බලශක්ති ගබඩා බැටරි වල ක්රියාකාරී මූලධර්මය
ඇබලශක්ති ගබඩා බැටරිවිද්යුත් ශක්තිය හා රසායනික ශක්තිය අතර ශක්තිය පරිවර්තනය කර ගබඩා කරන උපකරණයකි. විසර්ජනය අතරතුර, රසායනික ශක්තිය සෘජුවම විද්යුත් ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වේ; ආරෝපණය කිරීමේදී විදුලි ශක්තිය නැවත ගබඩා කිරීම සඳහා රසායනික ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වේ. බැටරියේ ඇති ධනාත්මක සහ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ විවිධ ද්රව්ය වලින් සාදා ඇත. එකම ඉලෙක්ට්රෝලය ඇතුල් කළ විට, ඉලෙක්ට්රෝඩ දෙකම තමන්ගේම ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයන් පිහිටුවා ගනු ඇත, රූප සටහන 1-4 හි ABCD කැඩුණු රේඛාව මගින් පෙන්වා ඇති පරිදි (ඉරි ඇති රේඛාව සහ ඉලෙක්ට්රෝඩ අතර අවකාශය සාදන ලද විද්යුත් ද්විත්ව ස්ථරය නියෝජනය කරයි). ධන සහ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ අතර සමතුලිත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයේ වෙනස බැටරියේ විද්යුත් චලන බලය (EMF) ඊ.
රූපය 14 බලශක්ති ගබඩා කිරීමේ බැටරියේ ක්රියාකාරී මූලධර්මයේ ක්රමානුරූප රූප සටහන
ධන සහ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ බාහිර භාරයකට සම්බන්ධ කළ විට, ධන ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගන්නා අතර අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියාවකට භාජනය වී කැතෝඩික් ධ්රැවීකරණය ඇති කරයි, එමඟින් ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය අඩු කරයි; සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය ඉලෙක්ට්රෝන නැති වී ඔක්සිකරණ ප්රතික්රියාවකට භාජනය වී ඇනෝඩික් ධ්රැවීකරණය ඇති කරයි, එමගින් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය වැඩි කරයි. බාහිර පරිපථය සඳහා ඉලෙක්ට්රෝන සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සිට ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය දක්වා ගලා යයි, එබැවින් වත්මන් දිශාව ධන ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සිට සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩය දක්වා වේ. ඉලෙක්ට්රෝලය තුළ, අයන චලනය හරහා ආරෝපණ හුවමාරුව සිදු වේ, එබැවින් අභ්යන්තර පරිපථයේ වත්මන් දිශාව සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සිට ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩය දක්වා වේ. විසර්ජන තත්වයේදී, බැටරි විභව ව්යාප්තිය රූප සටහන 1-4 හි කැඩුණු රේඛා A'B'C'D' මගින් පෙන්වයි. සම්පූර්ණ ක්රියාවලිය සම්පූර්ණ සංවෘත ලූපයක් සාදයි, ඉලෙක්ට්රෝඩවල ඔක්සිකරණය සහ අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියා අඛණ්ඩව ඉදිරියට යාමට ඉඩ සලසයි, එමඟින් සංවෘත ලූපය තුළ අඛණ්ඩ ධාරා ප්රවාහයක් සහතික කෙරේ. බැටරිය ක්රියා කරන විට ඉලෙක්ට්රෝඩවල විද්යුත් ශක්තිය ජනනය කරන විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියා ප්රවාහ උත්පාදක ප්රතික්රියා ලෙස හඳුන්වන අතර මෙම ප්රතික්රියා වලට සහභාගී වන ද්රව්ය ක්රියාකාරී ද්රව්ය ලෙස හැඳින්වේ.
බැටරියක ආරෝපණ ක්රියාවලිය අත්යවශ්යයෙන්ම එහි විසර්ජන ක්රියාවලියේ ප්රතිලෝම වේ. ආරෝපණය කිරීමේදී, ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ඔක්සිකරණය සිදු වන අතර, සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ දී අඩු වීම සිදු වේ; ඊට සමගාමීව, විසර්ජනයේදී ඉලෙක්ට්රෝලය තුළ අයන සංක්රමණය වන දිශාවට ප්රතිවිරුද්ධ වන අතර, රූප සටහන 1-4 හි A"B"C"D" බිඳුණු රේඛා මගින් පෙන්වා ඇති පරිදි, මෙම රසායනික පරිවර්තන ක්රියාවලිය ධාවනය කිරීමට බැටරියේ විවෘත-පරිපථ වෝල්ටීයතාවය ඉක්මවන බාහිර බල ප්රභවයක් අවශ්ය වේ.
රසායනික ශක්තිය සෘජුවම විද්යුත් ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කිරීම පහසු කිරීම සඳහා බලශක්ති ගබඩා බැටරියක් තුළ සිදුවන රෙඩොක්ස් ක්රියාවලිය සාම්ප්රදායික රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා වලින් මූලික වශයෙන් වෙනස් වේ. බැටරියක් තුළ ඉලෙක්ට්රෝන නැතිවීම (ඔක්සිකරණය) සහ ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගැනීම (අඩු කිරීම) යන ක්රියාවලීන් විවිධ කලාපවලට වෙන් කළ යුතුය. තවද, ක්රියාකාරී සංරචක ප්රතික්රියාවට සහභාගී වන විට ඉලෙක්ට්රෝන බාහිර පරිපථයක් හරහා ගලා යා යුතුය. මෙම ප්රධාන මූලද්රව්ය දෙක බැටරියක් තුළ ඇති රෙඩොක්ස් යාන්ත්රණය සාමාන්ය රසායනික රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා වලින් සහ විද්යුත් රසායනික විඛාදන සංසිද්ධිවල ක්ෂුද්ර-සෛල ප්රතික්රියා වලින් වෙන්කර හඳුනා ගනී.
බලශක්ති ගබඩා බැටරි සංයුතිය
මූලික බලශක්ති ගබඩා බැටරියක මූලික සංරචක හතරක් අඩංගු විය යුතුය: ඉලෙක්ට්රෝඩ, ඉලෙක්ට්රෝලය, බෙදුම්කරු සහ බැටරි ආවරණයක්.
ඉලෙක්ට්රෝඩය
ඉලෙක්ට්රෝඩ, බැටරියේ ප්රධාන සංරචක ලෙස, ධනාත්මක සහ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ වලට බෙදී ඇත, ප්රධාන වශයෙන් ක්රියාකාරී ද්රව්ය සහ සන්නායක රාමුවකින් සමන්විත වේ. ඒවා අතර, ක්රියාකාරී ද්රව්ය බැටරි විසර්ජනය තුළ රසායනික ප්රතික්රියා හරහා විද්යුත් ශක්තිය ජනනය කරන අතර, බැටරි කාර්ය සාධනය තීරණය කරන ප්රධාන සාධකය වේ. සක්රීය ද්රව්ය බොහෝ දුරට ඝන වන නමුත් ද්රව හෝ වායු ලෙසද පැවතිය හැක.
සක්රීය ද්රව්ය බැටරියක සමස්ත ක්රියාකාරිත්වයට තීරණාත්මක බලපෑමක් ඇති කරයි, එබැවින් සාමාන්යයෙන් පහත ක්රියාකාරී අවශ්යතා ඇත: ① ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්යයට ඉහළ විභවයක් තිබිය යුතු අතර, බැටරියට විශාල විද්යුත් චලන බලයක් ජනනය කළ හැකි බව සහතික කිරීම සඳහා සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය අඩු විභවයක් පවත්වා ගත යුතුය; ② සක්රීය ද්රව්යවලට හොඳ විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියාවක් තිබිය යුතුය, එනම් ඒවා පහසුවෙන් රෙඩොක්ස් ක්රියාවලීන්ට සහභාගී විය යුතුය; ③ ක්රියාකාරී සංරචක බර සහ පරිමාව අනුව ඉහළ නිශ්චිත ධාරිතාවක් තිබිය යුතුය; ④ ක්රියාකාරී ද්රව්යවලට විද්යුත් විච්ඡේදක ද්රාවණවල විශිෂ්ට රසායනික ස්ථායීතාවයක් තිබිය යුතු අතර, ස්වයං-විසර්ජන අනුපාතය හැකිතාක් අඩු විය යුතුය; ⑤ ක්රියාකාරී ද්රව්ය ඉහළ ඉලෙක්ට්රොනික සන්නායකතාවක් තිබිය යුතුය; ⑥ ආර්ථික විද්යාවේ සහ තිරසාර සංවර්ධනයේ දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, පරමාදර්ශී ක්රියාකාරී ද්රව්ය පෘථිවියේ බහුල සහ මිල අඩු සම්පත් විය යුතුය; ⑦ ක්රියාකාරී ද්රව්ය මිනිස් සෞඛ්යයට සහ ස්වභාවික පරිසරයට ද හානිකර විය යුතුය.
නිශ්චිත ක්රියාකාරී ද්රව්යයක් සඳහා ඉහත ප්රමිතීන් සපුරාලීම තරමක් අභියෝගාත්මක ය; එබැවින්, ක්රියාකාරී ද්රව්යයක් තෝරාගැනීමේදී පුළුල් ලෙස සලකා බැලීම අවශ්ය වේ. දැනට බහුලව භාවිතා වන කැතෝඩ ද්රව්ය වන්නේ ඊයම් ඩයොක්සයිඩ්, මැංගනීස් ඩයොක්සයිඩ් සහ නිකල් ඔක්සයිඩ් වැනි ලෝහ ඔක්සයිඩ් මෙන්ම වාතයෙන් ලැබෙන ඔක්සිජන් ය. ඇනෝඩ ද්රව්ය සඳහා, සින්ක්, ඊයම්, කැඩ්මියම්, යකඩ, ලිතියම් සහ සෝඩියම් වැනි රසායනිකව ප්රතික්රියාශීලී ලෝහ පරාසයක් වඩාත් කැමති වේ.
සන්නායක රාමුවේ කාර්යය වන්නේ ක්රියාකාරී ද්රව්ය බාහිර පරිපථයට සම්බන්ධ කිරීම සහ සමබර ධාරා ව්යාප්තියක් සහතික කිරීමයි. එය ක්රියාකාරී ද්රව්ය සඳහා ද සහාය වේ. පරමාදර්ශී සන්නායක රාමුවක් විශිෂ්ට යාන්ත්රික ශක්තියක්, ඉහළ රසායනික ස්ථායීතාවයක්, අඩු ප්රතිරෝධයක් සහ හොඳ සැකසුම් හැකියාවක් තිබිය යුතුය.
විද්යුත් විච්ඡේදක
විද්යුත් විච්ඡේදකයේ මූලික කාර්යය වන්නේ අයන පරිවහනය කිරීමේ කාර්යය භාර ගනිමින් ධන සහ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ අතර ඵලදායී අයන සන්නයනය සහතික කිරීමයි. සමහර අවස්ථාවලදී, එය විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියා වලටද සහභාගී විය හැක. බැටරියක භාවිතා කරන විද්යුත් විච්ඡේදකය සඳහා, එහි ක්රියාකාරීත්වය පහත අවශ්යතා සපුරාලිය යුතුය: ① ගබඩා කිරීමේදී ඉලෙක්ට්රෝලය සහ ක්රියාකාරී ද්රව්ය අතර අතුරු මුහුණතේ සැලකිය යුතු විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියා වැලැක්වීම සඳහා හොඳ රසායනික ස්ථායීතාවයක් තිබිය යුතු අතර එමඟින් බැටරි ස්වයංක්රීයව විසර්ජනය වීම අඩු කරයි; ② එය ඉහළ විද්යුත් සන්නායකතාවක් තිබිය යුතුය. විවිධ වර්ගයේ බැටරි අතර ඉලෙක්ට්රෝලය සංයුතිය වෙනස් වන අතර, සාමාන්යයෙන්, විශිෂ්ට සන්නායකතාවක් සහිත අම්ල, ක්ෂාර හෝ ලවණවල ජලීය ද්රාවණ ඉලෙක්ට්රෝලය ලෙස තෝරා ගැනේ. කෙසේ වෙතත්, සමහර නව බලශක්ති තාක්ෂණයන් කාබනික ද්රාවක විද්යුත් විච්ඡේදක, උණු කළ ලුණු විද්යුත් විච්ඡේදක හෝ ඝන විද්යුත් විච්ඡේදක වැනි නව ද්රව්ය භාවිතා කළ හැක.
ඒකලනය
බැටරියක ධන සහ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ අතර පටලයක් හෝ කොටසක් ලෙස හඳුන්වන බෙදුම්කරු තබා ඇත. එහි ප්රධාන කාර්යය වන්නේ කෙටි පරිපථයකට තුඩු දිය හැකි ඉලෙක්ට්රෝඩ අතර සෘජු ස්පර්ශය වැළැක්වීමයි. බෙදුම්කරුවන් සඳහා මූලික කාර්ය සාධන අවශ්යතා ඇතුළත් වේ: ① අභ්යන්තර කෙටි පරිපථ වැළැක්වීම සඳහා හොඳ ඉලෙක්ට්රොනික පරිවාරකයක් වීම; ② ඉලෙක්ට්රෝලය තුළ අයන සංක්රමණයට අඩු ප්රතිරෝධයක් තිබීම, එමගින් සම්පූර්ණ උපාංගයේ අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය අඩු කිරීම සහ ඉහළ-වත්මන් විසර්ජන තත්ත්ව යටතේ බලශක්ති අලාභය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කිරීම; ③ හොඳ රසායනික ස්ථායීතාවයක් තිබීම, ඉලෙක්ට්රෝලය විඛාදනයට ඔරොත්තු දීම සහ ඉලෙක්ට්රෝඩ ක්රියාකාරී ද්රව්යවල රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා වලට ඔරොත්තු දීම; ④ ඩෙන්ඩ්රයිට් වර්ධනය ඵලදායි ලෙස අවහිර කිරීමට ප්රමාණවත් යාන්ත්රික ශක්තියක් සහ නැමීමේ ප්රතිරෝධයක් තිබීම සහ කුඩා ක්රියාකාරී අංශු පටලයට විනිවිද යාම වැලැක්වීම;⑤ආර්ථික සාධක සලකා බැලීමේදී එය පහසුවෙන් ලබාගත හැකි අතර මිල අඩු විය යුතුය.
සාමාන්ය බෙදුම් ද්රව්ය අතරට කපු කඩදාසි, පල්ප් කඩදාසි, ක්ෂුද්ර සිදුරු සහිත ප්ලාස්ටික්, ක්ෂුද්ර සිදුරු සහිත රබර්, හයිඩ්රේටඩ් සෙලියුලෝස්, නයිලෝන් රෙදි සහ වීදුරු කෙඳි ආදිය ඇතුළත් වේ.
බැටරි ආවරණයක්
බැටරි කන්ටේනරය ලෙසද හැඳින්වෙන බැටරි ආවරණය, දැනට පවතින බලශක්ති ගබඩා බැටරිවල ඇති එකම බැටරි වර්ගය වන අතර එහිදී සින්ක් ඉලෙක්ට්රෝඩය ආවරණයක් ලෙසද ක්රියා කරයි. ඊට ප්රතිවිරුද්ධව, අනෙකුත් බැටරි වර්ග සක්රීය ද්රව්යයට වඩා බාහිර ආවරණ සඳහා විශේෂිත ද්රව්ය භාවිතා කිරීමට නැඹුරු වේ. පරමාදර්ශී බැටරි ආවරණයක් විශිෂ්ට යාන්ත්රික ගුණ තිබිය යුතුය, කම්පනය සහ කම්පනයට ඔරොත්තු දිය යුතුය, ආන්තික උෂ්ණත්ව තත්ත්ව යටතේ ස්ථායීව පැවතිය යුතුය, සහ විද්යුත් විච්ඡේදකයෙන් විඛාදනයට ප්රතිරෝධී විය යුතුය. ප්රායෝගිකව, ඒවායේ ඇති වාසි නිසා ලෝහ, ප්ලාස්ටික් සහ දෘඩ රබර් වැනි ද්රව්ය බැටරි ආවරණ ලෙස බහුලව භාවිතා වේ.