Accidentalmente vi
un artículo con comentarios al respecto, por lo que la ira en mí comenzó a hervir por la ignorancia de las personas en el campo de las baterías ácidas (plomo en la gente común) que no podía soportar y decidí escribir a "geeks" (como resulta, no es suficiente comprar un teléfono caro) breve artículo sobre baterías. Con la consideración de esos errores que constantemente me hacen perder los ojos y provocan un deseo justo de corregirlos.
Comencemos con el nombre. Muy a menudo veo que las tres letras AK llaman a todo lo que se puede cargar, absolutamente cualquier batería. Especialmente tres letras a las personas les gusta llamar a las baterías como Li-ion. De hecho, la batería es una abreviatura de batería de ácido recargable. Significan solo un tipo de batería: ácido de plomo. Desde el punto de vista moderno, este nombre causa cierta disonancia cognitiva, porque en este momento el significado de la palabra "batería", es decir una celda galvánica que no se puede cargar ha cambiado a la palabra "batería". Y resulta que, debido a la palabra "recargable", es una batería que se puede cargar, y debido a la palabra "batería", es como una batería que no se puede cargar. En realidad, la batería es solo un circuito de celdas galvánicas y con la palabra "batería" solo tiene la raíz en común.
A continuación, pasamos a algunos mitos, a saber, el mito principal: la batería del automóvil tiene algunas diferencias significativas con respecto a la batería del UPS. Y no puedes usarlos allí y allá.
Desde un punto de vista químico, cualquier batería es
exactamente la misma . ¿Cómo se arreglan? Muy brevemente: si la batería está cargada, entonces un electrodo es una rejilla de plomo con una pasta de PbO
2 aplicada, y el segundo es la misma rejilla con una pasta de plomo esponja. El electrolito es una solución de ácido sulfúrico. Durante la descarga, el PbO
2 se reduce y, al interactuar con el ácido sulfúrico, forma PbSO
4 . El plomo en el otro electrodo se oxida y nuevamente forma PbSO
4 . Al final de la descarga, tenemos ambas placas reticulares llenas con (más o menos) sulfato de plomo. Cuando se carga la batería, se produce la electrólisis y el plomo y el plomo metálico se forman nuevamente a partir de sulfato de plomo. Por supuesto, aquí debe enfatizarse que los electrodos no son iguales y su polaridad no debe confundirse. incluso en la etapa de producción, se agregan aditivos apropiados al recubrimiento del electrodo para mejorar sus propiedades operativas. Además, los aditivos útiles para un electrodo son perjudiciales para otro. En tiempos muy antiguos, en algún lugar a principios del siglo pasado, en condiciones de baterías simples, probablemente era permisible invertir la batería por error o para algún propósito, y funcionó durante algún tiempo después de eso. Que es válido ahora, lo dudo.
Hay 6 de estas celdas en una batería de 12V y 3 en una batería de 6V. etc. El valor del voltaje en las baterías engaña a muchas personas. Además, los valores de la tensión nominal, carga, descarga. Por un lado, las baterías se llaman 12V (y 6V, 24V también tienen, en mi opinión, incluso ocasionalmente se producen 4V), pero en el caso de las mismas baterías para el UPS, el fabricante indica un voltaje por encima de 13.5V.
Por ejemplo:
Aquí vemos que en modo forzado el voltaje de
carga puede ser de hasta 15V.
La curva de voltaje en la batería explicará todo:
A la izquierda vemos el voltaje para la batería de 12 celdas (24V nominal), 6 (12V nominal) y, lo más útil, para una celda. Allí también se observan áreas de voltajes indeseables durante la descarga / carga. De la curva podemos concluir:
1 Voltaje 12V, 24V, etc. son nominales y muestran solo el número de celdas galvánicas (dividiendo entre dos) en la batería. Este es solo un nombre por conveniencia.
2 El voltaje de carga puede alcanzar 2.5 V / celda, que corresponde a 15V para una batería de 12V.
3 El voltaje de una batería cargada se considera aceptable a un valor de 2.1-2.2 V / celda, que corresponde a 12.6-13.2V para una batería de 12V.
Teóricamente, la batería se puede cargar hasta 2,4 V / celda o incluso un poco más, sin embargo, dicha carga afectará negativamente tanto el estado de los electrodos como la concentración de electrolitos. Una vez, antes de ser desechado, cargué fácilmente la batería de 12V a aprox. 14,5 V (no recuerdo el valor exacto).
Entonces, el autor del artículo con el que comencé, decidió que el voltaje de carga de la batería de un automóvil y la batería de un UPS son diferentes. Esto no es cierto, tienen el mismo tipo de electrodos y la misma concentración de ácido sulfúrico en el electrolito (seleccionados experimentalmente hace mucho tiempo para proporcionar el voltaje máximo y la autodescarga mínima). Sin embargo, ¿qué sucede en la batería? ¿Por qué no se puede cargar cuando el valor del voltaje es demasiado alto?
¿Por qué necesito agregar agua a la batería de un automóvil, pero no necesito una batería UPS? Estas preguntas nos permiten movernos suavemente hacia la región de descomposición del estrés del agua. Como escribí anteriormente, cuando se carga la batería, se produce la electrólisis. Sin embargo, no toda la corriente se gasta en la conversión de PbSO
4 a PbO
2 y Pb. Parte de la corriente se gastará inevitablemente en la descomposición del agua, que constituye una parte importante del electrolito:
2H
2 O = 2H
2 + O
2Un cálculo teórico da un valor de voltaje para esta reacción de aprox. 1.2V. Les recuerdo que el voltaje en la celda cuando la carga es obviamente más de 2V. Afortunadamente, el agua comienza a descomponerse activamente solo por encima de 2V, y en la industria para producir hidrógeno y oxígeno a partir de ella, el proceso se realiza en absoluto a 2.1-2.6V (a temperatura elevada). Sea como fuere, llegamos a la conclusión de que al final del proceso de carga de la batería,
inevitablemente se producirá el proceso de descomposición del agua en el electrolito en células. El oxígeno y el hidrógeno resultantes simplemente desaparecen de la esfera de reacción. Existen los siguientes mitos sobre ellos:
1. ¡ El hidrógeno es extremadamente explosivo! ¡Recargue la batería y al menos pierda la habitación donde estaba!
De hecho, el hidrógeno es insignificante en el proceso de electrólisis en comparación con el volumen de la habitación. El hidrógeno explota a una concentración del 4% en el aire. Si suponemos que la electrólisis se lleva a cabo en una habitación que mide 3 * 3 * 3 metros o 27 metros cúbicos, entonces necesitaremos llenar la habitación 27 * 0.04 = 1.1 metros metros cúbicos. Hidrógeno Para obtener esta cantidad de H2, sería necesario descomponer por completo aprox. 49 moles de agua o 884 gramos de ella. Si alguien ha observado electrólisis, entonces comprenderá cuánto es esto. O intenta pasar al tiempo. Con el amperaje en la carga estándar para baterías grandes a 6 A, la ecuación de Faraday da el tiempo requerido para obtener esta cantidad de hidrógeno, ya 437 horas o 18.2 días. Para llenar la habitación con hidrógeno a una concentración explosiva, ¡debes olvidarte de cargar durante 2 semanas y media! Pero incluso si esto sucede, la concentración de ácido sulfúrico simplemente aumentará hasta que su solución adquiera una resistencia demasiado alta para una carga miserable de 12 V y la fuerza actual se vuelva insignificante. Y el hidrógeno simplemente desaparecerá.
Es muy raro que ocurran explosiones directamente en los cuerpos de las baterías grandes debido al hecho de que el hidrógeno liberado no puede salir del espacio confinado por alguna razón. Pero en este caso, no hay nada terrible: la mayoría de las veces una explosión es suficiente solo para una pequeña deformación de la parte superior del cuerpo, pero no para romper los compuestos de plomo. Y la batería aún puede funcionar incluso después de dicho daño.
2. Durante la electrólisis, se puede formar un veneno mortal y no menos explosivo que el hidrógeno.
No el nuestro, el mito de vez en cuando apareció en publicaciones en inglés. Teóricamente, por supuesto, es posible aplicar un voltaje tan grande y crear así una corriente tan grande que en el cátodo comienza el proceso de reducción del ion sulfato. El voltaje para esto será suficiente, y los productos de recuperación no tendrán tiempo para difundirse lejos del electrodo y la recuperación irá más allá. Pero cargar dentro de una docena o tres voltios y con una limitación de corriente de 6A apenas es capaz de esto. Una vez, observé el proceso de reducir el sulfato a SO
2 , sí, es posible; los compañeros de clase hicieron algo mal por error durante el experimento. Pero esto es muy raro porque allí la concentración de ácido sulfúrico era notablemente más alta que la utilizada en la batería, había un diseño diferente del electrodo y su otro material, y, por supuesto, el voltaje y la corriente eran exorbitantes. Y SO
2 no
es H
2 S.
3. ¡ Durante la electrólisis, el arsénico y el antimonio del material de las rejillas se reducirán a arsina y estibina venenosas!
De hecho, las redes contienen relativamente mucho antimonio; el arsénico en las redes modernas probablemente no esté presente en absoluto. Cuando la batería está funcionando, la red en la que ocurre la restauración, es decir cátodo, no puede ser destruido. Destacando incluso de alguna manera la estibina, él interactuaría inmediatamente con PbSO4, reduciéndolo a metal.
Sin embargo, hay algunas molestias prácticas aquí. El hidrógeno y el oxígeno gaseosos
pueden arrastrar gotitas de electrolito, creando un aerosol de ácido sulfúrico. Un aerosol de ácido sulfúrico, incluso concentrado, no es peligroso para una persona y simplemente causa tos. Sin embargo, el ácido sulfúrico es una pesadilla para las telas y el papel. Vale la pena incluso una pequeña cantidad de ácido sulfúrico para que entre en la ropa y aparecerán agujeros allí o la tela explotará en este lugar. En una semana, si hay mucho ácido, en un mes, pero la ropa se descompondrá.
Por lo tanto, no vale la pena preocuparse por la evolución del gas desde el punto de vista de los hogares o vale la pena, pero debe centrarse en el aerosol de ácido sulfúrico.
Entonces, el agua comenzó a descomponerse en hidrógeno, oxígeno, se vuelve cada vez menos en el electrolito, entonces, ¿qué sigue? Si se trata de una batería en la que el electrolito simplemente se vierte en forma de una capa líquida, entonces la autodescarga comenzará a aumentar debido a un aumento en la concentración de ácido sulfúrico. Curiosamente, esto irá acompañado de un ligero aumento en el voltaje (aumenta la concentración de ácido) en la célula. Es por eso que los propietarios de automóviles deben monitorear constantemente la concentración de ácido sulfúrico en sus baterías (usando un hidrómetro) y agregar agua allí. El procedimiento de llenado de agua es una
parte necesaria del proceso de mantenimiento de cualquier batería. Excepto por uno de sus tipos, y hablaremos de eso ahora.
Ciertamente es inconveniente tener una batería en la que una capa de cáustico cuelga, en relación con metales, de líquidos, y por lo tanto, los intentos de deshacerse del líquido directamente se han emprendido durante mucho tiempo, comenzó casi en la primera mitad del siglo XX. Por cierto, no es que la capa de ácido sulfúrico salpique directamente alrededor de los electrodos. En realidad, está bien distribuido entre los electrodos y los separadores que los rodean, incluso en modelos de bajo costo. Entonces, la primera opción era usar fibra de vidrio. Basta con rodear los electrodos con fibra de vidrio saturada con ácido sulfúrico y la mayoría de los problemas se resolverán. Este tipo de batería se llama AGM (estera de vidrio absorbente) y la gran mayoría de estas baterías para UPS. Aunque tales baterías de un factor de forma pequeño a menudo se colocan como aquellas que pueden funcionar en cualquier posición, uno no puede estar completamente de acuerdo con esto. Abrir la tapa de una batería AGM barata estándar muestra que no hay tapas especiales allí y, por lo tanto, solo las fuerzas capilares evitan que el electrolito fluya. Estoy casi seguro de que si maneja la batería AGM al revés, luego de solo una carga, el ácido sulfúrico fluirá fuera de ella bajo presión de gas.
El segundo tipo común es más interesante, este es el llamado Baterías de gel. Y resultan gracias a lo siguiente. Si acidifica silicatos solubles, se liberará ácido silícico:
Na
2 SiO
3 + H
2 SO
4 = Na
2 SO
4 +
SiO 2 + H
2 O
Si la solución de silicato inicial no difiere en calidad, entonces el ácido silícico se liberará en forma de una masa vítrea, pero si es suficientemente puro, entonces el ácido silícico precipita en forma de una hermosa pieza de un gel translúcido uniforme. El método para producir baterías de gel se basa en esto: una simple adición de silicatos al electrolito hace que se solidifique en una masa similar a un gel. En consecuencia, no hay nada que se escape desde allí y la batería realmente puede funcionar en cualquier posición. El proceso de formación de gel en sí no aumenta la capacidad de la batería y no mejora su calidad, sin embargo, los fabricantes lo usan en la producción de modelos de la más alta calidad, y por lo tanto estas baterías son de alta calidad y mayor capacidad. Es interesante que en ambos casos, el portador de electrolito sea SiO2 de una forma u otra.
Ambos tipos de baterías se combinan en el glorioso tipo VRLA: batería de plomo-ácido regulada por válvula que se usa en el UPS. Formalmente, se consideran libres de mantenimiento y explotables en cualquier posición, pero esto no es del todo cierto. Además, muchos ya se han encontrado con el efecto cuando literalmente unos pocos ml de agua dan vida a una batería aparentemente muerta del UPS. Esto sucede porque estas baterías no están a salvo de la electrólisis del agua en el electrolito y, por lo tanto, se secan. Todo sucede exactamente igual que en las baterías grandes. Pero las baterías sin mantenimiento más caras y más frías contienen un catalizador para la recombinación de los gases liberados nuevamente en el agua, y ahora su estuche es realmente completamente a prueba de fugas. Le llamo la atención sobre el hecho de que las baterías AGM y GEL pueden ser verdaderamente a prueba de fugas y sin mantenimiento, pero tampoco pueden ser y no contienen un catalizador para la recombinación de oxígeno e hidrógeno. Luego, a pesar del diseño aparentemente avanzado, el usuario tendrá que comprar baterías nuevas con más frecuencia o agregar agua con una jeringa.
Me gustaría agregar algunas palabras sobre los modos de descarga. Los fabricantes de baterías indican qué corriente es la máxima permitida para un modelo en particular, pero debe comprender que la batería es solo una mezcla de productos químicos y que los EMF se generan exclusivamente por medios químicos. Este no es un condensador que, por analogía electrohidráulica, se puede comparar con un determinado recipiente mecánico (con una membrana flexible). Aunque las baterías pueden producir corrientes muy grandes, en realidad se utilizan mejor solo a bajas corrientes, que están en descarga y carga. Por lo tanto, los UPS diseñados para pequeñas cargas de batería, cuando funcionan con baterías grandes, los cargarán en el modo más suave. Sin embargo, durante lejos de un día. Es interesante prestar atención al hecho de que cuanto mayor sea la potencia del UPS, más baterías el fabricante prefiere recolectar secuencialmente. Aquí todo es lógico: grandes corrientes de descarga, las baterías pequeñas resisten muy mal.
Para resumir:
1. Las baterías pequeñas y grandes son idénticas en diseño.
2. Para la gran mayoría de las baterías de cualquier tamaño, el llenado de agua es una parte necesaria del mantenimiento de rutina.
3. Solo unos pocos de los costosos modelos de baterías contienen un mecanismo de recombinación de gas y pueden considerarse verdaderamente libres de mantenimiento.
4. El hidrógeno en sí mismo, que se libera durante una carga (y esto equivale a la operación constante en el UPS) de una batería, no es una amenaza o problema significativo.
5. Debe trabajar con mucho cuidado con la batería, evitando derramar incluso las gotas más pequeñas de electrolito o perder la ropa.
6. La descarga y la carga con bajas corrientes son los modos más preferidos de funcionamiento con batería.