Μπαταρίες οξέος και τα χαρακτηριστικά τους

Μια μπαταρία είναι μια πηγή ενέργειας στην οποία η ενέργεια μιας χημικής αντίδρασης μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια κατά την εκφόρτιση και αντίστροφα κατά τη φόρτιση. Η κύρια διαφορά της από μια συμβατική μπαταρία είναι η ικανότητα ανάκτησης ενέργειας μέσω επαναφόρτισης. Για τη φόρτιση, πρέπει να εφαρμοστεί συνεχές ρεύμα προς την αντίθετη κατεύθυνση από την εκφόρτιση.

Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος εφευρέθηκαν τον 19ο αιώνα και παραμένουν οι πιο δημοφιλείς μπαταρίες παγκοσμίως λόγω του χαμηλού κόστους και της υψηλής απόδοσής τους. Η συσκευή αποτελείται από ένα περίβλημα και δύο ηλεκτρόδια αντίθετης πολικότητας, βυθισμένα σε έναν ηλεκτρολύτη - ένα όξινο διάλυμα - εξ ου και η ονομασία μπαταρίες μολύβδου-οξέος (AKB - Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες οξέος). Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος είναι επίσης γνωστές ως μπαταρίες μολύβδου-οξέος, λόγω του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένα τα ηλεκτρόδια.

Πώς λειτουργούν;

Η μπαταρία λειτουργεί με την ηλεκτροχημική διαδικασία αντίδρασης μολύβδου και διοξειδίου του μολύβδου σε ένα υδατικό διάλυμα θειικού οξέος. Όταν εφαρμόζεται φορτίο στα ηλεκτρόδια, λαμβάνει χώρα μια χημική αντίδραση μεταξύ του διοξειδίου του μολύβδου και του θειικού οξέος (H).₂ΕΤΣΙ₄, καθώς και η αντίδραση οξείδωσης του μολύβδου σε θειικό μόλυβδο. Κατά την εκφόρτιση, το διοξείδιο του μολύβδου ανάγεται στην κάθοδο ("-") και ο μόλυβδος οξειδώνεται στην άνοδο ("+"). Κατά τη φόρτιση, συμβαίνουν αντίστροφες χημικές αντιδράσεις και ηλεκτρόλυση νερού, απελευθερώνοντας οξυγόνο στην άνοδο και υδρογόνο στην κάθοδο.

Οι αντιδράσεις αλληλεπίδρασης που συμβαίνουν στην μπαταρία μπορούν να περιγραφούν με δύο τύπους:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂ΕΤΣΙ₄ → 2PbSO4₄ + 2 ώρες₂Ο — εκκένωση.
2. 2PbSO4₄ + 2 ώρες₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂ΕΤΣΙ₄ — χρέωση.

Κατά την εκκένωση, η διαδικασία σχηματισμού θειικού μολύβδου συμβαίνει στις ενεργές μάζες της ανόδου και της καθόδου και η κατανάλωση θειικού οξέος H₂ΕΤΣΙ₄ και μείωση της πυκνότητας του ηλεκτρολύτη. Κατά τη φόρτιση, συμβαίνουν αντίστροφες αντιδράσεις, σχηματίζεται θειικό οξύ και η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη αυξάνεται. Το τέλος της διαδικασίας φόρτισης χαρακτηρίζεται από την ολοκλήρωση του μετασχηματισμού των ουσιών στα ηλεκτρόδια και την παύση των αλλαγών του ηλεκτρολύτη. Εάν η φόρτιση συνεχιστεί, εμφανίζεται μια ανεπιθύμητη αντίδραση αποσύνθεσης νερού (ηλεκτρόλυση), απελευθερώνοντας φυσαλίδες οξυγόνου και υδρογόνου στον ηλεκτρολύτη, με αποτέλεσμα την ψευδαίσθηση βρασμού. Εάν συμβεί αυτό, πρέπει να προστεθεί απεσταγμένο νερό στην μπαταρία για να αποκατασταθεί ο ηλεκτρολύτης.

Σχέδιο

Οι μπαταρίες οξέος έχουν παραμείνει αμετάβλητες στον βασικό εσωτερικό σχεδιασμό τους για πάνω από εκατό χρόνια.

            Ο σχεδιασμός των μπαταριών περιλαμβάνει:

1. Τα ηλεκτρόδια έχουν τη μορφή επίπεδων πλεγμάτων από μόλυβδο, με σκόνη διοξειδίου του μολύβδου (PbO) πιεσμένη μέσα στα στοιχεία.₂) στην άνοδο, μεταλλική σκόνη μολύβδου (Pb) στην κάθοδο.
2. Ο διαχωριστής είναι ένα πορώδες διηλεκτρικό που διαχωρίζει τα ηλεκτρόδια μεταξύ τους, αποτρέποντας βραχυκυκλώματα.
3. Ο ηλεκτρολύτης είναι θειικό οξύ αραιωμένο με νερό (απεσταγμένο) H₂ΕΤΣΙ₄, τοποθετούνται ηλεκτρόδια και ένας διαχωριστής. Η μέγιστη ηλεκτρική αγωγιμότητα επιτυγχάνεται σε θερμοκρασία 20^ΟC, η συγκέντρωση θειικού οξέος είναι 35%, γεγονός που μεταφράζεται σε πυκνότητα ηλεκτρολύτη 1,26 g/cm³. Η εσωτερική αντίσταση είναι ελάχιστη και οι απώλειες εντός της συσκευής μειώνονται σημαντικά. Σε κλίματα χαμηλής θερμοκρασίας, η πυκνότητα του διαλύματος μπορεί να αυξηθεί σε 1,29 g/cm³ - 1,31 g/cm³. Η αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος οξέος εμποδίζει το πάγωμα του ηλεκτρολύτη, σχηματίζοντας πάγο μέσα στο περίβλημα, κάτι που θα μπορούσε να προκαλέσει ζημιά στα ηλεκτρόδια και να σπάσει την μπαταρία.

Κύρια χαρακτηριστικά, παράμετροι

1. Ικανότητα (ονομαστική) - η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μπορούν να παρέχουν οι όξινες μπαταρίες, η μέτρηση γίνεται τη στιγμή της εκφόρτισης, υπό φορτίο με μικρό ρεύμα κατανάλωσης, μονάδες μέτρησης - A*h.
2. Ρεύμα εκκίνησης - δείχνει την ικανότητα της μπαταρίας να παρέχει υψηλά ρεύματα σε θερμοκρασία -18^ΟΓια μισό λεπτό.
3. Χωρητικότητα (εφεδρεία) - δείχνει τη χρονική περίοδο κατά την οποία οι μπαταρίες οξέος παρέχουν ρεύμα 25 A έως τάση 10,5 V.
4. Η χαμηλότερη τιμή τάσης μιας αποφορτισμένης μπαταρίας είναι 1,75 - 1,8 V.
5. Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας — — 40^Οαπό - + 40^ΟΜΕ.

Ποικιλίες

Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους, οι όξινες μπαταρίες μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες:

1. Κυκλική λειτουργία—λειτουργία σε κύκλο πλήρους εκφόρτισης και πλήρους φόρτισης, αποσυνδέοντας περιοδικά την μπαταρία από την πηγή τροφοδοσίας. Θεωρείται η πιο σοβαρή λειτουργία, με περιορισμένο αριθμό κύκλων εκφόρτισης 100%.
2. Η λειτουργία buffer είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη λειτουργία που είναι ήπια για την μπαταρία. Δεν επιτρέπει πλήρη αποφόρτιση και χαρακτηρίζεται από συνεχή σύνδεση σε πηγή τροφοδοσίας.
3. Μικτή - ένας συνδυασμός λειτουργίας buffer και κυκλικής λειτουργίας, αλλά το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου λειτουργίας δαπανάται στη λειτουργία buffer.

Οι πιο συνηθισμένες μπαταρίες μολύβδου-οξέος που διατίθενται στην αγορά μπορούν να χωριστούν στους ακόλουθους τύπους:

Θέα	Υπηρεσία	Περιγραφή	Τάση, V
Μόλυβδος-Οξύ	Εξυπηρετήθηκε	Οι μπαταρίες αυτοκινήτων διατίθενται στους ακόλουθους τύπους: χαμηλής περιεκτικότητας σε αντιμόνιο, αντιμόνιο, όξινης-ασβεστίου και υβριδικές.	612
AGM VRLA	Χωρίς συντήρηση	Οι διαχωριστές είναι κατασκευασμένοι από υαλοβάμβακα, κυκλικού τύπου και με λειτουργία buffer.	24612
VRLA	Χωρίς συντήρηση	Το σφραγισμένο περίβλημα, μερικές φορές κατασκευασμένο από ασβέστιο, δεν εκπέμπει αέρια, χρησιμοποιείται σε λειτουργία buffer.	24612
ΤΖΕΛ VLRA	Χωρίς συντήρηση	Ο ηλεκτρολύτης είναι η σιλικαζέλ, η οποία παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και η μπαταρία λειτουργεί σε λειτουργία buffer.	24612243648
OPzV	Χωρίς συντήρηση	Τα ηλεκτρόδια είναι σωληνωτά σε σχεδιασμό, ανθεκτικά στην πλήρη εκφόρτιση και έχουν διάρκεια ζωής περίπου 22 ετών.	2

Εφαρμογή

1. Οι μπαταρίες αυτοκινήτων - οξέος χρησιμοποιούνται ως μπαταρίες εκκίνησης.
2. Εξοπλισμός υπολογιστών - τροφοδοτικά αδιάλειπτης παροχής ρεύματος (UPS) σας επιτρέπουν να αποθηκεύετε πληροφορίες σε περίπτωση διακοπής ρεύματος.
3. Βιομηχανική παραγωγή - οι μπαταρίες οξέος χρησιμοποιούνται ως εφεδρικές πηγές ενέργειας.

Φόρτιση και γενικές συστάσεις

1. Η φόρτιση πρέπει να πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 20°C.^ΟΜΕ.
2. Το ρεύμα φόρτισης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 10% της ονομαστικής χωρητικότητας της μπαταρίας.
3. Για χρήση σε οχήματα όξινες μπαταρίες Σε χαμηλές θερμοκρασίες, είναι καλύτερο να το χρησιμοποιείτε με εσωτερικό ηλεκτρικό σύστημα θέρμανσης, επειδή ικανότηταΗ απόδοση της συσκευής μειώνεται κατά 1% όταν η θερμοκρασία μειωθεί κατά 1^ΟΜΕ.
4. Δεν συνιστάται η αποθήκευση όξινες μπαταρίες σε θερμοκρασίες άνω των 30^ΟΜε ή χωρίς άδειασμα, οι μπαταρίες πρέπει πρώτα να φορτιστούν πλήρως.
5. Είναι καλύτερο να αποθηκεύετε την μπαταρία σε κρύο μέρος κατά τη διάρκεια του χειμώνα, καθώς η διαδικασία αυτοεκφόρτισης θα είναι ελάχιστη και είναι απαραίτητο να εφαρμόσετε γράσο στον θετικό πόλο εκ των προτέρων.
6. Πριν από τη χρήση, όξινες μπαταρίες πρέπει να μεταφερθεί σε δωμάτιο με θερμοκρασία 20°C^ΟΑπό 8-10 ώρες για να τεθεί σε κατάσταση λειτουργίας.