فرآیندهای شیمیایی در باتری های سرب اسیدی اگر باتری در حین شارژ شروع به جوشیدن کرد چه باید کرد؟

هدف از باتری های استارت
مبانی نظری تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی
باتری کم
شارژ باتری
مصرف معرف های جریان ساز اصلی
نیروی محرکه برقی
مقاومت داخلی
ولتاژ شارژ و دشارژ
ظرفیت باتری
انرژی و توان باتری
خود تخلیه باتری

هدف از باتری های استارت

عملکرد اصلی باتری شروع مطمئن موتور است. عملکرد دیگر یک بافر انرژی در هنگام کارکرد موتور است. در واقع، همراه با انواع سنتی مصرف کنندگان، بسیاری از دستگاه های خدماتی اضافی ظاهر شده اند که راحتی راننده و ایمنی ترافیک را بهبود می بخشند. باتری کسری انرژی را هنگام رانندگی در چرخه شهری با توقف های مکرر و طولانی جبران می کند، زمانی که ژنراتور همیشه نمی تواند توان خروجی لازم برای تامین کامل تمام مصرف کنندگان روشن را تامین کند. سومین عملکرد عملیاتی منبع تغذیه در هنگام خاموش بودن موتور است. با این حال، استفاده طولانی مدت از وسایل الکتریکی در حالت پارک با موتور روشن (یا موتور در حالت آرام) منجر به تخلیه عمیق باتری و کاهش شدید ویژگی های راه اندازی آن می شود.

باتری نیز برای تامین برق اضطراری در نظر گرفته شده است. اگر ژنراتور، یکسو کننده، تنظیم کننده ولتاژ از کار بیفتد یا تسمه ژنراتور شکسته شود، باید از عملکرد تمام مصرف کنندگان لازم برای حرکت ایمن به نزدیکترین ایستگاه خدمات اطمینان حاصل کند.

بنابراین، باتری های استارت باید الزامات اساسی زیر را برآورده کنند:

جریان تخلیه لازم برای کار استارت را فراهم کنید، یعنی مقاومت داخلی پایینی برای حداقل تلفات ولتاژ داخلی در داخل باتری داشته باشید.

تعداد تلاش لازم برای راه اندازی موتور را با مدت زمان تعیین شده ارائه دهید، یعنی ذخیره لازم انرژی تخلیه استارت را داشته باشید.

دارای قدرت و انرژی کافی با حداقل اندازه و وزن ممکن.

ذخیره انرژی برای تامین انرژی مصرف کنندگان در مواقعی که موتور روشن نیست یا در شرایط اضطراری است (ظرفیت ذخیره) داشته باشید.

ولتاژ لازم برای کار استارت را هنگامی که دما در محدوده تعیین شده کاهش می یابد (جریان میل لنگ سرد) حفظ کنید.

حفظ عملکرد برای مدت طولانی در دمای محیط بالا (تا 70 "C)؛

دریافت شارژ برای بازگرداندن ظرفیت مورد استفاده برای راه اندازی موتور و تغذیه سایر مصرف کنندگان از ژنراتور در حالی که موتور در حال کار است (دریافت شارژ).

در حین کار نیازی به آموزش یا نگهداری خاص کاربر ندارد.

دارای استحکام مکانیکی بالا متناسب با شرایط عملیاتی؛

حفظ ویژگی های عملکرد مشخص شده برای مدت طولانی در طول عملیات (عمر خدمات)؛

داشتن خود تخلیه ناچیز؛

هزینه کم داشته باشد.

مبانی نظری تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی

منبع جریان شیمیایی وسیله‌ای است که در آن به دلیل وقوع واکنش‌های شیمیایی ردوکس از هم جدا شده فضایی، انرژی آزاد آنها به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. این منابع بر اساس ماهیت کار خود به دو گروه تقسیم می شوند:

منابع جریان شیمیایی اولیه یا سلول های گالوانیکی؛

منابع ثانویه یا باتری های الکتریکی.

منابع اولیه فقط یک بار استفاده را مجاز می‌کنند، زیرا مواد تشکیل‌شده در حین تخلیه آنها را نمی‌توان به مواد فعال اصلی تبدیل کرد. یک سلول گالوانیکی کاملاً تخلیه شده، به عنوان یک قاعده، برای کار بیشتر نامناسب است - این یک منبع انرژی برگشت ناپذیر است.

منابع جریان شیمیایی ثانویه منابع انرژی برگشت پذیر هستند - پس از تخلیه عمیق خودسرانه، عملکرد آنها می تواند به طور کامل با شارژ بازیابی شود. برای انجام این کار کافی است یک جریان الکتریکی از منبع ثانویه در جهتی که در هنگام تخلیه در آن جریان داشته است عبور دهید. در طی فرآیند شارژ، مواد تشکیل شده در حین تخلیه به مواد فعال اصلی تبدیل می شوند. بدین ترتیب انرژی آزاد منبع جریان شیمیایی به طور مکرر به انرژی الکتریکی (تخلیه باتری) و تبدیل معکوس انرژی الکتریکی به انرژی آزاد منبع جریان شیمیایی (شارژ باتری) تبدیل می شود.

عبور جریان از سیستم‌های الکتروشیمیایی با واکنش‌های شیمیایی (تبدیل) مرتبط است. بنابراین، بین مقدار ماده ای که وارد یک واکنش الکتروشیمیایی شده و دچار دگرگونی شده است و مقدار الکتریسیته مصرف شده یا آزاد شده که توسط مایکل فارادی ایجاد شده است، رابطه وجود دارد.

طبق قانون اول فارادی، جرم ماده ای که وارد واکنش الکترودی می شود یا از وقوع آن حاصل می شود، متناسب با مقدار الکتریسیته عبوری از سیستم است.

طبق قانون دوم فارادی، با عبور مقدار مساوی الکتریسیته از سیستم، توده‌های مواد واکنش‌دهنده به عنوان معادل‌های شیمیایی با یکدیگر مرتبط هستند.

در عمل، مقدار کمتری از ماده نسبت به قوانین فارادی در معرض تغییرات الکتروشیمیایی قرار می گیرد - وقتی جریان عبور می کند، علاوه بر واکنش های الکتروشیمیایی اصلی، واکنش های موازی یا ثانویه (جانبی) نیز رخ می دهد که جرم محصولات را تغییر می دهد. برای در نظر گرفتن تأثیر چنین واکنش‌هایی، مفهوم راندمان جریان معرفی شد.

خروجی جریان بخشی از مقدار الکتریسیته عبوری از سیستم است که واکنش الکتروشیمیایی اصلی مورد بررسی را تشکیل می دهد.

باتری کم

مواد فعال یک باتری سرب شارژ شده که در فرآیند تولید جریان شرکت می کنند عبارتند از:

الکترود مثبت حاوی دی اکسید سرب (قهوه ای تیره) است.

روی الکترود منفی سرب اسفنجی (خاکستری) وجود دارد.

الکترولیت محلول آبی اسید سولفوریک است.

برخی از مولکول های اسید در یک محلول آبی همیشه به یون های هیدروژن با بار مثبت و یون های سولفات با بار منفی تفکیک می شوند.

سرب که جرم فعال الکترود منفی است تا حدی در الکترولیت حل می شود و در محلول اکسید می شود و یون های مثبت تشکیل می دهد. الکترون‌های اضافی آزاد شده در این مورد، بار منفی به الکترود وارد می‌کنند و شروع به حرکت در امتداد بخش بسته مدار خارجی به سمت الکترود مثبت می‌کنند.

یون های سرب با بار مثبت با یون های سولفات با بار منفی واکنش می دهند و سولفات سرب را تشکیل می دهند که حلالیت کمی دارد و بنابراین روی سطح الکترود منفی رسوب می کند. در طی فرآیند تخلیه باتری، جرم فعال الکترود منفی از سرب اسفنجی به سولفات سرب با تغییر رنگ از خاکستری به خاکستری روشن تبدیل می شود.

دی اکسید سرب الکترود مثبت به مقدار بسیار کمتری نسبت به سرب الکترود منفی در الکترولیت حل می شود. هنگام تعامل با آب، تجزیه می شود (در محلول به ذرات باردار - یون ها تجزیه می شود) و یون های سرب چهار ظرفیتی و یون های هیدروکسیل را تشکیل می دهد.

یون‌ها پتانسیل مثبتی به الکترود می‌دهند و با افزودن الکترون‌هایی که از مدار خارجی الکترود منفی وارد شده‌اند، به یون‌های سرب دو ظرفیتی کاهش می‌یابند.

یون‌ها با یون‌ها برهمکنش می‌کنند و سولفات سرب را تشکیل می‌دهند، که به دلایلی که در بالا ذکر شد، مانند الکترود منفی روی سطح الکترود مثبت رسوب می‌کند. با پیشرفت تخلیه، جرم فعال الکترود مثبت از دی اکسید سرب به سولفات سرب تبدیل می شود و رنگ آن از قهوه ای تیره به قهوه ای روشن تغییر می کند.

با تخلیه باتری، مواد فعال در هر دو الکترود مثبت و منفی به سولفات سرب تبدیل می‌شوند. در این حالت اسید سولفوریک برای تشکیل سولفات سرب مصرف می شود و از یون های آزاد شده آب تشکیل می شود که منجر به کاهش چگالی الکترولیت در هنگام تخلیه می شود.

شارژ باتری

الکترولیت هر دو الکترود حاوی مقادیر کمی سولفات سرب و یون آب است. تحت تأثیر ولتاژ منبع جریان مستقیم، که در مداری که باتری در حال شارژ آن متصل است، حرکت جهتی الکترون ها در مدار خارجی به سمت ترمینال منفی باتری برقرار می شود.

یون های سرب دو ظرفیتی در الکترود منفی توسط دو الکترون ورودی خنثی (کاهش) می شوند و جرم فعال الکترود منفی را به سرب اسفنجی فلزی تبدیل می کنند. یون های آزاد باقی مانده اسید سولفوریک را تشکیل می دهند

در الکترود مثبت، تحت تأثیر جریان شارژ، یون‌های سرب دو ظرفیتی دو الکترون از خود جدا می‌کنند و به الکترون‌های چهار ظرفیتی اکسید می‌شوند. دومی، با ترکیب شدن از طریق واکنش های میانی با دو یون اکسیژن، دی اکسید سرب را تشکیل می دهد که در الکترود آزاد می شود. یون‌ها و یون‌ها، درست مانند یون‌های الکترود منفی، اسید سولفوریک را تشکیل می‌دهند که در نتیجه چگالی الکترولیت در طول شارژ افزایش می‌یابد.

هنگامی که فرآیندهای تبدیل مواد در توده های فعال الکترودهای مثبت و منفی تکمیل می شود، چگالی الکترولیت تغییر نمی کند، که به عنوان نشانه ای از پایان شارژ باتری عمل می کند. با ادامه بیشتر شارژ، به اصطلاح فرآیند ثانویه رخ می دهد - تجزیه الکترولیتی آب به اکسیژن و هیدروژن. آنها که از الکترولیت به شکل حباب های گاز خارج می شوند، اثر جوش شدید را ایجاد می کنند که همچنین به عنوان نشانه ای از پایان فرآیند شارژ عمل می کند.

مصرف معرف های جریان ساز اصلی

برای به دست آوردن ظرفیت یک آمپر ساعت در هنگام تخلیه باتری، لازم است که موارد زیر در واکنش شرکت کنند:

4.463 گرم دی اکسید سرب

3.886 گرم سرب اسفنجی

3.660 گرم اسید سولفوریک

مجموع مصرف نظری مواد برای تولید 1 Ah (مصرف خاص مواد) الکتریسیته 11.989 g/Ah و ظرفیت تئوری اختصاصی آن 83.41 Ah/kg خواهد بود.

با ولتاژ اسمی باتری 2 ولت، مصرف مواد خاص در واحد انرژی 5.995 گرم در وات ساعت و انرژی ویژه باتری 166.82 وات ساعت بر کیلوگرم خواهد بود.

با این حال، در عمل، دستیابی به استفاده کامل از مواد فعال شرکت کننده در فرآیند تولید جریان غیرممکن است. تقریباً نیمی از سطح جرم فعال برای الکترولیت غیرقابل دسترسی است، زیرا به عنوان پایه ای برای ساخت یک چارچوب متخلخل حجیم عمل می کند که استحکام مکانیکی ماده را تضمین می کند. بنابراین، ضریب واقعی استفاده از جرم های فعال الکترود مثبت 45-55٪ و از الکترود منفی 50-65٪ است. علاوه بر این، محلول 35-38٪ اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت استفاده می شود. بنابراین، ارزش مصرف ویژه واقعی مواد بسیار بیشتر است و مقادیر واقعی ظرفیت ویژه و انرژی ویژه بسیار کمتر از موارد نظری است.

نیروی محرکه برقی

نیروی الکتروموتور (EMF) یک باتری E تفاوت پتانسیل های الکترود آن است که وقتی مدار خارجی باز است اندازه گیری می شود.

EMF یک باتری متشکل از n باتری متصل به صورت سری.

لازم است بین EMF تعادل باتری و EMF غیرتعادل باتری در طول زمان باز کردن مدار تا برقراری یک حالت تعادل (دوره فرآیند انتقال) تمایز قائل شد.

EMF با یک ولت متر با مقاومت بالا (مقاومت داخلی حداقل 300 اهم / ولت) اندازه گیری می شود. برای انجام این کار، یک ولت متر به پایانه های باتری یا باتری متصل می شود. در این حالت هیچ جریان شارژ یا دشارژی نباید از باتری (باتری) عبور کند.

EMF تعادل یک باتری سرب، مانند هر منبع جریان شیمیایی، به خواص شیمیایی و فیزیکی موادی که در فرآیند تولید جریان شرکت می کنند، بستگی دارد و کاملاً مستقل از اندازه و شکل الکترودها و همچنین مقدار جرم فعال و الکترولیت در عین حال، در یک باتری سرب اسیدی، الکترولیت مستقیماً در فرآیند تشکیل جریان روی الکترودهای باتری شرکت می کند و چگالی آن را بسته به میزان شارژ باتری ها تغییر می دهد. بنابراین، EMF تعادل، که به نوبه خود تابعی از چگالی است

تغییر emf باتری به عنوان تابعی از دما بسیار ناچیز است و در حین کار می توان از آن صرف نظر کرد.

مقاومت داخلی

مقاومتی که باتری در برابر جریانی که در داخل آن می گذرد (شارژ یا دشارژ) معمولاً مقاومت داخلی باتری نامیده می شود.

مقاومت مواد فعال الکترودهای مثبت و منفی و همچنین مقاومت الکترولیت بسته به وضعیت شارژ باتری تغییر می کند. علاوه بر این، مقاومت الکترولیت به طور قابل توجهی به دما بستگی دارد.

بنابراین مقاومت اهمی به وضعیت شارژ باتری و دمای الکترولیت نیز بستگی دارد.

مقاومت پلاریزاسیون به قدرت جریان تخلیه (شارژ) و دما بستگی دارد و از قانون اهم تبعیت نمی کند.

مقاومت داخلی یک باتری منفرد و حتی یک باتری متشکل از چندین باتری متصل به صورت سری ناچیز است و در هنگام شارژ تنها به چند هزارم اهم می رسد. با این حال، در طول فرآیند تخلیه به طور قابل توجهی تغییر می کند.

رسانایی الکتریکی توده های فعال برای الکترود مثبت تقریبا 20 برابر و برای الکترود منفی 10 برابر کاهش می یابد. رسانایی الکتریکی الکترولیت نیز بسته به چگالی آن تغییر می کند. با افزایش چگالی الکترولیت از 1.00 به 1.70 گرم بر سانتی متر مکعب، هدایت الکتریکی آن ابتدا به حداکثر مقدار خود افزایش می یابد و سپس دوباره کاهش می یابد.

با تخلیه باتری، چگالی الکترولیت از 1.28 گرم بر سانتی متر مکعب به 1.09 گرم در سانتی متر مکعب کاهش می یابد که منجر به کاهش رسانایی الکتریکی آن تقریباً 2.5 برابر می شود. در نتیجه مقاومت اهمی باتری با تخلیه آن افزایش می یابد. در حالت تخلیه، مقاومت به مقداری بیش از 2 برابر بیشتر از مقدار خود در حالت شارژ می رسد.

علاوه بر حالت شارژ، دما نیز تأثیر بسزایی در مقاومت باتری ها دارد. با کاهش دما، مقاومت ویژه الکترولیت افزایش می یابد و در دمای -40 درجه سانتیگراد تقریباً 8 برابر بیشتر از +30 درجه سانتیگراد می شود. مقاومت جداکننده ها نیز با کاهش دما به شدت افزایش می یابد و در همان محدوده دما تقریباً 4 برابر افزایش می یابد. این عامل تعیین کننده در افزایش مقاومت داخلی باتری ها در دماهای پایین است.

ولتاژ شارژ و دشارژ

اختلاف پتانسیل در پایانه های قطب باتری (باتری) در هنگام شارژ یا دشارژ در حضور جریان در مدار خارجی معمولاً ولتاژ باتری (باتری) نامیده می شود. وجود مقاومت داخلی باتری منجر به این واقعیت می شود که ولتاژ آن در هنگام تخلیه همیشه کمتر از EMF است و هنگام شارژ همیشه از EMF بیشتر است.

هنگام شارژ یک باتری، ولتاژ در پایانه های آن باید بیشتر از emf آن با مقدار تلفات داخلی باشد.

در ابتدای شارژ، یک جهش ولتاژ با مقدار تلفات اهمی داخل باتری و سپس افزایش شدید ولتاژ به دلیل پتانسیل پلاریزاسیون رخ می دهد که عمدتاً ناشی از افزایش سریع چگالی الکترولیت در منافذ باتری است. توده فعال در مرحله بعد، افزایش آهسته ولتاژ رخ می دهد که عمدتاً به دلیل افزایش emf باتری به دلیل افزایش چگالی الکترولیت است.

پس از تبدیل مقدار اصلی سولفات سرب به PbO2 و Pb، مصرف انرژی به طور فزاینده ای باعث تجزیه آب (الکترولیز) می شود.میزان اضافی یون های هیدروژن و اکسیژن که در الکترولیت ظاهر می شود، اختلاف پتانسیل بین الکترودهای مخالف را بیشتر افزایش می دهد. این منجر به افزایش سریع ولتاژ شارژ می شود و باعث تسریع روند تجزیه آب می شود. یونهای هیدروژن و اکسیژن حاصل با مواد فعال برهمکنش ندارند. آنها دوباره به مولکول های خنثی ترکیب می شوند و به شکل حباب های گاز از الکترولیت آزاد می شوند (اکسیژن روی الکترود مثبت آزاد می شود و هیدروژن روی الکترود منفی آزاد می شود) و باعث "جوش" الکترولیت می شود.

اگر فرآیند شارژ را ادامه دهید، می بینید که افزایش چگالی الکترولیت و ولتاژ شارژ عملا متوقف می شود، زیرا تقریباً تمام سولفات سرب قبلاً واکنش نشان داده است و تمام انرژی عرضه شده به باتری اکنون فقط در باتری صرف می شود. وقوع یک فرآیند جانبی - تجزیه الکترولیتی آب. این ثابت بودن ولتاژ شارژ را توضیح می دهد که به عنوان یکی از نشانه های پایان فرآیند شارژ عمل می کند.

پس از توقف شارژ، یعنی خاموش شدن منبع خارجی، ولتاژ در پایانه های باتری به شدت به مقدار EMF غیر تعادلی آن یا به مقدار تلفات داخلی اهمی کاهش می یابد. سپس کاهش تدریجی EMF (به دلیل کاهش چگالی الکترولیت در منافذ جرم فعال) وجود دارد که تا زمانی ادامه می یابد که غلظت الکترولیت در حجم باتری و منافذ جرم فعال کاملاً یکسان شود. ، که مربوط به ایجاد EMF تعادل است.

هنگامی که یک باتری تخلیه می شود، ولتاژ در پایانه های آن به میزان افت ولتاژ داخلی کمتر از emf است.

در ابتدای تخلیه، ولتاژ باتری با مقدار تلفات اهمی و پلاریزاسیون ناشی از کاهش غلظت الکترولیت در منافذ جرم فعال، یعنی قطبش غلظت، به شدت کاهش می یابد. علاوه بر این، در طول یک فرآیند تخلیه حالت ثابت (ایستا)، چگالی الکترولیت در حجم باتری کاهش می‌یابد و باعث کاهش تدریجی ولتاژ تخلیه می‌شود. در عین حال، نسبت محتوای سولفات سرب در جرم فعال تغییر می کند که باعث افزایش تلفات اهمی نیز می شود. در این حالت، ذرات سولفات سرب (که در مقایسه با ذرات سرب و دی اکسید آن که از آن تشکیل شده اند تقریباً سه برابر حجم دارند) منافذ توده فعال را می بندند و در نتیجه از عبور الکترولیت به اعماق آن جلوگیری می کنند. الکترودها

این باعث افزایش قطبش غلظت می شود که منجر به کاهش سریع ولتاژ تخلیه می شود.

هنگامی که تخلیه متوقف می شود، ولتاژ در پایانه های باتری به سرعت با مقدار تلفات اهمی افزایش می یابد و به مقدار EMF غیرتعادلی می رسد. تغییر بیشتر در EMF به دلیل یکسان شدن غلظت الکترولیت در منافذ توده های فعال و در حجم باتری منجر به ایجاد تدریجی ارزش EMF تعادل می شود.

ولتاژ باتری در هنگام تخلیه عمدتاً با دمای الکترولیت و قدرت جریان تخلیه تعیین می شود. همانطور که در بالا گفته شد، مقاومت یک انباشته کننده سربی (باتری) ناچیز است و در حالت شارژ تنها چند میلی اهم است. با این حال، در جریان های تخلیه استارت که 4-7 برابر بیشتر از ظرفیت نامی است، افت ولتاژ داخلی تأثیر قابل توجهی بر ولتاژ تخلیه دارد. افزایش تلفات اهمی با کاهش دما با افزایش مقاومت الکترولیت همراه است. علاوه بر این، ویسکوزیته الکترولیت به شدت افزایش می یابد، که فرآیند انتشار آن را در منافذ توده فعال پیچیده می کند و قطبش غلظت را افزایش می دهد (یعنی با کاهش غلظت الکترولیت در باتری، افت ولتاژ داخل باتری را افزایش می دهد. منافذ الکترودها).

در جریان بیش از 60 آمپر، وابستگی ولتاژ تخلیه به شدت جریان در تمام دماها تقریباً خطی است.

مقدار متوسط ​​ولتاژ باتری در هنگام شارژ و دشارژ به عنوان میانگین حسابی مقادیر ولتاژ اندازه گیری شده در فواصل زمانی مساوی تعیین می شود.

ظرفیت باتری

ظرفیت باتری مقدار برق دریافتی از باتری در هنگام تخلیه به ولتاژ نهایی مشخص شده است. در محاسبات عملی، ظرفیت باتری معمولاً بر حسب آمپر ساعت (Ah) بیان می شود. ظرفیت تخلیه را می توان با ضرب جریان تخلیه در مدت زمان تخلیه محاسبه کرد.

ظرفیت تخلیه ای که باتری برای آن طراحی و توسط سازنده نشان داده شده است، ظرفیت اسمی نام دارد.

علاوه بر این، یک شاخص مهم نیز ظرفیتی است که در هنگام شارژ به باتری داده می شود.

ظرفیت تخلیه به تعدادی از پارامترهای طراحی و تکنولوژیکی باتری و همچنین شرایط عملکرد آن بستگی دارد. مهمترین پارامترهای طراحی عبارتند از: مقدار جرم فعال و الکترولیت، ضخامت و ابعاد هندسی الکترودهای باتری. پارامترهای تکنولوژیکی اصلی موثر بر ظرفیت باتری، فرمولاسیون مواد فعال و تخلخل آنها است. پارامترهای عملیاتی - دمای الکترولیت و جریان تخلیه - نیز تأثیر قابل توجهی بر ظرفیت تخلیه دارند. یک شاخص کلی که کارایی باتری را مشخص می کند، میزان استفاده از مواد فعال است.

برای به دست آوردن ظرفیت 1 Ah، همانطور که در بالا ذکر شد، از نظر تئوری، 4.463 گرم دی اکسید سرب، 3.886 گرم سرب اسفنجی و 3.66 گرم اسید سولفوریک مورد نیاز است. مصرف ویژه نظری جرم های فعال الکترودها 8.32 گرم در ساعت است. در باتری های واقعی، مصرف ویژه مواد فعال در حالت تخلیه 20 ساعته و دمای الکترولیت 25 درجه سانتیگراد از 15.0 تا 18.5 گرم در Ah است که مربوط به نرخ استفاده از جرم های فعال 45-55٪ است. در نتیجه، مصرف عملی جرم فعال 2 بار یا بیشتر از مقادیر نظری فراتر می رود.

درجه استفاده از جرم فعال و بنابراین مقدار ظرفیت تخلیه تحت تأثیر عوامل اصلی زیر است.

تخلخل جرم فعال با افزایش تخلخل، شرایط انتشار الکترولیت در عمق جرم فعال الکترود بهبود می یابد و سطح واقعی که واکنش مولد جریان روی آن رخ می دهد افزایش می یابد. با افزایش تخلخل، ظرفیت تخلیه افزایش می یابد. میزان تخلخل به اندازه ذرات پودر سرب و دستور تهیه توده های فعال و همچنین به مواد افزودنی مورد استفاده بستگی دارد. علاوه بر این، افزایش تخلخل منجر به کاهش دوام به دلیل تسریع روند تخریب توده های فعال بسیار متخلخل می شود. بنابراین، مقدار تخلخل توسط تولید کنندگان با در نظر گرفتن نه تنها ویژگی های خازنی بالا، بلکه با اطمینان از دوام لازم باتری در کار انتخاب می شود. در حال حاضر، بسته به هدف باتری، تخلخل در محدوده 46-60٪ بهینه در نظر گرفته می شود.

ضخامت الکترود با کاهش ضخامت، بارگذاری ناهموار لایه های بیرونی و داخلی جرم فعال الکترود کاهش می یابد که به افزایش ظرفیت تخلیه کمک می کند. برای الکترودهای ضخیم تر، از لایه های داخلی جرم فعال بسیار کم استفاده می شود، به خصوص در هنگام تخلیه با جریان های بالا. بنابراین، با افزایش جریان تخلیه، تفاوت در ظرفیت باتری ها با الکترودهایی با ضخامت های مختلف به شدت کاهش می یابد.

تخلخل و عقلانیت طراحی مواد جداکننده با افزایش تخلخل جداکننده و ارتفاع دنده های آن، عرضه الکترولیت در شکاف بین الکترود افزایش می یابد و شرایط انتشار آن بهبود می یابد.

چگالی الکترولیت. بر ظرفیت باتری و عمر مفید آن تأثیر می گذارد. با افزایش چگالی الکترولیت، ظرفیت الکترودهای مثبت افزایش می یابد و ظرفیت الکترودهای منفی، به ویژه در دماهای منفی، به دلیل تسریع غیرفعال شدن سطح الکترود کاهش می یابد. افزایش چگالی نیز به دلیل تسریع فرآیندهای خوردگی روی الکترود مثبت، بر عمر باتری تأثیر منفی می گذارد. بنابراین، چگالی الکترولیت بهینه بر اساس مجموع الزامات و شرایطی که باتری در آن کار می کند، ایجاد می شود. به عنوان مثال، برای باتری های شروع کننده که در آب و هوای معتدل کار می کنند، چگالی الکترولیت کار توصیه شده 1.26-1.28 گرم بر سانتی متر مکعب و برای مناطق با آب و هوای گرم (حوایی) 1.22-1.24 گرم بر سانتی متر مکعب است.

قدرت جریان تخلیه که با آن باتری باید به طور مداوم برای یک زمان معین دشارژ شود (مشخص کننده حالت تخلیه است). حالت های تخلیه به طور معمول به طولانی و کوتاه تقسیم می شوند. در حالت های طولانی مدت، تخلیه در جریان های کم برای چندین ساعت اتفاق می افتد. به عنوان مثال، ترشحات 5، 10 و 20 ساعته. با تخلیه کوتاه یا استارت، جریان چندین برابر ظرفیت نامی باتری است و تخلیه چند دقیقه یا چند ثانیه طول می کشد. با افزایش جریان تخلیه، میزان تخلیه لایه های سطحی جرم فعال به میزان بیشتری نسبت به لایه های عمیق افزایش می یابد. در نتیجه رشد سولفات سرب در دهانه منافذ سریعتر از اعماق رخ می دهد و منافذ قبل از اینکه سطح داخلی آن زمان واکنش نشان دهد با سولفات مسدود می شود. به دلیل توقف انتشار الکترولیت در منافذ، واکنش در آن متوقف می شود. بنابراین، هر چه جریان تخلیه بیشتر باشد، ظرفیت باتری کمتر می شود و در نتیجه میزان استفاده از جرم فعال کمتر می شود.

برای ارزیابی کیفیت شروع باتری ها، ظرفیت آنها نیز با تعداد تخلیه های متناوب استارت مشخص می شود (به عنوان مثال، 10-15 ثانیه با وقفه بین آنها 60 ثانیه طول می کشد). ظرفیتی که باتری در هنگام دشارژهای متناوب ارائه می دهد از ظرفیت در هنگام تخلیه مداوم با همان جریان، به خصوص در حالت تخلیه استارت بیشتر است.

در حال حاضر، در عمل بین المللی ارزیابی ویژگی های ظرفیت باتری های استارت، از مفهوم ظرفیت "ذخیره" استفاده می شود. بدون در نظر گرفتن ظرفیت اسمی باتری، زمان تخلیه باتری (بر حسب دقیقه) را در جریان تخلیه 25 A مشخص می کند. بنا به صلاحدید سازنده، مجاز است مقدار ظرفیت اسمی را در حالت تخلیه 20 ساعته بر حسب آمپر ساعت یا ظرفیت ذخیره در دقیقه تنظیم کند.

دمای الکترولیت با کاهش آن، ظرفیت تخلیه باتری ها کاهش می یابد. دلیل این امر افزایش ویسکوزیته الکترولیت و مقاومت الکتریکی آن است که باعث کاهش سرعت انتشار الکترولیت در منافذ توده فعال می شود. علاوه بر این، با کاهش دما، فرآیندهای غیرفعال سازی الکترود منفی تسریع می شود.

ضریب دمایی ظرفیت a درصد تغییر ظرفیت خازن را با تغییر دمای 1 درجه سانتی گراد نشان می دهد.

در طول آزمایش، ظرفیت تخلیه به دست آمده در طول یک حالت تخلیه طولانی مدت با مقدار ظرفیت اسمی تعیین شده در دمای الکترولیت +25 درجه سانتیگراد مقایسه می شود.

هنگام تعیین ظرفیت در حالت تخلیه طولانی مدت، مطابق با الزامات استانداردها، دمای الکترولیت باید در محدوده 18+ تا 27+ درجه سانتیگراد باشد.

پارامترهای تخلیه استارت با مدت زمان تخلیه بر حسب دقیقه و ولتاژ در ابتدای تخلیه ارزیابی می شود. این پارامترها در اولین چرخه در دمای 25+ درجه سانتیگراد (تست برای باتری های با شارژ خشک) و در چرخه های بعدی در دمای 18- یا 30- درجه سانتیگراد تعیین می شوند.

درجه شارژ. با افزایش درجه شارژ و مساوی بودن سایر موارد، ظرفیت افزایش می یابد و با شارژ کامل باتری ها به حداکثر مقدار خود می رسد. این به این دلیل است که وقتی شارژ ناقص است، مقدار مواد فعال روی هر دو الکترود و همچنین چگالی الکترولیت به حداکثر مقادیر خود نمی رسد.

انرژی و توان باتری

انرژی باتری W بر حسب وات ساعت بیان می شود و با حاصلضرب ظرفیت تخلیه (شارژ) آن و ولتاژ متوسط ​​دشارژ (شارژ) آن تعیین می شود.

از آنجایی که ظرفیت باتری و ولتاژ تخلیه آن با تغییر دما و حالت دشارژ تغییر می کند، زمانی که دما کاهش می یابد و جریان تخلیه افزایش می یابد، انرژی باتری حتی بیشتر از ظرفیت آن کاهش می یابد.

هنگام مقایسه منابع جریان شیمیایی که از نظر ظرفیت، طراحی و حتی سیستم الکتروشیمیایی متفاوت هستند، و همچنین هنگام تعیین جهت بهبود آنها، از نشانگر انرژی خاص استفاده می شود - انرژی در واحد جرم باتری یا حجم آن. برای باتری‌های استارت بدون نیاز به تعمیر و نگهداری مدرن، انرژی ویژه در حالت تخلیه 20 ساعته 40-47 وات ساعت بر کیلوگرم است.

مقدار انرژی تامین شده توسط یک باتری در واحد زمان، توان آن نامیده می شود. می توان آن را به عنوان حاصل ضرب جریان تخلیه و ولتاژ تخلیه متوسط ​​تعریف کرد.

خود تخلیه باتری

خود تخلیه به کاهش ظرفیت باتری در هنگام باز بودن مدار خارجی، یعنی در زمان عدم فعالیت گفته می شود. این پدیده ناشی از فرآیندهای ردوکس است که به طور خود به خود در هر دو الکترود منفی و مثبت رخ می دهد.

الکترود منفی مخصوصاً به دلیل انحلال خود به خود سرب (جرم فعال منفی) در محلول اسید سولفوریک مستعد تخلیه خود به خود است.

خود تخلیه الکترود منفی با آزاد شدن گاز هیدروژن همراه است. سرعت انحلال خود به خود سرب با افزایش غلظت الکترولیت به طور قابل توجهی افزایش می یابد. افزایش چگالی الکترولیت از 1.27 به 1.32 g/cm3 منجر به افزایش نرخ خود تخلیه الکترود منفی تا 40 درصد می شود.

وجود ناخالصی های فلزات مختلف در سطح الکترود منفی تأثیر بسیار چشمگیری (کاتالیزوری) در افزایش سرعت خود انحلالی سرب (به دلیل کاهش اضافه ولتاژ تکامل هیدروژن) دارد. تقریباً تمام فلزاتی که به عنوان ناخالصی در مواد خام باتری، الکترولیت و جداکننده‌ها یافت می‌شوند یا به عنوان افزودنی‌های ویژه معرفی می‌شوند، به افزایش خود تخلیه کمک می‌کنند. با قرار گرفتن روی سطح الکترود منفی، شرایط را برای آزاد شدن هیدروژن تسهیل می کنند.

برخی از ناخالصی ها (نمک های فلزی با ظرفیت متغیر) به عنوان حامل بار از یک الکترود به الکترود دیگر عمل می کنند. در این حالت، یون‌های فلزی در الکترود منفی کاهش یافته و در الکترود مثبت اکسید می‌شوند (این مکانیسم خود تخلیه به یون‌های آهن نسبت داده می‌شود).

خود تخلیه ماده فعال مثبت به دلیل واکنش رخ داده است.

2PbO2 + 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + O2 T.

سرعت این واکنش نیز با افزایش غلظت الکترولیت افزایش می یابد.

از آنجایی که واکنش با آزاد شدن اکسیژن ادامه می یابد، سرعت آن تا حد زیادی توسط ولتاژ اضافی اکسیژن تعیین می شود. بنابراین، افزودنی هایی که پتانسیل تکامل اکسیژن را کاهش می دهند (به عنوان مثال، آنتیموان، کبالت، نقره) سرعت واکنش خود انحلال دی اکسید سرب را افزایش می دهند. نرخ خود تخلیه مواد فعال مثبت چندین برابر کمتر از میزان خود تخلیه مواد فعال منفی است.

یکی دیگر از دلایل خود تخلیه الکترود مثبت، اختلاف پتانسیل بین ماده هادی جریان و جرم فعال این الکترود است. میکروسل گالوانیکی که در نتیجه این اختلاف پتانسیل ایجاد می شود، سرب رسانای پایین و دی اکسید سرب توده فعال مثبت را به سولفات سرب تبدیل می کند.

خود تخلیه همچنین می تواند زمانی رخ دهد که قسمت بیرونی باتری کثیف یا پر از الکترولیت، آب یا مایعات دیگر باشد که امکان تخلیه از طریق فیلم رسانای الکتریکی واقع بین پایانه های قطب باتری یا جامپرهای آن را ایجاد می کند. این نوع خود تخلیه با یک تخلیه معمولی با جریان های بسیار کم در هنگام بسته بودن مدار خارجی تفاوتی ندارد و به راحتی قابل حذف است. برای این کار باید سطح باتری ها را تمیز نگه دارید.

خود تخلیه باتری ها تا حد زیادی به دمای الکترولیت بستگی دارد. با کاهش دما، خود تخلیه کاهش می یابد. در دمای کمتر از 0 درجه سانتیگراد برای باتری های جدید عملا متوقف می شود. بنابراین، توصیه می شود باتری ها را در حالت شارژ در دمای پایین (تا 30- درجه سانتی گراد) نگهداری کنید.

در حین کار، خود تخلیه ثابت نمی ماند و تا پایان عمر مفید آن به شدت افزایش می یابد.

کاهش خود تخلیه با افزایش ولتاژ بیش از حد انتشار اکسیژن و هیدروژن در الکترودهای باتری امکان پذیر است.

برای این کار لازم است اولاً از خالص ترین مواد ممکن برای تولید باتری استفاده شود، برای کاهش محتوای کمی عناصر آلیاژی در آلیاژهای باتری، فقط استفاده شود.

اسید سولفوریک خالص و آب مقطر (یا نزدیک به آن در خلوص با روش های دیگر تصفیه) برای تهیه کلیه الکترولیت ها، هم در حین تولید و هم در حین کار. به عنوان مثال، با کاهش محتوای آنتیموان در آلیاژ سرب های جریان از 5٪ به 2٪ و استفاده از آب مقطر برای تمام الکترولیت های فرآیند، میانگین خود تخلیه روزانه 4 برابر کاهش می یابد. جایگزینی آنتیموان با کلسیم به شما امکان می دهد تا میزان ترشح خود را کاهش دهید.

افزودن مواد آلی - بازدارنده های خود تخلیه - نیز می تواند به کاهش ترشح خود کمک کند.

استفاده از یک پوشش مشترک و اتصالات بین المان های پنهان به طور قابل توجهی میزان تخلیه خود از جریان های نشتی را کاهش می دهد، زیرا احتمال جفت گالوانیکی بین پایانه های قطب با فاصله گسترده به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

گاهی اوقات خود تخلیه به از دست دادن سریع ظرفیت به دلیل اتصال کوتاه داخل باتری اشاره دارد. این پدیده با تخلیه مستقیم از طریق پل های رسانایی که بین الکترودهای مخالف تشکیل شده است توضیح داده می شود.

استفاده از جداکننده های پاکت در باتری های بدون نیاز به تعمیر و نگهداری

امکان اتصال کوتاه بین الکترودهای مخالف در حین کار را از بین می برد. با این حال، به دلیل نقص احتمالی تجهیزات در طول تولید انبوه، این احتمال همچنان باقی است. به طور معمول، چنین نقصی در ماه های اول کار شناسایی می شود و باتری باید تحت گارانتی تعویض شود.

به طور معمول، درجه خود تخلیه به عنوان درصد کاهش ظرفیت در یک دوره زمانی مشخص بیان می شود.

استانداردهای فعلی خود تخلیه نیز با ولتاژ تخلیه استارت در -18 درجه سانتیگراد پس از آزمایش مشخص می شوند: عدم فعالیت به مدت 21 روز در دمای +40 درجه سانتیگراد.

با معرفی گسترده باتری های بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، بسیاری از رانندگان قبلاً معنای شارژ باتری خود را فراموش کرده اند. و هنگامی که آنها بالاخره باید این روش را انجام دهند، در کمال تعجب متوجه یک باتری در حال جوش می شوند. چرا این اتفاق می افتد و چگونه از آن اجتناب کنید در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.

باتری مدرن در قرن نوزدهم اختراع شد و در این مدت تغییرات قابل توجهی را تجربه نکرد.

همان اصل عملکرد باتری مبتنی بر اکسیداسیون سرب در محلول آبی اسید سولفوریک است. در همان زمان، هنگامی که باتری تخلیه می شود، سرب فلزی الکترودها به سولفات سرب تبدیل می شود.

هنگام شارژ، روند معکوس رخ می دهد. اینها واکنش های اصلی هستند که بر اساس آنها تجمع و آزاد شدن انرژی الکتریکی رخ می دهد. با این حال، علاوه بر آنها، 60 واکنش مختلف دیگر در بانک های باتری رخ می دهد.

ساختار کلی باتری در شکل بالا نشان داده شده است. در توضیح، شایان ذکر است که صفحات سربی به صورت شبکه ای ساخته شده اند که سلول های آن در الکترودهای مثبت با دی اکسید سرب (PbO2) به صورت پودر و در الکترودهای منفی با سرب و همچنین در الکترودهای مثبت پر شده است. فرم پودر

در فضای بین صفحات اصلی صفحات دیگری از پلاستیک متخلخل وجود دارد که با اسید فعل و انفعال ندارند که الکترودها را جدا کرده و از کوتاه شدن آنها جلوگیری می کند.

بنابراین، هنگام شارژ باتری، سولفات سرب به فلز خالص تبدیل می شود که آب را مصرف می کند و اسید سولفوریک تولید می کند. در همان زمان، چگالی الکترولیت افزایش می یابد.

باتری در حال جوش چیست؟

این فرآیند مستقیماً از فرآیند شارژ ناشی می شود. همانطور که در بالا نوشته شد، هنگام شارژ، سولفات سرب مصرف می شود و زمانی که مقدار سولفات از حد بحرانی معینی کمتر شود، فرآیند الکترولیز آب آغاز می شود.

این فرآیند هیدروژن و اکسیژن را آزاد می کند که به عنوان گاز شناخته می شوند. و کل فرآیند، از نظر ظاهری، شبیه جوشاندن است.

چگونه باتری را به درستی شارژ کنیم تا از این روند ناخوشایند جلوگیری کنیم؟ بیشتر در این مورد در زیر.

چگونه باتری خود را به درستی شارژ کنیم

امروزه دو روش اصلی برای شارژ باتری وجود دارد که هر دوی آنها را توضیح خواهیم داد.

شایان ذکر است که برای شارژ از یک شارژر مخصوص با قابلیت تغییر جریان شارژ استفاده می شود.

شارژ جریان کم

با این روش باید یک جریان شارژ با ولتاژی معادل 0.1 ظرفیت باتری انتخاب کنید.

یعنی اگر رایج ترین باتری با ظرفیت 60 آمپر در ساعت را دارید، جریان شارژ باید ولتاژ 6 آمپر باشد.

شارژ باتری با استفاده از این روش تقریباً 24 ساعت طول می کشد. زمانی که باتری شروع به جوشیدن کرد، می دانید که شارژ کامل می شود.

شارژ با جریان بالا

شارژ باید با ولتاژ 14.5 ولت شروع شود، پس از توقف شارژ باتری، حدود 80٪ شارژ می شود. برای رساندن شارژ به ظرفیت 90 درصد، ولتاژ شارژ باید به 15 ولت افزایش یابد.

خب، آخرین مرحله این است که شارژ را به 100٪ برسانید. با اضافه کردن ولتاژ تا 16.5 ولت انجام می شود.

شایان ذکر است که با این روش نه تنها نیاز به نظارت مداوم بر باتری دارید، بلکه یک شارژر حرفه ای نیز دارید.

باتری در چه مواردی شروع به جوشیدن می کند؟

همانطور که قبلاً در بالا نوشته شد، جوش یک الکترولیت دقیقاً در حال جوش نیست، به معنای معمول، فقط یک شکل گفتار است.

این عبارت به فرآیند آزاد شدن گاز از الکترولیت اشاره دارد که هنگام شارژ باتری اتفاق می افتد. هیچ چیز وحشتناکی در این فرآیند وجود ندارد، با این حال، با نحوه اتفاق افتادن آن می توانید وضعیت باتری را ارزیابی کنید.

اگر این فرآیند بلافاصله پس از شروع شارژ شروع شود، این یک سیگنال بسیار بد است. به احتمال زیاد باتری شما از قبل عمر مفید خود را تمام کرده است.

• جوشیدن در پایان عمر باتری. در این حالت جوشش بلافاصله با اتصال شارژر شروع می شود. در این مورد، این روند معمولا نه در همه، بلکه فقط در برخی از بانک ها آغاز می شود. این ممکن است نشان دهد که این قوطی ها حاوی صفحات اتصال کوتاه هستند. در این حالت، شما نمی توانید باتری را ذخیره کنید، و زمان آن است که آن را تغییر دهید.
• جوشیدن زمانی که باتری کاملا شارژ شود. اگر جوشاندن پس از مدت طولانی، پس از 8 ساعت یا بیشتر شروع شود، این طبیعی است. این نشان می دهد که چگالی الکترولیت قبلاً به مقدار استاندارد افزایش یافته است و باتری شارژ شده است. در این حالت فقط باید شارژ باتری را متوقف کنید.

چرا باتری ماشین من می جوشد؟

اگر جوشاندن باتری در هنگام شارژ اغلب یک فرآیند عادی است و نشان دهنده چیز بدی نیست، جوشیدن در حین کارکرد موتور قطعا بد است.

چنین لحظه ای نشان دهنده نقص در تجهیزات الکتریکی خودرو است.

در زیر بحث خواهیم کرد که در چه مواردی باتری در حین کارکردن موتور به جوش می آید.

روش های تعیین باتری در حال جوش

اگر باتری قابل تعمیر دارید، تشخیص بصری این فرآیند آسان‌تر است. به عنوان مثال، همانطور که در فیلم زیر نشان داده شده است:

اگر امروزه رایج ترین باتری بدون نیاز به تعمیر و نگهداری را دارید، می توان فرآیند جوش را با علائم غیرمستقیم تعیین کرد.

• اولین علامت رایج جوش، ظاهر یک پوشش سبز رنگ و اکسیدهای فراوان روی پایانه های باتری است، مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است.

• یکی دیگر از علائم جوش، بوی الکترولیت است که در محفظه موتور ظاهر می شود. کاملاً تیز است و حتی برای افرادی که حس بویایی قوی ندارند نیز می توانند آن را بشنوند.
• نشانه دیگر ممکن است ظاهر زنگ روی کاپوت در ناحیه باتری و خوردگی شدید قفسه باتری باشد.
• همچنین روش های عجیب و غریبی برای تعیین فرآیند جوش وجود دارد. برخی از رانندگان، هنگامی که به جوشیدن باتری مشکوک می شوند، یک بالون یا کاندوم را به لوله خروجی گاز آن وصل می کنند. اگر باتری در حال جوشیدن باشد، شروع به باد شدن می کند.
• یکی دیگر از راه های عجیب و غریب استفاده از گوشی پزشکی است. اگر آن را روی یک شیشه در حال جوش بمالید، می توانید صدای غرغر مشخصی را بشنوید.

دلایل جوشیدن باتری ماشین

• شایع ترین علت جوشیدن باتری در حین کارکرد موتور، اتصال کوتاه در یکی از قوطی ها است.

متاسفانه این نشانه از کار افتادن باتری خودرو است. شایان ذکر است که اخیراً این اتفاق نه تنها در باتری های قدیمی بلکه در باتری های نسبتاً تازه نیز رخ داده است.

اغلب بانک ها به دلیل لرزش واحد برق کوتاه می شوند. یا به دلیل نقص پیش پا افتاده دستگاه. بنابراین اگر باتری جدیدی خریداری کردید، مراقب باشید که برای آن گارانتی دریافت کنید.

خوب، وقتی دوره گارانتی به پایان رسید، یک آزمایش جامع از آن انجام دهید. شاید این به شما کمک کند پولی را که برای خرید باتری جدید صرف می کنید، صرفه جویی کنید.

• دومین مشکل رایج زمانی است که شارژ بیش از حد اتفاق می افتد.

شارژ مجدد فرآیند شارژ از ژنراتور با جریان هایی است که ولتاژ آن بالاتر از جریان های استاندارد است.

این معمولا به دلیل مشکل دینام خودرو رخ می دهد. به طور معمول، ولتاژ شارژ استاندارد از ژنراتور نباید از 14.5 ولت تجاوز کند.

در مواردی که رگولاتور ولتاژ ژنراتور معیوب است ممکن است بیشتر باشد. با تعمیر ژنراتور می توان این نقص را برطرف کرد.

• در باتری های قدیمی، فرآیند شارژ می تواند نه تنها زمانی که صفحات در بانک اتصال کوتاه دارند، بلکه زمانی که صفحات سولفاته می شوند نیز رخ دهد.

سولفاته کردن یک فرآیند شیمیایی است که باعث تولید سولفات سرب در سطح صفحات می شود.

در باتری های قدیمی، سولفات سرب آنقدر انباشته می شود که جریان شارژ کاهش می یابد. در این حالت، اگر ژنراتور به تولید ولتاژ 14.5 ولت ادامه دهد، باتری شروع به جوشیدن می کند.

• یکی دیگر از دلایل رایج، به خصوص اگر باتری دیگر نو نباشد، بار زیاد روی باتری است.

یعنی اگر مصرف کننده برق زیادی دارید و همه آنها روشن هستند، مثلاً نور بالا، تهویه مطبوع، برف پاک کن و غیره، و باتری دیگر تازه نیست، با بار مقابله نمی کند و گرم می شود. بالا و بجوشانید.

• خب، کمترین دلیل رایج، اما نه چندان نادر، تهویه ناکافی باتری است. اگر دریچه باتری مسدود شده باشد یا اگر از باتری غیر استاندارد استفاده شود، فضای کافی برای تهویه در نزدیکی آن وجود ندارد، این اتفاق می افتد.

در واقع، همه اینها دلایل اصلی جوشیدن باتری هستند.

جلوگیری از جوشیدن الکترولیت در حین کارکرد موتور

برای اینکه باتری شما تا حد ممکن دوام بیاورد، باید قوانین ساده و ساده ای را برای جلوگیری از جوشش الکترولیت رعایت کنید:

1. اول از همه، در تابستان، سطح الکترولیت باتری های در حال سرویس را بررسی کنید.
2. باید به خاطر داشت که صفحات باید همیشه با الکترولیت پوشانده شوند. و اگر سطح کاهش یابد، فقط باید آب مقطر اضافه کنید. باید بدانید که نمی توانید آب معمولی را به باتری اضافه کنید.
3. علاوه بر این، به طور منظم وضعیت دستگاه را به صورت بصری بررسی کنید. باید تمیز باشد و هیچ رسوبی روی پایانه ها نباشد.
4. و در آخر، هنگام بازدید از ایستگاه های خدمات، تنبل نباشید و بخواهید جریان شارژی را که ژنراتور خودرو تولید می کند بررسی کنید.

این همه، در جاده ها موفق باشید و هرگز خراب نشوید.

پدیده پلاریزاسیون که در سلول های گالوانیکی مضر است نیز کاربردهای مفیدی پیدا می کند. در سال 1895 پلانت نشان داد که e. d.s. از پلاریزاسیون می توان برای تولید عملا جریان الکتریکی استفاده کرد. او یک سلول با دو الکترود سربی که در محلول اسید سولفوریک غوطه ور شده بود ساخت. عنصر در این فرم هنوز e ندارد. d.s.، زیرا هر دو الکترود آن یکسان هستند. با این حال، اگر جریانی برای مدت معینی از چنین عنصری عبور کند، محصولات الکترولیز روی الکترودهای آن آزاد می شوند که با الکترودها وارد واکنش شیمیایی می شوند. به همین دلیل، الکترودها از نظر ترکیب شیمیایی متفاوت هستند و یک e.m مشخص ظاهر می شود. d.s. - دقیقا، آه. d.s. پلاریزاسیون تقریباً برابر با 2 ولت است. یک عنصر در این حالت خود منبع جریان است و هنگامی که به هر مداری متصل می شود، می تواند برای مدتی در آن جریان الکتریکی ایجاد کند. بنابراین، برای ظهور e. d.s. در یک عنصر Plante، جریان یک منبع خارجی باید برای مدت معینی از آن عبور کند. به این فرآیند شارژ سلول می گویند.

عنصر Plante و موارد مشابه آن که از پدیده قطبش استفاده می کنند، عناصر ثانویه یا باتری نامیده می شوند، زیرا می توانند انرژی را ذخیره کنند (انباشته کنند). هنگامی که انرژی باتری تمام شد، می توان با عبور جریان و تکرار این فرآیند بارها آن را شارژ کرد.

از نقطه نظر انرژی، این مورد است. واکنش هایی که در باتری در حین شارژ شدن رخ می دهد و الکترودهای اولیه یکسان را از نظر شیمیایی متفاوت می کند، واکنش هایی هستند که تنها با هجوم انرژی از بیرون می توانند رخ دهند. این انرژی توسط یک ژنراتور تامین می شود که با کمک آن یون ها را مجبور می کنیم در محلول حرکت کنند و در الکترودهای مربوطه آزاد شوند. برعکس، هنگامی که یک باتری تخلیه می شود، واکنش هایی در آن رخ می دهد که انرژی آزاد می کند. این واکنش ها منبع e. d.s. باتری بنابراین، هنگام شارژ باتری، انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی نهان تبدیل می شود و زمانی که تخلیه می شود، انرژی شیمیایی دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

ساختار یک باتری سرب اسیدی مدرن در شکل 1 نشان داده شده است. 124. شامل یک سری صفحات مثبت و منفی است که در شیشه حاوی محلول آبی (20-15%) اسید سولفوریک قرار داده شده است. همه صفحات مثبت و همچنین تمام صفحات منفی به یکدیگر متصل هستند، به همین دلیل در یک ظرف کوچک می توان سطح وسیعی از الکترودها را که توسط یک لایه نازک الکترولیت از هم جدا شده است، یعنی یک عنصر وجود داشت. با مقاومت داخلی بسیار کم

برنج. 124. باتری سرب

صفحات منفی از سرب فلزی خالص تشکیل شده است که سطح آن به منظور افزایش سطح موثر الکترودها (سرب اسفنجی) ریز متخلخل ساخته شده است. صفحات مثبت ساختار پیچیده تری دارند که در شکل 1 نشان داده شده است. 125. در ساخت آنها، ابتدا یک قاب سربی ریخته گری می شود (یا مهر می زند)، مجهز به سلول های زیادی مانند لانه زنبوری، و توده مخصوصی متشکل از اکسیدهای سرب و چسب ها در آنها فشرده می شود.

برنج. 125. صفحه مثبت باتری سربی

در حالت بدون بار، هر دو الکترود با یک لایه سولفات سرب () پوشیده شده اند. هنگام شارژ، یون ها به یک الکترود حرکت می کنند و طبق معادله آن را به پراکسید سرب تبدیل می کنند

و یون های H+ طبق معادله الکترود دوم را به فلز سرب تبدیل می کنند

اتصال به آند و سرب به کاتد باتری شارژ شده تبدیل می شود. هنگام تخلیه، جریان از مدار خارجی به سرب می گذرد و در داخل باتری یون ها در جهت مخالف حرکت خود در هنگام شارژ حرکت می کنند و واکنش های الکترودها در جهت مخالف انجام می شود. در یک باتری کاملاً تخلیه شده، هر دو الکترود دوباره از . در شرایط کار، باتری مجاز به تخلیه کامل نیست و زمانی که ولتاژ الکترودها به تقریباً 1.8 ولت کاهش می یابد، دوباره شارژ می شود. V و سپس برای مدت طولانی ثابت می ماند. پس از تخلیه طولانی مدت، ولتاژ باتری دوباره شروع به کاهش می کند. هنگامی که ولتاژ به 1.85 ولت کاهش می یابد، تخلیه آن باید متوقف شود.

علاوه بر باتری های سرب، باتری های دیگری نیز وجود دارد. در حال حاضر، باتری های آهن نیکل (باتری های "قلیایی") به طور گسترده استفاده می شود. الکترودهای آنها آهن و نیکل است و الکترولیت محلول 20٪ قلیایی سوزاننده (KOH یا NaOH) است. در حالت باردار، صفحات نیکل با لایه ای از اکسید نیکل () پوشانده می شوند و به عنوان قطب مثبت عمل می کنند و آهن فلزی به عنوان قطب منفی عمل می کند. ه. d.s. از این باتری ها 1.4-1.1 V است. باتری های آهن نیکل با پایداری زیاد مشخص می شوند: شوک های مکانیکی و بی دقتی در مراقبت، که می تواند باعث واکنش های شیمیایی مضر شود، برای این عناصر بسیار کمتر از سرب خطرناک است.

باتری های مختلف با حداکثر مقدار برقی که می توان از آنها بدون شارژ جدید به دست آورد مشخص می شود. این مقدار الکتریسیته معمولاً بر حسب آمپر ساعت (A×h) بیان می شود و ظرفیت باتری نامیده می شود. به عنوان مثال، باتری های قابل حملی که برای خودروها استفاده می شود، معمولا دارای ظرفیت 40 Ah هستند. یعنی می توانند جریان 1 آمپر را به مدت 40 ساعت یا جریان 2 آمپر را برای 20 ساعت و غیره ارائه دهند. البته در این حالت جریان تخلیه نباید از حداکثر قدرت معینی بیشتر شود (برای باتری سربی تقریباً 1 A برای هر دسی متر مربع از سطح صفحات مثبت)، زیرا در غیر این صورت صفحات به سرعت از بین می روند. هرچه مساحت صفحات باتری بزرگتر باشد، محصولات الکترولیز بیشتری را می توان روی صفحات نگه داشت، به این معنی که در هنگام دشارژ کردن، شارژ بیشتری می توان از باتری به دست آورد، یعنی ظرفیت آن بیشتر می شود.

79.1. باتری 20 Ah لامپی را تغذیه می کند که جریان 0.25 A را مصرف می کند. لامپ تا چه مدت می تواند بدون شارژ مجدد باتری بسوزد؟

باتری ها نقش مهمی در مهندسی برق مدرن دارند. به عنوان مثال، در نیروگاه هایی با بار ناهموار، علاوه بر ژنراتورهای DC، اغلب باتری های ذخیره سازی (باتری بافر) نصب می شود. زمانی که بار ایستگاه کم است، بخشی از انرژی تولید شده توسط ژنراتورها صرف شارژ باتری ها می شود و در دوره هایی که بار زیاد است، این باتری ها به موازات ژنراتورها، شبکه را تغذیه می کنند. نیروگاه‌هایی که از انرژی باد استفاده می‌کنند همیشه مجهز به باتری‌هایی هستند که در دوره‌هایی که باد وجود دارد شارژ می‌شوند و سپس در صورت نیاز و بدون توجه به شرایط هواشناسی از انرژی ذخیره‌شده استفاده می‌کنند.

باتری ها به طور گسترده در تمام شناورهای زیردریایی (به جز زیردریایی های هسته ای) استفاده می شوند. هنگامی که روی سطح هستند، باتری ها از یک ژنراتور DC شارژ می شوند و هنگام غواصی در زیر آب، تمام مکانیزم ها منحصراً توسط باتری ها هدایت می شوند. باتری‌ها با موفقیت در واگن‌های باربری الکتریکی، به اصطلاح خودروهای برقی، استفاده می‌شوند که باید برای مدت کوتاهی کار کنند و مکرر توقف کنند و بنابراین نصب موتورهای احتراق داخلی که به طور مداوم سوخت مصرف می‌کنند، سودآور نیست. در اتومبیل (اشتعال در موتورها، روشنایی)؛ برای تغذیه لامپ های معدن و در بسیاری از ماشین ها و دستگاه های صنعتی مهم دیگر. باتری ها در آزمایشگاه بسیار گسترده هستند، جایی که آنها منابع خوبی برای جریان مستقیم هستند، و همچنین در مهندسی رادیو.

با وجود مزایای بزرگ باتری ها، که در بسیاری از موارد جایگزین سلول های گالوانیکی شده اند، باتری های دومی هنوز تعدادی کاربرد مهم دارند: به عنوان استانداردهای ولتاژ (سلول های معمولی، § 75)، برای تغذیه رادیو، چراغ قوه، ریز حساب ها و غیره.

1.5. مشخصات شارژ و دشارژ باتری

ویژگی های اصلی باتری شارژ و دشارژ است. فرآیندی که در آن انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود تخلیه نامیده می شود و فرآیند معکوس آن بار نامیده می شود.

پس از ترمیم کامل مواد فعال، چگالی الکترولیت افزایش نمی یابد. این نشان دهنده پایان شارژ باتری است. در پایان شارژ، فرآیند تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن نیز آغاز می شود که با ظاهر شدن حباب های گاز بر روی سطح الکترولیت مشخص می شود.

ویژگی های تخلیه باتری، وابستگی تغییر در emf، ولتاژ و چگالی الکترولیت باتری در جریان تخلیه ثابت به زمان شارژ است (شکل 1.2).

هنگامی که باتری برای تخلیه روشن می شود، ولتاژ در پایانه های آن به طور ناگهانی به میزان J p R a کاهش می یابد.

به دلیل افت ولتاژ باتری (شکل 1.2 را ببینید)

برنج. 1.2 ویژگی های تخلیه

U p = E a - I p R a،

جایی که I p جریان تخلیه است. R a - مقاومت داخلی

جذب اسید سولفوریک که در حین تخلیه و رهاسازی آب اتفاق می‌افتد باعث کاهش غلظت الکترولیت واقع در منافذ صفحات می‌شود که در نتیجه باتری emf E a و در نتیجه ولتاژ کاهش می‌یابد. به تدریج کاهش می یابد. ابتدا، در دسترس ترین لایه های سطحی جرم فعال دستخوش دگرگونی های شیمیایی می شوند، سپس واکنش های شیمیایی به عمیق ترین لایه ها گسترش می یابد. علاوه بر این، سولفات سرب PbSO 4، که جرم فعال صفحات در هنگام تخلیه به آن تبدیل می شود، حجم بیشتری نسبت به مواد اولیه (PbO 2 و Pb) اشغال می کند و با رسوب در سطوح داخلی منافذ، متقاطع آنها را باریک می کند. بخش. این دو حالت باعث کاهش سرعت انتشار الکترولیت به داخل صفحات می شود و در پایان تخلیه، غلظت الکترولیت در منافذ صفحات و همراه با آن EMF باتری به سرعت کاهش می یابد و به سمت صفر می رود و بخش قابل توجهی از توده فعال در اعماق صفحات هنوز استفاده نشده است. در این حالت، فرآیندهای برگشت ناپذیر رخ می دهد و سولفاته شدن باتری بسیار تسریع می شود، بنابراین باتری زیر 1.7 ولت تخلیه نمی شود.

اگر باتری تخلیه شده خاموش شود، EMF آن به تدریج افزایش می یابد. این ترمیم emf "استراحت" باتری نامیده می شود.

چگالی الکترولیت با ادامه تخلیه طبق قانون یک خط مستقیم کاهش می یابد، زیرا در جریان تخلیه ثابت مقدار اسید سولفوریک جایگزین آب در واحد زمان در نتیجه واکنش های شیمیایی یکسان خواهد بود. علائمی که پایان ترشح را مشخص می کند:

1. ولتاژ را به مقدار حدی (1.7 ولت در هر عنصر) کاهش دهید.

2. کاهش چگالی الکترولیت به حداقل معینی ( 1.15 g/cm 3).

ماهیت وابستگی ولتاژ تخلیه باتری به زمان تحت تأثیر دمای الکترولیت و قدرت جریان تخلیه است. هنگامی که دما کاهش می یابد (زیر 0 درجه سانتیگراد)، ویسکوزیته و مقاومت الکترولیت به شدت افزایش می یابد. دومی در محدوده دمایی +30 ... 40 درجه سانتیگراد 20 - 30 برابر افزایش می یابد. با افزایش ویسکوزیته، سرعت انتشار کاهش می یابد.

ویژگی های باتری 3-شارژ - وابستگی تغییرات در چگالی الکترولیت، emf و ولتاژ باتری در یک جریان شارژ ثابت به زمان شارژ (شکل 1.3).

در ابتدای شارژ، ولتاژ شارژ نسبت به emf با مقدار افت ولتاژ در مقاومت داخلی به شدت افزایش می یابد. سپس ولتاژ به آرامی افزایش می یابد که در اثر افزایش emf در نتیجه افزایش چگالی الکترولیت ایجاد می شود. واکنش شیمیایی که در طول شارژ رخ می دهد، جرم فعال صفحات را به حالت اولیه باز می گرداند. در طی این واکنش ها به جای آب جذب شده اسید سولفوریک آزاد می شود که در نتیجه چگالی الکترولیت افزایش می یابد. در پایان شارژ، اساساً تمام سولفات سرب در الکترودهای مثبت به پراکسید سرب و در الکترودهای منفی به اسفنج سرب تبدیل می‌شوند. واکنش های شیمیایی متوقف می شود و در نتیجه افزایش ولتاژ و چگالی الکترولیت متوقف می شود. عبور بیشتر جریان فقط باعث تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن می شود که به صورت حباب از انرژی آزاد می شوند. شارژ بیش از حد باتری اثر مضری بر روی صفحات دارد.

شکل 1.3. ویژگی های شارژ باتری

1. ولتاژ باتری به حداکثر مقدار خود رسیده است و افزایش آن متوقف شده است.

2. چگالی الکترولیت به حداکثر خود رسیده است و از افزایش متوقف شده است.

3. حباب های گاز به شدت آزاد می شوند (باتری در حال جوشیدن است)

مهم نیست که عنوان مقاله را چگونه فرموله کنید، باز هم درست خواهد بود. شیمی و انرژی در طراحی یک باتری با هم گره خورده اند.

باتری های سرب اسیدی می توانند چندین سال در حالت شارژ-دشارژ کار کنند. آنها به سرعت شارژ می شوند و به سرعت انرژی ذخیره شده را آزاد می کنند. راز این دگردیسی ها در شیمی نهفته است، زیرا این است که به تبدیل الکتریسیته کمک می کند، اما چگونه؟

"عزیز" تبدیل انرژی در باتری توسط مجموعه ای از معرف ها، از جمله یک عامل اکسید کننده و یک عامل کاهنده، که از طریق یک الکترولیت برهم کنش دارند، ارائه می شود. عامل کاهنده (سرب اسفنجی سرب) دارای بار منفی است. در طی یک واکنش شیمیایی، اکسید می شود و الکترون های آن به سمت عامل اکسید کننده که دارای بار مثبت است، می روند. عامل اکسید کننده (دی اکسید سرب PbO2) کاهش می یابد و نتیجه یک جریان الکتریکی است.

الکترولیت مایعی است که جریان را به خوبی هدایت نمی کند، اما رسانای خوبی برای یون ها است. این محلول آبی اسید سولفوریک (H2S04) است. در یک واکنش شیمیایی، فرآیندی رخ می دهد که برای همه از مدرسه شناخته شده است - تفکیک الکترولیتی.

در طول واکنش، یون های دارای بار مثبت (H+) به سمت الکترود مثبت و یون های دارای بار منفی (SO42-) به الکترود منفی هدایت می شوند. هنگامی که باتری تخلیه می شود، یون های دارای بار مثبت Pb2+ از عامل احیا کننده (سرب اسفنجی)، از طریق الکترولیت به الکترود مثبت فرستاده می شوند.

یون های سرب چهار ظرفیتی (Pb4+) به یون های سرب دو ظرفیتی (Pb4+) تبدیل می شوند. با این حال، این همه واکنش های شیمیایی نیست. هنگامی که یون های باقی مانده اسیدی با بار منفی (SO42-) با یون های سرب دارای بار مثبت (Pb2+) ترکیب می شوند، سولفات سرب (PbSO4) روی هر دو الکترود تشکیل می شود. اما این در حال حاضر برای باتری بد است. سولفاته شدن عمر باتری را کوتاه می کند و به تدریج جمع می شود و می تواند منجر به از بین رفتن آن شود. یکی از عوارض جانبی واکنش های شیمیایی در باتری های سرب اسیدی معمولی گازها است.

وقتی باتری دوباره شارژ می شود چه اتفاقی می افتد؟

الکترون ها به سمت یک الکترود با بار منفی هدایت می شوند، جایی که آنها عملکرد خود را انجام می دهند - یون های سرب (Pb2+) را خنثی می کنند. واکنش های شیمیایی در باتری ها را می توان با فرمول زیر توصیف کرد:

چگالی الکترولیت و سطح آن در باتری به شارژ یا دشارژ بودن باتری بستگی دارد. تغییرات در چگالی الکترولیت را می توان با فرمول زیر توصیف کرد:

نشانگر تخلیه باتری کجاست که به صورت درصد اندازه گیری می شود - Cp. چگالی الکترولیت در هنگام شارژ کامل Rz است. چگالی الکترولیت در تخلیه کامل - Pr.

دمای استانداردی که در آن اندازه‌گیری‌ها انجام می‌شود 25+ درجه سانتی‌گراد است. چگالی الکترولیت مطابق با دما 25+ درجه سانتی‌گراد، g/cm3 - P25 است.
در طول یک واکنش شیمیایی، الکترودهای مثبت 1.6 برابر بیشتر از الکترودهای منفی اسید مصرف می کنند. هنگامی که باتری تخلیه می شود، حجم الکترولیت افزایش می یابد و در هنگام شارژ، برعکس، کاهش می یابد.
به این ترتیب باتری با کمک واکنش های شیمیایی انرژی الکتریکی را دریافت و سپس آزاد می کند.