Kyslé batérie a ich vlastnosti

Batéria je zdroj energie, v ktorom sa energia chemickej reakcie počas vybíjania premieňa na elektrickú energiu a naopak počas nabíjania. Jej hlavný rozdiel oproti bežnej batérii je schopnosť obnoviť energiu opätovným nabíjaním. Na nabíjanie je potrebné aplikovať jednosmerný prúd v smere opačnom k ​​vybíjaniu.

Olovené batérie boli vynájdené v 19. storočí a vďaka svojej nízkej cene a vysokej účinnosti zostávajú najobľúbenejšími batériami na svete. Zariadenie pozostáva z puzdra a dvoch elektród s opačnou polaritou, ponorených do elektrolytu – kyslého roztoku – odtiaľ pochádza aj názov olovené batérie (AKB – Rechargeable Acid Batteries). Olovené batérie sú tiež známe ako olovené batérie kvôli materiálu, z ktorého sú vyrobené elektródy.

Ako fungujú?

Batéria funguje na princípe elektrochemického procesu, pri ktorom olovo a oxid olovnatý reagujú vo vodnom roztoku kyseliny sírovej. Keď sa na elektródy aplikuje záťaž, dochádza k chemickej reakcii medzi oxidom olovnatým a kyselinou sírovou (H2).₂SO₄, ako aj oxidačnú reakciu olova na síran olovnatý. Počas vybíjania sa oxid olovnatý redukuje na katóde („-“) a olovo sa oxiduje na anóde („+“). Počas nabíjania dochádza k spätným chemickým reakciám a elektrolýze vody, pričom sa na anóde uvoľňuje kyslík a na katóde vodík.

Interakčné reakcie prebiehajúce v batérii možno opísať dvoma vzorcami:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO4₄ + 2H₂O — výboj.
2. 2PbSO4₄ + 2H₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ — poplatok.

Počas vybíjania dochádza v aktívnych hmotách anódy a katódy k procesu tvorby síranu olovnatého a spotrebe kyseliny sírovej H₂SO₄ a pokles hustoty elektrolytu. Počas nabíjania dochádza k spätným reakciám, tvorí sa kyselina sírová a hustota elektrolytu sa zvyšuje. Koniec procesu nabíjania je charakterizovaný ukončením premeny látok na elektródach a zastavením zmien elektrolytu. Ak nabíjanie pokračuje, dochádza k nežiaducej reakcii rozkladu vody (elektrolýze), pričom sa v elektrolyte uvoľňujú bubliny kyslíka a vodíka, čo má za následok ilúziu varu. Ak k tomu dôjde, je potrebné do batérie pridať destilovanú vodu, aby sa elektrolyt obnovil.

Dizajn

Kyslé batérie zostali vo svojej základnej vnútornej konštrukcii nezmenené už viac ako sto rokov.

            Dizajn batérií zahŕňa:

1. Elektródy majú tvar plochých mriežok vyrobených z olova, do článkov je vtlačený práškový oxid olovnatý (PbO).₂) na anóde, kovový olovnatý prášok (Pb) na katóde.
2. Separátor je pórovitý dielektrikum, ktorý oddeľuje elektródy od seba a zabraňuje tak skratom.
3. Elektrolyt je kyselina sírová zriedená vodou (destilovaná) H2₂SO₄, sú v ňom umiestnené elektródy a separátor. Maximálna elektrická vodivosť sa dosiahne pri teplote 20^OPri teplote C je koncentrácia kyseliny sírovej 35 %, čo zodpovedá hustote elektrolytu 1,26 g/cm³. Vnútorný odpor je minimálny a straty v zariadení sú výrazne znížené. V nízkoteplotnom podnebí sa hustota roztoku môže zvýšiť na 1,29 g/cm³ – 1,31 g/cm³. Zvýšenie koncentrácie kyslého roztoku zabraňuje zamrznutiu elektrolytu a tvorbe ľadu vo vnútri krytu, čo by mohlo poškodiť elektródy a prasknúť batériu.

Hlavné charakteristiky, parametre

1. Kapacita (nominálne) - množstvo elektrickej energie, ktoré dokážu kyselinové batérie dodať, meranie sa vykonáva v momente vybitia, pri zaťažení s malým odberovým prúdom, merné jednotky - A*h.
2. Štartovací prúd - ukazuje schopnosť batérie dodávať vysoké prúdy pri teplote -18^ONa pol minúty.
3. Kapacita (rezerva) - ukazuje časový úsek, počas ktorého kyselinové batérie dodávajú prúd 25 A až do napätia 10,5 V.
4. Dolná hodnota napätia vybitej batérie je 1,75 – 1,8 V.
5. Prevádzkový teplotný rozsah — — 40^Ood - + 40^OS.

Odrody

Podľa ich prevádzkového režimu možno kyselinové batérie rozdeliť do troch skupín:

1. Cyklický režim – prevádzka v cykle úplného vybitia a úplného nabitia, pričom sa batéria pravidelne odpája od zdroja napájania. Považuje sa za najťažší režim, počet cyklov 100 % vybitia je obmedzený.
2. Režim vyrovnávacej pamäte je široko používaný režim, ktorý je šetrný k batérii; neumožňuje úplné vybitie a vyznačuje sa neustálym pripojením k zdroju napájania.
3. Zmiešaný - kombinácia vyrovnávacej pamäte a cyklického režimu, ale väčšina prevádzkového času sa trávi v vyrovnávacej pamäti.

Najbežnejšie olovené batérie dostupné na trhu možno rozdeliť do nasledujúcich typov:

Zobraziť	Služba	Popis	Napätie, V
Olovené akumulátory	Obsluhované	Autobatérie sa dodávajú v nasledujúcich typoch: s nízkym obsahom antimónu, s antimónom, s kyselinou a vápnikom a hybridné.	612
AGM VRLA	Bezúdržbový	Separátory sú vyrobené zo sklolaminátu, v cyklickom a nárazníkovom prevádzkovom režime.	24612
VRLA	Bezúdržbový	Utesnené puzdro, niekedy vyrobené z vápnika, nevypúšťa plyny, používa sa v režime tlmenia.	24612
GÉL VLRA	Bezúdržbový	Elektrolytom je silikagél, ktorý predlžuje životnosť batérie a batéria pracuje v režime vyrovnávacej pamäte.	24612243648
OPzV	Bezúdržbový	Elektródy majú rúrkovú konštrukciu, sú odolné voči úplnému vybitiu a majú životnosť približne 22 rokov.	2

Aplikácia

1. Automobilové - kyselinové batérie sa používajú ako štartovacie batérie.
2. Počítačové vybavenie - neprerušiteľné zdroje napájania (UPS) umožňujú uložiť informácie v prípade výpadku prúdu.
3. Priemyselná výroba - kyselinové batérie sa používajú ako záložné zdroje energie.

Nabíjanie a všeobecné odporúčania

1. Nabíjanie sa musí vykonávať pri teplote 20^OS.
2. Nabíjací prúd by nemal prekročiť 10 % menovitej kapacity batérie.
3. Na použitie vo vozidlách kyselinové batérie Pri nízkych teplotách je lepšie ho používať s vnútorným elektrickým vykurovacím systémom, pretože kapacitaúčinnosť zariadenia sa stratí o 1 %, keď teplota klesne o 1^OS.
4. Neodporúča sa skladovať kyselinové batérie pri teplotách nad 30^OVybité alebo vybité batérie sa musia najskôr úplne nabiť.
5. Počas zimy je lepšie skladovať batériu na chladnom mieste, pretože proces samovybíjania bude minimálny a je potrebné vopred naniesť mazivo na kladný pól.
6. Pred použitím, kyselinové batérie musí sa priniesť do miestnosti s teplotou 20^OOd 8 do 10 hodín na uvedenie do prevádzkyschopného stavu.