Galvanisk element

Elektriske batterier

Et elektrisk batteri er en komponent som har en lagret energi i kjemisk form, og som kan avgi den i elektrisk form.

Et batteri frigjør energien sin ved hjelp av en redoksreaksjon. Spenningen avhenger av energien som frigjøres i denne reaksjonen. For å lagre mest mulig energi, er det gunstig å bruke to stoffer som står lengst mulig unna hverandre i spenningsrekka. Denne spenningsrekka kan du se på bilde under.

Den elektriske spenningen blir summen av oksidasjonspotensialet til stoffet som oksideres og reduksjonspotensialet til stoffet som reduseres.

Hovedsakelig har vi to celler, primær- og sekundærceller. Primærcellene kan ikke lades opp igjen når de er utladet, og pleier oftest å ha høyere kapasitet og spenning enn sekundærbatterier. Væskefylte celler kalles våtceller eller våtbatterier, mens de vanligste er tørrbatterier der elektrolytten er sugd opp av et nøytralt stoff og er i grøtform.

Et batteri eller en celle karakteriseres fysisk ved den elektriske spenningen mellom polene (tilkoplingene) og hvor mye energi som lagres når det er fullt (sekundærcelle) eller nytt (primærcelle). Spenning måles i volt, V og energien angis oftest i ampere- timer, Ah. Multiplisert med spenningen blir kapasiteten målt i watt-timer, Wh, som er den egentlige energibeskrivelsen.

Jeg tenkte jeg skulle skrive litt om fire forskjellige batterier

§                     Pb – Blybatterier

§                     NiCd – Nikkel-kadmium

§                     NiMh – Nikkel-metallhydrid

§                     Litium-ion

Pb – Blybatterier

Blybatterier er robuste og hovedsakelig brukt til motorstart for kjøretøy som bil, båt, fly og motorsykkel.

I forbrukerelektronikk som bærbare datamaskiner og mobiltelefoner, er litium-ion-batterier nesten enerådende på grunn av høy kapasitet og lav vekt. Disse batteriene er ømfintlige for feil behandling og inkluderer derfor elektronisk intelligens i batteripakken eller laderen for å overvåke og kontrollere ladning og utladning. Feil behandling kan medføre intern kortslutning med ekstrem hurtig utladning i form av varme. Dette kan i verste fall utløse brann eller eksplosjon.

Blybatterier bruker flytende svovelsyre som elektrolytt, og er dermed det eneste batteriet der elektrolytten er en separat komponent. Ladningstilstanden til et batteri kan anslås ved hjelp av en såkalt syremåler, som er et hydrometer, hvis batteriet er utstyrt med skrukorker for hver celle. Elektrolyttens egenvekt påvirkes av ladetilstanden. 

Nikkel Kadmium – NiCd

Nikkel-kadmium-celler ble svært populære da de først ble tilgjengelige. De kunne gjenlades og kjemien var kapslet som hos primærceller. Dette gjorde dem velegnet for bruk i mobiltelefoner siden lading er billigere enn nykjøp. NiCd-batterier har kalilut som elektrolytt, og har en cellespenning på 1,2 V. NiCd celler plages av spenningsdepresjon om de gjentatte ganger overlades. Den såkalte minneeffekten som gjør at de mister kapasitet når de lades uten å være helt utladet først, er fullstendig ubegrunnet. NiCd batteriet har derimot godt av kladdlading - såfremt det ikke overlades hver gang. Dette er ofte tilfellet med billige celler og/eller billige ladere.

Nikkelmetallhydrid – NiMh

Nikkel-metallhydridbatteriene kom i kjølvannet av NiCd, og har også en cellespenning på 1,2 V. Det har ikke en uttalt memoryeffekt, men er kresen på god behandling ved lading og utlading for langt liv. Kapasiteten er langt høyere enn for NiCd for samme størrelse. I kulde avtar kapasiteten vesentlig.

Litium-ion

Disse batteriene, ofte kalt LiIon-batterier, er ofte brukt i moderne elektronikk. Cellespenningen er hele 3,7 V, avhengig av type. Litium-ion-batteriet er oppadbart. Batteri typen er følsomme for feil behandling, det er en ikke ubetydelig fare for brann om batteriene feilbehandles. En brann i en LiIon celle kan i praksis ikke slukkes, da cellen inneholder både oksidasjons middel og sterkt brennbar elektrolytt. Store mengder vann eller annen ikke brennbar veske, er eneste virksomme middel. Det slukker ikke den cellen som brenner men brannen hindres i å spre seg ved at de øvrige cellene i et batteri ikke blir så varme at de antenner.

Det meldes til stadighet om at forskjellige firmaer har/er i ferd med å utvikle LiIon batterier som har en levetid på 10 tusenvis av sykler. Det er helt riktig at det forskes på dette men ennå er ingen produkter kommersialisert.

Dette er et eksempel på litium-ion-batteri og som du kan se, brukes det blant annet i mobiler.

Gjort sammen med Emilie

Korrosjon

Korrosjon

Etter som vi har fått i oppgave på skolen å skrive litt om de forskjellige korrosjonstypene, er det nettopp det jeg har gjort. 

De typene jeg skal skrive litt om er: 

1. Generell korrosjon

2. Groptæring/pitting

3. Galvanisk korrosjon

4. "Søt" korrosjon

5. "Sur" korrosjon

6. Høytemperaturkorrosjon

7. Erosjonskorrosjon

8. Spaltekorrosjon 

9. Interkrystallisk korrosjon

10. Selektiv korrosjon

11. Spenningskorrosjon

12.Tør korrosjon

13. Våt korrosjon 

Hva er korrosjon? 

Korrosjon er det generelle navnet på fenomenet oksidasjon av metaller, og kan oppstå på metallene år de kommer i kontakt med vann. Korrosjon forbindes ofte med rust eller irr, men rust brukes egentlig bare når jern korroderer og irr når kobber korroderer. Korrosjon er et stort problem for blant annet offshoreindustrien. Ettersom metaller alltid søker tilbake til en lavere energitilstand vil korrosjonsproduktet være en blanding av oksider og salter fra orginalmetallet. 

De metallene med mest motstandsdyktighet mot korrosjon er titan og gull. Titan kan sammenliknes med det beste rustfritt stål, mens gull ikke blir påvirket av luft, vann eller syre, dette med unntak av fritt klor.

Grunnen til at korrosjon er farlig er at metallet mister sin harhet og duktighet. Duktighet er det samme som flytespenning. Senere kan stor korrosjon dessuten også føre til sprekker og store groper, som også kan føre til brudd i metaller og strukturer. 

Alminnelig/Generell korrosjon 

Dette er korrosjon på et metalls hele overflate under påvirkning av vær og vind. Korrosjonen av hele overflaten er jevn og kan uttrykkes i vekttap pr arealenhet og tidsenhet (g/m2h). For eksempel ei stålplate som står ute i vær og vind og på bilde under ser du hvordan denne type korrosjon kan se ut.

Groptæring/pitting

Dette er en slags punktkorrosjon som betyr at det er en slags korrosjonstype som gir korrosjon i små punkter på metallet. Denne type korrosjon er vanskelig å oppdage og kan også gi store skader, ettersom korrosjonen kan være stor inne i metallet, mens det på utsiden bare vil se ut som et lite hull.

Galvanisk korrosjon

Dette er en type korrosjon som oppstår når et edelt metall er i kontakt med et uedelt metall. Det edle metallet vil i dette tilfellet opptre som en katode, mens det uedle vil opptre som en anode. Denne korrosjonsformen kan motvirkes med at man maler det edleste metallet slik at katode/anode-effekten ikke oppstår. Det er også viktig at det edleste (katodiske) metallet ikke har mye større areal enn det uedleste(anodiske). Spenningsrekken avgjør hvilke metaller som er edle og uedle, og den ser du i bunn av dette innlegget. Et eksempel er at Sink er mindre edelt enn står og blir ofte brukt som anodisk beskyttelse(offeranode). Galvanisk korrosjon er altså kontakt mellom to metaller i en elektrolytt, og det er ofte den farligste formen for korrosjon i metallkonstruksjoner. Den forekommer altså når ulike metalldeler i en konstruksjon får ulik elektrokjemisk spenning. Et vanlig eksempel hvor denne type korrosjon oppstår er når messingdeler er i kontakt med varmtvannsrør i et hus. 

For å hindre denne type korrosjon kan du:

• Unngå sammenkopling av ulike metall.
• Isolere.
• Unngå fuktighet.

"Søt" korrosjon

Denne type korrosjon oppstår av CO2-gass i for eksempel olje/gass-rør. 

"Sur" korrosjon

Denne type korrosjon oppstår av H2O-gass i for eksempel olje/gass-rør. 

Høytempereaturkorrosjon

Korrosjon som oppstår i forbrenningsanlegg ved kombinasjon av høy temperatur og klor. Oksidet legger seg oppå som et belegg. Innsiden blir da spart, og et skall av oksider blir dannet.

Erosjonskorrosjon

Denne type korrosjon oppstår som regel når det oppstår bevegelse mellom metall og korrosjons-mediet. I ekstreme tilfeller kan for eksempel faste bestanddeler i en væske rive ut partikler fra selve metallet og gi plastisk deformasjon på metalloverflata, og metallet kan da enda bli mer aktivt. Resultatene er ofte grøfter eller groper med et mønster bestemt av strømretningen og lokale strømningsforhold. Spesielt utsatt for denne type korrosjon er rør, pumper, dyser, ventiler osv. 

Spaltekorrosjon

Spaltekorrosjon oppstår i rustbestandig stål i trange spalter hvor det ikke er tilgang til oksygen. Denne mangelen å oksygen fører til at det rustbestandige stålet ikke får bygget opp oksygenhinnen og dermed korriderer. 

Interkrystallisk korrosjon

Denne type korrosjon er lokalisert angrep på eller ved korngrensene med reaktivt lite angrep på overflata ellers. Dette er spesielt farlig fordi sammenhengen mellom korna kan bli så dårlig at strekkkrefter ikke kan overføres, materialets seighet blir sterkt nedsatt på et relativt tidlig tidspunkt, og brudd kan oppstå uten forvarsel. Kan likne på spenningskorrosjon, men skjer kun i legeringer der det ene legeringselementet vaskes vekk. De mest utsatte materialene er rustfrie stål, nikkellegeringer, aluminium-legeringer, kopperlegeringer og støpte sink-legeringer.

Selektiv korrosjon

Selektiv korrosjon oppstår i legeringer der metallene har ulik edelhet. Det fører til at det minst edle metallet tæres ut. En får da et porøst material med liten styrke og svært dårlig duktighet.

Spenningskorrosjon

Denne korrosjonen blir definert som sprekkdannelser som følge av statiske strekkspenninger og korrosjon. Strekkspenningene kan ofte skyldes ytre belastning , sentrifugalkrefter eller temperaturvariasjoner, men kan også oppstå som følge av indre spenninger som kan kommer fra kaldbearbeiding, sveising eller varmebehandling. 

Tørr korrosjon

Denne type korrosjon kalles også atmosfærisk korrosjon, og det vil si at metallet ikke har direkte kontakt med en væske. Det vil likevel dannes væskefilmer på overflaten slik at ioner kan dannes og videre inngå i korrosjonsprodukter. 

Våt korrosjon

For at våt korrosjon skal oppstå, er metallet i et væskemiljø. Der kan ioner lett ledes til og fra overflaten til metallet. Hastigheten til denne type korrosjon er som regel mye høyere enn annen type korrosjon. 

Hvordan motvirke korrosjon: 

Det finnes flere forskjellige måter du kan motvirke korrosjon og flere ting du kan tenke på for å hindre det. Noen eksempler er: 

• Design - Unngå store katodeoverflater for å motvirke galvanisk korrosjon.
• Materialvalg - Tilpasse materialet til omgivelsene det skal benyttes i.
• Miljø - Dersom det er mulig å styre miljøfaktorer som temperatur, konenstrasjoner og fluidhastighet kan dette minke korrosjonsfaren. Det kan også være aktuelt å tilsette en inhibitor, som eliminerer aktive partikler i løsningen.
• Overflatebehandling - Fysisk barriere mot korrosjon, oftest brukt er maling. 
• Katodisk beskyttelse - Stoppe anodereaksjonen ved å mate katodereaksjonen med elektroner fra en annen kilde. Tre eksempler er brukt av offeranode(gjerne av det uedle metallet sink), galvanisering eller å sette på en ytre spenning som er høyere enn potensialet mellom de to metallene.

Utydypelser:

• katodisk beskyttelse, metode for korrosjonsvern av metaller. Metallet fungerer som katode i en strømkrets der spenningen oftest oppstår ved kontakt med en såkalt offeranode, som monteres på konstruksjonen som skal beskyttes. Offeranoden består av et uedlere metall og går langsomt i oppløsning ved levering av strøm. Spenningen kan også påtrykkes fra en separat kilde via en inaktiv anode, som ikke forbrukes.

Metoden brukes vanligvis for stål i kontakt med sjøvann, men kan også brukes for andre metaller og elektrolytter. Katodisk beskyttelse av skip, rørledninger og konstruksjoner i  sjøvann foregår ofte med offeranoder som inneholder sink, aluminium eller magnesium.

• Anodisk beskyttelse. (til anode), en form for korrosjonsvern, der den konstruksjonsdel som skal beskyttes, forbindes med den positive pol av en ytre spenningskilde, mens den negative pol tilkobles en plate, stang el.l. som er neddykket i den samme væske som konstruksjonsdelen og som dermed kan fungere som katode. For visse materialer, deriblant mange typer stål, vil det under disse forhold bygges opp et tynt, tett lag av metalloksider på overflaten av vedkommende konstruksjonsdel, et lag som beskytter delen mot fortsatt korrosjon. Systemet virker ikke når væsken inneholder halogenioner, f.eks. virker den ikke i sjøvann.
  Anodisk beskyttelse blir benyttet i kjemisk industri. Kjente eksempler er beskyttelse av beholdere av rustfritt stål som inneholder varm svovelsyre, og cellulosekokere av lavlegert stål for sulfatlut. 

Spenningsrekka

Mye av informasjonen er hentet fra http://no.wikipedia.org/wiki/Korrosjon

Gjort sammen med Emilie