البطارية مصدر طاقة تُحوّل فيه طاقة التفاعل الكيميائي إلى طاقة كهربائية أثناء التفريغ، والعكس صحيح أثناء الشحن. ويكمن الفرق الرئيسي بينها وبين البطارية التقليدية في قدرتها على استعادة الطاقة عن طريق إعادة الشحن. ولشحنها، يجب تطبيق تيار مباشر في الاتجاه المعاكس لاتجاه التفريغ.
اخترعت بطاريات الرصاص الحمضية في القرن التاسع عشر، ولا تزال الأكثر شيوعًا في العالم نظرًا لانخفاض تكلفتها وكفاءتها العالية. يتكون الجهاز من غلاف وقطبين كهربائيين متعاكسين في القطبية، مغمورين في محلول إلكتروليتي - وهو محلول حمضي - ومن هنا جاء اسم بطاريات الرصاص الحمضية (بطاريات حمضية قابلة لإعادة الشحن). تُعرف بطاريات الرصاص الحمضية أيضًا باسم بطاريات الرصاص الحمضية، نسبةً إلى المادة المصنوع منها الأقطاب الكهربائية.
كيف تعمل؟
تعتمد البطارية على العملية الكهروكيميائية لتفاعل الرصاص وثاني أكسيد الرصاص في محلول مائي من حمض الكبريتيك. عند تطبيق حمل على الأقطاب الكهربائية، يحدث تفاعل كيميائي بين ثاني أكسيد الرصاص وحمض الكبريتيك (H).2لذا4بالإضافة إلى تفاعل أكسدة الرصاص إلى كبريتات الرصاص. أثناء التفريغ، يُختزل ثاني أكسيد الرصاص عند المهبط ("-")، ويتأكسد الرصاص عند المصعد ("+"). أثناء الشحن، تحدث تفاعلات كيميائية عكسية وتحليل كهربائي للماء، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين عند المصعد والهيدروجين عند المهبط.
يمكن وصف تفاعلات التفاعل التي تحدث في البطارية بصيغتين:
- أكسيد الرصاص2 + Pb + 2H2لذا4 → 2PbSO4 + 2H2O — تصريف.
- 2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2لذا4 - تكلفة.
أثناء عملية التفريغ، تحدث عملية تكوين كبريتات الرصاص في الكتل النشطة للمصعد والمهبط، ويتم استهلاك حمض الكبريتيك H2لذا4 وانخفاض في كثافة الإلكتروليت. أثناء الشحن، تحدث تفاعلات عكسية، ويتكون حمض الكبريتيك، وتزداد كثافة الإلكتروليت. تتميز نهاية عملية الشحن باكتمال تحول المواد عند الأقطاب الكهربائية وتوقف تغيرات الإلكتروليت. إذا استمر الشحن، يحدث تفاعل تحلل الماء غير المرغوب فيه (التحليل الكهربائي)، مما يؤدي إلى إطلاق فقاعات من الأكسجين والهيدروجين في الإلكتروليت، مما ينتج عنه وهم الغليان. في هذه الحالة، يجب إضافة الماء المقطر إلى البطارية لاستعادة الإلكتروليت.
تصميم
ظلت بطاريات الحمض دون تغيير في تصميمها الداخلي الأساسي لأكثر من مائة عام.
يتضمن تصميم البطاريات ما يلي:
- تأتي الأقطاب الكهربائية على شكل شبكات مسطحة مصنوعة من الرصاص، مع ضغط مسحوق ثاني أكسيد الرصاص (PbO) في الخلايا.2) على المصعد، مسحوق الرصاص المعدني (Pb) على المهبط.
- الفاصل عبارة عن مادة عازلة مسامية تفصل الأقطاب الكهربائية عن بعضها البعض، مما يمنع حدوث دوائر قصر.
- المحلول الإلكتروليتي هو حمض الكبريتيك المخفف بالماء (المقطر) H2لذا4يتم وضع الأقطاب الكهربائية وفاصل داخلها. يتم تحقيق أقصى توصيل كهربائي عند درجة حرارة 20يافي الحالة C، يبلغ تركيز حمض الكبريتيك 35%، ما يُترجم إلى كثافة إلكتروليت تبلغ 1.26 غ/سم³. المقاومة الداخلية ضئيلة، والفقد في الطاقة داخل الجهاز منخفض بشكل ملحوظ. في المناخات الباردة، قد تزداد كثافة المحلول إلى 1.29 غ/سم³ - 1.31 غ/سم³. زيادة تركيز محلول الحمض تمنع تجمد الإلكتروليت، وبالتالي تمنع تكون الجليد داخل الغلاف، الأمر الذي قد يُلحق الضرر بالأقطاب الكهربائية ويؤدي إلى انفجار البطارية.
الخصائص الرئيسية والمعايير
- سعة (الاسمية) - كمية الطاقة الكهربائية التي يمكن أن توفرها بطاريات الحمض، ويتم القياس في لحظة التفريغ، تحت حمل بتيار استهلاك صغير، ووحدات القياس - أمبير ساعة.
- تيار البدء - يوضح قدرة البطارية على توفير تيارات عالية عند درجة حرارة -18يالمدة نصف دقيقة.
- السعة (الاحتياطي) - توضح الفترة الزمنية التي توفر خلالها بطاريات الحمض تيارًا مقداره 25 أمبير حتى جهد 10.5 فولت.
- قيمة الجهد الأدنى للبطارية الفارغة هي 1.75 - 1.8 فولت.
- نطاق درجة حرارة التشغيل — — 40يامن - + 40يامع.
أنواع
يمكن تقسيم بطاريات الحمض، وفقًا لطريقة تشغيلها، إلى ثلاث مجموعات:
- الوضع الدوري - يعمل هذا الوضع في دورة من التفريغ الكامل والشحن الكامل، مع فصل البطارية دوريًا عن مصدر الطاقة. يُعتبر هذا الوضع الأكثر قسوة، حيث يكون عدد دورات التفريغ الكامل محدودًا.
- وضع التخزين المؤقت هو وضع شائع الاستخدام لطيف على البطارية؛ فهو لا يسمح بالتفريغ الكامل ويتميز بالاتصال المستمر بمصدر الطاقة.
- الوضع المختلط - مزيج من الوضعين المؤقت والدوري، ولكن يتم قضاء معظم وقت التشغيل في الوضع المؤقت.
يمكن تقسيم أنواع بطاريات الرصاص الحمضية الأكثر شيوعًا المتوفرة في السوق إلى الأنواع التالية:
| منظر | خدمة | وصف | الجهد، فولت |
| الرصاص الحمضي | تمت صيانته | تتوفر بطاريات السيارات بالأنواع التالية: منخفضة الأنتيمون، والأنتيمون، والحمضية الكالسيومية، والهجينة. | 612 |
| الجمعية العمومية لشركة VRLA | لا يحتاج إلى صيانة | الفواصل مصنوعة من الألياف الزجاجية، وتعمل بنظام دوري ونظام تخزين مؤقت. | 24612 |
| VRLA | لا يحتاج إلى صيانة | الغلاف المحكم، المصنوع أحيانًا من الكالسيوم، لا ينبعث منه غازات، ويستخدم في وضع التخزين المؤقت. | 24612 |
| جل VLRA | لا يحتاج إلى صيانة | المحلول الإلكتروليتي هو هلام السيليكا، مما يطيل عمر البطارية، وتعمل البطارية في وضع التخزين المؤقت. | 24612243648 |
| OPzV | لا يحتاج إلى صيانة | تتميز الأقطاب الكهربائية بتصميم أنبوبي، ومقاومة للتفريغ الكامل، ويبلغ عمرها الافتراضي حوالي 22 عامًا. | 2 |
طلب
- السيارات - تُستخدم بطاريات الحمض كبطاريات تشغيل.
- معدات الحاسوب - وحدات تزويد الطاقة غير المنقطعة (يو بي إس) تسمح لك بحفظ المعلومات في حالة انقطاع التيار الكهربائي.
- الإنتاج الصناعي - تُستخدم بطاريات الحمض كمصادر طاقة احتياطية.
الشحن والتوصيات العامة
- يجب إجراء عملية الشحن عند درجة حرارة 20يامع.
- يجب ألا يتجاوز تيار الشحن 10% من السعة الاسمية للبطارية.
- للاستخدام في المركبات بطاريات حمضية في درجات الحرارة المنخفضة، من الأفضل استخدامه مع نظام تدفئة كهربائي داخلي، لأن سعةتنخفض كفاءة الجهاز بنسبة 1% عندما تنخفض درجة الحرارة بمقدار 1يامع.
- لا يُنصح بتخزين بطاريات حمضية عند درجات حرارة أعلى من 30يايجب أولاً شحن البطاريات بالكامل، سواء كانت مشحونة أو فارغة.
- من الأفضل تخزين البطارية في مكان بارد خلال فصل الشتاء، حيث ستكون عملية التفريغ الذاتي ضئيلة، ومن الضروري وضع الشحم على الطرف الموجب مسبقًا.
- قبل الاستخدام، بطاريات حمضية يجب إدخالها إلى غرفة درجة حرارتها 20يامن 8 إلى 10 ساعات لجعلها في حالة التشغيل.
