Батареи специального назначения

Стандартная ячейка Mercury

Еще на заре технологий электрических измерений был разработан особый тип батареи, известный как стандартный ртутный элемент . широко использовался в качестве эталона калибровки напряжения. Выходное напряжение ртутного элемента составляло от 1,0183 до 1,0194 вольт постоянного тока (в зависимости от конкретной конструкции элемента) и было чрезвычайно стабильным во времени. Объявленный дрейф составлял около 0,004% номинального напряжения в год. Стандартные ячейки Mercury иногда назывались ячейками Вестона . или кадмиевые элементы .

К сожалению, ртутные элементы были довольно нетерпимы к потреблению тока и даже не могли быть измерены аналоговым вольтметром без ущерба для точности. Производители обычно требовали, чтобы ток через элемент не превышал 0,1 мА, и даже это значение считалось мгновенным . , или всплеск максимум! Следовательно, стандартные элементы могут быть измерены только с помощью потенциометрического (нулевого баланса) устройства, где потребление тока почти равно нулю. Короткое замыкание ртутного элемента было запрещено, и после короткого замыкания на элемент уже нельзя было полагаться как на стандартное устройство.

Типы стандартных элементов Mercury

Стандартные элементы с ртутью также были подвержены незначительным изменениям напряжения при физических или термических нарушениях. Для разных целей калибровки были разработаны два разных типа стандартных ртутных ячеек: насыщенный и ненасыщенные . Насыщенные стандартные элементы обеспечивали максимальную стабильность напряжения во времени за счет термической нестабильности. Другими словами, их напряжение очень мало менялось с течением времени (всего несколько микровольт за десятилетие!), Но имело тенденцию меняться с изменениями температуры (десятки микровольт на градус Цельсия). Эти клетки лучше всего функционировали в лабораторных условиях с контролируемой температурой, где долговременная стабильность имеет первостепенное значение. Ненасыщенные элементы обеспечивали термическую стабильность за счет стабильности во времени, напряжение оставалось практически постоянным при изменении температуры, но неуклонно снижалось примерно на 100 мкВ каждый год. Эти ячейки лучше всего работали как «полевые» калибровочные устройства, где температура окружающей среды не контролируется точно. Номинальное напряжение для насыщенного элемента составляло 1,0186 В и 1,019 В для ненасыщенного элемента.

Современные эталоны полупроводникового напряжения (стабилитроны) заменили стандартные аккумуляторные батареи в качестве лабораторных и полевых эталонов напряжения.

Топливный элемент

Интересным устройством, тесно связанным с батареями первичных элементов, является топливный элемент . , так называемый, потому что он использует химическую реакцию горения для генерации электрического тока. Процесс химического окисления (ионная связь кислорода с другими элементами) может вызывать прохождение тока между двумя электродами, а также любое сочетание металлов и электролитов. Топливный элемент можно рассматривать как батарею с внешним источником химической энергии.

На сегодняшний день наиболее успешными построенными топливными элементами являются те, которые работают на водороде и кислороде, хотя было проведено много исследований по элементам, использующим углеводородное топливо. При «сжигании» водорода единственными побочными продуктами топливного элемента являются вода и небольшое количество тепла. При работе на углеродсодержащем топливе в качестве побочного продукта выделяется также углекислый газ. Поскольку рабочая температура современных топливных элементов намного ниже температуры нормального сгорания, оксиды азота (NOx) не образуются, что делает их гораздо менее загрязняющими при прочих равных условиях.

Эффективность преобразования энергии в топливном элементе из химической в ​​электрическую намного превышает теоретический предел КПД двигателя внутреннего сгорания по Карно, что является захватывающей перспективой для производства электроэнергии и гибридных электромобилей.

Солнечная батарея

Другой тип «батареи» - это солнечная батарея . , побочный продукт полупроводниковой революции в электронике. фотоэлектрический эффект Технология, при которой электроны удаляются из атомов под действием света, была известна в физике на протяжении многих десятилетий, но только с недавними достижениями в полупроводниковой технологии появилось устройство, способное использовать этот эффект в какой-либо практической степени. Эффективность преобразования кремниевых солнечных элементов все еще довольно низка, но их преимуществ в качестве источников энергии велико:нет движущихся частей, нет шума, нет отходов или загрязнения (за исключением производства солнечных элементов, которое все еще является довольно «грязной» отраслью. ), и бессрочная жизнь.

Удельная стоимость технологии солнечных элементов (в долларах за киловатт) все еще очень высока, и перспективы ее значительного снижения невелики, если не произойдет какой-то революционный прогресс в технологии. В отличие от электронных компонентов, изготовленных из полупроводникового материала, которые можно делать все меньше и меньше с меньшим количеством отходов в результате лучшего контроля качества, для производства одного солнечного элемента по-прежнему требуется такое же количество сверхчистого кремния, как и тридцать лет назад. Превосходный контроль качества не дает такого же прироста производства, как при производстве микросхем и транзисторов (где отдельные частички примесей могут испортить множество микроскопических схем на одной кремниевой пластине). Такое же количество примесей мало влияет на общую эффективность 3-дюймового солнечного элемента.

Ячейка для обнаружения химикатов

Еще один тип специальной «батареи» - это химическая ячейка обнаружения . . Проще говоря, эти клетки химически реагируют с определенными веществами в воздухе, создавая напряжение, прямо пропорциональное концентрации этого вещества. Обычно химическая ячейка обнаружения используется для обнаружения и измерения концентрации кислорода. Многие портативные анализаторы кислорода были разработаны на основе этих маленьких ячеек. Химический состав клеток должен быть спроектирован таким образом, чтобы соответствовать конкретным веществам, подлежащим обнаружению, и клетки имеют тенденцию «изнашиваться», поскольку материалы их электродов истощаются или загрязняются при использовании.

ОБЗОР:

• Стандартные ячейки Mercury представляют собой батареи особого типа, которые когда-то использовались в качестве эталонов для калибровки напряжения до появления прецизионных полупроводниковых эталонных устройств.
• топливный элемент представляет собой батарею, в которой в качестве реагентов для выработки электроэнергии используется горючее топливо и окислитель. Они являются многообещающими источниками электроэнергии в будущем, «сжигая» топливо с очень низким уровнем выбросов.
• солнечная батарея использует энергию окружающего света, чтобы направлять носители заряда от одного электрода к другому, создавая напряжение (и ток, если есть внешняя цепь).
• химическая ячейка для обнаружения представляет собой специальный тип гальванического элемента, который вырабатывает напряжение, пропорциональное концентрации применяемого вещества (обычно определенного газа в окружающем воздухе).

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица аккумуляторов