Kislinske baterije in njihove značilnosti

Baterija je vir energije, pri katerem se energija kemične reakcije med praznjenjem pretvarja v električno energijo in obratno med polnjenjem. Njena glavna razlika od običajne baterije je sposobnost obnavljanja energije s ponovnim polnjenjem. Za polnjenje je treba uporabiti enosmerni tok v smeri, nasprotni smeri praznjenja.

Svinčevo-kislinske baterije so bile izumljene v 19. stoletju in ostajajo najbolj priljubljene baterije po vsem svetu zaradi nizkih stroškov in visoke učinkovitosti. Naprava je sestavljena iz ohišja in dveh elektrod nasprotne polarnosti, potopljenih v elektrolit – kislo raztopino – od tod tudi ime svinčevo-kislinske baterije (AKB – Rechargeable Acid Batteries). Svinčevo-kislinske baterije so znane tudi kot svinčevo-kislinske baterije zaradi materiala, iz katerega so izdelane elektrode.

Kako delujejo?

Baterija deluje na osnovi elektrokemične reakcije svinca in svinčevega dioksida v vodni raztopini žveplove kisline. Ko se na elektrode obremeni, pride do kemične reakcije med svinčevim dioksidom in žveplovo kislino (H2).₂SO₄, kot tudi oksidacijsko reakcijo svinca v svinčev sulfat. Med praznjenjem se svinčev dioksid na katodi reducira ("-"), svinec pa oksidira na anodi ("+"). Med polnjenjem potekajo obratne kemijske reakcije in elektroliza vode, pri čemer se na anodi sprošča kisik, na katodi pa vodik.

Interakcijske reakcije, ki se pojavljajo v bateriji, lahko opišemo z dvema formulama:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO4₄ + 2H₂O — izpust.
2. 2PbSO4₄ + 2H₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ — naboj.

Med praznjenjem se v aktivnih masah anode in katode pojavi proces tvorbe svinčevega sulfata, poraba žveplove kisline H₂SO₄ in zmanjšanje gostote elektrolita. Med polnjenjem pride do obratnih reakcij, nastane žveplova kislina, gostota elektrolita pa se poveča. Konec polnjenja je značilen po zaključku transformacije snovi na elektrodah in prenehanju sprememb elektrolita. Če se polnjenje nadaljuje, pride do neželene reakcije razgradnje vode (elektrolize), pri kateri se v elektrolitu sproščajo mehurčki kisika in vodika, kar povzroči iluzijo vrenja. Če se to zgodi, je treba v akumulator dodati destilirano vodo, da se elektrolit obnovi.

Oblikovanje

Kislinske baterije so v svoji osnovni notranji zasnovi ostale nespremenjene že več kot sto let.

            Zasnova baterij vključuje:

1. Elektrode so v obliki ploščatih mrež iz svinca, v celice pa je stisnjen prah svinčevega dioksida (PbO).₂) na anodi, kovinski svinčev prah (Pb) na katodi.
2. Separator je porozni dielektrik, ki ločuje elektrode med seboj in preprečuje kratke stike.
3. Elektrolit je žveplova kislina, razredčena z vodo (destilirana) H₂SO₄, v njem so nameščene elektrode in separator. Največja električna prevodnost je dosežena pri temperaturi 20^OPri temperaturi C je koncentracija žveplove kisline 35 %, kar pomeni gostoto elektrolita 1,26 g/cm³. Notranji upor je minimalen, izgube v napravi pa so znatno zmanjšane. V podnebjih z nizkimi temperaturami se lahko gostota raztopine poveča na 1,29 g/cm³–1,31 g/cm³. Povečanje koncentracije kisle raztopine preprečuje zmrzovanje elektrolita in nastanek ledu v ohišju, kar bi lahko poškodovalo elektrode in povzročilo razpoko v bateriji.

Glavne značilnosti, parametri

1. Zmogljivost (nominalno) - količina električne energije, ki jo lahko zagotovijo kislinski akumulatorji, meritev se izvede v trenutku praznjenja, pod obremenitvijo z majhnim porabnim tokom, merske enote - A*h.
2. Zagonski tok - prikazuje sposobnost akumulatorja, da oddaja visoke tokove pri temperaturi -18^OZa pol minute.
3. Kapaciteta (rezerva) - prikazuje časovno obdobje, v katerem kislinski akumulatorji oddajajo tok 25 A do napetosti 10,5 V.
4. Spodnja vrednost napetosti izpraznjene baterije je 1,75 - 1,8 V.
5. Delovno temperaturno območje — — 40^Ood - + 40^OZ.

Sorte

Glede na način delovanja lahko kislinske akumulatorje razdelimo v tri skupine:

1. Ciklični način – delovanje v ciklu popolnega praznjenja in polnega polnjenja, pri čemer se baterija občasno odklopi od vira napajanja. Šteje se za najtežji način, saj je število ciklov 100-odstotnega praznjenja omejeno.
2. Način medpomnilnika je pogosto uporabljen način, ki je prijazen do baterije; ne omogoča popolne izpraznitve in je značilen po stalni povezavi z virom napajanja.
3. Mešano - kombinacija medpomnilniškega in cikličnega načina, vendar se večina časa delovanja porabi v medpomnilniškem načinu.

Najpogostejše svinčeno-kislinske baterije, ki so na voljo na trgu, lahko razdelimo na naslednje tipe:

Ogled	Storitev	Opis	Napetost, V
Svinčeno-kislinska baterija	Servisirano	Avtomobilski akumulatorji so na voljo v naslednjih vrstah: z nizko vsebnostjo antimona, antimona, kislinsko-kalcijev in hibridni.	612
AGM VRLA	Brez vzdrževanja	Separatorji so izdelani iz steklenih vlaken, cikličnega in puferskega načina delovanja.	24612
VRLA	Brez vzdrževanja	Zatesnjeno ohišje, včasih izdelano iz kalcija, ne oddaja plinov, uporablja se v načinu varovanja.	24612
GEL VLRA	Brez vzdrževanja	Elektrolit je silikagel, ki podaljša življenjsko dobo baterije, baterija pa deluje v načinu varčevanja.	24612243648
OPzV	Brez vzdrževanja	Elektrode so cevaste zasnove, odporne na popolno praznjenje in imajo življenjsko dobo približno 22 let.	2

Uporaba

1. Avtomobilski - kislinski akumulatorji se uporabljajo kot zagonski akumulatorji.
2. Računalniška oprema - neprekinjeni napajalniki (UPS) vam omogočajo shranjevanje informacij v primeru izpada električne energije.
3. Industrijska proizvodnja - kislinske baterije se uporabljajo kot rezervni viri napajanja.

Polnjenje in splošna priporočila

1. Polnjenje je treba izvajati pri temperaturi 20^OZ.
2. Polnilni tok ne sme presegati 10 % nazivne kapacitete baterije.
3. Za uporabo v vozilih kislinske baterije Pri nizkih temperaturah ga je bolje uporabljati z notranjim električnim ogrevalnim sistemom, ker zmogljivostUčinkovitost naprave se izgubi za 1 %, ko se temperatura zniža za 1^OZ.
4. Ni priporočljivo shranjevati kislinske baterije pri temperaturah nad 30^OIzpraznjene ali prazne baterije je treba najprej popolnoma napolniti.
5. Pozimi je akumulator bolje shranjevati na hladnem, saj bo proces samopraznjenja minimalen, zato je treba pozitivni pol predhodno namazati z mastjo.
6. Pred uporabo, kislinske baterije je treba prinesti v prostor s temperaturo 20^OOd 8-10 ur, da se spravi v delovno stanje.