Rūgštinės baterijos ir jų charakteristikos

Baterija yra energijos šaltinis, kuriame cheminės reakcijos energija iškrovimo metu paverčiama elektros energija, o įkrovimo metu – atvirkščiai. Pagrindinis jos skirtumas nuo įprastos baterijos yra galimybė atkurti energiją ją įkraunant. Norint įkrauti, reikia tiekti nuolatinę srovę priešinga kryptimi nei iškrovimas.

Švino rūgšties akumuliatoriai buvo išrasti XIX amžiuje ir dėl mažos kainos bei didelio efektyvumo išlieka populiariausiais akumuliatoriais visame pasaulyje. Įrenginį sudaro korpusas ir du priešingo poliškumo elektrodai, panardinti į elektrolitą – rūgšties tirpalą – todėl jie vadinami švino rūgšties akumuliatoriais (AKB – Rechargeable Acid Batteries). Švino rūgšties akumuliatoriai dar vadinami švino rūgšties akumuliatoriais dėl medžiagos, iš kurios pagaminti elektrodai.

Kaip jie veikia?

Baterija veikia elektrocheminiu švino ir švino dioksido reakcijos vandeniniame sieros rūgšties tirpale procesu. Kai elektrodams taikomas krūvis, tarp švino dioksido ir sieros rūgšties (H2) vyksta cheminė reakcija.₂Taigi₄, taip pat švino oksidacijos reakcija į švino sulfatą. Iškrovimo metu švino dioksidas redukuojamas ties katodu („-“), o švinas oksiduojamas ties anodu („+“). Įkrovimo metu vyksta atvirkštinės cheminės reakcijos ir vandens elektrolizė, kurios metu anode išsiskiria deguonis, o katode – vandenilis.

Baterijoje vykstančias sąveikos reakcijas galima apibūdinti dviem formulėmis:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂Taigi₄ → 2PbSO₄₄ + 2 val.₂O — iškrovimas.
2. 2PbSO₄ + 2 val.₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂Taigi₄ — mokestis.

Iškrovimo metu anodo ir katodo aktyviosiose masėse vyksta švino sulfato susidarymo procesas, o sieros rūgštis H sunaudojama.₂Taigi₄ ir elektrolito tankio sumažėjimą. Įkrovimo metu vyksta atvirkštinės reakcijos, susidaro sieros rūgštis ir padidėja elektrolito tankis. Įkrovimo proceso pabaigai būdingas medžiagų virsmo prie elektrodų užbaigimas ir elektrolito pokyčių nutrūkimas. Jei įkrovimas tęsiasi, vyksta nepageidaujama vandens skaidymosi reakcija (elektrolizė), kurios metu elektrolite išsiskiria deguonies ir vandenilio burbuliukai, todėl susidaro virimo iliuzija. Jei taip nutinka, į akumuliatorių reikia įpilti distiliuoto vandens, kad būtų atkurtas elektrolito lygis.

Dizainas

Rūgštinių akumuliatorių pagrindinė vidinė konstrukcija išliko nepakitusi daugiau nei šimtą metų.

            Baterijų dizainas apima:

1. Elektrodai yra plokščių grotelių pavidalo, pagaminti iš švino, o į jų elementus įpresuoti švino dioksido milteliai (PbO).₂) ant anodo, metaliniai švino milteliai (Pb) ant katodo.
2. Separatorius yra porėta dielektrinė medžiaga, kuri atskiria elektrodus vieną nuo kito, užkertant kelią trumpiesiems jungimams.
3. Elektrolitas yra sieros rūgštis, praskiesta vandeniu (distiliuota) H₂Taigi₄, į jį dedami elektrodai ir separatorius. Didžiausias elektrinis laidumas pasiekiamas esant 20 °C temperatūrai.^OC, sieros rūgšties koncentracija yra 35 %, o tai atitinka 1,26 g/cm³ elektrolito tankį. Vidinė varža yra minimali, o nuostoliai įrenginyje žymiai sumažėja. Žemos temperatūros klimate tirpalo tankis gali padidėti iki 1,29 g/cm³–1,31 g/cm³. Padidinus rūgšties tirpalo koncentraciją, elektrolitas neužšalsta ir korpuso viduje nesusidaro ledas, kuris gali pažeisti elektrodus ir plyšti akumuliatorius.

Pagrindinės charakteristikos, parametrai

1. Talpa (nominalus) - elektros energijos kiekis, kurį gali tiekti rūgštinės baterijos, matavimas atliekamas iškrovimo metu, esant mažos srovės apkrovai, matavimo vienetai - A*h.
2. Pradinė srovė – rodo akumuliatoriaus gebėjimą tiekti didelę srovę esant –18 °C temperatūrai^OPusei minutės.
3. Talpa (rezervinė) – rodo laikotarpį, per kurį rūgštiniai akumuliatoriai tiekia 25 A srovę iki 10,5 V įtampos.
4. Išsikrovusios baterijos apatinė įtampos vertė yra 1,75–1,8 V.
5. Darbinės temperatūros diapazonas — — 40^Onuo - + 40^OSU.

Veislės

Pagal veikimo režimą rūgštinės baterijos gali būti suskirstytos į tris grupes:

1. Ciklinis režimas – veikia visiško iškrovimo ir visiško įkrovimo ciklu, periodiškai atjungiant akumuliatorių nuo maitinimo šaltinio. Tai laikomas sunkiausiu režimu, 100 % iškrovimo ciklų skaičius yra ribotas.
2. Buferinis režimas yra plačiai naudojamas režimas, tausojantis akumuliatorių; jis neleidžia visiškai išsikrauti ir jam būdingas nuolatinis prijungimas prie maitinimo šaltinio.
3. Mišrus – buferinio ir ciklinio režimų derinys, tačiau didžioji veikimo laiko dalis praleidžiama buferiniame režime.

Dažniausiai rinkoje esantys švino rūgšties akumuliatoriai gali būti suskirstyti į šiuos tipus:

Peržiūrėti	Paslauga	Aprašymas	Įtampa, V
Švino-rūgšties akumuliatoriai	Aptarnaujama	Automobilių akumuliatoriai būna šių tipų: mažai antimono turintys, antimoniniai, rūgštiniai-kalcio ir hibridiniai.	612
AGM VRLA	Nereikalinga priežiūra	Separatoriai pagaminti iš stiklo pluošto, ciklinio ir buferinio veikimo režimo.	24612
VRLA	Nereikalinga priežiūra	Sandarus korpusas, kartais pagamintas iš kalcio, neišskiria dujų, naudojamas buferiniu režimu.	24612
GELIO VLRA	Nereikalinga priežiūra	Elektrolitas yra silikagelis, kuris prailgina akumuliatoriaus veikimo laiką, o akumuliatorius veikia buferiniu režimu.	24612243648
OPzV	Nereikalinga priežiūra	Elektrodai yra vamzdinės konstrukcijos, atsparūs visiškam iškrovimui ir jų tarnavimo laikas yra maždaug 22 metai.	2

Paraiška

1. Automobilių rūgštiniai akumuliatoriai naudojami kaip starterio akumuliatoriai.
2. Kompiuterinė įranga – nepertraukiamo maitinimo šaltiniai (UPS) leidžia išsaugoti informaciją dingus elektrai.
3. Pramoninė gamyba – rūgštinės baterijos naudojamos kaip atsarginiai energijos šaltiniai.

Įkrovimas ir bendros rekomendacijos

1. Įkrovimas turi būti atliekamas 20 laipsnių temperatūroje^OSU.
2. Įkrovimo srovė neturėtų viršyti 10% nominalios akumuliatoriaus talpos.
3. Naudojimui transporto priemonėse rūgštinės baterijos Esant žemai temperatūrai, geriau naudoti su vidine elektrine šildymo sistema, nes talpaĮrenginio efektyvumas sumažėja 1 %, kai temperatūra sumažėja 1^OSU.
4. Nerekomenduojama laikyti. rūgštinės baterijos esant aukštesnei nei 30 °C temperatūrai^OSu arba išsikrovusiais akumuliatoriais, juos pirmiausia reikia visiškai įkrauti.
5. Žiemą akumuliatorių geriau laikyti šaltoje vietoje, nes savaiminio išsikrovimo procesas bus minimalus, todėl prieš tai būtina sutepti teigiamą polių.
6. Prieš naudojimą, rūgštinės baterijos reikia įnešti į kambarį, kurio temperatūra yra 20^ONuo 8 iki 10 valandų, kad būtų paruoštas darbui.