Τι είναι η μπαταρία μολύβδου οξέος: Τύποι, εργασία και οι εφαρμογές του

Προτού να πηδήξουμε άμεσα για να μάθουμε τις έννοιες που σχετίζονται με την μπαταρία μολύβδου οξέος, ας ξεκινήσουμε με την ιστορία του. Έτσι, ένας Γάλλος επιστήμονας με την ονομασία Nicolas Gautherot το 1801 παρατήρησε ότι κατά τη δοκιμή ηλεκτρόλυσης υπάρχει ελάχιστη ποσότητα ρεύματος ακόμα και όταν υπάρχει αποσύνδεση της κύριας μπαταρίας. Ενώ το έτος, το 1859 ένας επιστήμονας με το όνομα Gatson ανέπτυξε μπαταρία μολύβδου οξέος και αυτή ήταν η πρώτη που επαναφορτίζεται μέσω του περάσματος του αντίστροφου ρεύματος. Αυτή ήταν η αρχική έκδοση αυτού του είδους της μπαταρίας, ενώ ο Faure στη συνέχεια πρόσθεσε πολλές βελτιώσεις σε αυτό και τέλος, ο πρακτικός τύπος μπαταρίας μολύβδου οξέος εφευρέθηκε από τον Henri Tudor το 1886. Ας κάνουμε μια πιο λεπτομερή συζήτηση για αυτό το είδος μπαταρία , εργασία, τύποι, κατασκευή και οφέλη.

Τι είναι η μπαταρία μολύβδου οξέος;

Η μπαταρία μολύβδου οξέος εμπίπτει στην κατηγορία των επαναφορτιζόμενων και δευτερευόντων μπαταριών. Παρά τις ελάχιστες αναλογίες μπαταρίας σε ενέργεια προς όγκο και ενέργεια σε βάρος, διατηρεί την ικανότητα να παρέχει αυξημένα ρεύματα κύματος. Αυτό αντιστοιχεί στο ότι τα κύτταρα οξέος μολύβδου διαθέτουν μεγάλη ποσότητα ισχύος σε αναλογίες βάρους.

Αυτές είναι οι μπαταρίες που χρησιμοποιούν υπεροξείδιο του μολύβδου και μόλυβδο σφουγγαριού για τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον σε υποσταθμούς και συστήματα ισχύος λόγω του ότι έχουν αυξημένα επίπεδα τάσης κυψέλης και ελάχιστο κόστος.

Κατασκευή

Στο κατασκευή μπαταρίας μολύβδου οξέος , οι πλάκες και τα δοχεία είναι τα κρίσιμα συστατικά. Η παρακάτω ενότητα παρέχει μια λεπτομερή περιγραφή κάθε εξαρτήματος που χρησιμοποιείται στην κατασκευή. ο διάγραμμα μπαταρίας μολύβδου οξέος είναι

Διάγραμμα μπαταρίας μολύβδου οξέος

Δοχείο

Αυτό το μέρος του δοχείου είναι κατασκευασμένο από εβονίτη, επικαλυμμένο με μόλυβδο ξύλο, γυαλί, σκληρό καουτσούκ κατασκευασμένο από ασφαλτούχο στοιχείο, κεραμικά υλικά ή πλαστά πλαστικά που τοποθετούνται στην κορυφή για την εξάλειψη κάθε είδους εκκένωσης ηλεκτρολύτη. Ενώ στο κάτω μέρος του δοχείου, υπάρχουν τέσσερις νευρώσεις όπου δύο τοποθετούνται στη θετική πλάκα και οι άλλες στην αρνητική πλάκα.

Εδώ, το πρίσμα λειτουργεί ως βάση και για τις δύο πλάκες και επιπλέον προστατεύει τις πλάκες από βραχυκύκλωμα. Τα συστατικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του δοχείου πρέπει να είναι απαλλαγμένα από θειικό οξύ, δεν πρέπει να λυγίζουν ή να διαπερατά και να μην περιέχουν είδη ακαθαρσιών που οδηγούν σε βλάβη ηλεκτρολύτη.

Πλάκες

Οι πλάκες της μπαταρίας μολύβδου οξέος είναι κατασκευασμένες με διαφορετικό τρόπο και όλες αποτελούνται από παρόμοιους τύπους πλέγματος που είναι κατασκευασμένοι από ενεργά συστατικά και μόλυβδο. Το πλέγμα είναι ζωτικής σημασίας για την καθιέρωση της αγωγιμότητας του ρεύματος και για τη διάδοση ίσων ποσοτήτων ρευμάτων στα ενεργά συστατικά. Εάν υπάρχει άνιση κατανομή, τότε θα υπάρξει χαλάρωση του ενεργού συστατικού. Οι πλάκες αυτής της μπαταρίας είναι δύο ειδών. Αυτά είναι πλατένια / διαμορφωμένα πιάτα και πλάκες Faure / επικολλημένες.

Οι διαμορφωμένες πλάκες χρησιμοποιούνται κυρίως για στατικές μπαταρίες και έχουν βαρέων βαρών και ακριβά επίσης. Έχουν όμως μεγάλη αντοχή και δεν είναι εύκολα επιρρεπή σε απώλεια των ενεργών συστατικών τους ακόμη και σε διαδικασίες συνεχούς φόρτισης και εκφόρτισης. Αυτά έχουν ελάχιστη αναλογία χωρητικότητας προς βάρος.

Ενώ η επικολλημένη διαδικασία χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή αρνητικών πλακών από εκείνη των θετικών πλακών. Το αρνητικό ενεργό συστατικό είναι κάπως περίπλοκο και αντιμετωπίζουν μια μικρή τροποποίηση στις διαδικασίες φόρτισης και εκφόρτισης.

Ενεργό συστατικό

Το συστατικό που εμπλέκεται ενεργά στις διαδικασίες χημικής αντίδρασης που συμβαίνουν στη μπαταρία κυρίως κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση ονομάζεται ενεργό συστατικό. Τα ενεργά συστατικά είναι:

• Υπεροξείδιο του μολύβδου - Σχηματίζει ένα θετικό ενεργό συστατικό.
• Σφουγγάρι μολύβδου - Αυτό το υλικό αποτελεί το αρνητικό ενεργό συστατικό
• Αραιωμένο θειικό οξύ - Χρησιμοποιείται κυρίως ως ηλεκτρολύτης

Διαχωριστές

Πρόκειται για λεπτά φύλλα που είναι κατασκευασμένα από πορώδες καουτσούκ, επικαλυμμένο ξύλο και ίνες γυαλιού. Οι διαχωριστές τοποθετούνται μεταξύ των πλακών για να παρέχουν ενεργή μόνωση. Έχουν αυλακωτό σχήμα από τη μία πλευρά και απαλό φινίρισμα σε άλλες άκρες.

Άκρες μπαταρίας

Έχει θετικά και αρνητικά άκρα με διάμετρο 17,5 mm και 16 mm.

Αρχή λειτουργίας μπαταρίας μολύβδου οξέος

Καθώς το θειικό οξύ χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης στην μπαταρία, όταν διαλύεται, τα μόρια σε αυτό διασπείρονται ως SO₄^-(αρνητικά ιόντα) και 2Η + (θετικά ιόντα) και αυτά θα έχουν ελεύθερη κυκλοφορία. Όταν αυτά τα ηλεκτρόδια βυθιστούν στα διαλύματα και παρέχουν τροφοδοσία DC, τότε τα θετικά ιόντα θα έχουν κίνηση και θα κινηθούν προς την κατεύθυνση του αρνητικού άκρου της μπαταρίας. Με τον ίδιο τρόπο, τα αρνητικά ιόντα θα έχουν μια κίνηση και θα κινηθούν προς την κατεύθυνση του θετικού άκρου της μπαταρίας.

Κάθε ιόν υδρογόνου και θειικού άλατος συλλέγει ένα και δύο ηλεκτρόνια και αρνητικά ιόντα από την κάθοδο και την άνοδο και έχουν αντίδραση με νερό. Αυτό σχηματίζει υδρογόνο και θειικό οξύ. Ενώ οι ανεπτυγμένες από τις παραπάνω αντιδράσεις αντιδρούν με οξείδιο του μολύβδου και σχηματίζουν υπεροξείδιο του μολύβδου. Αυτό σημαίνει κατά το χρόνο της διαδικασίας φόρτισης το στοιχείο καθόδου μολύβδου παραμένει ως μόλυβδος ενώ η άνοδος μολύβδου σχηματίζεται ως υπεροξείδιο μολύβδου που έχει σκούρο καφέ χρώμα.

Όταν δεν υπάρχει Προμήθεια συνεχούς ρεύματος και, στη συνέχεια, όταν ένα βολτόμετρο συνδέεται μεταξύ των ηλεκτροδίων, εμφανίζει τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων. Όταν υπάρχει σύνδεση καλωδίου μεταξύ των ηλεκτροδίων, θα υπάρχει η διέλευση ρεύματος από την αρνητική προς τη θετική πλάκα μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος που σημαίνει ότι η κυψέλη διατηρεί την ικανότητα παροχής ηλεκτρικής μορφής ενέργειας.

Έτσι, αυτό δείχνει μπαταρία μολύβδου οξέος σενάριο.

ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ

ο τύποι μπαταριών μολύβδου οξέος κατηγοριοποιούνται κυρίως σε πέντε τύπους και εξηγούνται λεπτομερώς στην παρακάτω ενότητα.

Πλημμυρισμένος τύπος - Αυτός είναι ο συμβατικός τύπος ανάφλεξης του κινητήρα και έχει μπαταρία έλξης. Ο ηλεκτρολύτης έχει ελεύθερη κίνηση στο τμήμα κελιού. Τα άτομα που χρησιμοποιούν αυτόν τον τύπο μπορούν να έχουν προσβασιμότητα για κάθε κελί και μπορούν να προσθέσουν νερό στα κελιά όταν στεγνώσει η μπαταρία.

Σφραγισμένος τύπος - αυτό το είδος μπαταρίας μολύβδου-οξέος είναι απλώς μια μικρή αλλαγή στον πλημμυρισμένο τύπο μπαταρίας. Παρόλο που οι άνθρωποι δεν έχουν πρόσβαση σε κάθε κελί της μπαταρίας, ο εσωτερικός σχεδιασμός είναι σχεδόν παρόμοιος με τον πλημμυρισμένο τύπο 1. Η κύρια παραλλαγή σε αυτόν τον τύπο είναι ότι υπάρχει αρκετή ποσότητα οξέος που αντέχει στην εμφάνιση ομαλής ροής χημικών αντιδράσεων καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Τύπος VRLA - Αυτά ονομάζονται Ρυθμιζόμενες με βαλβίδες μπαταρίες μολύβδου οξέος που ονομάζονται επίσης σφραγισμένος τύπος μπαταρίας. Η διαδικασία ελέγχου τιμών επιτρέπει την ασφαλή εξέλιξη του Ο_δύοκαι Η_δύοαέρια κατά τη φόρτιση.

Τύπος Ετ.Γ.Σ. - Αυτός είναι ο τύπος μπαταρίας Absorbed Glass Matte που επιτρέπει στον ηλεκτρολύτη να σταματήσει κοντά στο υλικό της πλάκας. Αυτό το είδος μπαταρίας αυξάνει την απόδοση των διαδικασιών εκφόρτισης και φόρτισης. Αυτά χρησιμοποιούνται ιδιαίτερα στις εφαρμογές σπορ ισχύος και εκκίνησης κινητήρα.

Τύπος γέλης - Αυτό είναι το υγρό είδος μπαταρίας μολύβδου-οξέος όπου ο ηλεκτρολύτης σε αυτό το κελί σχετίζεται με πυριτία που κάνει την ενίσχυση του υλικού. Οι τιμές τάσης επαναφόρτισης του κυττάρου έτρωγαν ελάχιστες σε σύγκριση με άλλους τύπους και έχει επίσης μεγαλύτερη ευαισθησία.

Χημική αντίδραση μπαταρίας μολύβδου οξέος

Η χημική αντίδραση στη μπαταρία συμβαίνει κυρίως κατά τη διάρκεια των μεθόδων εκφόρτισης και επαναφόρτισης και στη διαδικασία εκφόρτισης εξηγείται ως εξής:

Όταν η μπαταρία έχει αποφορτιστεί πλήρως, τότε η άνοδος και οι κάθοδοι είναι PbO_δύοκαι Pb. Όταν συνδέονται με αντίσταση, η μπαταρία αποφορτίζεται και τα ηλεκτρόνια έχουν την αντίθετη διαδρομή κατά τη φόρτιση. Το Η_δύοΤα ιόντα έχουν μια κίνηση προς την άνοδο και γίνονται ένα άτομο. Έρχεται σε επαφή με PbO_δύοσχηματίζοντας έτσι PbSO₄που έχει λευκό χρώμα.

Με τον ίδιο τρόπο, το θειικό ιόν έχει κίνηση προς την κάθοδο και αφού φτάσει, το ιόν σχηματίζεται σε SO₄. Αντιδρά με μόλυβδο κάθοδος σχηματίζοντας έτσι θειικό μόλυβδο.

PbSO₄+ 2Η = PbO + Η_δύοΉ

PbO + Η_δύοΕΤΣΙ₄= PbSO₄+ 2Η_δύοΉ

PbO_δύο+ Χ_δύοΕΤΣΙ₄+ 2Η = PbSO₄+ 2Η_δύοΉ

Χημικές αντιδράσεις

Κατά τη διαδικασία επαναφόρτισης, η κάθοδος και οι άνοδοι συνδέονται με τα αρνητικά και θετικά άκρα της τροφοδοσίας DC. Τα θετικά ιόντα Η2 κινούνται προς την κατεύθυνση της καθόδου και αποκτούν δύο ηλεκτρόνια και μορφές ως άτομο Η2. Υποβάλλεται σε χημική αντίδραση με θειικό μόλυβδο και σχηματίζει μόλυβδο και θειικό οξύ.

PbSO₄+ 2Η_δύοO + 2H = PbSO₄+ 2 Ω_δύοΕΤΣΙ₄

Η συνδυασμένη εξίσωση και για τις δύο διαδικασίες παρουσιάζεται ως

Διαδικασία απαλλαγής και επαναφόρτισης

Εδώ, το κάτω βέλος δηλώνει εκφόρτιση και ένα ανοδικό βέλος δείχνει τη διαδικασία επαναφόρτισης.

ΖΩΗ

Η βέλτιστη λειτουργική θερμοκρασία για μπαταρία μολύβδου οξέος είναι 25⁰C που σημαίνει 77⁰ΣΤ. Η αύξηση του εύρους θερμοκρασίας μειώνει τη διάρκεια ζωής. A σύμφωνα με τον κανόνα, για κάθε αύξηση της θερμοκρασίας στους 80C, μειώνει τον χρόνο ημιζωής της μπαταρίας. Ενώ μια ρυθμιζόμενη τιμή μπαταρία λειτουργεί σε 25⁰Ο Γ έχει ένα διάρκεια ζωής μπαταρίας οξέος μολύβδου 10 ετών. Και όταν αυτό λειτουργεί σε 33⁰Γ, έχει διάρκεια ζωής μόνο 5 χρόνια.

Εφαρμογές μπαταρίας μολύβδου οξέος

• Αυτά χρησιμοποιούνται σε φωτισμό έκτακτης ανάγκης για παροχή ισχύος για αντλίες κάρτερ.
• Χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικούς κινητήρες
• Υποβρύχια
• Πυρηνικά υποβρύχια

Αυτό το άρθρο εξηγεί την αρχή, τους τύπους, τη διάρκεια ζωής, την κατασκευή, τις χημικές αντιδράσεις και τις εφαρμογές της μπαταρίας μολύβδου οξέος. Επιπλέον, ξέρετε τι είναι πλεονεκτήματα μπαταρίας μολύβδου οξέος και μειονεκτήματα σε διάφορους τομείς;