- Construcția bateriei cu acid plumb
- Funcționarea bateriei cu plumb acid
- Încărcarea bateriei cu plumb acid
- Descărcarea bateriei cu plumb acid
- Factorul de risc și evaluările electrice
- Reguli de întreținere a bateriei plumb-acid
Aproape fiecare dispozitiv portabil și portabil este format dintr-o baterie. Bateria este un dispozitiv de stocare în care energia este stocată pentru a furniza energie ori de câte ori este nevoie. Există diferite tipuri de baterii disponibile în această lume electronică modernă, printre care bateria cu plumb acid este utilizată în mod obișnuit pentru alimentarea cu energie electrică mare. De obicei, bateriile cu plumb acid au dimensiuni mai mari, cu construcții dure și grele, pot stoca cantități mari de energie și sunt utilizate în general în automobile și invertoare.
Chiar și după concurența cu bateriile Li-ion, cererea de baterii cu plumb acid crește de la o zi la alta, deoarece acestea sunt mai ieftine și mai ușor de manevrat în comparație cu bateriile Li-ion. Conform unor studii de piață, se preconizează că piața bateriilor cu plumb acid din India va crește la CAGR cu peste 9% în perioada 2018-24. Deci, are o cerere imensă pe piață în domeniul automatizării, automobilelor și electronice de larg consum. Deși cea mai mare parte a vehiculului electric este dotat cu baterii litiu-ion, dar totuși există multe roți electrice cu două roți care folosesc șuvițe cu acid de plumb pentru a alimenta vehiculul.
În tutorialul anterior am aflat despre bateriile litiu-ion, aici vom înțelege funcționarea , construcția și aplicațiile bateriilor cu plumb acid. De asemenea, vom afla despre evaluările de încărcare / descărcare, cerințele și siguranța bateriilor cu plumb acid.
Construcția bateriei cu acid plumb
Ce este o baterie cu acid de plumb? Dacă rupem numele de baterie plumb acid, vom obține plumb, acid și baterie. Plumbul este un element chimic (simbolul este Pb, iar numărul atomic este 82). Este un element moale și maleabil. Știm ce este acidul; poate dona un proton sau poate accepta o pereche de electroni când reacționează. Deci, o baterie, care constă din plumb și acid plumbic anhidru (uneori denumit în mod greșit sub formă de peroxid de plumb), se numește baterie cu acid de plumb.
Acum, care este construcția internă?
O baterie cu acid plumb constă din următoarele lucruri, o putem vedea în imaginea de mai jos:
O baterie cu acid de plumb este formată din plăci, separator și electrolit, din plastic dur, cu o carcasă din cauciuc dur.
În baterii, plăcile sunt de două tipuri, pozitive și negative. Cel pozitiv este format din dioxid de plumb, iar cel negativ este format din plumb burete. Aceste două plăci sunt separate folosind un separator care este un material izolator. Această construcție totală este păstrată într-o carcasă din plastic dur cu un electrolit. Electrolitul este apă și acid sulfuric.
Carcasa din plastic dur este o singură celulă. Un magazin cu o singură celulă de obicei 2.1V. Din acest motiv, o baterie de 12V plumb acid este formată din 6 celule și oferă în mod obișnuit 6 x 2,1V / celulă = 12,6V.
Acum, care este capacitatea de stocare a încărcăturii?
Este extrem de fiabil de materialul activ (cantitatea de electroliți) și de dimensiunea plăcii. Este posibil să fi văzut că capacitatea de stocare a bateriei cu litiu este descrisă în mAh sau miliamp-oră, dar în cazul bateriei cu plumb acid, este o oră Amp. Vom descrie acest lucru în secțiunea ulterioară.
Funcționarea bateriei cu plumb acid
Funcționarea bateriei cu plumb acid este totul despre chimie și este foarte interesant să știți despre aceasta. Există un proces chimic uriaș implicat în starea de încărcare și descărcare a bateriei cu plumb acid. Moleculele de acid sulfuric H 2 SO 4 diluate se rup în două părți când acidul se dizolvă. Se vor crea ioni pozitivi 2H + și ioni negativi SO 4 -. După cum am spus mai înainte, doi electrozi sunt conectați ca plăci, anod și catod. Anodul captează ionii negativi, iar catodul atrage ionii pozitivi. Această legătură în anod și SO 4 - și catod cu electroni de schimb 2H + și care reacționează în continuare cu H2O sau cu apa (acid sulfuric diluat, acid sulfuric + apă).
Bateria are două stări de reacție chimică, încărcare și descărcare.
Încărcarea bateriei cu plumb acid
După cum știm, pentru a încărca o baterie, trebuie să oferim o tensiune mai mare decât tensiunea terminală. Deci, pentru a încărca o baterie de 12,6V, se pot aplica 13V.
Dar ce se întâmplă de fapt atunci când încărcăm o baterie cu plumb?
Ei bine, aceleași reacții chimice pe care le-am descris mai înainte. Mai exact, atunci când bateria este conectată la încărcător, moleculele de acid sulfuric se rup în doi ioni, ioni pozitivi 2H + și ioni negativi SO 4 -. Electronii de schimb de hidrogen cu catod și devin hidrogen, hidrogenul reacționează cu PbSO 4 în catod și sub formă de acid sulfuric (H 2 SO 4) și plumb (Pb). Pe de altă parte, SO 4 - schimbă electroni cu anod și devin SO 4 radical. Acest SO 4 reacționează cu PbSO 4 de anod și creează peroxidul de plumb PbO 2 și acidul sulfuric (H 2 SO 4). Energia este stocată prin creșterea gravitației acidului sulfuric și creșterea tensiunii potențiale a celulei.
După cum sa explicat mai sus, următoarele reacții chimice au loc la anod și catod în timpul procesului de încărcare.
La catod
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
La anod
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Combinând peste două ecuații, reacția chimică globală va fi
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Există diferite metode aplicabile pentru încărcarea bateriei plumb-acid. Fiecare metodă poate fi utilizată pentru baterii specifice plumb-acid pentru aplicații specifice. Unele aplicații folosesc metoda de încărcare a tensiunii constante, unele aplicații utilizează o metodă de curent constant, în timp ce încărcarea prin gâdilare este utilă și în unele cazuri. În mod normal, producătorul de baterii oferă metoda adecvată de încărcare a bateriilor specifice plumb-acid. Încărcarea cu curent constant nu este de obicei utilizată la încărcarea bateriei cu plumb acid.
Cea mai obișnuită metodă de încărcare utilizată în bateria cu plumb acid este metoda de încărcare a tensiunii constante, care este un proces eficient în ceea ce privește timpul de încărcare. În ciclul complet de încărcare, tensiunea de încărcare rămâne constantă și curentul a scăzut treptat odată cu creșterea nivelului de încărcare a bateriei.
Descărcarea bateriei cu plumb acid
Descărcarea unei baterii cu plumb acid este din nou implicată în reacțiile chimice. Acidul sulfuric este sub formă diluată cu un raport tipic 3: 1 cu apă și acid sulfuric. Când încărcăturile sunt conectate pe plăci, acidul sulfuric se rupe din nou în ioni pozitivi 2H + și ioni negativi SO 4. Ionii de hidrogen reacționează cu PbO 2 și fac PbO și apă H 2 O. PbO începe să reacționeze cu H 2 SO 4 și creează PbSO 4 și H 2 O.
Pe de altă parte, SO 4 - ionii schimbă electroni din Pb, creând radical SO 4 care creează în continuare PbSO 4 care reacționează cu Pb.
După cum sa explicat mai sus, următoarele reacții chimice au loc la anod și catod în timpul procesului de descărcare. Aceste reacții sunt exact opuse reacțiilor de încărcare:
La catod
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
La anod:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Combinând peste două ecuații, reacția chimică globală va fi
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Datorită schimbului de electroni între anod și catod, echilibrul electronilor de pe plăci este afectat. Apoi, electronii curg prin sarcină și bateria se descarcă.
În timpul acestei descărcări, gravitația acidului sulfuric diluat scade. De asemenea, în același timp, diferența de potențial a celulei scade.
Factorul de risc și evaluările electrice
Bateria cu plumb acid este dăunătoare dacă nu este întreținută în siguranță. Deoarece bateria generează hidrogen gazos în timpul procesului chimic, este extrem de periculoasă dacă nu este utilizată în zona ventilată. De asemenea, încărcarea inexactă deteriorează grav bateria.
Care sunt evaluările standard ale bateriei cu acid plumb?
Fiecare baterie plumb-acid este furnizată cu fișă tehnică pentru curentul de încărcare standard și curentul de descărcare. De obicei, o baterie plumb-acid de 12V care este aplicabilă pentru aplicațiile auto ar putea varia de la 100Ah la 350Ah. Această evaluare este definită ca fiind rata de descărcare cu o perioadă de sincronizare de 8 ore.
De exemplu, o baterie de 160Ah ar putea furniza 20A curent de alimentare la încărcare timp de 8 ore din interval. Putem trage mai mult curent, dar nu este recomandabil să facem acest lucru. Dacă trageți mai mult curent decât curentul maxim de descărcare în ceea ce privește 8 ore, va afecta eficiența bateriei și rezistența internă a bateriei ar putea fi modificată, ceea ce crește și mai mult temperatura bateriei.
Pe de altă parte, în timpul fazei de încărcare, ar trebui să fim atenți la polaritatea încărcătorului, acesta ar trebui să fie conectat corespunzător la polaritatea bateriei. Polaritatea inversă este periculoasă pentru încărcarea bateriei plumb-acid. Încărcătorul readymade vine cu un contor de tensiune de încărcare și curent de încărcare cu opțiune de control. Ar trebui să oferim o tensiune mai mare decât tensiunea bateriei pentru a încărca bateria. Curentul maxim de încărcare trebuie să fie același cu curentul maxim de alimentare la tarifele de descărcare de 8 ore. Dacă luăm același exemplu de 12V 160Ah, atunci curentul maxim de alimentare este 20A, deci curentul maxim de încărcare sigură este 20A.
Nu ar trebui să creștem sau să furnizăm un curent mare de încărcare, deoarece acest lucru va duce la generarea de căldură și creșterea gazului.
Reguli de întreținere a bateriei plumb-acid
- Udarea este cea mai neglijată caracteristică de întreținere a bateriilor plumb-acid inundate. Deoarece supraîncărcarea scade apa, trebuie să o verificăm frecvent. Mai puțină apă creează oxidare în plăci și scade durata de viață a bateriei. Adăugați apă distilată sau ionizată atunci când este necesar.
- Verificați dacă orificiile de aerisire trebuie să fie perfecționate cu capace de cauciuc, de multe ori capace de cauciuc se lipesc cu găurile prea strânse.
- Reîncărcați bateriile plumb-acid după fiecare utilizare. O perioadă lungă fără reîncărcare asigură sulfatarea plăcilor.
- Nu înghețați bateria și nu o încărcați mai mult de 49 de grade Celsius. În medii reci, bateriile trebuie încărcate complet, deoarece încărcați complet bateriile mai sigure decât bateriile goale în ceea ce privește înghețarea.
- Nu descărcați profund bateria la mai puțin de 1,7 V pe celulă.
- Pentru a stoca o baterie cu plumb acid, trebuie încărcată complet, apoi electrolitul trebuie golit. Apoi bateria va deveni uscată și poate fi păstrată pentru o perioadă lungă de timp.