- בניית סוללה עופרת
- עבודה של סוללת עופרת
- טעינת סוללות חומצה עופרת
- פריקה של סוללת חומצה עופרת
- דירוגי גורם סיכון וחשמל
- כללי תחזוקה של סוללות עופרת
כמעט כל מכשיר נייד ומכשיר כף יד מורכב מסוללה. הסוללה היא התקן אחסון בו מאוחסנת אנרגיה כדי לספק את הכוח בכל עת. ישנם סוגים שונים של סוללות בעולם האלקטרוניקה המודרני הזה, וביניהם סוללת עופרת חומצה משמשת בדרך כלל לאספקת חשמל גבוהה. בדרך כלל סוללות עופרת הן גדולות יותר עם בנייה קשה וכבדה, הן יכולות לאגור כמות גבוהה של אנרגיה ובדרך כלל משתמשים בה במכוניות וממירים.
גם לאחר קבלת תחרות עם סוללות ליתיום, הביקוש לסוללות עופרת גדל מיום ליום מכיוון שהן זולות יותר וקלות לטיפול בהשוואה לסוללות ליתיום. לפי כמה מחקרי שוק שוק הסוללה העופרת בהודו צפוי לגדול ב- CAGR של מעל 9% במהלך 2018-24. לכן, יש לה ביקוש עצום בשוק בתחום האוטומציה, הרכב והאלקטרוניקה הצרכנית. בסך הכל רוב הרכב החשמלי מגיע עם סוללות ליתיון-יון, אך עדיין ישנם דו-גלגלים חשמליים רבים המשתמשים בקרבות חומצה עופרת להפעלת הרכב.
במדריך הקודם למדנו על סוללות ליתיום יון, כאן נבין את העבודה, הבנייה והיישומים של סוללות עופרת. כמו כן, נלמד על טעינה / פריקה של דירוגים, דרישות ובטיחותן של סוללות עופרת.
בניית סוללה עופרת
מהי סוללת חומצה עופרת? אם נשבור את השם סוללת עופרת חומצה נקבל עופרת, חומצה וסוללה. עופרת היא יסוד כימי (הסמל הוא Pb והמספר האטומי הוא 82). זהו אלמנט רך ונחלש. אנו יודעים מהי חומצה; זה יכול לתרום פרוטון או לקבל זוג אלקטרונים כשהוא מגיב. אז, סוללה, שמורכבת מעופרת וחומצה פלומטית נטולת מים (המכונה לעתים בטעות כמחמרת עופרת), נקראת סוללת חומצה עופרת.
עכשיו, מהי הבנייה הפנימית?
סוללת עופרת מורכבת מהדברים הבאים, אנו יכולים לראות אותה בתמונה למטה:
סוללת עופרת מורכבת מלוחות, מפריד ואלקטרוליט, פלסטיק קשיח עם מארז גומי קשיח.
בסוללות, הלוחות משני סוגים, חיוביים ושליליים. החיובי מורכב מעופרת דו-חמצנית ושלילי מורכב מעופרת ספוג. שתי לוחות אלה מופרדים באמצעות מפריד שהוא חומר בידוד. הבנייה הכוללת הזו נשמרת במארז פלסטיק קשיח עם אלקטרוליט. אלקטרוליט הוא מים וחומצה גופרתית.
מארז הפלסטיק הקשיח הוא תא אחד. חנות תאים בודדת בדרך כלל 2.1V. מסיבה זו, סוללת חומצה עופרת 12V מורכבת מ -6 תאים ומספקת 6 x 2.1V / תא = 12.6V בדרך כלל.
עכשיו, מהי קיבולת האחסון הטעינה?
זה מאוד אמין בחומר הפעיל (כמות אלקטרוליטים) ובגודל הצלחת. יתכן שראיתם שקיבולת האחסון של סוללת ליתיום מתוארת בדירוג mAh או מיליאמפר-שעה, אך במקרה של סוללת עופרת חומצה היא שעה של אמפר. נתאר זאת בחלק מאוחר יותר.
עבודה של סוללת עופרת
עבודה של סוללת עופרת חומצה עוסקת רק בכימיה ומעניין מאוד לדעת עליה. יש תהליך כימי עצום הכרוך במצב טעינה ופריקה של סוללת עופרת. מולקולות החומצה הגופריתית מדוללת H 2 SO 4 נשברות לשני חלקים כאשר החומצה מתמוססת. זה ייצור יונים חיוביים 2H + ויונים שליליים SO 4 -. כפי שאמרנו קודם, שתי אלקטרודות מחוברות כצלחות, אנודה וקתודה. האנודה תופסת את היונים השליליים והקתודה מושכת את היונים החיוביים. קשר זה באנודה וב- SO 4 - ובקטודה עם אלקטרונים מחליפי 2H + ואשר מגיב עוד יותר עם ה- H2O או עם המים (חומצה גופרתית מדוללת, חומצה גופרתית + מים).
לסוללה שני מצבים של תגובה כימית, טעינה ופריקה.
טעינת סוללות חומצה עופרת
כידוע, כדי לטעון סוללה, עלינו לספק מתח גדול ממתח המסוף. אז כדי לטעון סוללה של 12.6 וולט, ניתן להחיל 13 וולט.
אך מה קורה בפועל כשאנחנו טוענים סוללת חומצה עופרת?
ובכן, אותן תגובות כימיות שתיארנו קודם. באופן ספציפי, כאשר הסוללה מחוברת למטען, מולקולות החומצה הגופרתית נשברות לשני יונים, יונים חיוביים 2H + ויונים שליליים SO 4 -. אלקטרוני חילופי המימן עם הקתודה והופכים למימן, מימן זה מגיב עם ה- PbSO 4 בקתודה ויוצר חומצה גופרתית (H 2 SO 4) ועופרת (Pb). מצד שני, SO 4 - מחליפים אלקטרונים עם אנודה והופכים ל- SO 4 רדיקלי. SO 4 זה מגיב עם PbSO 4 של האנודה ויוצר את החמצן העופרת PbO 2 וחומצה גופרתית (H 2 SO 4). האנרגיה מאוחסנת על ידי הגדלת כוח המשיכה של חומצה גופרתית והגברת המתח הפוטנציאלי של התא.
כפי שהוסבר לעיל, התגובות הכימיות הבאות מתרחשות באנודה ובקטודה במהלך תהליך הטעינה.
בקתודה
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
באנודה
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
בשילוב מעל שתי משוואות, התגובה הכימית הכוללת תהיה
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
ישנן שיטות שונות החלות על טעינת סוללת החומצה העופרת. ניתן להשתמש בכל שיטה לסוללה ספציפית של חומצה עופרת ליישומים ספציפיים. יישומים מסוימים משתמשים בשיטת טעינה של מתח קבוע, ואילו יישומים משתמשים בשיטת זרם קבוע, ואילו טעינת דגדוג שימושית גם במקרים מסוימים. בדרך כלל יצרן הסוללות מספק את השיטה הנכונה לטעינת הסוללות הספציפיות של חומצות עופרת. בדרך כלל לא משתמשים בטעינה של זרם קבוע בטעינה של סוללות חומצה עופרת.
שיטת הטעינה הנפוצה ביותר הנהוגה בסוללת חומצה עופרת היא שיטת טעינה במתח קבוע המהווה תהליך יעיל מבחינת זמן הטעינה. במחזור טעינה מלא מתח הטעינה נשאר קבוע והזרם פחת בהדרגה עם עליית רמת טעינת הסוללה.
פריקה של סוללת חומצה עופרת
פריקה של סוללת חומצה עופרת קשורה שוב לתגובות כימיות. החומצה הגופרתית היא בצורה מדוללת עם יחס של 3: 1 בדרך כלל עם מים וחומצה גופרתית. כאשר העומסים מחוברים על פני הלוחות, חומצת הגופרית שוב פורצת ליונים חיוביים 2H + ויונים שליליים SO 4. יוני המימן מגיבים עם PbO 2 ויוצרים PbO ומים H 2 O. PbO מתחילים להגיב עם H 2 SO 4 ויוצרים PbSO 4 ו- H 2 O.
בצד השני SO 4 - יונים מחליפים אלקטרונים מ- Pb, ויוצרים SO 4 רדיקלי מה שיוצר עוד יותר את PbSO 4 המגיב עם ה- Pb.
כפי שהוסבר לעיל, התגובות הכימיות הבאות מתרחשות באנודה ובקתודה במהלך תהליך הפריקה. תגובה זו מנוגדת בדיוק לתגובות טעינה:
בקתודה
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
באנודה:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
בשילוב מעל שתי משוואות, התגובה הכימית הכוללת תהיה
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2 PbSO 4 + 2H 2 O
בשל חילופי האלקטרונים על פני אנודה וקתודה, איזון האלקטרונים על פני הלוחות מושפע. לאחר מכן האלקטרונים זורמים דרך העומס והסוללה מתרוקנת.
במהלך פריקה זו, כוח המשיכה של חומצה גופרתית מדוללת יורד. כמו כן, במקביל, ההבדל הפוטנציאלי של התא יורד.
דירוגי גורם סיכון וחשמל
הסוללה של חומצה עופרת מזיקה אם אינה מתוחזקת בבטחה. מכיוון שהסוללה מייצרת גז מימן במהלך התהליך הכימי, היא מסוכנת ביותר אם לא משתמשים בה באזור המאוורר. כמו כן, טעינה לא מדויקת פוגעת קשות בסוללה.
מהם הדירוגים הסטנדרטיים של סוללת עופרת חומצה?
כל סוללה עם חומצה עופרת מסופקת עם גליון נתונים לזרם טעינה רגיל ולזרם פריקה. בדרך כלל סוללה 12V עופרת חומצה המתאימה ליישום הרכב יכולה לנוע בין 100Ah ל 350Ah. דירוג זה מוגדר כדירוג פריקה עם תקופת תזמון של 8 שעות.
לדוגמא, סוללה של 160Ah יכולה לספק זרם אספקה של 20A לעומס למשך 8 שעות. אנו יכולים לצייר עדכניות יותר אך לא מומלץ לעשות זאת. על ידי משיכת זרם רב יותר מזרם הפריקה המרבי בגין 8 שעות יפגע ביעילות הסוללה וניתן היה לשנות את ההתנגדות הפנימית של הסוללה, מה שמגדיל עוד יותר את טמפרטורת הסוללה.
מצד שני, בשלב הטעינה, עלינו להקפיד על קוטביות המטען, עליו להיות מחובר כראוי לקוטביות הסוללה. קוטביות הפוכה מסוכנת לטעינה של סוללת עופרת. המטען המיועד להכנה מגיע עם מתח טעינה ומד זרם טעינה עם אפשרות בקרה. עלינו לספק מתח גדול יותר ממתח הסוללה לטעינת הסוללה. זרם הטעינה המקסימלי אמור להיות זהה לזרם האספקה המקסימלי בשיעור פריקה של 8 שעות. אם ניקח את אותה דוגמה של 12V 160Ah, אז זרם האספקה המרבי הוא 20A, כך שזרם הטעינה הבטוח המרבי הוא 20A.
אנחנו לא צריכים להגדיל או לספק זרם טעינה גדול מכיוון שזה יביא לחום ולייצור גז מוגבר.
כללי תחזוקה של סוללות עופרת
- השקיה היא תכונת התחזוקה המוזנחת ביותר של סוללות עופרת חומצות מוצפות. מכיוון שהעמסת יתר פוחתת במים, עלינו לבדוק זאת לעיתים קרובות. פחות מים יוצרים חמצון בפלטות ומקטינים את אורך חיי הסוללה. הוסף מים מזוקקים או מיוננים במידת הצורך.
- בדוק אם פתחי האוורור, הם צריכים להיות מושלמים עם מכסי גומי, לעתים קרובות מכסי הגומי נדבקים עם החורים בחוזקה מדי.
- טען סוללות חומצות עופרת לאחר כל שימוש. תקופה ארוכה ללא טעינה מספקת סולפט בצלחות.
- אין להקפיא את הסוללה ולא להטעין אותה מעל 49 מעלות צלזיוס. בסוללות קרות יש לטעון באופן מלא סוללות בטענה מלאה יותר מהסוללות הריקות בגין הקפאה.
- אל תפרוק את הסוללה עמוק פחות מ- 1.7 וולט לתא.
- כדי לאחסן סוללת חומצה עופרת, יש לטעון אותה לחלוטין ואז לנקז את האלקטרוליט. ואז הסוללה תתייבש וניתן לאחסן אותה לאורך זמן.