แบตเตอรี่ตะกั่วกรดคืออะไร: ประเภทการทำงานและการใช้งาน

ก่อนที่จะไปเรียนรู้แนวคิดที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่กรดตะกั่วโดยตรงให้เราเริ่มต้นด้วยประวัติของมัน ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Nicolas Gautherot ในปี 1801 ได้สังเกตว่าในการทดสอบด้วยกระแสไฟฟ้ามีกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยแม้ว่าจะมีการตัดการเชื่อมต่อของแบตเตอรี่หลักก็ตาม ในขณะที่ในปี 1859 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ Gatson ได้พัฒนาแบตเตอรี่กรดตะกั่วและนี่เป็นแบตเตอรี่ชนิดแรกที่ได้รับการชาร์จใหม่ผ่านทางของกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ นี่เป็นรุ่นเริ่มต้นของแบตเตอรี่ประเภทนี้ในขณะที่ Faure ได้เพิ่มการปรับปรุงมากมายให้กับสิ่งนี้และในที่สุด Henri Tudor แบตเตอรี่ชนิดตะกั่วที่ใช้งานได้จริงถูกคิดค้นโดย Henri Tudor ในปีพ. ศ. 2429 ขอให้เรามีรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเภทนี้ แบตเตอรี่ , การทำงาน, ประเภท, การก่อสร้างและผลประโยชน์

แบตเตอรี่กรดตะกั่วคืออะไร?

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดอยู่ภายใต้การจำแนกประเภทของแบตเตอรี่แบบชาร์จได้และแบตเตอรี่สำรอง แม้ว่าแบตเตอรี่จะมีสัดส่วนพลังงานต่อปริมาตรและพลังงานต่อน้ำหนักน้อยที่สุด แต่ก็ยังมีความสามารถในการส่งกระแสไฟกระชากที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้สอดคล้องกับที่เซลล์กรดตะกั่วมีอำนาจต่อสัดส่วนน้ำหนักสูง

นี่คือแบตเตอรี่ที่ใช้ตะกั่วเปอร์ออกไซด์และตะกั่วฟองน้ำในการเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ในสถานีไฟฟ้าย่อยและระบบไฟฟ้าเนื่องจากเหตุผลที่ทำให้ระดับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เพิ่มขึ้นและค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด

การก่อสร้าง

ใน โครงสร้างแบตเตอรี่ตะกั่วกรด จานและภาชนะเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ ส่วนด้านล่างนี้ให้คำอธิบายโดยละเอียดของแต่ละองค์ประกอบที่ใช้ในการก่อสร้าง แผนภาพแบตเตอรี่กรดตะกั่ว คือ

แผนภาพแบตเตอรี่กรดตะกั่ว

คอนเทนเนอร์

ชิ้นส่วนภาชนะนี้สร้างด้วย ebonite ไม้เคลือบตะกั่วแก้วยางแข็งที่ทำจากองค์ประกอบบิทูมินัสวัสดุเซรามิกหรือพลาสติกปลอมซึ่งวางอยู่ด้านบนเพื่อกำจัดอิเล็กโทรไลต์ทุกชนิด ในขณะที่ในส่วนด้านล่างของภาชนะบรรจุมีซี่โครงสี่ซี่ซึ่งสองซี่วางอยู่บนแผ่นบวกและอีกชิ้นบนจานลบ

ที่นี่ปริซึมทำหน้าที่เป็นฐานสำหรับทั้งเพลตและนอกจากนี้ยังป้องกันเพลตจากการลัดวงจร ส่วนประกอบที่ใช้ในการสร้างภาชนะควรปราศจากกรดซัลฟิวริกไม่ควรโค้งงอหรือซึมผ่านได้และไม่มีสิ่งเจือปนใด ๆ ที่นำไปสู่ความเสียหายของอิเล็กโทรไลต์

แผ่น

เพลตในแบตเตอรี่ตะกั่วกรดถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่แตกต่างกันและทั้งหมดประกอบด้วยกริดประเภทเดียวกันซึ่งสร้างจากส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่และตะกั่ว กริดมีความสำคัญอย่างยิ่งในการสร้างการนำกระแสไฟฟ้าและสำหรับการแพร่กระจายกระแสจำนวนเท่า ๆ กันไปยังส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ หากมีการกระจายที่ไม่สม่ำเสมอจะมีการคลายตัวของส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ แผ่นในแบตเตอรี่นี้มีสองชนิด สิ่งเหล่านี้เป็นของเพลต / แผ่นขึ้นรูปและจาน Faure / วาง

แผ่นที่ขึ้นรูปส่วนใหญ่ใช้สำหรับแบตเตอรี่แบบคงที่และมีน้ำหนักมากและมีราคาแพงด้วย แต่มีความทนทานที่ยาวนานและสิ่งเหล่านี้ไม่ง่ายที่จะสูญเสียส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่แม้ในกระบวนการชาร์จและคายประจุอย่างต่อเนื่อง สิ่งเหล่านี้มีความสามารถในการรับน้ำหนักน้อยที่สุด

ในขณะที่กระบวนการวางส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการสร้างแผ่นลบมากกว่าแผ่นบวก ส่วนประกอบที่ใช้งานเชิงลบค่อนข้างซับซ้อนและพบว่ามีการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยในกระบวนการชาร์จและการคายประจุ

ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่

ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องอย่างแข็งขันในกระบวนการปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ในขณะชาร์จและคายประจุเรียกว่าเป็นส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ ส่วนประกอบที่ใช้งานคือ:

• ตะกั่วเปอร์ออกไซด์ - เป็นส่วนประกอบที่มีฤทธิ์ในเชิงบวก
• ตะกั่วฟองน้ำ - วัสดุนี้เป็นส่วนประกอบที่ใช้งานเชิงลบ
• กรดซัลฟิวริกเจือจาง - ส่วนใหญ่ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์

ตัวแยก

แผ่นเหล่านี้เป็นแผ่นบาง ๆ ที่สร้างจากยางที่มีรูพรุนไม้ตะกั่วเคลือบและใยแก้ว ตัวคั่นอยู่ในตำแหน่งระหว่างแผ่นเพื่อให้เป็นฉนวนที่ใช้งานได้ พวกเขามีรูปร่างเป็นร่องด้านหนึ่งและผิวเรียบที่ขอบอื่น ๆ

ขอบแบตเตอรี่

มีขอบบวกและลบมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 17.5 มม. และ 16 มม.

หลักการทำงานของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว

เนื่องจากกรดซัลฟิวริกถูกใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่เมื่อมันละลายโมเลกุลในนั้นจะกระจายเป็น SO₄^-(ไอออนลบ) และ 2H + (ไอออนบวก) และสิ่งเหล่านี้จะมีการเคลื่อนที่อย่างอิสระ เมื่อจุ่มอิเล็กโทรดเหล่านี้ลงในสารละลายและจัดหาแหล่งจ่ายกระแสตรงไอออนบวกจะมีการเคลื่อนที่และเคลื่อนที่ไปยังทิศทางของขอบด้านลบของแบตเตอรี่ ในทำนองเดียวกันไอออนลบจะมีการเคลื่อนที่และเคลื่อนที่ไปยังทิศทางของขอบขั้วบวกของแบตเตอรี่

ไอออนของไฮโดรเจนและซัลเฟตทุกตัวจะรวบรวมอิเล็กตรอนและไอออนลบหนึ่งและสองตัวจากแคโทดและแอโนดและมีปฏิกิริยากับน้ำ ซึ่งก่อตัวเป็นไฮโดรเจนและกรดซัลฟิวริก ในขณะที่ปฏิกิริยาที่พัฒนาขึ้นจากปฏิกิริยาข้างต้นจะทำปฏิกิริยากับตะกั่วออกไซด์และก่อตัวเป็นตะกั่วเปอร์ออกไซด์ ซึ่งหมายความว่าในช่วงเวลาของกระบวนการชาร์จองค์ประกอบแคโทดของตะกั่วยังคงเป็นตะกั่วในขณะที่ขั้วบวกของตะกั่วเกิดขึ้นเป็นตะกั่วเปอร์ออกไซด์ซึ่งมีสีน้ำตาลเข้ม

เมื่อไม่มี แหล่งจ่ายไฟ DC จากนั้นในเวลาที่มีการเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์ระหว่างขั้วไฟฟ้าจะแสดงความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรด เมื่อมีการเชื่อมต่อของลวดระหว่างอิเล็กโทรดจะมีทางเดินของกระแสจากขั้วลบไปยังแผ่นบวกผ่านวงจรภายนอกซึ่งแสดงว่าเซลล์มีความสามารถในการให้พลังงานในรูปแบบไฟฟ้า

ดังนั้นนี่จะแสดงไฟล์ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดทำงาน สถานการณ์

ประเภทต่างๆ

ประเภทแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นห้าประเภทและมีการอธิบายรายละเอียดในส่วนด้านล่าง

ประเภทน้ำท่วม - นี่คือประเภทการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ทั่วไปและมีแบตเตอรี่แบบฉุดลาก อิเล็กโทรไลต์มีการเคลื่อนที่อย่างอิสระในส่วนของเซลล์ ผู้ที่ใช้งานประเภทนี้สามารถเข้าถึงเซลล์แต่ละเซลล์ได้และสามารถเติมน้ำให้เซลล์ได้เมื่อแบตเตอรี่แห้ง

ประเภทปิดผนึก - แบตเตอรี่ตะกั่วกรดชนิดนี้เป็นเพียงการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยสำหรับแบตเตอรี่ประเภทน้ำท่วม แม้ว่าผู้คนจะไม่สามารถเข้าถึงเซลล์แต่ละเซลล์ในแบตเตอรี่ได้ แต่การออกแบบภายในก็เกือบจะคล้ายกับประเภทที่ถูกน้ำท่วม รูปแบบที่สำคัญในประเภทนี้คือมีกรดในปริมาณเพียงพอที่สามารถทนต่อปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นได้ตลอดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

ประเภท VRLA - สิ่งเหล่านี้เรียกว่า แบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ควบคุมด้วยวาล์ว ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าแบตเตอรี่ชนิดปิดผนึก ขั้นตอนการควบคุมค่าอนุญาตให้มีวิวัฒนาการที่ปลอดภัยของ O_สองและ H_สองก๊าซในขณะชาร์จ

ประเภท AGM - นี่คือแบตเตอรี่ประเภท Absorbed Glass Matte ที่อนุญาตให้อิเล็กโทรไลต์หยุดใกล้กับวัสดุของเพลท แบตเตอรี่ชนิดนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการคายประจุและการชาร์จ สิ่งเหล่านี้ถูกนำมาใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกีฬากำลังและการใช้งานเครื่องยนต์

ประเภทเจล - นี่คือแบตเตอรี่ตะกั่วกรดชนิดเปียกที่อิเล็กโทรไลต์ในเซลล์นี้เกี่ยวข้องกับซิลิกาซึ่งทำให้วัสดุแข็งตัว ค่าแรงดันไฟฟ้าของการชาร์จใหม่ของเซลล์กินน้อยที่สุดเมื่อเทียบกับประเภทอื่นและมีความไวมากกว่าด้วย

ปฏิกิริยาทางเคมีของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด

ปฏิกิริยาทางเคมีในแบตเตอรี่ส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างวิธีการคายประจุและการชาร์จใหม่และในกระบวนการคายประจุจะอธิบายได้ดังนี้:

เมื่อแบตเตอรี่หมดแล้วขั้วบวกและแคโทดคือ PbO_สองและ Pb. เมื่อสิ่งเหล่านี้เชื่อมต่อโดยใช้ความต้านทานแบตเตอรี่จะถูกคายประจุและอิเล็กตรอนจะมีเส้นทางตรงกันข้ามในขณะที่ชาร์จ เอช_สองไอออนมีการเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวกและกลายเป็นอะตอม มันมาพร้อมกับ PbO_สองจึงก่อตัวเป็น PbSO₄ซึ่งเป็นสีขาว

ในทำนองเดียวกันซัลเฟตไอออนมีการเคลื่อนที่ไปทางแคโทดและหลังจากถึงแล้วไอออนจะรวมตัวกันเป็น SO₄. มันทำปฏิกิริยากับตะกั่ว แคโทด จึงเกิดตะกั่วซัลเฟต

PbSO₄+ 2H = PbO + H_สองหรือ

PbO + H_สองดังนั้น₄= PbSO₄+ 2 ชม_สองหรือ

PbO_สอง+ H_สองดังนั้น₄+ 2H = PbSO₄+ 2 ชม_สองหรือ

ปฏิกริยาเคมี

ในระหว่างกระบวนการชาร์จใหม่แคโทดและขั้วบวกจะเชื่อมต่อกับขอบด้านลบและด้านบวกของแหล่งจ่ายไฟ DC H2 ไอออนบวกเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแคโทดและได้รับอิเล็กตรอนสองตัวและก่อตัวเป็นอะตอม H2 มันผ่านปฏิกิริยาทางเคมีกับตะกั่วซัลเฟตและกลายเป็นตะกั่วและกรดซัลฟิวริก

PbSO₄+ 2 ชม_สองO + 2H = PbSO₄+ 2 ชม_สองดังนั้น₄

สมการรวมสำหรับทั้งสองกระบวนการแสดงเป็น

กระบวนการปลดปล่อยและเติมเงิน

ที่นี่ลูกศรชี้ลงแสดงถึงการคายประจุและลูกศรชี้ขึ้นแสดงกระบวนการชาร์จ

ชีวิต

อุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่กรดตะกั่วคือ 25⁰C ซึ่งหมายถึง 77⁰F. การเพิ่มขึ้นของช่วงอุณหภูมิทำให้อายุยืนสั้นลง ตามกฎสำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 80 องศาเซลเซียสจะลดครึ่งอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ในขณะที่ค่าที่ควบคุมแบตเตอรี่ที่ทำงานที่ 25⁰C มี แบตเตอรี่ตะกั่วกรด 10 ปี และเมื่อดำเนินการที่ 33⁰C มีอายุการใช้งาน 5 ปีเท่านั้น

การใช้งานแบตเตอรี่กรดตะกั่ว

• สิ่งเหล่านี้ใช้ในการลดน้ำหนักในกรณีฉุกเฉินเพื่อให้มีพลังงานสำหรับปั๊มบ่อ
• ใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้า
• เรือดำน้ำ
• เรือดำน้ำนิวเคลียร์

บทความนี้ได้อธิบายหลักการทำงานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดประเภทอายุการใช้งานโครงสร้างปฏิกิริยาเคมีและการใช้งาน นอกจากนี้ทราบว่ามีอะไรบ้าง ข้อดีของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด และข้อเสีย ในโดเมนต่างๆ?