Bevor wir uns direkt mit den Konzepten der Blei-Säure-Batterie befassen, beginnen wir mit ihrer Geschichte. So stellte ein französischer Wissenschaftler namens Nicolas Gautherot im Jahr 1801 fest, dass bei den Elektrolysetests eine minimale Strommenge vorhanden ist, selbst wenn die Hauptbatterie abgeschaltet wird. Während im Jahr 1859 ein Wissenschaftler namens Gatson eine Blei-Säure-Batterie entwickelte, war dies die erste, die durch den Durchgang von Rückstrom aufgeladen wird. Dies war die erste Version dieses Batterietyps, während Faure dann viele Verbesserungen hinzufügte und schließlich der praktische Typ der Blei-Säure-Batterie 1886 von Henri Tudor erfunden wurde. Lassen Sie uns eine detailliertere Diskussion über diese Art von Batterie führen Batterie , Arbeit, Typen, Konstruktion und Vorteile.
Was ist Blei-Säure-Batterie?
Blei-Säure-Batterien fallen unter die Klassifizierung von wiederaufladbaren und sekundären Batterien. Trotz der minimalen Anteile der Batterie an Energie zu Volumen und Energie zu Gewicht kann sie erhöhte Stoßströme liefern. Dies entspricht, dass Blei-Säure-Zellen ein hohes Verhältnis von Leistung zu Gewicht besitzen.
Dies sind die Batterien, die Bleiperoxid und Bleischwamm verwenden, um chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Diese werden hauptsächlich in Umspannwerken und Stromversorgungssystemen eingesetzt, da sie eine erhöhte Zellenspannung und minimale Kosten aufweisen.
Konstruktion
In dem Blei-Säure-Batterie Aufbau sind die Teller und Behälter die entscheidenden Komponenten. Der folgende Abschnitt enthält eine detaillierte Beschreibung aller in der Konstruktion verwendeten Komponenten. Das Blei-Säure-Batterie-Diagramm ist
Container
Dieses Behälterteil besteht aus Ebonit, bleibeschichtetem Holz, Glas, Hartgummi aus bituminösem Element, Keramikmaterialien oder geschmiedetem Kunststoff, die oben angebracht sind, um jegliche Art von Elektrolytentladung zu vermeiden. Während im Behälterboden vier Rippen vorhanden sind, sind zwei auf der positiven Platte und die anderen auf der negativen Platte angeordnet.
Hier dient das Prisma als Basis für beide Platten und schützt zusätzlich die Platten vor Kurzschluss. Die Komponenten, die für den Bau des Behälters verwendet werden, sollten frei von Schwefelsäure sein, sie dürfen sich nicht verbiegen oder durchlässig sein und dürfen keine Verunreinigungen enthalten, die zu Elektrolytschäden führen.
Platten
Die Platten in der Blei-Säure-Batterie sind unterschiedlich aufgebaut und alle bestehen aus ähnlichen Arten des Gitters, das aus aktiven Komponenten und Blei besteht. Das Netz ist entscheidend, um die Leitfähigkeit des Stroms herzustellen und gleiche Strommengen auf die aktiven Komponenten zu verteilen. Bei ungleichmäßiger Verteilung löst sich die aktive Komponente. Es gibt zwei Arten von Platten in dieser Batterie. Dies sind plante / geformte Platten und Faure / geklebte Platten.
Die geformten Platten werden hauptsächlich für statische Batterien verwendet und sind schwer und auch teuer. Sie haben jedoch eine lange Lebensdauer und neigen nicht leicht dazu, ihre aktiven Komponenten zu verlieren, selbst bei kontinuierlichen Lade- und Entladevorgängen. Diese haben ein minimales Verhältnis von Kapazität zu Gewicht.
Während das geklebte Verfahren hauptsächlich für die Konstruktion von Negativplatten als die von Positivplatten verwendet wird. Die negative aktive Komponente ist etwas kompliziert und sie erfahren eine leichte Modifikation in Lade- und Entladeprozessen.
Aktive Komponente
Die Komponente, die aktiv an den chemischen Reaktionsprozessen beteiligt ist, die in der Batterie hauptsächlich zum Zeitpunkt des Ladens und Entladens ablaufen, wird als aktive Komponente bezeichnet. Die aktiven Komponenten sind:
- Bleiperoxid - Es bildet eine positive aktive Komponente.
- Schwammblei - Dieses Material bildet die negative aktive Komponente
- Verdünnte Schwefelsäure - Diese wird hauptsächlich als Elektrolyt verwendet
Trennzeichen
Hierbei handelt es sich um dünne Platten, die aus porösem Gummi, beschichtetem Bleiholz und Glasfasern bestehen. Die Separatoren sind zwischen den Platten positioniert, um eine aktive Isolierung bereitzustellen. Sie haben eine gerillte Form auf einer Seite und eine glatte Oberfläche an den anderen Kanten.
Batteriekanten
Es hat positive und negative Kanten mit Durchmessern von 17,5 mm und 16 mm.
Funktionsprinzip der Blei-Säure-Batterie
Da Schwefelsäure als Elektrolyt in der Batterie verwendet wird, werden die darin enthaltenen Moleküle beim Auflösen als SO dispergiert4- -(negative Ionen) und 2H + (positive Ionen) und diese haben freie Bewegung. Wenn diese Elektroden in die Lösungen eingetaucht sind und eine Gleichstromversorgung bereitstellen, bewegen sich die positiven Ionen und bewegen sich in Richtung der negativen Flanke der Batterie. Auf die gleiche Weise bewegen sich die negativen Ionen und bewegen sich in Richtung der positiven Flanke der Batterie.
Alle Wasserstoff- und Sulfationen sammeln ein- und zweielektronische sowie negative Ionen von der Kathode und Anode und reagieren mit Wasser. Dies bildet Wasserstoff und Schwefelsäure. Während die aus den obigen Reaktionen entwickelten Reaktionen mit Bleioxid reagieren und Bleiperoxid bilden. Dies bedeutet, dass zum Zeitpunkt des Ladevorgangs das Bleikathodenelement selbst als Blei verbleibt, während die Bleianode als Bleiperoxid mit dunkelbrauner Farbe ausgebildet ist.
Wenn es keine gibt Gleichstromversorgung und dann zeigt zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Voltmeter zwischen den Elektroden angeschlossen ist, die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden an. Wenn eine Drahtverbindung zwischen den Elektroden besteht, fließt Strom von der negativen zur positiven Platte über einen externen Stromkreis, was bedeutet, dass die Zelle die Fähigkeit besitzt, eine elektrische Energieform bereitzustellen.
Das zeigt also die Blei-Säure-Batterie funktioniert Szenario.
Verschiedene Typen
Das Blei-Säure-Batterietypen werden hauptsächlich in fünf Typen eingeteilt und im folgenden Abschnitt ausführlich erläutert.
Überfluteter Typ - Dies ist der herkömmliche Motorzündungstyp und hat eine Traktionsbatterie. Der Elektrolyt hat im Zellabschnitt freie Bewegung. Personen, die diesen Typ verwenden, können für jede Zelle zugänglich sein und den Zellen Wasser hinzufügen, wenn die Batterie ausgetrocknet ist.
Versiegelter Typ - Diese Art von Blei-Säure-Batterie ist nur eine geringfügige Änderung des überfluteten Batterietyps. Obwohl die Benutzer keinen Zugriff auf jede Zelle in der Batterie haben, ähnelt das interne Design fast dem überfluteten Typ 1. Die Hauptvariante bei diesem Typ besteht darin, dass genügend Säure vorhanden ist, die dem reibungslosen Ablauf chemischer Reaktionen während der gesamten Batterielebensdauer standhält.
VRLA-Typ - Diese nennt man Ventilgeregelte Blei-Säure-Batterien die auch als versiegelter Batterietyp bezeichnet werden. Das Wertkontrollverfahren ermöglicht die sichere Entwicklung von O.zweiund H.zweiGase zum Zeitpunkt des Ladens.
Hauptversammlungstyp - Dies ist die Batterie vom Typ Absorbed Glass Matte, mit der der Elektrolyt in der Nähe des Plattenmaterials gestoppt werden kann. Diese Art von Batterie erhöht die Leistung der Entlade- und Ladevorgänge. Diese werden insbesondere in Kraftsport- und Motorstartanwendungen eingesetzt.
Gel-Typ - Dies ist die feuchte Art von Blei-Säure-Batterie, bei der der Elektrolyt in dieser Zelle mit Kieselsäure in Verbindung steht, wodurch sich das Material versteift. Die Ladespannungswerte der Zelle waren im Vergleich zu anderen Typen minimal und sie hat auch eine höhere Empfindlichkeit.
Chemische Reaktion der Blei-Säure-Batterie
Die chemische Reaktion in der Batterie findet hauptsächlich während der Entlade- und Wiederauflademethoden statt und wird im Entladevorgang wie folgt erklärt:
Wenn die Batterie vollständig entladen ist, sind die Anode und die Kathoden PbOzweiund Pb. Wenn diese mit Widerstand verbunden werden, wird die Batterie entladen und die Elektronen haben zum Zeitpunkt des Ladens den entgegengesetzten Weg. Die H.zweiIonen haben eine Bewegung in Richtung der Anode und werden zu einem Atom. Es kommt in Reichweite mit PbOzweiwodurch PbSO gebildet wird4Das ist weiß in der Farbe.
In gleicher Weise hat das Sulfation eine Bewegung in Richtung der Kathode und nach Erreichen wird das Ion zu SO geformt4. Es reagiert mit Blei Kathode so entsteht Bleisulfat.
PbSO4+ 2H = PbO + H.zweiODER
PbO + H.zweiSO4= PbSO4+ 2HzweiODER
PbOzwei+ H.zweiSO4+ 2H = PbSO4+ 2HzweiODER
Chemische Reaktionen
Während des Wiederaufladevorgangs stehen die Kathode und die Anoden mit den negativen und positiven Flanken der Gleichstromversorgung in Verbindung. Die positiven H2-Ionen bewegen sich in Richtung der Kathode und gewinnen zwei Elektronen und bilden sich als H2-Atom. Es reagiert chemisch mit Bleisulfat und bildet Blei und Schwefelsäure.
PbSO4+ 2HzweiO + 2H = PbSO4+ 2 H.zweiSO4
Die kombinierte Gleichung für beide Prozesse wird als dargestellt
Entlade- und Ladevorgang
Hier zeigt der Abwärtspfeil die Entladung und ein Aufwärtspfeil den Ladevorgang an.
Leben
Die optimale Funktionstemperatur für Blei-Säure-Batterien beträgt 250C bedeutet 770F. Die Erhöhung des Temperaturbereichs verkürzt die Lebensdauer. A In der Regel verringert sich bei jedem Temperaturanstieg um 80 ° C die Halbwertszeit der Batterie. Während eine wertgeregelte Batterie, die bei 25 funktioniert0C hat a Lebensdauer der Blei-Säure-Batterie von 10 Jahren. Und wenn dies bei 33 betrieben wird0C, es hat nur eine Lebensdauer von 5 Jahren.
Blei-Säure-Batterie-Anwendungen
- Diese werden bei der Notbeleuchtung eingesetzt, um die Sumpfpumpen mit Strom zu versorgen.
- Wird in Elektromotoren verwendet
- U-Boote
- Atom-U-Boote
In diesem Artikel wurden das Funktionsprinzip, die Typen, die Lebensdauer, die Konstruktion, die chemischen Reaktionen und die Anwendungen von Blei-Säure-Batterien erläutert. Darüber hinaus wissen, was die sind Vorteile der Blei-Säure-Batterie und Nachteile in verschiedenen Bereichen?
