- Budowa akumulatora kwasowo-ołowiowego
- Działanie akumulatora kwasowo-ołowiowego
- Ładowanie akumulatorów kwasowo-ołowiowych
- Rozładowywanie akumulatora kwasowo-ołowiowego
- Czynnik ryzyka i oceny elektryczne
- Zasady konserwacji akumulatorów kwasowo-ołowiowych
Prawie każde urządzenie przenośne i podręczne składa się z baterii. Akumulator to urządzenie magazynujące, w którym przechowywana jest energia, aby zapewnić energię w razie potrzeby. Istnieją różne rodzaje baterii dostępnych w tej nowoczesnej elektroniki świata, wśród nich Główny kwasowe są powszechnie stosowane do zasilania dużej mocy. Zwykle akumulatory kwasowo-ołowiowe są większe i mają twardą i ciężką konstrukcję, mogą przechowywać duże ilości energii i są powszechnie stosowane w samochodach i falownikach.
Nawet po zdobyciu konkurencji z akumulatorami litowo-jonowymi, zapotrzebowanie na akumulatory kwasowo-ołowiowe rośnie z dnia na dzień, ponieważ są one tańsze i łatwiejsze w obsłudze w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi. Jak wynika z niektórych badań rynkowych, przewiduje się, że rynek akumulatorów kwasowo-ołowiowych w Indiach wzrośnie o ponad 9% w latach 2018-24. Ma więc ogromne zapotrzebowanie na rynku w dziedzinie automatyki, motoryzacji i elektroniki użytkowej. Chociaż większość pojazdów elektrycznych jest wyposażona w akumulatory litowo-jonowe, nadal istnieje wiele elektrycznych pojazdów dwukołowych, które wykorzystują akumulatory kwasowo-ołowiowe do zasilania pojazdu.
W poprzednim samouczku dowiedzieliśmy się o akumulatorach litowo-jonowych, tutaj zrozumiemy działanie, konstrukcję i zastosowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Dowiemy się również o parametrach ładowania / rozładowania, wymaganiach i bezpieczeństwie akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Budowa akumulatora kwasowo-ołowiowego
Co to jest akumulator kwasowo-ołowiowy? Jeśli złamiemy nazwę Akumulator kwasowo-ołowiowy, otrzymamy ołów, kwas i akumulator. Ołów jest pierwiastkiem chemicznym (jego symbol to Pb, a liczba atomowa to 82). Jest to element miękki i plastyczny. Wiemy, czym jest kwas; może przekazać proton lub przyjąć parę elektronów podczas reakcji. Tak więc akumulator, który składa się z ołowiu i bezwodnego kwasu hydraulicznego (czasami błędnie nazywanego nadtlenkiem ołowiu), nazywany jest akumulatorem kwasowo-ołowiowym.
Teraz, co jest budowa wewnętrzna?
Bateria kwasowo-ołowiowa składa się z następujących rzeczy, które możemy zobaczyć na poniższym obrazku:
Akumulator kwasowo-ołowiowy składa się z płytek, separatora i elektrolitu, twardego plastiku z twardą gumową obudową.
W akumulatorach płytki są dwojakiego rodzaju, dodatnie i ujemne. Pozytywny składa się z dwutlenku ołowiu, a ujemny z ołowiu. Te dwie płyty są oddzielane za pomocą separatora, który jest materiałem izolacyjnym. Ta cała konstrukcja jest przechowywana w twardej plastikowej obudowie z elektrolitem. Elektrolit jest wody i kwasu siarkowego.
Twarda plastikowa obudowa to jedna komórka. Sklep z pojedynczą komórką zwykle 2,1 V. Z tego powodu akumulator kwasowo-ołowiowy 12 V składa się z 6 ogniw i zwykle zapewnia 6 x 2,1 V / ogniwo = 12,6 V.
Jaka jest teraz pojemność przechowywania ładunku?
Jest wysoce zależny od materiału aktywnego (ilość elektrolitu) i rozmiaru płytki. Być może zauważyłeś, że pojemność baterii litowej jest opisywana w mAh lub miliamperogodzinach, ale w przypadku baterii kwasowo-ołowiowej jest to amperogodzina. Opiszemy to w dalszej części.
Działanie akumulatora kwasowo-ołowiowego
Działanie akumulatora kwasowo-ołowiowego opiera się na chemii i warto o tym wiedzieć. W stan ładowania i rozładowania akumulatora kwasowo-ołowiowego zaangażowany jest ogromny proces chemiczny. Rozcieńczone cząsteczki kwasu siarkowego H 2 SO 4 rozpadają się na dwie części, gdy kwas się rozpuszcza. Stworzy jony dodatnie 2H + i jony ujemne SO 4 -. Jak powiedzieliśmy wcześniej, dwie elektrody są połączone jako płytki, anoda i katoda. Anoda wyłapuje jony ujemne, a katoda jony dodatnie. To wiązanie w anodzie i SO 4 - i katodzie z elektronami wymiennymi 2H +, które następnie reagują z H2O lub wodą (rozcieńczony kwas siarkowy, kwas siarkowy + woda).
Akumulator ma dwa stany reakcji chemicznej: Ładowanie i Rozładowywanie.
Ładowanie akumulatorów kwasowo-ołowiowych
Jak wiemy, aby naładować akumulator, musimy zapewnić napięcie większe niż napięcie na zaciskach. Aby naładować akumulator 12,6 V, można zastosować 13 V.
Ale co właściwie dzieje się, gdy ładujemy akumulator kwasowo-ołowiowy?
Cóż, te same reakcje chemiczne, które opisaliśmy wcześniej. W szczególności, gdy akumulator jest podłączony do ładowarki, cząsteczki kwasu siarkowego rozpadają się na dwa jony, jony dodatnie 2H + i jony ujemne SO 4 -. Elektrony wymieniające wodór z katodą stają się wodorem, wodór ten reaguje z PbSO 4 w katodzie i tworzy kwas siarkowy (H 2 SO 4) i ołów (Pb). Z drugiej strony SO 4 - zamienia elektrony z anodą i staje się rodnikiem SO 4. Ten SO 4 reaguje z PbSO 4 anody i tworzy nadtlenek ołowiu PbO 2 i kwas siarkowy (H 2 SO 4). Energia jest magazynowana poprzez zwiększenie grawitacji kwasu siarkowego i zwiększenie napięcia potencjału ogniwa.
Jak wyjaśniono powyżej, podczas procesu ładowania na anodzie i katodzie zachodzą następujące reakcje chemiczne.
Na katodzie
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
Na anodzie
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Łącząc powyższe dwa równania, ogólna reakcja chemiczna będzie
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Istnieją różne metody ładowania akumulatora kwasowo-ołowiowego. Każda metoda może być używana do określonych akumulatorów kwasowo-ołowiowych do określonych zastosowań. Niektóre aplikacje używają metody ładowania stałonapięciowego, niektóre aplikacji używają metody stałego prądu, podczas gdy ładowanie łaskotek jest również przydatne w niektórych przypadkach. Zwykle producent akumulatorów zapewnia właściwą metodę ładowania określonych akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Ładowanie prądem stałym nie jest zwykle stosowane do ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Najpopularniejszą metodą ładowania stosowaną w akumulatorach kwasowo-ołowiowych jest metoda ładowania stałonapięciowego, która jest procesem efektywnym pod względem czasu ładowania. W pełnym cyklu ładowania napięcie ładowania pozostaje stałe, a prąd stopniowo maleje wraz ze wzrostem poziomu naładowania akumulatora.
Rozładowywanie akumulatora kwasowo-ołowiowego
Rozładowanie akumulatora kwasowo-ołowiowego ponownie wiąże się z reakcjami chemicznymi. Kwas siarkowy występuje w postaci rozcieńczonej, zwykle w stosunku 3: 1 z wodą i kwasem siarkowym. Kiedy obciążenia są połączone w poprzek płyt, kwas siarkowy ponownie rozpada się na jony dodatnie 2H + i jony ujemne SO 4. Jony wodoru reagują z PbO 2 i powodują, że PbO i woda H 2 O. PbO zaczyna reagować z H 2 SO 4 i tworzy PbSO 4 i H 2 O.
Z drugiej strony jony SO 4 - wymieniają elektrony z Pb, tworząc rodnik SO 4, który dalej tworzy PbSO 4 reagujący z Pb.
Jak wyjaśniono powyżej, następujące reakcje chemiczne zachodzą na anodzie i katodzie podczas procesu rozładowywania. Te reakcje są dokładnie odwrotne do reakcji ładowania:
Na katodzie
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
Na anodzie:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Łącząc powyższe dwa równania, ogólna reakcja chemiczna będzie
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2 PbSO 4 + 2H 2 O
Ze względu na wymianę elektronów pomiędzy anodą i katodą, ma to wpływ na równowagę elektronów na płytach. Następnie elektrony przepływają przez ładunek i bateria zostaje rozładowana.
Podczas tego zrzutu grawitacja rozcieńczonego kwasu siarkowego spada. Jednocześnie zmniejsza się potencjalna różnica ogniwa.
Czynnik ryzyka i oceny elektryczne
Akumulator kwasowo-ołowiowy jest szkodliwy, jeśli nie jest bezpiecznie konserwowany. Ponieważ akumulator wytwarza wodór podczas procesu chemicznego, jest bardzo niebezpieczny, jeśli nie jest używany w wentylowanym pomieszczeniu. Niedokładne ładowanie powoduje również poważne uszkodzenie akumulatora.
Jakie są standardowe oceny akumulatorów kwasowo-ołowiowych?
Do każdego akumulatora kwasowo-ołowiowego dołączona jest karta katalogowa dotycząca standardowego prądu ładowania i prądu rozładowania. Zwykle akumulator kwasowo-ołowiowy 12 V, który ma zastosowanie w motoryzacji, może mieć zakres od 100 Ah do 350 Ah. Ta ocena jest zdefiniowana jako ocena rozładowania z 8-godzinnym okresem czasu.
Na przykład akumulator o pojemności 160 Ah może dostarczać 20 A prądu zasilania do obciążenia przez 8 godzin okresu. Możemy czerpać więcej prądu, ale nie jest to wskazane. Pobór prądu wyższego niż maksymalny prąd rozładowania w ciągu 8 godzin spowoduje obniżenie wydajności akumulatora, a także może ulec zmianie rezystancja wewnętrzna akumulatora, co dodatkowo zwiększa jego temperaturę.
Z drugiej strony w fazie ładowania należy uważać na polaryzację ładowarki, należy ją odpowiednio połączyć z polaryzacją akumulatora. Odwrotna polaryzacja jest niebezpieczna przy ładowaniu akumulatora kwasowo-ołowiowego. Do gotowej ładowarki dołączony jest miernik napięcia i prądu ładowania z możliwością sterowania. Powinniśmy zapewnić większe napięcie niż napięcie akumulatora, aby naładować akumulator. Maksymalny prąd ładowania powinien być taki sam, jak maksymalny prąd zasilania przy 8-godzinnych szybkościach rozładowywania. Jeśli weźmiemy ten sam przykład 12V 160Ah, to maksymalny prąd zasilania wynosi 20A, więc maksymalny bezpieczny prąd ładowania to 20A.
Nie powinniśmy zwiększać ani zapewniać dużego prądu ładowania, ponieważ spowoduje to wydzielanie ciepła i zwiększone wytwarzanie gazu.
Zasady konserwacji akumulatorów kwasowo-ołowiowych
- Podlewanie jest najbardziej zaniedbywaną funkcją konserwacji zalanych akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Ponieważ nadmierne naładowanie zmniejsza ilość wody, musimy ją często sprawdzać. Mniej wody powoduje utlenianie w płytach i skraca żywotność baterii. W razie potrzeby dodaj wodę destylowaną lub jonizowaną.
- Sprawdź otwory wentylacyjne, muszą być udoskonalone gumowymi zaślepkami, często gumowe zaślepki przylegają do otworów zbyt ciasno.
- Akumulatory kwasowo-ołowiowe należy ładować po każdym użyciu. Długi okres bez doładowywania zapewnia zasiarczenie płyt.
- Nie zamrażaj baterii ani nie ładuj jej powyżej 49 stopni Celsjusza. W niskich temperaturach akumulatory muszą być w pełni naładowane, ponieważ w pełni naładowane akumulatory są bezpieczniejsze niż puste akumulatory pod względem zamarzania.
- Nie rozładowuj głęboko akumulatora mniejszym niż 1,7 V na ogniwo.
- Aby przechowywać akumulator kwasowo-ołowiowy, należy go całkowicie naładować, a następnie spuścić elektrolit. Wówczas bateria wyschnie i będzie można ją przechowywać przez długi czas.