Jak funguje technologie automobilové baterie?
Olovo a kyselina jsou dvě věci, které většina lidí zná dostatečně dobře, aby se vyhnula. Olovo je těžký kov, který může způsobit celý seznam pracích seznamů zdravotních problémů a kyselina je kyselá. Pouhá zmínka o slově vyvolává obrazy bublinkových zelených tekutin a špinavých vědců, kteří se skláněli na světové nadvládě.
Ale jako čokoláda a arašídové máslo, olovo a kyselina by se nezdálo, že půjdou dohromady, ale oni to dělají. Bez olova a kyseliny bychom neměli autobaterie a bez autobaterií bychom neměli žádné moderní příslušenství - ani základní potřeby, jako jsou světlomety - které vyžadují, aby fungoval elektrický systém. Tak, jak se tyto dvě smrtelné látky spojily dohromady a vytvořily tak pevnou základnu automobilových elektronických systémů? Odpověď, zapůjčení zvratu fráze, je elementární.
Věda o skladování elektrické energie
Elektrické baterie jsou jednoduše skladovací nádoby, které jsou schopné držet elektrický náboj a pak je vybíjet do zátěže. Některé baterie jsou schopny vyrábět elektrický proud ze základních komponent, jakmile jsou sestaveny. Tyto baterie se nazývají " primární baterie" a obvykle se likvidují po vyčerpání náboje. Autobaterie se vejdou do jiné kategorie elektrické baterie, které lze nabíjet, vybíjet a nabíjet znovu a znovu. Tyto sekundární baterie využívají reverzibilní chemickou reakci, která se liší od jednoho typu nabíjecí baterie k druhému.
V termínech, které většina lidí může snadno pochopit, baterie AA nebo AAA, které si zakoupíte v obchodě, držte v dálkovém ovladači a pak je vyhazujte, když zemřou, jsou primární baterie. Jsou sestaveny, obvykle buď z buňky zinku-uhlíku nebo zinku a oxidu manganičitého, a jsou schopné dodávat proud bez nabíjení. Když zemřou, hodíte je pryč - nebo je zlikvidujte správně, pokud chcete.
Samozřejmě můžete koupit stejné AA nebo AAA baterie v "dobíjecí" formě, která stojí víc. Tyto akumulátory obvykle používají nikl-kadmiové nebo nikl-kovové hydridové články. Na rozdíl od tradičních "alkalických" baterií nejsou baterie NiCd a NiMH schopny zajistit proud při zatížení při montáži. Namísto toho se na buňky aplikuje elektrický proud, který způsobuje chemickou reakci v baterii. Pak baterii vložíte do dálkového ovladače a když zmizí, umístíte ji do nabíječky a aplikace proudu změní chemický proces, který se vyskytl během vypouštění.
Autobaterie, které využívají olovo a kyselinu sírovou místo oxyhydroxidu niklu a slitiny absorbující vodu, jsou podobné funkci baterií NiMH. Když se na baterii aplikuje elektrický proud, dojde k chemické reakci a je uložen elektrický náboj. Když je zátěž připojena k baterii, tato reakce se obrátí a proud je dodáván zatížení.
Uchovávání energie s olovem a kyselinou
Pokud používáte olovo a kyselinu k ukládání elektrického náboje, je to archaické. První baterie s olověnou kyselinou byla vynalezena v padesátých letech a baterie v autě používá stejné základní principy. Návrhy a materiály se v průběhu let vyvíjely, ale stejná základní idea je v hře.
Když je olověný akumulátor vybitý, elektrolyt se stává velmi zředěným roztokem kyseliny sírové - což znamená, že je většinou obyčejný H20, v němž se v něm pohybuje okolo něj H2SO4. Desky olova, které absorbovaly kyselinu sírovou, se stávají primárně síranem olovnatým. Pokud je na akumulátor použit elektrický proud, tento postup se změní. Sírové desky olova se (převážně) vracejí zpět do olova a zředěný roztok kyseliny sírové se stává koncentrovanějším.
Není to strašně účinný způsob ukládání elektrické energie, pokud jde o to, jak velké a velké buňky jsou porovnávány s množstvím energie, kterou ukládají, ale olověné baterie jsou dnes ještě používány ze dvou důvodů. První je věc ekonomiky; olověné akumulátory jsou mnohem levnější než jakékoli jiné možnosti. Druhým důvodem je to, že olověné akumulátory jsou schopné nabízet obrovské množství energie na vyžádání najednou, což z nich činí jednoznačně vhodné jako startovací baterie.
Jak je váš cyklus mělký?
Tradiční automobilové baterie jsou někdy označovány jako baterie SLI , kde "SLI" znamená spuštění, osvětlení a zapalování. Tato zkratka ilustruje hlavní účely autobaterie docela dobře, protože hlavním úkolem jakékoli automobilové baterie je spuštění startovacího motoru, světla a zapalování před spuštěním motoru. Po nastartování motoru zajišťuje alternátor veškerou potřebnou elektrickou energii a baterie se dobije.
Tento typ použití je mělký typ pracovního cyklu v tom, že poskytuje krátký výboj velkého množství proudu a to je to, co jsou speciálně navrženy pro akumulátory. S ohledem na to, moderní autobaterie obsahují velmi tenké desky olova, které umožňují maximální expozici elektrolytu a poskytují co nejvíce intenzity pro krátkou dobu. Tento návrh je nezbytný kvůli obrovským proudovým požadavkům startovacích motorů.
Na rozdíl od startovacích baterií jsou hluboké cyklické baterie další typ olověné baterie, která jsou určena pro "hlubší" cyklus. Konfigurace desek je odlišná, takže nejsou vhodné pro zajištění velkého množství proudu na vyžádání. Místo toho jsou navrženy tak, aby poskytovaly méně energie po delší dobu. Cyklus je "hlubší", protože je delší, spíše než kvůli celkovému vypouštění. Na rozdíl od startovacích baterií, které jsou po každém použití automaticky nabíjeny , mohou být hluboké akumulátory pomalu vybité - na bezpečné úrovni - před opětovným nabitím. Stejně jako staré baterie, akumulátorové baterie s hlubokým cyklem by se neměly vypouštět pod doporučenou úroveň, aby nedošlo k trvalému poškození.
Různý balíček, stejná technologie
I když základní technologie za olověné akumulátory zůstala víceméně stejná, pokroky v materiálech a technikách vedly k řadě změn. Baterie s hlubokým cyklem samozřejmě používají jinou konfiguraci desek, která umožňuje hlubší pracovní cyklus. Jiné varianty berou věci ještě dál.
Největší pokrok v technologii olověných kyselinových baterií je pravděpodobně baterie s regulovanou regulací olova (VRLA). Stále používají olovo a kyselinu sírovou, ale nemají "zaplavené", vlhké buňky. Místo toho používají pro elektrolyt buď gelové buňky, nebo absorbovanou skleněnou matu (AGM). Chemický proces je stejný na základní úrovni, ale tyto baterie nejsou předmětem vypouštění plynů, jako jsou baterie s povodňovými články, ani nejsou ohroženy únikem, pokud jsou nakloněny.
Ačkoli baterie VRLA mají řadu výhod, jsou mnohem dražší než tradiční baterie s povodňovými články. Takže zatímco technologie stále pokračuje pochodem kupředu, je pravděpodobné, že budete pořád ještě nějakou dobu projíždět nejmodernější technologií 1860 pod vaší kapotou - pokud nejste elektrický. Ale to je úplně jiná záležitost, pokud jde o baterie.