Киселинни батерии и техните характеристики

Батерията е източник на енергия, в който енергията на химическа реакция се преобразува в електрическа енергия по време на разреждане и обратно по време на зареждане. Основната ѝ разлика от конвенционалната батерия е способността за възстановяване на енергията чрез презареждане. За зареждане трябва да се приложи постоянен ток в посока, обратна на разреждането.

Оловно-киселинните батерии са изобретени през 19-ти век и остават най-популярните батерии в световен мащаб поради ниската си цена и висока ефективност. Устройството се състои от корпус и два електрода с противоположна полярност, потопени в електролит - киселинен разтвор - откъдето идва и името оловно-киселинни батерии (AKB - Rechargeable Acid Batteries). Оловно-киселинните батерии са известни още като оловно-киселинни батерии, поради материала, от който са изработени електродите.

Как работят те?

Батерията работи на базата на електрохимичния процес на реакция на олово и оловен диоксид във воден разтвор на сярна киселина. Когато върху електродите се приложи товар, протича химическа реакция между оловния диоксид и сярната киселина (H2).₂така че₄, както и реакцията на окисление на оловото до оловен сулфат. По време на разреждане, оловният диоксид се редуцира на катода („-“), а оловото се окислява на анода („+“). По време на зареждане протичат обратни химични реакции и електролиза на водата, освобождавайки кислород на анода и водород на катода.

Реакциите на взаимодействие, протичащи в батерията, могат да бъдат описани с две формули:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂така че₄ → 2PbSO4₄ + 2 часа₂О — изпускане.
2. 2PbSO4₄ + 2 часа₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂така че₄ — такса.

По време на разряда, процесът на образуване на оловен сулфат протича в активните маси на анода и катода, а консумацията на сярна киселина H₂така че₄ и намаляване на плътността на електролита. По време на зареждане протичат обратни реакции, образува се сярна киселина и плътността на електролита се увеличава. Краят на процеса на зареждане се характеризира със завършване на трансформацията на веществата на електродите и прекратяване на промените в електролита. Ако зареждането продължи, протича нежелана реакция на разлагане на водата (електролиза), при която се отделят кислородни и водородни мехурчета в електролита, което води до илюзията за кипене. Ако това се случи, към батерията трябва да се добави дестилирана вода, за да се възстанови електролитът.

Дизайн

Киселинните батерии са останали непроменени в основния си вътрешен дизайн в продължение на повече от сто години.

            Дизайнът на батериите включва:

1. Електродите са във формата на плоски решетки, изработени от олово, с прах от оловен диоксид (PbO), пресован в клетките.₂) на анода, метален оловен прах (Pb) на катода.
2. Сепараторът е порест диелектрик, който разделя електродите един от друг, предотвратявайки късо съединение.
3. Електролитът е сярна киселина, разредена с вода (дестилирана) H₂₂така че₄, в него са поставени електроди и сепаратор. Максимална електрическа проводимост се постига при температура от 20^ОПри температура от 1°C концентрацията на сярна киселина е 35%, което се изразява в плътност на електролита от 1,26 g/cm³. Вътрешното съпротивление е минимално и загубите в устройството са значително намалени. В климат с ниски температури плътността на разтвора може да се увеличи до 1,29 g/cm³ - 1,31 g/cm³. Увеличаването на концентрацията на киселинния разтвор предотвратява замръзването на електролита, образувайки лед вътре в корпуса, което може да повреди електродите и да спука батерията.

Основни характеристики, параметри

1. Капацитет (номинално) - количеството електрическа енергия, което киселинните батерии могат да осигурят, измерването се извършва в момента на разреждане, под товар с малък консумиран ток, мерни единици - A*h.
2. Пусков ток - показва способността на батерията да доставя високи токове при температура от -18^ОЗа половин минута.
3. Капацитет (резерв) - показва периода от време, през който киселинните батерии доставят ток от 25 A до напрежение 10,5 V.
4. Долната стойност на напрежението на разредена батерия е 1,75 - 1,8 V.
5. Работен температурен диапазон — — 40^Оот - + 40^ОС.

Разновидности

Според режима на работа, киселинните батерии могат да бъдат разделени на три групи:

1. Цикличен режим – работа в цикъл на пълно разреждане и пълно зареждане, като периодично се изключва батерията от източника на захранване. Считан за най-тежкия режим, броят на циклите на 100% разреждане е ограничен.
2. Буферният режим е широко използван режим, който е щадящ батерията; не позволява пълно разреждане и се характеризира с постоянна връзка с източник на захранване.
3. Смесен - комбинация от буферен и цикличен режим, но по-голямата част от времето за работа се прекарва в буферен режим.

Най-разпространените оловно-киселинни батерии, предлагани на пазара, могат да бъдат разделени на следните видове:

Преглед	Услуга	Описание	Напрежение, V
Оловно-киселинни батерии	Обслужван	Автомобилните акумулатори се предлагат в следните видове: нискоантимонови, антимонови, киселинно-калциеви и хибридни.	612
AGM VRLA	Без поддръжка	Сепараторите са изработени от фибростъкло, с цикличен и буферен режим на работа.	24612
ВРЛА	Без поддръжка	Запечатан корпус, понякога изработен от калций, не отделя газове, използва се в буферен режим.	24612
ГЕЛ VLRA	Без поддръжка	Електролитът е силикагел, който удължава живота на батерията, а батерията работи в буферен режим.	24612243648
ОПзВ	Без поддръжка	Електродите са с тръбна конструкция, устойчиви на пълно разреждане и имат експлоатационен живот от приблизително 22 години.	2

Приложение

1. Автомобилните - киселинните батерии се използват като стартерни батерии.
2. Компютърно оборудване - непрекъсваеми захранвания (UPS) ви позволяват да запазите информация в случай на прекъсване на захранването.
3. Промишлено производство - киселинните батерии се използват като резервни източници на захранване.

Зареждане и общи препоръки

1. Зареждането трябва да се извършва при температура от 20^ОС.
2. Зарядният ток не трябва да надвишава 10% от номиналния капацитет на батерията.
3. За употреба в превозни средства киселинни батерии При ниски температури е по-добре да се използва с вътрешна електрическа отоплителна система, защото капацитетефективността на устройството се губи с 1%, когато температурата се понижи с 1^ОС.
4. Не се препоръчва съхранение киселинни батерии при температури над 30^ОКогато са разредени или не, батериите първо трябва да бъдат напълно заредени.
5. По-добре е да съхранявате батерията на студено място през зимата, тъй като процесът на саморазреждане ще бъде минимален и е необходимо предварително да нанесете грес върху положителния извод.
6. Преди употреба, киселинни батерии трябва да се внесе в помещение с температура от 20^ООт 8-10 часа за привеждане в работно състояние.