J'ai accidentellement vu
un article avec des commentaires à ce sujet, et donc la colère en moi a commencé à bouillir à propos de l'ignorance des gens dans le domaine des batteries acides (plomb chez les gens ordinaires) que je ne pouvais pas supporter et j'ai décidé d'écrire à des «geeks» (en fait, il ne suffit pas d'acheter un téléphone cher) court article sur les batteries. Avec la considération de ces erreurs qui paressent constamment mes yeux et provoquent un désir juste de les corriger.
Commençons par le nom. Je vois très souvent que les trois lettres AK appellent tout ce qui peut être chargé, absolument n'importe quelle batterie. Surtout trois lettres que les gens aiment appeler des batteries comme Li-ion. En fait, la batterie est l'abréviation de Recidable Acid Battery. Ils ne signifient qu'un seul type de batterie - l'acide de plomb. Du point de vue moderne, ce nom provoque une certaine dissonance cognitive, car pour le moment le sens du mot "batterie" c'est-à-dire une cellule galvanique qui ne peut pas être chargée est passée au mot "batterie". Et il s'avère que, à cause du mot «rechargeable», c'est une batterie qui peut être chargée, et à cause du mot «batterie», c'est comme une batterie qui ne peut pas être chargée. En réalité, la batterie n'est qu'un circuit de cellules galvaniques et avec le mot «batterie» n'a que la racine en commun.
Ensuite, nous nous tournons vers certains mythes, à savoir le mythe principal - la batterie de la voiture présente des différences importantes par rapport à la batterie de l'onduleur. Et vous ne pouvez pas les utiliser ici et là.
D'un point de vue chimique, n'importe quelle batterie est
exactement la même . Comment sont-ils arrangés? Très brièvement - si la batterie est chargée, alors une électrode est un réseau de plomb avec une pâte de PbO
2 appliquée et la seconde est le même réseau avec une pâte de plomb éponge. L'électrolyte est une solution d'acide sulfurique. Pendant la décharge, le PbO
2 est réduit et, en interagissant avec l'acide sulfurique, forme du PbSO
4 . Le plomb de l'autre électrode s'oxyde et forme à nouveau du PbSO
4 . A la fin de la décharge, nous avons les deux plaques en treillis remplies (plus ou moins) de sulfate de plomb. Lorsque la batterie est en charge, l'électrolyse a lieu et le plomb et le plomb métallique sont à nouveau formés à partir de sulfate de plomb. Bien entendu, il faut ici souligner que les électrodes ne sont pas égales et que leur polarité ne doit pas être confondue. même au stade de la production, des additifs appropriés sont ajoutés au revêtement d'électrode pour améliorer leurs propriétés opérationnelles. De plus, les additifs utiles pour une électrode sont nocifs pour une autre. Dans les temps très anciens, quelque part au début du siècle dernier, dans les conditions de batteries simples, il était probablement permis d'inverser la batterie par erreur ou dans un certain but, et cela a fonctionné pendant un certain temps après. Qu'il soit valide maintenant, j'en doute.
Il y a 6 cellules de ce type dans une batterie 12V et 3 dans une batterie 6V. etc. Beaucoup de gens sont induits en erreur par la valeur de la tension sur les batteries. De plus, les valeurs de la tension nominale, charge, décharge. D'une part, les batteries sont appelées 12V (et 6V, 24V ont également, à mon avis, même parfois 4V), mais dans le cas des mêmes batteries pour l'onduleur, le fabricant indique une tension supérieure à 13,5V.
Par exemple:
Ici, nous voyons qu'en mode forcé, la tension de
charge peut atteindre 15V.
La courbe de tension sur la batterie expliquera tout:
Sur la gauche, nous voyons la tension pour la batterie de 12 cellules (24V nominal), 6 (12V nominal) et, plus utile, pour une cellule. Des zones de tensions indésirables pendant la décharge / charge y sont également notées. De la courbe, nous pouvons conclure:
1 tension 12V, 24V, etc. sont nominaux et ne montrent que le nombre de cellules galvaniques (en divisant par deux) dans la batterie. Ce n'est qu'un nom pour plus de commodité.
2 La tension de charge peut atteindre 2,5 V / cellule, ce qui correspond à 15V pour une batterie 12V.
3 La tension d'une batterie chargée est considérée comme acceptable à une valeur de 2,1-2,2 V / cellule, ce qui correspond à 12,6-13,2V pour une batterie 12V.
Théoriquement, la batterie peut être chargée jusqu'à 2,4 V / cellule ou même légèrement plus, cependant, une telle charge affectera à la fois l'état des électrodes et la concentration d'électrolyte. Une fois, avant d'être mis au rebut, j'ai facilement chargé la batterie 12V à env. 14,5 V (je ne me souviens pas de la valeur exacte).
Ainsi, l'auteur de l'article avec lequel j'ai commencé, a décidé que la tension de charge d'une batterie de voiture et d'une batterie d'un UPS sont différentes. Ce n'est pas vrai, ils ont le même type d'électrodes et la même concentration d'acide sulfurique dans l'électrolyte (sélectionnés expérimentalement il y a longtemps pour fournir une tension maximale et une auto-décharge minimale). Cependant, que se passe-t-il dans la batterie, pourquoi ne peut-elle pas être chargée lorsque la valeur de la tension est trop élevée?
Pourquoi dois-je ajouter de l'eau à une batterie de voiture, mais je n'ai pas besoin d'une batterie UPS? Ces questions nous permettent de nous déplacer en douceur dans la région de décomposition des contraintes de l'eau. Comme je l'ai écrit ci-dessus, lors de la charge de la batterie, l'électrolyse se produit. Cependant, tout le courant n'est pas dépensé pour la conversion de PbSO
4 en PbO
2 et Pb. Une partie du courant sera inévitablement consacrée à la décomposition de l'eau, qui constitue une part importante de l'électrolyte:
2H
2 O = 2H
2 + O
2Un calcul théorique donne une valeur de tension pour cette réaction d'env. 1.2V. Je vous rappelle que la tension sur la cellule lorsque la charge est évidemment supérieure à 2V. Heureusement, l'eau commence activement à se décomposer uniquement au-dessus de 2 V, et dans l'industrie pour en produire de l'hydrogène et de l'oxygène, le processus est mené à 2,1-2,6 V (à température élevée). Quoi qu'il en soit, nous arrivons ici à la conclusion qu'à la fin du processus de charge de la batterie, le processus de décomposition de l'eau dans l'électrolyte en cellules se produira
inévitablement . L'oxygène et l'hydrogène qui en résultent disparaissent simplement de la sphère de réaction. Les mythes suivants existent à leur sujet:
1. L'hydrogène est extrêmement explosif! Rechargez la batterie et perdez au moins la pièce où elle était!
En fait, l'hydrogène est négligeable dans le processus d'électrolyse par rapport au volume de la pièce. L'hydrogène explose à une concentration de 4% dans l'air. Si nous supposons que l'électrolyse est effectuée dans une pièce de 3 * 3 * 3 mètres ou 27 mètres cubes, nous devrons alors remplir la pièce 27 * 0,04 = 1,1 mètre cube. l'hydrogène. Pour obtenir cette quantité de H2, il faudrait décomposer complètement env. 49 moles d'eau ou 884 grammes. Si quelqu'un a observé une électrolyse, il comprendra combien cela représente. Ou essayez de passer au temps. Avec l'ampérage de charge standard pour les grandes batteries à 6A, l'équation de Faraday donne le temps nécessaire pour obtenir cette quantité d'hydrogène, déjà 437 heures ou 18,2 jours. Pour remplir la pièce d'hydrogène à une concentration explosive, vous devez oublier de charger pendant 2 semaines et demie! Mais même si cela se produit, la concentration d'acide sulfurique augmentera simplement jusqu'à ce que sa solution acquière une résistance trop élevée pour une charge 12V misérable et que la force du courant devienne négligeable. Et l'hydrogène disparaîtra tout simplement.
Il est très rare que des explosions se produisent directement dans le corps de grosses batteries, car l'hydrogène libéré ne peut pour une raison quelconque quitter l'espace clos. Mais dans ce cas, il n'y a rien de terrible - le plus souvent, une explosion ne suffit que pour une petite déformation de la partie supérieure du corps, mais pas pour casser les composés de plomb. Et la batterie peut toujours fonctionner même après de tels dommages.
2. Pendant l'électrolyse, un poison mortel et, non moins explosif que l'hydrogène, du sulfure d'hydrogène peut se former!
Pas le nôtre, le mythe de temps en temps est apparu dans des articles en anglais. Théoriquement, bien sûr, il est possible d'appliquer une tension aussi élevée et de créer ainsi un courant si important qu'à la cathode commence le processus de réduction de l'ion sulfate. La tension pour cela sera suffisante, et les produits de récupération n'auront pas le temps de diffuser loin de l'électrode et la récupération ira plus loin. Mais charger dans une douzaine ou trois volts et avec une limitation de courant de 6A est à peine capable de cela. Une fois, j'ai regardé le processus de réduction du sulfate en SO
2 , oui, c'est possible; des camarades de classe ont fait par erreur quelque chose de mal pendant l'expérience. Mais c'est très rare car là, la concentration d'acide sulfurique était sensiblement plus élevée que celle utilisée dans la batterie, il y avait une conception différente de l'électrode et de son autre matériau, et, bien sûr, la tension et le courant étaient exorbitants. Et SO
2 n'est pas H
2 S.
3. Pendant l'électrolyse, l'arsenic et l'antimoine provenant du matériau des réseaux seront réduits en arsine et stibine toxiques!
En effet, les réseaux contiennent relativement beaucoup d'antimoine; l'arsenic dans les réseaux modernes n'est probablement pas présent du tout. Lorsque la batterie fonctionne, la grille sur laquelle la restauration a lieu, c'est-à-dire cathode, ne peut pas être détruit. Se démarquer même d'une certaine manière stibine, il interagirait immédiatement avec PbSO4, le réduisant au métal.
Cependant, il y a des nuisances pratiques ici. L'hydrogène et l'oxygène gazeux
peuvent entraîner des gouttelettes d'électrolyte, créant un aérosol d'acide sulfurique. Un aérosol d'acide sulfurique, même concentré, n'est pas dangereux pour une personne et provoque simplement une toux. Cependant, l'acide sulfurique est un cauchemar pour les tissus et le papier. Il vaut même une petite quantité d'acide sulfurique pour se mettre sur les vêtements et des trous y apparaîtront ou le tissu éclatera à cet endroit. En une semaine, s'il y a beaucoup d'acide, en un mois, mais les vêtements se décomposeront.
Il ne vaut donc pas la peine de s'inquiéter de l'évolution du gaz d'un point de vue domestique ou en vaut-il la peine, mais vous devez vous concentrer sur l'aérosol d'acide sulfurique.
Donc, l'eau a commencé à se décomposer en hydrogène, oxygène, elle devient de moins en moins dans l'électrolyte, alors quelle est la prochaine étape? S'il s'agit d'une batterie dans laquelle l'électrolyte est simplement versé sous la forme d'une couche liquide, l'auto-décharge commencera à augmenter en raison d'une augmentation de la concentration d'acide sulfurique. Fait intéressant, cela s'accompagnera d'une légère augmentation de la tension (la concentration d'acide augmente) sur la cellule. C'est pourquoi les propriétaires de voitures doivent constamment surveiller la concentration d'acide sulfurique dans leurs batteries (à l'aide d'un hydromètre) et y ajouter de l'eau. La procédure de remplissage d'eau est une
partie nécessaire du processus de maintenance de toute batterie. Sauf pour l'un de leurs types, et nous en parlerons maintenant.
Il est certainement gênant d'avoir une batterie dans laquelle une couche de pendules caustiques, par rapport aux métaux, de liquides, et donc des tentatives pour se débarrasser directement du liquide ont été entreprises depuis longtemps, a commencé presque dans la première moitié du 20e siècle. Soit dit en passant, ce n'est pas que la couche d'acide sulfurique éclabousse directement autour des électrodes. En réalité, il est bien réparti entre les électrodes et les séparateurs qui les entourent, même dans les modèles bon marché. Donc, la première option était d'utiliser de la fibre de verre. Il suffit juste d'entourer les électrodes de fibre de verre saturée d'acide sulfurique et la plupart des problèmes seront résolus. Ce type de batterie est appelé AGM (tapis de verre absorbant) et la grande majorité de ces batteries pour UPS. Bien que de telles batteries d'un petit facteur de forme soient souvent positionnées comme celles qui peuvent être utilisées dans n'importe quelle position, on ne peut pas être entièrement d'accord avec cela. L'ouverture du couvercle d'une batterie AGM bon marché standard montre qu'il n'y a pas de couvercle spécial là-bas, et donc, seules les forces capillaires empêchent l'électrolyte de s'écouler. Je suis presque sûr que si vous conduisez la batterie AGM à l'envers, après une seule charge, l'acide sulfurique en sortira sous pression de gaz.
Le deuxième type commun est plus intéressant, c'est ce qu'on appelle batteries au gel. Et ils se révèlent grâce aux éléments suivants. En cas d'acidification des silicates solubles, l'acide silicique sera libéré:
Na
2 SiO
3 + H
2 SO
4 = Na
2 SO
4 +
SiO 2 + H
2 O
Si la solution initiale de silicate ne diffère pas en qualité, l'acide silicique sera libéré sous la forme d'une masse vitreuse, mais s'il est suffisamment pur, alors l'acide silicique précipite sous la forme d'un beau morceau d'un gel translucide uniforme. La méthode de production des batteries au gel est basée sur cela - une simple addition de silicates à l'électrolyte le fait se solidifier en une masse semblable à un gel. En conséquence, il n'y a rien à fuir et la batterie peut vraiment fonctionner dans n'importe quelle position. Le processus de formation de gel lui-même n'augmente pas la capacité de la batterie et n'améliore pas sa qualité, cependant, les fabricants l'utilisent dans la production de modèles de la plus haute qualité, et donc ces batteries sont de haute qualité et de capacité supérieure. Il est intéressant de noter que dans les deux cas, le support d'électrolyte est du SiO2 sous une forme ou une autre.
Les deux types de batteries sont combinés dans le glorieux type VRLA - batterie plomb-acide à valve régulée qui est utilisée dans l'onduleur. Formellement, ils sont considérés comme sans maintenance et exploitables dans n'importe quelle position, mais ce n'est pas entièrement vrai. De plus, beaucoup ont déjà rencontré l'effet lorsque littéralement quelques ml d'eau font revivre une batterie apparemment morte de l'onduleur. Cela se produit parce que ces batteries ne sont pas à l'abri de l'électrolyse de l'eau dans l'électrolyte et donc du dessèchement. Tout se passe exactement comme dans les grosses batteries. Mais les batteries sans entretien les plus chères et les plus cool contiennent un catalyseur pour la recombinaison des gaz libérés dans l'eau, et maintenant leur boîtier est vraiment complètement étanche. J'attire votre attention sur le fait que les batteries AGM et GEL peuvent être véritablement étanches et sans entretien, mais elles peuvent également ne pas contenir et ne pas contenir de catalyseurs de recombinaison d'oxygène et d'hydrogène. Ensuite, malgré la conception apparemment avancée, l'utilisateur devra soit acheter de nouvelles batteries plus souvent, soit ajouter de l'eau à l'aide d'une seringue.
Je voudrais ajouter quelques mots sur les modes de décharge. Les fabricants de batteries indiquent quel courant est le maximum autorisé pour un modèle particulier, mais vous devez comprendre que la batterie n'est qu'un mélange de produits chimiques et que les CEM sont générés exclusivement par des moyens chimiques. Ce n'est pas un condensateur qui, par analogie électro-hydraulique, peut être comparé à un certain récipient mécanique (avec une membrane flexible). Bien que les batteries puissent produire de très grands courants, en réalité, elles sont mieux utilisées uniquement à des courants faibles, qui sont dans la décharge et en charge. Par conséquent, les onduleurs conçus pour de petites charges de batterie, lorsqu'ils fonctionnent avec de grandes batteries, les chargeront dans le mode le plus doux. Cependant, pendant loin d'un jour. Il est intéressant de faire attention au fait que plus la puissance de l'onduleur est élevée, plus le fabricant préfère collecter les batteries séquentiellement. Tout est logique ici - les grands courants de décharge les petites batteries résistent très mal.
Pour résumer:
1. Les petites et grandes batteries sont de conception identique.
2. Pour la grande majorité des batteries de toute taille, le remplissage d'eau est une partie nécessaire de l'entretien de routine.
3. Seuls quelques-uns des modèles de batteries coûteux contiennent un mécanisme de recombinaison de gaz et peuvent être appelés vraiment sans entretien.
4. L'hydrogène en lui-même, qui est libéré pendant une charge (et cela équivaut à un fonctionnement constant dans l'onduleur) d'une batterie, n'est pas une menace ou un problème important.
5. Vous devez travailler très soigneusement avec la batterie, en évitant soigneusement de renverser même les plus petites gouttes d'électrolyte ou de perdre vos vêtements.
6. La décharge et la charge à faible courant sont les modes de fonctionnement les plus appréciés de la batterie.