Akumulatory kwasowe i ich właściwości

Akumulator to źródło energii, w którym energia reakcji chemicznej jest przekształcana w energię elektryczną podczas rozładowywania i odwrotnie podczas ładowania. Główną różnicą w stosunku do konwencjonalnego akumulatora jest możliwość odzyskiwania energii poprzez ładowanie. Aby naładować, należy przyłożyć prąd stały w kierunku przeciwnym do kierunku rozładowywania.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe zostały wynalezione w XIX wieku i pozostają najpopularniejszymi akumulatorami na świecie ze względu na niski koszt i wysoką wydajność. Urządzenie składa się z obudowy i dwóch elektrod o przeciwnych biegunach, zanurzonych w elektrolicie – roztworze kwasu – stąd nazwa akumulatory kwasowo-ołowiowe (AKB – Rechargeable Acid Batteries). Akumulatory kwasowo-ołowiowe są również nazywane akumulatorami kwasowo-ołowiowymi ze względu na materiał, z którego wykonane są elektrody.

Jak działają?

Akumulator działa w oparciu o proces elektrochemiczny, w którym ołów i dwutlenek ołowiu reagują w wodnym roztworze kwasu siarkowego. Po przyłożeniu obciążenia do elektrod zachodzi reakcja chemiczna między dwutlenkiem ołowiu a kwasem siarkowym (H).₂WIĘC₄, a także reakcję utleniania ołowiu do siarczanu ołowiu. Podczas rozładowania dwutlenek ołowiu ulega redukcji na katodzie („-”), a ołów utlenia się na anodzie („+”). Podczas ładowania zachodzą odwrotne reakcje chemiczne i elektroliza wody, uwalniając tlen na anodzie i wodór na katodzie.

Reakcje interakcji zachodzące w akumulatorze można opisać dwoma wzorami:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂WIĘC₄ → 2PbSO₄ + 2 godziny₂O — rozładowanie.
2. 2PbSO₄ + 2 godziny₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂WIĘC₄ - opłata.

Podczas rozładowania w masach czynnych anody i katody zachodzi proces tworzenia siarczanu ołowiu, a także następuje zużycie kwasu siarkowego H₂WIĘC₄ i spadek gęstości elektrolitu. Podczas ładowania zachodzą reakcje odwrotne – powstaje kwas siarkowy, a gęstość elektrolitu wzrasta. Koniec procesu ładowania charakteryzuje się zakończeniem przemiany substancji na elektrodach i ustaniem przemian elektrolitu. Kontynuowanie ładowania powoduje niepożądaną reakcję rozkładu wody (elektrolizę), uwalniającą pęcherzyki tlenu i wodoru w elektrolicie, co powoduje iluzję wrzenia. W takim przypadku należy dolać do akumulatora wody destylowanej, aby uzupełnić elektrolit.

Projekt

Podstawowa konstrukcja wewnętrzna akumulatorów kwasowych nie uległa zmianie od ponad stu lat.

            Konstrukcja baterii obejmuje:

1. Elektrody mają formę płaskich siatek wykonanych z ołowiu, w których ogniwach umieszczono proszek dwutlenku ołowiu (PbO).₂) na anodzie, metaliczny proszek ołowiu (Pb) na katodzie.
2. Separator to porowaty dielektryk, który oddziela elektrody od siebie, zapobiegając zwarciom.
3. Elektrolit to kwas siarkowy rozcieńczony wodą (destylowany) H₂WIĘC₄, w którym umieszczono elektrody i separator. Maksymalną przewodność elektryczną uzyskuje się w temperaturze 20°C.^OW temperaturze 20°C stężenie kwasu siarkowego wynosi 35%, co przekłada się na gęstość elektrolitu 1,26 g/cm³. Opór wewnętrzny jest minimalny, a straty wewnątrz urządzenia znacznie ograniczone. W niskich temperaturach gęstość roztworu może wzrosnąć do 1,29 g/cm³ - 1,31 g/cm³. Zwiększenie stężenia roztworu kwasu zapobiega zamarzaniu elektrolitu, co prowadzi do tworzenia się lodu wewnątrz obudowy, co może uszkodzić elektrody i rozerwać akumulator.

Główne cechy, parametry

1. Pojemność (nominalny) - ilość energii elektrycznej, którą mogą dostarczyć akumulatory kwasowe; pomiar następuje w chwili rozładowania, pod obciążeniem o małym poborze prądu, jednostką miary jest A*h.
2. Prąd rozruchowy – pokazuje zdolność akumulatora do dostarczania dużych prądów w temperaturze -18°C.^OPrzez pół minuty.
3. Pojemność (rezerwa) – określa czas, w którym akumulatory kwasowe dostarczają prąd o natężeniu 25 A do napięcia 10,5 V.
4. Dolna wartość napięcia rozładowanego akumulatora wynosi 1,75 - 1,8 V.
5. Zakres temperatury pracy — — 40^Ood - + 40^OZ.

Odmiany

Ze względu na sposób działania akumulatory kwasowe można podzielić na trzy grupy:

1. Tryb cykliczny – praca w cyklu pełnego rozładowania i pełnego naładowania, okresowo odłączając akumulator od źródła zasilania. Uważany za najbardziej ekstremalny tryb, liczba cykli rozładowania do 100% jest ograniczona.
2. Tryb buforowy jest powszechnie stosowanym trybem, który jest delikatny dla akumulatora; nie dopuszcza do całkowitego rozładowania i charakteryzuje się ciągłym podłączeniem do źródła zasilania.
3. Mieszany – kombinacja trybu buforowego i cyklicznego, ale większość czasu działania przypada na tryb buforowy.

Najpopularniejsze na rynku akumulatory kwasowo-ołowiowe można podzielić na następujące typy:

Pogląd	Praca	Opis	Napięcie, V
Kwasowo-ołowiowy	Obsługiwany	Istnieją następujące rodzaje akumulatorów samochodowych: niskoantymonowe, antymonowe, kwasowo-wapniowe i hybrydowe.	612
Walne zgromadzenie VRLA	Bezobsługowy	Separatory wykonane są z włókna szklanego, pracują w trybie cyklicznym i buforowym.	24612
VRLA	Bezobsługowy	Obudowa szczelna, czasami wykonana z wapnia, nie emitująca gazów, stosowana w trybie buforowym.	24612
ŻEL VRAA	Bezobsługowy	Elektrolitem jest żel krzemionkowy, który wydłuża żywotność akumulatora, a akumulator działa w trybie buforowym.	24612243648
OPzV	Bezobsługowy	Elektrody mają konstrukcję rurową, są odporne na całkowite rozładowanie i ich okres eksploatacji wynosi około 22 lat.	2

Aplikacja

1. Akumulatory samochodowe - kwasowe stosowane są jako akumulatory rozruchowe.
2. Sprzęt komputerowy - zasilacze awaryjne (UPS) umożliwiają zapisanie informacji w przypadku zaniku zasilania.
3. Produkcja przemysłowa - jako zapasowe źródła zasilania stosuje się akumulatory kwasowe.

Ładowanie i ogólne zalecenia

1. Ładowanie należy przeprowadzać w temperaturze 20°C.^OZ.
2. Prąd ładowania nie powinien przekraczać 10% nominalnej pojemności akumulatora.
3. Do stosowania w pojazdach akumulatory kwasowe W niskich temperaturach lepiej jest stosować go z wewnętrznym ogrzewaniem elektrycznym, ponieważ pojemnośćwydajność urządzenia spada o 1%, gdy temperatura spada o 1^OZ.
4. Nie zaleca się przechowywania akumulatory kwasowe w temperaturach powyżej 30°C^OZarówno rozładowane, jak i nierozładowane akumulatory należy najpierw całkowicie naładować.
5. Zimą akumulator najlepiej przechowywać w chłodnym miejscu, ponieważ wówczas proces samorozładowania będzie minimalny, a przedtem konieczne jest nałożenie smaru na biegun dodatni.
6. Przed użyciem akumulatory kwasowe należy przenieść do pomieszczenia o temperaturze 20 stopni^ODoprowadzenie do stanu używalności zajmuje od 8 do 10 godzin.