Blybatteri: arbeid, konstruksjon og lading / utlading

Nesten alle bærbare og håndholdte enheter består av et batteri. Batteriet er en lagringsenhet der det lagres energi for å gi strøm når det trengs. Det finnes forskjellige typer batterier tilgjengelig i denne moderne elektronikk verden, blant dem Lead Acid batteri er ofte brukt for høy strømforsyningen. Vanligvis er blybatterier større i størrelse med hard og tung konstruksjon, de kan lagre høy mengde energi og brukes vanligvis i biler og omformere.

Selv etter å ha fått konkurranse med Li-ion-batterier, øker etterspørselen av blybatterier dag for dag, fordi de er billigere og brukervennlige i forhold til Li-ion-batterier. I følge noen markedsundersøkelser forventes India Lead Acid Battery Market å vokse ved CAGR på over 9% i løpet av 2018-24. Så det har stor etterspørsel fra markedet innen automatisering, bilindustri og forbrukerelektronikk. Selv om det meste av det elektriske kjøretøyet kommer med lition-ion-batterier, men det er fortsatt mange elektriske tohjulinger som bruker blysyre-kamper for å drive kjøretøyet.

I forrige opplæring lærte vi om litiumionbatterier, her vil vi forstå arbeid, konstruksjon og applikasjoner av blybatterier. Vi vil også lære om lading / utlading, krav og sikkerhet for blybatterier.

Konstruksjon av blybatteri

Hva er et blybatteri? Hvis vi bryter navnet Blybatteri, får vi Bly, Syre og Batteri. Bly er et kjemisk element (symbolet er Pb og atomnummeret er 82). Det er et mykt og formbart element. Vi vet hva syre er; den kan donere et proton eller akseptere et elektronpar når det reagerer. Så et batteri, som består av bly og vannfri rørsyre (noen ganger feilaktig kalt som blyperoksid), kalles som blybatteri.

Nå, hva er den interne konstruksjonen?

Et blybatteri består av følgende ting, vi kan se det på bildet nedenfor:

Et blybatteri består av plater, separator og elektrolytt, hard plast med en hard gummikasse.

I batteriene er platene av to typer, positive og negative. Den positive består av blydioksid og negativ består av svampebly. Disse to platene skilles fra hverandre ved hjelp av en separator som er et isolerende materiale. Denne totale konstruksjonen holdes i en hard plastkasse med en elektrolytt. Den elektrolytt er vann og svovelsyre.

Kappen av hard plast er en celle. En enkeltcellelager er typisk 2,1V. På grunn av dette består et 12V blybatteri av 6 celler og gir 6 x 2,1V / Cell = 12,6V vanligvis.

Nå, hva er ladekapasiteten?

Det er svært pålitelig av det aktive materialet (elektrolyttmengde) og platens størrelse. Du har kanskje sett at lagringskapasiteten for litiumbatterier er beskrevet i mAh eller milliamp-timers vurdering, men i tilfelle av blybatteri er det Amp-time. Vi vil beskrive dette i senere avsnitt.

Arbeid av blybatteri

Arbeid med blybatteri handler om kjemi, og det er veldig interessant å vite om det. Det er enorme kjemiske prosesser som er involvert i blybatteriets lading og utladning. Den fortynnede svovelsyre H ₂ SO ₄ molekyler brytes i to deler når syre oppløses. Det vil skape positive ioner 2H + og negative ioner SO ₄ -. Som vi fortalte før, er to elektroder koblet sammen som plater, anode og katode. Anode fanger de negative ionene og katoden tiltrekker de positive ionene. Denne bindingen i Anode og SO ₄ - og katode med 2H + utvekslingselektroner og som videre reagerer med H2O eller med vannet (fortynnet svovelsyre, svovelsyre + vann).

Batteriet har to tilstander med kjemisk reaksjon, lading og utladning.

Blybatterilading

For å lade et batteri, må vi som kjent gi en spenning som er større enn terminalspenningen. Så for å lade et 12,6V batteri kan 13V brukes.

Men hva skjer egentlig når vi lader et blybatteri?

Vel, de samme kjemiske reaksjonene som vi beskrev før. Nærmere bestemt, når batteriet er forbundet med laderen, svovelsyren molekylene bryte seg inn i to ioner, positive ioner 2H + og negative ioner SO ₄ -. De hydrogen utvekslings elektroner med katoden og bli hydrogen, Dette hydrogenet reagerer med PbSO ₄ i katoden og danner svovelsyre (H- ₂ SO ₄) og bly (Pb). På den annen side bytter SO ₄ ut elektroner med anode og blir radikal SO ₄. Denne SO ₄ reagerer med PbSO ₄ i anoden og danner blyperoksyd PbO ₂ og svovelsyre (H ₂ SO ₄). Energien lagres ved å øke tyngdekraften til svovelsyre og øke spenningen til cellepotensialet.

Som forklart ovenfor skjer følgende kjemiske reaksjoner ved anode og katode under ladeprosessen.

Ved katoden

PbSO ₄ + 2e ^- => Pb + SO ₄ ^2-

Ved anode

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

Ved å kombinere over to ligninger vil den totale kjemiske reaksjonen være

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

Det er forskjellige metoder som kan brukes for å lade blybatteriet. Hver metode kan brukes til spesifikt blybatteri for spesifikke applikasjoner. Noen applikasjoner bruker ladesmetode for konstant spenning, andre applikasjoner bruker en konstant strømmetode, mens kildelading også er nyttig i noen tilfeller. Normalt gir batteriprodusenten den riktige metoden for å lade de spesifikke blybatteriene. Konstant strømlading brukes vanligvis ikke til lading av blybatteri.

Den vanligste lademetoden som brukes i blybatteri, er ladingsmetode med konstant spenning, som er en effektiv prosess når det gjelder ladetid. I full ladningssyklus forblir ladningsspenningen konstant, og strømmen reduseres gradvis med økningen av batteriladningsnivået.

Blybatteriutladning

Utladning av blybatteri er igjen involvert i kjemiske reaksjoner. Svovelsyren er i fortynnet form med typisk forholdet 3: 1 med vann og svovelsyre. Når lastene er koblet over platene, bryter svovelsyren igjen i positive ioner 2H + og negative ioner SO ₄. De hydrogenioner reagere med PbO ₂ og lage PbO og vann H ₂ O. PbO begynner å reagere med H- ₂ SO ₄ og skaper PbSO ₄ og H ₂ O.

På den andre siden SO ₄ - ioner utveksle elektroner fra Pb, skaper radikal SO ₄ som videre danner PbSO ₄ reagerer med Pb.

Som forklart ovenfor, skjer følgende kjemiske reaksjoner ved anode og katode under utladningsprosessen. Disse reaksjonene er helt motsatte av ladningsreaksjonene:

Ved katoden

Pb + SO ₄ ^2- => PbSO ₄ + 2e ^-

Ved anode:

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

Ved å kombinere over to ligninger vil den totale kjemiske reaksjonen være

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

På grunn av elektronutvekslingen over anode og katode påvirkes elektronbalansen over platene. Elektronene strømmer deretter gjennom lasten og batteriet blir utladet.

Under dette utslippet reduseres tyngdekraften av fortynnet svovelsyre. Samtidig reduseres den potensielle forskjellen i cellen.

Risikofaktor og elektrisk rangering

Blybatteriet er skadelig hvis det ikke vedlikeholdes på en sikker måte. Ettersom batteriet genererer hydrogengass under den kjemiske prosessen, er det svært farlig hvis det ikke brukes i det ventilerte området. Også unøyaktig lading skader batteriet alvorlig.

Hva er standardkarakterene for blybatteri?

Hvert blybatteri er utstyrt med datablad for standard ladestrøm og utladningsstrøm. Vanligvis vil et 12V blybatteri som kan brukes til bilindustrien, variere fra 100 Ah til 350 Ah. Denne vurderingen er definert som utslippsrating med en 8 timers tidsperiode.

For eksempel kan et 160Ah batteri gi 20A forsyningsstrøm til lasten i 8 timer av spennet. Vi kan trekke mer oppdatert, men det anbefales ikke å gjøre det. Ved å trekke mer strøm enn den maksimale utladningsstrømmen i løpet av 8 timer, vil batteriets effektivitet skade, og batteriets indre motstand kan også endres, noe som ytterligere øker batteritemperaturen.

På den annen side, under ladefasen, bør vi være forsiktige med ladepolariteten, den skal være riktig koblet til batteripolariteten. Omvendt polaritet er farlig for lading av blybatteri. Den ferdige laderen kommer med ladespenning og ladestrømmåler med et kontrollalternativ. Vi bør gi større spenning enn batterispenningen for å lade batteriet. Maksimal ladestrøm skal være den samme som maksimal forsyningsstrøm ved 8 timers utladningshastigheter. Hvis vi tar det samme 12V 160Ah-eksemplet, er den maksimale strømmen 20A, så den maksimale sikre ladestrømmen er 20A.

Vi bør ikke øke eller gi stor ladestrøm, da dette vil føre til varme og økt gassproduksjon.

Regler for vedlikehold av blybatteri

Vanning er den mest forsømte vedlikeholdsfunksjonen til oversvømmede blybatterier. Ettersom overladning reduserer vann, må vi sjekke det ofte. Mindre vann skaper oksidasjon i platene og reduserer batteriets levetid. Tilsett destillert eller ionisert vann når det er nødvendig.
Se etter ventilasjonsåpningene, de må perfeksjoneres med gummihetter, ofte sitter gummihettene med hullene for tett.
Lad blybatterier etter hver bruk. En lang periode uten lading gir sulfatering i platene.
Ikke frys batteriet eller lad det mer enn 49 ° C. I kalde omgivelser må batterier lades fullstendig, for fulladede batterier er tryggere enn de tomme batteriene når det gjelder frysing.
Ikke lad batteriet dypt ut under 1,7 V per celle.
For å oppbevare et blysyrebatteri, må det være fulladet, da må elektrolytten tømmes. Da blir batteriet tørt og kan lagres i lang tid.