- Costruzione della batteria al piombo
- Funzionamento della batteria al piombo
- Ricarica della batteria al piombo
- Batteria al piombo in scarica
- Fattore di rischio e classificazioni elettriche
- Regole di manutenzione della batteria al piombo
Quasi tutti i dispositivi portatili e palmari sono costituiti da una batteria. La batteria è un dispositivo di accumulo in cui viene immagazzinata l'energia per fornire l'alimentazione quando necessario. Ci sono diversi tipi di batterie disponibili in questo moderno mondo dell'elettronica, tra cui la batteria al piombo è comunemente usata per l'alimentazione ad alta potenza. Di solito le batterie al piombo sono di dimensioni maggiori con una costruzione dura e pesante, possono immagazzinare elevate quantità di energia e generalmente utilizzate in automobili e inverter.
Anche dopo aver ottenuto la concorrenza con le batterie agli ioni di litio, la domanda di batterie al piombo sta aumentando di giorno in giorno, perché sono più economiche e facili da maneggiare rispetto alle batterie agli ioni di litio. Secondo alcune ricerche di mercato, si prevede che il mercato indiano delle batterie al piombo crescerà a un CAGR di oltre il 9% durante il 2018-24. Quindi, ha un'enorme domanda di mercato nell'automazione, nell'automotive e nell'elettronica di consumo. Anche se la maggior parte del veicolo elettrico viene fornito con batterie agli ioni di litio, ma ci sono ancora molti veicoli elettrici a due ruote che utilizzano battaglie al piombo per alimentare il veicolo.
Nel tutorial precedente abbiamo imparato a conoscere le batterie agli ioni di litio, qui capiremo il funzionamento, la costruzione e le applicazioni delle batterie al piombo. Impareremo anche i valori di carica / scarica, i requisiti e la sicurezza delle batterie al piombo.
Costruzione della batteria al piombo
Cos'è una batteria al piombo? Se rompiamo il nome di batteria al piombo, otterremo piombo, acido e batteria. Il piombo è un elemento chimico (il simbolo è Pb e il numero atomico è 82). È un elemento morbido e malleabile. Sappiamo cos'è l'acido; può donare un protone o accettare una coppia di elettroni quando reagisce. Quindi, una batteria, che consiste di piombo e acido plumbico anidro (a volte chiamato erroneamente come perossido di piombo), è chiamata batteria al piombo.
Ora, qual è la costruzione interna?
Una batteria al piombo è composta dalle seguenti cose, possiamo vederla nell'immagine qui sotto:
Una batteria al piombo è composta da piastre, separatore ed elettrolita, plastica dura con custodia in gomma dura.
Nelle batterie, le piastre sono di due tipi, positive e negative. Quello positivo è costituito da biossido di piombo e quello negativo è costituito da piombo spugnoso. Queste due piastre vengono separate utilizzando un separatore che è un materiale isolante. Questa costruzione totale è conservata in una custodia di plastica rigida con un elettrolita. L' elettrolita è acqua e acido solforico.
La custodia in plastica rigida è una cella. Un negozio a cella singola tipicamente 2.1V. Per questo motivo, una batteria al piombo da 12 V è composta da 6 celle e fornisce normalmente 6 x 2,1 V / cella = 12,6 V.
Ora, qual è la capacità di stoccaggio della carica?
È altamente affidabile dal materiale attivo (quantità di elettrolita) e dalle dimensioni della piastra. Potresti aver visto che la capacità di immagazzinamento della batteria al litio è descritta in mAh o milliampere ora, ma nel caso della batteria al piombo, è Amp ora. Lo descriveremo nella sezione successiva.
Funzionamento della batteria al piombo
Il funzionamento della batteria al piombo è una questione di chimica ed è molto interessante conoscerla. Ci sono enormi processi chimici coinvolti nelle condizioni di carica e scarica della batteria al piombo. Le molecole di acido solforico diluito H 2 SO 4 si rompono in due parti quando l'acido si dissolve. Creerà ioni positivi 2H + e ioni negativi SO 4 -. Come abbiamo detto prima, due elettrodi sono collegati come piastre, Anodo e Cathode. L'anodo cattura gli ioni negativi e il catodo attrae gli ioni positivi. Questo legame in Anodo e SO 4 - e Catodo con elettroni di scambio 2H + e che reagisce ulteriormente con H2O o con l'acqua (Acido solforico diluito, Acido solforico + Acqua).
La batteria ha due stati di reazione chimica, in carica e in scarica.
Ricarica della batteria al piombo
Come sappiamo, per caricare una batteria, dobbiamo fornire una tensione maggiore della tensione del terminale. Quindi, per caricare una batteria da 12,6 V, è possibile applicare 13 V.
Ma cosa succede realmente quando cariciamo una batteria al piombo?
Ebbene, le stesse reazioni chimiche che abbiamo descritto prima. Nello specifico, quando la batteria è collegata al caricatore, le molecole di acido solforico si rompono in due ioni, ioni positivi 2H + e ioni negativi SO 4 -. L'idrogeno scambia elettroni con il catodo e diventa idrogeno, questo idrogeno reagisce con il PbSO 4 nel catodo e forma acido solforico (H 2 SO 4) e piombo (Pb). D'altra parte, SO 4 - scambia elettroni con l'anodo e diventa radicale SO 4. Questo SO 4 reagisce con PbSO 4 dell'anodo e crea il perossido di piombo PbO 2 e acido solforico (H 2 SO 4). L'energia viene immagazzinata aumentando la gravità dell'acido solforico e aumentando la tensione potenziale della cella.
Come spiegato sopra, le seguenti reazioni chimiche avvengono all'anodo e al catodo durante il processo di carica.
Al catodo
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
All'anodo
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Combinando le due equazioni sopra, la reazione chimica complessiva sarà
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Esistono vari metodi applicabili per caricare la batteria al piombo. Ciascun metodo può essere utilizzato per batterie al piombo-acido specifiche per applicazioni specifiche. Alcune applicazioni utilizzano un metodo di ricarica a tensione costante, alcune applicazioni utilizzano un metodo di corrente costante, mentre in alcuni casi è utile anche la ricarica con solletico. Normalmente il produttore della batteria fornisce il metodo corretto per caricare le batterie al piombo-acido specifiche. La carica a corrente costante non viene generalmente utilizzata nella carica della batteria al piombo.
Il metodo di ricarica più comune utilizzato nella batteria al piombo è il metodo di ricarica a tensione costante che è un processo efficace in termini di tempo di ricarica. Nel ciclo di carica completa la tensione di carica rimane costante e la corrente diminuisce gradualmente con l'aumentare del livello di carica della batteria.
Batteria al piombo in scarica
Anche lo scaricamento di una batteria al piombo è coinvolto nelle reazioni chimiche. L'acido solforico è nella forma diluita con un rapporto tipicamente 3: 1 con acqua e acido solforico. Quando i carichi sono collegati attraverso le piastre, l'acido solforico si rompe nuovamente in ioni positivi 2H + e ioni negativi SO 4. Gli ioni idrogeno reagiscono con il PbO 2 e fanno PbO e acqua H 2 O. Il PbO inizia a reagire con H 2 SO 4 e crea PbSO 4 e H 2 O.
Dall'altro lato SO 4 - gli ioni scambiano elettroni da Pb, creando il radicale SO 4 che crea ulteriormente PbSO 4 reagendo con il Pb.
Come spiegato sopra, le seguenti reazioni chimiche avvengono all'anodo e al catodo durante il processo di scarica. Queste reazioni sono esattamente opposte alle reazioni di carica:
Al catodo
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
All'anodo:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Combinando le due equazioni sopra, la reazione chimica complessiva sarà
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
A causa dello scambio di elettroni tra anodo e catodo, l'equilibrio elettronico tra le piastre è influenzato. Gli elettroni quindi fluiscono attraverso il carico e la batteria si scarica.
Durante questo scarico, la gravità dell'acido solforico diluito diminuisce. Inoltre, allo stesso tempo, la potenziale differenza della cellula diminuisce.
Fattore di rischio e classificazioni elettriche
La batteria al piombo è dannosa se non viene mantenuta in sicurezza. Poiché la batteria genera gas idrogeno durante il processo chimico, è altamente pericolosa se non utilizzata in un'area ventilata. Inoltre, una carica imprecisa danneggia gravemente la batteria.
Quali sono le valutazioni standard della batteria al piombo?
Ogni batteria al piombo-acido è provvista di scheda tecnica per corrente di carica standard e corrente di scarica. Tipicamente una batteria al piombo-acido da 12 V che è applicabile per l'applicazione automobilistica potrebbe essere compresa tra 100 Ah e 350 Ah. Questa valutazione è definita come la valutazione di scarica con un periodo di temporizzazione di 8 ore.
Ad esempio, una batteria da 160 Ah potrebbe fornire 20 A di corrente di alimentazione al carico per 8 ore dell'intervallo. Possiamo attingere più corrente ma non è consigliabile farlo. Assorbendo più corrente della massima corrente di scarica rispetto a 8 ore si danneggia l'efficienza della batteria e si potrebbe anche modificare la resistenza interna della batteria, aumentando ulteriormente la temperatura della batteria.
D'altra parte, durante la fase di ricarica, dobbiamo stare attenti alla polarità del caricabatterie, dovrebbe essere correttamente collegato con la polarità della batteria. L'inversione di polarità è pericolosa per la carica della batteria al piombo. Il caricabatterie pronto viene fornito con una tensione di carica e un misuratore di corrente di carica con un'opzione di controllo. Dovremmo fornire una tensione maggiore della tensione della batteria per caricare la batteria. La corrente di carica massima dovrebbe essere la stessa della corrente di alimentazione massima a velocità di scarica di 8 ore. Se prendiamo lo stesso esempio da 12V 160Ah, la corrente di alimentazione massima è 20A, quindi la corrente di carica sicura massima è 20A.
Non dovremmo aumentare o fornire una corrente di carica elevata poiché ciò si tradurrà in calore e maggiore generazione di gas.
Regole di manutenzione della batteria al piombo
- L'irrigazione è la caratteristica di manutenzione più trascurata delle batterie al piombo-acido allagate. Poiché il sovraccarico riduce l'acqua, è necessario controllarla frequentemente. Meno acqua crea ossidazione nelle piastre e riduce la durata della batteria. Aggiungere acqua distillata o ionizzata quando necessario.
- Controlla le prese d'aria, devono essere perfezionate con tappi di gomma, spesso i tappi di gomma aderiscono troppo ai fori.
- Ricaricare le batterie al piombo dopo ogni utilizzo. Un lungo periodo senza ricarica fornisce solfatazione nelle piastre.
- Non congelare la batteria o caricarla a più di 49 gradi centigradi. In ambienti freddi le batterie devono essere completamente caricate in quanto le batterie completamente cariche sono più sicure delle batterie scariche rispetto al congelamento.
- Non scaricare a fondo la batteria a meno di 1,7 V per cella.
- Per conservare una batteria al piombo, è necessario caricarla completamente, quindi scaricare l'elettrolito. Quindi la batteria si asciugherà e potrà essere conservata per un lungo periodo di tempo.