Chiar fiecare dispozitiv portabil și portabil constă într-o baterie. Bateria este un dispozitiv de stocare în care se stochează energie pentru a furniza energie ori de câte ori este nevoie. Există diferite tipuri de baterii disponibile în această lume modernă a electronicii, printre care bateria cu plumb-acid este utilizată în mod obișnuit pentru alimentarea cu energie mare. De obicei, bateriile plumb-acid sunt de dimensiuni mai mari, cu o construcție dură și grea, pot stoca o cantitate mare de energie și sunt utilizate în general în automobile și invertoare.

Chiar și după ce au intrat în competiție cu bateriile Li-ion, cererea de baterii plumb-acid crește pe zi ce trece, deoarece sunt mai ieftine și ușor de manevrat în comparație cu bateriile Li-ion. Conform unor studii de piață, se preconizează că piața indiană a bateriilor cu plumb-acid va crește cu un CAGR de peste 9% în perioada 2018-24. Deci, are o cerere uriașă pe piață în automatizări, automobile și electronice de consum. Deși majoritatea vehiculelor electrice vin cu baterii litiu-ion, dar există încă multe vehicule electrice pe două roți care utilizează baterii cu plumb-acid pentru a alimenta vehiculul.

În tutorialul anterior am învățat despre bateriile litiu-ion, aici vom înțelege funcționarea, construcția și aplicațiile bateriilor cu plumb-acid. De asemenea, vom învăța despre valorile nominale de încărcare/descărcare, cerințele și siguranța bateriilor cu plumb-acid.

Construcția bateriei cu plumb-acid

Ce este o baterie cu plumb-acid? Dacă despărțim numele Baterie plumb-acid vom obține Plumb, Acid și Baterie. Plumbul este un element chimic (simbolul este Pb, iar numărul atomic este 82). Este un element moale și maleabil. Știm ce este acidul; acesta poate dona un proton sau accepta o pereche de electroni atunci când reacționează. Așadar, o baterie, care constă din Plumb și acid plumbic anhidru (uneori numit în mod greșit peroxid de plumb), se numește baterie cu acid de plumb.

Acum, care este construcția internă?

O baterie plumb-acid este formată din următoarele lucruri, o putem vedea în imaginea de mai jos:

O baterie plumb-acid este formată din plăci, separator și electrolit, plastic dur cu o carcasă din cauciuc dur.

În baterii, plăcile sunt de două tipuri, pozitive și negative. Cea pozitivă este formată din dioxid de plumb, iar cea negativă este formată din plumb spongios. Aceste două plăci sunt separate cu ajutorul unui separator care este un material izolator. Această construcție totală este păstrată într-o carcasă de plastic dur cu un electrolit. Electrolitul este format din apă și acid sulfuric.

Casa din plastic dur este o celulă. O singură celulă stochează de obicei 2,1V. Din acest motiv, o baterie plumb-acid de 12 V este formată din 6 celule și furnizează 6 x 2,1V/celulă = 12,6V de obicei.

Acum, care este capacitatea de stocare a încărcăturii?

Depinde foarte mult de materialul activ (cantitatea de electrolit) și de dimensiunea plăcii. Este posibil să fi văzut că capacitatea de stocare a bateriilor cu litiu este descrisă în mAh sau în miliamperi-oră, dar în cazul bateriilor cu plumb-acid, aceasta este de amperi-oră. Vom descrie acest lucru în secțiunea următoare.

Funcționarea bateriei plumb-acid

Funcționarea bateriei plumb-acid ține de chimie și este foarte interesant de știut despre aceasta. Există un proces chimic uriaș este implicat în starea de încărcare și descărcare a bateriei plumb-acid. Moleculele acidului sulfuric diluat H2SO4 se rup în două părți atunci când acidul se dizolvă. Se vor crea ioni pozitivi 2H+ și ioni negativi SO4-. Așa cum am spus mai devreme, doi electrozi sunt conectați ca plăci, Anod și Catod. Anodul captează ionii negativi, iar catodul atrage ionii pozitivi. Această legătură în anod și SO4- și catod cu 2H+ schimbă electroni și care reacționează mai departe cu H2O sau cu apa (acid sulfuric diluat, acid sulfuric + apă).

Bateria are două stări de reacție chimică, încărcare și descărcare.

Încărcarea bateriei cu acid de plumb

După cum știm, pentru a încărca o baterie, trebuie să furnizăm o tensiune mai mare decât tensiunea la borne. Astfel, pentru a încărca o baterie de 12,6V, se pot aplica 13V.

Dar ce se întâmplă de fapt când încărcăm o baterie cu plumb-acid?

Pe scurt, aceleași reacții chimice pe care le-am descris anterior. Mai exact, atunci când bateria este conectată la încărcător, moleculele de acid sulfuric se rup în doi ioni, ioni pozitivi 2H+ și ioni negativi SO4-. Aceștia schimbă electroni cu catodul și devin hidrogen, iar acest hidrogen reacționează cu PbSO4 din catod și formează acid sulfuric (H2SO4) și plumb (Pb). Pe de altă parte, SO4- face schimb de electroni cu anodul și devine radical SO4. Acest SO4 reacționează cu PbSO4 din anod și creează peroxidul de plumb PbO2 și acidul sulfuric (H2SO4). Energia se înmagazinează prin creșterea gravitației acidului sulfuric și prin creșterea tensiunii potențiale a celulei.

După cum s-a explicat mai sus, următoarele reacții chimice au loc la anod și catod în timpul procesului de încărcare.

La catod

PbSO4 + 2e- => Pb + SO42-

La anod

PbSO4 + 2H2O => PbO2 + SO42- + 4H- + 2e-

Combinând cele două ecuații de mai sus, reacția chimică globală va fi

2PbSO4 + 2H2O => PbO2 + Pb + 2H2SO4 

Există diverse metode aplicabile pentru încărcarea bateriei plumb-acid. Fiecare metodă poate fi utilizată pentru baterii plumb-acid specifice pentru aplicații specifice. Unele aplicații utilizează metoda de încărcare cu tensiune constantă, unele aplicații utilizează o metodă de curent constant, în timp ce încărcarea prin gâdilare este, de asemenea, utilă în unele cazuri. În mod normal, producătorul de baterii furnizează metoda adecvată de încărcare a bateriilor plumb-acid specifice. Încărcarea cu curent constant nu este utilizată în mod obișnuit în încărcarea bateriilor plumb-acid.

Metoda de încărcare cea mai frecventă utilizată în cazul bateriilor plumb-acid este metoda de încărcare cu tensiune constantă, care este un proces eficient din punct de vedere al timpului de încărcare. În ciclul de încărcare completă, tensiunea de încărcare rămâne constantă și curentul scade treptat odată cu creșterea nivelului de încărcare a bateriei.

Descărcarea bateriei plumb-acid

Descărcarea unei baterii plumb-acid este din nou implicată de reacții chimice. Acidul sulfuric se află sub formă diluată cu un raport tipic de 3:1 cu apă și acid sulfuric. Atunci când sarcinile sunt conectate între plăci, acidul sulfuric se descompune din nou în ioni pozitivi 2H+ și ioni negativi SO4. Ionii de hidrogen reacționează cu PbO2 și formează PbO și apă H2O. PbO începe să reacționeze cu H2SO4 și creează PbSO4 și H2O.

Pe de altă parte, ionii SO4- schimbă electroni de la Pb, creând radicalul SO4 care creează în continuare PbSO4 reacționând cu Pb.

După cum s-a explicat mai sus, următoarele reacții chimice au loc la Anod și Catod în timpul procesului de descărcare. Aceste reacții sunt exact opuse reacțiilor de încărcare:

La catod

Pb + SO42- => PbSO4 + 2e-

La anod:

PbO2 + SO42- + 4H- + 2e- => PbSO4 + 2H2O

Combinând cele două ecuații de mai sus, reacția chimică globală va fi

PbO2 + Pb + 2H2SO4 => 2PbSO4 + 2H2O

Datorită schimbului de electroni între anod și catod, este afectat echilibrul electronic între plăci. Electronii trec apoi prin sarcină și bateria se descarcă.

În timpul acestei descărcări, gravitatea acidului sulfuric diluat scade. De asemenea, în același timp, diferența de potențial a celulei scade.

Factorul de risc și valorile electrice

Bateria cu plumb-acid este dăunătoare dacă nu este întreținută în condiții de siguranță. Deoarece bateria generează hidrogen gazos în timpul procesului chimic, aceasta este extrem de periculoasă dacă nu este utilizată într-o zonă ventilată. De asemenea, încărcarea incorectă deteriorează grav bateria.

Care sunt valorile nominale standard ale bateriei plumb-acid?

Care baterie plumb-acid este prevăzută cu o fișă tehnică pentru curentul standard de încărcare și curentul de descărcare. În mod obișnuit, o baterie plumb-acid de 12 V care este aplicabilă pentru aplicația auto ar putea fi cuprinsă între 100Ah și 350Ah. Această valoare nominală este definită ca fiind valoarea nominală de descărcare cu o perioadă de timp de 8 ore.

De exemplu, o baterie de 160Ah ar putea furniza 20A de curent de alimentare a sarcinii timp de 8 ore din intervalul de timp. Putem trage mai mult curent, dar nu este recomandabil să facem acest lucru. Trăgând mai mult curent decât curentul maxim de descărcare în ceea ce privește cele 8 ore, se va deteriora eficiența bateriei, iar rezistența internă a bateriei ar putea fi, de asemenea, modificată, ceea ce va crește și mai mult temperatura bateriei.

Pe de altă parte, în timpul fazei de încărcare, trebuie să fim atenți la polaritatea încărcătorului, acesta trebuie să fie conectat corect cu polaritatea bateriei. Polaritatea inversă este periculoasă pentru încărcarea bateriei plumb-acid. Încărcătorul gata pregătit este prevăzut cu un contor de tensiune de încărcare și un contor de curent de încărcare cu opțiune de control. Ar trebui să furnizăm o tensiune mai mare decât tensiunea bateriei pentru a încărca bateria. Curentul maxim de încărcare ar trebui să fie același cu curentul maxim de alimentare la rate de descărcare de 8 ore. Dacă luăm același exemplu de 12V 160Ah, atunci curentul maxim de alimentare este de 20A, astfel încât curentul maxim de încărcare în siguranță este cel de 20A.

Nu ar trebui să creștem sau să furnizăm un curent de încărcare mare, deoarece acest lucru va duce la căldură și la creșterea generării de gaze.

Reguli de întreținere a bateriilor plumb-acid

1. Udăcinarea este cea mai neglijată caracteristică de întreținere a bateriilor plumb-acid inundate. Deoarece supraîncărcarea scade apa, trebuie să o verificăm frecvent. Mai puțină apă creează oxidare în plăci și scade durata de viață a bateriei. Adăugați apă distilată sau ionizată atunci când este nevoie.
2. Controlați orificiile de aerisire, acestea trebuie perfectate cu capace de cauciuc, adesea capacele de cauciuc se lipesc prea strâns de orificii.
3. Încărcați bateriile plumb-acid după fiecare utilizare. O perioadă îndelungată fără reîncărcare oferă sulfatare în plăci.
4. Nu înghețați bateria și nu o încărcați la mai mult de 49 de grade Celsius. În medii reci, bateriile trebuie încărcate complet, deoarece bateriile complet încărcate sunt mai sigure decât bateriile goale în ceea ce privește înghețarea.
5. Nu descărcați bateria în profunzime mai puțin de 1,7V pe celulă.
6. Pentru a stoca o baterie plumb-acid, aceasta trebuie să fie complet încărcată, apoi electrolitul trebuie drenat. Apoi, bateria va deveni uscată și poate fi depozitată pentru o perioadă lungă de timp.

.