Batterie ad acido e loro caratteristiche

Una batteria è una fonte di energia in cui l'energia di una reazione chimica viene convertita in energia elettrica durante la scarica e viceversa durante la carica. La sua principale differenza rispetto a una batteria convenzionale è la capacità di ripristinare l'energia tramite ricarica. Per caricare, è necessario applicare una corrente continua nella direzione opposta a quella di scarica.

Le batterie al piombo-acido furono inventate nel XIX secolo e rimangono le batterie più diffuse al mondo grazie al loro basso costo e all'elevata efficienza. Il dispositivo è costituito da un involucro e da due elettrodi di polarità opposta, immersi in un elettrolita, una soluzione acida, da cui il nome batterie al piombo-acido (AKB - Rechargeable Acid Batteries). Le batterie al piombo-acido sono anche note come batterie al piombo-acido, per via del materiale di cui sono fatti gli elettrodi.

Come funzionano?

La batteria funziona grazie al processo elettrochimico di reazione tra piombo e biossido di piombo in una soluzione acquosa di acido solforico. Quando si applica un carico agli elettrodi, si verifica una reazione chimica tra il biossido di piombo e l'acido solforico (H).₂COSÌ₄, così come la reazione di ossidazione del piombo a solfato di piombo. Durante la scarica, il biossido di piombo viene ridotto al catodo ("-") e il piombo viene ossidato all'anodo ("+"). Durante la carica, si verificano reazioni chimiche inverse e l'elettrolisi dell'acqua, rilasciando ossigeno all'anodo e idrogeno al catodo.

Le reazioni di interazione che si verificano nella batteria possono essere descritte da due formule:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂COSÌ₄ → 2PbSO₄ + 2 ore₂O — scarico.
2. 2PbSO₄ + 2 ore₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂COSÌ₄ - carica.

Durante la scarica avviene il processo di formazione di solfato di piombo nelle masse attive dell'anodo e del catodo e il consumo di acido solforico H₂COSÌ₄ e una diminuzione della densità dell'elettrolita. Durante la carica, si verificano reazioni inverse, si forma acido solforico e la densità dell'elettrolita aumenta. La fine del processo di carica è caratterizzata dal completamento della trasformazione delle sostanze agli elettrodi e dalla cessazione delle alterazioni dell'elettrolita. Se la carica continua, si verifica una reazione di decomposizione dell'acqua (elettrolisi) indesiderata, che rilascia bolle di ossigeno e idrogeno nell'elettrolita, dando l'illusione di ebollizione. In questo caso, è necessario aggiungere acqua distillata alla batteria per ripristinare l'elettrolita.

Progetto

Le batterie all'acido sono rimaste invariate nella loro struttura interna di base per oltre cento anni.

            La progettazione delle batterie include:

1. Gli elettrodi sono costituiti da griglie piatte in piombo, con polvere di biossido di piombo (PbO) pressata nelle celle.₂) sull'anodo, polvere di piombo metallico (Pb) sul catodo.
2. Il separatore è un dielettrico poroso che separa gli elettrodi l'uno dall'altro, impedendo cortocircuiti.
3. L'elettrolita è acido solforico diluito con acqua (distillata) H₂COSÌ₄, al suo interno sono posizionati elettrodi e un separatore. La massima conduttività elettrica si ottiene a una temperatura di 20^OC, la concentrazione di acido solforico è del 35%, il che si traduce in una densità dell'elettrolita di 1,26 g/cm³. La resistenza interna è minima e le perdite all'interno del dispositivo sono significativamente ridotte. In climi a basse temperature, la densità della soluzione può aumentare fino a 1,29 g/cm³ - 1,31 g/cm³. L'aumento della concentrazione della soluzione acida impedisce il congelamento dell'elettrolita, la formazione di ghiaccio all'interno dell'involucro, che potrebbe danneggiare gli elettrodi e causare la rottura della batteria.

Caratteristiche principali, parametri

1. Capacità (nominale) - la quantità di energia elettrica che le batterie all'acido possono fornire, la misurazione avviene al momento della scarica, sotto un carico con una piccola corrente di consumo, unità di misura - A*h.
2. Corrente di avviamento: indica la capacità della batteria di erogare correnti elevate a una temperatura di - 18^OPer mezzo minuto.
3. Capacità (riserva) - indica il periodo di tempo durante il quale le batterie all'acido erogano una corrente di 25 A fino a una tensione di 10,5 V.
4. Il valore di tensione inferiore di una batteria scarica è 1,75 - 1,8 V.
5. Intervallo di temperatura di esercizio — — 40^Oda - + 40^OCON.

Varietà

In base alla loro modalità di funzionamento, le batterie all'acido possono essere suddivise in tre gruppi:

1. Modalità ciclica: funzionamento in un ciclo di scarica completa e carica completa, scollegando periodicamente la batteria dalla fonte di alimentazione. Considerata la modalità più grave, il numero di cicli di scarica al 100% è limitato.
2. La modalità buffer è una modalità ampiamente utilizzata che non danneggia la batteria; non consente la scarica completa ed è caratterizzata dalla connessione costante a una fonte di alimentazione.
3. Misto: una combinazione delle modalità buffer e ciclica, ma la maggior parte del tempo operativo viene trascorso in modalità buffer.

Le batterie al piombo più comuni disponibili sul mercato possono essere suddivise nei seguenti tipi:

Visualizzazione	Servizio	Descrizione	Tensione, V
Piombo-acido	Servito	Le batterie per auto sono disponibili nei seguenti tipi: a basso contenuto di antimonio, antimonio, acido-calcio e ibride.	612
Assemblea generale annuale VRLA	Senza manutenzione	I separatori sono realizzati in fibra di vetro e funzionano in modalità ciclica e tampone.	24612
VRLA	Senza manutenzione	L'involucro sigillato, talvolta realizzato in calcio, non emette gas e viene utilizzato in modalità tampone.	24612
GEL VLRA	Senza manutenzione	L'elettrolita è in gel di silice, che prolunga la durata della batteria, che funziona in modalità tampone.	24612243648
OPzV	Senza manutenzione	Gli elettrodi hanno una struttura tubolare, sono resistenti alla scarica completa e hanno una durata di circa 22 anni.	2

Applicazione

1. Automobilistiche: le batterie all'acido vengono utilizzate come batterie di avviamento.
2. Apparecchiature informatiche - gruppi di continuità (UPS) consentono di salvare le informazioni in caso di interruzione di corrente.
3. Produzione industriale: le batterie all'acido vengono utilizzate come fonti di alimentazione di riserva.

Ricarica e raccomandazioni generali

1. La ricarica deve essere effettuata ad una temperatura di 20^OCON.
2. La corrente di carica non deve superare il 10% della capacità nominale della batteria.
3. Per l'uso nei veicoli batterie all'acido A basse temperature è preferibile utilizzarlo con un sistema di riscaldamento elettrico interno, perché capacitàl'efficienza del dispositivo si perde dell'1% quando la temperatura diminuisce di 1^OCON.
4. Non è consigliabile conservare batterie all'acido a temperature superiori a 30^OLe batterie scariche o scariche devono prima essere caricate completamente.
5. Durante l'inverno è meglio conservare la batteria in un luogo freddo, poiché il processo di autoscarica sarà minimo ed è necessario applicare preventivamente del grasso al terminale positivo.
6. Prima dell'uso, batterie all'acido deve essere portato in una stanza con una temperatura di 20^OCi vogliono dalle 8 alle 10 ore per metterlo in condizioni di funzionare.