Kako funkcioniše tehnologija baterije?
Olovo i kiselina su dve stvari koje većina ljudi dobro zna kako bi izbjegle. Olovo je teški metal koji može izazvati čitav spisak zdravstvenih problema, a kisela je, dobro, kiselina. Samo pominjanje ove riječi prigušuje slike guljivih zelenih tečnosti i ludih naučnika koji se bore za svjetsku dominaciju.
Ali, kao što je čokolada i kikiriki puter, olovo i kiselina ne izgledaju zajedno, ali one rade. Bez olova i kiseline, mi ne bi imali auto-baterije, a bez auto-baterija, ne bi imali ni jedan od savremenih dodataka - ili osnovnih potreba, kao što su prednja svetla - koja zahtevaju da električni sistem funkcioniše. Pa kako se, upravo, ovi dve smrtonosne supstance sjedinile kako bi se formiralo čvrsto postojanje elektronskih sistema automobila? Odgovor, da pozajmite frazu, je elementarno.
Nauka o čuvanju električne energije
Električne baterije su jednostavno skladišne posude koje mogu držati električni punjač i onda ih isprazniti u opterećenje. Neke baterije mogu proizvoditi električnu struju iz njihovih osnovnih komponenti čim se sastave. Ove baterije nazivaju se primarnim baterijama i obično se uklanjaju nakon što je punjenje istrošeno. Automobilske baterije se uklapaju u drugu kategoriju električnih baterija koje se mogu puniti, ispraznjavati i ponovo puniti. Ove sekundarne baterije koriste reverzibilnu hemijsku reakciju koja se razlikuje od jedne vrste punjive baterije do druge.
U smislu da većina ljudi može lako da razume, AA ili AAA baterije koje kupujete u prodavnici, držite u daljinskom upravljaču, a zatim bacite kada umremo su primarne baterije. Oni se sastavljaju, obično iz cink-ugljenika ili ćelija cinka i manganovog dioksida, a oni su sposobni da obezbede struju bez napajanja. Kada umru, bacite ih - ili ih odložite pravilno, ako više volite.
Naravno, možete kupiti iste AA ili AAA baterije u "punjivom" obliku koja košta više. Ovi akumulatori obično koriste nikel-kadmijum ili nikel-metal-hidridne ćelije. Za razliku od tradicionalnih "alkalnih" baterija, NiCd i NiMH baterije ne mogu omogućiti struju do opterećenja nakon montaže. Umjesto toga, električna struja se primjenjuje na ćelije, što uzrokuje hemijsku reakciju unutar baterije. Zatim držite bateriju na daljinskom upravljaču, a kada umre, stavite je u punjač i primena struje preokrene hemijski proces koji se javlja tokom pražnjenja.
Automobilske baterije koje koriste olovo i sumpornu kiselinu umesto oksihhidroksida nikla i legure koja apsorbuje vodonik, slične su NiMH baterijama u funkciji. Kada se električna struja nanosi na bateriju, dođe do hemijske reakcije i čuva se električna energija. Kada je baterija povezana sa opterećenjem, ta reakcija se obnavlja, a struju se obezbeđuje struja.
Čuvanje energije sa olovom i kiselinom
Ako koristite olovo i kiselinu za čuvanje električnog naboja zvuči arhaično, to jeste. Prva olovna baterija je izumljena 1850-ih, a baterija u vašem automobilu koristi iste osnovne principe. Dizajn i materijali su evoluirali tokom godina, ali ista osnovna ideja je u igri.
Kada se olovno-kiselina baterija isprazni, elektrolit postaje vrlo razblaženi rastvor sumporne kiseline - što znači da je uglavnom stari stari H20 sa nekim H2SO4 koji pluta oko nje. Olovne ploče, apsorbujući sumpornu kiselinu, postaju prvenstveno olovni sulfat. Kada se na bateriju primeni električna struja, ovaj proces se obnavlja. Olovne sulfatne ploče okreću (uglavnom) nazad u olovo, a razblaženi rastvor sumporne kiseline postaje više koncentrisan.
Ovo nije strašno efikasan način skladištenja električne energije, u smislu toga koliko teške i velike ćelije upoređuju sa količinom energije koju čuvaju, ali olovne kisele baterije danas i danas koriste iz dva razloga. Prvi je stvar ekonomije; olovne kisele baterije su mnogo jeftinije za proizvodnju nego bilo koja druga opcija. Drugi razlog je to što olovno-kiselinske baterije mogu da obezbede ogromne količine struje na zahtev, odjednom, što ih čini jedinstvenim za korištenje kao početne baterije.
Koliko je plitak vaš ciklus?
Tradicionalne automobilske baterije ponekad nazivaju SLI akumulatori , gde "SLI" označava pokretanje, osvetljenje i paljenje. Ova skraćenica ilustruje glavne ciljeve akumulatorske baterije prilično dobro, pošto je glavni zadatak bilo koje akumulatorske baterije pokretanje startnog motora, svetla i paljenja pre pokretanja motora. Nakon rada motora, alternator obezbeđuje svu potrebnu električnu energiju, a baterija se puni.
Ova vrsta upotrebe je plitka vrsta radnog ciklusa, jer pruža kratak raspon velike količine struje, i to je ono što su auto baterije posebno dizajnirane da rade. Imajući to u vidu, savremene automobilske baterije sadrže veoma tanke ploče olova, što omogućava maksimalnu izloženost elektrolitu i obezbeđuje najsigurniji amperaž za kratke periode. Ovaj dizajn je neophodan zbog velikih trenutnih zahtjeva starter motora.
Za razliku od pokretanja baterija, akumulatori sa dubokim ciklusom predstavljaju drugu vrstu olovno-kiselih baterija koji su dizajnirani za "dublje" ciklus. Konfiguracija ploča je drugačija, tako da nisu pogodna za pružanje velikih količina struje na zahtev. Umjesto toga, oni su dizajnirani da obezbede manje snage duže vreme. Ciklus je "dublje" jer je duži, a ne zbog ukupnog pražnjenja koja je veća. Za razliku od startnih baterija, koje se nakon svakog korišćenja automatski puniti , baterije sa dubokim ciklusom mogu se polako ispuštati - na bezbedan nivo - pre ponovnog ponovnog punjenja. Kao i pokretanje baterija, baterije sa olovnim kiselinama u dubokom ciklusu ne bi trebalo da budu ispražnjene ispod preporučenog nivoa kako bi se izbeglo trajno oštećenje.
Različiti paket, Ista tehnologija
Iako je osnovna tehnologija iza olovnih akumulatora ostala manje-više ista, napredak u materijalima i tehnikama rezultirao je nizom varijacija. Akumulatori dubokog ciklusa, naravno, koriste različitu konfiguraciju ploča kako bi omogućili dublje vreme rada. Druge varijacije idu dalje.
Najveći napredak u olovno-kiseloj baterijskoj tehnologiji verovatno su regulisane olovo kiselinom (VRLA) baterijama. I dalje koriste olovo i sumpornu kiselinu, ali nemaju "poplavljene" vlažne ćelije. Umjesto toga, koriste elektrolit ili gelove ćelije ili mat apsorbiranog stakla (AGM). Hemijski proces je isti na osnovnom nivou, ali ovi akumulatori nisu podložni isključivanju, kao što su poplavljene ćelijske baterije, niti su podložni curenju ako se preklapaju.
Iako VRLA baterije imaju niz prednosti, oni su mnogo skuplji za proizvodnju nego tradicionalne poplavljene baterije. Dakle, dok tehnologija nastavlja da se kreće ikada napred, šanse su da će se i dalje voziti s vrhunskom tehnologijom 1860-ih ispod vaše haube još neko vreme - osim ako ne išete električno. Ali to je potpuno druga stvar u pogledu baterija.