Tip:
Highlight text to annotate it
X
Hur ett blybatteri fungerar \"Ingenjörskillen\" Serie #4
Teknologin som vi är beroende av
i våra dagliga liv gör portabla energikällor nödvändigt
för världen idag.
Vi kan ladda våra mobiltelefoner och datorer med
lithium ion-batterier, driva ficklampor med alkalibatterier,
och många klockor drivs av batterier med silveroxid.
Men denna må dock vara den viktigaste av dem alla.
Den ser kanske klumpig och gammaldags ut
den uppfanns på 1800-talet
men den gör sig än idag värdig genom att starta våra
bilar, motorcyklar och lastbilar.
Inte undra på att det är det bäst säljande batteriet.
Om du förstår hur batteriet fungerar
kan du förstå vilka principer som gäller de nyare batterierna
och även se varför inte bara ett batteri kan användas till alla prylar.
Låt oss ta en *** på insidan.
Det första att lägga märke till är att detta motorcykelbatteri är rätt tungt
Det är tätt packat med plattor av bly och blyoxid
som båda är väldigt kompakta och tunga.
Detta är en cell från ett likadant batteri
och du kan här se blyplattan och undertill blyoxidet.
De överlappar varandra genom batteriet.
Så, låt mig visa hur de lagrar elektricitet genom att använda endast två plattor.
Här har jag en blyplatta och en blyoxidplatta från batteriet
samt svavelsyra.
Se nu vad som händer när jag kopplar ihop dem.
Lampan lyser!
Strömmen förs från blyoxid-katoden till bly-katoden.
Blyet ger ut elektroner, som blyoxidet tar emot.
Detta omvandlar blyplattorna till ett fast bly-sulfat.
Nu mäter jag spänningen mellan de två blyplattorna.
Som du ser är det ungefär två volt
så för att göra detta till ett 12-voltsbatteri
krävs att sex celler länkas ihop i serier så att det blir 12 volt.
Så, det är den grundläggande elektrokemiska reaktionen.
Vi tar en *** på hur man konstruerar ett batteri.
Vi vill att ett batteri ska ha hög densitet av antingen energi eller kraft.
Skillnaden är att batterier med en hög energi-densitet
kan lagra stora mängder energi,
och ge ut det över en lång tid,
medan batterier med hög kraft-densitet släpper
stora mängder energi snabbt.
Detta batteri konstruerades för kraftdensitet, för det
behövs en explosion av nära fyra hundra ampere för att starta en motorcykel.
För att spara utrymme behöver vi packa plattorna tätt
men för att säkerställa att elektronöverföringen
sker genom terminalerna
är plattorna mekaniskt särskilda av dessa permeabela lager.
Titta på dessa två plattor, de är från ett urladdat batteri
du ser effekten av att totalt ladda ur ett batteri
Ta nu en *** på dessa två plattor som visar
effekten av att ladda ur batteriet på längre sikt
Det här ljusa lagret är blysulfat.
Det förklarar varför du kan förstöra ett bilbatteri
genom att ladda ur det flera gånger.
När ett batteri laddas ur, formar blysulfatet mellanrum mellan plattorna.
Om för mycket byggs upp förstörs batteriet, och det går inte att ladda upp igen.
Detta förklarar varför olika prylar
behöver olika typer av batteri.
Med de flesta konstruktioner
behöver man prioritera och
välja bort vissa egenskaper du vill ha
för att vinna egenskaper som du måste ha.
Den svåraste biten med ingenjörskonst är oftast
att balansera de rätta egenskaperna i en konstruktion.
Exempelvis är ett bilbatteri bra för att starta upp ett fordon
men inte för att driva ett, som i en elbil.
Det är inte heller lämpligt för att lagra energi
från solceller på ett hus.
Där samlar vi energi från solen
för att ladda upp batterier
för att använda den sparade energin
på olika sätt tills batteriet dör och
vi måste ladda upp dem igen med solenergi.
För detta lämpar sig bättre ett så kallat djupkrets-batteri.
Denna typ av batteri har en kapacitet som kan användas ordentligt
för att sedan laddas upp lätt igen.
För att konvertera ett SLI-batteri
som används för att starta en motorcykel eller bil
till ett djupkrets-batteri krävs att vi förändrar tre saker.
Vi använder tjockare elektroder för att öka energidensiteten
och skiljer ytterligare på dem så att rester av blysulfat kan trilla av
och vi lägger till mer mellanrum under så att rester kan samlas upp.
Men nackdelen är att batteriet blir större, tyngre
och ger ifrån en lägre spänning än ett bilbatteri.
Vi borde kanske göra oss av med blybatterierna
eftersom det är farligt för miljön om det hamnar fel
Vi har fortfarande 1800-talets blybatteri
eftersom naturen har gett oss
en mängd elektrodmaterial, bly och blyoxid
vilka leder ström väldigt bra.
När vi arrangerar dessa material korrekt har vi ett
billigt batteri med mycket kraft.
Inget annat material i naturen möter dessa kriterier så väl
vilket gör det extremt svårt för oss att
ta oss över denna barriär.
Det är därför 1800-talets teknologi fortfarande är
vad som startar våra bilar.
Jag heter Bill Hammack, Ingenjörskillen.
Denna video är baserad på ett kapitel ur boken
\"Eight Amazing Engineering Stories\" (Åtta fantastiska ingenjörshistorier)
Kapitlet innehåller mer information kring ämnet.