- Будівництво свинцево-кислотної батареї
- Працює свинцево-кислотна батарея
- Зарядка свинцево-кислотної батареї
- Розрядка свинцево-кислотної батареї
- Фактор ризику та електричні рейтинги
- Правила обслуговування свинцево-кислотних акумуляторів
Майже кожен портативний та портативний пристрій складається з батареї. Акумулятор є запам'ятовуючим пристроєм, в якому зберігається енергія для забезпечення живлення, коли це необхідно. У цьому сучасному світі електроніки доступні різні типи акумуляторів, серед яких свинцево- кислотні акумулятори зазвичай використовуються для високого живлення. Зазвичай свинцево-кислотні акумулятори мають більші розміри при жорсткій та важкій конструкції, вони можуть зберігати велику кількість енергії та зазвичай використовуються в автомобілях та інверторах.
Навіть після конкуренції з літій-іонними акумуляторами, попит на свинцево-кислотні акумулятори з кожним днем зростає, оскільки вони дешевші та простіші у використанні в порівнянні з літій-іонними акумуляторами. Згідно з деякими дослідженнями ринку, прогнозується, що ринок свинцево-кислотних батарей в Індії зросте за показника CAGR понад 9% протягом 2018-24 років. Отже, він має величезний ринковий попит на автоматизацію, автомобільну промисловість та побутову електроніку. Хоча більша частина електричного автомобіля постачається з літій-іонними акумуляторами, але все одно є багато електричних двоколісних коліс, які використовують свинцево-кислотні батареї для живлення автомобіля.
У попередньому підручнику ми дізналися про літій-іонні акумулятори, тут ми розберемося з роботою, конструкцією та застосуванням свинцево-кислотних батарей. Ми також дізнаємося про номінали зарядки / розрядки, вимоги та безпеку свинцево-кислотних акумуляторів.
Будівництво свинцево-кислотної батареї
Що таке свинцево-кислотна батарея? Якщо ми порушимо назву свинцево-кислотної батареї, ми отримаємо свинцеву, кислотну та акумуляторну батареї. Свинець - хімічний елемент (символ Pb, атомний номер - 82). Це м’який і податливий елемент. Ми знаємо, що таке кислота; він може віддавати протон або приймати електронну пару, коли він реагує. Отже, акумулятор, який складається із свинцю та безводної пламбінової кислоти (іноді помилково називається пероксидом свинцю), називається свинцево-кислотною батареєю.
Тепер, що внутрішня конструкція?
Свинцево-кислотна батарея складається з наступних речей, ми бачимо це на зображенні нижче:
Свинцево-кислотна батарея складається з пластин, сепаратора та електроліту, твердого пластику з твердим гумовим корпусом.
У батареях пластини бувають двох типів, позитивні та негативні. Позитивний складається з діоксиду свинцю, а негативний - з губчастого свинцю. Ці дві плити розділені за допомогою сепаратора, який є ізолюючим матеріалом. Ця повна конструкція зберігається у твердому пластиковому футлярі з електролітом. Електроліту є вода і сірчана кислота.
Твердий пластиковий футляр - це одна комірка. Зберігання однієї комірки зазвичай становить 2,1 В. З цієї причини свинцево-кислотна батарея 12 В складається з 6 комірок і забезпечує 6 х 2,1 В / комірка = 12,6 В.
Тепер, яка ємність накопичувача заряду?
Це дуже залежить від активного матеріалу (кількості електроліту) та розміру пластини. Можливо, ви вже бачили, що ємність літієвої батареї описується в мАг або міліампер-годині, але у випадку свинцево-кислотної батареї це Amp година. Ми опишемо це в наступному розділі.
Працює свинцево-кислотна батарея
Робота свинцево-кислотної батареї полягає в хімії, і дуже цікаво знати про неї. Існує величезний хімічний процес, який бере участь у заряді та розряді свинцево-кислотної батареї. Розбавлені молекули сірчаної кислоти H 2 SO 4 при розчиненні кислоти розпадаються на дві частини. Це створить позитивні іони 2H + і негативні іони SO 4 -. Як ми вже говорили раніше, два електроди з'єднані як пластини, анод і катод. Анод вловлює негативні іони, а катод притягує позитивні іони. Це зв’язок в аноді і SO 4 - і катоді з 2H + обмінними електронами, який в подальшому реагує з H2O або водою (розведена сірчана кислота, сірчана кислота + вода).
Акумулятор має два стани хімічної реакції - зарядження та розрядження.
Зарядка свинцево-кислотної батареї
Як ми знаємо, щоб зарядити акумулятор, нам потрібно забезпечити напругу, більшу за напругу на клем. Тож для зарядки акумулятора 12,6 В можна застосувати 13 В.
Але що насправді відбувається, коли ми заряджаємо свинцево-кислотний акумулятор?
Ну, ті самі хімічні реакції, які ми описали раніше. Зокрема, коли акумулятор підключений до зарядного пристрою, молекули сірчаної кислоти розпадаються на два іони, позитивні іони 2H + і негативні іони SO 4 -. Водень обмінюється електронами з катодом і стає воднем, цей водень реагує з PbSO 4 на катоді і утворює Сірчану кислоту (H 2 SO 4) та Свинець (Pb). З іншого боку, SO 4 - обмінюється електронами з анодом і стає радикалом SO 4. Цей SO 4 реагує з PbSO 4 анода і утворює пероксид свинцю PbO 2 і сірчану кислоту (H 2 SO 4). Енергія накопичується за рахунок збільшення сили тяжіння сірчаної кислоти та збільшення потенційної напруги клітини.
Як пояснювалося вище, наступні хімічні реакції відбуваються на аноді та катоді під час процесу зарядки.
На катоді
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
На аноді
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Поєднуючи вище двох рівнянь, загальна хімічна реакція буде
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Існують різні способи заряджання свинцево-кислотної батареї. Кожен метод може бути використаний для конкретних свинцево-кислотних акумуляторів для конкретних застосувань. Деякі додатки використовують метод зарядки з постійною напругою, інші застосовують метод постійного струму, тоді як заряджання від лоскоту також корисно в деяких випадках. Зазвичай виробник акумуляторів забезпечує належний спосіб зарядки конкретних свинцево-кислотних акумуляторів. Зарядка постійним струмом зазвичай не використовується при заряджанні свинцево-кислотною батареєю.
Найбільш поширеним способом зарядки, який використовується у свинцево-кислотних акумуляторах, є метод зарядки з постійною напругою, який є ефективним процесом з точки зору часу зарядки. У повному циклі заряду напруга заряду залишається постійною, і сила струму поступово зменшується зі збільшенням рівня заряду акумулятора.
Розрядка свинцево-кислотної батареї
Розряд свинцево-кислотної батареї знову пов'язаний з хімічними реакціями. Сірчана кислота знаходиться у розведеному вигляді із типовим співвідношенням 3: 1 з водою та сірчаною кислотою. Коли навантаження з'єднані між пластинами, сірчана кислота знову розпадається на позитивні іони 2H + і негативні іони SO 4. Іони водню реагують з PbO 2 і змушують PbO та воду H 2 O. PbO починає реагувати з H 2 SO 4 і створює PbSO 4 та H 2 O.
З іншого боку SO 4 - іони обмінюються електронами з Pb, створюючи радикал SO 4, який надалі створює PbSO 4, що реагує з Pb.
Як пояснювалося вище, наступні хімічні реакції відбуваються на аноді та катоді під час процесу скидання. Ці реакції прямо протилежні реакціям заряджання:
На катоді
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
На аноді:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Поєднуючи вище двох рівнянь, загальна хімічна реакція буде
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Через обмін електронами на аноді та катоді впливає баланс електронів на пластинах. Потім електрони протікають через навантаження, і акумулятор розряджається.
Під час цього розряду сила розрідженої сірчаної кислоти зменшується. Крім того, одночасно зменшується різниця потенціалів клітини.
Фактор ризику та електричні рейтинги
Свинцево-кислотний акумулятор шкідливий, якщо не підтримується безпечно. Оскільки акумулятор генерує водень під час хімічного процесу, він дуже небезпечний, якщо його не використовувати у провітрюваному приміщенні. Крім того, неправильна зарядка сильно пошкоджує акумулятор.
Які стандартні рейтинги свинцево-кислотних акумуляторів?
Кожна свинцево-кислотна батарея забезпечена таблицею даних про стандартний струм заряду та струм розряду. Зазвичай 12В свинцево-кислотний акумулятор, який застосовується для автомобілів, може варіюватися від 100Ah до 350Ah. Цей рейтинг визначається як рейтинг розряду з 8-годинним періодом часу.
Наприклад, акумулятор на 160 Агод може забезпечити струм живлення 20 А навантаження протягом 8 годин інтервалу. Ми можемо залучати більше струму, але робити це небажано. Якщо набирати більше струму, ніж максимальний струм розряду, протягом 8 годин, це погіршить ефективність роботи акумулятора, і внутрішній опір батареї також може бути змінений, що ще більше підвищує температуру батареї.
З іншого боку, під час фази зарядки ми повинні бути обережними щодо полярності зарядного пристрою, він повинен бути належним чином пов’язаний з полярністю акумулятора. Зворотна полярність небезпечна для зарядки свинцево-кислотних акумуляторів. Готовий зарядний пристрій постачається із зарядною напругою та лічильником струму зарядки з опцією управління. Для заряджання акумулятора ми повинні забезпечити більшу напругу, ніж напруга акумулятора. Максимальний струм заряду повинен бути таким самим, як і максимальний струм живлення при 8-годинній швидкості розрядки. Якщо взяти той самий приклад 12 В 160Ah, то максимальний струм живлення дорівнює 20 A, отже, максимально безпечним струмом зарядки є 20 A.
Не слід збільшувати або забезпечувати великий струм зарядки, оскільки це призведе до нагрівання та збільшення вироблення газу.
Правила обслуговування свинцево-кислотних акумуляторів
- Полив - це найбільш занедбана особливість обслуговування затоплених свинцево-кислотних акумуляторів. Оскільки перезарядка зменшує кількість води, нам потрібно її часто перевіряти. Менше води створює окислення в пластинах і зменшує термін служби акумулятора. За потреби додайте дистильовану або іонізовану воду.
- Перевірте вентиляційні отвори, їх потрібно вдосконалити за допомогою гумових ковпачків, часто гумові ковпачки приклеюються до отворів занадто щільно.
- Заряджайте свинцево-кислотні акумулятори після кожного використання. Тривалий період без підзарядки забезпечує сульфатування пластин.
- Не заморожуйте акумулятор і не заряджайте його більше 49 градусів за Цельсієм. У холодному навколишньому середовищі батареї потрібно повністю заряджати, оскільки повністю заряджені батареї безпечніші, ніж порожні батареї щодо замерзання.
- Не розряджайте акумулятор глибоко менше 1,7 В на елемент.
- Щоб зберігати свинцево-кислотний акумулятор, його потрібно повністю зарядити, а потім злити електроліт. Тоді акумулятор стане сухим і може зберігатися протягом тривалого періоду часу.