Vi acidentalmente
um artigo com comentários, e então a raiva em mim começou a ferver pela ignorância das pessoas no campo das baterias ácidas (chumbo nas pessoas comuns) que eu não aguentava e decidi escrever para "geeks" (como se vê, não basta comprar um telefone caro) pequeno artigo sobre baterias. Com a consideração desses erros que constantemente olham nos meus olhos e causam um desejo justo de corrigi-los.
Vamos começar com o nome. Muitas vezes vejo que as três letras AK chamam tudo o que pode ser carregado, absolutamente qualquer bateria. Especialmente três letras que as pessoas gostam de chamar de baterias como Li-ion. De fato, a bateria é uma abreviação de Bateria de ácido recarregável. Eles significam apenas um tipo de bateria - ácido de chumbo. Do ponto de vista moderno, esse nome causa alguma dissonância cognitiva, porque no momento, o significado da palavra "bateria", ou seja, uma célula galvânica que não pode ser carregada mudou para a palavra "bateria". E acontece que, por causa da palavra "recarregável", é uma bateria que pode ser carregada e, por causa da palavra "bateria", é como uma bateria que não pode ser carregada. Na realidade, a bateria é apenas um circuito de células galvânicas e com a palavra "bateria" tem apenas a raiz em comum.
Em seguida, passamos a alguns mitos, a saber, o principal mito - a bateria do carro apresenta algumas diferenças significativas em relação à bateria do no-break. E você não pode usá-los lá e ali.
Do ponto de vista químico, qualquer bateria é
exatamente a mesma . Como eles estão organizados? Muito brevemente - se a bateria estiver carregada, um eletrodo é uma grade de chumbo com uma pasta de PbO
2 aplicada a ela, e o segundo é a mesma grade com uma pasta de chumbo de esponja. O eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico. Durante a descarga, a PbO
2 é reduzida e, interagindo com o ácido sulfúrico, forma PbSO
4 . O chumbo no outro eletrodo oxida e novamente forma PbSO
4 . No final da descarga, temos as duas placas de treliça preenchidas com (mais ou menos) sulfato de chumbo. Quando a bateria está sendo carregada, ocorre eletrólise e o chumbo e o chumbo metálico são novamente formados a partir do sulfato de chumbo. Obviamente, aqui deve ser enfatizado que os eletrodos não são iguais e sua polaridade não deve ser confundida. mesmo na fase de produção, aditivos apropriados são adicionados ao revestimento do eletrodo para melhorar suas propriedades operacionais. Além disso, aditivos úteis para um eletrodo são prejudiciais para outro. Em tempos muito antigos, em algum lugar do início do século passado, nas condições de baterias simples, provavelmente era permitido reverter a bateria por engano ou com algum objetivo, e funcionou por algum tempo depois disso. Que é válido agora, duvido.
Existem 6 dessas células em uma bateria de 12V e 3 em uma bateria de 6V. etc. Muitas pessoas são enganadas pelo valor da tensão nas baterias. Além disso, os valores da tensão nominal, carga, descarga. Por um lado, as baterias são chamadas de 12V (e 6V, 24V também têm, na minha opinião, até 4V ocasionalmente ocorrem), mas, no caso das mesmas baterias para o no-break, o fabricante indica uma tensão acima de 13,5V.
Por exemplo:
Aqui vemos que no modo forçado a tensão de
carga pode ser de até 15V.
A curva de tensão na bateria explica tudo:
À esquerda, vemos a tensão para a bateria de 12 células (24V nominal), 6 (12V nominal) e, mais útil, para uma célula. Áreas de tensões indesejáveis durante a descarga / carga também são anotadas lá. A partir da curva podemos concluir:
1 tensão 12V, 24V, etc. são nominais e mostram apenas o número de células galvânicas (dividindo por duas) na bateria. Este é apenas um nome por conveniência.
2 A tensão de carregamento pode atingir 2,5 V / célula, o que corresponde a 15V para uma bateria de 12V.
3 A tensão de uma bateria carregada é considerada aceitável no valor de 2,1-2,2 V / célula, o que corresponde a 12,6-13,2V para uma bateria de 12V.
Teoricamente, a bateria pode ser carregada até 2,4 V / célula ou até um pouco mais alta; no entanto, essa carga afetará adversamente o estado dos eletrodos e a concentração de eletrólitos. Uma vez, antes de ser descartada, carreguei facilmente a bateria de 12V a aprox. 14,5V (não me lembro do valor exato).
Assim, o autor do artigo com o qual comecei decidiu que a voltagem de carga de uma bateria de carro e de uma UPS é diferente. Isso não é verdade, eles têm o mesmo tipo de eletrodos e a mesma concentração de ácido sulfúrico no eletrólito (selecionados experimentalmente há muito tempo para fornecer tensão máxima e autodescarga mínima). No entanto, o que acontece na bateria, por que ela não pode ser carregada quando o valor da tensão é muito alto?
Por que preciso adicionar água à bateria do carro, mas não preciso da bateria do no-break? Essas perguntas nos permitem passar sem problemas para a região de decomposição da água. Como escrevi acima, ao carregar a bateria, ocorre eletrólise. No entanto, nem toda a corrente é gasta na conversão de PbSO
4 em PbO
2 e Pb. Parte da corrente será inevitavelmente gasta na decomposição da água, que constitui uma parte significativa do eletrólito:
2H
2 O = 2H
2 + O
2Um cálculo teórico fornece um valor de tensão para esta reação de aprox. 1.2V. Lembro que a tensão na célula quando a carga é obviamente superior a 2V. Felizmente, a água começa a se decompor ativamente apenas acima de 2V e, na indústria, para produzir hidrogênio e oxigênio a partir dela, o processo é conduzido de 2,1 a 2,6V (a temperatura elevada). Seja como for, chegamos à conclusão de que, ao final do processo de carga da bateria, o processo de decomposição da água no eletrólito em células ocorrerá
inevitavelmente . O oxigênio e o hidrogênio resultantes simplesmente desaparecem da esfera de reação. Os seguintes mitos existem sobre eles:
1. O hidrogênio é extremamente explosivo! Recarregue a bateria e, pelo menos, perca a sala onde estava!
De fato, o hidrogênio é insignificante no processo de eletrólise em comparação com o volume da sala. O hidrogênio explode a uma concentração de 4% no ar. Se assumirmos que a eletrólise é realizada em uma sala medindo 3 * 3 * 3 metros ou 27 metros cúbicos, precisaremos preencher a sala 27 * 0,04 = 1,1 metros metros cúbicos. hidrogênio. Para obter essa quantidade de H2, seria necessário decompor completamente aprox. 49 moles de água ou 884 gramas dele. Se alguém observou eletrólise, então ele entenderá o quanto isso é. Ou tente passar para o tempo. Com a força atual no carregamento padrão para baterias grandes em 6A, a equação de Faraday fornece o tempo necessário para obter essa quantidade de hidrogênio, já 437 horas ou 18,2 dias. Para encher a sala com hidrogênio a uma concentração explosiva, você precisa se esquecer de cobrar por 2 semanas e meia! Mas, mesmo que isso aconteça, a concentração de ácido sulfúrico simplesmente aumentará até que sua solução adquira uma resistência muito alta para uma carga miserável de 12V e a força atual se torne insignificante. E o hidrogênio simplesmente desaparecerá.
É muito raro que explosões ocorram diretamente nos corpos de baterias grandes, devido ao fato de que o hidrogênio liberado não pode, por alguma razão, deixar o espaço confinado. Mas, neste caso, não há nada terrível - na maioria das vezes uma explosão é suficiente apenas para uma pequena deformação da parte superior do corpo, mas não para quebrar os compostos de chumbo. E a bateria ainda pode funcionar mesmo após esses danos.
2. Durante a eletrólise, pode-se formar veneno mortal e, não menos explosivo que o hidrogênio, sulfeto de hidrogênio!
Não é nosso, o mito de tempos em tempos aparecia nos posts em inglês. Teoricamente, é claro, é possível aplicar uma tensão tão grande e criar assim uma corrente tão grande que no cátodo inicia o processo de redução do íon sulfato. A voltagem para isso será suficiente, e os produtos de recuperação não terão tempo para se difundir do eletrodo e a recuperação irá além. Mas carregar dentro de uma dúzia ou três volts e com uma limitação de corrente de 6A dificilmente é capaz disso. Certa vez, assisti ao processo de redução de sulfato para SO
2 , sim, é possível; colegas de classe fizeram algo errado durante o experimento. Mas isso é muito raro porque ali, a concentração de ácido sulfúrico era visivelmente mais alta que a usada na bateria, havia um design diferente do eletrodo e de seu outro material e, é claro, a tensão e a corrente eram exorbitantes. E SO
2 não
é H
2 S.
3. Durante a eletrólise, o arsênico e o antimônio do material das grades serão reduzidos a arsina e stibina venenosas!
De fato, as redes contêm relativamente antimônio; o arsênico nas redes modernas provavelmente não está presente. Quando a bateria está funcionando, a grade na qual a restauração ocorre, ou seja, cátodo, não pode ser destruído. Destacam-se, mesmo que de alguma forma estibinos, ele interagia imediatamente com o PbSO4, reduzindo-o ao metal.
No entanto, há algum incômodo prático aqui. O hidrogênio e o oxigênio gasosos
podem causar gotículas de eletrólito, criando um aerossol de ácido sulfúrico. Um aerossol de ácido sulfúrico, mesmo concentrado, não é perigoso para uma pessoa e simplesmente causa tosse. No entanto, o ácido sulfúrico é um pesadelo para tecidos e papel. Vale a pena até uma pequena quantidade de ácido sulfúrico para que as roupas e os buracos apareçam lá ou o tecido arrebente neste local. Em uma semana, se houver muito ácido, em um mês, mas as roupas vão decair.
Portanto, não vale a pena se preocupar com a evolução do gás do ponto de vista familiar ou vale a pena, mas você precisa se concentrar no aerossol de ácido sulfúrico.
Então, a água começou a se decompor em hidrogênio, oxigênio, torna-se cada vez menos no eletrólito, então o que vem a seguir? Se for uma bateria na qual o eletrólito é simplesmente derramado na forma de uma camada líquida, a autodescarga começará a aumentar devido a um aumento na concentração de ácido sulfúrico. Curiosamente, isso será acompanhado por um ligeiro aumento na voltagem (a concentração de ácido aumenta) na célula. É por isso que os proprietários de carros devem monitorar constantemente a concentração de ácido sulfúrico em suas baterias (usando um hidrômetro) e adicionar água lá. O procedimento de abastecimento de água é uma
parte necessária do processo de manutenção de qualquer bateria. Exceto por um de seus tipos, e falaremos sobre isso agora.
Certamente é inconveniente ter uma bateria na qual uma camada de oscilações cáusticas, em relação a metais, líquidos e, portanto, tentativas de se livrar diretamente do líquido tenham sido realizadas por um longo tempo, iniciada quase na primeira metade do século XX. A propósito, não é que a camada de ácido sulfúrico espirre diretamente ao redor dos eletrodos. Na realidade, está bem distribuído entre os eletrodos e os separadores que os cercam, mesmo em modelos de baixo custo. Então, a primeira opção foi usar fibra de vidro. Basta cercar os eletrodos com fibra de vidro saturada com ácido sulfúrico e a maioria dos problemas será resolvida. Esse tipo de bateria é chamado AGM (tapete de vidro absorvente) e a grande maioria dessas baterias para UPS. Embora essas baterias de formato pequeno sejam frequentemente posicionadas como aquelas que podem ser operadas em qualquer posição, não se pode concordar completamente com isso. A abertura da tampa de uma bateria AGM barata padrão mostra que não há tampas especiais e, portanto, apenas as forças capilares impedem que o eletrólito flua para fora. Tenho quase certeza de que, se você colocar a bateria AGM de cabeça para baixo, depois de apenas uma carga, o ácido sulfúrico sairá dela sob pressão do gás.
O segundo tipo comum é mais interessante, este é o chamado baterias de gel. E eles acabam graças ao seguinte. Se acidificar silicatos solúveis, o ácido silícico será liberado:
Na
2 SiO
3 + H
2 SO
4 = Na
2 SO
4 +
SiO 2 + H2O
Se a solução inicial de silicato não diferir em qualidade, o ácido silícico será liberado na forma de uma massa vítrea, mas se for suficientemente puro, o ácido silícico precipitará na forma de uma bela peça de um gel translúcido uniforme. O método para produzir baterias de gel é baseado nisso - uma simples adição de silicatos ao eletrólito faz com que ele se solidifique em uma massa semelhante a gel. Consequentemente, não há nada a vazar de lá e a bateria pode realmente ser operada em qualquer posição. O processo de formação de gel em si não aumenta a capacidade da bateria e não melhora sua qualidade; no entanto, os fabricantes a utilizam na produção de modelos da mais alta qualidade e, portanto, essas baterias são de alta qualidade e maior capacidade. É interessante que em ambos os casos, o transportador de eletrólitos seja SiO2 de uma forma ou de outra.
Ambos os tipos de baterias são combinados na gloriosa VRLA - bateria de chumbo-ácido regulada por válvula que é usada no no-break. Formalmente, eles são considerados livres de manutenção e exploráveis em qualquer posição, mas isso não é totalmente verdade. Além disso, muitos já encontraram o efeito quando literalmente alguns ml de água dão vida a uma bateria aparentemente descarregada do no-break. Isso acontece porque essas baterias não são à prova de gota da eletrólise da água no eletrólito e, portanto, secam. Tudo acontece exatamente como em baterias grandes. Mas as baterias mais caras e frias, livres de manutenção, contêm um catalisador para a recombinação dos gases liberados de volta para a água, e agora o seu caso é realmente completamente à prova de vazamentos. Chamo a atenção para o fato de que as baterias AGM e GEL podem ser verdadeiramente à prova de vazamentos e livre de manutenção, mas também não podem conter e não contêm um catalisador para a recombinação de oxigênio e hidrogênio. Então, apesar do design aparentemente avançado, o usuário terá que comprar baterias novas com mais frequência ou adicionar água usando uma seringa.
Gostaria de acrescentar algumas palavras sobre os modos de descarga. Os fabricantes de baterias indicam qual corrente é a máxima permitida para um modelo específico, mas você precisa entender que a bateria é apenas uma mistura de produtos químicos e que a CEM é gerada exclusivamente por meios químicos. Este não é um capacitor que, por analogia eletro-hidráulica, pode ser comparado com um determinado vaso mecânico (com uma membrana flexível). Embora as baterias possam produzir correntes muito grandes, na realidade elas são melhor usadas apenas em correntes baixas, que estão na descarga e no carregamento. Portanto, os no-breaks projetados para pequenas cargas de bateria, ao trabalhar com baterias grandes, os carregarão no modo mais suave. No entanto, durante longe de um dia. É interessante prestar atenção ao fato de que, quanto maior a potência do no-break, mais baterias o fabricante prefere coletar sequencialmente. Tudo é lógico aqui - grandes correntes de descarga, baterias pequenas suportam muito pouco.
Para resumir:
1. As baterias pequenas e grandes têm design idêntico.
2. Para a grande maioria das baterias de qualquer tamanho, o abastecimento de água é uma parte necessária da manutenção de rotina.
3. Apenas alguns dos modelos de bateria caros contêm um mecanismo de recombinação de gás e podem ser chamados de verdadeiramente livres de manutenção.
4. O hidrogênio em si, que é liberado durante uma carga (e isso é igual à operação constante no no-break) de uma bateria, não é uma ameaça ou problema significativo.
5. Você precisa trabalhar com muito cuidado com a bateria, evitando derramar mesmo as menores gotas de eletrólito ou perder a roupa.
6. Descarga e carga com correntes baixas são os modos mais preferidos de operação da bateria.