Blybatteri: arbete, konstruktion och laddning / urladdning

Nästan alla bärbara och handhållna enheter består av ett batteri. Batteriet är en lagringsenhet där energi lagras för att ge ström när det behövs. Det finns olika typer av batterier finns i denna modern elektronik världen bland dem Bly Acid batteri används ofta för hög strömförsörjningen. Vanligtvis har blybatterier större storlek med hård och tung konstruktion, de kan lagra mycket energi och används vanligtvis i bilar och växelriktare.

Även efter att ha fått konkurrens med Li-ion-batterier ökar efterfrågan på blybatterier dag för dag, eftersom de är billigare och lätta att hantera jämfört med Li-ion-batterier. Enligt en del marknadsundersökningar förväntas Indiens blybatterimarknad växa vid CAGR på över 9% under 2018-24. Så det har en enorm efterfrågan på marknaden inom automation, fordonsindustri och konsumentelektronik. Även om det mesta av det elektriska fordonet levereras med litionjonbatterier, men det finns fortfarande många elektriska tvåhjulingar som använder blysyra för att driva fordonet.

I tidigare handledning lärde vi oss om litiumjonbatterier, här kommer vi att förstå hur blybatterier fungerar, konstrueras och tillämpas. Vi kommer också att lära oss om laddning / urladdning, krav och säkerhet för blybatterier.

Konstruktion av blybatteri

Vad är ett blybatteri? Om vi bryter namnet Blybatteri får vi Bly, Syra och Batteri. Bly är ett kemiskt grundämne (symbolen är Pb och atomnumret är 82). Det är ett mjukt och smidigt element. Vi vet vad syra är; det kan donera en proton eller acceptera ett elektronpar när det reagerar. Så ett batteri, som består av bly och vattenfri plumbinsyra (ibland felaktigt kallad blyperoxid), kallas som blybatteri.

Nu, vad är den inre konstruktionen?

Ett blybatteri består av följande saker, vi kan se det i bilden nedan:

Ett blybatteri består av plattor, separator och elektrolyt, hårdplast med ett hårt gummihölje.

I batterierna är plattorna av två typer, positiva och negativa. Den positiva består av blydioxid och negativ består av svampbly. Dessa två plattor separeras med hjälp av en separator som är ett isolerande material. Denna totala konstruktion förvaras i ett hårt plastfodral med en elektrolyt. Den elektrolyt är vatten och svavelsyra.

Fodralet av hårdplast är en cell. En enstaka cellbutik vanligtvis 2.1V. Av denna anledning består ett 12V blybatteri av 6 celler och ger 6 x 2,1V / Cell = 12,6V typiskt.

Nu, vad är avgiften lagringskapaciteten?

Det är mycket pålitligt på det aktiva materialet (elektrolytmängd) och plattans storlek. Du kanske har sett att lagringskapacitet för litiumbatterier beskrivs i mAh eller milliamp-timmars klassificering, men när det gäller blybatteri är det Amp hour. Vi kommer att beskriva detta i senare avsnitt.

Arbeta med blybatteri

Att arbeta med blysyrabatteriet handlar om kemi och det är väldigt intressant att veta om det. Det finns enorma kemiska processer som är inblandade i blybatteriets laddnings- och urladdningsförhållande. Den utspädda svavelsyra H ₂ SO ₄ molekyler bryts i två delar När syran upplöses. Det kommer att skapa positiva joner 2H + och negativa joner SO ₄ -. Som vi har sagt tidigare är två elektroder anslutna som plattor, anod och katod. Anoden fångar de negativa jonerna och katoden lockar de positiva jonerna. Denna bindning i Anod och SO ₄ - och katod med 2H + förmedlings elektroner och som vidare reagerar med H2O eller med vatten (Utspädd svavelsyra, Svavelsyra + vatten).

Batteriet har två tillstånd av kemisk reaktion, laddning och urladdning.

Blybatteriladdning

För att ladda ett batteri måste vi, som vi vet, tillhandahålla en spänning som är större än anslutningsspänningen. Så för att ladda ett 12,6V batteri kan 13V appliceras.

Men vad händer egentligen när vi laddar ett blybatteri?

Tja, samma kemiska reaktioner som vi beskrev tidigare. Specifikt, när batteriet är anslutet till laddaren, svavelsyra molekylerna bryta sig in i två joner, positiva joner 2H + och negativa joner SO ₄ -. De väteutbytes elektroner med katoden och blir väte, denna reagerar väte med PbSO ₄ i katod och bilda svavelsyra (H ₂ SO ₄) och bly (Pb). Å andra sidan byter SO ₄ ut elektroner med anod och blir radikal SO ₄. Denna så ₄ reagerar med PbSO ₄ av anod och skapa blyperoxiden PbO ₂ och svavelsyra (H ₂ SO ₄). Energin lagras genom att öka svavelsyrans tyngd och öka cellspänningens potential.

Som förklarats ovan sker följande kemiska reaktioner vid anod och katod under laddningsprocessen.

Vid katoden

PbSO ₄ + 2e ^- => Pb + SO ₄ ^2-

Vid anod

PbSO ₄ + 2H ₂ O => PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ^- + 2e ^-

Genom att kombinera ovanför två ekvationer blir den totala kemiska reaktionen

2PbSO ₄ + 2H ₂ O => PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄

Det finns olika metoder som kan användas för att ladda blybatteriet. Varje metod kan användas för specifikt blybatteri för specifika applikationer. Vissa applikationer använder laddningssätt för konstant spänning, vissa applikationer använder en konstant strömmetod, medan kittelladdning också är användbar i vissa fall. Normalt tillhandahåller batteritillverkaren rätt metod för laddning av specifika blybatterier. Konstant strömladdning används vanligtvis inte vid blybatteriladdning.

Den vanligaste laddningsmetoden som används i blybatteri är laddningssätt med konstant spänning, vilket är en effektiv process när det gäller laddningstid. Under fulladdningscykel förblir laddningsspänningen konstant och strömmen minskar gradvis med ökad laddningsnivå.

Blybatteri urladdas

Urladdning av blybatteri är återigen involverad i kemiska reaktioner. Svavelsyran är i utspädd form med typiskt 3: 1-förhållande med vatten och svavelsyra. När belastningarna är anslutna över plattorna bryter svavelsyran igen till positiva joner 2H + och negativa joner SO ₄. Vätejonerna reagerar med PbO ₂ och göra PbO och vatten H ₂ O. PbO börjar reagera med H ₂ SO ₄ och skapar PbSO ₄ och H ₂ O.

På den andra sidan SO ₄ - joner utbyta elektroner från Pb, vilket skapar radikal SO ₄ vilket ytterligare skapar PbSO ₄ reagera med Pb.

Som förklarats ovan sker följande kemiska reaktioner vid anod och katod under urladdningsprocessen. Dessa reaktioner är precis motsatta av laddningsreaktioner:

Vid katoden

Pb + SO ₄ ^2- => PbSO ₄ + 2e ^-

Vid anod:

PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ^- + 2e ^- => PbSO ₄ + 2H ₂ O

Genom att kombinera ovanför två ekvationer blir den totala kemiska reaktionen

PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄ => 2PbSO ₄ + 2H ₂ O

På grund av elektronutbytet över anod och katod påverkas elektronbalansen över plattorna. Elektronerna flödar sedan genom lasten och batteriet laddas ur.

Under denna urladdning minskar den utspädda svavelsyrans tyngdkraft. Samtidigt minskar cellens potentialskillnad.

Riskfaktorer och elektriska betyg

Blybatteriet är skadligt om det inte underhålls säkert. Eftersom batteriet genererar vätgas under den kemiska processen är det mycket farligt om det inte används i det ventilerade området. Felaktig laddning skadar också batteriet allvarligt.

Vilka är standardbetyg för blybatteri?

Varje blybatteri är försett med datablad för standard laddström och urladdningsström. Normalt kan ett 12V blysyrabatteri som är tillämpligt för fordonsapplikationen variera från 100 Ah till 350 Ah. Denna klassificering definieras som urladdningsgrad med en 8-timmars tidsperiod.

Till exempel kan ett 160Ah-batteri ge 20A matningsström till lasten under åtta timmars intervall. Vi kan dra mer aktuella men det är inte tillrådligt att göra det. Genom att dra mer ström än den maximala urladdningsströmmen i 8 timmar kommer batteriets effektivitet att skadas och batteriets interna motstånd kan också ändras, vilket ytterligare ökar batteriets temperatur.

Å andra sidan, under laddningsfasen bör vi vara försiktiga med laddarens polaritet, den ska vara ordentligt ansluten till batteriets polaritet. Omvänd polaritet är farligt för laddning av blybatteri. Den färdiga laddaren levereras med en laddningsspänning och laddströmmätare med ett kontrollalternativ. Vi bör ge större spänning än batterispänningen för att ladda batteriet. Maximal laddningsström ska vara densamma som den maximala matningsströmmen vid 8 timmars urladdningshastigheter. Om vi tar samma 12V 160Ah-exempel är den maximala matningsströmmen 20A, så den maximala säkra laddningsströmmen är 20A.

Vi bör inte öka eller tillhandahålla stor laddningsström eftersom detta kommer att resultera i värme och ökad gasgenerering.

Regler för underhåll av blybatteri

Bevattning är den mest försummade underhållsfunktionen hos översvämmade blybatterier. Eftersom överladdningen minskar vattnet måste vi kontrollera det ofta. Mindre vatten skapar oxidation i plattorna och minskar batteriets livslängd. Tillsätt destillerat eller joniserat vatten vid behov.
Kontrollera om ventilationsöppningarna är perfekta, de måste göras med gummilock, ofta sitter gummilocken fast med hålen för hårt.
Ladda blybatterier efter varje användning. En lång period utan laddning ger sulfatering i plattorna.
Frys inte batteriet eller ladda det mer än 49 grader. I kalla omgivningar måste batterier laddas helt eftersom de är fulladdade säkrare än de tomma batterierna när det gäller frysning.
Ladda inte batteriet djupt ur mindre än 1,7 V per cell.
För att lagra ett blybatteri måste det laddas helt och sedan måste elektrolyten tömmas. Då blir batteriet torrt och kan förvaras under lång tid.