Что такое батарея: виды, принцип работы и применение в современном мире — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что представляет собой батарея как источник энергии. Как устроены и работают различные типы батарей. Какие виды батарей существуют и где они применяются. Как развивались батареи с момента изобретения до наших дней.

Содержание

История создания и развития батарей

История батарей началась в конце 18 века, когда итальянский физик Алессандро Вольта создал первый гальванический элемент, известный как «вольтов столб». Это изобретение положило начало эре портативных источников электричества.

Ключевые вехи в развитии батарей:

1800 г. — Алессандро Вольта создает первую батарею
1836 г. — Джон Дэниел изобретает медно-цинковый элемент
1859 г. — Гастон Планте разрабатывает свинцово-кислотный аккумулятор
1899 г. — Вальдемар Юнгнер патентует никель-кадмиевый аккумулятор
1970-е гг. — Появление первых литий-ионных батарей
1990-е гг. — Начало массового производства Li-ion аккумуляторов

Как развивались батареи с течением времени? Первые гальванические элементы имели низкую емкость и быстро разряжались. Постепенно ученые совершенствовали конструкцию и материалы, что позволило создавать более мощные и долговечные источники тока. Современные литий-ионные аккумуляторы способны обеспечивать энергией смартфоны и электромобили в течение длительного времени.

Устройство и принцип работы батареи

Что представляет собой батарея? Это химический источник тока, преобразующий энергию химических реакций в электрическую энергию. Основные компоненты батареи:

Анод — отрицательный электрод
Катод — положительный электрод
Электролит — проводящая среда между электродами
Сепаратор — разделитель электродов
Корпус

Как работает батарея? При замыкании цепи на электродах начинаются окислительно-восстановительные реакции. Электроны движутся от анода к катоду через внешнюю цепь, создавая электрический ток. Ионы перемещаются через электролит, замыкая цепь внутри батареи.

Почему батарея со временем разряжается? По мере протекания реакций активные вещества на электродах расходуются. Когда они заканчиваются, химические процессы прекращаются и батарея перестает вырабатывать ток.

Основные виды батарей и их характеристики

Какие виды батарей существуют? Батареи можно разделить на две большие группы:

Первичные (одноразовые) батареи:

Угольно-цинковые
Щелочные (алкалиновые)
Литиевые
Серебряно-цинковые

Вторичные (перезаряжаемые) батареи:

Свинцово-кислотные
Никель-кадмиевые (NiCd)
Никель-металлгидридные (NiMH)
Литий-ионные (Li-ion)
Литий-полимерные

Чем отличаются разные типы батарей? Основные характеристики, по которым можно сравнить батареи:

Напряжение
Емкость
Удельная энергоемкость

Саморазряд
Число циклов заряд-разряд (для аккумуляторов)
Диапазон рабочих температур
Стоимость

Выбор типа батареи зависит от конкретного применения и требуемых характеристик.

Применение батарей в современной технике

Где используются батареи в современном мире? Сферы применения очень разнообразны:

Портативная электроника (смартфоны, ноутбуки, фотоаппараты)
Электротранспорт (электромобили, электросамокаты)
Бытовая техника (часы, пульты ДУ, игрушки)
Медицинские приборы (слуховые аппараты, кардиостимуляторы)
Системы бесперебойного питания
Военная и космическая техника
Возобновляемая энергетика (накопители энергии для солнечных и ветряных электростанций)

Как батареи изменили нашу жизнь? Они сделали возможным создание мобильных устройств, без которых сложно представить современный мир. Батареи обеспечивают автономность работы множества приборов и механизмов.

Перспективные разработки в области батарей

Какие инновации ожидаются в сфере батарей? Ученые работают над созданием более эффективных и экологичных источников тока:

Твердотельные литий-ионные аккумуляторы
Натрий-ионные батареи
Литий-серные аккумуляторы
Графеновые суперконденсаторы
Проточные редокс-батареи
Биоразлагаемые батареи

Как могут измениться батареи будущего? Ожидается значительное увеличение емкости и скорости зарядки, повышение безопасности и экологичности, снижение стоимости. Это откроет новые возможности для развития электротранспорта и возобновляемой энергетики.

Правила эксплуатации и утилизации батарей

Как правильно обращаться с батареями? Несколько важных рекомендаций:

Используйте батареи только по назначению
Не допускайте глубокого разряда аккумуляторов
Избегайте экстремальных температур

Не смешивайте батареи разных типов и производителей
Извлекайте батареи из устройств при длительном хранении
Не пытайтесь разбирать или нагревать батареи

Почему важно правильно утилизировать батареи? Они содержат токсичные вещества, которые при попадании в окружающую среду могут нанести серьезный вред. Отработанные батареи следует сдавать в специальные пункты приема для переработки.

Роль батарей в развитии «зеленой» энергетики

Как батареи способствуют развитию возобновляемой энергетики? Они решают ключевую проблему нестабильности выработки энергии солнечными и ветряными электростанциями. Накопители энергии на основе аккумуляторов позволяют сглаживать пики генерации и потребления, обеспечивая стабильное энергоснабжение.

Какие типы батарей используются в энергетике? Для масштабного хранения энергии применяются:

Литий-ионные мегабатареи

Натрий-серные аккумуляторы
Проточные редокс-батареи
Свинцово-кислотные батареи

Крупнейшие системы накопления энергии на основе аккумуляторов уже работают в США, Австралии, Китае и других странах. Их мощность достигает сотен мегаватт, а емкость — сотен мегаватт-часов.

Инновации в технологии быстрой зарядки батарей

Как развиваются технологии быстрой зарядки? Современные смартфоны и электромобили требуют минимального времени восполнения заряда батарей. Основные направления инноваций:

Совершенствование химического состава электродов и электролита
Разработка новых материалов (графен, нанотрубки)
Оптимизация алгоритмов управления зарядом
Повышение мощности зарядных устройств

Какие результаты уже достигнуты? Некоторые модели смартфонов заряжаются до 50% за 5-10 минут. Для электромобилей разрабатываются станции сверхбыстрой зарядки мощностью до 350 кВт, способные восполнить 80% заряда за 15-20 минут.

Быстрая зарядка повышает удобство использования устройств, но может негативно влиять на срок службы батарей. Поэтому важно найти оптимальный баланс между скоростью и долговечностью.

Батарея — Шахматный словарь — Chess.com

Батарея в шахматах? Для игры в шахматы нужны батареи? Нет, если вы не робот! В шахматах батарея — особое построение фигур. Разбираемся вместе!

Вот что нужно знать о батареях в шахматах:

Что такое батарея в шахматах?
В чем значение батареи?
Проверим себя
Заключение

Что такое батарея в шахматах?

В шахматах термин батарея описывает положение дальнобойных фигур на одной линии: ладей и ферзя на одной вертикали или ферзя и слона на одной диагонали. В этой позиции белые ладьи образуют батарею на вертикали «f»:

Белые ладьи образуют батарею на вертикали «f».

Приведем пример диагональной батареи. На следующей диаграмме батарея состоит из белопольного слона белых на поле b1 и ферзя на поле d3:

Диагональная батарея из ферзя и слона.

В чем значение батареи?

Батареи очень важны, поскольку они создают сильнейшее давление по вертикали или диагонали, часто ведущее к получению большого перевеса. Известный пример батареи — пушка Алехина, состоящая из двух ладей и ферзя, расположенных на одной вертикали.

В партии чемпиона мира Александра Алехина и Арона Нимцовича на турнире в Сан-Ремо в 1930 году Алехин создал батарею ходом 26.Фc1:

Пушка Алехина — самая сильная батарея.

Как можно заметить, батарея белых на открытой линии «c» связывает большую часть армии противника защитой коня и других фигур. Вот как Алехин довел свой перевес до победы:

Проверим себя

Мы узнали, что такое батареи, и в чем их значение. Пора научиться создавать их на доске. В партии гроссмейстеров Даниила Дубова и Юй Янъи, сыгранной в Вейк-ан-Зее в 2020 году, Юй сделал ход 18…Кd7. Как белым создать батарею? (Подсказка: в этой позиции батарею можно создать не одним способом!)

Как белым создать батарею?

В партии Дубов продолжал 19.Фd6 с созданием батареи по вертикали «d». Заметим, что ходы 19.Фd2 и 19.Фd4 также вели к созданию батареи на вертикали «d».

Ходом Фd6 белые создают батарею по вертикали «d».

Сыграй как Дубов!

Разбираем лучшие атаки российского гроссмейстера, чтобы проникнуть в тайны его мышления!

К урокам!

Посмотрим другую позицию. Как черным создать батарею с угрозой мата в один ход?

Ход черных. Как создать батарею с угрозой мата?

Отлично! Ходом 1…Фf6 черные создают батарею на диагонали a1-h8, угрожая дать мат на поле b2 и выиграть коня, расположенного на f4. Молодец!

Ходом Фf6 черные создают сильную батарею с двумя угрозами: мата на b2 и нападения на коня на f4.

Заключение

Мы узнали, что такое батарея, в чем ее значение, и как ее создать на по вертикали или по диагонали! Пройдем интерактивный урок, чтобы узнать о батареях больше.

Батарея как военное сооружение (1830е -1917)

История современного комплекса Батареи началась в 1827 году, когда по указу российского императора Николая I началось проектирование и строительство морской крепости в Таллинне. Целью морской крепости была защита столицы Российской империи Петербурга.

Основная часть новопостроенной Батарейной крепости – обращенное к морю (Таллиннскому рейду) дугообразное трехэтажное здание длиной почти в 250 метров (горжа), предусмотренное для размещения артиллерии. От горжи в сторону суши идут два одно- и двухэтажных крыла длиной свыше 100 метров (люнеты), образуя в основании секстант.

План Батарейной крепости, 1836 г.

Весь комплекс в свое время также был окружен рвом. Этажи морской крепости состояли из протянувшихся сквозь все здание боевых помещений (казематов), во внешних стенах которых располагались бойницы для пушек и ружей, а также вытяжка для отвода порохового дыма. На каждом этаже трехэтажного здания располагалось 24 больших сводчатых помещения (каземата), каждый из которых вмещал две пушки.

Вместе с небольшими, секторообразными боковыми камерами, крепость вмещала порядка 200 пушек. В мирное время казематы использовались в качестве солдатской казармы, и были соединены просторными сводчатыми проходами. Со стороны моря из стены выступают три полубашни, предназначенных для ведения бокового огня.

Первый этаж люнета был предназначен для различных мастерских и вспомогательных учреждений, а второй этаж отводился офицерам. Изначально люнет был скрыт защитными рвами и препятствиями, а окруженный высокими стенами внутренний двор образовывал своеобразный атриум, где в мирное время можно было заниматься садоводством и выращивать цветы. В ходе строительных работ на вершине люнета тоже было решено построить артиллерийскую батарею, чтобы укрепить оборону крепости с суши.

Комплекс был торжественно открыт в 1840 году, но строительные работы продолжались и в последующие годы, особенно после начавшейся в 1853 году Крымской войны. Хотя на первый взгляд эта очередная война России с Турцией может показаться далекой, она все же повлияла на жизнь и на Балтийском море. В частности, в качестве союзников Турции в войне участвовали как Франция, так и Англия, атаки флота которых на Петербург опасалась Россия. В феврале 1854 года в Таллинне объявили военное положение, и большую часть деревянных домов в пригороде Каламая сожгли в страхе осады.

Из-за войны было сделано несколько пристроек к Батарее: в 1854 и 1855 гг. на плитняковое здание артиллерийской батареи надстроили открытую защитную платформу с кирпичным парапетом, основали земляную батарею и крепость, а также частично перестроили защитную платформу артиллерийской батареи.

Английские и французские корабли действительно вышли на Таллиннский рейд и захватили о. Найссаар. Большого сражения не разгорелось. Было сделано лишь несколько выстрелов из пушек, потому что большую часть военного времени противник укрывался за островом. Друг друга караулили до конца войны в 1856 году.

Россия была вынуждена смириться с поражением в Крымской войне. Из-за поражения и быстрого развития военной техники уже в 1858 году было решено исключить Таллинн из перечня сухопутных крепостей Российской империи. Бойницы в горже переделали в окна, земляная крепость превратилась в общедоступные городские зеленые насаждения. Это была внушительная, предназначенная для множества военных казарма: например, в 1881 году в ней проживало 2134 человек, а после постройки третьего этажа на люнет в 1892 году добавилось еще 640 человек.

Во второй половине XIX века официально Батарея называлось по тогдашней российской военной терминологии оборонительной казармой, в немецком параллельно употреблялась название Западная батарея (die Westbatterie), поскольку Таллинн в то время защищало несколько батарей, и данная находилась с западной стороны города. К концу века закрепилось название Батарейная казарма (Westbatterie kaserne).

Батарея использовалась в качестве казармы до распада Российской империи и создания Эстонской Республики. Во время Освободительной войны молодая республика использовала здания в качестве военного госпиталя.

Что такое батарея? — Определение из Techopedia

Что означает батарея?

Батарея представляет собой источник энергии, состоящий из одного или нескольких гальванических элементов и клемм на обоих концах, называемых анодом (-) и катодом (+). Электрохимические элементы преобразуют химическую энергию в электрическую. Внутри батареи находится электролит, часто состоящий из растворимых солей или кислот, он служит проводящей средой, позволяя электрическому заряду проходить через батарею.

Techopedia поясняет Аккумулятор

Батарейки бывают разных форм и размеров, чтобы удовлетворить различные потребности. Они варьируются от миниатюрных батарей, используемых в наручных часах и слуховых аппаратах, до нескольких метров в ширину, служащих источником аварийного питания или хранящих возобновляемую энергию от солнечных электростанций и ветряных электростанций.

Бенджамин Франклин придумал слово «батарея» для обозначения связанных конденсаторов в своих экспериментах, но именно Александро Вольта разработал первую «настоящую» батарею в 1800 году. С тех пор полезность и повсеместность этих элементов питания неуклонно росли.

Обычно батареи делятся на первичные и вторичные в зависимости от типа гальванических элементов, из которых они сделаны.

Первичные батареи

Первичные батареи, также известные как незаряжаемые батареи, представляют собой одноразовые батареи, которые можно использовать только один раз. Это потому, что химические реакции, которые производят электричество в их электрохимических ячейках, не могут быть обращены вспять. Материалы, которые взаимодействуют друг с другом, вырабатывая электрическую энергию, не могут вернуться в исходное дореакционное состояние.

Эти батарейки часто используются в портативных устройствах, не требующих много энергии, таких как пульты дистанционного управления и детские игрушки. Одноразовые батареи широко используются, потому что они удобны, дешевы, практически не требуют обслуживания и надежны в чрезвычайной ситуации.

Но не все одноразовые батарейки одинаковы. Компоненты гальванических элементов батареи играют важную роль в ее работе и применении. Цинк-угольные батареи являются наиболее распространенным типом благодаря их низкой стоимости и надежной работе. Для сравнения, такие батареи, как щелочные батареи и батареи с оксидом ртути, предназначены для более узкой аудитории. Они более дороги, чем их аналог из цинка и углерода, но более стабильны и могут работать в экстремальных условиях окружающей среды и погодных условиях, а также имеют более длительный срок хранения.

Вторичные батареи

Вторичные батареи — это перезаряжаемые батареи, которые можно использовать более одного раза, но с установленным сроком службы. Из-за их долговечности и способности обеспечивать большее количество энергии они часто используются в более крупных устройствах, таких как ноутбуки, планшеты и даже автомобили. После того, как перезаряжаемая батарея исчерпает свою электрохимическую энергию, внешний электрический ток может вернуть химические вещества в исходное состояние, готовые повторить цикл производства электроэнергии снова и снова. Как и электрические устройства, при перезарядке вторичных батарей зарядное устройство должно обеспечивать правильное напряжение для батареи. Слишком высокое напряжение может резко сократить срок службы батареи, вызвать пожар или разрушить ее гальванические элементы.

Типы аккумуляторных батарей делятся по химическому составу и состоянию электролита на жидкостные и сухие. Батареи с жидкостными элементами являются старейшим типом перезаряжаемых батарей. Они содержат жидкий электролит с погруженными в него двумя электродами, действующими как анод и катод батареи. Батареи с жидкостными элементами часто используются в отраслях с высокими требованиями, таких как авиация, хранение электроэнергии, вышки сотовой связи и электроэнергетика, поскольку они доступны по цене и долговечны при определенных обстоятельствах.

Сухие батареи не совсем сухие, несмотря на название. Их электролит состоит из пасты с достаточным количеством влаги, чтобы позволить электронам проходить через нее. Это перезаряжаемый тип, который часто используется в портативной электронике, такой как телефоны и ноутбуки, поскольку они считаются более безопасными. Литий-ионные (Li-ion или LIB) батареи являются наиболее часто используемым типом перезаряжаемых батарей. При оптимизации их плотность энергии может увеличиться на 56,8%, что дает им самое высокое отношение мощности к весу, что позволяет им быть компактными, но при этом эффективно потреблять энергию. Недавние исследования также показали, что износ литий-ионных аккумуляторов можно предотвратить, если во время их использования подавать короткие прерывистые сильноточные импульсы.

Другие типы включают гибридные никель-металлические (NiMH), никель-цинковые (NiZn) и никель-кадмиевые (NiCd) элементы. Подобно одноразовым батареям, они различаются по емкости и сроку службы. Аккумуляторы NiMH часто предпочтительнее NiCd из-за их большей емкости и отсутствия токсичных металлов. Однако никель-кадмиевые батареи по-прежнему широко используются в медицинском оборудовании и электроинструментах из-за их более длительного срока службы.

Объявления

Инженерная школа Массачусетского технологического института | » Как работает батарея?

Как работает батарея?

Ваши часы, ноутбук и лазерная указка питаются от одного и того же: химии…

Автор Мэри Бейтс

Существует множество различных типов батарей, но все они работают на основе одной и той же концепции. . «Аккумулятор — это устройство, способное накапливать электрическую энергию в виде химической энергии и преобразовывать эту энергию в электричество», — говорит Антуан Алланоре, научный сотрудник факультета материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института. «Вы не можете поймать и сохранить электричество, но вы можете хранить электрическую энергию в химических веществах внутри батареи».

Батарея состоит из трех основных компонентов: две клеммы, изготовленные из разных химических веществ (обычно металлов), анод и катод; и электролит, который разделяет эти клеммы. Электролит представляет собой химическую среду, которая обеспечивает протекание электрического заряда между катодом и анодом. Когда устройство подключено к батарее — лампочке или электрической цепи — на электродах происходят химические реакции, которые создают поток электрической энергии к устройству.

Более конкретно: во время разряда электричества химическое вещество на аноде высвобождает электроны на отрицательную клемму и ионы в электролит посредством так называемой реакции окисления. Между тем, на положительной клемме катод принимает электроны, замыкая цепь потока электронов. Электролит предназначен для того, чтобы привести различные химические вещества анода и катода в контакт друг с другом таким образом, чтобы химический потенциал мог уравновешиваться от одного вывода к другому, преобразовывая накопленную химическую энергию в полезную электрическую энергию. «Эти две реакции происходят одновременно», — говорит Алланор. «Ионы переносят ток через электролит, в то время как электроны текут во внешней цепи, и именно это генерирует электрический ток».

Если батарея одноразовая, она будет производить электричество до тех пор, пока не закончатся реагенты (одинаковый химический потенциал на обоих электродах). Эти батареи работают только в одном направлении, преобразуя химическую энергию в электрическую. Но в других типах аккумуляторов реакция может быть обратной. Перезаряжаемые батареи (например, в вашем мобильном телефоне или в вашем автомобиле) сконструированы таким образом, что электрическая энергия из внешнего источника (зарядное устройство, которое вы подключаете к стене, или динамо-машина в вашем автомобиле) может быть применена к химической системе и наоборот. его работы, восстанавливая заряд аккумулятора.

Лаборатория Group Sadoway в Массачусетском технологическом институте работает над созданием более эффективных аккумуляторов для многократного использования. Для крупномасштабного хранения энергии команда работает над жидкометаллической батареей, в которой электролит, анод и катод являются жидкими. Для портативных приложений разрабатывается тонкопленочная полимерная батарея с гибким электролитом из негорючего геля.