acumulatori

Bateriile sunt dispozitive în care energia electrică este transformată în energie chimică și invers, spre deosebire de bateriile obișnuite, în care nu pot fi reîncărcate după descărcare. Când conectăm polii bateriei la o sursă de curent continuu, începe încărcarea acestuia. Se acumulează energie chimică. În timpul funcționării bateriei, energia chimică este transformată în electricitate prin procese de formare a curentului și bateria este descărcată, adică. funcționează ca o celulă galvanică. Apoi poate fi reîncărcat. Fiecare baterie este formată din plăci pozitive și negative plasate într-un recipient în care se toarnă electrolitul. Bateria funcționează ca o sursă chimică de curent cu acțiune multiplă reversibilă.

Încărcarea utilă maximă posibilă a bateriei se numește capacitatea de încărcare sau pur și simplu capacitatea. În sistemul internațional de indicare a cantităților electrice, capacitatea bateriilor este măsurată în coulombi. C, dar unitatea din afara sistemului și-a găsit popularitate în viața de zi cu zi ore de amperi. Legătura dintre cele două este 1 C = 1/3600 ore amperi sau 1Ah = 3600C.

Deși bateria este, prin definiție, o baterie reîncărcabilă și cu descărcare, în timp curentul și tensiunea acesteia scad treptat odată cu epuizarea energiei chimice produse de celulele sale, deoarece știm că bateriile sunt surse secundare de electricitate. La sfârșitul duratei de viață, bateria pur și simplu nu mai funcționează. Mai mulți factori trebuie luați în considerare la încărcare. Cea mai comună regulă este că curentul de încărcare trebuie să fie de o zecime din capacitatea bateriei în amperi ore.

Exemplu: dacă bateria este de 62Ah și curentul încărcătorului este de 1A, timpul de încărcare completă este de 62 de ore. Al doilea factor este că curentul de încărcare nu trebuie să fie mai mare de 6.2A în cazul exemplului. Tensiunea de încărcare trebuie să fie cu câteva volți mai mare decât tensiunea nominală a bateriei în repaus. Dacă este puțin mai mare, încărcarea va fi mai lentă, dar saturația celulelor va fi mai completă. Atât reîncărcarea, cât și supraîncărcarea sunt dăunătoare pentru baterie. Nu mă voi opri asupra tuturor detaliilor, pentru că există o mulțime de lucruri scrise pe această temă. Parametrii principali ai bateriilor sunt EDN (tensiune electromotoare), capacitate, eficiență, durabilitate, timp de auto-descărcare, rezistență internă, tensiune terminală, greutate și dimensiuni.

Tipuri de baterii

Principalele tipuri

1. Baterii cu plumb (acid).

2. Baterii alcaline

Specii suplimentare

1. Pe bază de litiu (altul decât cel de bază):

  • litiu-clor
  • litiu-sulf
  • litiu fier-fosfat
  • sulfură de fier de litiu

2. Pe baza de nichel (altele decât elementele de bază):

  • nichel-zinc
  • clorură de sodiu nichel
  • nichel-cadmiu
  • sare de nichel
  • hidrură de nichel metalic
  • nichel-hidrogen

3. Pe baza plumbului (altul decât de bază):

  • plumb-hidrogen

4. Pe bază de zinc:

  • zinc-brom
  • zinc-aer
  • clorură de zinc

5. Pe baza argintului:

  • argint-cadmiu
  • argint-zinc

etc. Fiecare tip de baterie are avantajele și dezavantajele sale. Ne vom concentra pe cele mai comune tipuri de baterii: plumb-acid și alcalin.

Baterii plumb-acid constau din plăci de plumb pozitive și negative amestecate cu antimoniu, plasate într-un vas adecvat umplut cu electrolit, care constă din acid sulfuric diluat cu apă distilată. ÎN farfurii se formează celule, umplute cu pastă de plumb, care în negativ este oxid de plumb, iar în pozitiv este mini. După umplerea celulelor, fiecare placă suferă o prelucrare suplimentară, transformând-o într-un tot monolitic. Puteți distinge pozitivul de placa negativă a bateriei plumb-acid prin culoarea lor: pozitivul este maro închis, negativul - gri. Pentru a reduce dimensiunea bateriei, precum și rezistența, plăcile sunt așezate foarte aproape una de cealaltă, ceea ce poate duce la scurtcircuite. Pentru a evita această problemă, sunt instalate separatoare izolante cu o structură poroasă, rezistentă la acid și la temperatură.

Electrolitul este produs din acid sulfuric concentrat chimic (nu tehnic) pur (92-94%), care este turnat încet în apă distilată (și nu invers) cu agitare constantă a soluției. La inundarea plăcilor, electrolitul trebuie să fi inundat complet toate plăcile cu cel puțin 10 mm deasupra punctului lor cel mai înalt. Carcase bateria este fabricată din rubelită, decilită, mipolan etc.

Procesele care apar în timpul funcționării (descărcării) bateriilor sunt după cum urmează: electrolitul se descompune în ioni - H2 și SO4, deoarece H2 merge pe placa pozitivă și formează sulfat de plumb, SO4 merge pe placa negativă și formează, de asemenea, sulfat de plumb și electrolitul se diluează și formează apă. La încărcare, avem următoarele procese: SO4 merge pe placa pozitivă, se leagă de hidrogenul din apă și se formează acid sulfuric. Placa pozitivă este din nou din dioxid de plumb. În consecință, H2 merge pe placa negativă, se combină cu SO4 și formează acid sulfuric, masa activă a plăcii este din nou Pb pură. Densitatea electrolitului crește.

Fiecare baterie rămasă fără sarcină conectată la bornele sale se descarcă în timp din următoarele motive: apariția curenților paraziți interni între plăci datorită diferenței de densitate a electrolitului în partea superioară și inferioară a bateriei rezultată din precipitare; prezența metalului și a altor impurități în electrolit și plăci; la temperatură ridicată, auto-descărcarea crește. O altă problemă a bateriilor cu plumb-acid este apariția sulfatării. Procesul începe cu funcționarea bateriei. Partea activă a plăcilor este transformată în sulfat de plumb sub formă de mici cristale printr-o reacție chimică care produce electricitate. La reîncărcare, acest sulfat se descompune ușor, dar dacă nu are loc încărcarea sau încărcarea este incompletă, cristalele de sulfat se întăresc și se lipesc de plăci. Plăcile sulfatate au o rezistență mai mare, se diluează mai repede, capacitatea lor scade și tensiunea polului scade.

Bateriile alcaline au anumite avantaje față de bateriile cu plumb și sunt: ​​electrolitul este neutru din punct de vedere chimic față de materialul din care sunt fabricate plăcile, datorită cărora autodescărcarea este semnificativ mai mică; nu sunt sensibili la suprasarcini, scurtcircuite, creșterea temperaturii de funcționare; gazele emise sunt semnificativ mai puțin dăunătoare decât bateriile cu plumb-acid; pentru realizarea acestora se folosesc materiale mai puțin rare. Au și unele dezavantaje precum: capacitate mai mică; mai puțină rezistență internă etc. Ele sunt numite alcaline, deoarece electrolitul lor este alcalin. Este o soluție de 21% de hidroxid de potasiu cu apă distilată și la soluție se adaugă aproximativ 20 g/l de hidroxid de litiu. Masa activă se află în pachete perforate din fier izolate între ele de plăci de nichel. Bateriile alcaline cu funcționare corectă au o durată de viață foarte lungă (decenii).

Cea mai recentă aplicație a bateriilor reîncărcabile este la mașinile electrice, unde datorită concurenței crescânde în acest domeniu, calitatea bateriilor lor se îmbunătățește constant, principalul indicator fiind kilometrajul mașinii cu o singură încărcare, numărul de încărcări și viteza de încărcare. Un alt domeniu de aplicare a bateriilor este stocarea energiei produse din panourile solare, care poate fi utilizată ulterior, precum și la încălzirea locală, pentru a asigura funcționarea fără probleme a sistemului în caz de pană bruscă de curent. Utilizarea bateriilor în viitor va crește odată cu introducerea surselor regenerabile de energie în viața de zi cu zi și epuizarea surselor de energie fosilă.