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1장. 일회용 갈바니 전류원 1.1. 갈바니 전지의 종류
일회용 갈바니 전류원은 분리막의 활물질과 전극(양극 및 음극)에 흡수된 전해질을 담은 일체형 용기이므로 이를 건전지라고 합니다. 이 용어는 액체 전해질을 포함하지 않는 모든 셀에 사용됩니다. 일반적인 건식 요소에는 탄소-아연 전지 또는 Leclanche 전지가 포함됩니다[1]. 건전지는 저전류 및 간헐적 작동 모드에서 사용됩니다. 따라서 이러한 요소는 전화기, 장난감, 경보 시스템 등에 널리 사용됩니다. 건전지를 사용하는 장치의 범위가 매우 넓고 정기적인 교체가 필요하므로 크기에 대한 표준이 있습니다 [1]. 방전 과정에서 건전지의 전압은 공칭 전압에서 컷오프 전압(컷오프 전압은 배터리가 최소 에너지를 전달할 수 있는 최소 전압)으로 떨어집니다. 애플리케이션에 따라 일반적으로 1,2V ~ 0,8V/셀입니다. 방전이 발생하는 경우 회로를 닫은 후 정저항 요소에 연결하면 단자의 전압이 원래 전압보다 약간 낮은 특정 값으로 급격히 감소합니다. 이때 흐르는 전류를 초기방전전류라 한다. 건전지의 기능은 전류 소비, 차단 전압 및 방전 조건에 따라 달라집니다. 방전 전류가 감소함에 따라 소자의 효율이 증가합니다. 건전지의 경우 연속 방전이 24시간 미만이면 고율 방전으로 분류할 수 있습니다. 건전지의 전기 용량은 초기 방전에 따라 주어진 최종 전압(시간)에서 고정 저항을 통한 방전에 대해 협상되며 그래프나 표로 표시됩니다. 특정 배터리에 대해서는 제조업체의 차트나 표를 사용하는 것이 좋습니다. 이는 제품의 특성을 고려해야 할 필요성뿐만 아니라 각 제조업체가 제품을 최대한 활용하기 위한 권장 사항을 제공하기 때문입니다. 배터리의 내부 저항은 플래시에 사용할 때와 같이 필요한 전류량을 제한할 수 있습니다. 배터리가 짧은 시간 동안 제공할 수 있는 초기 정상 전류를 플래시 전류라고 합니다. 소자 유형 지정에는 직류 및 교류에서 측정된 소자의 플래시 전류 및 내부 저항에 해당하는 문자 지정이 포함됩니다. 플래시 전류와 내부 저항은 측정하기 매우 어렵고 셀의 수명은 길지만 플래시 전류가 감소할 수 있습니다. 1.1. 갈바니 전지의 종류 탄소-아연 요소 탄소-아연 원소(망간-아연)는 가장 일반적인 건조 원소입니다. 탄소-아연 전지는 이산화망간(MnO2) 양극, 염화암모늄 전해질 및 아연 음극과 접촉하는 수동(탄소) 집전체를 사용합니다. 전해질은 페이스트 형태이거나 다공성 격막에 함침되어 있습니다. 이러한 전해질은 약간 이동성이 있고 퍼지지 않으므로 요소를 건조하다고 부릅니다. 탄소-아연 셀의 정격 전압은 1,5V입니다. 건식 요소는 원통형, 디스크 또는 직사각형 모양일 수 있습니다. 직사각형 요소의 디자인은 디스크 요소와 유사합니다. 아연 양극은 용기이기도 한 원통형 유리 형태로 만들어집니다. 디스크 요소는 아연판, 전해질 용액이 함침된 판지 다이어프램, 양극의 압축층으로 구성됩니다. 디스크 요소는 서로 직렬로 연결되며 결과 배터리는 절연되어 케이스에 포장됩니다. 탄소-아연 요소는 작동이 중단되는 동안 "재생"됩니다. 이러한 현상은 방전 과정에서 발생하는 전해질 조성의 국부적 불균질성이 점진적으로 평준화되기 때문에 발생합니다. 주기적인 "휴식"의 결과로 요소의 서비스 수명이 연장됩니다. 이는 셀을 집중적으로 사용할 때 고려해야 하며(작동에 여러 세트를 사용하여 한 세트가 복구에 충분한 시간을 갖도록 해야 합니다. 예를 들어 플레이어를 사용할 때 배터리 한 세트를 사용하지 않는 것이 좋습니다.) 연속 XNUMX시간 이상 두 세트를 변경하면 작동 시간 요소가 XNUMX배 증가합니다. 탄소-아연 요소의 장점은 상대적으로 저렴한 비용입니다. 중요한 단점은 방전 중 전압의 상당한 감소, 낮은 비전력(5 ... 10 W/kg) 및 짧은 수명을 포함합니다. 온도가 낮으면 갈바니 전지 사용 효율이 떨어지며, 배터리 내부 가열로 인해 효율이 높아집니다. 온도가 상승하면 전해액에 함유된 수분과 전해액의 건조로 인해 아연 전극이 화학적으로 부식됩니다. 이러한 요인은 배터리를 높은 온도에서 유지하고 이전에 만든 구멍을 통해 셀에 식염수 용액을 도입함으로써 어느 정도 보상될 수 있습니다. 알칼리 원소 탄소-아연 전지와 마찬가지로 알카라인 전지는 전해질이 분리된 MnO2 양극과 아연 음극을 사용합니다. 알칼리 전지와 탄소-아연 전지의 차이점은 알칼리 전해질을 사용한다는 점입니다. 그 결과 방전 중에 가스 발생이 거의 없으며 밀봉 밀봉이 가능하며 이는 다양한 응용 분야에서 매우 중요합니다. . 동일한 조건에서 알칼리 전지의 전압은 탄소-아연 전지의 전압보다 약 0,1V 낮습니다. 따라서 이러한 요소는 서로 바꿔 사용할 수 있습니다. 알칼리 전해질을 사용한 셀의 전압은 염 전해질을 사용한 셀의 전압 변화보다 훨씬 적습니다. 알칼리성 전해질을 사용하는 셀은 또한 더 높은 비에너지(65~90Wh/kg), 비전력(100~150kWh/m3) 및 더 긴 수명을 제공합니다. 망간-아연 전지 및 배터리의 충전은 비대칭 교류를 통해 수행됩니다. 모든 농도의 염분 또는 알칼리성 전해질을 사용하여 셀을 충전할 수 있지만 너무 방전되지 않고 아연 전극이 손상되지 않습니다. 특정 유형의 셀 또는 배터리에 대해 설정된 만료 날짜 내에서 기능을 여러 번(6~8회) 복원할 수 있습니다[2]. 건식 배터리 및 셀의 충전은 필요한 형태의 충전 전류를 얻을 수 있는 특수 장치에서 수행됩니다. 충전 및 방전 구성 요소의 비율은 10:1이고 이러한 구성 요소의 펄스 지속 시간 비율은 1입니다. 2. 이 장치를 사용하면 시계 배터리를 충전하고 오래된 소형 배터리를 활성화할 수 있습니다. 시계 배터리를 충전할 때 충전 전류는 2mA를 초과해서는 안 됩니다. 충전 시간은 5시간을 넘지 않습니다. 충전되는 배터리는 저항기가 있는 병렬로 연결된 두 개의 다이오드 체인을 통해 켜집니다. 비대칭 충전 전류는 저항기의 저항 차이로 인해 발생합니다. 충전 종료는 배터리의 전압 증가가 중단됨에 따라 결정됩니다. 충전기 변압기의 50차 권선 전압은 출력 전압이 소자의 정격 전압을 60~12% 초과하도록 선택됩니다. 설명된 장치를 사용한 배터리 충전 시간은 약 16~50시간입니다. 충전 용량은 배터리 정격 용량보다 약 XNUMX% 커야 합니다. 수은 원소 수은 원소는 알칼리 원소와 매우 유사합니다. 산화수은(HgO)을 사용합니다. 음극은 아연 분말과 수은의 혼합물로 구성됩니다. 양극과 음극은 40% 알칼리 용액이 함침된 분리막과 격막으로 분리됩니다. 이러한 요소는 보관 수명이 길고 용량이 더 높습니다(동일 용량에 대해). 수은 전지의 전압은 알카라인 전지의 전압보다 약 0,15V 낮습니다. 수은 전지는 높은 비에너지(90~120Wh/kg, 300~400kWh/m3), 전압 안정성 및 높은 기계적 강도를 특징으로 합니다. 소형 장치의 경우 RTs-31S, RTs-33S 및 RTs-55US 유형의 현대화된 요소가 생성되었습니다. RC-31S 및 RC-55US 요소의 비에너지는 600kWh/m3이고, RC-33S 요소는 700kWh/m3입니다. RC-31S 및 RC-33S 요소는 시계 및 기타 장비에 전원을 공급하는 데 사용됩니다. RC-55US 부품은 의료 장비, 특히 이식형 의료 장비용으로 제작되었습니다. RC-31S와 RC-33S 소자는 각각 1,5μA와 10μA 전류에서 18년 동안 작동하며, RC-55US 소자는 이식형 의료기기의 작동을 5년 동안 보장한다. 수은 전지는 0~+50oC의 온도 범위에서 작동 가능합니다. 아연 분말(음극) 대신에 인듐과 티타늄의 합금을 사용하는 원소 변형이 있습니다. 수은은 희귀하고 독성이 있으므로 수은 전지를 완전히 사용한 후에는 폐기해서는 안 됩니다. 재활용해야 합니다. 은 원소 그들은 Ag2O와 AgO로 만들어진 "은" 음극을 가지고 있습니다. 이들의 전압은 비슷한 조건에서 탄소-아연보다 0,2V 더 높습니다[1]. 리튬전지는 다양한 소재로 만들어진 유기전해질인 리튬양극과 음극을 사용합니다. 유통기한이 매우 길고, 에너지 밀도가 높으며, 물을 함유하지 않기 때문에 넓은 온도 범위에서 작동 가능합니다. 리튬은 모든 금속에 비해 가장 높은 음전위를 가지므로 리튬 전지는 최소 크기로 가장 높은 정격 전압을 특징으로 하며, 이러한 전지에서는 일반적으로 유기 화합물이 용매로 사용됩니다. 용매는 반응성 물질인 SOCl2와 같은 무기 화합물일 수도 있습니다. 이온 전도성은 큰 음이온이 포함된 염을 용매(예: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4)에 도입하여 보장됩니다. 비수성 전해액의 전기 전도도는 수용액의 전도도보다 1~2배 정도 낮습니다. 또한 음극 공정은 일반적으로 느리게 진행되므로 비수성 전해질을 사용하는 셀에서는 전류 밀도가 낮습니다. 리튬 전지의 단점은 리튬 가격이 높기 때문에 상대적으로 높은 비용, 생산에 대한 특별한 요구 사항(불활성 분위기에 대한 필요성, 비수용성 용매의 정제 필요성)을 포함합니다. 또한 일부 리튬 셀은 개봉 시 폭발할 수 있다는 점도 염두에 두어야 합니다. 이러한 요소는 일반적으로 1,5V 및 3V 전압의 푸시 버튼 설계로 만들어집니다. 일정 모드에서는 약 30μA, 간헐 모드에서는 100μA를 소비하여 회로에 전력을 성공적으로 공급합니다. 리튬 셀은 메모리 회로, 측정 장비 및 기타 첨단 시스템의 백업 전원 공급 장치에 널리 사용됩니다. 뒤로 (소개) 앞으로 (세계 유수의 기업 배터리)
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