- Konstrukcija olovne kiseline
- Rad olovne kiselinske baterije
- Punjenje olovne kiseline
- Pražnjenje olovne kiseline
- Faktori rizika i električne ocjene
- Pravila održavanja olovnih baterija
Gotovo svaki prijenosni i ručni uređaj sadrži bateriju. Baterija je uređaj za pohranu u kojem se pohranjuje energija koja osigurava energiju kad god je to potrebno. U ovom suvremenom svijetu elektronike dostupne su različite vrste baterija, među kojima se olovna kiselina obično koristi za visoko napajanje. Obično su olovne baterije veće veličine s tvrdom i teškom konstrukcijom, mogu pohraniti veliku količinu energije i obično se koriste u automobilima i pretvaračima.
Čak i nakon konkurencije s litij-ionskim baterijama, potražnja za olovnim kiselinama povećava se iz dana u dan, jer su jeftinije i jednostavnije za rukovanje u usporedbi s litij-ionskim baterijama. Prema nekim istraživanjima tržišta, predviđa se da će tržište indijskih olovnih baterija rasti na CAGR od preko 9% tijekom 2018-24. Dakle, ima veliku potražnju na tržištu automatizacije, automobilske industrije i potrošačke elektronike. Iako većina električnog vozila dolazi s litij-ionskim baterijama, ali još uvijek postoji mnogo električnih dvokotača koji koriste olovne kiseline za pogon vozila.
U prethodnom uputstvu saznali smo o litij-ionskim baterijama, ovdje ćemo razumjeti rad, konstrukciju i primjenu olovnih baterija. Također ćemo naučiti o ocjenama punjenja / pražnjenja, zahtjevima i sigurnosti olovnih baterija.
Konstrukcija olovne kiseline
Što je olovna baterija? Ako razbijemo naziv Olovna kiselina, dobit ćemo olovnu, kiselinsku i baterijsku. Olovo je kemijski element (simbol je Pb, a atomski broj 82). To je mekan i kovan element. Znamo što je kiselina; može donirati proton ili prihvatiti elektronski par kad reagira. Dakle, baterija, koja se sastoji od olova i bezvodne plumbinske kiseline (ponekad pogrešno nazvane olovnim peroksidom), naziva se olovna baterija.
Sada, što je unutarnja konstrukcija?
Olovna baterija sastoji se od sljedećih stvari, možemo je vidjeti na donjoj slici:
Olovna kiselina se sastoji od ploča, separatora i elektrolita, tvrde plastike s kućištem od tvrde gume.
U baterijama su ploče dvije vrste, pozitivne i negativne. Pozitivni se sastoji od olovnog dioksida, a negativni sastoji se od spužvastog olova. Te su dvije ploče odvojene pomoću separatora koji je izolacijski materijal. Ova ukupna konstrukcija čuva se u tvrdoj plastičnoj kutiji s elektrolitom. Elektrolit je voda i sumporna kiselina.
Tvrdo plastično kućište je jedna ćelija. Pohrana u jednoj ćeliji obično iznosi 2.1V. Iz tog razloga, olovna baterija od 12 V sastoji se od 6 ćelija i obično daje 6 x 2,1 V / ćelija = 12,6 V.
Sad, koliki je kapacitet pohrane napunjenosti?
Vrlo ovisi o aktivnom materijalu (količina elektrolita) i veličini ploče. Možda ste vidjeli da je kapacitet pohrane litijeve baterije opisan u mAh ili milliamp-satu, ali u slučaju olovne baterije to je Amp sat. To ćemo opisati u kasnijem odjeljku.
Rad olovne kiselinske baterije
Rad olovne baterije bazira se na kemiji i vrlo je zanimljivo znati o njoj. Postoje ogromni kemijski procesi koji su uključeni u stanje punjenja i pražnjenja olovne kiseline. Razrijeđene molekule sumporne kiseline H 2 SO 4 razlažu se na dva dijela kad se kiselina otopi. Stvorit će pozitivne ione 2H + i negativne ione SO 4 -. Kao što smo već rekli, dvije elektrode povezane su kao ploče, Anoda i Katoda. Anoda hvata negativne ione, a katoda privlači pozitivne ione. Ova veza u anodi i SO 4 - i katodi sa 2H + izmjenjuje elektrone i koja dalje reagira s H2O ili vodom (razrijeđena sumporna kiselina, sumporna kiselina + voda).
Baterija ima dva stanja kemijske reakcije, punjenje i pražnjenje.
Punjenje olovne kiseline
Kao što znamo, za punjenje baterije moramo osigurati napon veći od napona na priključku. Dakle, za punjenje 12,6V baterije može se primijeniti 13V.
Ali što se zapravo događa kad napunimo olovnu bateriju?
Pa, iste kemijske reakcije koje smo prije opisali. Točnije, kada je baterija spojena s punjačem, molekule sumporne kiseline razbijaju se na dva iona, pozitivne ione 2H + i negativne ione SO 4 -. Vodik izmjenjuje elektrone s katodom i postaje vodik, taj vodik reagira s PbSO 4 u katodi i tvori sumpornu kiselinu (H 2 SO 4) i olovo (Pb). S druge strane, SO 4 - izmjenjuje elektrone s anodom i postaje radikalni SO 4. Ovaj SO 4 reagira s PbSO 4 anode i stvara olovni peroksid PbO 2 i sumpornu kiselinu (H 2 SO 4). Energija se pohranjuje povećanjem gravitacije sumporne kiseline i povećanjem potencijalnog napona stanice.
Kao što je gore objašnjeno, slijedeće kemijske reakcije odvijaju se na anodi i katodi tijekom postupka punjenja.
Na katodi
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
Na anodi
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Kombinirajući gornje dvije jednadžbe, ukupna kemijska reakcija će biti
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Postoje razne metode primjenjive za punjenje olovne kiseline. Svaka metoda može se koristiti za određene olovne baterije za određene primjene. Neke aplikacije koriste metodu punjenja konstantnim naponom, neke primjenjuju metodu konstantne struje, dok je punjenje sa golicanjem u nekim slučajevima korisno. Obično proizvođač baterija pruža odgovarajući način punjenja određenih olovnih baterija. Stalno punjenje strujom obično se ne koristi kod punjenja olovnom kiselinom.
Najčešća metoda punjenja koja se koristi u olovnoj bateriji je metoda punjenja stalnim naponom koja je učinkovit postupak u smislu vremena punjenja. U punom ciklusu punjenja napon punjenja ostaje konstantan i struja se postupno smanjivala s porastom razine napunjenosti baterije.
Pražnjenje olovne kiseline
Pražnjenje olovne kiselinske baterije ponovno je uključeno u kemijske reakcije. Sumporna kiselina je u razrijeđenom obliku u tipičnom omjeru 3: 1 s vodom i sumpornom kiselinom. Kada su opterećenja povezana preko ploča, sumporna kiselina se ponovno razbija na pozitivne ione 2H + i negativne ione SO 4. Vodikovi ioni reagiraju s PbO 2 i da PbO i voda H 2 O. PbO počne reagirati s H 2 SO 4 i stvara PbSO 4 i H- 2 O.
S druge strane SO 4 - ioni izmjenjuju elektrone iz Pb, stvarajući radikal SO 4 koji dalje stvara PbSO 4 koji reagira s Pb.
Kao što je gore objašnjeno, slijedeće kemijske reakcije odvijaju se na anodi i katodi tijekom postupka pražnjenja. Te su reakcije upravo suprotne reakcijama punjenja:
Na katodi
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
Na anodi:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Kombinirajući gornje dvije jednadžbe, ukupna kemijska reakcija će biti
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Zbog izmjene elektrona na anodi i katodi utječe na ravnotežu elektrona na pločama. Elektroni zatim prolaze kroz teret i baterija se prazni.
Tijekom ovog ispuštanja, gravitacija razrijeđene sumporne kiseline opada. Također, istodobno se smanjuje potencijalna razlika stanice.
Faktori rizika i električne ocjene
Olovna baterija štetna je ako se ne održava sigurno. Kako baterija stvara plinoviti vodik tijekom kemijskog postupka, vrlo je opasno ako se ne koristi u ventiliranom prostoru. Također, netočno punjenje ozbiljno oštećuje bateriju.
Koje su standardne ocjene olovnih baterija?
Svaka olovno-kiselinska baterija opremljena je podacima o standardnoj struji punjenja i pražnjenja. Tipično olovna baterija od 12 V koja je primjenjiva za automobilsku primjenu može se kretati u rasponu od 100Ah do 350Ah. Ova vrijednost definirana je kao vrijednost ispuštanja s vremenskim razdobljem od 8 sati.
Na primjer, baterija od 160Ah mogla bi pružiti 20A opskrbne struje opterećenju tijekom 8 sati raspona. Možemo crtati više struje, ali nije preporučljivo to činiti. Izvlačenjem više struje od maksimalne struje pražnjenja tijekom 8 sati oštetit će učinkovitost baterije, a unutarnji otpor baterije također bi se mogao promijeniti, što dodatno povećava temperaturu baterije.
S druge strane, tijekom faze punjenja trebali bismo paziti na polaritet punjača, trebao bi biti pravilno povezan s polaritetom baterije. Obrnuti polaritet opasan je za punjenje olovne kiseline. Gotov punjač dolazi s naponom za punjenje i mjeračem struje punjenja s opcijom upravljanja. Za punjenje baterije trebali bismo osigurati veći napon od napona baterije. Maksimalna struja punjenja trebala bi biti jednaka maksimalnoj struji napajanja pri 8-satnom pražnjenju. Ako uzmemo isti primjer 12V 160Ah, tada je maksimalna struja napajanja 20A, pa je maksimalna sigurna struja punjenja 20A.
Ne bismo trebali povećavati ili osiguravati veliku struju punjenja jer će to rezultirati toplinom i povećanim stvaranjem plina.
Pravila održavanja olovnih baterija
- Zalijevanje je najzanemarivanija značajka održavanja poplavljenih olovno-kiselinskih baterija. Kako prekomjerno punjenje smanjuje vodu, moramo je često provjeravati. Manje vode stvara oksidaciju u pločama i smanjuje životni vijek baterije. Po potrebi dodajte destiliranu ili ioniziranu vodu.
- Provjerite postoje li otvori za odzračivanje, moraju se usavršiti gumenim čepovima, često se gumene kapice prečvrsto lijepe s otvorima.
- Nakon svake uporabe napunite olovno-kiselinske baterije. Dugo razdoblje bez ponovnog punjenja osigurava sulfatiranje u pločama.
- Nemojte zamrzavati bateriju niti je puniti više od 49 stupnjeva Celzijevih. U hladnom ambijentu baterije moraju biti potpuno napunjene jer su potpuno napunjene baterije sigurnije od praznih baterija u pogledu smrzavanja.
- Bateriju nemojte duboko prazniti manje od 1,7 V po ćeliji.
- Da biste pohranili olovnu bateriju, treba je potpuno napuniti, a zatim se elektrolit treba isprazniti. Tada će se baterija osušiti i moći će se čuvati dulje vrijeme.