizan en gran medida en sistemas de armas
• También se utilizan en otros vehículos

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pila de combustible

en esta clase de baterías, los materiales activos se alimentan de fuentes externas. Las pilas de combustible son capaces de producir energía eléctrica siempre y cuando los materiales activos sean alimentados a los electrodos. La membrana de intercambio de protones utiliza hidrógeno y oxígeno como combustible. La reacción tiene lugar dentro de la célula y como producto de la reacción se producen agua, electricidad y calor. Los cuatro elementos básicos de las pilas de combustible son el ánodo, el cátodo, el electrolito y el catalizador.,

ventajas de la tecnología utilizada detrás de la pila de combustible:

• El proceso de convertir energía potencial química directamente en energía eléctrica evita el «cuello de botella térmico».
• debido a que no hay partes móviles en la celda, es conveniente y altamente confiable
• Debido a la producción de hidrógeno de manera amigable con el medio ambiente, esto es comparativamente menos dañino para los entornos en comparación con otros.

aplicaciones de pila de combustible

• Esto se utiliza principalmente en el transporte como automóviles, autobuses y otros vehículos de motor.,
• Esto se usa muy a menudo como respaldo para producir electricidad en caso de falla de energía.

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ventaja de la batería sobre otras fuentes de energía

• Capacidad de energía específica: la capacidad de almacenamiento de energía de la batería es muy inferior en comparación con el combustible fósil. Sin embargo, las baterías tienen la capacidad de entregar energía de manera más efectiva en comparación con el motor térmico.
• ancho de banda de potencia: las baterías son capaces de manejar cargas pequeñas y grandes de manera más efectiva debido al ancho de banda de alta potencia.,
• Capacidad de Respuesta: Las baterías son capaces de entregar energía en poco tiempo. Esto significa que el calentamiento no es necesario como en el caso de los motores de combustión.
• entorno: las baterías son fáciles de usar y se mantienen razonablemente frescas. La mayoría de las baterías no hacen ruido como en el caso de otros motores a base de combustible.
• instalación: hoy en día, las baterías selladas se pueden operar en casi cualquier posición. Son buena tolerancia a golpes y vibraciones.

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inconvenientes de las baterías

• Tiempo de carga: una vez que las baterías son baterías primarias se descargan, se necesitan horas para recargarse de nuevo para su uso. Esto no es en el caso de utilizar combustibles que toma unos minutos.
• Costo de operación: el precio y el peso de las baterías grandes lo hacen poco práctico para el uso confiable y los vehículos grandes.
• Capacidad de almacenamiento de energía: en comparación con los combustibles fósiles, la capacidad de almacenamiento de energía de las baterías es baja.,

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¿Cómo elegir la batería adecuada de acuerdo con su aplicación?

es muy importante elegir la batería adecuada para su aplicación para evitar el daño de su dispositivo o aplicación. A continuación se presentan algunas de las consideraciones que deben tenerse en cuenta al elegir la batería adecuada para su aplicación.

primario o secundario: Este es uno de los factores más importantes para elegir el tipo de batería adecuado para su dispositivo., Puede usar la batería primaria para uso ocasional y en dispositivos desechables como juguetes, etc. Sin embargo, si está utilizando el dispositivo durante largos períodos de tiempo, las baterías secundarias o recargables son más adecuadas.

rango de temperatura: elegir una batería adecuada con la temperatura adecuada le ayuda a reducir el riesgo de fuga térmica. Las baterías de iones de litio se pueden cargar dentro de un estrecho rango de temperatura de 20 grados a 45 grados Celsius. La explosión de las baterías puede ocurrir como resultado de la sobrecarga, la carga a alta temperatura o el cortocircuito que eventualmente dañan el dispositivo o la aplicación.,

durabilidad: la durabilidad de la batería depende en gran medida de dos factores, a saber, la vida útil de la carga y la vida útil total. Además, los factores físicos de la batería también contribuyen a la larga vida útil de la batería.

Densidad de energía: la cantidad total de energía almacenada en la batería por unidad de volumen se denomina densidad de energía. Define la estabilidad de la batería que cuánto tiempo funcionará hasta la próxima recarga

seguridad: la batería que está eligiendo debe estar de acuerdo con la temperatura de funcionamiento de la misma. A veces, La temperatura de la batería excede y puede dañar los componentes del dispositivo., Además, si la temperatura del dispositivo excede el rendimiento puede reducirse.

los otros factores incluyen:

• química celular
• transporte
• forma física y tamaño
• Costo
• confiabilidad

batería de vehículo eléctrico (EV)

Las baterías de vehículo eléctrico están diseñadas para proporcionar energía durante un período de tiempo sostenido. Los factores que las hacen diferentes de las otras baterías son la ignición y el rayo., Las baterías de vehículos eléctricos están aumentando su participación en el mercado debido a la fiabilidad y la naturaleza respetuosa con el medio ambiente.

Las baterías más comunes en los automóviles modernos son la batería de iones de litio y polímero de litio. Las celdas se instalan en forma de Módulos. En otras palabras, se instala una forma de batería para hacer un paquete. Tomemos un ejemplo de BMW electric car, en el que se instalan un total de 96 células. El número de células puestas en un marco que protegen las baterías del calor y la vibración externos. Una combinación de células se llama módulo.,

varios de estos módulos, un paquete de refrigeración y un sistema de gestión de baterías se combinan para formar un paquete.

los dos tipos principales de baterías de iones de litio utilizadas en los vehículos eléctricos son:

• meta óxidos
• fosfato

en aplicaciones automotrices como vehículos, las baterías de iones de litio son más seguras en términos de peligro químico y conveniencia.

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construcción de baterías EV

actualmente, los coches eléctricos funcionan con baterías de litio., El voltaje normal de una celda de litio es de 3.7 voltios, pero un EV (vehículo eléctrico) requiere 300V. para lograr este voltaje y valor de corriente, las celdas de litio se combinan en serie y en paralelo. La combinación de tales células de litio se conoce como módulo. Los módulos vienen con un BMS (Battery management system) para su protección. A continuación se muestra la imagen de Nissan Leaf, que muestra los módulos de celda de litio creados para lograr el voltaje requerido.,

instrucción importante para usar baterías de vehículos eléctricos

• No deje que la batería alcance por debajo del voltaje de corte, que también se llama sobre descarga.
• la máxima eficiencia solo se puede lograr cuando las calificaciones actuales son más bajas.
• Las baterías EV vienen en la clasificación KWH (Kilo watt Hour), que define cuánto tiempo funcionará el vehículo de batería.
• siempre Hay una tasa de autodescarga de las baterías.
• BMS (Battery Management System) le ayuda a encontrar la cantidad de carga restante en la batería.,

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