1

Temat:

ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

(chemiczne źródła energii elektrycznej, źródła

energii prądu przemiennego)

2

Źródła energii elektrycznej:

1. Prądu przemiennego

• prądnice synchroniczne

2. Prądu stałego

• prądnice prądu stałego

• chemiczne źródła prądu (ogniwa pierwotne i wtórne)

• ogniwa paliwowe

• ogniwo fotowoltaiczne (fotoogniwa)

ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

3

PARAMETRY SIECI PRADU PRZEMIENNEGO

PARAMETRY SIECI PRADU PRZEMIENNEGO

Sieć zasilająca przemysłowa oznaczona 3N ~ 50Hz 230/400V jest:
− trójfazowa symetryczna z przewodem neutralnym
− o napięciu fazowym U

f

= 230V,

− napięciu przewodowym U

p

= 400V,

−

oraz częstotliwości f=50 Hz.

Przebiegi napięć chwilowych w sieci trójfazowej

U

f

=U

w

=U

v

=U

u

= 230V

U

p

=U

u

-U

w

= U

v

-U

u

= U

w

-U

v

=400V

u

w

u

v

u

u

0

T

12

5T

12

11T

12

7T

12 8T

12 3T

4

T

6

5T

6

T

4 T

3

T

2

T

u

t

Uu

Uv

Uw

u

v

w

120 o

12

0 o

120

o

U u

-U w

U

w -U

v

U

v-U

u

u

v

w

4

Ogniwa pierwotne

Ogniwa wtórne

(akumulatory

Ogniwo paliwowe

PODSTAWOWE SPOSOBY GROMADZENIA ENERGII

PODSTAWOWE SPOSOBY GROMADZENIA ENERGII

5

PARAMETRY OGNIW GALWANICZNYCH

PARAMETRY OGNIW GALWANICZNYCH

Parametry elektryczne

1.

Duża gęstość energii [Wh/l] i gęstość mocy [W/l]

2.

Niewielki ciężar

3.

Duży prąd wyładowania

4.

Niewielka oporność wewnętrzna

5.

Stabilność napięcia w czasie wyładowania

Parametry czasowe

6.

Długi czas życia

7.

Duża liczba cykli ładowanie/wyładowania

8.

Łatwe ładowanie

9.

Krótki czas ładowania

Parametry inne

10.

Mała zależność parametrów od temperatury

11.

Nie zanieczyszczanie środowiska

C

C

e

e

c

c

h

h

y

y

d

d

o

o

b

b

r

r

e

e

g

g

o

o

c

c

h

h

e

e

m

m

i

i

c

c

z

z

n

n

e

e

g

g

o

o

ź

ź

r

r

ó

ó

d

d

ł

ł

a

a

e

e

n

n

e

e

r

r

g

g

i

i

i

i

:

:

6

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

Schemat elektrochemiczny ogniwa

Elektroda dodatnia

Elektrolit

elektroda ujemna

Dysocjacja elektrolityczna

- proces samorzutnej jonizacji (rozpadu na jony)

wodnych roztworów kwasów, zasad i soli.

Elektrolit

- zdysocjowany roztwór dodatnio naładowanych cząstek

zwanych

kationami

i ujemnie

naładowanych zwanych

anionami.

Ogniwo galwaniczne

- to dwie elektrody z różnych metali o różnych

potencjałach normalnych (względem elektrody wodorowej)zanurzone w
elektrolicie

W wyniku reakcji chemicznej na elektrodzie dodatniej następuje redukcja
materiału elektrodo-wego, na elektrodzie ujemnej utlenianie oraz
wydzielanie wodoru (polaryzacja ogniwa).

Elektroliza

- Procesy towarzyszące zjawisku powstawania prądu w elektrolicie.

7

Napięcie źródłowe ogniwa

oblicza się z potencjałów elektrod
wyrażonych w postaci potencjałów
normalnych w stanie równowagi,
czyli dla nie obciążonego prądem
ogniwa z następującej zależności

0

2

E

0

1

E

E

−

=

gdzie: E [V] - napięcie źródłowe
ogniwa,

0

1

E

[V] - potencjał normalny

pierwszej elektrody,

0

2

E

[V] - potencjał normalny

drugiej elektrody

.

Potencjały normalne elektrod mierzone
względem normalnej elektrody wodorowej

Elektroda

Potencjał

normalny E

0

[V]

Lit

− 3,01

Cynk

− 0,76

Żelazo

− 0,44

Kadm

− 0,40

Ołów

− 0,23

Nikiel

− 0,126

Wodór

0,00

Miedź

+ 0,34

Srebro

+ 0,80

Dwutlenek ołowiu

+ 1,69

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

8

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

Napięcie źródłowe E (SEM) [V]

- różnica potencjałów elektrody dodatniej i ujemnej baterii

mierzona w stanie jałowym (bez obciążenia)

Napięcie U [V]

- różnica potencjałów między elektrodami mierzona przy zamkniętym

obwodzie zewnętrznym (przy obciążeniu)

Napięcie końcowe wyładowania

[V]

-wartość napięcia (pod obciążeniem), po osiągnięciu

której wyładowanie uważa się za zakończone.

Rezystancja wewnętrzna R

w

[

Ω]

- jest to suma rezystancji elektrod, styku elektrod z

elektrolitem, elektrolitu i separatorów.

Ogniwo galwaniczne pierwotne (bateria)

– nieodwracalny przetwornik energii

chemicznej w energię elektryczną. Przy

rozładowaniu ogniwa następuje zużycie

materiałów z których wykonane jest

ogniwo.

Ogniwo galwaniczne wtórne (akumulator)

–

odwracalny przetwornik energii chemicznej w

energię elektryczną. Po wyczerpaniu energii

ogniwa (rozładowaniu) można ponownie

„napełnić” ogniwo (naładować) przez

przepuszczenie prądu w przeciwnym

kierunku.

Bateria

– kilka ogniw połączonych

szeregowo lub równolegle

2

1

2

1

w

I

I

U

U

R

−

−

=

Gdzie: U

1

napięcie przy prądzie obciążenia I

1

U

2

napięcie przy prądzie obciążenia I

2

9

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

Schemat zastępczy ogniwa

wyładowanie

U= E

1

− I

wył

R

w1

ładowanie

U= E

1

+ I

ład

R

w1

Pojemność znamionowa elektryczna Q

el zn

; (C) [Ah]

- ilość elektryczności którą źródło oddaje

w czasie wyładowania w warunkach znamionowych określonych przez producenta ( prąd
wyładowania, temperatura otoczenia, napięcie końcowe wyładowania). Pojemność
najczęściej określana jest dla wyładowania prądem 5-cio, 10-cio lub 20-to godzinnym w
temperaturze pokojowej.

∫

=

wył

T

0

wył

el

dt

i

Q

T

wył

–czas wyładowania,

i

wył

– prąd wyładowania

jeżeli i

wył

= I

wył

= const to

wył

wył

el

T

I

Q

⋅

=

Iwył

Iład

R

Rw1

E2

E1

U

Rw2

og

ni

w

o

10

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

CHEMICZNYCH ŹRÓDEŁ PRĄDU

Sprawność elektryczna

η

el

– jest to stosunek ilości elektryczności otrzymanej z ogniwa w

czasie rozładowania do ilości elektryczności dostarczonej w czasie ładowania

ład

el

wył

el

el

Q

Q

=

η

Q

el wył

– ładunek otrzymany w czasie rozładowania

Q

el ład

– ładunek dostarczony w czasie ładowania

Samowyładowanie

ρ [%]

– określa procentowy ubytek pojemności ogniwa w ciągu

pewnego okresu czasu

%

100

Q

q

q

zn

el

T

0

⋅

−

=

ρ

q

0

- pojemność na początku

q

T

- pojemność po czasie T

11

1. Ogniwo cynkowo-chlorkowe (Leclanche, ~1866r)
2. Ogniwo rtęciowe (Rubena-Mallory’ego, ~1940)
3. Ogniwo alkaliczne manganowe
4. Ogniwo srebrowe-cynkowe (Andre, ~1930)
5. Ogniwo cynkowo-powietrzne
6. Ogniwo litowe ~1976r

1.

Akumulator kwasowo-ołowiowy (Pb) -

Gaston Plante, 1859 r

2.

Akumulator niklowo-kadmowy (NiCd)- W. Junger, 1895 r

3.

Akumulator srebrowo-cynkowy (AgZn)

4.

Akumulator niklowo-wodorkowy (NiMH) ~1990 r

5.

Akumulator litowy (Li) - Sanyo, ~1989 r

6.

Akumulator alkaliczne manganowe MnO

2

7.

Akumulator litowo-jonowy (Li-Ion)- Sony, ~1991 r

8.

Akumulator litowo-polimerowy (Li-Polymer)- 1999 r

9.

Akumulator wanadowy

10.

Akumulator polimerowy

RODZAJE OGNIW GALWANICZNYCH

RODZAJE OGNIW GALWANICZNYCH

PIERWOTN

PIERWOTNE

WTÓRNE

WTÓRNE

12

Dwutlenek

manganu

MnO2

Uszczelka

Cynkowe

kubek

Izolująca

tuleja

Pręt

węglowy

Tekturowy

krążek

Tworzywo

bitumiczne

OGNIWO LECLANCHE

OGNIWO LECLANCHE

ZnCl

ZnCl

(cynkowo-chlorkowe)

(cynkowo-chlorkowe)

(~1866 r)

Zalety: tanie ponieważ zbudowane jest z łatwo
dostępnych materiałów
Wady: nieprzyjazne środowisku, duża zmiana
napięcia wyładowania (szczególnie w temp.
ujemnych), krótki czas pracy

El. dodatnia

– MnO

2

(brausztyn)

El. ujemna

− Zn (cynk)

Elektrolit

−NH

4

Cl (salmiak)

Napięcie

−1,5V

Reakcja chemiczna

Zn + 2NH

4

Cl

→

ZnCl

2

+ H

2

+ 2NH

3

(amoniak)

MnO

2

+ H

2

→

MnO + H

2

O

Izolacja

Pręt węglowy

Elektroda dodatnia i

depolaryzator

(ditlenek manganu)

MnO2

Elktrolit NH4CL

(chlorek amonu, salmiak)

Elektroda ujemna Zn

Obudowa (stal)

(+)

13

Dwutlenek manganu

MnO2

Obudowa(stal)

(+)

Elektrolit KOH

Biegun dodatni

Biegun ujemny

Izolacja

Katoda Zn

OGNIWO ALKALICZNE ZnMnO

OGNIWO ALKALICZNE ZnMnO

2

2

Zalety: przyjazne środowisku, nie wylewa się,
mają dłuższy czas pracy i wytrzymują
większy pobór prądu niż węglowe,
Wady: droższe od ogniwa węglowego

El. dodatnia

– MnO

2

El. ujemna

−Zn

Elektrolit

−KOH (wodo -

rotlenek potasu)

Napięcie

−1,5V

Anoda dwutlenek

manganu MnO2

Separator

Stalowy

kubek

Biegun

dodatni

Biegun

ujemny

Zawór

bezpieczeństwa

Katoda

Cynkowo-

żelowa (KOH)

Szpilka-

odprowadzenie

prądu

Plastykowa

uszczelka

14

Biegun

ujemny

Biegun

dodatni

Separator

Pierścień wzmacniający

Plastykowa

uszczelka

Katoda Zn

sproszkowany

Anoda

tlenek metalu

Warstwa absorpcyjna

z elektrolitem KOH

OGNIWO SREBROWE

OGNIWO SREBROWE

AgZn

AgZn

El. dodatnia

− AgO tlenek srebra

El. ujemna

− Zn metaliczny lub

sproszkowany

Elektrolit

−(20 ÷ 40)% roztwór KOH

Napięcie

− 1,55 V

Zn + AgO

→ ZnO + Ag

Sumaryczna reakcja chemiczna

Zalety: stałe napięcie wyładowania
Wady: drogie

15

Rodzaj ogniwa

Cynkowo-

węglowe

Rtęciowe Manganowe

alkaliczne

Srebrowo-

cynkowe

Cynkowo-

powietrzne

Elektrolit NH

4

Cl

(35 ÷ 45)%

roztwór KOH

roztwór KOH (20 ÷ 40)%

roztwór KOH

KOH

Temp. pracy [°C]

−20÷55

−30÷70

−20 ÷+60

Elektroda dodatnia

MnO

2

HgO MnO

2

AgO

O

2

Elektroda ujemna

Zn

Zn

ZnO Zn Zn

Nap. znam. [V]

1,50

1,35-1,4

1,50

1,55

1,40

końc. nap. rozł[V] 0,8

0,9

0,8

0,9

1,0

Energia właściwa

(teoret.) [Wh/kg]

40÷70

80÷120

80÷100 130÷150

180÷250

PORÓWNANIE OGNIW PIERWOTNYCH

PORÓWNANIE OGNIW PIERWOTNYCH

16

Rodzaj ogniwa

Litowe alkaliczne

Elektrolit

zasadowy organiczny bądź nieorganiczny

Temp. Pracy [°C]

−20÷65

−40÷85

−35÷60

−40÷ 85

Elektroda dodatnia

Dwutlenek

manganu (MnO

2

)

Chlorek tionylu

(SOCl

2

)

Dwutlenek

siarki (SO

2

)

Polimonofluoro

węgiel (CF)

x

Jod (I

2

)

Elektroda ujemna Li - (metaliczny lit niesiony na cienką folię niklową) lub Li/Al.- stop litu z

aluminium lub Lit interkalowany w graficie (skupiska atomów litu w graficie)

Nap. znam. [V]

2,8

3,4

2,7

2,5

~3,6

Końc. nap. rozł.[V] 1,5

Energia właściwa

(teoret.) [Wh/kg]

(265÷420)

330 260 270

PORÓWNANIE OGNIW PIERWOTNYCH

PORÓWNANIE OGNIW PIERWOTNYCH

17

20

40

60

80

100

120

140

0

0

0,5

1,0

2,0

2,5

3.0

1,5

Nap

ię

ci

e og

niw

a

[V

]

Czas pracy (przy średnim obciążeniu)[h]

cynkowo-węglowe

alkaliczne

rtęciowe

tlenkowo-srebrowe

cynkowo-powietrzne

Lit-SO2

Lit-MnO2

CHARAKTERYSTYKI WYŁADOWANIA WYBRANYCH

CHARAKTERYSTYKI WYŁADOWANIA WYBRANYCH

OGNIW PIERWOTNYCH

OGNIW PIERWOTNYCH

18

bateria litowa(Li)
typu guzikowego

manganowa(ZnCl)

manganowa(ZnCl)
alkaliczna

srebrowa(AgO)

0

100

200

200

400

600

800

300

na objętość [Wh/l]

na mas

ę [

W

h/kg]

Gęstość energii

19

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY (TYPOWY)

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY (TYPOWY)

Elektroda dodatnia

−PbO

2

Elektroda ujemna

−Pb

Elektrolit

−roztwór wodny
H

2

SO

4

Napięcie

−2,0 V

Zalety: najniższy w stosunku do innych akumulatorów koszt jednej Ah pobieranego

prądu, duża odporność na skrajne warunki zewnętrzne, akumulator ołowiowy
jest zdecydowanie najlepszy jako źródło zasilania rozrusznika
samochodowego, lub źródło mocy rezerwowej, tania i prosta produkcja, proste
ładowanie, możliwość rozładowania dużymi prądami w krótkim czasie,

Wady: Nieprzyjazny dla środowiska (kwas), duży ciężar (ołów) w stosunku do

pojemności,

20

BUDOWA AKUMULATORA OŁOWIOWEGO

BUDOWA AKUMULATORA OŁOWIOWEGO

Szkielet elektrod

z antymonu

Elektrody ołowiowe

(spiekane)

Zespół elektrod pojedynczego

ogniwa

Górna pokrywa baterii akumulatorowej

Obudowa akumulatora

na 6 ogniw

21

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

PbO2 + 2H2SO4+Pb

PbSO4 + 2H2O+ PbSO4

Pb

O O

H

H

H

H

Pb

SO

4

SO

4

O

H

H

H

H

O

G

O

H

H

H

O

a

b

H

H

H

H

O

O

Pb

Pb

Pb

Pb

Pb

Pb

c

d

Pb

Pb

Pb

Pb

O

O

O

O

SO

4

SO

4

SO

4

SO

4

SO

4

SO

4

SO

4

SO

4

SO

4

SO

4

H

22

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

elektroda kwas elektroda elektroda woda elektroda

dodatnia ujemna WYŁADOWANIE dodatnia ujemna

PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 2H2O + PbSO4

ŁADOWANIE

Charakterystyki ładowania

akumulatora kwasowego

napięcie

akumulatora

prąd
ładowania

czas ładowania

napięcie,
prąd

2,4V

0,1 C

1,89 V

tg

Nała-

dowany

Rozła-

dowany

Napięcie

[V]

2,1

1,89

Gęstość

Elektrolitu

[g/cm

3

]

1,28

1,05

tg -

czas rozpoczęcia gazowania elektrolitu (elektroliza wody), C- pojemność elektryczna akum.

Objawy zakończenia procesu ładowania:

• ustabilizowanie się prądu ładowania
• gazowanie elektrolitu
• ustalenie się gęstości elektrolitu

23

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

1

2

2

4

4

6

6

8

8

10

10

20

20

40 60

8

9

10

11

12

13

minuty

godziny

Napi

ęc

ie na

zac

is

kach

(d

la

ak

um

.

12V)

przy 25 C

O

2C

1C

0,6C

0,1C

0,05C

X

0,4C

3C

0,2C

Rys.1 Charakterystyki rozładowania akumulatora ołowiowego
w funkcji prądu i czasu rozładowania

24

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

U

żyt

ec

zna p

oj

em

no

ść

ak

um

ul

at

or

a

[

/

]

O

O

2C

1C

0,1C

0,05C

3C

0,2C

-20

20

20

30

40

40

60

80

100

120

50

-10

10

0

0

Temperatura [ C]

O

Y

Rys. 2 Zależność pojemności od

temperatury

akumulatora ołowiowego

25

AKUMULATOR NIKLOWO-KADMOWY

AKUMULATOR NIKLOWO-KADMOWY

NiCd

NiCd

Separator

Elektroda

ujemna

Elektroda

dodatnia

Biegun dodatni

Biegun

ujemny

Połączenie

elektrody

dodatniej

Uszczelka gumowa

Uszczelka

El. dodatnia

– Ni(OH)

3

El. ujemna

− Cd gąbczasty kadm

Elektrolit

−roztwór KOH

Napięcie

−1,2V

Zalety: trwalsze od ołowiowych, bardziej odporne na

zwarcia, można je obciążać na bardzo krótko
prądem aż do 100 C, większa gęstość energii niż w
ołowiowych, NiCd mają większe prądy
rozładowania niż NiMH a poza tym przy niskich
temperaturach oferują te akumulatory więcej
energii niż NiMH,

Wady: droższe niż kwasowe, cięższe, mniejsza sprawność,

większa rezystancja wewnętrzna od ołowiowych,
efekt pamięciowy (rekrystalizacja materiału
elektrod) zmniejszający jej pojemność nawet do
60%, samorozładowanie ok. 1% na dzień większe
niż w ołowiowych, kadm jest szkodliwy dla
środowiska, przy silnym rozładowaniu, kiedy
napięcie ogniwa spada aż do 0,2 V, zdarza się, że
może nastąpić odwrócenie polaryzacji,

26

Separator

Elektroda

ujemna

Elektroda

dodatnia

Biegun dodatni

Biegun

ujemny

Połączenie

elektrody

dodatniej

Uszczelka gumowa

Uszczelka

AKUMULATOR NIKLOWO-WODORKOWY

AKUMULATOR NIKLOWO-WODORKOWY

NiMH

NiMH

El. dodatnia

– Ni(OH)

3

El. ujemna

−

stop metali silnie

absorbujący wodór

Elektrolit

−roztwór KOH

Napięcie

−1,2-1,3 V

Zalety: Przyjazne dla środowiska, długi czas

eksploatacji za umiarkowaną cenę, NiMH mają
dwa razy większą energię niż NiCd, krótki czas
ładowania (1,2–1,6 godz.) ale dłuższy niż nowe
NiCd,

Wady: powinny być całkowicie naładowanie, procesu

ładowania pod żadnym pozorem nie wolno
przerywać, podczas eksploatacji powinny być
rozładowywane do końca (podlegają efektowi
pamięciowemu lecz znacznie mniejszemu niż
ak. NiCd), samorozładowanie 1,5% na dzień
wieksze niż dla NiCd, małe prądy rozładowania,
zwykle nie zaleca się prądów rozładowania
większych od 3 do 5 C.

27

Separator

Elektroda

ujemna

Elektroda

dodatnia

Biegun dodatni

Biegun

ujemny

Połączenie

elektrody

dodatniej

Uszczelka gumowa

Uszczelka

AKUMULATOR LITOWO JONOWY (Li-

AKUMULATOR LITOWO JONOWY (Li-

Ion

Ion

)

)

El. dodatnia

– metalotlenki litu, Li

X

Mn

2

O

4

, Li

X

CoO

2

,

Li

X

NiO

2

, mieszanina MnO

2

i Li

2

MnO

3

El. ujemna

− specjalny grafit lub elektroda wykonana na

bazie amorficznego tlenku cyny, stosuje si

też stopy Li-Al, Li-Si, Li

4

Ti

5

O

12

,

Elektrolit

− sól litu rozpuszczona w organicznych środkac

rozpuszczających np.: nadchloran litu
(LiClO

4

), dioksolan (C

3

H

6

O

2

).

Napięcie

− 3,6 ÷ 3,8 V

Zalety: brak efektu pamięciowego, lekkie, dwukrotnie

większa energia od NiMH, Li-Ion nie muszą być
ładowane do pełna i rozładowywane do końca jak
NiMH gdyż mają one własne układy elektroniczne
kontrolujące proces ładowania i rozładowywania,,
nie używane przechowywać w stanie naładowanym

Wady: drogie, jednym z powodów uszkodzenia

akumulatorów Li-Ion może być przeładowanie,
przegrzewanie akumulatorów prowadzi do trwałej
utraty ich pojemności.

28

3,0

1,55

1,50

1,50

1,40

1,2

1,2

3,6

ogniwo litowe

(Li)

ogniwo manganowe

(ZnCl)

ogniwo cynkowo

-powietrzne (ZnAir)

ogniwo manganowe

alkaliczne (ZnCl)

ogniwo srebrowe

(AgO)

akumulator (NiCd)

niklowo-kadmowy

akumulator (NiMH)

niklowo-wodorkowy

akumulator (LiIon)

litowo-jonowy

0

1

2

3

4

Napi

ęcie [V]

PORÓWNANIE NAPIĘĆ OGNIW PIERWOTNYCH I WTÓRNYCH

PORÓWNANIE NAPIĘĆ OGNIW PIERWOTNYCH I WTÓRNYCH

29

Rodzaj

akumulatora

Ołowiowy Niklowo-

kadmowy

NiCd

Niklowo-

wodorkowy

NiMH

Srebrowo-

cynkowo-

AgZn

LiMnO

2

(SANYO)

Litowo-jonowy

LiIon

Temp.pracy [

°C]

−40 ÷+45 −20 ÷ +50

−20 ÷ +60

−20 ÷ +55

Nap. znam. [V]

2,06

1,3

1,2

÷1,3

1,86

~ 3,0

~ 3,8

Gęstość energii

(teoret.)[Wh/kg]

167

244

278

478

750

Gęstość energii

przy rozł. 1h i 5h

[Wh/kg]

40;

35

35;

32

~ 65

100

÷120;

80

÷100

80

÷90

Liczba cykli

ład/rozł.

300

÷1500 do 3000

300

÷1000

< 100

500

÷20

000

400

÷1200

Sprawność [%]

70

÷80

65

-

Cena 1 kWh(zł)

1,20

÷2

1,50

÷3,00

-

150

18000

PORÓWNANIE AKUMULATORÓW

PORÓWNANIE AKUMULATORÓW

30

CHARAKTERYSTYKA PODSTAWOWYCH TYPÓW AKUMULATORÓW

Rodzaj

akumulatora

Napięcie celi

[V]

Energia

właściwa

[Wh/kg]

Liczba

cykli

ład/rozład

1

Samorozład.

[%/ miesiąc]

Dostępne

na rynku

Pb (typowy)

2.0

33

300- 400

25-30

pocz. XX

w.

Pb (bezobsług.)

2.0

42

800

5

1970

Ni-Cd

1.25

40-60

1500

2

20

3

około 1920

Ni-MH

1.25

60- >80

500-1000

30

1990

Li-Ion (typowy)

3.6

100

400-1200

10

1991

Li-Ion (Fuji)

3.4

135

500

10

1997

1

Liczba cykli ładowanie-rozładowanie, jakie można przeprowadzić, zanim pojemność baterii nie spadnie do 80%

pojemności początkowej.

2

Tylko przy całkowitym rozładowaniu w każdym cyklu. W przeciwnym razie, nie więcej niż 500.

3

W ciągu pierwszej doby po naładowaniu pojemność szybko spada o 10%, następnie co 30 dni spada po dalsze

10%. Tak więc w pierwszym miesiącu wynosi 20%, a w każdym następnym po 10%.

PORÓWNANIE AKUMULATORÓW

PORÓWNANIE AKUMULATORÓW

31

woda

wodór

tlen

membrana

elektron

elektrody

z obydwu

stron

woda

tlen

wodór

Uwy

OGNIWO PALIWOWE WODOROTLENOWE

OGNIWO PALIWOWE WODOROTLENOWE

Paliwo - wodór i utleniacz – tlen

Reakcje w ogniwie paliwowym:

1) na elektrodzie wodorowej z cząsteczki wodoru zostają uwolnione dwa elektrony :

H

2

→ 2H

+

- 2e

−

2) jony wodoru wiążą się z grupami OH- pochodzącymi z elektrolitu

2H

+

+ 2OH

−

→ 2H

2

O

32

Zalety: Sprawność wysoka (50- 70%) niezależna od rozmiarów ogniwa,
łatwość dostosowania się do zmiennego obciążenia, prostota obsługi, duża
niezawodność działania, stosunkowo duża wydajność energetyczna
Wady: Drogie

OGNIWO PALIWOWE WODOROTLENOWE

OGNIWO PALIWOWE WODOROTLENOWE

33