Typy ogniw

Ogniwo Leclanchego

Historia

Opracowane zostało w 1877 r przez francuskiego chemika G. Leclanchego.
SEM = 1,5V
Budowa:

dodatnią elektrodę stanowi węgiel;

ujemną - cynk;

elektrolitem jest 20% roztwór NH₄Cl;

depolaryzatorem jest MnO₂, który otacza elektrodę węglową w postaci sproszkowanej;

elektrolit zmieszany jest z trocinami i mąką tworząc ciasto wypełniające ujemną elektrodę, którą jest cynkowy kubeczek;
Cechy:

jest to ogniwo nieregenerowalne;

występuje w postaci suchej (najbardziej rozpowszechnionej) i mokrej;

jako depolaryzator występuje dwutlenkek manganu w formie warstw materiału utleniającego wodór;
Uwagi:

Mechanizm procesów zachodzących na ogniwie Leclanchego nie został do końca wyjaśniony.
Zastosowanie:

Suche ogniwo Leclanchego spotykamy w handlu jako popularne bateryjki do drobnego sprzetu elektronicznego: piloty do TV, walkmany, zegarki, latarki etc.

[^^^ Na górę strony ^^^]

Ogniwo Daniella

Historia

To ogniwo galwaniczne zostało opracowane przez Johna Frederica Daniella w 1853r
SEM = 1,13 V
Budowa:

dodatnią elektrodę stanowi miedź - zanurzona w CuSO₄;

ujemną - cynk zanurzony w ZnSO₄;
Reakcje i schemat:

schemat: (-)Zn|ZnSO_4(aq)||CuSO_4(aq)|Cu(+) ;

na półogniwie Zn|Zn²⁺ zaszła rekacja Zn --> Zn²⁺ + 2e^- ;

na półogniwie Cu|Cu²⁺ zaszła reakcja Cu²⁺ + 2e^- --> Cu ;

sumarycznie Zn + Cu²⁺ --> Zn²⁺ + Cu ;

jest to ogniwo odwracalne;
Zastosowanie:

ogniwo to obecnie jest nie stosowane;

[^^^Na górę strony^^^]

Ogniwo litowe

Ilość energii, jaką można uzyskać z konkretnego ogniwa zależy od ilości wprowadzonych do obudowy zewnętrznej materiałów elektrodowych, czyli substratów reakcji. Wielkość tę nazywamy energią ogniwa, e, zaś energię, jaką możemy uzyskać z jednostki masy materiałów elektrodowych, nazywamy energią właściwą ogniwa, ew, wyrażaną w watogodzinach na kilogram sumy mas materiałów elektrodowych.
Energię właściwą rozpatrujemy w dwóch kategoriach:
jako energię teoretyczną e_WT
jako energię praktyczną, e_WP
Energia właściwa teoretyczna opisywana jest przez wzór
e_WT = –DG⁰/(m_an + m_kat) [Wh] gdzie m_an i m_kat są masami materiału anodowego i katodowego.
Przykładowo, energia właściwa klasycznego wodnego ogniwa Leclanche’go, Zn/MnO2, wynosi 393 Wh/kg i SEM=1,5V. Dla ogniw drugiej generacji, litowych, gdzie materiałem anodowym jest lit metaliczny, przy wyborze reakcji: 2Li0 + CuS --> Cu0 + Li₂S i układzie elektrodowym Li/CuS, uzyskujemy energię właściwąeWT = 1090 Wh/kg Inne przykładowe układy:
Li/MnO₂: e_WT = 1260 Wh/kg
Li/SOCl₂: e_WT = 1876 Wh/kg
Wartości energetyczne są wielokrotnie wyższe od ogniwa Leclanchego, stąd nazwa wysokoenergetyczne ogniwa litowe.

Akumulator ołowiany

Ołowiowy akumulator, akumulator elektryczny, w którym anodą jest płytka z ołowiu, katodą dwutlenek ołowiu (osadzony na ołowianej płytce), elektrolitem - roztwór kwasu siarkowego (akumulator kwasowy) - stosowany do rozruchu i oświetlenia samochodu, napędu pojazdów elektrycznych.

Ogniwo słoneczne (fotoelektryczne)

Ogniwa słoneczne przetwarzają światło na energię elektryczną. Ogniwo słoneczne może być produkowane z wielu różnych pierwiastków, ale najczęściej używanym jest krzem. Mówi się o ogniwach pojedynczych (monokrystalicznych), wielokrystalicznych (polikrystalicznych) albo cienkowarstwowych (amorficznych). Różnica między ogniwem mono- i polikrystalicznym nie jest zbyt duża, właściwie chodzi o różny sposób produkcji materiału bazowego ogniwa. Dzięki jednolitemu materiałowi ogniwo monokrystaliczne ma nieco wyższą sprawność, tzn, że wytwarza nieco więcej energii na jednostkę powierzchni, niż ogniwo polikrystaliczne. Różnica jest jednak niewielka, 12-15% dla monokrystalicznego i 10-14 % dla polikrystalicznego. Zwykłe ogniwo słoneczne z krystalicznego krzemu o wymiarach ok. 10 x 10 cm ma nominalne napięcie ok. 0,5 V. Poprzez połączenie szeregowe ogniw słonecznych, można otrzymać tzw. baterie słoneczne. Istnieją baterie z różną ilością ogniw, w zależności od zastosowania, jak i od jakości ogniw. Bateria słoneczna, która będzie używana do ładowania baterii ołowiowych na naszej długości i szerokości geograficznej, potrzebuje conajmniej 30 ogniw, jeśli chodzi o monokrystaliczne, i 32 ogniwa, jeżeli chodzi o ogniwa polikrystaliczne. Przy wzrastającej temperaturze napięcie ogniwa spada, co oznacza, że może być potrzebna bateria z jeszcze większą ilością ogniw ( o ile jest bardzo gorąco w miejscu, gdzie będzie ona zainstalowana). Zwykła bateria składająca się z 30-32 ogniw ma maksymalną moc rzędu 40-45 W. Inne wielkości można otrzymać poprzez albo dołożenie większej ilości ogniw, albo poprzez podział ogniwa na mniejsze części. Jest to jednak dość drogie, ponieważ wymaga dodatkowych zabiegów w procesie produkcji. Technika cienkowarstwowa oferuje bardzo wiele zalet z punktu widzenia możliwości produkcyjnych, ponieważ można bardzo dokładnie określić charakterystykę poprzez ułożenie wzoru połączeń w specjalny sposób. Bateria cienkowarstowa produkowana jest w ten sposób, że nkłada się cienką warstwę aktywnego materiału na specjalnie przygotowaną szybę ze szkła. Następnie można przy pomocy lasera wycinać ogniwa w pożądanych wielkościach i ilościach. Niestety sprawność tego typu ogniw jest znacznie niższa niż ogniw krystalicznych, ale do prostych zastosowań, np. do zasilania kalkulatorów, ten typ stał się bardzo powszechny. Standardowa bateria cienkowarstwowa do ładowania akumulatorów ma zazwyczaj moc ok. 10 W. Baterii słonecznych używa się normalnie do ładowania akumulatorów lub do bezpośredniego zasilania jakiegoś rodzaju urządzeń np. pompy wodnej, wentylatora itp. Do ładowania akumulatora buduje się system złożony z jednego lub wielu paneli słonecznych i regulatora ładującego tak, aby akumulator mógł być maksymalnie ładowany, jak również zabezpieczony od przeładowania i szkodliwego głębokiego rozładowania. Akumulatory mogą być różnych typów. Zwykły typ akumulatora samochodowego nie jest odpowiedni, ze względu na to, że jest skonstruowany tak, żeby oddawać dużo energii w ograniczonym czasie, a nie do tego, aby dawać mniejsze ilości energii w dłuższym czasie, co ma zazwyczaj miejsce tam, gdzie mamy doczynienia z urządzeniami słonecznymi. Do tego celu doskonale nadają się akumulatory ogólnego przeznaczenia, np. takie jak stosowane w układach podtrzymywania zasilania. Baterie słoneczne powinny być montowane w ten sposób, aby były maksymalnie wyeksponowane do światła. Moc wyjściowa jest wprost proporcjonalna do ilości energii odbieranej z baterii. Kierunek ustawienia powinno się wybierać pomiędzy południowym wschodem i południowym zachodem, a miejsce powinno być nie ocienione. Panele krystaliczne są szczególnie wrażliwe na zaciemnienie i nawej jeżeli jedno ogniwo w baterii jest zacienione traci się dużą część energii. Półcień nie jest tak niebezpieczny, jak całkowite zacienienie. Kąt ustawienia w kierunku słońca ma również znaczenie; w czasie półrocza zimowego jest ważne, aby panel był ustawiony pod kątem prostym do promieni słonecznych, podczas gdy w letniej porze roku wystarczy kąt 30-45 storpni. Bateria słoneczna produkuje energię również wówczas, gdy słońce jest za chmurami, lecz oczywiście energia, która jest produkowana jest zależna od natężenia promieniowania świetlnego. W słoneczny, letni dzień w Szwecji napromieniowanie wynosi aż do 1000 W/m2 i w tym czasie można ładować akumulator maksymalnie prądem 3 A, o ile oczywiście jest on już w pełni naładowany. W pochmurny, letni dzień napromieniowanie może wynieść tylko ok. 200 W/m2 i wówczas prąd nie będzie większy niż ok. 0,5 A. Według badań amerykańskich energia fotoelektryczna jest jeszcze 10 - krotnie droższa niż energia jądrowa. Należy jednak uwzględnić, że ogniwa słoneczne tanieją a koszty pozyskiwania energii w elektrowniach jądrowych drożeje. Obecnie koszt jednostki energii z układów fotowoltaicznych wynosi 0,6 ECU/kW*h(1992), a przewiduje się spadek do 0,3 ECU/kW*h w 2000r. Koszt zainstalowania systemu fotowoltaicznego wynosi 3 ECU/W (w szczycie przy napromieniowaniu 1000 W/m2 dla modułów krzemowych monokrystalicznych przy sprawności 13% i trwałości 20 lat). Dla ogniw cienkowarstwowych polikrystalicznych koszt zainstalowania wynosi 2,1 ECU/W (przy sprawności 5%). Przewiduje się szybka obniżkę kosztów już do 2000 roku.

[......... This site was made ........]
[... by Maciej 'Wichura' Raczyński ...]
[.......] mail to webdesigner [.......]