Оловна батерија: рад, израда и пуњење / пражњење

Готово сваки преносни и ручни уређај садржи батерију. Батерија је уређај за складиштење где се енергија складишти да би обезбедила напајање кад год је потребно. У овом модерном свету електронике доступне су различите врсте батерија, међу којима се оловно- киселинска батерија обично користи за високо напајање. Обично су оловне батерије веће величине са тврдом и тешком конструкцијом, могу да ускладиште велику количину енергије и обично се користе у аутомобилима и инвертерима.

Чак и након конкуренције са литијум-јонским батеријама, потражња за оловним батеријама се повећава из дана у дан, јер су јефтиније и њима се лако рукује у поређењу са ли-јонским батеријама. Према неким истраживањима тржишта, тржиште индијских оловних батерија предвиђа се да ће порасти на ЦАГР од преко 9% током 2018-24. Дакле, има огромну потражњу на тржишту аутоматизације, аутомобилске индустрије и потрошачке електронике. Иако већина електричног возила долази са литијум-јонским батеријама, али и даље постоји много електричних двоточкаша који користе оловне киселине за напајање возила.

У претходном упутству сазнали смо о литијум-јонским батеријама, овде ћемо разумети рад, конструкцију и примену оловних батерија. Такође ћемо научити о оценама пуњења / пражњења, захтевима и сигурности оловних батерија.

Конструкција оловне киселине

Шта је оловна батерија? Ако разбијемо назив оловна киселина, добићемо оловну, киселинску и батеријску. Олово је хемијски елемент (симбол је Пб, а атомски број 82). То је мекан и кован елемент. Знамо шта је киселина; може да донира протон или прихвати електронски пар када реагује. Дакле, батерија, која се састоји од олова и безводне плумбинске киселине (понекад погрешно називане оловним пероксидом), назива се оловна киселина.

Сада, шта је унутрашња изградња?

Оловна киселина се састоји од следећих ствари, можемо је видети на доњој слици:

Оловна киселина се састоји од плоча, сепаратора и електролита, тврде пластике са кућиштем од тврде гуме.

У батеријама су плоче две врсте, позитивне и негативне. Позитивни се састоји од оловног диоксида, а негативни од сунђерастог олова. Ове две плоче су одвојене помоћу сепаратора који је изолациони материјал. Ова укупна конструкција чува се у тврдој пластичној кутији са електролитом. Електролит је вода и сумпорна киселина.

Тврдо пластично кућиште је једна ћелија. Продавница једне ћелије обично износи 2.1В. Из овог разлога, оловна батерија од 12 В састоји се од 6 ћелија и пружа 6 к 2,1 В / ћелија = 12,6 В.

Сад, колики је капацитет складиштења пуњења?

Веома зависи од активног материјала (количина електролита) и величине плоче. Можда сте видели да је капацитет складиштења литијумске батерије описан у мАх или миллиамп-сату, али у случају оловне батерије то је Амп сат. То ћемо описати у каснијем одељку.

Рад оловне киселинске батерије

Рад оловне батерије базира се на хемији и врло је занимљиво знати о њој. Постоје огромни хемијски процеси који су укључени у стање пуњења и пражњења оловне киселине. Разређени молекули сумпорне киселине Х ₂ СО _{4 се} распадају на два дела када се киселина раствара. Створиће позитивне јоне 2Х + и негативне јоне СО ₄ -. Као што смо раније рекли, две електроде су повезане као плоче, Анода и Катода. Анода хвата негативне јоне, а катода привлачи позитивне јоне. Ова веза у аноди и СО ₄ - и катоди са 2Х + замењује електроне и која даље реагује са Х2О или водом (разређена сумпорна киселина, сумпорна киселина + вода).

Батерија има два стања хемијске реакције, пуњење и пражњење.

Пуњење оловне киселине

Као што знамо, да бисмо напунили батерију, морамо да обезбедимо напон већи од напона на прикључку. Дакле, за пуњење 12,6В батерије може се применити 13В.

Али шта се заправо дешава када напунимо оловну батерију?

Па, исте хемијске реакције које смо раније описали. Конкретно, када је батерија повезана са пуњачем, молекули сумпорне киселине се распадају на два јона, позитивне јоне 2Х + и негативне јоне СО ₄ -. Водоник размењује електроне са катодом и постаје водоник, овај водоник реагује са ПбСО ₄ у катоди и формира сумпорну киселину (Х ₂ СО ₄) и олово (Пб). С друге стране, СО ₄ - размењује електроне са анодом и постаје радикални СО ₄. Овај СО ₄ реагује са ПбСО ₄ аноде и ствара оловни пероксид ПбО ₂ и сумпорну киселину (Х ₂ СО ₄). Енергија се складишти повећањем гравитације сумпорне киселине и повећањем потенцијалног напона ћелије.

Као што је горе објашњено, следеће аноде хемијске реакције се дешавају на аноди и катоди током процеса пуњења.

На катоди

ПбСО ₄ + 2е ^- => Пб + СО ₄ ^2-

На аноди

ПбСО ₄ + 2Х ₂ О => ПбО ₂ + СО ₄ ^2- + 4Х ^- + 2е ^-

Комбиновањем горње две једначине, укупна хемијска реакција ће бити

2ПбСО ₄ + 2Х ₂ О => ПбО ₂ + Пб + 2Х ₂ СО ₄

Постоје разне методе применљиве за пуњење оловних батерија. Свака метода се може користити за одређене оловне киселине за одређене примене. Неке апликације користе метод пуњења константним напоном, неке примењују метод константне струје, док је пуњење са голицањем такође корисно у неким случајевима. Обично произвођач батерија обезбеђује одговарајући начин пуњења одређених оловно-киселинских батерија. Пуњење сталном струјом обично се не користи у пуњењу оловним киселинама.

Најчешћи метод пуњења који се користи у оловној батерији је метод пуњења константним напоном који је ефикасан процес у погледу времена пуњења. У пуном циклусу пуњења напон пуњења остаје константан и струја се постепено смањивала са повећањем нивоа напуњености батерије.

Пражњење оловне киселине

Пражњење оловне киселине поново укључује хемијске реакције. Сумпорна киселина је у разблаженом облику у типичном омјеру 3: 1 са водом и сумпорном киселином. Када су оптерећења повезана преко плоча, сумпорна киселина се поново разбија на позитивне јоне 2Х + и негативне јоне СО ₄. Јони водоника реагују са ПБО ₂ и чине ПбО и вода Х ₂ О. ПбО почну реагује са Х ₂ СО ₄ и ствара ПбСО ₄ и Х ₂ О.

На другој страни СО ₄ - јони размењују електроне из Пб, стварајући радикал СО ₄ који даље ствара ПбСО _{4 који} реагује са Пб.

Као што је горе објашњено, следеће аноде хемијске реакције се одвијају на аноди и катоди током процеса пражњења. Ове реакције су потпуно супротне реакцијама пуњења:

На катоди

Пб + СО ₄ ^2- => ПбСО ₄ + 2е ^-

На аноди:

ПбО ₂ + СО ₄ ^2- + 4Х ^- + 2е ^- => ПбСО ₄ + 2Х ₂ О

Комбиновањем горње две једначине, укупна хемијска реакција ће бити

ПбО ₂ + Пб + 2Х ₂ СО ₄ => 2ПбСО ₄ + 2Х ₂ О

Због размене електрона преко аноде и катоде, утиче се на равнотежу електрона преко плоча. Електрони затим пролазе кроз терет и батерија се празни.

Током овог пражњења, гравитација разблажене сумпорне киселине опада. Такође, истовремено се смањује и потенцијална разлика ћелије.

Фактори ризика и електричне оцене

Оловна батерија је штетна ако се не одржава безбедно. Како батерија ствара гас водоника током хемијског процеса, врло је опасно ако се не користи у проветреном простору. Такође, нетачно пуњење озбиљно оштећује батерију.

Које су стандардне оцене оловних батерија?

Свака оловно-киселинска батерија је опремљена подацима о стандардној струји пуњења и пражњењу. Типично оловна батерија од 12 В која је применљива у аутомобилској индустрији може се кретати у распону од 100Ах до 350Ах. Овај ниво је дефинисан као ниво испуштања са временским периодом од 8 сати.

На пример, батерија од 160Ах може да обезбеди 20А струје напајања до оптерећења током 8 сати распона. Можемо цртати више струје, али није препоручљиво то чинити. Извлачењем више струје од максималне струје пражњења током 8 сати оштетиће се ефикасност батерије, а такође би се могао променити и унутрашњи отпор батерије, што додатно повећава температуру батерије.

С друге стране, током фазе пуњења, требали бисмо бити опрезни око поларитета пуњача, требало би да буде правилно повезан са поларитетом батерије. Обрнути поларитет је опасан за пуњење оловних батерија. Готов пуњач долази са напоном за пуњење и мерачем струје пуњења са опцијом управљања. Требали бисмо обезбедити већи напон од напона батерије за пуњење батерије. Максимална струја пуњења треба да буде иста као максимална струја напајања при 8-часовном пражњењу. Ако узмемо исти пример 12В 160Ах, тада је максимална струја напајања 20А, тако да је максимална безбедна струја пуњења 20А.

Не бисмо смели повећавати или обезбедити велику струју пуњења, јер ће то довести до топлине и повећаног стварања гаса.

Правила одржавања оловних батерија

1. Заливање је најзанемаренија карактеристика одржавања поплављених оловно-киселинских батерија. Како прекомерно пуњење смањује воду, морамо је често проверавати. Мање воде ствара оксидацију у плочама и смањује животни век батерије. По потреби додајте дестиловану или јонизовану воду.
2. Проверите да ли постоје отвори за одзрачивање, морају се усавршити гуменим капицама, често се гумене капице пречврсто залепе за рупе.
3. Напуните оловно-киселинске батерије након сваке употребе. Дуги период без поновног пуњења обезбеђује сулфацију у плочама.
4. Не замрзавајте батерију и не пуните је више од 49 степени Целзијуса. У хладном амбијенту батерије морају бити потпуно напуњене, јер су потпуно напуњене батерије сигурније од празних батерија у погледу смрзавања.
5. Немојте дубоко празнити батерију мање од 1,7 В по ћелији.
6. Да бисте чували оловну батерију, потребно ју је потпуно напунити, а затим је потребно испразнити електролит. Тада ће се батерија осушити и може се дуго складиштити.