Tradiciniai švino rūgšties akumuliatoriai su skystuoju elektrolitu

Akumuliatoriai yra esminė daugelio įrenginių ir sistemų sudedamoji dalis, tiekianti energiją viskam nuo automobilių ir išmaniųjų telefonų iki saulės baterijų ir medicinos įrangos. Jie yra elektrinių transporto priemonių energijos kaupimo sandėlis. Elektromobiliai kraunant elektros energiją paverčia chemine energija ir kaupia ją akumuliatoriuje. Naudojant elektrines transporto priemones, variklis akumuliatoriuje esančią cheminę energiją paverčia mechanine energija, kad elektrinės transporto priemonės galėtų važiuoti keliu. Švino rūgšties akumuliatorius yra akumuliatoriaus rūšis, kurios teigiami ir neigiami poliai daugiausia pagaminti iš švino ir jo oksidų, o elektrolitas yra sieros rūgšties tirpalas.

Švino rūgšties akumuliatorių istorija ir veikimo principas

Švino akumuliatorius buvo sukurtas 1859 metais prancūzų fiziko Gastono Plante. Automobiliuose švino akumuliatoriai pradėti naudoti maždaug nuo 1914 metų. Per beveik šimtą metų trunkantį eksploatacijos periodą švino akumuliatoriai daugybę kartų tobulinti, tačiau pagrindinis elektros energijos gavimo principas, paremtas cheminėmis reakcijomis, vykstančiomis tarp švino plokštelių ir švino dioksido veikiamo sieros rūgšties tirpalo, išliko nepakitęs.

Švino rūgšties akumuliatoriaus elektrodas daugiausia gaminamas iš švino ir jo oksido, o elektrolitas yra sieros rūgšties tirpalo baterija. Anglų kalba jis vadinamas lead-acid battery. Išleidimo būsenoje pagrindinis teigiamo elektrodo komponentas yra švino dioksidas, o pagrindinis neigiamo elektrodo komponentas yra švinas; įkrovimo būsenoje pagrindiniai teigiamų ir neigiamų elektrodų komponentai yra švino sulfatas.

Tradicinių švino rūgšties akumuliatorių savybės ir klasifikacija

Akumuliatorių sudaro daugiausia vamzdinė teigiamoji plokštė, neigiama plokštė, elektrolitas, separatorius, akumuliatoriaus rezervuaras, akumuliatoriaus dangtelis, polius, skysčio įpurškimo dangtelis ir pan. Ventiliuojamos baterijos elektrodas susideda iš švino ir švino oksido, o elektrolitas yra vandeninis sieros rūgšties tirpalas.

Privalumai

• Pigi kaina: Švino rūgšties akumuliatorius yra labai pigus dėl mažų gamybos sąnaudų, paprasto gamybos proceso ir žemos žaliavos kainos.
• Taisomas: Nors švino rūgšties akumuliatorius gali kristalizuotis arba susieruotis naudojimo metu, jį galima taisyti ir jį galima naudoti tam tikrą laiką po remonto, skirtingai nei ličio akumuliatorius, kurio negalima taisyti po remonto.
• Stabilumas: Akumuliatorius pasižymi geresniu prisitaikymu prie aplinkos sąlygų ir konstrukcijos ilgaamžiškumu. Jie stabiliau veikia žemoje temperatūroje ir yra atsparesni aukštai temperatūrai, palyginti su ličio akumuliatoriais.
• Atsparumas smūgiams ir vibracijai: Dėl paprastos, tvirtos konstrukcijos jie taip pat yra atsparūs smūgiams ir vibracijai, todėl idealiai tinka aplinkai, kurioje yra didelė vibracija, pavyzdžiui, statybvietėms ir transporto priemonėms.
• Patikimumas ir saugumas: Didelis patikimumas ir saugumas be nuotėkio: leidžia naudoti bet kokia orientacija.
• Mažas savaiminio išsikrovimo greitis: Kadangi vidutinis mėnesinis savaiminio išsikrovimo greitis yra mažesnis nei 2,5 %, šios baterijos ilgą laiką išlaiko įkrovą, todėl jas reikia dažnai įkrauti.
• Puikus saugojimo našumas: Po 12 mėnesių nepertraukiamo laikymo kambario temperatūroje akumuliatoriaus iškrovimo charakteristikos grįžta į normalią būseną, užtikrinant patikimą energijos tiekimą, kai to reikia.
• Stiprūs dviračių sporto įgūdžiai: Šios baterijos, galinčios atlaikyti daugiau nei 300 ciklų esant 100 % iškrovimo gyliui (DOD), pasižymi ilgu tarnavimo laiku, todėl idealiai tinka reguliariam naudojimui.
• Nėra skysto elektrolito (priežiūros nereikalaujančiuose modeliuose): Neišsiliejanti konstrukcija užtikrina, kad nereikalauja priežiūros ir pašalina nuotėkių riziką.

Trūkumai

• Didelis tūris ir didelis svoris: švino-rūgštinių baterijų gamybos procesas yra problema.
• Trumpas tarnavimo laikas: Lyginant su ličio akumuliatoriais.
• Priežiūros poreikis: Senoviški įprastiniai akumuliatoriai paprastai turi maždaug 2 metus, todėl būtina reguliariai tikrinti elektrolito aukštį ir pridėti distiliuoto vandens.
• Aplinkos tarša: Švino rūgšties baterijose yra didelis švino kiekis. Jei su jomis netinkamai elgiamasi po išmetimo, jos teršia aplinką.
• Atminties efektas: Švino rūgšties akumuliatoriai turi atminties efektą ir negali būti įkraunami ir iškraunami bet kuriuo metu.
• Savaiminis išsikrovimas: Yra rimtas savaiminio išsikrovimo reiškinys, o akumuliatorių lengva išmesti po tam tikro laiko sandėliavimo.
• Iškrovimo greitis: Iškrovimo greitis yra mažas ir ilgą laiką negalima iškrauti esant didelei srovei.

Švino rūgšties akumuliatorių klasifikavimas pagal tipą

Švino rūgšties akumuliatoriai skirstomi į pastovius srovės iškrovimus (pvz., nepertraukiamo maitinimo šaltinius) ir trumpalaikius išleidimus (pvz., automobilio paleidimo baterijas), priklausomai nuo naudojimo.

1. Įprastinė baterija: Įprasto akumuliatoriaus plokštelę sudaro švino ir švino oksidai, o elektrolitas yra vandeninis sieros rūgšties tirpalas. Jos pagrindinis privalumas yra tai, kad įtampa yra stabili ir kaina yra pigi. Trūkumai yra mažesnė specifinė energija (ty saugoma energija kilogramui akumuliatoriaus), trumpas tarnavimo laikas ir dažnai atliekama priežiūra. Senoviški įprastiniai akumuliatoriai paprastai turi maždaug 2 metus, todėl būtina reguliariai tikrinti elektrolito aukštį ir pridėti distiliuoto vandens. Akivaizdžiausias švino rūgšties akumuliatoriaus bruožas yra tai, kad ant viršaus yra sraigtiniu būdu atidarytas plastikinis dangtelis ir ventiliacijos anga. Šie užpildymo dangteliai naudojami gryno vandens užpildymui, elektrolitų ir ventiliacinių dujų patikrinimui.
2. Akumuliatorius sausai įkrovus: Visas jo pavadinimas - tai įkrautas švino rūgšties akumuliatorius. Jo pagrindinis bruožas yra tai, kad neigiama plokštė turi didelę talpą. Visiškai sausoje būsenoje ji gali sutaupyti gautą galią per dvejus metus. Kai tik reikia pridėti elektrolitą, palaukite 20-30 minučių.
3. Baterija be priežiūros: Nereikalaujantis akumuliatoriaus akumuliatorius dėl savo struktūrinių privalumų, elektrolito suvartojimas yra labai mažas, ir iš esmės nereikia papildyti distiliuoto vandens naudojimo metu. Jis taip pat pasižymi atsparumo smūgiams, atsparumo aukštai temperatūrai, mažo dydžio ir mažo savaiminio išsikrovimo savybėms. Naudojimo laikas paprastai yra dvigubai didesnis už įprastą bateriją. Rinkoje yra dviejų rūšių priežiūros nereikalaujančios baterijos: pirmoji nereikalauja priežiūros (pridedant papildomo skysčio) po vienkartinio elektrolito pridėjimo pirkimo metu; kitas yra tas, kad pati baterija buvo pakrauta elektrolitu ir užplombuota. Vartotojas negali pridėti papildomo skysčio.

Švino rūgšties akumuliatorių modelių žymėjimas

Pagal mechaninio pramonės standartą JB 2599-1985 „Švino rūgšties akumuliatoriaus gaminio modelio paruošimo metodas“, švino rūgšties akumuliatoriaus modelis susideda iš trijų dalių, kurių turinys ir išdėstymas yra tokie:

Serijų skaičius - baterijos tipas - akumuliatoriaus charakteristikos - akumuliatoriaus talpa

1. Iš eilės prijungtų langelių skaičius: nurodo baterijų sąrankos ląstelių skaičių, kuris yra pavaizduotas vienu arabišku skaitmeniu.
2. Baterijos tipas: Pagal jos pagrindinį panaudojimą tai yra kinų fonetinė abėcėlė. Aktyvuota švino rūgšties baterija yra „Q“, o kodas „Q“ yra pirmoji „nuo“ kinų fonetinė abėcėlė. (M yra motociklų akumuliatorius, JC nėra laivų akumuliatorius, HK yra aviacijos akumuliatorius, D - elektra varomų transporto priemonių baterija, o F - vožtuvo valdymo baterija.)
3. Akumuliatoriaus charakteristikos: Tai papildoma dalis, išreikšta kinų fonetine abėcėle, kuri turi tam tikras charakteristikas tik to paties tipo produktams ir turi būti naudojama modelyje. Kai tuo pačiu metu gaminys turi dvi savybes, du kodai turi būti lyginami 2-2 lentelėje.
4. Vardinė talpa: Tai 20h išleidimo greičio vardinė talpa, išreikšta arabiškais skaitmenimis, ir vienetas yra A h, kuris gali būti praleistas modelio numeryje. Kartais specialus simbolis pažymėtas raidėmis po vardinės talpos, pvz., „G“, skirtas dideliam paleidimo greičiui, „S“ - plastikiniam korpusui, ir „D“ - geram žemos temperatūros paleidimui.

Priežiūra ir eksploatacija

Prieš pradedant eksploatuoti naują akumuliatorių, būtina patikrinti jo įtampą (nesant apkrovos), kurios kodavimas yra „Uх.х.“. Apatinė leistina riba pardavimo metu - 12,20 V (Uх.х. = 12,20 V), bet jei akumuliatoriaus įtampa yra mažesnė nei 12,50 V, tai jį patartina įkrauti. Toliau reikia patikrinti automobilio elektros tinklo būklę. Tikrinama automobilio tinklo įtampa, esant minimalioms, o po to didesnėms nei vidutinės variklio apsukoms (apie 3000 apsukų per minutę (APM)), įtampa paleidžiant variklį, nuotėkio srovė bei variklio paleidimo trukmė. Automobilio tinklo įtampa esant visiems variklio darbo režimams neturi viršyti 13,9-14,5 V tiek įjungus pagrindinius energijos vartotojus (žibintus, ventiliatorių, langų šildymą ir pan.), tiek juos išjungus. Gamintojai rekomenduoja tikrinti akumuliatorių būklę kas 6 mėnesius. Be to, patartina patikrinti akumuliatorių prieš žiemos sezoną, nes, sumažėjus elektrolito tankiui, didėja jo užšalimo rizika.

Dažniausios problemos ir jų prevencija

Kaip rodo praktika, pagrindinė skundų dėl akumuliatorių priežastis - tai nevisiškas jų įkrovimas arba gilus iškrovimas. Tyrimai parodė, kad, paleidus variklį, akumuliatoriaus įkrovimas prasideda tik tada, kai jo elektrolito temperatūra pasiekia teigiamas reikšmes. Esant neigiamoms aplinkos temperatūroms, generatorius įkaitina elektrolitą iki teigiamos temperatūros maždaug per vieną valandą ir, jei kelionė automobiliu neviršija šio laikotarpio, tai akumuliatorius gali negauti energijos, suvartotos varikliui paleisti, kompensacijos. Paleidus variklį ir trumpai jį pakaitinus, pradedamas judėjimas esant įjungtiems žibintams, galinio lango šildymui, salono ventiliatoriui ir kitiems elektros prietaisams, kurių suminė srovė sudaro apie 50 A ir daugiau. Šiuo metu generatorius atlieka akumuliatoriaus šildymo, o ne įkrovimo funkciją, be to, jo generuojama srovė priklauso nuo variklio apsukų - esant minimalioms variklio apsukoms, generatorius sukuria apie 30-50 А srovę, o esant nominalioms apsukoms - apie 80-140 А. Be abejo, tam tikromis sąlygomis, pavyzdžiui, stovint spūstyse, automobilio elektros prietaisai bus maitinami akumuliatoriaus ir dar labiau jį iškraus. Galiausiai ateis momentas, kai dėl gilaus akumuliatoriaus iškrovimo variklio paleidimas bus neįmanomas. Analogiška situacija gali susiklostyti iškylos metu, ilgą laiką naudojant galingą muzikinę aparatūrą dienos metu, o sutemus tęsiant banketą su įjungtais žibintais. Taip pat didelės talpos vilkikų akumuliatoriai gali patirti gilų iškrovimą. Autonominis šildytuvas (jei jis neturi generatoriaus), salono apšvietimas, televizorius, kavos aparatas bei kiti elektros prietaisai per tam tikrą laiko tarpą, priklausantį nuo akumuliatoriaus įkrovimo lygio, gali jį visiškai iškrauti.

Esant giliam akumuliatoriaus iškrovimui, jo viduje vyksta negrįžtamas procesas - sulfitacija - stambių švino sulfato kristalų susidarymas. Išsamiai nenagrinėdami savaiminio akumuliatorių išsikrovimo priežasčių, turime pastebėti, kad toks neigiamas reiškinys egzistuoja. Savaiminis išsikrovimas įvyksta akumuliatoriuose, kai jie ilgai nėra eksploatuojami, ir jo tikimybė didėja, didėjant viršutinio akumuliatoriaus korpuso dangtelio užterštumui, įpylus į elektrolitą nedistiliuoto vandens, patekus teršalams į akumuliatoriaus baterijas iš užteršto korpuso dangtelio. Dar viena akumuliatorių resurso sumažėjimo priežastis - elektrolito išsisluoksniavimas, vykstantis nevisiškai įkrautuose (mažiau nei 80 %) sandėliuojamuose akumuliatoriuose. Rūgštis kaupiasi akumuliatorių dugne, o viršutiniuose sluoksniuose jos tankis mažėja. Be gilaus iškrovimo, akumuliatorių eksploatacijos laikotarpį neigiamai veikia jų perkrovimas, kai automobilio elektros tinklo įtampa viršija 14,5 V. Tai sukelia elektrolito „virimą“ - jame esančio vandens skilimą į vandenilį ir deguonį. Dėl šios priežasties didėja elektrolito koncentracija, o jo lygis mažėja. Tai sukelia grotelių koroziją bei sumažina teigiamų plokštelių aktyviąją masę, t. y. mažina akumuliatoriaus eksploatavimo laikotarpį. Vykstant intensyviam „virimui“, galimas elektrolito pašalinimas pro akumuliatoriaus ventiliacijos kanalus, korpuso išsipūtimas ir net jo sprogimas. Paprastai didesnę automobilio elektros tinklo įtampą lemia įtampos reguliatoriaus gedimas. Tačiau yra žinomi atvejai, kai padidėjusios įtampos priežastis buvo pridegę degimo spynelės kontaktai. Kadangi įtampos reguliatorius jungiamas per degimo spynelės kontaktų grupę, todėl, padidėjus pridegusių kontaktų varžai, įtampos reguliatorius gauna klaidingą informaciją apie neva per žemą automobilio elektros tinklo įtampą. Reguliatorius atitinkamai koreguoja įtampą tinkle ir ją padidina.

Temperatūros poveikis

Visiems žinoma, kad šaltis kenkia akumuliatoriams ir jų įkrovimas prasideda tik įkaitinus juos iki teigiamos temperatūros. Atsižvelgiant į šią aplinkybę, reikia apžiūrėti akumuliatoriaus montavimo vietą automobilyje ir, esant galimybei, sumažinti jo aušinimą šaltojo oro srautu, naudojantis parankinėmis medžiagomis: kartonu, putų polistirolu ir pan. Akumuliatoriams rekomenduojama temperatūra - iki +35 °С (pagal kai kuriuos šaltinius - iki +50 °С). Kylant temperatūrai, mažėja akumuliatoriaus varža, suteikdama didesnę tikimybę elektrolito „virimui“, suaktyvėja plokštelių nusidėvėjimo procesai. Tačiau išvengti vasaros karščių ir veikiančio variklio išskiriamos šilumos tiesiog neįmanoma, neatliekant rimtų konstrukcinių pakeitimų.

Priežiūros nereikalaujančių akumuliatorių atsiradimas

Praktiškai visi šiuolaikiniai akumuliatoriai nereikalauja priežiūros dėl savo komponentų cheminės sudėties. Akumuliatorius galime suskirstyti į dvi grupes: turintys priėjimą prie elektrolito ir jo neturintys. Kamščių buvimas leidžia atlikti diagnostiką garantiniu laikotarpiu ir turėti priežiūros galimybę ateityje. Akumuliatoriuose, kuriuose nėra priėjimo prie elektrolito, kilus problemų, nustatyti elektrolito lygį bei tankį galima tik išardžius viršutinį korpuso dangtelį, tačiau po tokių veiksmų šie matavimai nelabai reikalingi. Nors gal taip ir gerai, nes nėra galimybės į akumuliatorių ko nors įpilti, o tai labai teigiamas faktas atsižvelgiant į mūsų „specialistų“ akumuliatorių eksploataciją. Naujo automobilio įkrovimo sistemos gedimų tikimybė maža, todėl būtinumas tikrinti lygį, tankį ir įpilti vandens atitinkamas, o baterijų neprieinamumas apsaugo nuo teršalų patekimų. Automobiliuose, turinčiuose „nepatikimą“ elektros tinklą, gali atsirasti būtinybė tikrinti elektrolito tankį, jo lygį, įpilti distiliuoto vandens. Eksploatacinių normų vykdymas apsiriboja švaros palaikymu (bent jau viršutinio dangtelio), gnybtų apsauga nuo teršalų ir korozijos, elektros tinklo įtampos kontrole ir, esant būtinybei, įkrovimu, ypač prieš ilgesnę eksploatacijos pertrauką.

Tačiau, atnaujinus baterijų gamybos technologiją, švino rūgšties akumuliatoriai išsivystė į švino rūgščių priežiūros nereikalaujančias baterijas ir be gelio neturinčias priežiūros baterijas. Švino rūgšties baterijoms nereikia papildyti elektrolito ar distiliuoto vandens. Pagrindinis tikslas yra naudoti teigiamą elektrodą deguonies susidarymui, kad sugeria deguonį neigiamame elektrode, kad vanduo nesumažėtų.

Švino rūgšties vandens akumuliatoriai dažniausiai naudojami traktoriuose, triračiuose automobiliuose ir automobilių starteriuose, o be priežiūros neturinčių švino rūgščių baterijų yra daug platesnio taikymo, įskaitant nepertraukiamo maitinimo šaltinius, elektros transporto priemonių galios ir elektrinius dviračių akumuliatorius.

Švino rūgšties akumuliatorių palyginimas su kitų tipų akumuliatoriais

Palyginimas su ličio jonų akumuliatoriais

Ličio baterijos ir švino rūgšties baterijos šiuo metu yra dvi plačiausiai naudojamos baterijos. Tiek švino-rūgšties, tiek ličio jonų akumuliatoriai veikia panašiais principais, tačiau skiriasi naudojamomis medžiagomis. Švino-rūgšties akumuliatoriuose švinas ir švino dioksidas reaguoja su sieros rūgštimi ir kaupia energiją. Iškrovimo metu švino dioksidas prie teigiamo elektrodo ir švinas prie neigiamo elektrodo reaguoja su sieros rūgštimi ir sudaro švino sulfatą. Ličio jonų akumuliatorių veikimas priklauso nuo ličio jonų judėjimo tarp elektrodų.

Pagrindiniai skirtumai tarp švino rūgšties ir ličio jonų akumuliatorių:

Palyginimas su šarminėmis baterijomis

Šarminės baterijos dažniausiai yra neįkraunamos, o švino-rūgštinės - įkraunamos. Švino rūgšties akumuliatoriai, taip pat žinomi kaip VRLA akumuliatoriai, skiriasi dydžiu ir dažniausiai yra stačiakampio formos ir dažniausiai naudojami didelių transporto priemonių užvedimui. Šarminės baterijos paprastai yra mažesnės ir cilindrinės. Švino rūgšties akumuliatorius yra akumuliatoriaus tipas, kurio įtampa yra didesnė nei šarminės baterijos. Didesnė įtampa leidžia elektra varomas transporto priemones varyti didesne galia, taip pat leidžia naudoti mažiau energijos valdant elektros prietaisus. Švino rūgšties akumuliatoriaus energijos tankis yra didesnis nei kitų tipų akumuliatorių, todėl jis yra galingesnis ir efektyvesnis.

Baterijos sudėties skirtumai:

• Švino rūgšties akumuliatoriuose yra švino plokštelės, pagamintos iš švino ir sieros rūgšties. Kai įkraunate akumuliatorių, sieros rūgštis reaguoja su švino plokštėmis ir gamina elektros energiją. Šis procesas žinomas kaip elektrolizė.
• Šarminių baterijų elektrolituose yra cinko ir mangano dioksido. Šios medžiagos reaguoja su elektrodais (teigiamais ir neigiamais poliais), kad generuotų elektros energiją, kai įkraunama naudojant įkroviklį.

Akumuliatoriaus naudojimo skirtumai:

• Šarminės baterijos tinka nuolatiniam iškrovimui ir aukštos įtampos darbui, tinka fotoaparatams, elektriniams žaislams, nuotolinio valdymo pultams, skaičiuotuvams, klaviatūroms, skustuvams ir kt.
• Švino rūgšties baterijos yra tinkamos galios laukams, pvz., motociklų akumuliatoriams, automobilių akumuliatoriams, elektriniams žaislams energijos kaupimo srityje, elektriniams golfo vežimėliams, UPS sistemoms, elektrinių įrankių akumuliatorių serijoms ir kt.

Kiekvienas akumuliatoriaus tipas turi atitinkamą taikymo sritį. Idealiausia yra pasirinkti tinkamą akumuliatorių įvairioms sritims. Švino rūgšties akumuliatoriaus įtampa yra aukštesnė, o tai reiškia, kad jūsų transporto priemonė turi daugiau galios, kad ji greičiau judėtų arba būtų naudojama kaip atsarginė elektros sistema jūsų namuose / versle. Švino rūgšties baterijos taip pat tarnauja ilgiau nei šarminės, bet kadangi jos nesukuria tiek energijos svorio vienetui, jos taip pat kainuoja brangiau!

tags: #tradiciniai #svino #akumuliatoriai #su #skystuoju #elektrolitu