Kyselé baterie a jejich vlastnosti

Baterie je zdroj energie, ve kterém se energie chemické reakce během vybíjení přeměňuje na elektrickou energii a naopak během nabíjení. Jejím hlavním rozdílem od běžné baterie je schopnost obnovovat energii opětovným nabíjením. Pro nabíjení je nutné aplikovat stejnosměrný proud v opačném směru, než je směr vybíjení.

Olověné akumulátory byly vynalezeny v 19. století a díky své nízké ceně a vysoké účinnosti zůstávají nejoblíbenějšími bateriemi na světě. Zařízení se skládá z pouzdra a dvou elektrod s opačnou polaritou, ponořených v elektrolytu – kyselém roztoku – odtud název olověné akumulátory (AKB – Rechargeable Acid Batteries). Olověné akumulátory jsou také známé jako olověné akumulátory kvůli materiálu, ze kterého jsou elektrody vyrobeny.

Jak fungují?

Baterie funguje na principu elektrochemického procesu, kdy olovo a oxid olovnatý reagují ve vodném roztoku kyseliny sírové. Když se na elektrody aplikuje zátěž, dochází k chemické reakci mezi oxidem olovnatým a kyselinou sírovou (H2).₂TAK₄, stejně jako oxidační reakce olova na síran olovnatý. Během vybíjení se oxid olovnatý redukuje na katodě („-“) a olovo se oxiduje na anodě („+“). Během nabíjení dochází k reverzním chemickým reakcím a elektrolýze vody, přičemž se na anodě uvolňuje kyslík a na katodě vodík.

Interakční reakce probíhající v baterii lze popsat dvěma vzorci:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂TAK₄ → 2PbSO4₄ + 2 hodiny₂O — výboj.
2. 2PbSO4₄ + 2 hodiny₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂TAK₄ — náboj.

Během vybíjení dochází v aktivních hmotách anody a katody k procesu tvorby síranu olovnatého a ke spotřebě kyseliny sírové H₂TAK₄ a pokles hustoty elektrolytu. Během nabíjení dochází k reverzním reakcím, tvoří se kyselina sírová a hustota elektrolytu se zvyšuje. Konec nabíjecího procesu je charakterizován dokončením přeměny látek na elektrodách a zastavením změn elektrolytu. Pokud nabíjení pokračuje, dochází k nežádoucí reakci rozkladu vody (elektrolýze), při které se v elektrolytu uvolňují bubliny kyslíku a vodíku, což má za následek iluzi varu. Pokud k tomu dojde, je nutné do baterie přidat destilovanou vodu, aby se elektrolyt obnovil.

Design

Kyselinové baterie zůstaly ve své základní vnitřní konstrukci nezměněny již více než sto let.

            Konstrukce baterií zahrnuje:

1. Elektrody mají tvar plochých mřížek vyrobených z olova, do článků je vlisován práškový oxid olovnatý (PbO).₂) na anodě, kovový olovnatý prášek (Pb) na katodě.
2. Separátor je porézní dielektrikum, které odděluje elektrody od sebe navzájem a zabraňuje tak zkratům.
3. Elektrolyt je kyselina sírová zředěná vodou (destilovaná) H₂TAK₄, jsou v něm umístěny elektrody a separátor. Maximální elektrické vodivosti je dosaženo při teplotě 20^ÓPři teplotě C je koncentrace kyseliny sírové 35 %, což odpovídá hustotě elektrolytu 1,26 g/cm³. Vnitřní odpor je minimální a ztráty v zařízení jsou výrazně sníženy. V klimatických podmínkách s nízkými teplotami se hustota roztoku může zvýšit na 1,29 g/cm³ - 1,31 g/cm³. Zvýšení koncentrace kyselého roztoku zabraňuje zamrznutí elektrolytu a tvorbě ledu uvnitř pouzdra, což by mohlo poškodit elektrody a prasknout baterii.

Hlavní charakteristiky, parametry

1. Kapacita (nominální) - množství elektrické energie, které mohou kyselé baterie dodat, měření probíhá v okamžiku vybití, při zátěži s malým odběrovým proudem, měrné jednotky - A*h.
2. Startovací proud - ukazuje schopnost baterie dodávat vysoké proudy při teplotě -18^ÓNa půl minuty.
3. Kapacita (rezerva) - ukazuje dobu, během které kyselinové baterie dodávají proud 25 A až do napětí 10,5 V.
4. Spodní hodnota napětí vybité baterie je 1,75 - 1,8 V.
5. Rozsah provozních teplot — — 40^Óod - + 40^ÓS.

Odrůdy

Podle provozního režimu lze kyselinové baterie rozdělit do tří skupin:

1. Cyklický režim – provoz v cyklu úplného vybití a úplného nabití s ​​periodickým odpojováním baterie od zdroje napájení. Považuje se za nejnáročnější režim, počet cyklů 100% vybití je omezený.
2. Vyrovnávací režim je široce používaný režim, který je šetrný k baterii; neumožňuje úplné vybití a vyznačuje se neustálým připojením ke zdroji napájení.
3. Smíšený - kombinace vyrovnávacího a cyklického režimu, ale většina provozní doby je strávena v režimu vyrovnávací paměti.

Nejběžnější olověné akumulátory dostupné na trhu lze rozdělit do následujících typů:

Pohled	Servis	Popis	Napětí, V
Olověné akumulátory	Obsluhováno	Autobaterie se dodávají v následujících typech: s nízkým obsahem antimonu, s antimonem, kyselo-vápenaté a hybridní.	612
AGM VRLA	Bezúdržbový	Separátory jsou vyrobeny ze skelných vláken, v cyklickém a vyrovnávacím provozním režimu.	24612
VRLA	Bezúdržbový	Utěsněné pouzdro, někdy vyrobené z vápníku, nevypouští plyny, používá se v režimu tlumiče.	24612
GEL VLRA	Bezúdržbový	Elektrolytem je silikagel, který prodlužuje životnost baterie a baterie pracuje v režimu vyrovnávací paměti.	24612243648
OPzV	Bezúdržbový	Elektrody mají trubkovitý design, jsou odolné vůči úplnému vybití a mají životnost přibližně 22 let.	2

Aplikace

1. Automobilové - kyselinové baterie se používají jako startovací baterie.
2. Počítačové vybavení - zdroje nepřerušitelného napájení (UPS) umožňují uložit informace v případě výpadku proudu.
3. Průmyslová výroba - kyselinové baterie se používají jako záložní zdroje energie.

Nabíjení a obecná doporučení

1. Nabíjení musí být prováděno při teplotě 20^ÓS.
2. Nabíjecí proud by neměl překročit 10 % jmenovité kapacity baterie.
3. Pro použití ve vozidlech kyselinové baterie Při nízkých teplotách je lepší jej používat s vnitřním elektrickým topným systémem, protože kapacitaÚčinnost zařízení se sníží o 1 %, když teplota klesne o 1^ÓS.
4. Nedoporučuje se skladovat kyselinové baterie při teplotách nad 30^ÓVybité nebo vybité baterie je nutné nejprve plně nabít.
5. V zimě je lepší skladovat baterii na chladném místě, protože proces samovybíjení bude minimální a je nutné předem nanést mazivo na kladný pól.
6. Před použitím, kyselinové baterie musí být přeneseno do místnosti s teplotou 20^ÓOd 8 do 10 hodin k uvedení do provozuschopného stavu.