1.4. Az elektrokémiai cella

Az elektrokémiai cellák (6.4. ábra) olyan rendszerek, amelyekben kémiai folyamat (vagy koncentrációkülönbség kiegyenlítődése) elektromos áramot termelhet (galvánelem, kémiai áramforrás), vagy áramforrásból áramot bocsátva át rajtuk, kémiai folyamat játszatható le (elektrolizálócella).

Az előbbieknek megfelelően, elektrokémiai cella segítségével a cellában spontán végbemenő kémiai reakció (cellareakció) vagy egyéb spontán folyamat által termelt munkát átalakíthatjuk elektromos munkává (ez a galváncella vagy galvánelem) vagy – elektromos munka befektetésével – kémiai reakciót játszathatunk le (ez az elektrolizálócella). Az elektrolizálócellában végbemenő folyamat az elektrolízis. Az elektrokémiai cella működésekor, azaz a galváncella áramtermelésekor, illetve az elektrolizálócellában végbemenő elektrolízis során a cella elektródjában elektródfolyamat zajlik le. Az elektrokémiai cellákat szokták elektrokémiai reaktoroknak is nevezni. Az elektrokémiai reaktorban spontán lejátszódó kémiai reakció szabadentalpia-változása (ΔrG) közvetlenül elektromos munkaként hasznosítható, vagy elektromos munka befektetésével kémiai reakció játszatható le a reaktorban. Az első esetben galváncellákról (kémiai áramforrásokról, a köznapi életben „elemekről”), a második esetben pedig elektrolizálócellákról beszélünk. (A félreértések elkerülése végett érdemes megemlíteni, hogy a régebbi szakirodalomban az „elektrokémiai cella” helyett gyakran a „galváncella” elnevezést találhatjuk. Ilyenkor a modern terminológiának megfelelő „galváncella” helyett a „galvánelem” elnevezést szokták használni.)

A hőerőgépek a tüzelőanyag oxidációjával termelt hő által végzik a hasznos munkát. Mivel a hő folyamatosan működő gépben a termodinamika elvei szerint csak korlátozottan alakítható át hasznos munkává, a legkorszerűbb hőerőgépek hatásfoka is csak 40% körüli. Elvileg minden galváncella felhasználható hasznos munka végzésére – például úgy, hogy pólusai közé megfelelő elektromotort iktatunk. Számos galváncella gyakorlatilag is jó közelítéssel reverzibilisen, 90% körüli hatásfokkal működik.

 

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1232energ_810/#m1232energ_810 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1232energ_810/#m1232energ_810)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1232energ_810/#m1232energ_810)

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

search

6.4. ábra. Egy egyszerű elektrokémiai cella sematikus rajza

 

Tartalomjegyzék

• Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek
• Impresszum
• Előszó
• chevron_rightAkkumulátoros tárolók a villamosenergia-piacon
  • Bevezetés
  • 1. A villamosenergia-piac működése dióhéjban
  • 2. A tárolók üzleti modelljeit megalapozó változások a villamosenergia-rendszerben
  • chevron_right3. A tárolók használati esetei a villamosenergia-piacon
    • chevron_right3.1. Árarbitrázs a nagykereskedelmi piacon
      • 3.1.1. A másnapi piac működése
      • 3.1.2. Az intraday piaci kereskedés
      • 3.1.3. A HUPX intraday piac működése
    • 3.2. Megújuló-erőművek menetrendtartásának támogatása
    • chevron_right3.3. Kiegyenlítő szabályozási piaci lehetőségek
      • 3.3.1. A kiegyenlítő szabályozási piacok működése
    • 3.4. Elosztói rugalmassági piaci lehetőségek
    • 3.5. Mérőóra mögötti alkalmazások
  • 4. Irodalom
• chevron_rightA villamosenergia-rendszer kihívásai az időjárásfüggő megújuló energiaforrások vonatkozásában
  • chevron_right1. Bevezetés
    • 1.1. A hálózati kiegyenlítés kihívásai
    • 1.2. A fotovillamos teljesítmény előrejelzésének fontossága a villamosenergia-hálózatok szempontjából
    • 1.3. Energiatároló rendszerek: jelentőségük és potenciális szerepük az Európai Unióban
    • 1.4. Hálózatkiegyenlítési szempontok, az akkumulátoros energiatároló rendszerek piaci alkalmazásai, a PV-energia integrációjának megoldásai és sikeressége
  • 2. Irodalom
• chevron_rightTelepített akkumulátorok – a hálózati elektrokémiai energiatárolás alapjai
  • chevron_right1. Bevezetés
    • 1.1. Célok
    • 1.2. Az energiatárolás alapjai – röviden
  • chevron_right2. Energiatárolás: mit, miért, hogyan?
    • 2.1. Mit is csinálunk?
    • 2.2. Miért csináljuk?
    • 2.3. Hogyan csináljuk?
  • chevron_right3. Az energiatárolás fajtái
    • chevron_right3.1. Közvetlen villamosenergia-tárolók
      • 3.1.1. Szuperkondenzátorok
      • 3.1.2. Szupravezető gyűrű
    • 3.2. Elektrokémiai energiatárolók
    • 3.3. Kémiai energiatárolók
    • chevron_right3.4. Mechanikai energiatárolók
      • 3.4.1. Helyzeti energiás tárolók
      • 3.4.2. Mozgási energiás tárolók
    • 3.5. Hőtárolók
  • 4. Pszeudoakkumulátorok
  • 5. A telepített akkumulátorok előnyei
  • chevron_right6. Hálózati tárolás
    • 6.1. Alapok
    • 6.2. Létező és tervezett hazai hálózati tárolók
  • chevron_right7. Esettanulmányok
    • 7.1. Kisváros, 1 órás áramszünet – Li-ion-akkumulátoros megoldás
    • 7.2. Kisváros, három és fél napos áramszünet – Li-ion-akkumulátoros megoldás
    • 7.3. Kisváros, három és fél napos áramszünet – P2M pszeudoakkumulátoros megoldás
    • 7.4. Kisváros, három hónapos „vulkán+zombik” szenárió – P2M pszeudoakkumulátoros megoldás
    • chevron_right7.5. A TERNA-projekt
      • 7.5.1. A TERNA-koncepció
      • 7.5.2. Megvalósult TERNA-projektek
  • 8. Összefoglalás
  • 9. Irodalom
• chevron_rightElektromobilitási rendszer és szolgáltatások, töltő-infrastruktúra
  • 1. Bevezetés
  • 2. Technológiai áttekintés – járművek csoportosítása
  • 3. Az elektromobilitási rendszer modellje
  • 4. Töltő-infrastruktúra
  • 5. Töltésütemezés
  • 6. A városi közforgalmú autóbuszhálózat elektrifikációja
  • 7. Irodalom
• chevron_rightAlternatív járműhajtások
  • 1. Bevezetés
  • 2. A belső égésű motorok jövője
  • chevron_right3. Hibrid hajtásláncok
    • 3.1. Általános tulajdonságok
    • 3.2. Hibrid működésmódok [6]
    • 3.3. Hibrid hajtásrendszerek topológiái [6]
  • chevron_right4. Akkumulátoros elektromos járművek
    • 4.1. Általános tulajdonságok [7]
    • 4.2. Villamos gépek
    • 4.3. Hajtóművek
  • 5. Tüzelőanyag-cellás járművek
  • 6. Irodalom
• chevron_rightAz átmeneti energiatárolásra használható elektrokémiai rendszerek leírásának termodinamikai és elektrokémiai aspektusai
  • chevron_right1. Átmeneti energiatárolás elektrokémiai rendszerekben ‒ termodinamikai és elektrokémiai alapok
    • 1.1. Bevezetés
    • 1.2. Az elektrokémiai energiatárolási technológiák
    • 1.3. Kémiai és elektrokémiai háttér
    • 1.4. Az elektrokémiai cella
    • chevron_right1.5. Az elektrokémiai cella reprezentációja
      • 1.5.1. A celladiagram
      • 1.5.2. A cellareakció és a cellareakció konvencionális egyenlete
    • chevron_right1.6. Az elektrokémiai cella termodinamikai jellemzése
      • 1.6.1. Termodinamikai paraméterek
      • 1.6.2. A reakció szabadentalpia-változása és a cellareakció potenciálja
    • chevron_right1.7. Az elektrokémiai cellával és az elektródokkal kapcsolatos egyéb fogalmak
      • 1.7.1. Elektrolit
      • 1.7.2. Elektrokémiai kettős réteg
      • 1.7.3. Elektródfolyamat, elektródreakció
      • 1.7.4. Az elektródon átfolyó áram iránya, anód, katód, csereáram
    • chevron_right1.8. Az elektródok osztályozása
      • 1.8.1. Az elektródok osztályozása a bennük lejátszódó elektródreakciók száma szerint
      • chevron_right1.8.2. Egyszerű elektródok
        • 1.8.2.1. Elsőfajú elektródok
        • 1.8.2.2. Másodfajú elektródok
        • 1.8.2.3. Harmadfajú elektródok
        • 1.8.2.4. Redoxielektródok
        • 1.8.2.5. Kompozit (módosított) elektródok
      • chevron_right1.8.3. Az elektródok egyéb csoportosítási lehetőségei
        • 1.8.3.1. Anód, katód (osztályozás az elektródon átfolyó áram előjele szerint)
        • 1.8.3.2. Az elektródok osztályozása/elnevezése a három- vagy többelektródos elektrolizálócellában betöltött szerepük alapján
    • chevron_right1.9. Az elektrokémiai cellát jellemző fizikai kémiai mennyiségekről
      • 1.9.1. Termodinamikai mennyiségek és diffúziós potenciál (Δφdiff )
      • 1.9.2. Az elektrokémiai cella elektromos potenciálkülönbsége (E )
      • 1.9.3. Elektromotoros erő (EMF )
      • 1.9.4. Elektródpotenciál (E vagy ε ), egyensúlyi potenciál (Ee vagy εe )
    • chevron_right1.10. A heterogén elektrokémiai rendszereket (elektrokémiai cella, elektród) jellemző elektrokémiai-termodinamikai mennyiségek
      • 1.10.1. Az elektródreakció potenciálja (Er vagy εr )
      • 1.10.2. Az elektródreakció potenciálja és a Nernst-féle egyenlet
    • chevron_right1.11. Elektrokémiai egyensúlyi diagramok
      • 1.11.1. A víz elektrokémiai egyensúlyi diagramja
      • 1.11.2. Információk az ólomakkumulátor jellemzéséhez az ólom egyensúlyi diagramja (Pourbaix-diagramja) alapján
    • 1.12. Az elektromotoros erő (EMF) hőmérsékletfüggése alapján meghatározható termodinamikai mennyiségek
    • 1.13. A cellareakció potenciálja és a reakció egyensúlyi állandója
    • chevron_right1.14. Az (elektro)kémiai áramforrások osztályozása a gyakorlatban
      • chevron_right1.14.1. Primer elemek (galvánelemek)
        • 1.14.1.1. Az elektrokémiai reaktor elektromos potenciálkülönbsége működés közben
      • chevron_right1.14.2. Szekunder elemek (akkumulátorok)
        • 1.14.2.1. A szekunder elemeket (akkumulátorokat) jellemző specifikus adatok
      • 1.14.3. Tüzelőanyag-cellák
      • 1.14.4. A Ragone-diagram
  • 2. Irodalom
• chevron_rightBevezetés a Li-ion-akkumulátorok technológiájába
  • chevron_right1. A Li-ion-akkumulátorok működési elve és komponensei
    • 1.1. Az elektrokémiai energiatárolás történeti áttekintése
    • 1.2. A lítiumelemek és a Li-ion-akkumulátorok történeti áttekintése
    • 1.3. A Li-ion-akkumulátorok működési elve
    • chevron_right1.4. Az újratölthető Li-ion-akkumulátorok szerkezete és anyagai
      • 1.4.1. A pozitív elektród (katód) anyagai
      • 1.4.2. A negatív elektród (anód) anyagai
      • chevron_right1.4.3. Elektrokémiai szempontból inaktív cellakomponensek
        • 1.4.3.1. Elektród-adalékanyagok
        • 1.4.3.2. A szerves elektrolit és komponensei
        • 1.4.3.3. A szeparátorfólia
        • 1.4.3.4. Az áramgyűjtő fóliák
        • 1.4.3.5. Burkolat (tasakos, kemény tok (acél, ABS))
        • 1.4.3.6. Akkumulátorcellán belüli biztonsági komponensek
    • chevron_right1.5. A hagyományos Li-ion-akkumulátorok öregedési folyamatai
      • 1.5.1. Az elektrolit öregedési mechanizmusa
      • 1.5.2. A negatív elektródanyagok öregedési mechanizmusai
      • 1.5.3. A pozitív elektródok öregedési mechanizmusai
  • chevron_right2. A Li-ion-akkumulátorok fejlesztési irányai
    • chevron_right2.1. Fontosabb új generációs Li-ion technológiák
      • 2.1.1. Szilárdtest-Li-ion-akkumulátorok
      • 2.1.2. A lítium–kén (Li–S, LSB) akkumulátor
      • 2.1.3. A nátriumion-akkumulátor
      • 2.1.4. A magnéziumion-akkumulátor
      • 2.1.5. A lítium–levegő akkumulátor (Li–O2)
  • chevron_right3. Li-ion-akkumulátorcellák, modulok és akkumulátorcsomagok gyártása
    • chevron_right3.1. Az akkumulátorcellák gyártási folyamata
      • 3.1.1. A Li-ion-akkumulátorcellák gyártási folyamata
    • 3.2. A Li-ion-akkumulátormodul és -csomag összeszerelése
  • 4. Irodalom
• chevron_rightLi-ion-akkumulátorok biztonságtechnikája és akkumulátortesztelési eljárások
  • 1. Bevezetés
  • chevron_right2. A biztonságtechnika és a diagnosztika fontossága a Li-ion-akkumulátorok használata során
    • 2.1. A Li-ion-akkumulátorok veszélyei: rejtett és direkt kockázatok
    • 2.2. A diagnosztikai eljárások szerepe a megelőzésben és a hibák előrejelzésében
  • chevron_right3. Biztonságtechnikai kihívások és tönkremeneteli mechanizmusok a Li-ion-akkumulátorokban
    • 3.1. Nem energetikus tönkremenetel
    • 3.2. Energetikus tönkremenetel: Termikus megfutás (thermal runaway)
    • chevron_right3.3. Akkumulátorok külső védelme – akkumulátorfelügyeleti rendszer (BMS)
      • 3.3.1. Túláram-védelem
      • 3.3.2. Feszültségvédelem
      • 3.3.3. Hőmérséklet-védelem
      • 3.3.4. Kapacitásfigyelés
  • chevron_right4. Diagnosztikai eljárások és céljaik a Li-ion-biztonságtechnika szolgálatában
    • 4.1. Diagnosztikai tesztek és az alkalmazás célja
    • 4.2. Diagnosztikai vizsgálatok az állapotfelmérésben és a hibák előrejelzésében
    • 4.3. A biztonságtechnikai és diagnosztikai tesztek összefüggései
    • chevron_right4.4. Teszttípusok a diagnosztikában
      • 4.4.1. Elektrokémiai tesztek: kapacitásmérés, belső ellenállás mérése
      • 4.4.2. Klimatikus tesztek: hőkamrák, páratartalom és hőmérséklet-változások hatásának vizsgálata
      • 4.4.3. Abúzustesztek: extrém körülmények (például túlterhelés, rövidzárlat) szimulálása a valós kockázatok modellezéséhez
    • chevron_right4.5 Tesztberendezések és tesztkörnyezetek
      • 4.5.1. A tesztberendezések bemutatása
      • 4.5.2. Nemzetközi és ipari szabványok az akkumulátorok tesztelésére
  • chevron_right5. Összefoglalás
    • 5.1. Az akkumulátor-biztonságtechnika és a diagnosztikai eljárások jelentősége a megelőzés és az állapotfelmérés során
    • 5.2. Innovációk és kutatási irányok a Li-ion-akkumulátorok biztonságtechnikai fejlődésében
    • 5.3. A fejezetben használt rövidítések
  • 6. Irodalom
• chevron_rightAkkumulátorfelügyeleti rendszerek (BMS) és akkumulátordiagnosztika
  • chevron_right1. Akkumulátorfelügyeleti rendszerek (BMS)
    • 1.1. Az akkumulátorfelügyeleti rendszer (BMS) elemei
    • 1.2. Akkumulátormodulok
    • 1.3. A BMS-rendszerek evolúciója
  • chevron_right2. Az akkumulátorrendszerek diagnosztikája
    • 2.1. Új akkumulátorok és egyéb termékekkel kapcsolatos vizsgálati szabványok
    • 2.2. Az akkumulátorok szabványok szerinti vizsgálatához kapcsolódó fontosabb szabványok és vizsgálatok
    • 2.3. Használt akkumulátorok vizsgálata – UL 1974 szabvány szerinti folyamatok
    • 2.4. Akkumulátorok anyagtudományi vizsgálatai
  • chevron_right3. Akkumulátordiagnosztikai esettanulmányok
    • 3.1. Akkumulátorok szétszerelése
    • 3.2. Akkumulátorok gyorstesztjei
    • 3.3. Akkumulátormodulok vizsgálata
    • 3.4. Néhány praktika
  • 4. Irodalom
• chevron_rightLi-ion-akkumulátorok újrahasznosítási technológiái
  • 1. Bevezetés
  • chevron_right2. A Li-ion-akkumulátorok anyagi jellemzői
    • 2.1. Az anyagi visszajáratás lehetősége és igénye
    • 2.2. A működő Li-ion-akkumulátorok fő anyagi alkotói
  • chevron_right3. Az értékes fémek kinyerése
    • 3.1. A nyersanyag előkészítése a hidrometallurgiai feldolgozásra
    • chevron_right3.2. A black mass feldolgozása
      • 3.2.1. Kioldás
      • 3.2.2. Ionelválasztás, fémkinyerés vegyület alakban precipitációval
      • 3.2.3. Ionelválasztás oldószeres extrakcióval
      • 3.2.4. Ionelválasztás komplex ioncserés technikával
    • 3.3. A Li-ion-akkumulátorok teljes feldolgozási módszerei
  • 4. Irodalom

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 126 9

A kötet átfogó, horizontális tematikával vezeti be az olvasót az akkumulátor értéklánc teljes spektrumába: bemutatja a villamosenergia-piac működését, a telepített energiatárolási megoldásokat, az akkumulátorok járműipari alkalmazása terén az alternatív hajtásláncok felépítését és kulcskomponenseit, valamint részletesen tárgyalja a Li-ion akkumulátorok felépítését, működését, gyártástechnológiáját és a legfrissebb fejlesztési irányokat. Áttekintést nyújt továbbá az akkumulátorok biztonságtechnikájáról, diagnosztikai eljárásairól és az újrahasznosítás legfontosabb szempontjairól. Az olvasó átfogó képet kaphat az elektrokémiai energiatárolás technológiai hátteréről, a mobilitási és telepített tárolási megoldások térnyeréséről, az akkumulátoripar hazai és globális fejlődési irányairól, valamint az ezekhez kapcsolódó lehetőségekről, kihívásokról és szabályozási kérdésekről. A kötet az akkumulátorgyártás alaplépéseitől a jármű- és energiarendszer-integrációig, a töltőinfrastruktúrától a biztonságtechnikai, gazdasági és jogi aspektusokig számos kapcsolódó területet is tárgyal. Hasznos olvasmány lehet gépész-, villamos- és vegyipari mérnökök, mechatronikai és gazdasági szakemberek, autóipari és energiaipari szereplők, valamint a közszféra és az oktatás területén dolgozók számára – de mindazoknak is, akik naprakész, rendszerszintű tudást keresnek az energiatárolás és az elektromobilitás dinamikusan fejlődő világában. A kötet elkészítését a Magyar Akkumulátor Szövetség támogatta.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kun-energiatarolasi-es-akkumulatoripari-alapismeretek//