Deskripsi baterai. Baterai terbuat dari apa. Kondisi beban optimal untuk baterai

Baterai adalah perangkat yang menyimpan energi dalam bentuk kimia ketika terhubung ke sumber listrik. arus searah, dan kemudian memberikannya, mengubahnya menjadi listrik. Ini digunakan berulang kali karena kemampuan untuk memulihkan dan reversibilitas reaksi kimia. Habis - diisi lagi. Baterai digunakan sebagai sumber daya otonom dan cadangan untuk peralatan listrik dan berbagai perangkat.

Perangkat baterai

Biasanya digunakan pada mobil. Pertimbangkan perangkat mereka.

Semua elemen terletak di dalam casing, yang terbuat dari polypropylene. Tubuh terdiri dari wadah yang dibagi menjadi enam sel dan penutup yang dilengkapi dengan sistem drainase untuk menghilangkan tekanan dan mengeluarkan gas. Dua kutub (terminal) ditampilkan di sampul - positif dan negatif.

Isi setiap sel adalah paket 16 pelat timah, yang polaritasnya bergantian. Delapan pelat positif, disatukan oleh baret, adalah elektroda positif (katoda), delapan pelat negatif adalah elektroda negatif (anoda). Setiap elektroda terhubung ke terminal baterai yang sesuai.

Paket pelat dalam sel direndam dalam elektrolit - larutan asam sulfat dan air dengan massa jenis 1,28 g/cm3.

Di antara pelat elektroda, untuk mencegah korsleting, pemisah dimasukkan - pelat berpori yang tidak mengganggu sirkulasi elektrolit dan tidak berinteraksi dengannya.

Pelat elektroda terpisah adalah kisi timah logam tempat reagen ditekan (dioleskan). Massa aktif katoda adalah timbal dioksida (PbO2), anoda adalah timah spons.

Prinsip pengoperasian baterai

Prinsip pengoperasian baterai didasarkan pada pembentukan beda potensial antara dua elektroda yang direndam dalam elektrolit. Ketika beban (perangkat elektroteknik) dihubungkan ke terminal baterai, elektrolit dan elemen aktif elektroda bereaksi. Ada proses pergerakan elektron yang sebenarnya adalah arus listrik.

Saat baterai habis (beban terhubung), ujung spons anoda melepaskan ion timbal divalen positif ke dalam elektrolit. Kelebihan elektron bergerak di sepanjang sirkuit listrik tertutup eksternal ke katoda, di mana ion timbal tetravalen direduksi menjadi ion divalen.

Ketika mereka bergabung dengan ion negatif dari residu belerang elektrolit, timbal sulfat terbentuk di kedua elektroda.

Ion oksigen dari timbal dioksida katoda dan ion hidrogen dari elektrolit bergabung membentuk molekul air. Oleh karena itu, kerapatan elektrolit berkurang.

Saat diisi, reaksi balik terjadi. Di bawah pengaruh ion eksternal timbal divalen dari elektroda positif, masing-masing memberikan dua elektron dan dioksidasi menjadi elektron tetravalen. Elektron-elektron ini bergerak menuju anoda dan menetralkan ion timah divalen, mengurangi timah sepon. Di katoda, melalui reaksi perantara, timbal dioksida kembali terbentuk.

Reaksi kimia dalam satu sel menghasilkan 2 V, jadi baterai 6 sel menghasilkan 12 V di terminal.

Dari video Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja baterai:

Seperti yang Anda ketahui, pengoperasian perangkat portabel modern didasarkan pada penggunaan sumber daya otonom, yang perannya dilakukan oleh baterai isi ulang (baterai). Selain itu, sumber energi semacam itu merupakan unit transportasi jalan raya yang sangat diperlukan, yang membantu untuk mulai menggunakan starter. Prinsip pengoperasian baterai cukup sederhana. Jika Anda mengikuti aturan pakai, baterai akan bekerja tanpa kelebihan beban dan tidak mengurangi kapasitasnya saat digunakan.

Tujuan dan fitur baterai

Baterai adalah perangkat yang dapat menyimpan energi dan memberi daya pada perangkat listrik yang tidak menghasilkan arus sendiri.
Baterai akumulator terdiri dari:

• wadah plastik atau ebonit;
• leher pengisi dan steker yang dapat dilepas;
• pemisah;
• piring dengan potensi yang berbeda (negatif dan positif);
• koneksi antarelemen;
• pin dengan tanda "+" dan "-".

Dalam kasus aki mobil, ada sumber daya otonom yang dilayani dan tidak dijaga. Aki dengan tegangan 12 W terdiri dari 6 kaleng yang saling berhubungan yang terletak dalam satu rumahan. Jika mobil memiliki baterai bebas perawatan, maka satu-satunya cara untuk mengisi ulang baterai adalah dengan mengisinya dengan generator saat mesin sedang bekerja.

Dalam hal baterai yang dapat diservis Anda dapat menambahkan elektrolit (campuran air suling dan asam sulfat) ke dalamnya untuk meningkatkan kerapatannya atau mengisi ulang menggunakan pengisi daya. Proses ini melibatkan pembentukan timbal dioksida oleh reaksi kimia air dan timbal sulfat. Ini secara signifikan meningkatkan kepadatan elektrolit. Jika mesin sedang berjalan, maka pengisian (penumpukan kapasitas) baterai terjadi dengan menggunakan generator. Para ahli merekomendasikan untuk mengisi baterai pada tegangan rendah. Jika baterai diisi pada tegangan tinggi, maka sebagai hasilnya, dekomposisi air yang sangat besar dapat diperoleh, yang akan menurunkan level elektrolit. Penggunaan baterai yang tidak tepat akan mempersingkat masa pakai baterai.
Baterai dioperasikan rata-rata selama 3-5 tahun, tergantung kondisi pengoperasian. Jika Anda mematuhi mode operasi optimal dari perangkat semacam itu, Anda dapat meningkatkan waktu penggunaannya beberapa kali. Secara teratur Anda perlu memastikan bahwa semua toples cairan terisi hingga tingkat yang diinginkan. Ini akan memungkinkan baterai bekerja secara normal tanpa kelebihan beban atau pemakaian.

Cara kerja aki mobil

Baterai didasarkan pada konversi energi kimia menjadi energi listrik. Elektroda berinteraksi dengan elektrolit, menghasilkan pembentukan air dan timbal sulfat. Perlu dicatat bahwa dalam kasus interaksi seperti itu, kerapatan elektrolit secara bertahap berkurang dan, karenanya, daya baterai.
Perlu dicatat bahwa suhu udara memengaruhi mode pengoperasian perangkat: peningkatannya memengaruhi peningkatan daya baterai tertentu. Namun, seiring dengan perubahan tersebut, korosi elektroda dan self-discharge dapat meningkat. Jika suhu udara di bawah titik beku, penurunan kapasitas pelepasan, penurunan elektrolit, dan perlambatan proses kimia dapat dilacak. Oleh karena itu, pengendara disarankan untuk melepas aki saat memarkir mobil dalam waktu lama dalam kondisi musim dingin.

dan cara kerja baterai

Jenis baterai. Saat ini, Anda dapat membeli berbagai baterai isi ulang, yang berbeda satu sama lain dalam dua hal:

• prinsip tindakan;
• desain.

Menurut komposisi kimiawi zat aktif, baterai terdiri dari jenis-jenis berikut:

• perak-seng;
• nikel-kadmium;
• asam timbal;
• baterai besi-nikel alkalin.

Semua jenis baterai ini memiliki tingkat penggunaan yang berbeda. Jadi, misalnya, perangkat penyimpanan yang memiliki pengisi timbal-asam (opsi aki mobil) bisa dianggap populer. Perangkat yang menggunakan interaksi kimia besi dan nikel lebih jarang digunakan. Baterai perak-seng praktis tidak digunakan. Ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa biayanya cukup tinggi, dan waktu penggunaannya tidak signifikan. Baterai yang berbeda memiliki prinsip pengoperasian, waktu pengoperasian, kapasitas yang berbeda.
Parameter penting dari baterai apa pun adalah kapasitasnya. Dari indikator ini tergantung pada konsumsi dan pengembalian energi. Pada aki yang dirancang untuk mobil, Anda dapat melihat tanda yang menunjukkan kapasitas perangkat. Itu dapat direpresentasikan dengan cara ini: 55, 60, 75 Ah. Kapasitas seperti itu tipikal untuk baterai telepon - 2000, 1500, 1000, 700 mAh (seperseribu Ampere). Pilihan baterai harus dibuat berdasarkan daya yang dikonsumsi atau beban perangkat yang diharapkan. Dengan penggunaan ABA yang tidak tepat atau berkepanjangan, kapasitasnya dapat berkurang. Sangat sering hal ini terlihat dengan penggunaan baterai dalam waktu lama mobil penumpang atau saat baterai tidak terisi penuh, jika kita berbicara tentang ponsel.

Baterai jenis ini dapat memiliki konten yang berbeda:

• nikel + besi;
• nikel + kadmium.

Inti dari perangkat semacam itu adalah casing persegi panjang yang terbuat dari baja berkualitas tinggi. Bagian luar baterai untuk pengisian memiliki lapisan kecil nikel. Ada pelat negatif dan positif di dalam perangkat, dengan satu unit pelat positif lagi. Semua pelat terbuat dari lamela baja dan penampilan sama. Mereka ditutupi dengan lapisan kecil nikel. Di dalam pelat ada sejumlah kecil massa aktif. Semua pelat saling berhubungan dengan tulang rusuk. Elektrolit hanya dapat dituangkan ke dalam baterai alkaline melalui lubang khusus dengan katup untuk melepaskan gas berlebih.

Jika kita mempertimbangkan baterai nikel-kadmium, secara praktis tidak berbeda dengan sumber otonom nikel-besi. Perbedaan utamanya adalah mereka memiliki pemisah yang terletak di antara pelat. Jika semua bagian baterai berfungsi, maka akan digunakan dalam waktu lama. Perangkat ini mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Jika arus disuplai ke terminal perangkat semacam itu, maka sebagai akibat dari tindakan tersebut, proses kebalikannya dapat terjadi.

Prinsip kerja baterai timbal-asam

Jenis sumber energi penyimpanan ini termasuk yang paling populer dan laris, karena digunakan di hampir semua mobil. Ini memiliki beberapa sel dan elektroda, yang merupakan semacam jaringan timah dengan sel kecil. Kisi-kisi dari kedua polaritas pada dasarnya memiliki kandungan yang berbeda: timbal dioksida terkandung dalam kisi-kisi dengan tanda "+", dan kisi-kisi minus mengandung timbal. Perangkat penyimpanan semacam itu tahan terhadap embun beku dan relatif murah.

Prinsip pengoperasian baterai kecil

Berbagai perangkat memiliki baterai isi ulang yang mengeluarkan daya. Dengan pengisian daya ini, perangkat lain dapat bekerja dalam waktu lama tanpa mengisi ulang. Perangkat tersebut termasuk perangkat seluler. Mereka memiliki baterai kecil. Namun, kapasitas mereka dapat bervariasi. Bank baterai semacam itu adalah kantong plastik lunak biasa yang diisi dengan litium. Komposisi kimia ini memiliki konsistensi yang mirip dengan krim asam. Untuk melakukan pengukuran benchmark pada baterai seperti itu, Anda harus menggunakan perangkat khusus, yang disebut pengontrol. Ini adalah papan elektronik kecil yang terhubung ke pengisi daya dan menentukan muatannya. Baterai ini tidak memiliki terminal atau kontak. Peran ini diambil alih oleh konektor, yang terdiri dari sambungan multi-kutub. Prinsip pengoperasian baterai semacam itu mirip dengan baterai lithium-ion konvensional. Namun, biaya dan dimensinya jauh lebih sedikit.

Pendekatan yang tepat untuk memilih baterai akan memungkinkan Anda mengisi ulang perangkat lain yang dibutuhkan seseorang. Sebelum membeli perangkat semacam itu, Anda dapat membiasakan diri dengan parameter dan kinerjanya di Internet.

Bagian integral dari setiap mobil adalah baterai akumulator yang dirancang untuk memberi makan rangkaian listrik kontrol dan layanan jaringan on-board saat tidak berfungsi. Tetapi yang paling penting adalah menerapkannya, saat menyalakan mobil. Baterai disangga dengan dan saat mengemudi, atau sederhananya, itu adalah beban untuk generator. Tetapi begitu total beban listrik melebihi daya yang disuplai oleh generator, baterai "bergerak" dan mempertahankan tegangan jaringan terpasang pada 12 volt.

Biasanya digunakan untuk mobil baterai timbal-asam, yang memiliki tegangan 12 volt dan hanya berbeda dalam kapasitas pengisian. harus memiliki beberapa parameter penting.

1. Memiliki penurunan tegangan internal yang kecil
2. Memiliki self-discharge kecil selama operasi
3. Memiliki kemampuan menghantarkan arus yang besar
4. Memiliki dimensi yang kecil dan minim perawatan.

Semua parameter ini sesuai dengan baterai timbal-asam, yang perangkatnya akan dibahas di bawah.

Perangkat aki mobil

Baterai, dengan tegangan nominal 12 volt terdiri dari (biasanya 6) baterai independen (kaleng) tegangan lebih rendah (2 volt), dikumpulkan dalam satu rumahan dan dihubungkan secara seri satu sama lain.

1. bank baterai adalah sekumpulan pelat dari kutub yang berbeda, yang diisolasi satu sama lain dengan pemisah tahan asam.
2. Tempat baterai terbuat dari plastik tahan asam atau ebonit. Kasing memiliki kompartemen untuk memasang kaleng baterai.
3. Plat tiang Itu terbuat dari timbal dan berbentuk kisi, komposisi khusus (zat aktif) dari struktur berpori ditekan ke dalam sel kisi untuk meningkatkan area kontak dengan elektrolit. Bahan aktifnya terbuat dari serbuk timbal, dengan penambahan asam sulfat. Barium sulfat juga ditambahkan ke pelat negatif. Selama pembentukan baterai, pelat diisi, dan zat aktif di pelat positif diubah menjadi timbal dioksida, dan di negatif - menjadi timah sepon.
4. Elektrolit dituangkan ke bank baterai dan berfungsi untuk memindahkan partikel bermuatan dari kutub ke kutub. Itu terbuat dari asam sulfat dan air murni (suling).

Prinsip pengoperasian baterai

Fisika proses pengoperasian baterai sangat sederhana, saat beban terhubung, di dalam baterai partikel bermuatan bergerak, menghasilkan arus. Dalam kondisi pengisian dari generator atau pengisi daya, tegangan muatan melebihi tegangan nominal baterai, dan partikel bergerak berlawanan arah.

Pertama, kapasitasnya, dinyatakan dalam ampere-jam. Ini mencirikan kemampuan baterai untuk memberikan arus tertentu untuk waktu tertentu. Misalnya, kapasitas 40 amp-jam berarti baterai dapat menghasilkan 1 amp selama 40 jam (atau 2 amp selama 20 jam, dll.)

Ketiga, - kapasitas cadangan. Parameter ini, terutama dipuja di Amerika, menunjukkan interval waktu (dalam menit) di mana baterai mampu mengalirkan arus 25 A (yaitu, berapa lama dapat menggantikan generator yang gagal).

Apa yang ada di dalam?

Aki mobil standar terdiri dari enam sel 2 volt, yang memberikan output 12 volt. Setiap elemen terdiri dari pelat kisi timah yang dilapisi dengan zat aktif dan direndam dalam elektrolit. Pelat negatif dilapisi dengan timbal berpori halus, sedangkan pelat positif dilapisi dengan timbal dioksida. Ketika beban dihubungkan ke baterai, zat aktif masuk ke dalam reaksi kimia dengan elektrolit asam sulfat, menghasilkan arus listrik. Dalam hal ini, timbal sulfat mengendap di pelat, dan elektrolit, karenanya, habis. Saat mengisi daya, reaksi ini terjadi dalam arah yang berlawanan, dan kemampuan baterai untuk menyediakan arus dipulihkan.

Aki mobil memiliki tiga fungsi:

pertama, menghidupkan mesin;

kedua, memberi daya pada beberapa perangkat listrik, seperti alarm dan telepon, saat mesin tidak bekerja.

ketiga, ini "membantu" generator saat tidak dapat mengatasi beban.

Baterai menganggur

Mobil menganggur di musim dingin dalam "kemacetan lalu lintas" - masalah nyata untuk baterai. Kipas, lampu depan, defroster jendela belakang, dan wiper kaca depan yang bekerja pada saat yang sama dapat menarik lebih banyak arus daripada yang dihasilkan alternator. Dalam 45 menit pekerjaan seperti itu, baterai rata-rata dapat terkuras sedemikian rupa sehingga tidak mungkin lagi menghidupkan ulang mesin yang dimatikan. Pemulihan memerlukan setidaknya 30 menit berkendara normal sebelum Anda dapat berhenti lagi.

Mengapa mereka gagal? Secara umum, tidak ada yang istimewa untuk merusak baterai itu sendiri. Bagaimanapun, penyebab sebagian besar malfungsi tidak terkait dengan cacatnya sendiri, tetapi karena keberadaannya peralatan tambahan, misalnya, meninggalkan dimensi, alarm dan telepon, arus bocor, yang tidak jarang terjadi pada mobil baru. Perangkat ini sangat gemar menghadirkan "kejutan" selama parkir mobil yang lama, misalnya di bandara.

Pabrikan mobil menggunakan baterai yang paling lemah untuk menghemat uang, sehingga beban listrik tambahan apa pun dapat menyebabkan kegagalan fungsi.

Baterai itu sendiri selama servis, tentu saja, aus dan, pada akhirnya, gagal. Hal ini disebabkan oleh korosi pada pelat, penipisan lapisan aktifnya dan penipisan elektrolit. Peningkatan suhu berkontribusi pada hal ini, sehingga kerusakan paling sering terjadi di musim panas, dan dengan embun beku pertama, "kehidupan yang menyenangkan" dimulai. Biasanya, masa pakai baterai sekitar empat tahun, tetapi sebagian besar tergantung pada mode penggunaan.

Namun, jika baterai Anda tiba-tiba mulai bertingkah, jangan hapus untuk membuangnya. Pengalaman kami menunjukkan bahwa sejumlah besar aki mobil, yang dianggap rusak, habis begitu saja. Cobalah untuk mengisi baterai mati sesegera mungkin. Bagaimana baterai lebih lama tetap tidak bermuatan, semakin kuat sulfasi pelat, dan semakin bermasalah untuk memulihkannya.

Baterai membutuhkan perawatan

Banyak pemilik mobil yang benar-benar terkejut saat mengetahui bahwa aki juga membutuhkan "perawatan". Ini sangat disayangkan, karena sedikit perhatian dan perhatian dapat menghemat banyak waktu dan uang.

Merawat baterai sangat sederhana dan praktis bermuara pada pemeriksaan rutin level elektrolit. Level rendah mungkin menunjukkan pengisian yang berlebihan, biasanya disebabkan oleh alternator yang rusak. Jika elektrolit hilang hanya di salah satu sel, maka kegagalan seluruh baterai tidak jauh. Dalam cuaca hangat, entah bagaimana dia akan tetap bekerja, tetapi hawa dingin pertama akan menghabisinya.

Beberapa tahun yang lalu, "baterai bebas perawatan" sangat diminati, yang secara struktural direduksi menjadi penyegelan tuli pada penutup atas. Seiring waktu, mode ini berlalu, karena jika karena alasan tertentu elektrolit hilang, tidak mungkin lagi menambahkannya.

Saat mengisi ulang baterai, ingat satu fitur. Selama pengisian, level elektrolit naik sedikit, jadi isi ulang harus mempertimbangkan efek ini. Dan kita semua tahu betul apa yang bisa dilakukan oleh asam yang masuk ke wadah baterai atau bagian tubuh.

Pertanyaan keamanan

Ingatlah bahwa ada risiko nyata pengapian oksigen dan hidrogen yang dilepaskan selama pengisian (dan juga setelah selesai). Meskipun sebagian besar pabrikan besar melengkapi tutup baterai dengan penahan api yang dirancang untuk mencegah api memasuki baterai, kemungkinan ini masih ada - seperti yang mereka katakan, Tuhan menyelamatkan brankas. Ingat juga bahwa percikan api tidak hanya terjadi pada saat terminal dilepas. Listrik statis dari pakaian sintetis cukup untuk menyebabkan ledakan.

Ledakan baterai dapat dibandingkan dalam hal tenaga dengan tembakan dari senjata 12 mm. Hasilnya adalah pemandangan yang menakutkan, dan itu terjadi lebih sering dari yang Anda bayangkan. Misalnya, di Amerika yang berhati-hati, ada lebih dari sepuluh ribu kasus seperti itu dalam setahun.

Meskipun ledakannya tidak berakibat fatal, ledakan tersebut dapat melukai Anda secara serius, terutama wajah Anda, karena potongan plastik terlempar ke segala arah. Karena itu, Anda harus selalu memakai kacamata pengaman.

Hal berikutnya yang harus diperhatikan adalah getaran. Setelah suhu tinggi dan kelebihan beban listrik, ini adalah penyebab utama keausan baterai. Mekanisme efek ini sederhana: "obrolan" apa pun secara bertahap menghilangkan zat aktif dari pelat. Karena itu, pastikan baterai terpasang dengan kuat.

Dan terakhir, periksa terminalnya. Mereka harus bersih dan dikencangkan dengan baik untuk menghindari percikan api. Beberapa melumasi terminal, yang lain menganggapnya hanya mendorong kotoran untuk menumpuk, jadi pilihan ada di tangan Anda.

Mengenakan biaya!!!....

Baterainya, "mati" tanpa harapan pada suatu Senin pagi yang membekukan, sering menjadi penyebab runtuhnya begitu banyak karier layanan yang cemerlang.

Jadi apa yang harus dilakukan?

Anda dapat mencoba menyalakan mobil dengan beberapa cara: "nyalakan" dari aki mobil lain (yang dapat bermasalah dengan tingkat elektronik "penyelesaian" saat ini); dorong mobil atau tarik ke belakang (tetapi tidak dengan catalytic converter); pergi membeli baterai baru.

Metode terakhir sangat buruk, karena dalam sebagian besar kasus, baterai yang "mati" dapat dipulihkan.

Pada pengisian daya yang tepat dalam banyak kasus, dia dikembalikan ke keadaan semula dan terus hidup dan berjuang.

Jangan terburu-buru!

Lewatlah sudah hari-hari ketika baterai hanya dicolokkan dan dibiarkan semalaman. Pengisian baterai harus dilakukan pada "kecepatan" tertentu, jika tidak, berbagai masalah menanti Anda.

Idealnya, arus pengisian normal baterai asam timbal harus 10% dari peringkat ampere-jamnya. Misalnya, baterai 50 amp-jam yang kosong sepenuhnya harus diisi pada 5 amp selama sepuluh jam. Pengisian harus dilakukan dengan penutup dilepas.

Dan saya ingin pergi lebih cepat, tetapi saya tidak bisa. Hal ini dapat menyebabkan panas berlebih, dan bahkan elektrolit mendidih. Pelatnya juga bisa melengkung, lalu baterai habis. Jika baterai Anda disegel, "bebas perawatan", maka Anda harus mengisinya lebih lambat - tidak lebih dari 2,5% dari karakteristik ampere-jam.

Jadi, dalam contoh yang sama, baterai tersegel 50 amp-jam yang kosong penuh membutuhkan arus pengisian 1,25 amp selama 40 jam. Untuk baterai yang habis sebagian, kali ini tentu saja akan lebih pendek.

Sebagian besar pengisi daya dilengkapi dengan pengatur arus pengisian daya. Ini sangat nyaman jika ada mode "pengurangan biaya". Dalam hal ini, saat baterai diisi, arus pengisian secara otomatis dikurangi untuk mencegah kemungkinan pengisian berlebih.

Aturan umum di sini adalah semakin lambat Anda mengisi daya, semakin baik.

Namun, jangan mengisi daya baterai terlalu lama. Mengenai penentuan kapan proses itu harus diselesaikan, pendapat berbeda. Beberapa menghitung waktu yang diperlukan untuk mengisi daya dan mematikan perangkat setelah berlalu, yang lain menunggu sampai semua elemen mulai menggelembung dan baru mati.

Beberapa yang lebih kuat dilengkapi dengan fungsi tersebut pengisian cepat. Seharusnya hanya digunakan dalam situasi darurat di mana itu harus dimulai sesegera mungkin. Dalam mode ini, arus pengisian daya yang meningkat disuplai untuk jangka waktu tertentu, setelah itu perangkat mati sendiri. Itu masih mempersingkat masa pakai baterai.

Kementerian Sains dan Pendidikan Republik Kazakhstan

Universitas Negeri Aktobe dinamai demikian K. Zhubanova

Fakultas: teknik.

Spesialisasi: metalurgi.

Abstrak.

Disiplin: Kimia fisik.

Pada topik: Baterai dan cara kerjanya.

Diselesaikan oleh: siswa Tikhonov Timur

Diperiksa oleh: Baymanova

Aktobe 2010.

1. Baterai asam timbal

2. Prinsip operasi

3. Perangkat

4. Ciri fisik

5. Karakteristik kinerja

6. Operasi

7. Baterai asam timbal suhu rendah

8. Penyimpanan

9. Kerusakan baterai timbal-asam

10. Baterai listrik

11. Cara kerjanya

12. Baterai nikel-kadmium

13. Opsi

14. Aplikasi

baterai asam timbal- jenis baterai yang paling umum saat ini, ditemukan pada tahun 1859 oleh fisikawan Prancis Gaston Plante. Aplikasi utama: baterai starter masuk transportasi darat, sumber listrik darurat.

Prinsip operasi

Prinsip pengoperasian baterai timbal-asam didasarkan pada reaksi elektrokimia timbal dan timbal dioksida dalam lingkungan asam sulfat. Selama pelepasan, timbal dioksida direduksi di katoda dan timbal dioksidasi di anoda. Saat pengisian, reaksi balik terjadi, yang pada akhir pengisian ditambahkan reaksi elektrolisis air, disertai dengan pelepasan oksigen di elektroda positif dan hidrogen di elektroda negatif.

Reaksi kimia (dari kiri ke kanan - pelepasan, dari kanan ke kiri - muatan):

Alhasil, ternyata saat baterai habis, asam sulfat dikonsumsi bersamaan dengan pembentukan air (dan kerapatan elektrolit turun), dan saat pengisian, sebaliknya, air “dihabiskan” untuk formasi. asam sulfat (densitas elektrolit meningkat). Pada akhir pengisian, pada beberapa nilai kritis konsentrasi timbal sulfat di elektroda, proses elektrolisis air mulai mendominasi. Dalam hal ini, hidrogen dilepaskan di katoda, dan oksigen dilepaskan di anoda. Saat mengisi daya, jangan biarkan elektrolisis air, jika tidak maka perlu ditambahkan.

Perangkat

Sel baterai timbal-asam terdiri dari elektroda positif dan negatif, pemisah (kisi pemisah) dan elektrolit. Elektroda positif adalah jaringan timbal, dan zat aktifnya adalah timbal peroksida (PbO 2 ). Elektroda negatif juga merupakan jaringan timah, dan zat aktifnya adalah timah sepon (Pb). Dalam praktiknya, antimon ditambahkan ke kisi-kisi timbal dalam jumlah 1-2% untuk meningkatkan kekuatan. Sekarang garam kalsium digunakan sebagai komponen paduan, di kedua pelat, atau hanya di pelat positif (teknologi hibrida). Elektroda direndam dalam elektrolit yang terdiri dari asam sulfat encer (H 2 SO 4). Konduktivitas tertinggi larutan ini pada suhu kamar (yang berarti resistansi internal terendah dan kehilangan internal terendah) dicapai pada densitas 1,26 g/cm³. Namun, dalam praktiknya, seringkali di daerah dengan iklim dingin, konsentrasi asam sulfat yang lebih tinggi juga digunakan, hingga 1,29–1,31 g/cm³. (Ini karena ketika baterai timbal-asam habis, kerapatan elektrolit turun, dan suhu bekunya, oleh karena itu, menjadi lebih tinggi, baterai yang kosong mungkin tidak tahan terhadap dingin.)

Dalam versi baru, pelat timah (kisi) diganti dengan karbon berbusa yang dilapisi dengan film timah tipis, dan elektrolit cair dapat dibuat gel dengan silika gel hingga menjadi pasta. Menggunakan lebih sedikit timbal dan mendistribusikannya ke area yang luas, baterai dibuat tidak hanya ringkas dan ringan, tetapi juga jauh lebih efisien - selain efisiensi yang lebih besar, baterai ini mengisi daya jauh lebih cepat daripada baterai tradisional.

karakter fisik

· Kandungan energi teoretis: sekitar 133 Wh/kg.

· Konsumsi energi spesifik (Wh/kg): 30-60 Wh/kg.

· Kepadatan energi spesifik (Wh/dm³): sekitar 1250 Wh/dm³.

EMF dari baterai yang terisi = 2,11 V, tegangan pengoperasian = 2,1 V (total 6 bagian menghasilkan 12,7 V).

· Tegangan baterai yang benar-benar kosong = 1,75 - 1,8 V (berdasarkan 1 bagian). Anda tidak dapat memotongnya di bawah.

· Suhu kerja: dikurangi 40 menjadi ditambah 40

Efisiensi: sekitar 80-90%

Karakteristik kinerja

· Kapasitas yang ternilai, menunjukkan jumlah listrik yang dapat diberikan baterai ini. Biasanya ditentukan dalam ampere-jam, dan diukur saat pemakaian dengan arus kecil (1/20 dari kapasitas pengenal, dinyatakan dalam Ah).

· Arus starter(untuk mobil). Ini mencirikan kemampuan untuk mengirimkan arus tinggi pada suhu rendah. Dalam kebanyakan kasus diukur pada -18°C (0°F) selama 30 detik. Berbagai metode pengukuran berbeda terutama pada tegangan ujung yang diijinkan.

· Kapasitas cadangan(untuk mobil). Mencirikan waktu di mana baterai dapat memberikan arus 25A. Biasanya sekitar 100 menit.

Eksploitasi

Hidrometer dapat digunakan untuk memeriksa berat jenis elektrolit di setiap bagian

Saat mengoperasikan baterai "servis" (dengan penutup yang dapat dibuka di atas tepian) di dalam mobil, saat melewati gundukan, elektrolit konduktif pasti merembes ke wadah baterai. Untuk menghindari pelepasan diri yang kuat, elektrolit perlu dinetralkan secara berkala dengan menyeka casing, misalnya dengan larutan soda kue yang lemah. Selain itu, terutama dalam cuaca panas, air menguap dari elektrolit, yang meningkatkan densitasnya dan dapat membuka pelat timah. Oleh karena itu, perlu untuk memantau level elektrolit dan mengisi ulang dengan air suling tepat waktu.

Pengoperasian sederhana seperti itu, bersama dengan memeriksa kebocoran arus mobil dan mengisi ulang baterai secara berkala, dapat memperpanjang umur baterai beberapa tahun.

Baterai asam timbal pada suhu rendah

Saat suhu sekitar menurun, kinerja baterai memburuk, namun, tidak seperti jenis baterai lainnya, baterai timbal-asam menguranginya secara relatif lambat, yang akhirnya menyebabkan penggunaannya yang meluas dalam transportasi. Sangat kira-kira, kita dapat berasumsi bahwa kapasitas berkurang setengahnya untuk setiap penurunan suhu sekitar 15°C mulai dari +10°C, yaitu, pada suhu -45°C, baterai timbal-asam hanya mampu menghasilkan beberapa persen dari kapasitas aslinya.
Penurunan kapasitansi dan keluaran arus pada suhu rendah terutama disebabkan oleh peningkatan viskositas elektrolit, yang tidak dapat lagi disuplai sepenuhnya ke elektroda, dan hanya bereaksi di sekitarnya, dengan cepat menipis.
Parameter pengisian daya berkurang lebih cepat. Nyatanya, mulai dari sekitar -15°C, muatan baterai timbal-asam hampir berhenti, yang menyebabkan pengosongan baterai secara progresif cepat selama pengoperasian dalam perjalanan singkat yang sering (disebut "mode dokter"). Selama perjalanan ini, baterai praktis tidak diisi, harus diisi secara teratur oleh eksternal pengisi daya.
Dipercayai bahwa baterai yang tidak terisi penuh dalam cuaca dingin dapat retak karena pembekuan elektrolit. Namun, larutan asam sulfat dalam air membeku dengan cara yang sama sekali berbeda dari air murni - secara bertahap mengental, secara bertahap berubah menjadi bentuk padat. Mode pembekuan seperti itu hampir tidak mampu menyebabkan pecahnya dinding bejana terbuka (dan bank baterai adalah volume terbuka). Elektrolit yang disebut "beku" dalam literatur populer sebenarnya masih bisa diaduk.
Retakan dinding baterai saat cuaca beku benar-benar terjadi, tetapi pada dasarnya ini adalah konsekuensi dari perubahan sifat bahan yang digunakan untuk dinding, dan bukan pemuaian elektrolit selama pembekuan.

Penyimpanan

Baterai timbal-asam hanya boleh disimpan dalam keadaan terisi daya. Pada suhu di bawah -20 °C, baterai harus diisi dayanya tegangan konstan 2.275 V/bagian, setahun sekali, selama 48 jam. Pada suhu kamar - 1 kali dalam 8 bulan dengan tegangan konstan 2,35 V / bagian selama 6-12 jam. Penyimpanan baterai di atas 30°C tidak disarankan.

Lapisan kotoran dan kerak pada permukaan baterai menciptakan konduktor untuk arus dari satu kontak ke kontak lainnya dan menyebabkan pelepasan sendiri baterai, setelah itu sulfasi dini pelat dimulai dan oleh karena itu permukaan baterai harus dijaga. bersih (yaitu, harus dicuci sebelum disimpan) Penyimpanan baterai timbal-asam dalam keadaan kosong menyebabkan penurunan kinerja yang cepat.

Dengan penyimpanan baterai jangka panjang dan pelepasannya dengan arus tinggi (dalam mode starter), atau dengan penurunan kapasitas baterai, perlu dilakukan siklus pelatihan kontrol (perawatan), yaitu pelepasan- diisi dengan arus dengan nilai nominal.

Kerusakan baterai timbal-asam

Saat menggunakan asam sulfat teknis dan air non-suling, pelepasan sendiri, sulfasi, penghancuran pelat, dan penurunan kapasitas baterai dipercepat.