Kisele baterije i njihove karakteristike

Baterija je izvor energije u kojem se energija kemijske reakcije pretvara u električnu energiju tijekom pražnjenja i obrnuto tijekom punjenja. Njena glavna razlika od konvencionalne baterije je mogućnost obnavljanja energije ponovnim punjenjem. Za punjenje se mora primijeniti istosmjerna struja u smjeru suprotnom od pražnjenja.

Olovno-kiselinske baterije izumljene su u 19. stoljeću i ostaju najpopularnije baterije u svijetu zbog svoje niske cijene i visoke učinkovitosti. Uređaj se sastoji od kućišta i dvije elektrode suprotnog polariteta, uronjene u elektrolit - otopinu kiseline - otuda i naziv olovno-kiselinske baterije (AKB - Rechargeable Acid Batteries). Olovno-kiselinske baterije poznate su i kao olovno-kiselinske baterije zbog materijala od kojeg su izrađene elektrode.

Kako oni rade?

Baterija radi na elektrokemijskom procesu reakcije olova i olovnog dioksida u vodenoj otopini sumporne kiseline. Kada se na elektrode primijeni opterećenje, dolazi do kemijske reakcije između olovnog dioksida i sumporne kiseline (H2).₂TAKO₄, kao i reakciju oksidacije olova u olovni sulfat. Tijekom pražnjenja, olovni dioksid se reducira na katodi ("-"), a olovo se oksidira na anodi ("+"). Tijekom punjenja dolazi do obrnutih kemijskih reakcija i elektrolize vode, pri čemu se oslobađa kisik na anodi i vodik na katodi.

Reakcije interakcija koje se odvijaju u bateriji mogu se opisati dvjema formulama:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂TAKO₄ → 2PbSO4₄ + 2 sata₂O — pražnjenje.
2. 2PbSO₄ + 2 sata₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂TAKO₄ — naplatiti.

Tijekom pražnjenja, proces stvaranja olovnog sulfata odvija se u aktivnim masama anode i katode, te se troši sumporna kiselina H₂TAKO₄ i smanjenje gustoće elektrolita. Tijekom punjenja dolazi do obrnutih reakcija, nastaje sumporna kiselina, a gustoća elektrolita se povećava. Kraj procesa punjenja karakterizira završetak transformacije tvari na elektrodama i prestanak promjena elektrolita. Ako se punjenje nastavi, dolazi do neželjene reakcije razgradnje vode (elektrolize), pri čemu se u elektrolitu oslobađaju mjehurići kisika i vodika, što rezultira iluzijom vrenja. Ako se to dogodi, u bateriju se mora dodati destilirana voda kako bi se elektrolit obnovio.

Dizajn

Kisele baterije ostale su nepromijenjene u svom osnovnom unutarnjem dizajnu više od stotinu godina.

            Dizajn baterija uključuje:

1. Elektrode su u obliku ravnih rešetki izrađenih od olova, s prahom olovnog dioksida (PbO) utisnutim u ćelije.₂) na anodi, metalni olovni prah (Pb) na katodi.
2. Separator je porozni dielektrik koji odvaja elektrode jednu od druge, sprječavajući kratke spojeve.
3. Elektrolit je sumporna kiselina razrijeđena vodom (destilirana) H₂TAKO₄, u njemu se nalaze elektrode i separator. Maksimalna električna vodljivost postiže se na temperaturi od 20^OC, koncentracija sumporne kiseline je 35%, što se prevodi u gustoću elektrolita od 1,26 g/cm³. Unutarnji otpor je minimalan, a gubici unutar uređaja su značajno smanjeni. U klimama s niskim temperaturama, gustoća otopine može se povećati na 1,29 g/cm³ - 1,31 g/cm³. Povećanje koncentracije kisele otopine sprječava smrzavanje elektrolita, stvaranje leda unutar kućišta, što bi moglo oštetiti elektrode i puknuti bateriju.

Glavne karakteristike, parametri

1. Kapacitet (nominalno) - količina električne energije koju kiselinske baterije mogu pružiti, mjerenje se događa u trenutku pražnjenja, pod opterećenjem s malom potrošnjom struje, mjerne jedinice - A*h.
2. Startna struja - pokazuje sposobnost baterije da isporuči visoke struje na temperaturi od -18^ONa pola minute.
3. Kapacitet (rezerva) - pokazuje vremenski period tijekom kojeg kiselinske baterije isporučuju struju od 25 A do napona od 10,5 V.
4. Donja vrijednost napona ispražnjene baterije je 1,75 - 1,8 V.
5. Raspon radne temperature — — 40^Ood - + 40^OS.

Sorte

Prema načinu rada, kiselinske baterije mogu se podijeliti u tri skupine:

1. Ciklični način rada – rad u ciklusu potpunog pražnjenja i potpunog punjenja, uz periodično odspajanje baterije od izvora napajanja. Smatra se najtežim načinom rada, a broj ciklusa pražnjenja od 100% je ograničen.
2. Puferski način rada je široko korišten način rada koji je nježan prema bateriji; ne dopušta potpuno pražnjenje i karakterizira ga stalna veza s izvorom napajanja.
3. Miješani - kombinacija međuspremničkog i cikličkog načina rada, ali većina vremena rada provodi se u međuspremničkom načinu rada.

Najčešće olovno-kiselinske baterije dostupne na tržištu mogu se podijeliti u sljedeće vrste:

Pogled	Servis	Opis	Napon, V
Olovno-kiselinske baterije	Servisirano	Automobilski akumulatori dolaze u sljedećim vrstama: s niskim udjelom antimona, antimona, kiselo-kalcijev i hibridni.	612
AGM VRLA	Bez održavanja	Separatori su izrađeni od stakloplastike, cikličkog i puferskog načina rada.	24612
VRLA	Bez održavanja	Zatvoreno kućište, ponekad izrađeno od kalcija, ne ispušta plinove, koristi se u puferskom načinu rada.	24612
GEL VLRA	Bez održavanja	Elektrolit je silikagel, koji produljuje vijek trajanja baterije, a baterija radi u međuspremničkom načinu rada.	24612243648
OPzV	Bez održavanja	Elektrode su cjevaste konstrukcije, otporne na potpuno pražnjenje i imaju vijek trajanja od približno 22 godine.	2

Primjena

1. Automobilski - kiselinski akumulatori se koriste kao starterski akumulatori.
2. Računalna oprema - neprekidni izvori napajanja (UPS) omogućuju vam spremanje informacija u slučaju nestanka struje.
3. Industrijska proizvodnja - kiselinske baterije koriste se kao rezervni izvori napajanja.

Punjenje i opće preporuke

1. Punjenje se mora provoditi na temperaturi od 20^OS.
2. Struja punjenja ne smije prelaziti 10% nazivnog kapaciteta baterije.
3. Za upotrebu u vozilima kiselinske baterije Na niskim temperaturama bolje ga je koristiti s unutarnjim električnim sustavom grijanja, jer kapacitetUčinkovitost uređaja se gubi za 1% kada se temperatura smanji za 1^OS.
4. Ne preporučuje se skladištenje kiselinske baterije na temperaturama iznad 30^OS ispražnjenim ili ispražnjenim baterijama, prvo ih je potrebno potpuno napuniti.
5. Bolje je bateriju čuvati na hladnom mjestu tijekom zime, jer će proces samopražnjenja biti minimalan, a prethodno je potrebno nanijeti mast na pozitivni pol.
6. Prije upotrebe, kiselinske baterije mora se unijeti u prostoriju s temperaturom od 20^OOd 8-10 sati do dovođenja u radno stanje.