Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap

Tabrani
Isnin, 7 Oktober 2019

TaraHap - Sel kering ialah sejenis sel elektrokimia dengan elektrolit kelembapan rendah lekit.

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Sel Kering Menengah

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
1. brass cap, 2. plastic seal, 3. expansion space,
4. porous cardboard, 5. zinc can, 6. carbon rod,
7. chemical mixture.

Ia merupakan sumber tenaga elektrik yang biasa digunakan dalam alat elektrik mudah alih seperti lampu suluh, radio, jam tangan, kalkulator dan kamera.

Sel kering mengandungi logam seng adalah sebagai anod sedangkan katoda digunakan sebagai elektrod inert, yaitu grafit, katoda terdiri atas campuran dari MnO2 dan NH4Cl.

Sel kering adalah jenis bateri, yang biasanya digunakan untuk peranti elektrik mudah alih. Ia dibangun pada 1886 oleh saintis Jerman Carl Gassner, selepas pembangunan bateri zink-karbon basah oleh Georges Leclanché pada tahun 1866.

Sel kering menggunakan elektrolit tampal, dengan hanya kelembapan yang cukup untuk membolehkan arus mengalir.

Tidak seperti sel basah, sel kering boleh beroperasi dalam mana-mana orientasi tanpa tumpahan, kerana ia tidak mengandungi cecair bebas, menjadikannya sesuai untuk peralatan mudah alih.

Sebagai perbandingan, sel-sel basah yang pertama biasanya mengandungi bekas kaca rapuh dengan batang plumbum yang tergantung dari bahagian atas terbuka dan memerlukan pengendalian yang berhati-hati untuk mengelakkan tumpahan.

Bateri asid plumbum tidak mencapai keselamatan dan mudah alih sel kering sehingga perkembangan bateri gel.

Sel basah terus digunakan untuk aplikasi longkang, seperti memulakan enjin pembakaran dalaman, kerana menghalang aliran elektrolit cenderung untuk mengurangkan keupayaan semasa.

Sel kering biasa adalah sel-zink-karbon, kadang-kadang dipanggil sel Leclanché kering, dengan voltan nominal 1.5 volt, sama dengan sel alkali (kerana kedua-duanya menggunakan kombinasi zink-mangan dioksida yang sama).

Sel kering biasa terdiri daripada anod zink, biasanya dalam bentuk periuk silinder, dengan katod karbon dalam bentuk rod sentral. Elektrolit adalah amonium klorida dalam bentuk pes di sebelah anod zink.

Ruang yang tinggal di antara elektrolit dan katod karbon diambil oleh pes kedua yang terdiri daripada ammonium klorida dan mangan dioksida, yang bertindak sebagai depolaris. Dalam sesetengah reka bentuk, amonium klorida digantikan oleh zink klorida.


Sejarah Sel Kering


Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Iklan Ray-O-Vac USA 1949

Ramai penguji cuba untuk melancarkan elektrolit sel elektrokimia untuk menjadikannya lebih mudah digunakan.

Tumpukan Zamboni tahun 1812 adalah bateri kering voltan tinggi tetapi mampu menyampaikan arus beberapa minit sahaja.

Pelbagai percubaan dibuat dengan selulosa, habuk papan, serat asbestos, dan gelatin.

Pada tahun 1886, Carl Gassner memperoleh paten Jerman (No. 37,758) pada varian sel Leclanché (basah), yang dikenali sebagai sel kering kerana ia tidak mempunyai elektrolit cair bebas.

Pada bulan November 1887, beliau memperoleh US Patent 373,064 untuk peranti yang sama.

Bateri kering dicipta di Jepun semasa Era Meiji pada tahun 1887. Penciptanya adalah Sakizou Yai.

Walau bagaimanapun, pemegang paten pertama bateri di Jepun bukan Yai, tetapi Ichisaburo Takahashi. Wilhelm Hellesen juga mencipta bateri kering dan memperoleh US Patent 439,151 pada tahun 1890.

Tidak seperti sel basah sebelumnya, sel kering ciptaan Gassner lebih padat, tidak memerlukan penyelenggaraan, tidak tumpah, dan boleh digunakan dalam sebarang orientasi.

Ia memberi potensi sebanyak 1.5 volt. Model pertama dihasilkan secara massal adalah sel kering Columbia, yang pertama dipasarkan oleh National Carbon Company (NCC) pada tahun 1896.

NCC memperbaiki model Gassner dengan menggantikan plaster Paris dengan kadbod bergelombang, inovasi yang meninggalkan lebih banyak ruang untuk katod dan menjadikan bateri mudah dipasang.

Ia adalah bateri pertama yang sesuai untuk orang ramai dan membuat peranti elektrik mudah alih praktikal.

Sel seng-karbon (seperti yang diketahui) masih dihasilkan hingga hari ini.


Jenis Sel Kering dan Kegunaannya


Sel Kering Utama

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Pelbagai saiz standard sel utama

Sel kering utama (primer) ialah bateri (sel galvanik) yang direka untuk digunakan sekali dan dibuang, dan tidak diisi semula dengan elektrik dan digunakan semula seperti sel menengah (bateri boleh dicas semula).

Secara umumnya, tindak balas elektrokimia yang berlaku di dalam sel tidak boleh diterbalikkan, menjadikan sel tidak boleh dicas semula.

Sebagai penggunaan sel utama, tindak balas kimia dalam bateri menggunakan bahan kimia yang menghasilkan kuasa; apabila mereka hilang, bateri berhenti mengeluarkan elektrik dan tidak berguna.

Sebaliknya, dalam sel menengah (sekunder), tindak balas boleh diterbalikkan dengan menjalankan arus ke dalam sel dengan pengecas bateri untuk mengecas semula, menanam semula reaktan kimia.

Sel utama dibuat dalam pelbagai saiz standard untuk menggerakkan peralatan rumah kecil seperti lampu suluh dan radio mudah alih.

Bateri utama membentuk kira-kira 90% daripada pasaran bateri $ 50 bilion, tetapi bateri menengah telah mendapat bahagian pasaran.

Kira-kira 15 bilion bateri utama dibuang di seluruh dunia setiap tahun, hampir semuanya berakhir di tapak pelupusan sampah. Oleh kerana logam berat beracun dan asid kuat yang mengandungi, bateri adalah sisa berbahaya.

Kebanyakan majlis perbandaran mengklasifikasikannya dengan begitu dan memerlukan pelupusan berasingan. Tenaga yang diperlukan untuk mengeluarkan bateri adalah kira-kira 50 kali lebih besar daripada tenaga yang ia ada.

Oleh kerana kandungan pencemar yang tinggi berbanding dengan kandungan tenaga kecil mereka, bateri utama dianggap sebagai teknologi yang membazir dan tidak ramah kepada alam sekitar.

Disebabkan terutamanya oleh peningkatan jualan peranti tanpa wayar dan alat tanpa wayar yang tidak dapat dikuasakan oleh bateri utama dan dilengkapi dengan bateri yang boleh dicas semula, industri bateri menengah mempunyai pertumbuhan yang tinggi dan perlahan-lahan telah menggantikan bateri utama dalam produk mewah.


1. Sel Zink-carbon

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Bateri zink-carbon dengan pelbagai saiz

Bateri zink-carbon adalah bateri utama sel kering yang menyampaikan kira-kira 1.5 volt arus terus dari tindak balas elektrokimia antara zink dan mangan dioksida.

Bar karbon mengumpul arus dari elektrod mangan dioksida, memberi nama kepada sel. Sel kering biasanya dibuat dari seng yang berfungsi sebagai anoda dengan polariti elektrik negatif, manakala batang karbon lengai adalah katod tiang elektrik positif.

Bateri zink-carbon adalah bateri kering komersil pertama yang dibangunkan dari teknologi sel Leclanché basah.

Mereka berguna untuk lampu suluh dan peranti mudah alih lain, kerana bateri boleh berfungsi dalam mana-mana orientasi.

Mereka masih berguna dalam longkang rendah atau peranti penggunaan sekejap seperti kawalan jauh, lampu suluh, jam atau radio transistor. Sel kering zink-carbon adalah sel-sel utama yang digunakan.


2. Sel Alkali

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Dari kiri ke kanan: C, AA, AAA, N,
dan bateri alkali 9V

Bateri alkali (kod IEC: L) adalah jenis bateri utama yang menghasilkan tenaga daripada reaksi antara zink metal dan mangan dioksida.

Berbanding dengan bateri zink-carbon jenis Leclanché atau jenis zink klorida, bateri alkali mempunyai kepadatan tenaga yang lebih tinggi dan jangka hayat yang lebih lama, dengan voltan yang sama.

Bateri alkali mendapat namanya kerana ia mempunyai elektrolit alkali kalium hidroksida, bukannya ammonium klorida berasid atau zink klorida elektrolit bateri zink-karbon.

Sistem bateri lain juga menggunakan elektrolit alkali, tetapi mereka menggunakan bahan aktif yang berbeza untuk elektrodnya.

Bateri alkali menyumbang 80% bateri yang dihasilkan di Amerika Syarikat dan lebih daripada 10 bilion unit individu yang dihasilkan di seluruh dunia.

Di Jepun bateri alkali menyumbang 46% daripada semua jualan bateri utama. Di Switzerland bateri alkali adalah 68%, di UK 60% dan di EU 47% daripada semua jualan bateri termasuk jenis menengah.

Bateri alkali mengandungi zink dan mangan dioksida (Kod kesihatan 1), yang boleh menjadi toksik dalam kepekatan yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, berbanding dengan jenis bateri lain, ketoksikan bateri alkali adalah sederhana.

Bateri alkali digunakan dalam banyak barangan isi rumah seperti pemain MP3, pemain CD, kamera digital, pager, mainan, lampu, dan radio.


3. Sel Litium

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Litium 9 volt, AA, dan saiz AAA

Bateri litium adalah bateri utama yang mempunyai litium metalik sebagai anod. Bateri jenis ini juga dirujuk sebagai bateri lithium-logam.

Mereka berdiri berasingan daripada bateri lain dalam ketumpatan cas tinggi mereka (sepanjang hayat) dan kos tinggi per unit.

Bergantung kepada reka bentuk dan sebatian kimia yang digunakan, sel litium boleh menghasilkan voltan daripada 1.5 Volt.

Bateri litium utama boleh dibezakan daripada litium sekunder atau litium-polimer, yang boleh dicas semula bateri.

Litium amat berguna, kerana ion-ionnya boleh diatur untuk bergerak di antara anoda dan katod, menggunakan sebatian litium bersaliran sebagai bahan katod tetapi tanpa menggunakan logam litium sebagai bahan anod.

Bateri litium digunakan secara meluas dalam peranti elektronik pengguna mudah alih, dan dalam kenderaan elektrik yang terdiri daripada kenderaan bersaiz penuh ke mainan radio yang dikawal.

Istilah "bateri litium" merujuk kepada keluarga kimia berlapis litium yang berbeza, yang terdiri daripada pelbagai jenis katod dan elektrolit tetapi semua dengan litium logam sebagai anod.

Bateri ini memerlukan dari 0.15 hingga 0.3 kg litium per kWh. Jenis sel litium yang paling biasa digunakan dalam aplikasi pengguna menggunakan litium metalik sebagai anod dan mangan dioksida sebagai katod.


4. Sel Merkuri

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Bateri merkuri "РЦ-53М" (RTs-53M), Rusia
dihasilkan pada tahun 1989

Bateri merkuri (juga dikenali sebagai bateri oksida merkuri, bateri merkuri, sel butang, atau Ruben-Mallory) adalah bateri elektrokimia yang tidak boleh dicas semula, sel utama.

Voltan semasa pelepasan tetap berterusan pada 1.35 volt, dan keupayaannya lebih tinggi daripada bateri karbon zink bersaiz serupa.

Bateri merkuri digunakan dalam bentuk sel butang untuk jam tangan, alat bantu pendengaran, kamera dan kalkulator, dan dalam bentuk yang lebih besar untuk aplikasi lain.

Untuk satu masa semasa dan selepas Perang Dunia II, bateri yang dibuat dengan merkuri menjadi sumber kuasa yang popular untuk peranti elektronik mudah alih.

Disebabkan kandungan merkuri toksik dan kebimbangan alam sekitar mengenai pelupusannya, penjualan bateri merkuri kini dilarang di banyak negara. Kedua-dua ANSI dan IEC telah mengeluarkan standard mereka untuk bateri merkuri.


5. Sel Perak-oksida

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Sel-sel oksida perak

Bateri perak-oksida (kod IEC: S) adalah sel utama dengan nisbah tenaga ke berat yang sangat tinggi.

Mereka boleh didapati dalam saiz kecil sebagai sel butang, di mana jumlah perak yang digunakan adalah minimum dan bukan penyumbang penting kepada kos produk.

Bateri utama perak oksida menyumbang lebih daripada 20% daripada semua jualan bateri utama di Jepun (67,000 daripada 232,000 pada September 2012).


Sel Kering Menengah

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Bank bateri sel kering menengah

Bateri boleh dicas semula, bateri simpanan, sel sekunder atau penumpuk adalah sejenis bateri elektrik yang boleh dicas, dibuang ke dalam beban, dan dicas semula berkali-kali, berbanding bateri boleh guna atau utama yang dibekalkan sepenuhnya dan dibuang selepas gunakan.

Ia terdiri daripada satu atau lebih sel elektrokimia. Istilah "penumpuk" digunakan kerana ia berkumpul dan menyimpan tenaga melalui reaksi elektrokimia yang boleh diubah.

Bateri boleh dicas semula dihasilkan dalam pelbagai bentuk dan saiz yang berbeza, dari sel-sel butang ke sistem megawatt yang disambungkan untuk menstabilkan rangkaian pengedaran elektrik.

Beberapa kombinasi elektrod bahan dan elektrolit digunakan, termasuk asid plumbum, nikel-kadmium (NiCd), hidrida nikel logam (NiMH), lithium-ion (Li-ion), dan polimer lithium-ion (Li-ion polimer ).

Bateri boleh dicas semula biasanya pada awalnya lebih mahal daripada bateri pakai buang, tetapi mempunyai kos pemilikan dan kesan alam sekitar yang jauh lebih rendah, kerana mereka boleh dicas semula sebelum mereka perlu diganti.

Beberapa jenis bateri yang boleh dicas semula boleh didapati dalam saiz dan voltan yang sama seperti jenis pakai buang, dan boleh digunakan secara bergantian dengannya.


1. Sel Nikel-kadmium

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Dari atas ke bawah: bateri "Gumstick", AA,
dan AAA Ni-Cd

Bateri nikel-kadmium (bateri NiCd atau bateri NiCad) adalah jenis bateri yang boleh dicas semula menggunakan nikel oksida hidroksida dan kadmium logam sebagai elektrod.

Singkatan NiCd berasal dari simbol kimia nikel (Ni) dan kadmium (Cd): singkatan NiCad adalah tanda dagangan berdaftar SAFT Corporation walaupun nama jenama ini biasanya digunakan untuk menggambarkan semua bateri Ni-Cd.

Bateri nikel-kadmium sel basah dicipta pada tahun 1899. Antara teknologi bateri yang boleh dicas semula, NiCd dengan cepat kehilangan bahagian pasaran dalam tahun 1990-an, untuk bateri NiMH dan Li-ion; bahagian pasaran menurun sebanyak 80%.

Bateri NiCd mempunyai voltan terminal semasa pelepasan sekitar 1.2 volt yang berkurangan sedikit sehingga hampir berakhirnya pelepasan.

Bateri NiCd dibuat dalam pelbagai saiz dan kapasiti, dari jenis mudah alih yang dimeteraikan dengan sel kering zink-carbon, ke sel-sel pengudaraan yang besar yang digunakan untuk kuasa siap sedia dan kuasa motif.

Berbanding dengan sel jenis lain yang boleh dicas semula, mereka menawarkan kehidupan kitaran yang baik dan prestasi pada suhu rendah dengan keupayaan yang adil tetapi kelebihan penting mereka adalah keupayaan untuk menyampaikan kapasiti nilai sepenuhnya pada kadar pelepasan yang tinggi (yang dilepaskan dalam satu jam atau kurang).

Walau bagaimanapun, bahan-bahan lebih mahal daripada bateri asid plumbum, dan sel-sel mempunyai kadar pelepasan diri yang tinggi.

Sel-sel NiCd yang dimeteraikan pada satu masa digunakan secara meluas dalam alat kuasa mudah alih, peralatan fotografi, lampu suluh, pencahayaan kecemasan, R / C hobi, dan alat elektronik mudah alih.

Kapasiti unggul bateri hidrida nikel-logam, dan kos yang lebih rendah pada masa ini, telah banyak menggantikan penggunaannya.

Tambahan pula, kesan alam sekitar dari pelupusan kadmium logam toksik telah banyak menyumbang kepada pengurangan penggunaannya.

Di dalam Kesatuan Eropah, bateri NiCd kini hanya boleh dibekalkan untuk tujuan gantian atau untuk jenis peralatan baru seperti peralatan perubatan.

Bateri NiCd sel basah yang berventilasi yang lebih besar digunakan dalam pencahayaan kecemasan, kuasa siap sedia, dan bekalan kuasa yang tidak terganggu dan aplikasi lain.


2. Sel Litium-ion

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Bateri Li-ion dari telefon bimbit Nokia 3310.

Bateri litium-ion atau bateri Li-ion adalah jenis bateri yang boleh dicas semula.

Bateri litium-ion biasanya digunakan untuk kenderaan elektronik dan elektrik mudah alih dan semakin popular dalam aplikasi tentera dan aeroangkasa.

Kemajuan penting dalam bidang ini dibuat oleh John Goodenough, Robert Huggins, Stanley Whittingham, Rachid Yazami dan Akira Yoshino bermula pada tahun 1970-an dan dibina pada 1980-an, yang membawa kepada pengkomersialan oleh Sony dan Asahi Kasei pada tahun 1991.

Dalam bateri Li-ion bergerak dari elektrod negatif melalui elektrolit ke elektrod positif semasa pelepasan, dan kembali semasa mengecas.

Bateri Li-ion menggunakan sebatian litium bersalut sebagai bahan pada elektrod positif dan biasanya grafit pada elektrod negatif.

Bateri Li-ion bagaimanapun boleh menjadi bahaya keselamatan kerana ia mengandungi elektrolit mudah terbakar, dan jika kerosakan atau kerosakan yang teruk boleh menyebabkan letupan dan kebakaran.

Bateri Li-ion digunakan secara meluas untuk peralatan elektrik, peralatan perubatan, dan peranan lain. NMC khususnya adalah pesaing utama bagi aplikasi automotif.


3. Sel Hidrida Logam Nikel

Sel Kering - Sejarah, Jenis dan Kegunaannya Lengkap
Sel NiMH boleh dicas semula

Bateri hidrida logam nikel, disingkat NiMH atau Ni-MH, adalah jenis bateri yang boleh dicas semula.

Reaksi kimia pada elektrod positif adalah serupa dengan sel nikel-kadmium (NiCd), dengan menggunakan nikel oksida hidroksida (NiOOH).

Walau bagaimanapun, elektrod negatif menggunakan aloi menyerap hidrogen dan bukan kadmium. Bateri NiMH boleh mempunyai dua hingga tiga kali kapasiti NiCd dengan saiz bersamaan, dan ketumpatan tenaganya boleh mendekati bateri Li-ion.



Referensi