Среда, март КСНУМКС КСНУМКС КСНУМКС: КСНУМКС

Батерије

Оцените овај артикал
(КСНУМКС Глас)

Термин батерија односи се на збир појединачних ћелије, који могу да произведу електричну енергију путем хемијских реакција. Ћелије су категорисане као било које основни or секундарни. У примарним ћелијама, хемијске реакције које производе проток електрона нису реверзибилне, па се ћелије не могу лако поново напунити. Супротно томе, секундарне ћелије морају бити напуњене пре употребе, што се постиже пропуштањем електричне струје кроз ћелију. Секундарне ћелије имају предност што се често могу више пута пунити и празнити током употребе.

Класична примарна батерија у свакодневној употреби је Лецланцхе сува ћелија, тако названа јер је електролит паста, а не течност. Лецланцхе ћелију карактеришу цилиндричне батерије које се користе у батеријским лампама, преносивим радијима, калкулаторима, електричним играчкама и слично. Последњих година, алкалне батерије, као што су ћелије цинк-манган диоксида, постале су све чешће за ову врсту употребе. Минијатурне или „дугмасте“ батерије су нашле примену у слушним апаратима, компјутерима, сатовима, камерама и другој електронској опреми. Ћелија сребрног оксида и цинка, ћелија живе, ћелија цинк-ваздух и ћелија литијум-манган диоксида су неки примери. Погледајте слику 1 за приказ типичне минијатурне алкалне батерије у изрезу.

Слика 1. Поглед у изрезу алкалне минијатурне батерије

ЕЛА030Ф1

Класична секундарна или складишна батерија је оловно-киселинска батерија, која се широко користи у транспортној индустрији. Секундарне батерије се такође користе у електранама и индустрији. Пуњиви алати на батерије, четкице за зубе, батеријске лампе и слично су ново тржиште за секундарне ћелије. Никл-кадмијум секундарне ћелије постају све популарније, посебно у џепним ћелијама за хитно осветљење, дизел стартовање и стационарне и вучне апликације, где поузданост, дуг животни век, честа могућност пуњења и перформансе на ниским температурама надмашују њихов додатни трошак.

Пуњиве батерије у развоју за употребу у електричним возилима користе литијум-гвоздени сулфид, цинк-хлор и натријум-сумпор.

Табела 1 даје састав неких уобичајених батерија.

Табела 1. Састав уобичајених батерија

Тип батерије

Негативна електрода

Позитивна електрода

Електролит

Примарне ћелије

Лецланцхе сува ћелија

цинк

Манган диоксид

Вода, цинк хлорид, амонијум хлорид

Алкалне

цинк

Манган диоксид

Калијум хидроксид

Меркур (Рубенова ћелија)

цинк

Живин оксид

Калијум хидроксид, цинк оксид, вода

сребро

цинк

Сребрни оксид

Калијум хидроксид, цинк оксид, вода

Литијум

Литијум

Манган диоксид

Литијум хлорат, ЛиЦФ3SO3

Литијум

Литијум

Сумпор диоксид

Сумпор диоксид, ацетонитрил, литијум бромид

   

Тионил хлорид

Литијум алуминијум хлорид

Цинк у ваздуху

цинк

Кисеоник

Цинк оксид, калијум хидроксид

Секундарне ћелије

Олово киселине

Довести

Оловни диоксид

Разблажена сумпорна киселина

Никл-гвожђе (Едисонова батерија)

Гвожђе

Никл оксид

Калијум хидроксид

Никл-кадмијум

Кадмијум хидроксид

Никл хидроксид

Калијум хидроксид, могуће литијум хидроксид

Сребро-цинк

Цинк у праху

Сребрни оксид

Калијум хидроксид

 

Производни процеси

Иако постоје јасне разлике у производњи различитих типова батерија, постоји неколико заједничких процеса: вагање, млевење, мешање, компримовање и сушење саставних састојака. У савременим постројењима за батерије многи од ових процеса су затворени и високо аутоматизовани, користећи затворену опрему. Због тога може доћи до излагања различитим састојцима током вагања и утовара и током чишћења опреме.

У старијим погонима за батерије, многе од млевења, мешања и других операција се обављају ручно, или се пренос састојака из једног корака процеса у други врши ручно. У овим случајевима, ризик од удисања прашине или контакта са кожом са корозивним супстанцама је висок. Мере предострожности за операције које производе прашину укључују потпуно затворено и механизовано руковање и вагање праха, локалну издувну вентилацију, свакодневно мокро брисање и/или усисавање и ношење респиратора и друге личне заштитне опреме током операција одржавања.

Бука је такође опасна, јер су машине за компримовање и замотавање бучне. Методе контроле буке и програми очувања слуха су од суштинског значаја.

Електролити у многим батеријама садрже корозивни калијум хидроксид. Заштита и заштита коже и очију су индиковани предострожности. Може доћи и до изложености честицама токсичних метала као што су кадмијум оксид, жива, живин оксид, једињења никла и никла и једињења литијума и литијума, који се користе као аноде или катоде у одређеним типовима батерија. Оловна батерија за складиштење, која се понекад назива и акумулатором, може укључивати значајне опасности од излагања олову и о њој се посебно говори у чланку „Производња оловних батерија“.

Метални литијум је веома реактиван, тако да се литијумске батерије морају састављати у сувој атмосфери како би се избегло да литијум реагује са воденом паром. Сумпор диоксид и тионил хлорид, који се користе у неким литијумским батеријама, представљају опасност за дисање. Гас водоник, који се користи у никл-водониковим батеријама, представља опасност од пожара и експлозије. Ови, као и материјали у новоразвијеним батеријама, захтеваће посебне мере предострожности.

Лецланцхе Целлс

Лецланцхе батерије са сувим ћелијама се производе као што је приказано на слици 2. Мешавина позитивне електроде или катоде садржи 60 до 70% манган-диоксида, а остатак чине графит, ацетилен црна, амонијум соли, цинк хлорид и вода. Суви, фино млевени манган-диоксид, графит и ацетилен црни се мере и уносе у млин-мешалицу; додаје се електролит који садржи воду, цинк хлорид и амонијум хлорид, а припремљена смеша се пресује на ручно храњеној таблетирној или агломерационој преси. У одређеним случајевима, смеша се суши у рерни, просеја и поново навлажи пре таблетирања. Таблете се прегледају и умотају на машинама за ручно храњење након што су остављене да се стврдну неколико дана. Агломерати се затим стављају у тацне и натопљене електролитом и сада су спремни за склапање.

Слика 2. Производња ћелијске батерије Лецланцхе

ЕЛА030Ф2

Анода је кућиште од цинка, које се припрема од цинк бланкова на врућој преси (или се цинк лимови савијају и заварују на кућиште). Органска желатинаста паста која се састоји од кукурузног и брашна скроба натопљеног електролитом се меша у великим бачвама. Састојци се обично сипају из џакова без вагања. Смеша се затим пречишћава цинк чипсом и манган диоксидом. Живин хлорид се додаје у електролит да би се формирао амалгам са унутрашњости посуде за цинк. Ова паста ће формирати проводни медијум или електролит.

Ћелије се склапају аутоматским сипањем потребне количине желатинозне пасте у кутије од цинка како би се формирала унутрашња облога на посуди за цинк. У неким случајевима, кућишта добијају хроматну завршницу уливањем и пражњењем мешавине хромне и хлороводоничне киселине пре додавања желатинозне пасте. Катодни агломерат се затим поставља у центар кућишта. Угљенична шипка је постављена централно у катоду да делује као колектор струје.

Ћелија цинка се затим запечаћује растопљеним воском или парафином и загрева пламеном да би се добило боље заптивање. Ћелије се затим заварују заједно да формирају батерију. Реакција батерије је:

2 МнО2 + 2 НХ4Цл + Зн → ЗнЦл2 + Х2O2 + Мн2O3

Радници могу бити изложени манган диоксиду током вагања, пуњења миксера, млевења, чишћења рерне, просејавања, ручног пресовања и умотавања, у зависности од степена аутоматизације, затвореног кућишта и локалне издувне вентилације. Приликом ручног пресовања и мокрог умотавања, може доћи до излагања влажној мешавини, која може да се осуши да би произвела прашину која се може удахнути; дерматитис може настати услед излагања благо корозивном електролиту. Мере личне хигијене, рукавице и респираторна заштита за операције чишћења и одржавања, туш кабине и одвојени ормарићи за радну и уличну одећу могу смањити ове ризике. Као што је горе поменуто, опасност од буке може бити последица преса за омотавање и таблетирање.

Мешање је аутоматско током производње желатинозне пасте, а једино излагање је током додавања материјала. Приликом додавања живиног хлорида у желатинозну пасту постоји ризик од удисања и апсорпције коже и могућег тровања живом. ЛЕВ или лична заштитна опрема је неопходна.

Могућа је и изложеност изливању хромне киселине и хлороводоничне киселине током хромирања и излагање испарењима од заваривања и димовима од загревања заптивне масе. Механизација процеса хромирања, употреба рукавица и ЛЕВ-а за топлотно заваривање и заваривање су одговарајуће мере предострожности.

Никл-кадмијум батерије

Најчешћи метод данас за прављење никл-кадмијум електрода је наношење активног материјала електроде директно у порозну синтеровану подлогу или плочу од никла. (Погледајте слику 3.) Плоча се припрема утискивањем пасте од синтерованог праха никла (често направљеног разлагањем карбонила никла) у отворену решетку од никлованог перфорираног челичног лима (или никловане газе или никловане челичне газе) а затим синтеровање или сушење у пећи. Ове плоче се затим могу сећи, измерити и ковати (компримовати) за одређене сврхе или умотати у спиралу за ћелије типа домаћинства.

Слика 3. Производња никл-кадмијум батерија

ЕЛА030Ф3

Синтеровани плак се затим импрегнира раствором нитрата никла за позитивну електроду или кадмијум нитрата за негативну електроду. Ови плакови се испиру и осуше, потапају у натријум хидроксид да би се формирао никл хидроксид или кадмијум хидроксид и поново се оперу и осуше. Обично је следећи корак потапање позитивне и негативне електроде у велику привремену ћелију која садржи 20 до 30% натријум хидроксида. Покрећу се циклуси пуњења-пражњења да би се уклониле нечистоће, а електроде се уклањају, перу и суше.

Алтернативни начин израде кадмијумских електрода је припрема пасте од кадмијум оксида помешаног са графитом, оксидом гвожђа и парафином, који се меље и коначно сабија између ваљака да би се формирао активни материјал. Ово се затим утискује у покретну перфорирану челичну траку која се суши, понекад компримује и сече на плоче. У овој фази се могу причврстити ушице.

Следећи кораци укључују монтажу ћелије и батерије. За велике батерије, појединачне електроде се затим склапају у групе електрода са плочама супротног поларитета испреплетеним пластичним сепараторима. Ове групе електрода могу бити причвршћене вијцима или заварене заједно и смештене у никловано челично кућиште. Недавно су уведена пластична кућишта батерија. Ћелије су напуњене раствором електролита калијум хидроксида, који такође може да садржи литијум хидроксид. Ћелије се затим склапају у батерије и спајају вијцима. Пластичне ћелије могу бити цементиране или залепљене заједно. Свака ћелија је повезана проводним конектором са суседном ћелијом, остављајући позитиван и негативан терминал на крајевима батерије.

За цилиндричне батерије, импрегниране плоче се склапају у групе електрода намотавањем позитивних и негативних електрода, одвојених инертним материјалом, у чврсти цилиндар. Цилиндар електроде се затим ставља у никловано метално кућиште, додаје се електролит калијум хидроксида и ћелија се затвара заваривањем.

Хемијска реакција укључена у пуњење и пражњење никл-кадмијум батерија је:

Највећа потенцијална изложеност кадмијуму се јавља при руковању кадмијум нитратом и његовим раствором при прављењу пасте од праха кадмијум оксида и руковању са осушеним активним прахом. До излагања може доћи и током рекултивације кадмијума из отпадних плоча. Кућиште и аутоматизовано вагање и мешање могу смањити ове опасности током раних корака.

Сличне мере могу контролисати изложеност једињењима никла. Производња синтерованог никла од никл карбонила, иако се обавља у затвореним машинама, укључује потенцијално излагање екстремно токсичном карбонилу никла и угљен моноксиду. Процес захтева континуирано праћење цурења гаса.

Руковање каустичним калијум или литијум хидроксидом захтева одговарајућу вентилацију и личну заштиту. Заваривање ствара испарења и захтева ЛЕВ.

Здравствени ефекти и обрасци болести

Најозбиљнији здравствени ризици у традиционалној производњи батерија су излагање олову, кадмијуму, живи и манган диоксиду. О опасностима од олова се говори на другом месту у овом поглављу и Енциклопедија. Кадмијум може изазвати болест бубрега и канцероген је. Утврђено је да је изложеност кадмијуму широко распрострањена у америчким фабрикама никл-кадмијум батерија, а многи радници су морали бити медицински уклоњени према одредбама стандарда за кадмијум Управе за безбедност и здравље на раду због високих нивоа кадмијума у ​​крви и урину (МцДиармид ет ал. 1996.) . Жива утиче на бубреге и нервни систем. Претерано излагање живиним парама је показано у студијама неколико постројења са живиним батеријама (Телесца 1983). Показало се да је изложеност манган диоксиду висока у мешању и руковању прахом у производњи алкалних сувих ћелија (Валлис, Менке и Цхелтон 1993). Ово може довести до неурофункционалних дефицита код радника на батеријама (Роелс ет ал. 1992). Прашина мангана може, ако се апсорбује у превеликим количинама, довести до поремећаја централног нервног система сличних Паркинсоновом синдрому. Остали забрињавајући метали укључују никл, литијум, сребро и кобалт.

Опекотине коже могу настати услед излагања растворима цинк хлорида, калијум хидроксида, натријум хидроксида и литијум хидроксида који се користе у електролитима батерија.

 

Назад

Читати 10312 пута Последња измена у суботу, 30. јула 2022. у 21:15

" ОДРИЦАЊЕ ОД ОДГОВОРНОСТИ: МОР не преузима одговорност за садржај представљен на овом веб порталу који је представљен на било ком другом језику осим енглеског, који је језик који се користи за почетну производњу и рецензију оригиналног садржаја. Одређене статистике нису ажуриране од продукција 4. издања Енциклопедије (1998).“

Садржај

Референце за електричне уређаје и опрему

Дуцатман, АМ, БС Дуцатман и ЈА Барнес. 1988. Опасност од литијумске батерије: старомодне импликације нове технологије на планирање. Ј Оццуп Мед 30:309–311.

Извршни директор за здравље и безбедност (ХСЕ). 1990. Ман-маде Минерал Фибрес. Извршно упутство ЕХ46. Лондон: ХСЕ.

Међународна агенција за истраживање рака (ИАРЦ). 1992. Монографије о процени канцерогених ризика за људе, Вол. 54. Лион: ИАРЦ.

Мат ТД, ЈП Фигуероа, Г Бурр, ЈП Флесцх, РХ Кеенлисиде и ЕЛ Бакер. 1989. Изложеност олову међу радницима на оловним батеријама на Јамајци. Амер Ј Инд Мед 16:167–177.

МцДиармид, МА, ЦС Фрееман, ЕА Гроссман и Ј Мартоник. 1996. Резултати биолошког мониторинга радника изложених кадмијуму. Амер Инд Хиг Ассоц Ј 57: 1019–1023.

Роелс, ХА, ЈП Гхиселен, Е Цеулеманс и РР Лауверис. 1992. Процена дозвољеног нивоа изложености мангану код радника изложених прашини манган диоксида. Брит Ј Инд Мед 49:25–34.

Телесца, ДР. 1983. Преглед система контроле опасности по здравље за употребу и прераду живе. Извештај бр. ЦТ-109-4. Синсинати, ОХ: НИОСХ.

Валлис, Г, Р Менке и Ц Цхелтон. 1993. Теренско тестирање на радном месту респиратора за прашину са полумаском са негативним притиском за једнократну употребу (3М 8710). Амер Инд Хиг Ассоц Ј 54:576-583.