قبل القفز مباشرة لمعرفة المفاهيم المتعلقة ببطارية الرصاص الحمضية ، دعونا نبدأ بتاريخها. لذلك ، لاحظ عالم فرنسي يُدعى نيكولاس غوثروت في عام 1801 أنه في اختبار التحليل الكهربائي ، يوجد حد أدنى من التيار حتى في حالة انقطاع البطارية الرئيسية. بينما في عام 1859 قام عالم يدعى Gatson بتطوير بطارية حمض الرصاص وكانت هذه أول بطارية يتم إعادة شحنها من خلال مرور التيار العكسي. كانت هذه هي النسخة الأولية من هذا النوع من البطاريات في حين أضاف Faure بعد ذلك العديد من التحسينات إلى هذا ، وأخيرًا ، اخترع Henri Tudor النوع العملي لبطارية حمض الرصاص في عام 1886. دعونا نناقش المزيد من التفاصيل حول هذا النوع من البطاريات. البطارية ، العمل ، الأنواع ، البناء ، والفوائد.
ما هي بطارية الرصاص الحمضية؟
تأتي بطارية الرصاص الحمضية تحت تصنيف البطاريات القابلة لإعادة الشحن والثانوية. على الرغم من النسب الدنيا للبطارية من الطاقة إلى الحجم والطاقة إلى الوزن ، إلا أنها تمتلك القدرة على توفير تيارات تصاعد متزايدة. هذا يتوافق مع أن خلايا حمض الرصاص تمتلك قدرًا كبيرًا من القوة لنسب الوزن.
هذه هي البطاريات التي تستخدم الرصاص بيروكسيد الرصاص والإسفنج لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. يتم استخدام هذه الأجهزة في الغالب في المحطات الفرعية وأنظمة الطاقة بسبب زيادة مستويات جهد الخلية وتقليل التكلفة.
بناء
في ال بناء بطارية الرصاص الحمضية ، الأطباق والحاويات هي المكونات الأساسية. يقدم القسم أدناه وصفًا تفصيليًا لكل مكون مستخدم في الإنشاء. ال مخطط بطارية الرصاص الحمضية يكون
حاوية
يتكون جزء الحاوية هذا من الإيبونيت ، والخشب المطلي بالرصاص ، والزجاج ، والمطاط الصلب المصنوع من عنصر البيتومين ، أو مواد السيراميك ، أو البلاستيك المزور الذي يتم وضعه في الأعلى للتخلص من أي نوع من تفريغ الإلكتروليت. بينما في الجزء السفلي من الحاوية ، توجد أربعة أضلاع حيث يتم وضع اثنين على اللوحة الموجبة والأخرى على اللوحة السلبية.
هنا ، يعمل المنشور كقاعدة لكل من الألواح بالإضافة إلى أنه يحمي الألواح من دائرة القصر. يجب أن تكون المكونات المستخدمة في بناء الحاوية خالية من حامض الكبريتيك ، ويجب ألا تنثني أو منفذة ولا تحتوي على أي نوع من الشوائب التي تؤدي إلى تلف الإلكتروليت.
لوحات
يتم تصنيع الألواح الموجودة في بطارية الرصاص الحمضية بطريقة مختلفة وكلها تتكون من أنواع مماثلة من الشبكة التي تتكون من مكونات نشطة ورصاص. تعتبر الشبكة ضرورية لتأسيس موصلية التيار ونشر كميات متساوية من التيارات إلى المكونات النشطة. إذا كان هناك توزيع غير متساوٍ ، فسيتم فك المكون النشط. اللوحات الموجودة في هذه البطارية من نوعين. تلك هي من لوحات بلانت / مشكلة وألواح فور / لصقها.
يتم استخدام الألواح المشكلة بشكل أساسي للبطاريات الثابتة ولها وزن ثقيل ومكلفة أيضًا. لكنها تتمتع بمتانة طويلة ولا يمكن بسهولة أن تفقد مكوناتها النشطة حتى في عمليات الشحن والتفريغ المستمرة. هذه لديها الحد الأدنى من نسبة الوزن.
بينما تستخدم العملية الملصقة في الغالب لبناء ألواح سالبة من تلك الصفائح الموجبة. المكون النشط السلبي معقد إلى حد ما ويواجهون تعديل طفيف في عمليات الشحن والتفريغ.
المكون النشط
يُطلق على المكون الذي يشارك بنشاط في عمليات التفاعل الكيميائي التي تحدث في البطارية بشكل أساسي في وقت الشحن والتفريغ مكونًا نشطًا. المكونات النشطة هي:
- بيروكسيد الرصاص - يشكل مكونًا نشطًا إيجابيًا.
- الرصاص الإسفنج - تشكل هذه المادة المكون النشط السلبي
- حمض الكبريتيك المخفف - يستخدم هذا بشكل أساسي كإلكتروليت
فواصل
وهي عبارة عن صفائح رقيقة مصنوعة من المطاط المسامي وخشب الرصاص المطلي والألياف الزجاجية. يتم وضع الفواصل بين الألواح لتوفير عزل نشط. لديهم شكل مخدد من جانب ونهاية ناعمة على الحواف الأخرى.
حواف البطارية
لها حواف موجبة وسالبة بأقطار 17.5 مم و 16 مم.
مبدأ عمل بطارية الرصاص الحمضية
نظرًا لاستخدام حمض الكبريتيك كمحلول إلكتروليت في البطارية ، فعندما يذوب ، تتشتت الجزيئات الموجودة فيه على شكل SO4-(أيونات سالبة) و 2 H + (أيونات موجبة) وستكون لها حرية الحركة. عندما يتم غمس هذه الأقطاب في المحاليل وتوفر مصدرًا للتيار المستمر ، فإن الأيونات الموجبة سيكون لها حركة وتتحرك باتجاه الحافة السالبة للبطارية. وبنفس الطريقة ، سيكون للأيونات السالبة حركة وتتحرك باتجاه الحافة الإيجابية للبطارية.
تجمع كل أيونات الهيدروجين والكبريتات واحدًا واثنين من الإلكترون والأيونات السالبة من القطب السالب والأنود ولديها تفاعل مع الماء. هذا يشكل الهيدروجين وحمض الكبريتيك. في حين أن التفاعلات المطورة من التفاعلات المذكورة أعلاه تتفاعل مع أكسيد الرصاص وتشكل بيروكسيد الرصاص. هذا يعني في وقت عملية الشحن أن عنصر الكاثود الرئيسي يظل الرصاص نفسه بينما يتشكل أنود الرصاص على شكل بيروكسيد الرصاص وهو بني داكن اللون.
عندما لا يكون هناك العرض DC ثم في الوقت الذي يتم فيه توصيل الفولتميتر بين الأقطاب الكهربائية ، فإنه يعرض فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية. عندما يكون هناك اتصال بين الأقطاب الكهربائية ، سيكون هناك مرور للتيار من السالب إلى الصفيحة الموجبة عبر دائرة خارجية مما يدل على أن الخلية لديها القدرة على توفير شكل كهربائي للطاقة.
لذلك ، هذا يظهر بطارية الرصاص الحمضية تعمل سيناريو.
أنواع مختلفة
ال أنواع بطاريات الرصاص الحمضية يتم تصنيفها بشكل أساسي إلى خمسة أنواع ويتم شرحها بالتفصيل في القسم أدناه.
النوع المغمور - هذا هو نوع اشتعال المحرك التقليدي وله نوع من بطارية الجر. يتمتع المنحل بالكهرباء بحرية الحركة في قسم الخلية. يمكن للأشخاص الذين يستخدمون هذا النوع الوصول إلى كل خلية ويمكنهم إضافة الماء إلى الخلايا عندما تجف البطارية.
نوع مختوم - هذا النوع من بطاريات الرصاص الحمضية هو مجرد تغيير بسيط لنوع البطاريات المغمورة. على الرغم من عدم قدرة الأشخاص على الوصول إلى كل خلية في البطارية ، إلا أن التصميم الداخلي يشبه تقريبًا النوع الذي غمرته المياه. الاختلاف الرئيسي في هذا النوع هو وجود كمية كافية من الحمض الذي يقاوم حدوث تدفق سلس للتفاعلات الكيميائية طوال عمر البطارية.
نوع VRLA - تسمى هذه بطاريات حمض الرصاص المنظمة بصمام والتي تسمى أيضًا نوعًا مغلقًا من البطاريات. يسمح إجراء التحكم في القيمة بالتطور الآمن لـ Oاثنينو حاثنينالغازات وقت الشحن.
نوع AGM - هذا هو نوع البطارية من نوع Absorbed Glass Matte الذي يسمح للإلكتروليت بالتوقف بالقرب من مادة اللوحة. يعمل هذا النوع من البطاريات على زيادة أداء عمليات التفريغ والشحن. تستخدم هذه بشكل خاص في الرياضات القوية وتطبيقات بدء تشغيل المحرك.
نوع الجل - هذا هو النوع الرطب من بطاريات الرصاص الحمضية حيث يكون المنحل بالكهرباء في هذه الخلية مرتبطًا بالسيليكا مما يجعل المادة تصلب. استهلكت قيم جهد إعادة الشحن للخلية الحد الأدنى عند مقارنتها بأنواع أخرى ولديها حساسية أكبر أيضًا.
تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية
يحدث التفاعل الكيميائي في البطارية بشكل أساسي أثناء طرق التفريغ وإعادة الشحن وفي عملية التفريغ يتم شرحه على النحو التالي:
عندما يتم تفريغ البطارية تمامًا ، يكون الأنود والكاثودات PbOاثنينوالرصاص. عندما يتم توصيلها باستخدام المقاومة ، يتم تفريغ البطارية ويكون للإلكترونات المسار المعاكس في وقت الشحن. تم تصميم حرف Hاثنينالأيونات لها حركة تجاه الأنود وتصبح ذرة. يأتي في متناول PbOاثنين، وبالتالي تشكل PbSO4وهو أبيض اللون.
وبنفس الطريقة ، فإن أيون الكبريتات لديه حركة نحو الكاثود وبعد الوصول ، يتشكل الأيون في SO4. يتفاعل مع الرصاص الكاثود وبالتالي تشكيل كبريتات الرصاص.
PbSO4+ 2H = PbO + H.اثنينأو
PbO + H.اثنينوبالتالي4= PbSO4+ 2 حاثنينأو
PbOاثنين+ حاثنينوبالتالي4+ 2H = PbSO4+ 2 حاثنينأو
التفاعلات الكيميائية
أثناء عملية إعادة الشحن ، يرتبط الكاثود والأنودات بالحواف السلبية والإيجابية لإمداد التيار المستمر. تتحرك أيونات H2 الموجبة في اتجاه الكاثود وتكتسب إلكترونين وتشكل ذرة H2. يخضع لتفاعل كيميائي مع كبريتات الرصاص ويشكل الرصاص وحمض الكبريتيك.
PbSO4+ 2 حاثنينO + 2H = PbSO4+ 2 حاثنينوبالتالي4
يتم تمثيل المعادلة المجمعة لكلتا العمليتين كـ
عملية التفريغ وإعادة الشحن
هنا ، يشير السهم المتجه لأسفل إلى التفريغ ويشير السهم المتجه لأعلى إلى عملية إعادة الشحن.
الحياة
درجة الحرارة الوظيفية المثلى لبطارية الرصاص الحمضية هي 250C مما يعني 770F. زيادة نطاق درجة الحرارة يقصر طول العمر. وفقًا للقاعدة ، فإن كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 80 درجة مئوية تقلل من عمر النصف للبطارية. بينما تعمل البطارية ذات القيمة المنظمة عند 250يحتوي C على عمر بطارية الرصاص الحمضية 10 سنوات. وعندما يتم تشغيل هذا عند 330ج ـ لها فترة حياة 5 سنوات فقط.
تطبيقات بطارية الرصاص الحمضية
- يتم استخدام هذه في الإضاءة في حالات الطوارئ لتوفير الطاقة لمضخات الحوض.
- يستخدم في المحركات الكهربائية
- الغواصات
- الغواصات النووية
توضح هذه المقالة مبدأ عمل بطارية الرصاص الحمضية وأنواعها وعمرها والبناء والتفاعلات الكيميائية والتطبيقات. بالإضافة إلى ذلك ، تعرف على ملف مزايا بطارية الرصاص الحمضية وعيوب في مختلف المجالات؟
