Свинец и кислота - это две вещи, которые большинство людей знают достаточно хорошо, чтобы их избежать. Свинец - это тяжелый металл, который может вызвать целый список проблем со здоровьем, а кислота - кислота. Простое упоминание этого слова вызывает в воображении образы пузырящихся зеленых жидкостей и кричащих ученых, склонных к мировому господству.
Но, как шоколад и арахисовое масло, свинец и кислота, похоже, не собирались вместе, но они это делают. Без свинца и кислоты у нас не было бы аккумуляторных батарей, и без автомобильных батарей у нас не было бы ни одного из современных аксессуаров - или предметов первой необходимости, таких как фары, - которые требуют использования электрической системы. Итак, как именно эти два смертельных вещества собрались вместе, чтобы сформировать прочную основу автомобильных электронных систем? Ответ, чтобы одолжить фразу, является элементарным.
Наука сохранения электрической энергии
Электрические батареи - это просто сосуды для хранения, которые способны удерживать электрический заряд, а затем разряжать его в нагрузку. Некоторые батареи могут производить электрический ток из своих базовых компонентов сразу же после их сборки. Эти батареи называются первичные батареи , и они обычно удаляются после того, как заряд был исчерпан. Автомобильные аккумуляторы вписываются в другую категорию электрической батареи, которую можно заряжать, разряжать и заряжать снова и снова. Эти вторичные батареи используйте обратимую химическую реакцию, которая отличается от одного типа перезаряжаемой батареи другой.
В терминах, которые большинство людей могут легко понять, батареи AA или AAA, которые вы покупаете в магазине, вставляете в свой пульт дистанционного управления, а затем выбрасывайте, когда они умирают, являются основными батареями. Они собираются, как правило, из цинк-углеродных или цинковых и марганцевых ячеек, и они способны обеспечивать ток без зарядки. Когда они умирают, вы бросаете их или распоряжаетесь ими, если хотите.
Конечно, вы можете приобрести те же батареи AA или AAA в «перезаряжаемой» форме, которая стоит дороже. Эти перезаряжаемые батареи обычно используют никель-кадмиевые или никель-металлгидридные ячейки. В отличие от традиционных «щелочных» батарей, NiCd и NiMH аккумуляторы не могут обеспечить ток нагрузке при сборке. Вместо этого электрический ток подается на ячейки, что вызывает химическую реакцию внутри батареи. Затем вы вставляете аккумулятор в пульт дистанционного управления, а когда он умирает, вы помещаете его в зарядное устройство, и применение тока меняет химический процесс, возникающий во время разрядки.
Автомобильные аккумуляторы, которые используют свинцово-серную кислоту вместо оксигидроксида никеля и водопоглощающего сплава, аналогичны батареям NiMH. Когда к аккумулятору подается электрический ток, происходит химическая реакция и сохраняется электрический заряд. Когда к аккумулятору подключена нагрузка, эта реакция меняет направление, и ток подается на нагрузку.
Хранение энергии свинцом и кислотой
Если использование свинца и кислоты для хранения электрического заряда звучит архаично, это так. Первая свинцово-кислотная батарея была изобретена в 1850-х годах, и батарея в вашем автомобиле использует одни и те же основные принципы. На протяжении многих лет дизайн и материалы развивались, но одна и та же основная идея в игре.
Когда свинцово-кислотная батарея разряжается, электролит становится очень разбавленным раствором серной кислоты, а это означает, что в основном это обычный H220 с некоторым количеством H2SO4. Листы свинца, поглотившие серную кислоту, становятся в основном сульфатом свинца. Когда электрический ток подается на аккумулятор, этот процесс меняет направление. Пластины сульфата свинца превращаются (в основном) обратно в свинец, а разбавленный раствор серной кислоты становится более концентрированным.
Это не очень эффективный способ хранения электрической энергии с точки зрения того, насколько тяжелые и большие ячейки сравниваются с количеством энергии, которую они хранят, но свинцово-кислотные батареи по-прежнему используются сегодня по двум причинам. Первый - вопрос экономики; свинцово-кислотные батареи намного дешевле в производстве, чем любой другой вариант. Другая причина в том, что свинцово-кислотные батареи способны обеспечить огромное количество тока по требованию сразу, что делает их уникальными для использования в качестве стартовых батарей.
Как Мелкий Ваш цикл?
Традиционные автомобильные аккумуляторы иногда называются Аккумуляторы SLI , где «SLI» означает запуск, освещение и зажигание. Эта аббревиатура очень хорошо иллюстрирует основные цели автомобильной батареи, так как основной задачей любого автомобильного аккумулятора является запуск стартера, фонарей и зажигания перед запуском двигателя. После запуска двигателя генератор обеспечивает всю необходимую электрическую энергию, и батарея заряжается.
Этот тип использования представляет собой нечетный тип рабочего цикла, поскольку он обеспечивает короткий всплеск большого количества тока, и это то, что специально предназначено для автомобильных аккумуляторов. Имея это в виду, современные автомобильные аккумуляторы содержат очень тонкие пластины из свинца, что обеспечивает максимальный уровень воздействия электролита и обеспечивает максимально возможную силу тока в течение коротких периодов времени. Такая конструкция необходима из-за огромных текущих требований к стартерным моторам.
В отличие от стартовых батарей, аккумуляторы с глубоким циклом - это другой тип свинцово-кислотной батареи, разработанный для «более глубокого» цикла.Конфигурация пластин различна, поэтому они не подходят для обеспечения большого количества тока по требованию. Вместо этого они предназначены для обеспечения меньшей мощности в течение более длительного времени. Цикл «глубже», потому что он длиннее, а не потому, что общий разряд больше. В отличие от пусковых батарей, которые автоматически перезаряжаются после каждого использования, батареи с глубоким циклом можно медленно разряжать до безопасного уровня, а затем снова заряжаться. Подобно стартовым батареям, кислотные аккумуляторы с глубоким циклом не должны разряжаться ниже рекомендованного уровня, чтобы избежать постоянного повреждения.
Разный пакет, одна и та же технология
Хотя базовая технология свинцово-кислотных батарей оставалась более или менее одинаковой, прогресс в материалах и методах привел к ряду изменений. Разумеется, батареи с глубоким циклом используют другую конфигурацию пластины, чтобы обеспечить более глубокий рабочий цикл. Другие варианты еще более усугубляют ситуацию.
Наибольшим успехом в технологии свинцово-кислотных аккумуляторов, вероятно, являются клапанные свинцово-кислотные (VRLA) батареи. Они все еще используют свинец и серную кислоту, но у них нет «затопленных» влажных клеток. Вместо этого они используют либо гелевые ячейки, либо поглощенный стеклянный мат (AGM) для электролита. Химический процесс является одним и тем же на базовом уровне, но эти батареи не подлежат отходящему газу, такие как батареи с затопленными ячейками, и они не подвержены утечке, если наконечники.
Хотя батареи VRLA имеют ряд преимуществ, они намного дороже, чем традиционные батареи с затопленными ячейками. Таким образом, пока технология продолжает идти вперед, скорее всего, вы все равно будете кататься с передовыми технологиями 1860-х годов под капотом еще какое-то время, если не будете электрическими. Но это совсем другое дело в отношении батарей.
