Сколько килограмм свинца в аккумуляторе 55

BatteryStuff Статьи | Свинцово-кислотный аккумулятор объяснил

Стю Олтман - технический редактор, журнал Wing World
Отредактировано и перепечатано с разрешения

12-вольтовая аккумуляторная батарея для мотоцикла состоит из пластикового корпуса с шестью элементами. Каждая ячейка состоит из набора положительных и отрицательных пластин, погруженных в разбавленный раствор серной кислоты, известный как электролит, и каждая ячейка имеет напряжение около 2,1 вольт при полной зарядке.Шесть элементов соединены вместе, чтобы получить полностью заряженную батарею около 12,6 вольт.

Это здорово, но как прилипание свинцовых пластин к серной кислоте производит электричество? Батарея использует электрохимическую реакцию для преобразования химической энергии в электрическую энергию. Давайте посмотрим. Каждая клетка содержит пластины, напоминающие крошечные квадратные теннисные ракетки, сделанные из свинцовой сурьмы или свинцового кальция. Паста из так называемого «активного материала» затем связывается с пластинами; губчатый свинец для отрицательных пластин и диоксид свинца для положительных.Этот активный материал - то, где химическая реакция с серной кислотой имеет место, когда электрическая нагрузка помещена через клеммы батареи.

Как это работает

Позвольте мне сначала дать вам общую картину для тех, кто не очень ориентирован на детали. В основном, когда батарея разряжается, серная кислота в электролите истощается, так что электролит больше напоминает воду. В то же время сульфат из кислоты покрывает пластины и уменьшает площадь поверхности, на которой может протекать химическая реакция.Зарядка полностью изменяет процесс, возвращая сульфат обратно в кислоту. Это в двух словах, но читайте дальше для лучшего понимания. Если вы уже выбежали из комнаты, крича и дергая себя за волосы, не волнуйтесь.

Электролит (серная кислота и вода) содержит заряженные ионы сульфата и водорода. Сульфат-ионы заряжены отрицательно, а ионы водорода имеют положительный заряд. Вот что происходит при включении нагрузки (фара, стартер и т. Д.). Сульфат-ионы движутся к отрицательным пластинам и отдают свой отрицательный заряд.Оставшийся сульфат соединяется с активным материалом на пластинах с образованием сульфата свинца. Это снижает прочность электролита, а сульфат на пластинах действует как электрический изолятор. Избыточные электроны вытекают с отрицательной стороны батареи через электрическое устройство и обратно на положительную сторону батареи. На положительной клемме батареи электроны возвращаются обратно и принимаются положительными пластинами. Кислород в активном материале (диоксид свинца) реагирует с ионами водорода с образованием воды, а свинец реагирует с серной кислотой с образованием сульфата свинца.

Ионы, движущиеся в электролите, создают поток тока, но, когда элемент разряжается, количество ионов в электролите уменьшается, и площадь активного материала, доступного для их приема, также уменьшается, поскольку он покрывается сульфатом. Помните, что химическая реакция происходит в порах на активном материале, который связан с пластинами.

Многие из вас, возможно, заметили, что аккумулятор, используемый для запуска велосипеда, который просто не заводится, быстро достигнет точки, в которой он даже не перевернет двигатель.Однако, если эту батарею оставить на некоторое время в покое, она, похоже, вернется к жизни. С другой стороны, если вы оставляете переключатель в положении «парковка» на ночь (горит только пара небольших лампочек), батарея будет полностью бесполезна утром, и никакое количество отдыха не приведет к ее восстановлению. Почему это? Поскольку ток возникает в результате химической реакции на поверхности пластин, сильный поток тока будет быстро восстанавливать электролит на поверхности пластин до воды. Напряжение и ток будут снижены до уровня, недостаточного для работы стартера.Требуется время, чтобы больше кислоты диффундировало через электролит и попадало на поверхность пластин. Короткий период отдыха завершает это. Кислота не истощается так быстро, когда ток небольшой (например, для питания лампы заднего вида), а скорость диффузии достаточна для поддержания напряжения и тока. Это хорошо, но когда напряжение в конце концов падает, во внешних пределах ячейки больше не прячется кислота, которая мигрирует к пластинам. Электролитом в основном является вода, а пластины покрыты изолирующим слоем сульфата свинца.Зарядка теперь требуется.

Саморазряд

Одна не очень приятная особенность свинцово-кислотных батарей в том, что они разряжаются сами по себе, даже если не используются. Общее эмпирическое правило - уровень саморазряда в один процент в день. Эта скорость увеличивается при высоких температурах и уменьшается при низких температурах. Не забывайте, что ваш Gold Wing с часами, стерео и радио CB никогда не выключается полностью. Каждое из этих устройств имеет «поддерживающую память память» для сохранения настроек и времени радиостанции, и эти воспоминания потребляют около 20 миллиампер или.020 ампер. Это будет высосать около половины ампер-часа из вашей батареи в день при температуре 80 градусов по Фаренгейту. В результате этого розыгрыша в сочетании со скоростью саморазряда аккумулятор разряжается на 50 процентов за две недели, если велосипед оставить без присмотра и без присмотра.

при зарядке батареи

Зарядка - это процесс, который обращает вспять электрохимическую реакцию. Он преобразует электрическую энергию зарядного устройства в химическую энергию. Помните, батарея не хранит электричество; он хранит химическую энергию, необходимую для производства электроэнергии.

Зарядное устройство батареи меняет направление тока, при условии, что зарядное устройство имеет большее напряжение, чем батарея. Зарядное устройство создает избыток электронов на отрицательных пластинах, и положительные ионы водорода притягиваются к ним. Водород реагирует с сульфатом свинца с образованием серной кислоты и свинца, и когда большая часть сульфата исчезает, водород поднимается из отрицательных пластин. Кислород в воде реагирует с сульфатом свинца на положительных пластинах, превращая их снова в диоксид свинца, и пузырьки кислорода поднимаются из положительных пластин, когда реакция почти завершена.

Многие думают, что внутреннее сопротивление батареи высокое, когда батарея полностью заряжена, и это не так. Если вы подумаете об этом, вы вспомните, что сульфат свинца действует как изолятор. Чем больше сульфатов на пластинах, тем выше внутреннее сопротивление аккумулятора. Более высокое сопротивление разряженной батареи позволяет ей принимать более высокую скорость зарядки без выделения газа или перегрева, чем когда батарея почти полностью заряжена. Почти полный заряд, не осталось много сульфата для поддержания обратной химической реакции.Уровень тока зарядки, который можно подавать, не перегревая батарею или не расщепляя электролит на водород и кислород, известен как «естественная скорость поглощения» батареи. Когда зарядный ток превышает эту естественную скорость поглощения, происходит перезарядка. Аккумулятор может перегреться, и электролит начнет пузыриться. На самом деле, некоторая часть зарядного тока теряется в виде тепла даже при правильных уровнях зарядки, и эта неэффективность создает необходимость откладывать в батарею больше ампер-часов, чем потребовалось.Подробнее об этом позже.

Как долго прослужит моя батарея?

Есть много вещей, которые могут привести к выходу батареи из строя или значительному сокращению срока ее службы. Одна из таких вещей позволяет батарее оставаться в частично разряженном состоянии . Мы говорили о формировании сульфата на поверхности пластин батареи во время разряда, и сульфат также образуется в результате саморазряда. Сульфат также быстро образуется, если уровень электролита падает до такой степени, что пластины открыты.Если оставить этот сульфат на пластинах, кристаллы будут увеличиваться и затвердевать до тех пор, пока их не станет невозможно удалить из-за зарядки. Следовательно, количество доступной площади поверхности для химической реакции будет постоянно уменьшаться. Это состояние известно как «сульфатирование», и оно постоянно снижает емкость батареи. Батарея емкостью 20 ампер-часов может начать работать как батарея емкостью 16 ампер-часов (или меньше), быстро теряя напряжение под нагрузкой и не поддерживая достаточное напряжение во время проворачивания для работы системы зажигания велосипеда.Последнее условие очевидно, когда двигатель отказывается запускаться, пока вы не уберете палец с кнопки запуска. Когда вы отпускаете стартер, напряжение аккумулятора мгновенно возвращается к достаточному уровню. Поскольку двигатель еще ненадолго вращается, включенное зажигание зажигает свечи зажигания. В следующем выпуске мы увидим, почему именно повышенное внутреннее сопротивление из-за сульфатирования приводит к уменьшению подачи энергии на стартер.

Глубокая разрядка - еще один убийца батареи.Каждый раз, когда батарея глубоко разряжается, часть активного вещества падает с пластин и падает на дно батарейного отсека. Естественно, это оставляет меньше материала для проведения химической реакции. Если достаточное количество этого материала накапливается в нижней части корпуса, оно закроет пластины вместе и уничтожит батарею.

Избыточная зарядка - коварный убийца; его эффекты часто не очевидны ни в чем не повинному покупателю ручного зарядного устройства за десять долларов, который оставляет его подключенным к батарее в течение длительных периодов.Аккумулятор заряжается с постоянной скоростью независимо от состояния заряда аккумулятора. Если эта скорость превышает естественную степень поглощения батареи при полном заряде, электролит начнет разрушаться и испаряться. Многие гонщики хранили велосипед всю зиму на зарядном устройстве только для того, чтобы весной найти аккумулятор практически пустым. Кроме того, поскольку зарядка имеет тенденцию окислять положительные пластины, продолжительная избыточная зарядка может разъедать пластины или разъемы, пока они не ослабнут и не сломаются.

Недозарядка - это состояние, которое существует на многих мотоциклах.Ваш регулятор напряжения настроен на поддержание напряжения системы на уровне от 14 до 14,4 вольт. Если вы один из тех людей, которые ездят по автомагистралям между штатами с вашим вольтметром, показывающим только 13,5 вольт, потому что вы горит больше ламп, чем рождественский дисплей Macy, вы должны знать, что это напряжение достаточно для поддержания заряженной батареи, но недостаточно для полной зарядки. перезарядить истощенный.

Помните, мы говорили, что выделение газа происходит, когда весь или большая часть сульфата свинца превращается обратно в свинец и диоксид свинца.Напряжение, при котором это обычно происходит, называемое напряжением подачи газа, обычно составляет чуть выше 14 вольт. Если напряжение вашей системы никогда не становится таким высоким, и если вы никогда не компенсируете это, подключив зарядное устройство к дому, сульфат начнет накапливаться и затвердевать, как зубной налет во рту. Подумайте о том, что тщательная периодическая зарядка будет как хорошая работа с зубной нитью и чисткой зубов. Если вы практикуете плохую гигиену зубов, вы можете пойти к зубному врачу, чтобы он взорвался и поцарапал грязные вещи.Когда ваша батарея достигает этой стадии, это занавески!

Какой тип зарядного устройства и почему

У вашего генератора переменного тока и стандартного автомобильного зарядного устройства конусности много общего; они стремятся поддерживать постоянное напряжение. Вот проблема с попыткой быстро зарядить глубоко разряженную батарею любым из них. Помните, мы обсуждали, как сильное потребление тока может привести к разрядке батареи. Затем, когда кислота диффундирует через ячейки, концентрация на поверхности пластин будет увеличиваться, и батарея вернется к жизни.

Аналогичным образом, напряжение батареи во время зарядки увеличивается из-за концентрации кислоты, которая возникает на поверхности пластин. Если скорость зарядки значительна, напряжение будет быстро расти. Конусное зарядное устройство или стабилизатор напряжения транспортного средства будут резко снижать скорость заряда при повышении напряжения выше 13,5, но соответствует ли состояние заряда батареи напряжению? Нет! Еще раз, требуется время, чтобы кислота распространилась по клеткам.

Несмотря на то, что напряжение может быть высоким, электролит во внешних пределах ячеек все еще слаб, и батарея может находиться в состоянии гораздо более низкого уровня заряда, чем указывало бы напряжение.Только после продолжительной зарядки при уменьшенном токе будет достигнута полная емкость. По этой причине вы не должны судить о состоянии заряда аккумулятора, измеряя напряжение во время зарядки. Проверяйте его только после того, как батарея отработает не менее часа. Напряжение будет уменьшаться и стабилизироваться по мере того, как кислота диффундирует по клеткам.

В течение последних нескольких лет несколько компаний разработали зарядные устройства, которые могут быстро заряжать разряженную батарею, а затем держать батарею под напряжением, которое не приведет к ее газу и саморазряду.Их иногда называют «умными зарядными устройствами» или многоступенчатыми зарядными устройствами. Вот как они работают.

Мы сказали, что батарея может принимать гораздо более высокую скорость зарядки, когда она частично разряжена, чем когда она почти полностью заряжена. Эти многоступенчатые зарядные устройства используют этот факт, начиная зарядку в режиме постоянного тока или в режиме «объемного заряда». Как правило, они обеспечивают уровень заряда от 650 мА до 1,5 А, в зависимости от марки и модели. Этот объемный заряд поддерживается постоянным (или должен быть), пока напряжение батареи не достигнет 13.5 вольт, что позволяет аккумулятору поглощать большее количество заряда за короткое время и без повреждений. Затем зарядное устройство переключается на постоянное напряжение или «поглощающий» заряд.

Идея состоит в том, чтобы позволить батарее поглощать последние 15 процентов своего заряда с естественной скоростью поглощения, чтобы предотвратить чрезмерное выделение газа или нагрев. Наконец, эти зарядные устройства переключаются в «плавающий» режим, в котором напряжение аккумулятора поддерживается на уровне, достаточном для предотвращения его разрядки, но недостаточном для возникновения перезарядки.Различные компании обычно расходятся во мнениях относительно того, каким должно быть это напряжение, но обычно оно составляет от 13,2 до 13,4 вольт. На самом деле, плавающее напряжение должно быть с температурной компенсацией от 13,1 вольт при 90 градусах по Фаренгейту до 13,9 вольт при 50 градусах. Большинство очень дорогих многоступенчатых зарядных устройств большой мощности для использования на больших батареях RV имеют температурную компенсацию, но ни один из мотоциклетных агрегатов, насколько мне известно; они используют компромиссную настройку поплавка.

Итак, я могу просто установить его и забыть, верно? Ну, не совсем так.Во-первых, вам необходимо периодически проверять уровень заряда батареи (если только у вас нет запечатанной батареи). Другая проблема заключается в упражнении батареи. Даже если напряжение удерживается на уровне 13 Вольт, непоколебимое напряжение позволит батарее постепенно разряжаться. Для большинства этих устройств я рекомендую отключать зарядное устройство не реже одного раза в 60 дней во время сезонного хранения. Оставьте аккумулятор на пару дней, а затем снова подключите зарядное устройство.

все еще здесь?

Если вы все еще читаете это, вы настоящий солдат.Я понимаю, что предмет может быть запутанным или даже скучным, но наберитесь духа; Я смирился с тобой. Там гораздо больше осталось невыразимым, чем то, что появляется здесь. Это были "лучшие хиты батареи". Я надеюсь, что этого было достаточно, чтобы заинтересовать вас, не отправляя вас в информационную перегрузку, и, возможно, теперь, когда вы знаете, сколько существует способов сократить срок службы батареи, вы знаете, почему никто не может предсказать, как долго прослужит батарея. Многие гонщики, которые считают, что они отлично заботятся о своих батареях, на самом деле убивают их добротой.

Выберите зарядное устройство

Была ли эта информация полезной? Зарегистрируйтесь, чтобы получать обновления и предложения.

Как работают батареи? | Живая наука

Батареи

есть везде. Современный мир зависит от этих портативных источников энергии, которые можно найти во всем, от мобильных устройств до слуховых аппаратов и автомобилей.

Но несмотря на их распространенность в повседневной жизни людей, батареи часто остаются незамеченными. Подумайте об этом: вы действительно знаете, как работает аккумулятор? Не могли бы вы объяснить это кому-то еще?

Вот краткое изложение науки об источнике энергии для смартфонов, электромобилей, кардиостимуляторов и многого другого.[Тест: электрические против газовых транспортных средств]

Анатомия батареи

Большинство батарей содержат три основные части: электроды, электролит и сепаратор, по словам Энн Мари Састри, соучредителя и генерального директора Sakti3, базирующейся в Мичигане запуск технологии батареи.

В каждой батарее есть два электрода. Оба сделаны из проводящих материалов, но они выполняют разные роли. Один электрод, известный как катод, подключается к положительному концу батареи и находится там, где электрический ток уходит (или электроны попадают) в батарею во время разряда, то есть когда батарея используется для питания чего-либо.Другой электрод, известный как анод, соединяется с отрицательным концом батареи и находится там, где электрический ток входит (или электроны покидают) батарею во время разряда.

Между этими электродами, а также внутри них, находится электролит. Это жидкое или гелеобразное вещество, которое содержит электрически заряженные частицы или ионы. Ионы соединяются с материалами, из которых состоят электроды, вызывая химические реакции, которые позволяют батарее генерировать электрический ток.[Взгляд изнутри на то, как работают батареи (инфографика)]

Типичные батареи работают от химической реакции. [См. Полную инфографику] (Фото предоставлено Карлом Тэйтом, художником по инфографике).

Последняя часть батареи, разделитель, довольно проста. Роль сепаратора состоит в том, чтобы анод и катод были отделены друг от друга внутри батареи. По словам Шастри, без разделителя два электрода соприкоснутся, что создаст короткое замыкание и помешает нормальной работе батареи.

Как это работает

Чтобы представить, как работает батарея, представьте, как вы кладете щелочные батареи, например, двойные АА, в фонарик. Когда вы помещаете эти батареи в фонарик, а затем включаете его, то, что вы действительно делаете, это замыкаете цепь. Накапливаемая в батарее химическая энергия преобразуется в электрическую энергию, которая выходит из батареи и попадает в основание лампы фонаря, в результате чего она загорается. Затем электрический ток снова поступает в батарею, но на противоположном конце от того места, где он исходил.

Все части батареи работают вместе, чтобы фонарик загорелся. Электроды в батарее содержат атомы определенных проводящих материалов. Например, в щелочной батарее анод обычно сделан из цинка, а диоксид марганца действует как катод. И электролит между и внутри этих электродов содержит ионы. Когда эти ионы встречаются с атомами электродов, между ионами и атомами электродов происходят определенные электрохимические реакции.

Ряд химических реакций, которые происходят в электродах, все вместе известны как окислительно-восстановительные (окислительно-восстановительные) реакции.В батарее катод известен как окислитель, потому что он принимает электроны от анода. Анод известен как восстановитель, потому что он теряет электроны.

В конечном счете, эти реакции приводят к потоку ионов между анодом и катодом, а также к освобождению электронов от атомов электрода, сказал Састри.

Эти свободные электроны собираются внутри анода (нижняя, плоская часть щелочной батареи). В результате два электрода имеют разные заряды: анод становится отрицательно заряженным, когда электроны высвобождаются, и катод становится положительно заряженным, когда электроны (которые заряжены отрицательно) расходуются.Эта разница в заряде заставляет электроны стремиться к положительно заряженному катоду. Тем не менее, у них нет способа попасть внутрь батареи, потому что сепаратор не позволяет им сделать это.

Когда вы щелкаете выключателем на фонаре, все это меняется. Теперь у электронов есть путь к катоду. Но сначала они должны пройти через основание лампочки вашего фонарика. Цепь замыкается, когда электрический ток снова входит в аккумулятор через верх аккумулятора на катоде.

перезаряжаемые и неперезаряжаемые

Для первичных батарей, таких как фонари, реакции, которые подпитывают батарею, в конечном итоге прекращаются, что означает, что электроны, которые обеспечивают батарею ее зарядом, больше не будут создавать электрический ток. Когда это происходит, батарея разряжена или «разряжена», сказал Шастри.

Вы должны выбросить такие батареи, потому что электрохимические процессы, которые заставили батарею производить энергию, не могут быть обращены вспять, объяснил Састри.Однако электрохимические процессы, которые происходят во вторичных или перезаряжаемых батареях, могут быть обращены вспять путем подачи электрической энергии на батарею. Например, это происходит, когда вы подключаете аккумулятор мобильного телефона к зарядному устройству, подключенному к источнику питания.

Одними из наиболее распространенных вторичных батарей, используемых сегодня, являются литий-ионные (Li-ion) батареи, которые питают большинство потребительских электронных устройств. Эти батареи обычно содержат углеродный анод, катод из диоксида кобальта лития и электролит, содержащий соль лития в органическом растворителе.Другие аккумуляторные батареи включают никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлогидридные (NiMH) батареи, которые могут использоваться в таких вещах, как электромобили и аккумуляторные электроинструменты. Свинцово-кислотные (Pb-кислоты) аккумуляторы обычно используются для питания автомобилей и других транспортных средств для запуска, освещения и зажигания.

Все эти аккумуляторы работают по одному и тому же принципу, сказал Састри: «Когда вы подключаете аккумулятор к источнику питания, поток электронов меняет направление, и анод и катод возвращаются в свое первоначальное состояние.[Top 10 Disruptive Technologies]

Аккумулятор lingo

Хотя все аккумуляторы работают более или менее одинаково, разные типы аккумуляторов имеют разные функции. Вот несколько терминов, которые часто встречаются при обсуждении аккумуляторов:

Напряжение : когда речь идет о батареях, напряжение, также известное как номинальное напряжение элемента, описывает величину электрической силы или давления, при котором свободные электроны Састри объяснил, что переход от положительного конца аккумулятора к отрицательному концуВ низковольтных батареях ток движется медленнее (с меньшей электрической силой) из батареи, чем в батарее с более высоким напряжением (большей электрической силой). Аккумуляторы в фонаре обычно имеют напряжение 1,5 вольт. Однако, если фонарик использует две батареи подряд, эти батареи или элементы имеют суммарное напряжение 3 Вольт.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, как и те, которые используются в большинстве неэлектрических автомобилей, обычно имеют напряжение 2,0 вольт. Но обычно есть шесть из этих элементов, соединенных последовательно в автомобильном аккумуляторе, поэтому вы, вероятно, слышали, что такие аккумуляторы называются 12-вольтовыми.

Литий-кобальт-оксидные батареи - наиболее распространенный тип литий-ионных аккумуляторов, встречающихся в бытовой электронике, - имеют номинальное напряжение около 3,7 В, сказал Састри.

Ампер : Ампер или ампера - это мера электрического тока, или число электронов, которые протекают через цепь в течение определенного периода времени.

Емкость : Емкость или емкость элемента измеряется в ампер-часах, то есть количестве часов, в течение которых батарея может подавать определенное количество электрического тока до того, как ее напряжение упадет ниже определенного порога, согласно сообщению Райс. Университетский факультет электротехники и вычислительной техники.

9-вольтовая щелочная батарея - тип, используемый в портативных радиостанциях - рассчитана на 1 ампер-час, что означает, что эта батарея может непрерывно подавать один ампер тока в течение 1 часа, прежде чем достигнет порога напряжения и считается разряженной.

Плотность мощности : плотность мощности описывает количество энергии, которое батарея может выдавать на единицу веса, сказал Састри. По словам Састри, для электромобилей важна плотность мощности, поскольку она говорит о том, насколько быстро автомобиль может разогнаться с 0 до 60 миль в час (97 км / ч).Инженеры постоянно пытаются придумать способы сделать батареи меньше, не уменьшая при этом их удельную мощность.

Плотность энергии : плотность энергии описывает, сколько энергии способен выдавать аккумулятор, деленный на объем или массу аккумулятора, сказал Састри. Это число соответствует вещам, которые оказывают большое влияние на пользователей, например, сколько времени вам нужно пройти перед зарядкой мобильного телефона или как далеко вы можете ехать на электромобиле, прежде чем остановиться, чтобы подключить его.

Следуйте за Элизабет Палермо @ techEpalermo .Follow Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

.