- Švino rūgšties akumuliatoriaus konstrukcija
- Švino rūgšties akumuliatoriaus darbas
- Švino rūgšties akumuliatoriaus įkrovimas
- Švino rūgšties akumuliatoriaus iškrovimas
- Rizikos faktorius ir elektriniai reitingai
- Švino rūgšties akumuliatorių priežiūros taisyklės
Beveik kiekvieną nešiojamąjį ir delninį prietaisą sudaro baterija. Akumuliatorius yra akumuliacinis įtaisas, kuriame kaupiama energija, kad prireikus energija būtų tiekiama. Šiame šiuolaikiniame elektronikos pasaulyje yra įvairių tipų baterijų, tarp jų švino rūgšties baterijos paprastai naudojamos dideliam energijos tiekimui. Paprastai švino rūgšties akumuliatoriai yra didesnio dydžio, sunkiai ir sunkiai sukonstruoti, jie gali kaupti didelį energijos kiekį ir paprastai naudojami automobiliuose ir inverteriuose.
Net ir konkuravus su ličio jonų baterijomis, švino rūgščių baterijų paklausa kiekvieną dieną didėja, nes jos yra pigesnės ir lengvai valdomos, palyginti su ličio jonų baterijomis. Remiantis kai kuriais rinkos tyrimais, prognozuojama, kad 2018–24 m. Indijos švino rūgščių akumuliatorių rinka išaugs daugiau kaip 9%. Taigi, ji turi didžiulę paklausą automatikos, automobilių ir buitinės elektronikos srityse. Nors didžioji dalis elektrinių transporto priemonių yra su ličio jonų akumuliatoriais, tačiau vis dar yra daug elektrinių dviejų ratų, kurie transporto priemonei varyti naudoja švino rūgšties batonėlius.
Ankstesnėje pamokoje mes sužinojome apie ličio jonų baterijas, čia mes suprasime švino rūgštinių baterijų veikimą, konstrukciją ir taikymą. Taip pat sužinosime apie švino rūgštinių baterijų įkrovimo / iškrovimo reitingus, reikalavimus ir saugumą.
Švino rūgšties akumuliatoriaus konstrukcija
Kas yra švino rūgšties akumuliatorius? Jei sulaužysime švino rūgšties akumuliatoriaus pavadinimą, gausime šviną, rūgštį ir akumuliatorių. Švinas yra cheminis elementas (simbolis yra Pb, o atomo skaičius - 82). Tai minkštas ir kalus elementas. Mes žinome, kas yra rūgštis; jis gali paaukoti protoną arba priimti elektronų porą, kai jis reaguoja. Taigi akumuliatorius, kurį sudaro švinas ir bevandenė santechnikos rūgštis (kartais neteisingai vadinama švino peroksidu), vadinama švino rūgšties akumuliatoriumi.
Dabar, kas yra vidinė konstrukcija?
Švino rūgšties akumuliatorių sudaro šie dalykai, kuriuos galime pamatyti žemiau esančiame paveikslėlyje:
Švino rūgšties akumuliatorius susideda iš plokščių, separatoriaus ir kietojo plastiko elektrolito su kietosios gumos dėklu.
Baterijose plokštės yra dviejų tipų, teigiamos ir neigiamos. Teigiamą sudaro švino dioksidas, o neigiamą - švino kempinė. Šios dvi plokštės yra atskirtos naudojant separatorių, kuris yra izoliacinė medžiaga. Ši bendra konstrukcija laikoma kietame plastikiniame korpuse su elektrolitu. Elektrolitų yra vandens ir sieros rūgšties.
Kieto plastiko dėklas yra viena ląstelė. Vieno langelio parduotuvė paprastai yra 2,1 V. Dėl šios priežasties 12 V švino rūgšties akumuliatorius susideda iš 6 elementų ir paprastai teikia 6 x 2,1 V / elementą = 12,6 V.
Dabar, kas yra mokestis talpa?
Tai labai priklauso nuo veikliosios medžiagos (elektrolito kiekio) ir plokštelės dydžio. Galbūt matėte, kad ličio baterijos talpa aprašyta mAh arba miliampo valandomis, tačiau švino rūgšties akumuliatoriaus atveju tai yra Amp valanda. Mes tai aprašysime tolesniame skyriuje.
Švino rūgšties akumuliatoriaus darbas
Švino rūgšties akumuliatoriaus darbas yra susijęs su chemija, ir apie tai labai įdomu žinoti. Švino rūgšties akumuliatoriaus įkrovimo ir išsikrovimo būklė susijusi su didžiuliu cheminiu procesu. Praskiestos sieros rūgšties H 2 SO 4 molekulės, ištirpus rūgščiai, suskaidomos į dvi dalis. Tai sukurs teigiamus jonus 2H + ir neigiamus jonus SO 4 -. Kaip jau minėjome anksčiau, du elektrodai yra sujungti kaip plokštės - anodas ir katodas. Anodas sugauna neigiamus jonus, o katodas - teigiamus. Šis jungimasis anode ir SO 4 - ir katode su 2H + keičiasi elektronais ir toliau reaguoja su H2O arba su vandeniu (atskiesta sieros rūgštis, sieros rūgštis + vanduo).
Baterija turi dvi cheminės reakcijos būsenas: įkrovimas ir išsikrovimas.
Švino rūgšties akumuliatoriaus įkrovimas
Kaip žinome, norėdami įkrauti akumuliatorių, turime užtikrinti didesnę įtampą nei gnybto įtampa. Taigi norint įkrauti 12,6 V bateriją, galima naudoti 13 V įtampą.
Bet kas iš tikrųjų atsitinka, kai įkrauname švino rūgšties akumuliatorių?
Na, tos pačios cheminės reakcijos, kurias aprašėme anksčiau. Tiksliau, kai akumuliatorius prijungtas prie įkroviklio, sieros rūgšties molekulės skyla į du jonus, teigiamus jonus 2H + ir neigiamus jonus SO 4 -. Vandenilis keičia elektronus su katodu ir tampa vandeniliu, šis vandenilis reaguoja su katode esančiu PbSO 4 ir sudaro sieros rūgštį (H 2 SO 4) ir šviną (Pb). Kita vertus, SO 4 - keičia elektronus su anodu ir tampa radikaliu SO 4. Šis SO 4 reaguoja su anodo PbSO 4 ir sukuria švino peroksidą PbO 2 ir sieros rūgštį (H 2 SO 4).). Energija kaupiama padidinus sieros rūgšties sunkumą ir padidinant ląstelės potencialią įtampą.
Kaip paaiškinta aukščiau, įkrovimo proceso metu anode ir katode vyksta šios cheminės reakcijos.
Prie katodo
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
Prie anodo
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Sujungus aukščiau dvi lygtis, bus bendra cheminė reakcija
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Švino rūgštinei baterijai įkrauti taikomi įvairūs metodai. Kiekvienas metodas gali būti naudojamas specifinėms švino rūgšties baterijoms, skirtoms konkrečioms reikmėms. Kai kuriose programose naudojamas nuolatinės įtampos įkrovimo metodas, kai kuriose - pastovios srovės metodas, tuo tarpu kai kuriais atvejais naudingas ir pakrovimas. Paprastai akumuliatorių gamintojas pateikia tinkamą specifinių švino rūgštinių akumuliatorių įkrovimo būdą. Įkraunant švino rūgšties akumuliatorius, pastovus srovės įkrovimas paprastai nenaudojamas.
Dažniausias švino rūgšties akumuliatorių įkrovimo būdas yra pastovios įtampos įkrovimo metodas, kuris yra efektyvus įkrovimo laiko požiūriu. Viso įkrovimo ciklo metu įkrovimo įtampa išlieka pastovi, o srovė palaipsniui mažėja didėjant akumuliatoriaus įkrovos lygiui.
Švino rūgšties akumuliatoriaus iškrovimas
Švino rūgšties akumuliatoriaus iškrovimas vėl susijęs su cheminėmis reakcijomis. Sieros rūgštis yra praskiesta forma, paprastai santykiu 3: 1 su vandeniu ir sieros rūgštimi. Kai apkrovos sujungiamos per plokštes, sieros rūgštis vėl suskaidoma į teigiamus jonus 2H + ir neigiamus jonus SO 4. Vandenilio jonai reaguoja su PbO 2 ir daro PbO bei vandenį H 2 O. PbO pradeda reaguoti su H 2 SO 4 ir sukuria PbSO 4 ir H 2 O.
Kita vertus, SO 4 jonai keičia elektronus iš Pb, sukurdami radikalų SO 4, kuris toliau sukuria PbSO 4, reaguojantį su Pb.
Kaip paaiškinta aukščiau, išleidimo proceso metu anode ir katode vyksta šios cheminės reakcijos. Šios reakcijos yra visiškai priešingos įkrovimo reakcijoms:
Prie katodo
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
Anode:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Sujungus aukščiau dvi lygtis, bus bendra cheminė reakcija
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Dėl elektronų mainų per anodą ir katodą, paveikiama elektronų pusiausvyra tarp plokščių. Tada elektronai teka per apkrovą ir baterija išsikrauna.
Šio išleidimo metu sumažėja praskiestos sieros rūgšties gravitacija. Taip pat tuo pačiu sumažėja galimas ląstelės skirtumas.
Rizikos faktorius ir elektriniai reitingai
Švino rūgšties akumuliatorius yra kenksmingas, jei jo neprižiūri saugiai. Kadangi akumuliatorius cheminio proceso metu generuoja vandenilio dujas, jis yra labai pavojingas, jei nenaudojamas vėdinamoje vietoje. Taip pat netikslus įkrovimas labai sugadina akumuliatorių.
Kokie yra švino rūgšties akumuliatoriaus standartiniai įvertinimai?
Kiekviena švino rūgšties baterija yra su standartinės įkrovimo srovės ir iškrovos srovės duomenų lapu. Paprastai 12 V švino rūgšties akumuliatorius, pritaikytas automobiliams, gali būti nuo 100Ah iki 350Ah. Šis įvertinimas apibrėžiamas kaip išleidimo reitingas su 8 valandų laiko periodu.
Pvz., 160Ah baterija galėtų 8A įtampos metu tiekti 20A maitinimo srovę į apkrovą. Mes galime pritraukti daugiau srovės, tačiau nepatartina to daryti. Per 8 valandas paėmus didesnę srovę nei maksimali iškrovimo srovė, pakenks akumuliatoriaus efektyvumas, taip pat gali būti pakeista vidinė akumuliatoriaus varža, o tai dar labiau padidina akumuliatoriaus temperatūrą.
Kita vertus, įkrovimo metu turėtume būti atsargūs dėl įkroviklio poliškumo, jis turėtų būti tinkamai sujungtas su akumuliatoriaus poliškumu. Atvirkštinis poliškumas yra pavojingas švino rūgšties akumuliatorių įkrovimui. Parengtame įkroviklyje yra įkrovimo įtampos ir įkrovimo srovės matuoklis su valdymo galimybe. Norėdami įkrauti akumuliatorių, turėtume užtikrinti didesnę nei akumuliatoriaus įtampa. Maksimali įkrovimo srovė turėtų būti tokia pati kaip ir maksimali maitinimo srovė esant 8 valandų iškrovos greičiui. Jei paimsime tą patį 12V 160Ah pavyzdį, tada didžiausia maitinimo srovė yra 20A, taigi didžiausia saugi įkrovimo srovė yra 20A.
Neturėtume didinti ar teikti didelės įkrovimo srovės, nes tai sukels šilumą ir padidės dujų gamyba.
Švino rūgšties akumuliatorių priežiūros taisyklės
- Laistymas yra labiausiai apleista švino rūgšties akumuliatorių priežiūros funkcija. Kadangi per didelis įkrovimas sumažina vandens kiekį, turime jį dažnai tikrinti. Mažesnis vandens kiekis oksiduojasi plokštelėse ir sumažina akumuliatoriaus tarnavimo laiką. Jei reikia, įpilkite distiliuoto arba jonizuoto vandens.
- Patikrinkite, ar nėra ventiliacijos angų, jas reikia patobulinti guminiais dangteliais, dažnai guminiai dangteliai per stipriai prilimpa skylėmis.
- Po kiekvieno naudojimo įkraukite švino rūgštines baterijas. Ilgas laikotarpis be įkrovimo suteikia sulfatavimą plokštelėse.
- Neužšaldykite akumuliatoriaus ir nekraukite jo daugiau nei 49 laipsnių Celsijaus laipsniu. Esant šaltai aplinkai, akumuliatoriai turi būti visiškai įkrauti, nes visiškai įkraunami akumuliatoriai užšąla saugiau nei tušti.
- Neišmeskite akumuliatoriaus žemiau nei 1,7 V elemento.
- Norėdami laikyti švino rūgšties akumuliatorių, jį reikia visiškai įkrauti, tada reikia ištuštinti elektrolitą. Tada baterija taps sausa ir ją galima laikyti ilgą laiką.