- Konstrukcija svinčeve baterije
- Delovanje svinčeve baterije
- Polnjenje svinčeve baterije
- Praznjenje svinčeve baterije
- Faktor tveganja in električne ocene
- Pravila o vzdrževanju svinčeve baterije
Skoraj vse prenosne in ročne naprave imajo baterijo. Baterija je naprava za shranjevanje, v kateri se shranjuje energija, ki po potrebi zagotavlja napajanje. V tem sodobnem svetu elektronike so na voljo različne vrste baterij, med katerimi se svinčeve baterije običajno uporabljajo za visoko napajanje. Običajno so svinčeve baterije večje in trde konstrukcije, saj lahko shranijo veliko energije in se običajno uporabljajo v avtomobilih in pretvornikih.
Tudi po konkurenci z litij-ionskimi baterijami povpraševanje po svinčevih baterijah iz dneva v dan narašča, ker so cenejše in enostavnejše za uporabo v primerjavi z li-ionskimi baterijami. Po nekaterih tržnih raziskavah naj bi indijski trg svinčevih baterij v letih 2018–24 narasel pri več kot 9% CAGR. Torej ima veliko povpraševanje na trgu avtomatizacije, avtomobilizma in zabavne elektronike. Čeprav ima večina električnih vozil litij-ionske baterije, je še vedno veliko električnih dvokolesnikov, ki za pogon vozila uporabljajo svinčene kisline.
V prejšnji vadnici smo spoznali litij-ionske baterije, tukaj bomo razumeli delovanje , izdelavo in uporabo svinčevih baterij. Spoznali bomo tudi ocene polnjenja / praznjenja, zahteve in varnost svinčevih baterij.
Konstrukcija svinčeve baterije
Kaj je svinčena baterija? Če zlomimo ime svinčeve baterije, bomo dobili svinec, kislino in baterijo. Svinec je kemični element (simbol je Pb, atomsko število pa 82). Je mehak in voljen element. Vemo, kaj je kislina; lahko odzove proton ali sprejme elektronski par, ko reagira. Torej, baterija, ki jo sestavljata svinec in brezvodna plumbinska kislina (včasih napačno imenovana kot svinčev peroksid), se imenuje svinčena baterija.
Zdaj, kaj je notranja gradnja?
Svinčevo baterijo sestavljajo naslednje stvari, vidimo jo na spodnji sliki:
Svinčevo baterijo sestavljajo plošče, ločevalnik in elektrolit, trda plastika s trdo gumo.
V baterijah so plošče dveh vrst, pozitivne in negativne. Pozitivni je sestavljen iz svinčevega dioksida, negativni pa iz spužve svinca. Ti dve plošči sta ločeni z ločevalnikom, ki je izolacijski material. Ta celotna konstrukcija je shranjena v ohišju iz trde plastike z elektrolitom. Elektrolit je voda in žveplova kislina.
Ohišje iz trde plastike je ena celica. Trgovina z eno celico je običajno 2,1 V. Zaradi tega je 12V svinčena akumulatorska baterija sestavljena iz 6 celic in ima običajno 6 x 2,1 V / celico = 12,6 V.
Kolikšna je zdaj zmogljivost shranjevanja polnjenja?
Zelo je odvisen od aktivnega materiala (količina elektrolita) in velikosti plošče. Morda ste že videli, da je zmogljivost shranjevanja litijeve baterije opisana v mAh ali miliamper-urah, v primeru svinčeve baterije pa je Amp ura. To bomo opisali v nadaljevanju.
Delovanje svinčeve baterije
Delo svinčeve baterije temelji na kemiji in zelo zanimivo je vedeti o njej. V stanju polnjenja in praznjenja svinčeve baterije je ogromen kemični postopek. Razredčene molekule žveplove kisline H 2 SO 4 se raztopijo na dva dela, ko se kislina raztopi. Ustvaril bo pozitivne ione 2H + in negativne ione SO 4 -. Kot smo že povedali, sta dve elektrodi povezani kot plošči, Anoda in Katoda. Anoda lovi negativne ione, katoda pa privlači pozitivne ione. Ta vezava v anodi in SO 4 - in katodi z izmenjevalnima elektronoma 2H +, ki nadalje reagira s H2O ali vodo (razredčena žveplova kislina, žveplova kislina + voda).
Baterija ima dva stanja kemijske reakcije, polnjenje in praznjenje.
Polnjenje svinčeve baterije
Kot vemo, moramo za polnjenje baterije zagotoviti napetost, večjo od napetosti terminala. Tako lahko za polnjenje 12,6V baterije uporabite 13V.
Toda kaj se dejansko zgodi, ko napolnimo svinčeno kislino?
No, enake kemijske reakcije, ki smo jih opisali prej. Natančneje, ko je baterija povezana s polnilcem, se molekule žveplove kisline razbijejo na dva iona, pozitivna iona 2H + in negativna iona SO 4 -. Vodik izmenjuje elektrone s katodo in postane vodik, ta vodik reagira s PbSO 4 v katodi in tvori žveplovo kislino (H 2 SO 4) in svinec (Pb). Po drugi strani SO 4 - izmenjuje elektrone z anodo in postane radikalen SO 4. Ta SO 4 reagira s PbSO 4 anode in tvori svinčeni peroksid PbO 2 in žveplovo kislino (H 2 SO 4). Energija se shrani s povečanjem teže žveplove kisline in povečanjem potencialne napetosti celice.
Kot je razloženo zgoraj, med polnjenjem pri anodi in katodi potekajo naslednje kemične reakcije.
Na katodi
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
Na anodi
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Če združimo zgoraj dve enačbi, bo celotna kemijska reakcija
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Za polnjenje svinčeve baterije se uporabljajo različni načini. Vsako metodo lahko uporabimo za posebne svinčeve baterije za posebne namene. Nekatere aplikacije uporabljajo način polnjenja s konstantno napetostjo, druge uporabljajo način konstantnega toka, medtem ko je polnjenje z žgečkanjem v nekaterih primerih koristno. Običajno proizvajalec baterij zagotavlja ustrezen način polnjenja določenih svinčevih baterij. Polnjenje s stalnim tokom se običajno ne uporablja pri polnjenju svinčeve baterije.
Najpogostejši način polnjenja, ki se uporablja v svinčevih baterijah, je način polnjenja s konstantno napetostjo, ki je učinkovit postopek glede časa polnjenja. V celotnem ciklu polnjenja polnilna napetost ostane konstantna in tok se postopoma zmanjšuje s povečanjem ravni napolnjenosti baterije.
Praznjenje svinčeve baterije
Izpraznitev svinčeve baterije je spet povezana s kemičnimi reakcijami. Žveplova kislina je v razredčeni obliki s tipično razmerjem 3: 1 z vodo in žveplovo kislino. Ko so obremenitve povezane preko plošč, se žveplova kislina ponovno razbije na pozitivne ione 2H + in negativne ione SO 4. Vodikovi ioni reagirajo s PbO 2 in povzročijo, da PbO in voda H 2 O. PbO začne reagirati s H 2 SO 4 in ustvarja PbSO 4 in H 2 O.
Na drugi strani SO 4 - ioni izmenjujejo elektrone iz Pb, kar ustvarja radikal SO 4, ki nadalje ustvarja PbSO 4, ki reagira s Pb.
Kot je razloženo zgoraj, med postopkom praznjenja na anodi in katodi potekajo naslednje kemične reakcije. Te reakcije so povsem nasprotne reakcijam polnjenja:
Na katodi
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
Na anodi:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Če združimo zgoraj dve enačbi, bo celotna kemijska reakcija
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Zaradi izmenjave elektronov na anodi in katodi vpliva na ravnovesje elektronov na ploščah. Nato elektroni tečejo skozi breme in baterija se izprazni.
Med tem praznjenjem se gravitacija razredčene žveplove kisline zmanjša. Hkrati se potencialna razlika celice zmanjša.
Faktor tveganja in električne ocene
Svinčeva baterija je škodljiva, če se ne vzdržuje varno. Ker baterija med kemičnim postopkom ustvarja plin vodik, je zelo nevarna, če je ne uporabljamo v prezračevanem prostoru. Napačno polnjenje prav tako močno poškoduje baterijo.
Kakšne so standardne ocene svinčeve baterije?
Vsaka svinčena kislinska baterija je opremljena s podatkovnim listom za standardni tok polnjenja in praznjenja. Običajno lahko 12V svinčeno-kislinska baterija, ki je primerna za avtomobilsko industrijo, znaša od 100Ah do 350Ah. Ta ocena je opredeljena kot stopnja izpusta z 8-urnim časovnim obdobjem.
Na primer, baterija 160Ah lahko oskrbi tovor z napetostjo 20A za 8 ur razpona. Lahko črpamo več toka, vendar to ni priporočljivo. Če izvlečete več toka od največjega 8-urnega izpraznitvenega toka, to škoduje učinkovitosti akumulatorja, lahko pa se spremeni tudi notranji upor akumulatorja, kar še poveča temperaturo akumulatorja.
Po drugi strani pa moramo biti med fazo polnjenja previdni glede polarnosti polnilnika, pravilno mora biti povezan s polarnostjo baterije. Povratna polarnost je nevarna za polnjenje svinčeve baterije. Gotov polnilnik je opremljen z merilnikom polnilne napetosti in polnilnega toka z možnostjo nadzora. Za polnjenje baterije bi morali zagotoviti večjo napetost kot napetost akumulatorja. Največji polnilni tok mora biti enak največjemu napajalnemu toku pri 8-urnem praznjenju. Če vzamemo isti primer 12V 160Ah, potem je največji napajalni tok 20A, zato je največji varni polnilni tok 20A.
Ne smemo povečati ali zagotavljati velikega polnilnega toka, saj bo to povzročilo toploto in povečano proizvodnjo plina.
Pravila o vzdrževanju svinčeve baterije
- Zalivanje je najbolj zanemarjena značilnost vzdrževanja poplavljenih svinčevih akumulatorjev. Ker prekomerno polnjenje zmanjša vodo, jo moramo pogosto preverjati. Manj vode ustvarja oksidacijo na ploščah in zmanjšuje življenjsko dobo baterije. Po potrebi dodajte destilirano ali ionizirano vodo.
- Preverite zračnike, izpopolniti jih je treba z gumijastimi pokrovi, pogosto se gumijaste kapice z luknjami držijo pretesno.
- Po vsaki uporabi napolnite svinčeno-kislinske baterije. Dolgo obdobje brez ponovnega polnjenja zagotavlja sulfacijo na ploščah.
- Baterije ne zamrzujte in je ne polnite več kot 49 stopinj Celzija. V hladnem okolju je treba baterije popolnoma napolniti, saj so popolnoma napolnjene baterije varnejše od praznih baterij.
- Baterije ne izpraznite globlje od 1,7 V na celico.
- Če želite shraniti svinčevo baterijo, jo je treba popolnoma napolniti, nato pa izprazniti elektrolit. Nato se baterija posuši in jo je mogoče dolgo hraniti.