מהי סוללת חומצה עופרת: סוגים, עבודה ויישומיה

לפני שקפיצה ישירות להכיר את המושגים הקשורים לסוללת חומצה עופרת, נתחיל עם ההיסטוריה שלה. אז, מדען צרפתי בשם ניקולה גוטהרוט בשנת 1801 הבחין כי בבדיקת האלקטרוליזה קיימת כמות מינימלית של זרם גם כאשר יש ניתוק של הסוללה הראשית. בעוד שבשנת 1859 פיתח מדען בשם גטסון סוללת חומצות עופרת וזו הייתה הראשונה שנטענת דרך מעבר זרם הפוך. זו הייתה הגרסה הראשונית לסוללה מסוג זה ואילו פורה הוסיפה אז שיפורים רבים ולבסוף, הסוג המעשי של סוללת חומצות עופרת הומצא על ידי אנרי טיודור בשנת 1886. בואו נקיים דיון מפורט יותר על סוג זה של סוֹלְלָה , עבודה, סוגים, בניה והטבות.

מהי סוללת חומצה עופרת?

סוללת חומצה עופרת נתונה לסיווג של סוללות נטענות ומשניות. למרות הפרופורציות המינימליות של הסוללה באנרגיה לנפח ואנרגיה למשקל, היא מחזיקה ביכולת לספק זרמי נחשול מוגברים. זה מתאים לכך שתאי חומצה עופרת מחזיקים בכמות גבוהה של יחסי משקל.

אלה הסוללות המשתמשות בעופרת חמצן ועופרת ספוג להמרת אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית. אלה משמשים בעיקר בתחנות משנה ובמערכות חשמל בגלל הסיבה שהעלו את רמות מתח התאים ואת העלות המינימלית.

בְּנִיָה

בתוך ה בניית סוללות חומצה עופרת , הלוחות והמיכלים הם המרכיבים המכריעים. החלק שלהלן מספק תיאור מפורט של כל רכיב המשמש בבנייה. ה תרשים סוללות חומצה עופרת הוא

תרשים סוללות עופרת

מְכוֹלָה

חלק מיכל זה בנוי עם אבוניט, עץ מצופה עופרת, זכוכית, גומי קשיח העשוי מהאלמנט הביטומני, חומרים קרמיים או פלסטיק מזויף המונחים בחלקו העליון כדי למנוע כל סוג של פריקה אלקטרוליטית. ואילו בחלק התחתון של המכולה קיימות ארבע צלעות בהן שתי מונחות על הלוח החיובי והאחרות על הלוח השלילי.

כאן הפריזמה משמשת בסיס לשתי הלוחות ובנוסף היא שומרת על הלוחות מפני קצר חשמלי. הרכיבים המשמשים לבניית המכולה צריכים להיות נקיים מחומצה גופרתית, הם לא צריכים להתכופף או לחדור ולא להחזיק שום סוג של זיהומים המובילים לפגיעה באלקטרוליטים.

צלחות

הלוחות בסוללת חומצות עופרת בנויים בצורה שונה וכולם מורכבים מסוגים דומים של הרשת הבנויים מרכיבים פעילים ועופרת. הרשת חיונית לקביעת מוליכות הזרם ולהפצת כמויות שווה של זרמים לרכיבים הפעילים. אם יש התפלגות לא אחידה, אז יהיה התרופפות של הרכיב הפעיל. הלוחות בסוללה זו הם משני סוגים. אלה הם מפלטות / לוחות שנוצרו וצלחות של פורה / מודבקות.

הלוחות שנוצרו משמשים בעיקר לסוללות סטטיות ויש להם גם משקל כבד ויקר. אך יש להם עמידות ארוכה ואלו אינם נוטים לאבד בקלות את רכיביהם הפעילים גם בתהליכי טעינה ופריקה מתמשכים. אלה בעלי יכולת מינימלית לשיעור משקל.

בעוד שהתהליך המודבק משמש בעיקר לבניית לוחות שליליים מזו של לוחות חיוביים. הרכיב הפעיל השלילי מסובך במקצת והם חווים שינוי קל בתהליכי טעינה ופריקה.

רכיב פעיל

הרכיב המעורב באופן פעיל בתהליכי התגובה הכימית המתרחשים בסוללה בעיקר בזמן הטעינה והפריקה נקרא כמרכיב פעיל. המרכיבים הפעילים הם:

• עופרת חמצן - הוא מהווה מרכיב פעיל חיובי.
• עופרת ספוג - חומר זה מהווה את הרכיב הפעיל השלילי
• חומצה גופרתית מדוללת - זה משמש בעיקר כאלקטרוליט

מפרידים

אלה עשויים יריעות דקות הבנויות מגומי נקבובי, עופרת מצופה וסיבי זכוכית. המפרידים ממוקמים בין הלוחות כדי לספק בידוד פעיל. יש להם צורה מחורצת בצד אחד וגימור חלק בקצוות אחרים.

קצוות סוללה

יש לו קצוות חיוביים ושליליים בקוטר של 17.5 מ'מ ו- 16 מ'מ.

עקרון עבודה של סוללות עופרת

מכיוון שחומצה גופרתית משמשת כאלקטרוליט בסוללה, כאשר היא מתמוססת, המולקולות בה מתפזרות כ- SO₄^-(יונים שליליים) ו- 2H + (יונים חיוביים) ולאלה תהיה תנועה חופשית. כאשר האלקטרודות הללו טובלות בתמיסות ומספקות אספקת DC, אז ליונים החיוביים תהיה תנועה ויעברו לכיוון הקצה השלילי של הסוללה. באותו אופן, ליונים השליליים תהיה תנועה ויעברו לכיוון הקצה החיובי של הסוללה.

כל יוני מימן וגופרתי אוספים יונים אחד ושני אלקטרונים ושליליים מהקטודה והאנודה ויש להם תגובה עם מים. זה יוצר מימן וחומצה גופרתית. ואילו המפותח מהתגובות לעיל מגיב עם תחמוצת עופרת ויוצר חמצן עופרת. המשמעות היא שבזמן תהליך הטעינה אלמנט הקתודה העופרת נשאר כעופרת ואילו אנודת העופרת נוצרת כפרוקסיד עופרת בצבע חום כהה.

כשאין אספקת DC ואז בזמן שחובר מד מתח בין האלקטרודות, הוא מציג את ההבדל הפוטנציאלי בין האלקטרודות. כאשר יש חיבור של חוט בין האלקטרודות, יהיה מעבר הזרם מהשלילי לפלטה החיובית באמצעות מעגל חיצוני המסמן כי התא מחזיק ביכולת לספק צורה חשמלית של אנרגיה.

אז זה מראה את סוללת חומצה עופרת עובדת תַרחִישׁ.

סוגים שונים

ה סוגי סוללות חומצה עופרת מסווגים בעיקר לחמישה סוגים והם מוסברים בפירוט בסעיף שלהלן.

סוג מוצף - זהו סוג ההצתה הקונבנציונלי של המנוע ויש לו סוג של כוח סוללה. לאלקטרוליט יש תנועה חופשית בקטע התא. לאנשים המשתמשים בסוג זה יכולה להיות נגישות לכל תא והם יכולים להוסיף מים לתאים כאשר הסוללה מתייבשת.

סוג אטום - סוג זה של סוללת עופרת הוא רק שינוי קל לסוג הסוללה המוצף. למרות שאנשים אינם מחזיקים גישה לכל תא בסוללה, העיצוב הפנימי כמעט דומה לאותו סוג מוצף. השוני העיקרי בסוג זה הוא שקיימת כמות מספקת של חומצה העומדת בפני התרחשות זרימה חלקה של תגובות כימיות לאורך חיי הסוללה.

סוג VRLA אלה נקראים סוללות עופרת חומצות עופרת המכונים גם סוג של סוללה אטומה. הליך בקרת הערך מאפשר התפתחות בטוחה של O_שתייםו- H_שתייםגזים בזמן הטעינה.

סוג AGM - זהו סוג הסוללה מט זכוכית נספג המאפשרת לעצור את האלקטרוליט ליד חומר הצלחת. סוג זה של סוללה מגביר את הביצועים של תהליכי פריקה וטעינה. אלה משמשים במיוחד ביישומי הספורט וההפעלה של מנוע.

סוג ג'ל - זהו הסוג הרטוב של סוללת חומצה עופרת, כאשר האלקטרוליט בתא זה הוא עם סיליקה, מה שהופך את הקשיחות של החומר. ערכי מתח הטעינה של התא אכלו מינימלי בהשוואה לסוגים אחרים וגם לו יש יותר רגישות.

תגובה כימית לסוללת חומצה עופרת

התגובה הכימית בסוללה מתרחשת בעיקר במהלך שיטות פריקה וטעינה ובתהליך הפריקה היא מוסברת כדלקמן:

כאשר הסוללה מרוקנת לחלוטין, אז האנודה והקטודות הם PbO_שתייםו- Pb. כאשר אלה מחוברים באמצעות התנגדות, הסוללה מתרוקנת ולאלקטרונים יש את הדרך ההפוכה בזמן הטעינה. ה- H_שתייםליונים יש תנועה לכיוון האנודה והם הופכים לאטום. זה מגיע בהישג יד עם PbO_שתייםוכך נוצר PbSO₄שצבעו לבן.

באותו אופן, ליון הגופרית יש תנועה לכיוון הקתודה ולאחר שהגיע, היון נוצר ל- SO₄. זה מגיב עם עופרת קָטוֹדָה וכך נוצר גופרית עופרת.

PbSO₄+ 2H = PbO + H_שתייםאוֹ

PbO + H_שתייםכך₄= PbSO₄+ 2H_שתייםאוֹ

PbO_שתיים+ H_שתייםכך₄+ 2H = PbSO₄+ 2H_שתייםאוֹ

תגובה כימית

במהלך תהליך הטעינה, הקתודה והאנודות קשורות לקצוות השליליים והחיוביים של אספקת DC. יוני ה- H2 החיוביים נעים לכיוון הקתודה והם צוברים שני אלקטרונים ויוצרים אטום H2. הוא עובר תגובה כימית עם גופרת עופרת ויוצר עופרת וחומצה גופרתית.

PbSO₄+ 2H_שתייםO + 2H = PbSO₄+ 2 H_שתייםכך₄

המשוואה המשולבת לשני התהליכים מיוצגת כ-

תהליך פריקה וטעינה

כאן, החץ כלפי מטה מציין פריקה וחץ כלפי מעלה מציין את תהליך הטעינה.

חַיִים

הטמפרטורה התפקודית האופטימלית לסוללת חומצות עופרת היא 25⁰C שפירושו 77⁰ו. העלייה בטווח הטמפרטורות מקצרת את אריכות החיים. על פי הכלל, על כל עליית טמפרטורה של 80C, זה מקטין את מחצית חיי הסוללה. ואילו סוללה מוסדרת לערך המתפקדת ב- 25⁰ל- C יש חיי סוללה עופרת של 10 שנים. וכאשר זה מופעל בגיל 33⁰C, יש לו תקופת חיים של 5 שנים בלבד.

יישומי סוללות חומצה עופרת

• אלה משמשים ברק חירום כדי לספק כוח למשאבות הבור.
• משמש במנועים חשמליים
• צוללות
• צוללות גרעיניות

מאמר זה הסביר את עקרון העבודה של סוללות חומצות עופרת, סוגים, אורך חיים, בנייה, תגובות כימיות ויישומים. בנוסף, דע מה הם יתרונות סוללת חומצה עופרת וחסרונות בתחומים שונים?