Saya tidak sengaja melihat
sebuah artikel dengan komentar di atasnya, dan kemarahan saya mulai mendidih tentang ketidaktahuan orang-orang di bidang asam (timbal pada orang-orang biasa) baterai yang saya tidak tahan dan memutuskan untuk menulis ke "Geeks" (ternyata, itu tidak cukup untuk membeli telepon mahal) artikel pendek tentang baterai. Dengan pertimbangan kesalahan-kesalahan itu yang terus-menerus membuat mata saya bermata dan menyebabkan keinginan yang benar untuk memperbaikinya.
Mari kita mulai dengan namanya. Saya sangat sering melihat bahwa ketiga huruf AK memanggil segala sesuatu yang dapat diisi, benar-benar baterai apa pun. Terutama tiga huruf orang suka menyebut baterai seperti Li-ion. Bahkan, baterai merupakan kependekan dari Baterai Asam Isi Ulang. Artinya hanya satu jenis baterai - asam timbal. Dari sudut pandang modern, nama ini menyebabkan beberapa disonansi kognitif, karena saat ini arti kata "baterai" yaitu sel galvanik yang tidak dapat diisi ulang telah beralih ke kata "baterai". Dan ternyata seolah-olah karena kata "isi ulang" itu adalah baterai yang dapat diisi, dan karena kata "baterai" itu seperti baterai yang tidak dapat diisi. Pada kenyataannya, baterai hanyalah sirkuit sel galvanik dan dengan kata "baterai" hanya memiliki akar yang sama.
Selanjutnya, kita beralih ke beberapa mitos, yaitu mitos utama - baterai untuk mobil memiliki beberapa perbedaan signifikan dari baterai untuk UPS. Dan Anda tidak dapat menggunakannya di sana dan di sana.
Dari sudut pandang kimia, baterai apa pun
persis sama . Bagaimana mereka diatur? Sangat singkat - jika baterai diisi, maka satu elektroda adalah kisi-kisi timah dengan pasta PbO
2 yang diterapkan padanya, dan yang kedua adalah kisi yang sama dengan pasta timah spons. Elektrolit adalah larutan asam sulfat. Selama pembuangan, PbO
2 berkurang dan, berinteraksi dengan asam sulfat, membentuk PbSO4. Timbal pada elektroda lain teroksidasi dan membentuk PbSO
4 . Pada akhir pembuangan, kami memiliki kedua pelat kisi diisi dengan (lebih atau kurang) timbal sulfat. Ketika baterai sedang diisi, elektrolisis terjadi dan timbal dan timbal logam dibentuk lagi dari timbal sulfat. Tentu saja, di sini harus ditekankan bahwa elektroda tidak sama dan polaritasnya tidak boleh bingung. bahkan pada tahap produksi, aditif yang sesuai ditambahkan ke lapisan elektroda untuk meningkatkan sifat operasionalnya. Selain itu, aditif yang berguna untuk satu elektroda berbahaya bagi yang lain. Di masa yang sangat tua, di suatu tempat di awal abad terakhir, dalam kondisi baterai sederhana, mungkin diizinkan untuk membalikkan baterai secara tidak sengaja atau untuk tujuan tertentu, dan itu berfungsi untuk beberapa waktu setelah itu. Itu valid sekarang, saya ragu.
Ada 6 sel seperti itu di baterai 12V, dan 3 di baterai 6V. dll. Banyak orang yang tersesat oleh nilai voltase pada baterai. Selain itu, nilai-nilai tegangan nominal, pengisian, pengosongan. Di satu sisi, baterai disebut 12V (dan 6V, 24V juga, menurut saya, bahkan kadang-kadang terjadi 4V), tetapi pada kasus baterai yang sama untuk UPS, produsen menunjukkan tegangan di atas 13.5V.
Sebagai contoh:
Di sini kita melihat bahwa dalam mode paksa tegangan
muatan bisa mencapai 15V.
Kurva tegangan pada baterai akan menjelaskan semuanya:
Di sebelah kiri kita melihat tegangan untuk baterai 12 sel (nominal 24V), 6 (nominal 12V) dan, paling berguna, untuk satu sel. Area tegangan yang tidak diinginkan selama pembuangan / pengisian juga dicatat di sana. Dari kurva kita dapat menyimpulkan:
1 Volt 12V, 24V, dll. adalah nominal dan hanya menunjukkan jumlah sel galvanik (dengan membagi dua) dalam baterai. Ini hanya nama untuk kenyamanan.
2 Tegangan pengisian dapat mencapai 2,5 V / sel, yang sesuai dengan 15V untuk baterai 12V.
3 Tegangan baterai yang terisi daya dianggap dapat diterima pada nilai 2,1-2,2 V / sel, yang sesuai dengan 12,6-13,2V untuk baterai 12V.
Secara teoritis, baterai dapat diisi hingga 2,4 V / sel atau bahkan sedikit lebih tinggi, namun pengisian seperti itu akan berdampak buruk pada keadaan elektroda dan konsentrasi elektrolit. Sekali, sebelum dihapus, saya dengan mudah mengisi baterai 12V hingga sekitar. 14.5V (saya tidak ingat nilai pastinya).
Jadi, penulis artikel yang saya mulai, memutuskan bahwa tegangan muatan baterai mobil dan baterai dari UPS berbeda. Ini tidak benar, mereka memiliki jenis elektroda yang sama dan konsentrasi asam sulfat yang sama dalam elektrolit (dipilih secara eksperimental sejak lama untuk memberikan tegangan maksimum dan minimal self-discharge). Namun, apa yang terjadi pada baterai, mengapa tidak bisa diisi ketika nilai voltase terlalu tinggi?
Mengapa saya perlu menambahkan air ke baterai mobil, tetapi tidak perlu baterai UPS? Pertanyaan-pertanyaan ini memungkinkan kita untuk dengan lancar pindah ke wilayah dekomposisi stres air. Seperti yang saya tulis di atas, ketika mengisi baterai, terjadi elektrolisis. Namun, tidak semua arus dihabiskan untuk konversi PbSO
4 ke PbO
2 dan Pb. Bagian dari arus pasti akan dihabiskan untuk penguraian air, yang merupakan bagian penting dari elektrolit:
2H
2 O = 2H
2 + O
2Perhitungan teoritis memberikan nilai tegangan untuk reaksi ini sekitar. 1.2V. Saya mengingatkan Anda bahwa tegangan pada sel ketika muatannya jelas lebih dari 2V. Untungnya, air aktif mulai terurai hanya di atas 2V, dan dalam industri untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen darinya, proses dilakukan sama sekali pada 2.1-2.6V (pada suhu tinggi). Bagaimanapun, di sini kita sampai pada kesimpulan bahwa pada akhir proses pengisian baterai, proses penguraian air dalam elektrolit menjadi sel-sel
pasti akan terjadi. Oksigen dan hidrogen yang dihasilkan hilang begitu saja dari bola reaksi. Mitos berikut ada tentang mereka:
1. Hidrogen sangat eksplosif! Isi ulang baterainya dan setidaknya hilangkan ruang di tempat itu!
Faktanya, hidrogen diabaikan dalam proses elektrolisis dibandingkan dengan volume ruangan. Hidrogen meledak pada konsentrasi 4% di udara. Jika kita mengasumsikan bahwa elektrolisis dilakukan dalam ruangan berukuran 3 * 3 * 3 meter atau 27 meter kubik, maka kita perlu mengisi ruang 27 * 0,04 = 1,1 meter meter kubik. hidrogen. Untuk mendapatkan jumlah H2 ini, perlu untuk menguraikan sekitar. 49 mol air atau 884 gram. Jika seseorang telah mengamati elektrolisis, maka dia akan mengerti berapa banyak ini. Atau coba beralih ke waktu. Dengan arus dalam pengisian standar untuk baterai besar pada 6A, persamaan Faraday memberikan waktu yang diperlukan untuk mendapatkan jumlah hidrogen ini, sudah 437 jam atau 18,2 hari. Untuk mengisi ruangan dengan hidrogen hingga konsentrasi eksplosif, Anda perlu melupakan pengisian selama 2 setengah minggu! Tetapi bahkan jika ini terjadi, konsentrasi asam sulfat hanya akan meningkat sampai solusinya memperoleh resistensi yang terlalu tinggi untuk pengisian 12V yang menyedihkan dan kekuatan saat ini dapat diabaikan. Dan hidrogen akan hilang begitu saja.
Sangat jarang bahwa ledakan terjadi secara langsung dalam tubuh baterai besar karena fakta bahwa hidrogen yang dikeluarkan tidak dapat karena alasan tertentu meninggalkan ruang terbatas. Tetapi dalam kasus ini, tidak ada yang mengerikan - paling sering ledakan hanya cukup untuk deformasi kecil pada bagian atas tubuh, tetapi tidak untuk menghancurkan senyawa timbal. Dan baterai masih dapat bekerja bahkan setelah kerusakan seperti itu.
2. Selama elektrolisis, beracun dan, tidak kalah eksplosif dari hidrogen, hidrogen sulfida dapat terbentuk!
Bukan milik kita, mitos dari waktu ke waktu muncul dalam tulisan bahasa Inggris. Secara teoritis, tentu saja, dimungkinkan untuk menerapkan tegangan sebesar itu dan membuatnya seperti arus besar sehingga pada katoda proses reduksi ion sulfat dimulai. Tegangan untuk ini akan cukup, dan produk pemulihan tidak akan punya waktu untuk berdifusi menjauh dari elektroda dan pemulihan akan melangkah lebih jauh. Tetapi pengisian dalam selusin atau tiga volt dan dengan batasan saat ini 6A hampir tidak mampu untuk ini. Suatu kali, saya menyaksikan proses pengurangan sulfat menjadi SO
2 , ya, itu mungkin; teman sekelas secara keliru melakukan sesuatu yang salah selama percobaan. Tetapi ini sangat jarang karena di sana konsentrasi asam sulfat jauh lebih tinggi daripada yang digunakan dalam baterai, ada desain berbeda dari elektroda dan bahan lainnya, dan, tentu saja, tegangan dan arus terlalu tinggi. Dan SO
2 bukan H
2 S.
3. Selama elektrolisis, arsen dan antimon dari bahan kisi-kisi akan direduksi menjadi arsine dan stibine beracun!
Memang, kisi mengandung antimon yang relatif banyak, arsenik dalam kisi modern mungkin tidak ada sama sekali. Ketika baterai beroperasi, kisi-kisi tempat pemulihan terjadi, yaitu katoda, tidak bisa dihancurkan. Menonjol bahkan dalam beberapa cara stibine, ia akan segera berinteraksi dengan PbSO4, menguranginya menjadi logam.
Namun, ada beberapa gangguan praktis di sini. Hidrogen gas dan oksigen
dapat memasukkan tetesan elektrolit, menciptakan aerosol asam sulfat. Aerosol asam sulfat, bahkan pekat, tidak berbahaya bagi seseorang dan hanya menyebabkan batuk. Namun, asam sulfat adalah mimpi buruk bagi kain dan kertas. Layak bahkan sejumlah kecil asam sulfat untuk masuk ke pakaian dan lubang akan muncul di sana atau kain akan pecah di tempat ini. Dalam seminggu, jika ada banyak asam, dalam sebulan, tapi pakaiannya akan rusak.
Jadi tidak perlu khawatir tentang evolusi gas dari sudut pandang rumah tangga atau apakah itu layak, tetapi Anda harus fokus pada aerosol asam sulfat.
Jadi, air mulai terurai menjadi hidrogen, oksigen, menjadi semakin sedikit dalam elektrolit, jadi apa selanjutnya? Jika ini adalah baterai di mana elektrolit dituangkan dalam bentuk lapisan cair, maka pelepasan sendiri akan mulai meningkat karena peningkatan konsentrasi asam sulfat. Menariknya, ini akan disertai dengan sedikit peningkatan tegangan (konsentrasi asam meningkat) pada sel. Itu sebabnya pemilik mobil harus terus memantau konsentrasi asam sulfat dalam baterai mereka (menggunakan hidrometer) dan menambahkan air di sana. Prosedur pengisian air merupakan
bagian penting dari proses perawatan baterai apa pun. Kecuali untuk salah satu tipenya, dan kita akan membicarakannya sekarang.
Tentu tidak nyaman untuk memiliki baterai di mana lapisan kaustik tergantung, dalam kaitannya dengan logam, cairan, dan karena itu upaya untuk menghilangkan cairan secara langsung telah dilakukan untuk waktu yang lama, dimulai hampir pada paruh pertama abad ke-20. Omong-omong, bukan karena lapisan asam sulfat langsung memercik di sekitar elektroda. Pada kenyataannya, itu didistribusikan dengan baik antara elektroda dan pemisah di sekitarnya, bahkan dalam model berbiaya rendah. Jadi, opsi pertama adalah menggunakan fiberglass. Cukup hanya mengelilingi elektroda dengan fiberglass yang jenuh dengan asam sulfat dan sebagian besar masalah akan terpecahkan. Baterai jenis ini disebut AGM (tikar kaca penyerap) dan sebagian besar baterai tersebut untuk UPS. Meskipun baterai dari faktor bentuk kecil seperti itu sering diposisikan sebagai baterai yang dapat dioperasikan di posisi apa pun, orang tidak dapat sepenuhnya setuju dengan ini. Membuka penutup baterai AGM murah standar menunjukkan bahwa tidak ada penutup khusus di sana, dan oleh karena itu, hanya kekuatan kapiler yang membuat elektrolit tidak mengalir keluar. Saya hampir yakin bahwa jika Anda menggerakkan baterai AGM terbalik, maka setelah sekali pengisian, asam sulfat akan mengalir keluar dari itu di bawah tekanan gas.
Tipe umum kedua lebih menarik, ini yang disebut baterai gel. Dan mereka berubah berkat yang berikut ini. Jika mengasamkan silikat larut, asam silikat akan dilepaskan:
Na
2 SiO
3 + H
2 SO
4 = Na
2 SO
4 +
SiO 2 + H
2 O
Jika larutan silikat awal tidak berbeda dalam kualitas, maka asam silikat akan dilepaskan dalam bentuk massa vitreous, tetapi jika cukup murni, maka asam silikat mengendap dalam bentuk sepotong indah dari gel tembus seragam yang seragam. Metode untuk memproduksi baterai gel didasarkan pada hal ini - penambahan silikat sederhana pada elektrolit menyebabkannya mengeras menjadi massa seperti gel. Dengan demikian, tidak ada yang bocor dari sana dan baterai benar-benar dapat dioperasikan di posisi apa pun. Proses pembentukan gel itu sendiri tidak meningkatkan kapasitas baterai dan tidak meningkatkan kualitasnya, namun, produsen menggunakannya dalam produksi model kualitas tertinggi, dan oleh karena itu baterai ini berkualitas tinggi dan kapasitas lebih tinggi. Sangat menarik bahwa dalam kedua kasus, pembawa elektrolit adalah SiO2 dalam satu bentuk atau lainnya.
Kedua jenis baterai ini digabungkan menjadi tipe VRLA yang mulia - baterai timbal-asam yang diatur-katup yang digunakan dalam UPS. Secara formal, mereka dianggap bebas perawatan dan dapat dieksploitasi di posisi apa pun, tetapi ini tidak sepenuhnya benar. Selain itu, banyak yang sudah merasakan efeknya ketika beberapa liter air menghidupkan baterai yang tampaknya sudah mati dari UPS. Ini terjadi karena baterai ini bukan setetes air yang aman dari elektrolisis air dalam elektrolit, dan karenanya, mengering. Semuanya terjadi persis sama dengan baterai besar. Tetapi baterai bebas perawatan yang paling mahal dan paling keren mengandung katalis untuk rekombinasi gas yang dilepaskan kembali ke air, dan sekarang kasingnya benar-benar anti bocor. Saya menarik perhatian Anda pada fakta bahwa baterai AGM dan GEL dapat benar-benar anti bocor dan bebas perawatan, tetapi juga tidak dan tidak mengandung katalis untuk rekombinasi oksigen dan hidrogen. Kemudian, terlepas dari desain yang tampaknya canggih, pengguna harus membeli baterai baru lebih sering, atau menambahkan air menggunakan jarum suntik.
Saya ingin menambahkan beberapa kata tentang mode debit. Produsen baterai menunjukkan arus mana yang maksimum yang diizinkan untuk model tertentu, tetapi Anda perlu memahami bahwa baterai hanyalah campuran bahan kimia dan EMF dihasilkan secara eksklusif dengan cara kimia. Ini bukan kapasitor yang, dengan analogi elektro-hidrolik, dapat dibandingkan dengan bejana mekanis tertentu (dengan membran fleksibel). Meskipun baterai dapat menghasilkan arus yang sangat besar, pada kenyataannya mereka paling baik digunakan hanya pada arus rendah, yang ada di debit dan di charge. Oleh karena itu, UPS yang dirancang untuk pengisian daya baterai kecil, ketika bekerja dengan baterai besar, akan mengisi daya dalam mode paling lembut. Namun, jauh dari satu hari. Sangat menarik untuk dicatat bahwa semakin tinggi daya UPS, semakin banyak baterai yang lebih suka dirakit oleh produsen. Semuanya logis di sini - arus debit besar baterai kecil bertahan sangat buruk.
Untuk meringkas:
1. Baterai kecil dan besar identik dalam desain.
2. Untuk sebagian besar baterai dalam ukuran berapa pun, pengisian air merupakan bagian penting dari pemeliharaan rutin.
3. Hanya beberapa model baterai mahal yang mengandung mekanisme rekombinasi gas dan dapat disebut benar-benar bebas perawatan.
4. Hidrogen itu sendiri, yang dilepaskan selama pengisian (dan ini sama dengan operasi konstan pada UPS) baterai, bukan merupakan ancaman atau masalah yang signifikan.
5. Anda perlu bekerja dengan sangat hati-hati dengan baterai, dengan hati-hati menghindari tumpah bahkan tetes elektrolit terkecil, atau kehilangan pakaian Anda.
6. Pelepasan dan pengisian daya dengan arus rendah adalah mode operasi baterai yang paling disukai.