バッテリーのしくみ-動作原理、保管、および経年劣化

バッテリーは、化学物質の形でエネルギーを蓄え、必要に応じて電気エネルギーに変換するデバイスです。そして、これらは一般的なバッテリーです-非常に馴染みのある円筒形のバッテリーです。電気エネルギーを蓄えるバッテリーはなく、すべてのバッテリーは他の形でエネルギーを蓄えます。バッテリーの動作について詳しく知るには、読み続けてそれを見つけ、バッテリーの動作について知る必要があるすべてを学ぶことをお勧めします。

バッテリーの動作原理は何ですか？

+電極と呼ばれる2つの異なる金属を希釈電解液に入れると、電極金属の電子接触に応じて、電極内で酸化および還元反応が発生します。酸化反応により、一方の電極はカソードと呼ばれる負の電荷を受け取ります。別の電極は、還元反応によりアノードと呼ばれる正電荷を受け取ります。カソードはマイナス端子になり、アノードはセルまたはバッテリーのプラス端子になります。

バッテリーの基本原理を理解するには、電子親和力の基本概念を理解する必要があります。金属とは異なり、2つを電解液に入れると、これらの金属間に電位差が発生します。

特定の化合物を水に加えると、それらが溶解して正イオンと負イオンを生成することが発見されました。この種の化合物は電解質として知られています。中性原子が電子を受け入れるときに生成されるエネルギーは、電子親和力と呼ばれます。 2つの異なる種類の金属を同じ電解液に入れると、一方は電子を獲得し、もう一方は最終的に電子を放出します。そして、どの金属が電子を獲得し、どの金属が電子を失うかは、電子親和力に依存します。親和性の低い金属は、電解液の-veイオンから電子を獲得します。

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一方、電子親和力の高い金属は電子を放出してしまいます。その結果、これら2つの金属間の電子濃度に重要な違いがあります。この違いは、金属間に形成される電位差につながります。この差または起電力は、任意の電気回路の電圧源として使用できます。これがバッテリーの一般的な動作原理です。

バッテリーはどのようにエネルギーを蓄えますか？

化学蓄電池には、充電式または二次電池、一次電池、または非充電式の2つの基本的なタイプがあります。エネルギーの貯蔵、または電気の放電に関しては、それらは同じです。関係する化学的手順が複数の充電と放電を可能にするかどうかだけが問題です。

すべての電気化学セルには2つの電極があります。電極間の領域は、電解質（電気を伝導するイオン液体）で満たされています。電極（アノード）は、電子が電極から出てくることを可能にします。もう1つ（カソード）はそれらを受け取ります。エネルギーは、アノード、カソード、電解質を構成する特殊な化合物（亜鉛、銅、SO4など）に蓄えられます。

アノードは酸化反応を起こします。放電中、2つ以上のイオンがアノードと結合して化合物を生成し、1つ以上の電子を放出します。そして、カソードは、カソードを構成する材料がイオンおよび自由電子と化合物を形成する還元反応を受ける。

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バッテリーはどのように切れますか？

プレート内の活性物質が放電の流れを維持できない場合、バッテリーは「死にます」。一般に、自動車（または初期）のバッテリーは、放電と充電のサイクル全体で発生する通常の膨張と圧縮により、アクティブな正のプレート材料が脱落（またはフレーク）するときに「古くなります」。それはプレートの容量を失い、スラッジまたは「泥」と呼ばれる茶色の残留物がケースの底に蓄積し、セルのプレートをショートさせます。できるだけ早くバッテリーを損傷します。

暑い天候では、正のグリッド成長、正のグリッド金属損傷、負のグリッド収縮、プレートの座屈、または水の損失が障害の追加の原因です。深い放電、振動、熱、急速充電、および過充電はすべて、「エージング」プロセスを刺激します。時期尚早のカーバッテリーの故障の約50％は、メンテナンスの欠如、高い地熱からの蒸発、または過充電による通常の再充電のための水の損失が原因です。正のグリッド成長と硫酸化によって引き起こされる過少充電は、早期の故障につながる可能性があります。

バッテリーの寿命は、バッテリーが組み立てられてからの時間よりも長い化学的年齢に関連しています。バッテリーの化学的年齢は、温度履歴や充電パターンなど、いくつかの要因の複雑な組み合わせから取得されます。すべての充電式電池は使用可能であり、経年変化による化学的効果はありません。リチウムイオン電池が化学的に劣化すると、保持する電荷量が減少し、電池の寿命が短くなり、最大性能が低下します。

結論

それでおしまい。ここでは、バッテリーの仕組みの基本的な考え方について説明しました。エネルギーは、アノード、カソード、電解質を構成する特殊な化合物に蓄えられます。バッテリーは、ユニットの再充電中または構築中に充電状態になります。放電中、アノードの化学物質が電子を放出し、電解質中のイオンが酸化反応を起こします。多くの電気化学的プロセスと熱的プロセスが同時に行われ、バッテリーの形でパッケージ化された最も実用的なセルの組み合わせでさえ、すべてのプロセスを完全に描写することはできません。したがって、基本的な反応の概算は、実際に何が起こるかを簡単に説明するだけでなく、バッテリーの基本的な動作原理を説明するのにも役立ちます。