Чем аккумуляторы отличаются от источников тока?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Связанных вопросов не найдено
Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,708
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Химия аккумуляторов.
Даниил Иткис об устройстве аккумулятора, истории развития аккумуляторов и перспективах химических источников тока
Что такое аккумуляторы? Чем они отличаются от батареек? Какие технологии и материалы применяются в аккумуляторах для улучшения их характеристик? В проекте Мир вещей. Из чего сделано будущее совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО), рассказываем о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.
Аккумулятор это устройство, которое запасает электрическую энергию и является одним из типов химических источников тока. Такие источники преобразовывают энергию химических связей в электрическую энергию. Химических источников тока известно много. Самые простые это обычные пальчиковые батарейки. Но такие батарейки нельзя перезарядить, когда заряд в них закончился.
В отличие от батареек, аккумуляторы можно заряжать многократно. Первым и самым известным аккумулятором стал свинцово-кислотный аккумулятор, который был изобретен в XIX веке французом Густавом Планте. В таком аккумуляторе, как и в любом другом, есть два химических вещества, которые реагируют между собой, и в процессе химической реакции должны передаваться электроны.
Внутри любого химического источника тока всегда есть два химических вещества, одно из которых готово отдавать свои электроны другому. Такие вещества могли бы реагировать друг с другом напрямую, но тогда никакого толку от передачи электронов не было бы. Химический источник тока и аккумулятор различаются тем, что два реагирующих между собой вещества разделены средой, которая позволяет им обмениваться массой, но не позволяет передавать электроны. Электроны при этом могут двигаться по внешней цепи, делая для нас полезную работу. Среда, которая располагается между двумя реагирующими веществами, называется электролитом.
Электролиты бывают жидкие и твердые. Главная их задача проводить ионы, но при этом не давать электронам передаваться напрямую от одного вещества к другому. Чтобы сделать аккумулятор, этот процесс должен быть обратимым. То есть мы должны иметь возможность, подключив это устройство к внешнему источнику питания, заставить вещества реагировать в обратную сторону. Если образуются новые вещества, они должны разлагаться, все должно возвращаться в исходное состояние. Электроны при этом должны двигаться в этой внешней цепи в обратном направлении, движимые электрическим полем.
Первый аккумулятор был придуман в XIX веке, он используется по сей день. Все могут увидеть такой аккумулятор под капотом своего автомобиля, он использует свинец и оксид свинца 4. Свинец может окисляться этим словом химики называют процесс, когда вещество отдает свои электроны, и превращаться в сульфат свинца 2. При этом оксид свинца 4, наоборот, получает электроны и тоже превращается в сульфат свинца 2. Таким образом, одно соединение свинца передает электроны другому соединению свинца, и эти электроны, двигаясь по внешней цепи в случае автомобиля, вращают стартер и помогают нам завести бензиновый или дизельный двигатель. Когда мы хотим зарядить аккумулятор, электроны движутся по цепи в обратную сторону, и эти соединения на двух пластинах вновь превращаются в свинец и оксид свинца 4. Этот процесс можно проводить много раз.
Главная проблема такого аккумулятора его большой вес. Однако для тех, кто разрабатывает аккумуляторы, важен не вес конкретной аккумуляторной батареи, а удельная энергия, то есть то количество энергии, которое можно запасти в единице веса аккумулятора или в единице его объема. Для свинцово-кислотных аккумуляторов удельная энергия составляет всего 30-40 ватт-часов на килограмм. Хотя с XIX века мы прошли огромный путь: в то время такие аккумуляторы накапливали буквально единицы ватт-час на килограмм, то есть их энергозапас в расчете на единицу массы увеличился более чем в 10 раз.
Ученые и инженеры с XIX века активно работали над тем, чтобы увеличить удельный энергозапас. С того времени были разработаны десятки, если не сотни, различных химических систем, то есть пар из веществ, одно из которых является окислителем, а другое восстановителем. В XX веке были созданы хорошо известные системы на основе никеля: сначала никелькадмиевые, потом никель-металлогидридные. Их главная проблема состояла в том, что они не могли иметь достаточно большого напряжения. Эта проблема заключается в электролите, потому что аккумуляторы, которые используют электролиты на водной основе, то есть растворы солей, щелочей или кислот в воде, ограничены по своему напряжению. При превышении напряжения в 1,2 вольта начинает разлагаться сама вода на водород и кислород. Эта электрохимическая реакция называется электролиз воды. Поэтому невозможно сделать систему с водным электролитом, которая имела бы напряжение на каждом аккумуляторе выше, чем 1,22 вольта.
Во второй половине XX века стали активно исследовать неводные электролиты растворы солей, но уже не в воде, а в органических растворителях. Усилия здесь были направлены в том числе на то, чтобы сделать аккумуляторы с напряжением выше 2 вольт. В 1990 году удалось подобрать комбинацию электродных материалов и неводного электролита, состоящего из смеси алкил карбонатов и гексафторфосфата лития, которая получила название литийионный аккумулятор. Напряжение такого аккумулятора было чуть ниже 4 вольт. А чем выше напряжение, тем больше энергии можно запасти.
Уникален литийионный аккумулятор не только электролитом. Сам принцип его работы заметно отличается от принципа работы, например, свинцово-кислотного аккумулятора. В литийионном аккумуляторе отрицательным электродом являлся графит, а для положительного электрода использовали слоистый оксид кобальта лития. В таком оксиде атомы кобальта и кислорода образуют слои, и между этими слоями находятся ионы лития. При заряде такого аккумулятора ионы лития покидают катодный материал положительного электрода, двигаются через электролит и внедряются между слоями графита. При этом электроны движутся по внешней цепи, движимые источником, с помощью которого мы заряжаем аккумулятор.
В заряженном состоянии аккумулятор сам способен делать полезную работу, и если мы подключим его клеммы к нагрузке, то электроны начнут самопроизвольно перемещаться по цепи, затрачивая энергию, а ионы лития будут вновь покидать графит, двигаться через электролит и встраиваться между слоями оксида кобальта. То есть в этом аккумуляторе не образуется никаких новых фаз, веществ, а ионы лития лишь встраиваются то в один, то в другой электрод. В англоязычной литературе такой аккумулятор назвали аккумулятор кресло-качалка, потому что ионы просто двигаются из одного электрода в другой и обратно.
Сегодня удельная энергия литийионных аккумуляторов достигает 250270 ватт-часов на килограмм, в то время как первые литийионные аккумуляторы давали лишь 100-120 ватт-час на килограмм. Этот прогресс связан с двумя факторами. Первый технологический фактор. За последние 25 лет технология изготовления электродов шагнула вперед: электроды стали более плотными и, соответственно, сейчас содержат в себе больше вещества. Масса активных веществ оказывается более высокой на фоне массы веществ, которые не участвуют в самой реакции, отвечающей за накопление энергии.
Второй и самый важный фактор прогресс в области материаловедения. Сами материалы, которые накапливают литий внутри себя, заметно изменились. Сегодня уже непросто найти аккумулятор, в котором используются только графит и оксид лития-кобальта. Сейчас используют более сложные, смешанные оксиды, содержащие никель, марганец и кобальт, а также графиты с определенной обработкой, к которым добавляют наночастицы кремния. Это позволяет постепенно увеличивать энергозапас на единицу массы или на единицу объема.
Несмотря на прогресс и переход со свинцово-кислотных до литийионных аккумуляторов, мы все равно недовольны: хочется, чтобы смартфон работал дольше, а электромобиль делал без подзарядки большие пробеги. Поэтому ученые и химики-технологи продолжают работать, чтобы совершенствовать аккумуляторы.
Вся эта работа направлена на разработку новых материалов, которые могли бы либо запасать в своей структуре больше лития, либо обеспечивать еще более высокое напряжение. Есть более радикальные подходы, которые объединяют под названием постлитийионные технологии. Эти технологии распадаются на несколько направлений. Сегодня активно разрабатываются натрий- и калийионные аккумуляторы, потому что натрий и калий входят в число породообразующих элементов, их много на Земле. Такие аккумуляторы могли бы стать дешевле, хоть и не будут конкурировать с литийионными по энергозапасу. Это актуальное направление для накопителей в электросетях, где вес не столь важен, а вот цена становится существенным ограничивающим фактором для внедрения таких накопителей.
Другим направлением являются литий-серные аккумуляторы, где вместо тяжелых оксидов переходных металлов используется сера и ее композиты с углеродом. Сера и углеродные материалы достаточно дешевы, и это могло бы обеспечить не только более низкую цену, но и большую емкость и больший запас энергии, потому что сера достаточно легкая. На единицу массы такие аккумуляторы могли бы обеспечивать уже 300 и даже 400 ватт-час в килограмме.
Есть и совсем далекие перспективы литий-воздушные аккумуляторы, в которых сера может быть заменена на кислород, доступный в окружающем нас воздухе. Он легкий, хороший окислитель, то есть он хорошо отнимает электроны, в то время как литий может их отдавать. Такие аккумуляторы гипотетически могли бы перешагнуть через черту 400 ватт-часов на килограмм. К сожалению, количество достаточно серьезных фундаментальных проблем пока оставляет это направление в научных лабораториях. Эти исследования ученых не закончатся в ближайшие 10-20 лет, и это не станет пока что технологией.
в чем отличие аккумулятора от источников тока?
Аккумулятор — это источник тока, который можно заряжать. В процессе зарядки он накапливает электрическую энергию, затем ее отдает потребителю. Другие источники тока преобразуют подводимую к ним энергию (например тепловую, световую или механическую) в электрическую.
Остальные ответы
первый можно заряжать, второй нельзя
АККУМУЛЯТОР- источник постоянного тока
Аккумулятор — разновидность источника тока
Аккумулятор- перезаряжаемый элемент питания, а источниками тока могут служить как элементы питания, так и электрические розетки.
А чем отличаются буквы от слов. тем самым а аккумулятор отличается от источника тока. источника тока еще бывают химические он-же и есть аккумулятор.
строго говоря, источник тока — прибор, который обязан любой ценой обеспечить стабильный ток. Источник напряжения обязан любой ценой обеспечить стабильное напряжение. Аккумулятор ни тем, ни другим строго говоря не является, придётся использовать схемные решения.
Аккумулятор, розетка, батарейка — всё это источники электроэнергии, а чем они в большей степени являются — источниками тока или напряжения — зависит от их внутреннего сопротивления и т. д. и т. п.
Аккумулятор — источник напряжения, т. е. внутреннее сопротивление акк. на много меньше сопротивления нагрузки. Поясняю, ак. с ЭДС=10В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом подключен на нагрузку 9,9 ом. При этом 9,9 В будет на нагрузке. Теперь представим ак. в качестве источника тока, т. е. внутреннее сопротивление ак. должно быть на много больше сопротивления нагрузки. Для ак. это будет режим короткого замыкания.
Отличия аккумуляторов от источников тока — основные характеристики и принципы работы
Аккумуляторы и источники тока — два понятия, которые играют ключевую роль в электрической технике и энергетике. Несмотря на то, что оба устройства предназначены для обеспечения электрической энергией, они имеют существенные отличия.
Первое отличие между аккумуляторами и источниками тока заключается в их принципе работы. Аккумуляторы являются устройствами, которые способны хранить и регулярно выдавать электрическую энергию благодаря химической реакции внутри них. Источники тока, в свою очередь, работают на основе преобразования одной формы энергии в другую, например, механической энергии в электрическую.
Второе отличие заключается в способе подзарядки. Аккумуляторы могут быть перезаряжаемыми, то есть после разрядки их можно снова подзарядить с помощью подключения к источнику электроэнергии. Источники тока, напротив, обычно не могут быть перезаряжаемыми и работают от одноразовых источников энергии, таких как батарейки.
Кроме того, аккумуляторы и источники тока отличаются по своей конструкции. Аккумуляторы обычно состоят из нескольких ячеек, которые соединены между собой и заполнены химическими компонентами. Источники тока, в свою очередь, могут иметь различные формы и размеры, от маленьких батареек до больших генераторов.
Принцип работы аккумуляторов и источников тока
Аккумуляторы, также известные как аккумуляторные батареи, являются устройствами, способными хранить электрическую энергию и выдавать ее в нужный момент. Они состоят из двух электродов — положительного и отрицательного, разделенных электролитом. В процессе зарядки аккумулятора происходит химическая реакция, в результате которой электрическая энергия превращается в химическую энергию, хранящуюся в аккумуляторе. При разрядке аккумулятора происходит обратная реакция — химическая энергия превращается в электрическую энергию, которая подается на подключенное устройство. Аккумуляторы можно перезаряжать и использовать многократно.
Источники тока, например, батарейки или сетевые блоки питания, предназначены для предоставления постоянного источника электрической энергии. Они также состоят из положительного и отрицательного электродов, но не могут быть перезаряжаемыми. При использовании источника тока происходит преобразование электрической энергии напрямую в нужное устройство. Источники тока удобны в использовании для устройств, которые требуют постоянного питания, но они не могут быть перезаряжаемыми и не обладают такой же производительностью, как аккумуляторы.
Разные типы аккумуляторов и источников тока
Аккумуляторы являются перезаряжаемыми источниками тока. Они состоят из нескольких элементов, называемых ячейками. Разные типы аккумуляторов имеют разные характеристики и области применения.
| Тип аккумулятора | Особенности | Применение |
|---|---|---|
| Свинцово-кислотный аккумулятор | Дешевый, но имеет большой вес и маленькую емкость. | Используется в автомобилях, электрических велосипедах, альтернативных источниках энергии. |
| Литий-ионный аккумулятор | Легкий, компактный и имеет высокую емкость. | Применяется в смартфонах, ноутбуках, электрических транспортных средствах и других портативных устройствах. |
| Никель-металл-гидридный аккумулятор | Имеет высокую емкость и способен давать большой ток. | Используется в электрических инструментах, автомобильных гибридах и других устройствах, где требуется высокая производительность. |
С другой стороны, источники тока, такие как батарейки и сетевые адаптеры, предоставляют постоянный ток без возможности перезарядки. Они часто используются в устройствах, которые не требуют постоянного подключения к электросети.
Таким образом, аккумуляторы и источники тока имеют свои особенности и предназначены для разных задач. Выбор между ними зависит от конкретных требований и характеристик устройства, в котором они будут использоваться.
Преимущества и недостатки аккумуляторов и источников тока
Аккумуляторы и источники тока представляют собой два разных вида источников электричества, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Преимущества аккумуляторов:
| 1. | Повторное использование: аккумуляторы могут быть заряжены и использованы многократно, что снижает необходимость в постоянной замене батарей. |
| 2. | Портативность: аккумуляторы компактны и легки, что позволяет использовать их в мобильных устройствах и сделать их более переносимыми. |
| 3. | Экологичность: аккумуляторы могут быть переработаны и использованы снова, что снижает их негативное влияние на окружающую среду. |
Недостатки аккумуляторов:
| 1. | Ограниченная емкость: аккумуляторы могут содержать ограниченное количество энергии, что требует их регулярную зарядку. |
| 2. | Саморазрядка: аккумуляторы с течением времени могут терять энергию даже в отсутствие использования, что требует периодической подзарядки. |
| 3. | Высокая стоимость: аккумуляторы могут быть более дорогими по сравнению с обычными источниками тока, что может повлиять на выбор потребителя. |
Преимущества источников тока:
| 1. | Высокая емкость: источники тока могут содержать больше энергии, что обеспечивает продолжительное использование без необходимости зарядки. |
| 2. | Низкая саморазрядка: источники тока сохраняют энергию длительное время, даже если не используются, что увеличивает их удобство. |
| 3. | Низкая стоимость: источники тока могут быть более доступными и менее затратными для потребителей в сравнении с аккумуляторами. |
Недостатки источников тока:
| 1. | Одноразовое использование: источники тока нельзя перезарядить, что требует их постоянной замены после использования. |
| 2. | Загрязнение окружающей среды: источники тока, такие как батарейки, могут содержать вредные вещества, которые могут быть опасными при утилизации. |
| 3. | Ограниченные возможности: источники тока не всегда могут обеспечить достаточную мощность для работы с некоторыми устройствами. |
Области применения аккумуляторов и источников тока
1. Автомобильная промышленность: аккумуляторы широко применяются в автомобилях для питания стартерных двигателей, систем зажигания, освещения и других электронных устройств.
2. Энергетика: источники тока, такие как генераторы и солнечные панели, используются для обеспечения электроэнергией жилых домов, предприятий и инфраструктуры.
3. Телекоммуникации: аккумуляторы и источники тока используются для питания мобильных телефонов, коммуникационного оборудования, беспроводных сетей и других устройств связи.
4. Беспроводные устройства: аккумуляторы и источники тока широко применяются в портативных электронных устройствах, таких как ноутбуки, планшеты, смартфоны, плееры и дроны.
5. Медицина: аккумуляторы и источники тока используются в медицинском оборудовании, портативных мониторах, электрических колясках и других медицинских устройствах.
6. Развлекательная индустрия: аккумуляторы и источники тока применяются в электронной игровой технике, акустических системах, фото- и видеокамерах.
Однако, несмотря на сходство в некоторых областях использования, аккумуляторы и источники тока имеют свои особенности и отличия в конструкции, работе и характеристиках, что делает их уникальными и подходящими для разных целей.