Kako funkcionira tehnologija automobilske baterije?
Olovo i kiselina dvije su stvari koje većina ljudi dobro zna za izbjegavanje. Olovo je teški metal koji može prouzročiti čitav popis prašine zdravstvenih problema, a kiselina je, također, kiselina. Puko spominjanje riječi dovodi do pojave mjehurića zelenih tekućina i ludih znanstvenika koji se bave svjetskom dominacijom.
Ali poput čokolade i maslaca od kikirikija, čini se da olovo i kiselina ne idu zajedno, ali to čine. Bez olova i kiseline ne bismo imali akumulatorske baterije, a bez akumulatora, ne bismo imali ni jednog modernog pribora - ni osnovnih potreba, poput prednjih svjetala - za koje je potrebna funkcioniranje električnog sustava. Pa kako su, točno, ove dvije smrtonosne tvari dolazile zajedno kako bi formirale čvrsto utemeljenje automobilskih elektroničkih sustava? Odgovor, posuđivanje skretanja fraze, elementaran je.
Znanost o skladištenju električne energije
Električne baterije su jednostavno spremnici za pohranu koji su sposobni držati električni naboj i zatim ga otpustiti u teret. Neke baterije mogu proizvesti električnu struju iz njihovih osnovnih komponenti čim se montiraju. Ove baterije nazivaju se primarnim baterijama , a one se obično uklanjaju nakon što se napunjenost potroši. Auto akumulatori se uklapaju u drugu kategoriju električne baterije koja se može ponovno napuniti, isprazniti i ponovno napuniti. Ove sekundarne baterije koriste reverzibilnu kemijsku reakciju koja se razlikuje od jedne vrste punjive baterije u drugu.
U smislu da većina ljudi može lako razumjeti, AA ili AAA baterije koje kupujete u trgovini, držite se na daljinskom upravljaču, a zatim bacajte kad umru primarne baterije. Skupljeni su, obično iz bilo kojeg cinka-ugljika ili cinkovog i manganovog dioksida, i oni su sposobni pružiti struju bez napajanja. Kada umru, bacite ih ili ih ispravno odložite, ako to želite.
Naravno, možete kupiti te iste AA ili AAA baterije u obliku "punjivača" koji košta više. Ove baterije koje se mogu puniti obično koriste nikal-kadmij ili nikal-metalne hidridne ćelije. Za razliku od tradicionalnih "alkalnih" baterija, NiCd i NiMH baterije nisu u stanju pružiti struju do opterećenja nakon montaže. Umjesto toga, na stanice se nanosi električna struja koja uzrokuje kemijsku reakciju unutar baterije. Zatim stavite bateriju u daljinski upravljač, a kad umre, stavite je u punjač i primjena struje poništava kemijski proces koji se dogodio tijekom pražnjenja.
Auto akumulatori, koji koriste olovu i sumpornu kiselinu umjesto nikal oksihidroksida i legura koja apsorbira vodik, slični su NiMH baterije u funkciji. Kada se na bateriju nanosi električna struja, dolazi do kemijske reakcije i pohranjuje se električna napunjenost. Kada je napajanje priključeno na bateriju, ta se reakcija preokreće i struja se napaja za opterećenje.
Pohranjivanje energije s olovom i kiselinom
Ako koristite olovo i kiselinu za pohranu električnog naboja zvuči arhaično, to je. Prva baterija olovne kiseline izumljena je 1850-ih, a baterija u vašem automobilu koristi iste osnovne principe. Dizajn i materijal su se razvili tijekom godina, ali istu osnovnu ideju je u igri.
Kad se ispusti akumulacija olovne kiseline, elektrolit postaje vrlo razrijeđena otopina sumporne kiseline, što znači da je uglavnom starinski H20 s nekim H2SO4 koji pluta oko nje. Olovne ploče, apsorbirajući sumpornu kiselinu, prvenstveno postaju olovni sulfat. Kada se baterija prenese na električnu struju, taj se postupak preokreće. Olovne sulfatne ploče okreću se (uglavnom) natrag u olovo, a razrijeđena otopina sumporne kiseline postaje sve koncentrirana.
Ovo nije strašno učinkovit način skladištenja električne energije, s obzirom na to koliko se teške i velike stanice uspoređuju s količinom energije koju pohranjuju, ali akumulatori olovnih kiselina još uvijek su u upotrebi danas iz dva razloga. Prva je stvar ekonomije; Olovne kiseline su mnogo jeftinije za proizvodnju od bilo koje druge opcije. Drugi razlog je to što su baterije olovnih kiselina u stanju pružiti ogromne količine struje na zahtjev, što ih čini jedinstvenima za korištenje kao početne baterije.
Kako je plitak vaš ciklus?
Tradicionalne akumulatorske baterije ponekad se nazivaju SLI baterije , gdje "SLI" označava pokretanje, osvjetljenje i paljenje. Ova kratica prilično dobro ilustrira glavne svrhe automobilske baterije jer je glavni posao bilo koje akumulatora pokretanje motora za pokretanje, svjetla i paljenja prije pokretanja motora. Nakon pokretanja motora, alternator pruža svu potrebnu električnu energiju i baterija se puni.
Ova vrsta korištenja je plitak tip radnog ciklusa, jer osigurava kratki rasprskivač velike količine struje, a to je ono što su baterije za automobil posebno dizajnirane za rad. Imajući to na umu, moderne baterije u automobilu sadrže vrlo tanke ploče olova, koje omogućuju maksimalnu izloženost elektrolitu i pružaju najveću moguću amperaciju u kratkom vremenu. Ovaj je dizajn nužan zbog ogromnih trenutačnih zahtjeva starter motora.
Za razliku od pokretanja baterija, duboko kružne baterije su još jedna vrsta olovne kiseline koja je dizajnirana za "dublji" ciklus. Konfiguracija ploča je drugačija, tako da nisu prikladna za pružanje velike količine struje na zahtjev. Umjesto toga, oni su dizajnirani tako da pružaju manje energije za duže vrijeme. Ciklus je "dublji" jer je duži, umjesto da je ukupni iscjedak veći. Za razliku od početnih baterija koje se automatski ponovno napunjuju nakon svake uporabe , baterije dubokog ciklusa mogu se polagano ispustiti - na sigurnu razinu - prije ponovnog punjenja. Kao i kod pokretanja baterija, akumulatori s olovnim akumulacijama dubokog ciklusa ne smiju se ispuštati ispod preporučene razine kako bi se izbjeglo trajno oštećenje.
Različiti paket, ista tehnologija
Iako je osnovna tehnologija iza olovnih akumulatora ostala više ili manje iste, napredak u materijalima i tehnikama rezultirao je brojnim varijacijama. Duboko kružne baterije, naravno, koriste različite pločice koje omogućuju dublji radni ciklus. Ostale varijacije još više zauzimaju stvari.
Najveći napredak u tehnologiji olovo-kiselinske baterije vjerojatno je bila baterije olovnih kiselina (VRLA) regulirane ventilom. Još uvijek koriste olovu i sumpornu kiselinu, ali nemaju "poplavljene" mokraće. Umjesto toga koriste elektrolit ili gel stanica ili apsorbirajući mat za staklo (AGM). Kemijski proces je isti na osnovnoj razini, ali ove baterije ne podliježu off-gassing kao što su poplavljene baterije su baterije, niti su oni ranjivi na curenje ako tipped.
Iako VRLA baterije imaju niz prednosti, oni su puno skuplji za proizvodnju od tradicionalnih baterija s napajanim stanicama. Dakle, dok tehnologija nastavlja marširati naprijed, šanse su da ćete i dalje voziti najsuvremenijom tehnologijom iz 1860-ih ispod vašeg napa, osim ako ne idete električno. Ali to je sasvim drugačija stvar u pogledu baterija.