특수 배터리

수은 표준 전지

전기 측정 기술의 초창기에 수은 표준 전지로 알려진 특수한 유형의 배터리 전압 교정 표준으로 널리 사용되었습니다. 수은 전지의 출력은 1.0183~1.0194V DC(특정 전지 설계에 따라 다름)였으며 시간이 지남에 따라 매우 안정적이었습니다. 광고된 드리프트는 연간 정격 전압의 약 0.004%였습니다. 수은 표준 전지는 때때로 웨스턴 전지로 알려져 있었습니다. 또는 카드뮴 세포 .

불행하게도, 수은 전지는 전류 드레인에 대해 다소 내성이 있었고 정확도를 손상시키지 않고는 아날로그 전압계로도 측정할 수 없었습니다. 제조업체는 일반적으로 셀을 통해 0.1mA 이하의 전류를 요구했으며 이 수치조차 순간으로 간주되었습니다. , 또는 서지 최고! 결과적으로 표준 셀은 전류 드레인이 거의 0인 전위차계(널 밸런스) 장치로만 측정할 수 있었습니다. 수은 전지의 단락은 금지되었으며, 한 번 단락된 수은 전지는 다시 표준 장치로 신뢰할 수 없습니다.

수은 표준 전지의 종류

또한 수은 표준 전지는 물리적 또는 열적 방해를 받는 경우 약간의 전압 변화에 취약했습니다. 서로 다른 교정 목적을 위해 두 가지 유형의 수은 표준 셀이 개발되었습니다. 포화 및 불포화 . 포화 표준 셀은 열적 불안정성을 희생시키면서 시간이 지남에 따라 가장 큰 전압 안정성을 제공했습니다. 다시 말해서, 이들의 전압은 시간의 경과에 따라 매우 약간(10년 동안 단지 몇 마이크로볼트!) 드리프트했지만 온도 변화(섭씨 1도당 수십 마이크로볼트)에 따라 변하는 경향이 있었습니다. 이 세포는 장기간 안정성이 가장 중요한 온도 제어 실험실 환경에서 가장 잘 작동했습니다. 불포화 셀은 시간이 지남에 따라 안정성을 희생시키면서 열적 안정성을 제공했으며, 전압은 온도 변화에 따라 거의 일정하게 유지되지만 매년 약 100μV씩 꾸준히 감소합니다. 이 셀은 주변 온도가 정확하게 제어되지 않는 "현장" 교정 장치로 가장 잘 작동했습니다. 포화 셀의 공칭 전압은 1.0186볼트, 불포화 셀의 경우 1.019볼트였습니다.

최신 반도체 전압(제너 다이오드 조정기) 기준은 실험실 및 현장 전압 표준으로 표준 셀 배터리를 대체했습니다.

연료전지

1차 전지 배터리와 밀접하게 관련된 매력적인 장치는 연료 전지입니다. , 전류를 생성하기 위해 연소의 화학 반응을 이용하기 때문에 소위. 화학적 산화 과정(다른 원소와 산소 이온 결합)은 금속과 전해질의 조합뿐만 아니라 두 전극 사이에 전류 흐름을 생성할 수 있습니다. 연료 전지는 외부에서 화학 에너지원이 공급되는 배터리로 생각할 수 있습니다.

현재까지 제작된 가장 성공적인 연료 전지는 수소와 산소로 작동하는 연료 전지이지만 탄화수소 연료를 사용하는 전지에 대한 많은 연구가 이루어졌습니다. 수소를 "연소"하는 동안 연료 전지의 유일한 폐기물 부산물은 물과 소량의 열입니다. 탄소 함유 연료로 작동할 때 이산화탄소도 부산물로 방출됩니다. 최신 연료 전지의 작동 온도는 정상 연소 온도보다 훨씬 낮기 때문에 질소 산화물(NOx)이 형성되지 않아 훨씬 덜 오염되고 다른 모든 요소는 동일합니다.

연료 전지에서 화학 물질에서 전기 에너지로 변환하는 에너지 효율은 발전 및 하이브리드 전기 자동차에 대한 흥미로운 전망인 내연 기관의 이론적인 카르노 효율 한계를 훨씬 초과합니다.

태양전지

"배터리"의 또 다른 유형은 태양 전지입니다. , 전자 제품의 반도체 혁명의 부산물입니다. 광전 효과 , 빛의 영향으로 전자가 원자에서 제거되는 방식은 물리학에서 수십 년 동안 알려져 왔지만, 이 효과를 실용적인 정도로 활용할 수 있는 장치가 존재하게 된 것은 반도체 기술의 최근 발전과 함께였습니다. 실리콘 태양 전지의 변환 효율은 여전히 ​​매우 낮지만 전원으로서의 이점은 매우 많습니다. 움직이는 부품, 소음, 폐기물 또는 오염이 없습니다(태양 전지 제조는 제외하고 여전히 상당히 "더러운" 산업입니다. ) 및 무기한 수명.

태양 전지 기술의 특정 비용(킬로와트당 달러)은 여전히 ​​매우 높으며 기술의 혁명적인 발전을 제외하고는 상당한 감소 가능성이 거의 없습니다. 더 나은 품질 관리로 인해 더 적은 스크랩으로 더 작게 만들 수 있는 반도체 재료로 만든 전자 부품과 달리 단일 태양 전지는 30년 전과 동일한 양의 초순도 실리콘을 사용하여 제조합니다. 우수한 품질 관리로는 칩과 트랜지스터 제조에서 볼 수 있는 것과 같은 생산 이득을 얻을 수 없습니다(불순물의 분리된 얼룩이 실리콘 웨이퍼 하나에 있는 많은 미세한 회로를 망칠 수 있음). 동일한 수의 불순물이 포함되어 있어도 3인치 태양 전지의 전체 효율에는 거의 영향을 미치지 않습니다.

화학물질 검출 세포

특수 목적 "배터리"의 또 다른 유형은 화학물질 감지 셀입니다. . 간단히 말해서, 이 세포는 공기 중의 특정 물질과 화학적으로 반응하여 해당 물질의 농도에 정비례하는 전압을 생성합니다. 화학 검출 셀의 일반적인 응용 분야는 산소 농도의 검출 및 측정입니다. 많은 휴대용 산소 분석기가 이러한 작은 셀을 중심으로 설계되었습니다. 셀 화학은 감지할 특정 물질과 일치하도록 설계되어야 하며, 전극 재료가 고갈되거나 사용으로 인해 오염되기 때문에 셀이 "마모"되는 경향이 있습니다.

검토:

<울>

수은 표준 셀 정밀 반도체 기준 장치가 등장하기 전에 전압 교정 표준으로 사용되었던 특수한 유형의 배터리입니다.

연료 전지 가연성 연료와 산화제를 반응물로 사용하여 전기를 생성하는 일종의 배터리입니다. 그것들은 매우 낮은 배출량으로 연료를 "연소"하는 미래의 유망한 전력 공급원입니다.

태양 전지 주변 광 에너지를 사용하여 한 전극에서 다른 전극으로 전하 캐리어를 움직이게 하여 전압(및 외부 회로가 있는 경우 전류)을 생성합니다.

화학물질 탐지 세포 적용된 물질(일반적으로 주변 공기의 특정 가스)의 농도에 비례하는 전압을 생성하는 특수한 유형의 볼타 셀입니다.

관련 워크시트:

<울>

배터리 워크시트