Bateri asid plumbum: bekerja, pembinaan dan mengecas / melepaskan

Hampir setiap peranti mudah alih dan pegang tangan terdiri daripada bateri. Bateri adalah alat simpanan di mana tenaga disimpan untuk memberikan kuasa bila diperlukan. Terdapat pelbagai jenis bateri yang terdapat di dunia elektronik moden ini, antaranya bateri Asam Lead biasanya digunakan untuk bekalan kuasa tinggi. Biasanya bateri Asid Plumbum lebih besar saiznya dengan konstruksi yang keras dan berat, ia dapat menyimpan jumlah tenaga yang tinggi dan biasanya digunakan dalam kenderaan dan penyongsang.

Walaupun setelah bersaing dengan bateri Li-ion, permintaan bateri asid plumbum meningkat dari hari ke hari, kerana harganya lebih murah dan mudah dikendalikan berbanding dengan bateri Li-ion. Berdasarkan beberapa kajian pasaran, Pasaran Bateri Asid Lead India diproyeksikan berkembang pada CAGR lebih dari 9% pada 2018-24. Jadi, ia memiliki permintaan pasar yang besar dalam Automasi, Otomotif, dan Elektronik Pengguna. Walaupun sebahagian besar kenderaan elektrik dilengkapi dengan bateri Lithion-ion, tetapi masih terdapat banyak roda dua elektrik yang menggunakan bateri Asam Lead untuk menggerakkan kenderaan.

Dalam tutorial sebelumnya, kami mengetahui tentang bateri Lithium-ion, di sini kami akan memahami Cara Kerja, pembinaan dan aplikasi Bateri Asid Plumbum. Kami juga akan belajar mengenai pengisian / pemakaian kadaran, keperluan dan keselamatan Bateri Asid Plumbum.

Pembinaan Bateri Asid Plumbum

Apakah Bateri Asid Plumbum? Sekiranya kita memecahkan nama bateri Asid Lead kita akan mendapat Baterai, Asid, dan Bateri. Plumbum adalah unsur kimia (simbol adalah Pb dan nombor atom adalah 82). Ia adalah elemen lembut dan lembut. Kita tahu apa itu Asid; ia dapat menyumbangkan proton atau menerima pasangan elektron semasa ia bertindak balas. Oleh itu, bateri, yang terdiri daripada plumbum plumbat dan asid anhidrat (kadang-kadang salah disebut sebagai peroksida plumbum), dipanggil sebagai Bateri Asid plumbum.

Sekarang, apakah pembinaan dalamannya?

Bateri Asid Plumbum terdiri daripada perkara berikut, kita dapat melihatnya dalam gambar di bawah:

Bateri Asid Plumbum terdiri daripada Plat, Pemisah, dan Elektrolit, Plastik Keras dengan kotak getah keras.

Dalam bateri, plat terdiri daripada dua jenis, positif dan negatif. Yang positif terdiri daripada Plumbum dioksida dan negatif terdiri daripada Sponge Lead. Kedua-dua plat ini dipisahkan menggunakan pemisah yang merupakan bahan penebat. Keseluruhan pembinaan ini disimpan dalam bekas plastik keras dengan elektrolit. The elektrolit air dan asid sulfurik.

Sarung plastik keras adalah satu sel. Kedai sel tunggal biasanya 2.1V. Atas sebab ini, bateri asid plumbum 12V terdiri daripada 6 sel dan biasanya menyediakan 6 x 2.1V / Sel = 12.6V.

Sekarang, berapakah kapasiti penyimpanan caj?

Ia sangat bergantung pada bahan aktif (kuantiti elektrolit) dan ukuran plat. Anda mungkin telah melihat bahawa kapasiti penyimpanan bateri litium dijelaskan dalam penarafan mAh atau miliamp-jam, tetapi dalam kes bateri Asam plumbum, itu adalah Amp jam. Kami akan menerangkannya di bahagian kemudian.

Bekerja Bateri Asid Plumbum

Penggunaan bateri Asid Plumbum adalah mengenai kimia dan sangat menarik untuk mengetahui mengenainya. Terdapat banyak proses kimia yang terlibat dalam keadaan pengisian dan pengosongan bateri Asid Lead. Molekul asid sulfurik H ₂ SO _{4 yang} dicairkan pecah menjadi dua bahagian apabila asid larut. Ia akan menghasilkan ion positif 2H + dan ion negatif SO ₄ -. Seperti yang kami katakan sebelumnya, dua elektrod dihubungkan sebagai plat, Anode dan Cathode. Anod menangkap ion negatif dan katod menarik ion positif. Ikatan ini di Anode dan SO ₄ - dan katod dengan elektron pertukaran 2H + dan yang selanjutnya bertindak balas dengan H2O atau dengan air (Asid sulfurik yang diencerkan, Asid Sulfurik + Air).

Bateri mempunyai dua keadaan tindak balas kimia, Mengecas dan Melepaskan.

Pengisian Bateri Asid Plumbum

Seperti yang kita tahu, untuk mengecas bateri, kita perlu memberikan voltan yang lebih besar daripada voltan terminal. Jadi untuk mengecas bateri 12.6V, 13V boleh digunakan.

Tetapi apa yang sebenarnya berlaku semasa kita mengecas Bateri Asid Plumbum?

Baiklah, reaksi kimia yang sama seperti yang telah kita jelaskan sebelumnya. Khususnya, apabila bateri disambungkan dengan pengecas, molekul asid sulfurik terbahagi kepada dua ion, ion positif 2H + dan ion negatif SO ₄ -. Elektron pertukaran hidrogen dengan katod dan menjadi hidrogen, hidrogen ini bertindak balas dengan PbSO ₄ dalam katod dan membentuk Asid Sulfurik (H ₂ SO ₄) dan Plumbum (Pb). Sebaliknya, SO ₄ - menukar elektron dengan anod dan menjadi SO ₄ radikal. SO _{4 ini} bertindak balas dengan PbSO ₄ anoda dan mencipta peroksida plumbum PbO ₂ dan asid sulfurik (H ₂ SO ₄). Tenaga disimpan dengan meningkatkan graviti asid sulfurik dan meningkatkan voltan keupayaan sel.

Seperti yang dijelaskan di atas, tindak balas kimia berikut berlaku di Anode dan Cathode semasa proses pengisian.

Pada katod

PbSO ₄ + 2e ^- => Pb + SO ₄ ^2-

Di anod

PbSO ₄ + 2H ₂ O => PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ^- + 2e ^-

Menggabungkan dua persamaan di atas, tindak balas kimia keseluruhan akan berlaku

2PbSO ₄ + 2H ₂ O => PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄

Terdapat pelbagai kaedah yang boleh digunakan untuk mengecas bateri asid plumbum. Setiap kaedah dapat digunakan untuk bateri asam timbal khusus untuk aplikasi tertentu. Sebilangan aplikasi menggunakan kaedah pengecasan voltan malar, beberapa aplikasi menggunakan kaedah arus tetap, sedangkan pengisian tetikus juga berguna dalam beberapa kes. Biasanya pengeluar bateri menyediakan kaedah yang tepat untuk mengecas bateri asid plumbum tertentu. Pengecasan arus berterusan tidak biasanya digunakan dalam pengisian Bateri Asid Lead.

Kaedah pengecasan yang paling biasa digunakan dalam bateri asid plumbum adalah kaedah pengecasan voltan malar yang merupakan proses yang berkesan dari segi masa pengecasan. Dalam kitaran pengisian penuh, voltan cas tetap berterusan dan arus secara beransur-ansur menurun dengan peningkatan tahap pengecasan bateri.

Pelepasan Bateri Asid Plumbum

Pelepasan bateri asid plumbum sekali lagi terlibat dengan tindak balas kimia. Asid sulfurik dalam bentuk dicairkan dengan nisbah biasanya 3: 1 dengan air dan asid sulfurik. Apabila beban disambungkan melintasi plat, asid sulfurik sekali lagi pecah menjadi ion positif 2H + dan ion negatif SO ₄. Ion hidrogen bertindak balas dengan PbO ₂ dan menjadikan PbO dan air H ₂ O. PbO mula bertindak balas dengan H ₂ SO ₄ dan mencipta PbSO ₄ dan H ₂ O.

Di sisi lain ion SO ₄ - bertukar elektron dari Pb, mewujudkan SO ₄ radikal yang seterusnya membuat PbSO ₄ bertindak balas dengan Pb.

Seperti yang dijelaskan di atas, tindak balas kimia berikut berlaku di Anode dan Cathode semasa proses pembuangan. Tindak balas ini bertentangan dengan reaksi pengisian:

Pada katod

Pb + SO ₄ ^2- => PbSO ₄ + 2e ^-

Di anod:

PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ^- + 2e ^- => PbSO ₄ + 2H ₂ O

Menggabungkan dua persamaan di atas, tindak balas kimia keseluruhan akan berlaku

PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄ => 2PbSO ₄ + 2H ₂ O

Oleh kerana pertukaran elektron merentasi anod dan katod, keseimbangan elektron di atas plat terjejas. Elektron kemudian mengalir melalui beban dan bateri habis.

Semasa pembuangan ini, graviti asid sulfurik yang dicairkan berkurang. Juga, pada masa yang sama, perbezaan potensi sel menurun.

Faktor Risiko dan Penarafan Elektrik

Bateri Lead Acid berbahaya jika tidak dijaga dengan selamat. Oleh kerana bateri menghasilkan gas hidrogen semasa proses kimia, sangat berbahaya jika tidak digunakan di kawasan berventilasi. Juga, pengisian yang tidak betul akan merosakkan bateri dengan teruk.

Apakah penilaian standard bateri Asid plumbum?

Setiap bateri asid plumbum dilengkapi dengan lembar data untuk arus cas standard dan arus keluar. Biasanya bateri asid plumbum 12V yang dapat digunakan untuk aplikasi automotif berkisar antara 100Ah hingga 350Ah. Peringkat ini ditakrifkan sebagai peringkat pelepasan dengan jangka masa 8 jam.

Sebagai contoh, bateri 160Ah dapat memberikan arus bekalan 20A ke beban selama 8 jam jangka masa. Kita boleh menarik lebih banyak arus tetapi tidak digalakkan melakukannya. Dengan menarik lebih banyak arus daripada arus pengosongan maksimum selama 8 jam akan merosakkan kecekapan bateri dan ketahanan dalaman bateri juga dapat diubah, yang selanjutnya meningkatkan suhu baterai.

Sebaliknya, semasa fasa pengisian, kita harus berhati-hati dengan kekutuban pengecas, ia harus dihubungkan dengan polariti bateri dengan betul. Polariti terbalik berbahaya untuk pengisian bateri asid plumbum. Pengecas readymade dilengkapi dengan voltan pengecasan dan pengecas meter semasa dengan pilihan kawalan. Kita harus memberikan voltan yang lebih besar daripada voltan bateri untuk mengecas bateri. Arus cas maksimum harus sama dengan arus bekalan maksimum pada kadar pemakaian 8 jam. Sekiranya kita mengambil contoh 12V 160Ah yang sama, maka arus bekalan maksimum adalah 20A, jadi arus pengecasan maksimum yang selamat adalah 20A.

Kita tidak boleh meningkatkan atau memberikan arus pengisian yang besar kerana ini akan menghasilkan penghasilan panas dan meningkat.

Peraturan penyelenggaraan bateri asid plumbum

1. Penyiraman adalah ciri penyelenggaraan bateri asid plumbum yang paling diabaikan. Oleh kerana pengisian berlebihan mengurangkan air, kita perlu memeriksanya dengan kerap. Kurang air mewujudkan pengoksidaan dalam pinggan dan mengurangkan jangka hayat bateri. Masukkan air suling atau ionisasi apabila diperlukan.
2. Periksa ventilasi, mereka perlu disempurnakan dengan penutup getah, selalunya penutup getah menempel dengan lubang terlalu rapat.
3. Isi semula bateri asid plumbum selepas setiap penggunaan. Tempoh yang lama tanpa pengisian semula memberi sulfat di dalam pinggan.
4. Jangan membekukan bateri atau mengecasnya melebihi 49 darjah selsius. Dalam bateri ambien sejuk perlu diisi penuh kerana bateri mengisi penuh lebih selamat daripada bateri kosong berkenaan dengan pembekuan.
5. Jangan habiskan bateri kurang dari 1.7V setiap sel.
6. Untuk menyimpan bateri asid plumbum, ia perlu dicas sepenuhnya kemudian elektrolit perlu dikeringkan. Kemudian bateri akan menjadi kering dan dapat disimpan untuk jangka masa yang lama.