Lead acid baterya: nagtatrabaho, konstruksyon at singilin / paglabas

Halos bawat portable at handheld na aparato ay naglalaman ng isang baterya. Ang baterya ay isang imbakan na aparato kung saan ang enerhiya ay nakaimbak upang maibigay ang lakas kahit kailan kinakailangan. Mayroong iba't ibang mga uri ng baterya na magagamit sa modernong mundo ng electronics, kasama ng mga ito ang lead Acid na baterya ay karaniwang ginagamit para sa mataas na suplay ng kuryente. Kadalasan ang mga baterya ng Lead Acid ay mas malaki ang sukat na may matigas at mabibigat na konstruksyon, maaari silang mag-imbak ng mataas na lakas ng enerhiya at karaniwang ginagamit sa mga sasakyan at inverter.

Kahit na pagkatapos ng pagkuha ng kumpetisyon sa mga baterya ng Li-ion, ang demand ng mga acid ng baterya ng Lead acid ay tumataas araw-araw, dahil mas mura at madaling hawakan ito kumpara sa mga baterya ng Li-ion. Ayon sa ilang pagsasaliksik sa merkado ang India Lead Acid Battery Market ay inaasahang lumalaki sa CAGR ng higit sa 9% sa panahon ng 2018-24. Kaya, mayroon itong malaking pangangailangan sa merkado sa Automation, Automotive, at Consumer Electronics. Sa kabila ng karamihan sa sasakyang Elektriko ay may mga baterya ng Lithion-ion, ngunit mayroon pa ring maraming electric two wheeler na gumagamit ng mga Lead Acid battries upang mapatakbo ang sasakyan.

Sa nakaraang tutorial natutunan namin ang tungkol sa mga baterya ng Lithium-ion, dito mauunawaan natin ang Paggawa, konstruksyon at mga aplikasyon ng Lead Acid Baterya. Malalaman din namin ang tungkol sa pagsingil / paglabas ng mga rating, kinakailangan at kaligtasan ng mga Lead Acid Battery.

Pagtatayo ng Lead Acid Battery

Ano ang isang Lead Acid Battery? Kung masira natin ang pangalang Lead Acid na baterya makukuha natin ang Lead, Acid, at Battery. Ang lead ay isang sangkap ng kemikal (ang simbolo ay Pb at ang bilang ng atomic ay 82). Ito ay isang malambot at malambot na elemento. Alam natin kung ano ang Acid; maaari itong magbigay ng isang proton o tumanggap ng isang pares ng electron kapag ito ay tumutugon. Kaya, ang isang baterya, na binubuo ng Lead at anhydrous plumbic acid (minsan mali na tinawag bilang lead peroxide), ay tinatawag na Lead Acid Battery.

Ngayon, ano ang panloob na pagtatayo?

Ang isang Lead Acid Battery ay binubuo ng mga sumusunod na bagay, makikita natin ito sa larawan sa ibaba:

Ang isang Lead Acid Battery ay binubuo ng Plates, Separator, at Electrolyte, Hard Plastic na may isang hard case na goma.

Sa mga baterya, ang mga plato ay may dalawang uri, positibo at negatibo. Ang positibo ay binubuo ng Lead dioxide at negatibong isa ay binubuo ng Sponge Lead. Ang dalawang plate na ito ay pinaghiwalay gamit ang isang separator na kung saan ay isang insulate na materyal. Ang kabuuang konstruksyon na ito ay itinatago sa isang matigas na plastik na kaso na may isang electrolyte. Ang electrolyte ay tubig at sulfuric acid.

Ang matitigas na plastik na kaso ay isang cell. Ang isang solong tindahan ng cell ay karaniwang 2.1V. Dahil sa kadahilanang ito, ang isang 12V lead acid na baterya ay binubuo ng 6 na mga cell at nagbibigay ng 6 x 2.1V / Cell = 12.6V karaniwang.

Ngayon, ano ang kapasidad ng imbakan ng singil?

Ito ay lubos na maaasahan sa aktibong materyal (dami ng Electrolyte) at laki ng plato. Maaaring nakita mo na ang kapasidad ng imbakan ng baterya ng lithium ay inilarawan sa rating ng mAh o milliamp-hour, ngunit sa kaso ng Lead Acid na baterya, ito ay Amp oras. Ilalarawan namin ito sa susunod na seksyon.

Paggawa ng Lead Acid Battery

Ang pagtatrabaho ng Lead Acid na baterya ay tungkol sa kimika at napaka-kagiliw-giliw na malaman tungkol dito. Mayroong malaking proseso ng kemikal na kasangkot sa pagsingil at paglabas ng kundisyon ng baterya ng Lead Acid. Ang diluted sulfuric acid H ₂ SO _{4 na mga} molekula ay nabasag sa dalawang bahagi kapag natunaw ang acid. Lilikha ito ng mga positibong ions na 2H + at mga negatibong ions SO ₄ -. Tulad ng sinabi namin dati, ang dalawang electrodes ay konektado bilang mga plato, Anode at Cathode. Nahuli ng Anode ang mga negatibong ions at inaakit ng cathode ang mga positibong ions. Ang pagbubuklod na ito sa Anode at SO ₄ - at Cathode na may 2H + interchange electron at kung saan ay karagdagang reaksyon ng H2O o sa tubig (Diluted sulfuric acid, Sulphuric Acid + Water).

Ang baterya ay may dalawang estado ng reaksyong kemikal, ang Charging at Discharging.

Nagcha-charge ang Lead Acid Battery

Tulad ng alam natin, upang singilin ang isang baterya, kailangan naming magbigay ng isang boltahe na mas malaki kaysa sa boltahe ng terminal. Kaya upang singilin ang isang 12.6V na baterya, maaaring mailapat ang 13V.

Ngunit ano talaga ang nangyayari kapag naniningil kami ng isang Lead Acid Battery?

Kaya, ang parehong mga reaksyong kemikal na inilarawan namin dati. Partikular, kapag ang baterya ay konektado sa charger, ang mga sulfuric acid na molekula ay nasisira sa dalawang mga ions, positibong ions 2H + at mga negatibong ions SO ₄ -. Ang mga hydrogen exchange electron na may cathode at naging hydrogen, ang hydrogen na ito ay tumutugon sa PbSO ₄ sa cathode at bumubuo ng Sulphuric Acid (H ₂ SO ₄) at Lead (Pb). Sa kabilang banda, SO ₄ - makipagpalitan ng mga electron gamit ang anode at maging radical SO ₄. Ang SO _{4 na ito ay} tumutugon sa PbSO ₄ ng anode at nilikha ang lead peroxide PbO ₂ at sulfuric acid (H ₂ SO ₄). Ang enerhiya ay naiimbak sa pamamagitan ng pagtaas ng gravity ng sulfuric acid at pagtaas ng potensyal na boltahe ng cell.

Tulad ng ipinaliwanag sa itaas, ang pagsunod sa mga reaksyong kemikal ay nagaganap sa Anode at Cathode habang proseso ng pagsingil.

Sa katod

PbSO ₄ + 2e ^- => Pb + SO ₄ ^2-

Sa anode

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

Ang pagsasama sa itaas ng dalawang equation, ang pangkalahatang reaksyon ng kemikal ay magiging

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

Mayroong iba't ibang mga pamamaraan na nalalapat para sa singilin ang baterya ng lead-acid. Ang bawat pamamaraan ay maaaring magamit para sa tukoy na baterya ng lead-acid para sa mga tukoy na aplikasyon. Ang ilang aplikasyon ay gumagamit ng pare-pareho na paraan ng pagsingil ng boltahe, ang ilang aplikasyon ay gumagamit ng isang pare - pareho na kasalukuyang pamamaraan, samantalang kapaki-pakinabang din ang pag-charge ng kiliti sa ilang mga kaso. Karaniwan ang tagagawa ng baterya ay nagbibigay ng tamang pamamaraan ng pagsingil ng tukoy na mga baterya ng lead-acid. Ang patuloy na kasalukuyang pagsingil ay hindi karaniwang ginagamit sa singilin ng Lead Acid Battery.

Ang pinaka-karaniwang paraan ng pagsingil na ginagamit sa lead acid na baterya ay pare-pareho ang boltahe na pagsingil ng pamamaraan na isang mabisang proseso sa mga tuntunin ng oras ng pagsingil. Sa buong pag-ikot ng pag-ikot ang boltahe ng singil ay mananatiling pare-pareho at ang kasalukuyang unti-unting nabawasan sa pagtaas ng antas ng singil ng baterya.

Pagdadala ng Lead Acid Battery

Ang paglabas ng isang lead acid na baterya ay muling kasangkot sa mga reaksyong kemikal. Ang sulphuric acid ay nasa dilute form na may karaniwang 3: 1 ratio na may tubig at sulfuric acid. Kapag ang mga pagkarga ay konektado sa buong mga plato, ang suluriko acid ay muling pumutok sa mga positibong ions na 2H + at mga negatibong ions SO ₄. Ang mga ion ng hydrogen ay tumutugon sa PbO ₂ at gumawa ng PbO at tubig H ₂ O. Ang PbO ay nagsimulang mag-react sa H ₂ SO ₄ at lumilikha ng PbSO ₄ at H ₂ O.

Sa kabilang panig SO ₄ - ions exchange electron mula sa Pb, lumilikha ng radical SO ₄ na higit na lumilikha ng reaksyon ng PbSO ₄ sa Pb.

Tulad ng ipinaliwanag sa itaas, ang pagsunod sa mga reaksyong kemikal ay nagaganap sa Anode at Cathode habang nagpapalabas ng proseso. Ang reaksyong ito ay eksaktong katapat ng pagsingil ng mga reaksyon:

Sa katod

Pb + SO ₄ ^2- => PbSO ₄ + 2e ^-

Sa anode:

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

Ang pagsasama sa itaas ng dalawang equation, ang pangkalahatang reaksyon ng kemikal ay magiging

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

Dahil sa electron exchange sa kabuuan ng anode at cathode, ang balanse ng elektron sa mga plato ay apektado. Pagkatapos ay dumadaloy ang mga electron sa pamamagitan ng pagkarga at ang baterya ay napapalabas.

Sa panahon ng paglabas na ito, bumababa ang diluted sulfuric acid gravity. Gayundin, sa parehong oras, ang potensyal na pagkakaiba ng pagbawas ng cell.

Kadahilanan sa Panganib at Mga Rating ng Elektrisidad

Ang baterya ng Lead Acid ay nakakasama kung hindi ligtas na mapanatili. Habang ang baterya ay bumubuo ng Hydrogen gas sa panahon ng proseso ng kemikal, lubhang mapanganib kung hindi ginagamit sa maaliwalas na lugar. Gayundin, ang hindi tumpak na pagsingil na malubhang nakakapinsala sa baterya.

Ano ang karaniwang mga rating ng baterya ng Lead Acid?

Ang bawat lead-acid na baterya ay binibigyan ng datasheet para sa karaniwang kasalukuyang singil at kasalukuyang nagpapalabas. Kadalasan ang isang 12V lead-acid na baterya na nalalapat para sa aplikasyon ng automotive ay maaaring saklaw mula sa 100Ah hanggang 350Ah. Ang rating na ito ay tinukoy bilang ang rating ng paglabas na may 8 na oras ng tiyempo.

Halimbawa, ang isang 160Ah na baterya ay maaaring magbigay ng 20A ng kasalukuyang supply sa pagkarga para sa 8 oras ng span. Maaari kaming gumuhit ng mas kasalukuyang ngunit hindi ipinapayong gawin ito. Sa pamamagitan ng pagguhit ng mas maraming kasalukuyang kaysa sa maximum na kasalukuyang paglabas na may paggalang sa 8 oras ay makakasira sa kahusayan ng baterya at ang baterya panloob na pagtutol ay maaari ding mabago, na karagdagang pagtaas ng temperatura ng baterya.

Sa kabilang banda, sa panahon ng yugto ng pagsingil, dapat kaming maging maingat tungkol sa polarity ng charger, dapat itong maayos na konektado sa polarity ng baterya. Ang baligtad na polarity ay mapanganib para sa singilin ng lead-acid na baterya. Ang handa na charger ay may kasamang boltahe ng singilin at singilin ang kasalukuyang metro na may pagpipiliang kontrol. Dapat kaming magbigay ng mas malaking boltahe kaysa sa boltahe ng baterya upang singilin ang baterya. Ang maximum na kasalukuyang singil ay dapat na kapareho ng maximum na kasalukuyang supply sa 8 oras na mga rate ng paglabas. Kung kukuha kami ng parehong halimbawa ng 12V 160Ah, kung gayon ang maximum na kasalukuyang supply ay 20A, kaya ang maximum na ligtas na kasalukuyang singilin ay ang 20A.

Hindi namin dapat taasan o magbigay ng malaking kasalukuyang singilin sapagkat magreresulta ito sa init at nadagdagan na pagbuo ng gas.

Mga panuntunan sa pagpapanatili ng baterya ng lead-acid

1. Ang pagtutubig ay ang pinaka napapabayaang tampok sa pagpapanatili ng mga binaha na lead-acid na baterya. Tulad ng pagbawas ng labis na bayad sa tubig, kailangan natin itong suriin nang madalas. Ang mas kaunting tubig ay lumilikha ng oksihenasyon sa mga plato at binabawasan ang habang-buhay ng baterya. Magdagdag ng dalisay o ionized na tubig kung kinakailangan.
2. Suriin ang mga lagusan, kailangan nilang maperpekto ng mga takip ng goma, madalas na ang mga takip ng goma ay dumidikit sa mga butas na masyadong mahigpit.
3. Mag-recharge ng mga baterya ng lead-acid pagkatapos ng bawat paggamit. Ang isang mahabang panahon nang walang recharging ay nagbibigay ng sulpate sa mga plato.
4. Huwag i-freeze ang baterya o i-charge ito nang higit sa 49-degree centigrade. Sa malamig na paligid ng mga baterya ay kailangang ganap na sisingilin bilang ganap na singilin ang mga baterya na mas ligtas kaysa sa walang laman na mga baterya na may paggalang sa pagyeyelo.
5. Huwag lalabas nang malalim ang baterya nang mas mababa sa 1.7V bawat cell.
6. Upang mag-imbak ng isang lead acid na baterya, kailangan itong ganap na singilin pagkatapos ang electrolyte ay kailangang maubos. Pagkatapos ang baterya ay magiging tuyo at maiimbak ng mahabang panahon.