- Svina skābes akumulatora konstrukcija
- Svina skābes akumulatora darbība
- Svina skābes akumulatora uzlāde
- Svina skābes akumulatora izlāde
- Riska faktors un elektriskie vērtējumi
- Svina-skābes akumulatoru uzturēšanas noteikumi
Gandrīz katra pārnēsājama un rokas ierīce sastāv no akumulatora. Akumulators ir akumulatora ierīce, kurā tiek uzkrāta enerģija, lai vajadzības gadījumā nodrošinātu enerģiju. Šajā mūsdienu elektronikas pasaulē ir pieejami dažāda veida akumulatori, tostarp svina skābes akumulatorus parasti izmanto lielai barošanai. Parasti svina skābes akumulatori ir lielāki ar cietu un smagu konstrukciju, tie var uzglabāt lielu enerģijas daudzumu un parasti tiek izmantoti automašīnās un invertoros.
Pat pēc konkurences ar litija jonu akumulatoriem svina skābes akumulatoru pieprasījums katru dienu palielinās, jo tie ir lētāki un viegli apstrādājami salīdzinājumā ar litija jonu akumulatoriem. Saskaņā ar dažiem tirgus pētījumiem tiek prognozēts, ka Indijas svina skābes akumulatoru tirgus pieaugs par vairāk nekā 9% CAGR laikā no 2018. līdz 24. gadam. Tātad tam ir milzīgs tirgus pieprasījums pēc automatizācijas, automobiļu un patērētāju elektronikas. Lai arī lielākā daļa elektriskā transportlīdzekļa ir aprīkoti ar litija jonu akumulatoriem, tomēr joprojām ir daudz elektrisku divriteņu transportlīdzekļu, kas transportlīdzekļa darbināšanai izmanto svina skābes.
Iepriekšējā apmācībā mēs uzzinājām par litija jonu akumulatoriem, šeit mēs sapratīsim svina skābes akumulatoru darbību, konstrukciju un pielietojumu. Mēs arī uzzināsim par svina skābes akumulatoru uzlādes / izlādes vērtējumiem, prasībām un drošību.
Svina skābes akumulatora konstrukcija
Kas ir svina skābes akumulators? Ja mēs pārtrauksim svina skābes akumulatora nosaukumu, mēs iegūsim svinu, skābi un akumulatoru. Svins ir ķīmiskais elements (simbols ir Pb un atoma skaitlis 82). Tas ir mīksts un kaļams elements. Mēs zinām, kas ir skābe; tas var ziedot protonu vai pieņemt elektronu pāri, kad tas reaģē. Tātad akumulatoru, kas sastāv no svina un bezūdens sālsskābes (dažreiz nepareizi sauktu par svina peroksīdu), sauc par svina skābes akumulatoru.
Tagad, kas ir iekšējā konstrukcija?
Svina skābes akumulators sastāv no šādām lietām, mēs to varam redzēt zemāk esošajā attēlā:
Svina skābes akumulators sastāv no plāksnēm, atdalītāja un cietā plastmasas elektrolīta ar cietās gumijas korpusu.
Baterijās plāksnes ir divu veidu, pozitīvas un negatīvas. Pozitīvo veido svina dioksīds un negatīvo - svina sūklis. Šīs divas plāksnes atdala, izmantojot separatoru, kas ir izolācijas materiāls. Šī kopējā konstrukcija tiek turēta cietā plastmasas korpusā ar elektrolītu. Elektrolīts ir ūdens un sērskābe.
Cietā plastmasas korpuss ir viena šūna. Vienšūnu veikals parasti ir 2,1 V. Šī iemesla dēļ 12 V svina skābes akumulators sastāv no 6 šūnām un parasti nodrošina 6 x 2,1 V / Šūna = 12,6 V.
Tagad, kas ir maksas uzglabāšanas jaudu?
Tas ir ļoti atkarīgs no aktīvā materiāla (elektrolīta daudzuma) un plāksnes lieluma. Iespējams, esat redzējis, ka litija akumulatoru uzglabāšanas jauda ir aprakstīta mAh vai miliamp stundu stundā, bet svina skābes akumulatora gadījumā tā ir ampēra stunda. Mēs to aprakstīsim nākamajā sadaļā.
Svina skābes akumulatora darbība
Svina skābes akumulatora darbība ir saistīta ar ķīmiju, un par to ir ļoti interesanti uzzināt. Svina skābes akumulatora uzlādes un izlādes stāvoklī ir iesaistīts milzīgs ķīmiskais process. Atšķaidītās sērskābes H 2 SO 4 molekulas sadalās divās daļās, kad skābe izšķīst. Tas radīs pozitīvos jonus 2H + un negatīvos jonus SO 4 -. Kā mēs teicām iepriekš, divi elektrodi ir savienoti kā plāksnes, anods un katods. Anods uztver negatīvos jonus, un katods piesaista pozitīvos jonus. Šī saistīšanās anodā un SO 4 - un katodā ar 2H + apmaiņas elektroniem un kas tālāk reaģē ar H2O vai ūdeni (atšķaidīta sērskābe, sērskābe + ūdens).
Akumulatoram ir divi ķīmiskās reakcijas stāvokļi - lādēšana un izlāde.
Svina skābes akumulatora uzlāde
Kā mēs zinām, lai uzlādētu akumulatoru, mums jānodrošina spriegums, kas lielāks par spaiļu spriegumu. Tātad, lai uzlādētu 12,6 V akumulatoru, var izmantot 13 V.
Bet kas patiesībā notiek, uzlādējot svina skābes akumulatoru?
Nu, tās pašas ķīmiskās reakcijas, kuras mēs aprakstījām iepriekš. Konkrēti, kad akumulators ir savienots ar lādētāju, sērskābes molekulas sadalās divos jonos, pozitīvajos jonos 2H + un negatīvajos jonos SO 4 -. Ūdeņradis apmaina elektronus ar katodu un kļūst par ūdeņradi, šis ūdeņradis reaģē ar katbā esošo PbSO 4 un veido sērskābi (H 2 SO 4) un svinu (Pb). No otras puses, SO 4 - apmaina elektronus ar anodu un kļūst radikāls SO 4. Šis SO 4 reaģē ar anoda PbSO 4 un rada svina peroksīdu PbO 2 un sērskābi (H 2 SO 4). Enerģija tiek uzkrāta, palielinot sērskābes smagumu un palielinot šūnu potenciālo spriegumu.
Kā paskaidrots iepriekš, uzlādes procesā anodā un katodā notiek šādas ķīmiskās reakcijas.
Pie katoda
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
Pie anoda
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Apvienojot virs diviem vienādojumiem, kopējā ķīmiskā reakcija būs
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Svina skābes akumulatora uzlādei ir dažādas metodes. Katru metodi var izmantot īpašiem svina-skābes akumulatoriem īpašām vajadzībām. Dažās lietojumprogrammās tiek izmantota nemainīgas sprieguma uzlādes metode, dažās - nemainīgas strāvas metode, turpretī ērču uzlāde dažos gadījumos ir noderīga. Parasti akumulatoru ražotājs nodrošina pareizu metodi specifisko svina-skābes akumulatoru uzlādēšanai. Lādējot svina skābes akumulatorus, pastāvīga strāvas uzlāde parasti netiek izmantota.
Svina skābes akumulatoros visbiežāk izmantotā uzlādes metode ir nemainīga sprieguma uzlādes metode, kas ir efektīvs process uzlādes laika ziņā. Pilna uzlādes cikla laikā uzlādes spriegums paliek nemainīgs, un strāva pakāpeniski samazinās, palielinoties akumulatora uzlādes līmenim.
Svina skābes akumulatora izlāde
Svina skābes akumulatora izlāde atkal ir saistīta ar ķīmiskām reakcijām. Sērskābe ir atšķaidītā veidā ar ūdeni un sērskābi parasti 3: 1. Kad slodzes ir savienotas pāri plāksnēm, sērskābe atkal sadalās pozitīvajos jonos 2H + un negatīvajos jonos SO 4. Ūdeņraža joni reaģē ar PbO 2 un liek PbO un ūdeni H 2 O. PbO sāk reaģēt ar H 2 SO 4 un rada PbSO 4 un H 2 O.
No otras puses SO 4 - joni apmainās ar Pb elektroniem, radot radikālu SO 4, kas tālāk rada PbSO 4, reaģējot ar Pb.
Kā paskaidrots iepriekš, izvadīšanas procesā anodā un katodā notiek šādas ķīmiskās reakcijas. Šīs reakcijas ir tieši pretējas uzlādes reakcijām:
Pie katoda
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
Pie anoda:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Apvienojot virs diviem vienādojumiem, kopējā ķīmiskā reakcija būs
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Pateicoties elektronu apmaiņai anodā un katodā, tiek ietekmēta elektronu bilance pāri plāksnēm. Pēc tam elektroni plūst caur slodzi, un akumulators tiek izlādēts.
Šīs izlādes laikā atšķaidītās sērskābes gravitācija samazinās. Tajā pašā laikā samazinās arī šūnu iespējamā atšķirība.
Riska faktors un elektriskie vērtējumi
Svina skābes akumulators ir kaitīgs, ja to neuztur droši. Tā kā ķīmiskā procesa laikā akumulators rada ūdeņraža gāzi, tas ir ļoti bīstams, ja to neizmanto ventilējamā telpā. Arī nepareiza uzlāde nopietni sabojā akumulatoru.
Kādi ir svina skābes akumulatora standarta vērtējumi?
Katrs svina-skābes akumulators ir aprīkots ar standarta uzlādes strāvas un izlādes strāvas datu lapu. Parasti 12 V svina-skābes akumulators, kas piemērots automobiļu lietošanai, varētu būt no 100Ah līdz 350Ah. Šis vērtējums ir definēts kā izlādes līmenis ar 8 stundu laika periodu.
Piemēram, 160Ah akumulators varētu nodrošināt 20A barošanas strāvu slodzei 8 stundu laikā. Mēs varam uzzināt vairāk strāvas, bet tas nav ieteicams to darīt. Uzņemot lielāku strāvu nekā maksimālā izlādes strāva attiecībā uz 8 stundām, tiks bojāta akumulatora efektivitāte, kā arī var tikt mainīta akumulatora iekšējā pretestība, kas vēl vairāk paaugstina akumulatora temperatūru.
No otras puses, uzlādes posmā mums vajadzētu būt uzmanīgiem attiecībā uz lādētāja polaritāti, tam jābūt pareizi savienotam ar akumulatora polaritāti. Apgrieztā polaritāte ir bīstama svina-skābes akumulatora uzlādei. Izgatavotajam lādētājam ir uzlādes sprieguma un uzlādes strāvas mērītājs ar vadības iespēju. Lai uzlādētu akumulatoru, mums jānodrošina lielāks spriegums nekā akumulatora spriegums. Maksimālajai uzlādes strāvai jābūt vienādai ar maksimālo barošanas strāvu ar 8 stundu izlādes ātrumu. Ja ņemam to pašu 12V 160Ah piemēru, tad maksimālā barošanas strāva ir 20A, tātad maksimālā drošā uzlādes strāva ir 20A.
Mums nevajadzētu palielināt vai nodrošināt lielu uzlādes strāvu, jo tas izraisīs siltumu un palielinātu gāzes ražošanu.
Svina-skābes akumulatoru uzturēšanas noteikumi
- Laistīšana ir visvairāk novārtā atstātās svina-skābes akumulatoru apkopes funkcija. Tā kā pārmērīga uzlāde samazina ūdens daudzumu, mums tas bieži jāpārbauda. Mazāk ūdens rada oksidāciju plāksnēs un samazina akumulatora kalpošanas laiku. Ja nepieciešams, pievienojiet destilētu vai jonizētu ūdeni.
- Pārbaudiet, vai nav ventilācijas atveru, tās ir jāpapildina ar gumijas vāciņiem, bieži gumijas vāciņi pārāk cieši turas ar caurumiem.
- Pēc katras lietošanas reizes uzlādējiet svina-skābes akumulatorus. Ilgstošs periods bez uzlādēšanas nodrošina sulfātu veidošanos plāksnēs.
- Nesasaldējiet akumulatoru un neuzlādējiet to vairāk par 49 grādiem pēc Celsija. Aukstā apkārtējā vidē baterijas ir pilnībā jāuzlādē, jo tās pilnībā uzlādē drošāk nekā tukšās.
- Neizlādējiet akumulatoru zemāk par 1,7 V uz vienu šūnu.
- Lai uzglabātu svina skābes akumulatoru, tas ir pilnībā jāuzlādē, pēc tam jāiztukšo elektrolīts. Tad akumulators kļūst sauss un to var uzglabāt ilgu laiku.