Batérie sú všadeprítomné zariadenia, ktoré poháňajú náš moderný svet. Od smartfónov a notebookov až po elektrické vozidlá a rozsiahle systémy na ukladanie energie, batérie zohrávajú kľúčovú úlohu v našich životoch. Jednou zo zaujímavých otázok, ktoré sa vynárajú v súvislosti s batériami, je, či sa ich hmotnosť mení počas vybíjania. Tento článok sa ponorí do tejto problematiky, pričom zohľadňuje rôzne typy batérií, chemické procesy, ktoré v nich prebiehajú, a faktory, ktoré ovplyvňujú zmenu hmotnosti.
Rôzne Typy Batérií a Ich Vplyv na Zmenu Hmotnosti
Na trhu existuje široká škála batérií, pričom každá z nich má svoje špecifické chemické zloženie a vlastnosti. Medzi najbežnejšie typy patria:
- Olovené akumulátory: Používajú sa najmä v automobiloch a záložných zdrojoch energie.
- Lítium-iónové batérie (Li-ion): Dominujú v prenosnej elektronike, elektrických vozidlách a systémoch na ukladanie energie. Väčšinu dnes používaných batérií nájdete so symbolom „li-ion“. Toto je skratka pre lítium-iónové. Práve tento druh batérie je v tejto dobe nenahraditeľným doplnkom. Mobily, tablety, počítače, digitálne fotoaparáty, LED svetlá a dokonca aj elektrické autá … tento zoznam môže byť skutočne dlhý. Lítium-iónové články dnes napájajú takmer všetky elektronické zariadenia, ktoré nás obklopujú.
- Niklovo-metalhydridové batérie (Ni-MH): V súčasnosti ide o najpoužívanejšiu batériu s vysokou kapacitou a schopnosťou dodávať pomerne vysoký prúd s dlhou životnosťou. Ni-MH nikel-metal hydridová batéria je galvanický článok.
- Alkalické batérie: Používajú sa v bežných zariadeniach, ako sú diaľkové ovládače a hračky.
- Nabíjateľné 1,5 V lítiové batérie (AA a AAA): Stávajú sa čoraz obľúbenejšími vďaka svojej vysokej kapacite a dlhšej životnosti v porovnaní s tradičnými alkalickými batériami. Typickými výrobcami tejto batérie sú XTAR, Tenavolts, Keepower, EBL atď.
Každý z týchto typov batérií funguje na základe odlišných elektrochemických reakcií, čo ovplyvňuje aj prípadné zmeny hmotnosti počas vybíjania.
Elektrochemické Reakcie a Zákon Zachovania Hmotnosti
V batérii prebiehajú chemické reakcie, pri ktorých sa elektróny presúvajú z jednej elektródy na druhú, čím vzniká elektrický prúd. Podľa zákona zachovania hmotnosti, celková hmotnosť uzavretého systému zostáva konštantná, bez ohľadu na chemické alebo fyzikálne zmeny, ktoré v ňom prebiehajú. Kedze sa jedna o chemicku reakciu, pri ktorej plati zakon zachovania hmotnosti a sustava je uzavreta…
V ideálnom prípade, ak by bola batéria dokonale uzavretá a nedochádzalo by k žiadnym vedľajším reakciám alebo úniku plynov, zmena hmotnosti by mala byť nulová. V reálnom svete však existuje niekoľko faktorov, ktoré môžu ovplyvniť hmotnosť batérie počas vybíjania.
Prečítajte si tiež: Výber batérií do kúpeľne z Merkury Market
Faktory Ovplyvňujúce Zmenu Hmotnosti Batérie
Uvoľňovanie plynov: Niektoré batérie, najmä olovené akumulátory, môžu počas nabíjania a vybíjania uvoľňovať malé množstvá plynov, ako je vodík a kyslík. Tento únik plynov môže viesť k zníženiu hmotnosti batérie.
Elektrolyt: Zmeny v zložení elektrolytu vplyvom chemických reakcií môžu spôsobiť zmeny hmotnosti elektród, a tým aj celkovej hmotnosti batérie.
Teplota: Teplota batérie ovplyvňuje rýchlosť a priebeh chemických reakcií. Pri vyšších teplotách môžu reakcie prebiehať rýchlejšie, čo môže viesť k väčšiemu uvoľňovaniu plynov alebo iným zmenám, ktoré ovplyvňujú hmotnosť. Bunky totiž strácajú svoje najlepšie vlastnosti pri veľmi vysokých a veľmi nízkych teplotách. Optimálna teplota v miestnosti je 20-25 stupňov a limitné hodnoty 0-30 stupňov Celzia. Vysoké teploty trvalo skracujú životnosť lítium-iónových článkov, zatiaľ čo nízke teploty majú veľmi negatívny vplyv na získanú kapacitu. Preto ak batérie nechávate často v horúcich autách, určite sa tomu snažte čo najviac predísť a radšej ich vždy vyberajte. Škodlivé bude aj nabíjanie článkov tam, kde je veľmi teplo.
Vnútorný odpor: Ak sa na batérií nevykoná žiadna práca(prácu duke konať iba spotrebič) jej hmotnosť sa nijak nezmení. Za takýchto podmienok bude platiť iba to,že koľko elektrónov sa odoberie zo záporného pólu,toľko sa priberie na kladný pól. Vnútorný odpor batérie môže spôsobovať otepľovanie počas vybíjania. Ak dochádza k výmene tepla s okolím, môže to ovplyvniť hmotnosť batérie. Predpokladajme dokonale tesné púzdro a nulový vnútorný odpor (nedochádza k otepleniu ani k výmene tepla s okolím).
Presnosť merania: Zmeny hmotnosti batérie počas vybíjania sú zvyčajne veľmi malé a môžu byť ťažko merateľné bežnými váhami. Citlivými váhami dokážeme zaregistrovať úbytok hmotnosti.
Prečítajte si tiež: Ako predísť vybitej batérii v aute
Relativistické efekty: Teoreticky, podľa teórie relativity, by sa hmotnosť batérie mala znížiť, keď dodáva energiu, pretože energia a hmotnosť sú ekvivalentné (E=mc^2). Tento efekt je však v prípade batérií extrémne malý a prakticky nemerateľný.
Špecifické Príklady a Aplikácie
Lítium-iónové batérie: Tieto batérie sú známe svojou vysokou energetickou hustotou a dlhou životnosťou. Počas vybíjania lítium-iónovej batérie dochádza k presunu iónov lítia medzi elektródami. Hmotnosť elektród sa mení, ale celková zmena hmotnosti batérie je veľmi malá a zanedbateľná.
Olovené akumulátory: V olovených akumulátoroch dochádza k premene olova a oxidu olovičitého na síran olovnatý. Táto reakcia spôsobuje zmeny hmotnosti elektród. Navyše, uvoľňovanie plynov počas nabíjania a vybíjania môže viesť k merateľnému zníženiu hmotnosti batérie.
Praktické Dôsledky a Odporúčania
- Skladovanie batérií: Ak viete, že vaše batérie nebudú dlhší čas používané, uistite sa, že úroveň nabitia zostane okolo 30% -50%. Ak sa rozhodnete nepoužitú batériu skladovať niekoľko mesiacov, riskujete veľké riziko. Vyhnúť sa pravidelnému nabíjaniu na 100% a vybitiu batérie na 0% je osvedčený postup, ako udržať články v najlepšom stave.
- Prevádzka batérií: V prípade lítium-iónových článkov ich vybíjanie na maximálne 50% kapacity predlžuje ich životnosť! Ako už viete, vybíjanie lítium-iónových batérií na nulu im veľmi škodí. Čo môže byť ešte horšie? Nenabitie na dlhší čas bez doplnenia energie.
- Použitie v extrémnych podmienkach: Ak ste niekedy používali svoj mobil dlhší čas v chlade, určite ste si všimli, že výdrž batérie nečakane klesá. Bunky totiž strácajú svoje najlepšie vlastnosti pri veľmi vysokých a veľmi nízkych teplotách. Vysoké teploty trvalo skracujú životnosť lítium-iónových článkov, zatiaľ čo nízke teploty majú veľmi negatívny vplyv na získanú kapacitu. Preto ak batérie nechávate často v horúcich autách, určite sa tomu snažte čo najviac predísť a radšej ich vždy vyberajte. Škodlivé bude aj nabíjanie článkov tam, kde je veľmi teplo.
Nabíjacie Systémy a Ich Vplyv na Životnosť Batérie
Ponúkame vám klasické nenabíjateľné jednorazové batérie, ale aj články, ktoré možno nabíjať a opätovne používať. Jednorazové primárne batérie sa po vybití nedajú opätovne nabíjať a používať. Medzi primárne batérie patria alkalické, nikel-zinkové, zinkovo-uhlíkové, lítiové, strieborno-oxidové a zinkovo-vzduchové batérie. Nabíjateľné batérie je možné po vybití znovu nabiť a opätovne použiť. Medzi nabíjateľné batérie patria nikel-metalhydridové batérie a batérie ReCyko+. Nabíjateľné batérie ReCyko+ majú v prípade batérií Panasonic pomalú rýchlosť samovybíjania a uvádza sa, že po jednom roku skladovania článok stratí približne 20 % svojej kapacity. Nabíjateľné články majú viac ako 1 000 nabíjacích cyklov.
Pre olovené kyselinové batérie je dôležité, aby počas miernych vybíjaní doba absorpcie bola krátka, čím sa predíde prebitie batérie.
Prečítajte si tiež: Štartovacia batéria Bosch 0 092 S40 080
Nabíjateľné 1,5 V lítiové batérie typu AA a AAA vyžadujú špecifický spôsob nabíjania, ktorý sa líši od tradičných nabíjateľných batérií. Štandardné 3,6 alebo 3,7 V lítium-iónové nabíjateľné batérie zvyčajne používajú metódu nabíjania konštantným prúdom / konštantným napätím (CC / CV), zatiaľ čo tieto 1,5 V batérie vyžadujú spôsob nabíjania len konštantným prúdom.
Niektoré zariadenia majú dokonca špeciálnu ochranu, ktorá zastaví proces nabíjania skôr, ako dosiahne maximum. V priemysle sa však ozývajú hlasy, ktoré hovoria, že po 30 cykloch čiastočného vybitia sa oplatí batériu úplne vybiť a znova nabiť. Na čo je taká operácia? Mnoho článkov obsahuje digitálny merač napätia.
Alternatívne Riešenia Napájania
Návrh ostrovných systémov na dodávku elektrickej energie všade tam, kde nie je prístup k rozvodnej sieti.
Je určená pre použitie v duálnych batériových systémoch vo vozidlách alebo na lodiach, kde sa k nabitiu servisné batérie používajú (inteligentné) alternátor a štartovacie batérie. Jednotku možno monitorovať a programovať cez Bluetooth a ovládať diaľkovo pomocou diaľkového spínača zapnutia / vypnutia. Nabíjačka Orion Tr-Smart môže byť použitá v 12V alebo 24V systémoch a je vhodná ako pre olovené kyselinové batérie, tak i pre lítiové batérie. K dispozícii sú modely až do 400 W. Okrem toho, pre zvýšenie výstupného výkonu môžete paralelne zapojiť neobmedzený počet jednotiek. Je vhodná pro použití za vysokých okolních teplot, až do 55 °C, a při plném jmenovitém výstupním výkonu až do 40 °C. Izolované zdroje sú vhodné pre napájanie spotrebičov citlivých na rušenie, napríklad audio/video technika.
Battery Grip ako Rozšírenie Možností Napájania
Vertikálny úchyt na DSLR fotoaparátoch je súčasťou vybavenia iba pri najvyšších profesionálnych radách. Existuje však možnosť si tento úchyt dokúpiť. Postupom času sa jeho výrobcom podarilo spojiť užitočné s ešte užitočnejším a na svete bol battery grip. Čo to vlastne battery grip je? V doslovnom preklade „batériový úchyt". Ani po preklade však mnohí nie sú múdrejší. Podivný názov tohto fotopríslušenstva nám predsa len niečo napovedá. Hovorí o dvoch základných funkciách. Prostredníctvom battery gripu si môžeme zväčšiť napájacie možnosti fotoaparátu a predĺžiť jeho výdrž. Prakticky to znamená možnosť vyfotografovať viac snímok na jedno nabitie. Do väčšiny battery gripov sa dávajú dva akumulátory daného typu. aj obyčajnými AA tužkovými batériami. Táto možnosť predstavuje veľkú výhodu. Keď sa nám oba akumulátory predsa len vybijú, máme možnosť ich nahradiť bežne dostupnou alternatívou. Ďalšou funkciou je „grip" v preklade „úchyt/držadlo". Vertikálny úchyt so spúšťou mi na mojom fotoaparáte dovoľuje fotiť na výšku pohodlnejšie a čo je dôležitejšie aj v stabilnejšej pozícii.