Оловно-кисели батерии с технология на батериите - електрически мотор
Развитието на технологията на материалите, особено на батерията, е играло и продължава да играе най-голяма роля в създаването на съвременни електрически автомобили. За да разберете по-добре това, струва си да се запознаете с развитието на съхранението на енергия. Нашата серия от пет части ви води до най-важните етапи в развитието на батериите и ви помага да разберете защо литиево-йонната технология е това, което дава на електрическите автомобили още един шанс през последните години.
Първата ни статия се занимава с най-известния и най-разпространен тип батерии в света, оловно-киселинната батерия, нека да разгледаме това.!
Оловно-киселинни батерии
Всеки човек, който е взел смелостта да отвори капака на автомобила поне веднъж в живота си, вече е виждал оловно-киселинен акумулатор, тъй като този тип източник на енергия се намира в превозни средства, оборудвани с двигатели с вътрешно горене без изключение. Той осигурява временно снабдяване на потребителите на автомобила, докато двигателят е неподвижен и играе ключова роля при стартирането му. Но как технологията стигна дотук?
Водещ физик, Gaston Planté, изобретил оловно-киселинната батерия през 1859 година. Това беше първият акумулаторен източник на енергия, който тръгна в търговската мрежа. Благодарение на многото си предимства, сега се превърна в най-известния тип батерия в света. Той се използва широко в източниците на непрекъсваемо захранване (UPS), като основен източник на енергия за кораби, подводници, в малки електрически превозни средства като голф колички и като стартерна батерия за превозни средства, оборудвани с двигатели с вътрешно горене.
Той е изключително лесен в конструкцията, състои се от две големи площи оловни листове, потопени в електролит и съд за съхранение. За да се увеличи повърхността, често се използва плътна решетка или няколко по-тънки листа вместо оловен лист, като по този начин се създава много по-голяма контактна повърхност между оловото и електролита. Електролитът обикновено е сярна киселина (H2SO4), която изисква повишено внимание поради корозивното си рН. Тъй като чистото олово (Pb) е изключително мек метал, той винаги е направен по-устойчив на физически въздействия с помощта на легиращ материал. Такива сплави включват антимон (Sb), калций (Ca), калай (Sn) и селен (Se). Добавените метали имат предимство не само по отношение на техните физични свойства, но също така се подобряват и други химични и електрически свойства, като намалено саморазреждане, по-добра устойчивост на дълбоко разтоварване или циклична употреба.
Поради оловото, готовата батерия ще бъде тежка въпреки техниките за увеличаване на повърхността и в много случаи ще бъде по-малко устойчива на намачкване, т.е. по-малко издръжлива от по-модерните видове батерии. Независимо от това, има области, в които си струва да се прилагат поради другите им изгодни свойства.
В зависимост от дълбочината на разрежданията той може да издържи 200-300 пълни цикъла на зареждане-разреждане. Основната причина за относително малкия брой цикли е химическата корозия, която се случва вътре в батерията, когато зарядите преминават през нея. Процесите на корозия се ускоряват допълнително чрез увеличаване на скоростта на зареждане и разреждане, както и на температурата. По време на процеса батерията губи капацитета си, отначало само бавно, след това все по-бързо и по-бързо с напредването на възрастта.
Предимството на оловно-киселинните батерии, освен тяхната проста конструкция, е и тяхната непретенциозност в положителен смисъл. Нито зареждането, нито разреждането не изискват прецизна верига за наблюдение. Разбира се, това не означава, че няма да има изисквания за адекватно зареждащо напрежение и зареждащ ток, но е много по-малко чувствителен към отклонения от идеалните параметри от NiMH или Li-ion батерии. В случай на презареждане или презареждане, разграждането на водата в сярна киселина започва бавно, което означава водород и кислород. Натрупвайки се в големи количества, тази газова смес (експлозивен газ) е изключително опасна, така че винаги трябва да се осигурява вентилация при зареждане. Ако това състояние продължи, нивото на електролита ще намалее, а капацитетът на батерията също. Можете обаче да регенерирате батерията, като замените изпарената вода. Другият случай е чрез потапяне, известно още като дълбоко разреждане. В този случай в батерията започва химичен процес, наречен сулфатиране, причиняващ необратими повреди на повърхността на електродите.
Подобрените версии на киселинен оловно-киселинен акумулатор също се наричат затворени или необслужвани, тъй като няма отвори, където той може да влезе в контакт с електролита. В затворена кутия газовете, отделящи се по време на зареждане, могат да се преобразуват обратно във вода по време на разреждането. Разбира се, ако налягането се повиши над безопасно ниво, клапан ще освободи излишните газове, но вече не е възможно да се напълни с вода.
Оловните сепаратори често са вградени между оловните листове, които изграждат електродите, като по този начин намаляват трептенията на течността и възможността за късо съединение, причинено от отделянето на парчета от електродите по време на стареенето. Съществуват допълнителни предимства, когато желиращият материал се смесва в електролита, така че устройството да може да се монтира във всяка посока, без електролитът да изтече. Такива оловно-киселинни батерии се наричат още гел батерии (AGM). Това решение се използва най-вече в диапазона на капацитета от 30 до 100 Ah. Като неприятен страничен ефект, вашата чувствителност към презареждане и дълбоко потапяне се увеличава.
Оловно-киселинните батерии се разработват за две основни приложения. Единият е да стартирате двигатели с вътрешно горене, а другият е циклично използване, когато батерията е почти напълно разредена и след това напълно заредена. Двете употреби изискват напълно различна структура.
Стартерни батерии на двигателя (Стартерни батерии)
Стартирането на двигатели с вътрешно горене изисква много кратко време, обикновено 2-4 секунди, за да достави много висока мощност, обикновено 2-8 kW. В екстремни случаи, когато двигателят е труден за стартиране, може да се наложи стартиране за 20-30 секунди, дори няколко пъти. Когато двигателят работи, свързаният към него генератор може незабавно да зареди батерията, по време на която се зарежда до почти 100%. Стартерна батерия трябва да отговаря на такива изисквания. Доставянето на висока мощност изисква висок ток, който може да бъде постигнат чрез увеличаване на повърхността на електрода, което от своя страна прави много тънки електроди много по-уязвими от корозия. Следователно тези батерии са изключително чувствителни към продължително и дълбоко потапяне.
Циклични батерии (Батерия с дълбок цикъл)
Такива батерии се наричат още работни батерии, тъй като са създадени да изпълняват задача, като осветяване цяла нощ в лодка или кемпер, разреждане на слънчева енергия в извънработен период или шофиране на електрически превозни средства. При такова използване често се използват 70-90% от капацитета на батерията, така че зарядът й често може да падне до нула. В резултат на това електродите са подложени на силна корозия, но както зареждащият, така и разрядният ток остават малки. Такова използване изисква по-дебела, по-малка повърхност, но устойчиви на корозия електроди. В този случай животът на батерията зависи и от това колко капацитет използва потребителят. Ако използваме само 30% от капацитета вместо 100%, можем да увеличим живота на батерията до десет пъти, ако приемем, че сме работили с горните 30% вместо с долните.
Като цяло оловните батерии са изградени от токсични, вредни за околната среда компоненти, които при освобождаване причиняват сериозно замърсяване на околната среда, но могат да бъдат почти напълно рециклирани и с дължимата грижа да станат екологично съхранение на енергия. Поради лесната си възможност за рециклиране, те представляват сериозна стойност дори в увредено състояние, те се поемат в повечето пчелни семейства.