1. CE ESTE ACUMULATORUL ACID-PLUMB ? q4p23pc
Acumulatorii sunt echipamente ce transforma energia chimica in electricitate.
Acumulatorii sunt un mod eficient de a face electricitatea portabila. In plus,
acumulatorii furnizeaza energie in scopul de a inlocui energia electrica
furnizata de reteaua electrica.
Pe masura ce intregul glob devine dependent de electricitate, mobilitatea
bateriilor joaca un rol si mai important in viata de zi cu zi.
2. ISTORIA BATERIEI
Cei mai multi istorici situeaza inventia bateriei in jurul anului 1800, atunci
cand experimentele lui Alessandro Volta au generat curent electric din reactii
chimice intre elemente diferite.
Pila voltaica originala folosea discuri din zinc si argint si un separator poros
dintr-un material nonconducator, saturat de apa sarata. Experimentele cu diferite
combinatii de metale si electroliti au continuat in urmatorii 60 de ani.
Johann Ritter a demonstrat pentru prima oara elementele unei baterii reincarcabile
in 1802, dar totusi acestea au ramas o curiozitate de laborator, pana tarziu,
in secolul dinamurilor actionate cu abur capabile sa le reincarce.
In prima jumatate a sec XIX experimentele au continuat cu o varietate de combinatii
de materiale cu electrozi pozitivi/negativi si diversi electroliti. Abia in
anul 1860 stramosii bateriilor din zilele noastre au fost descoperiti, respectiv
George Leclanche a construit prima baterie din carbon-zinc.
Bateriile secundare dateaza dupa 1860, cand Raymond Gaston Plante a inventat
bateria plumb-acid.
Celula acesteia se baza pe 2 placute subtiri separate de o folie de cauciuc.
El a rulat aceasta combinatie si a introdus-o intr-o solutie diluata de acid
sulfuric. Initial capacitatea era limitata din cauza placutei pozitive ce prezenta
putin material pentru a face reactie.
Pe la 1881, Faure si altii au creat baterii folosind o pasta de oxid de plumb
pentru placa pozitiva, aceasta permitind o formare mai rapida.
Din moment ce majoritatea problemelor cu bateriile plumb-acid innundate implicau
scurgerea electrolitului, cele mai multe incercari au fost facute in idea de
a elimina acidul liber din baterie. Cercetatorii germani au descoperit la inceputul
anilor ‘60 un gel-electrolit pentru bateria plumb-acid ceea ce a constituit
o imbunatatire.
3. PLUMBUL
Plumbul este unul dintre primele metale folosite de catre oameni, folosirea
lui datand din 6500 I.Ch..
Tevi de plumb antice au fost descoperite in Egipt datand din timpul lui Pharaohs
ce a folosit plumbul in emailul obiectelor de ceramica.
Plumbul este de obicei asociat cu alte minerale- zinc, cupru, argint-, proprietatile
sale naturale precum masa, maleabilitatea, punct de topire scazut, rezistenta
la coroziune, proprietati electrice si rezistenta indelungata, facandu-l indispensabil
in industria mondiala.
Plumbul are rata cea mai ridicata de reciclare dintre toate materialele industriale
din lume.
· Alcatuirea acumulatorului cu plumb
O carcasa din polietilena (monobloc)
1. Placi interne pozitive si negative, realizate din plumb.
2. Separatori placi din material poros sintetic.
3. Electrolit, o solutie diluata din acid sulfuric si apa.
4. Borne din plumb, legatura dintre baterie si corpul ce are nevoie de energie.
· Procesul de fabricare
Procesul de fabricare incepe cu productia carcaselor (monobloc).
Vasul acumulatorului trebuie sa reziste la actiunea electrolitului (H2SO4 diluat)
si se executa din sticla, ebonita, polipropilena (in cazul acumulatorului de
autoturism).
Pentru acumulatorul de 12 V (pentru autoturisme), monoblocul este impartit in
6 diviziuni / celule.
Procesul continua cu realizarea gratarelor de plumb, care in starea asa-numita
“neformate” sunt acoperiti cu o pasta din oxizi de plumb (de exemplu
: Pb3O4 si litarga PbO) si placilor din plumb si aliaj din alte metale. Un acumulator
trebuie sa aiba placi pozitive si negative pentru a transmite curent.
Apoi, o pasta formata din oxid de plumb, acid sulfuric si apa este aplicata
pe gratare. Materialele expandate alcatuite din diverse pudre sulfuroase sunt
adaugate in aceasta pasta pentru a realiza placile negative.
In interiorul bateriei, placile pozitive si placile negative trebuiesc separate
pentru a preveni scurt-circuitele.
Separatorii sunt folii de plastic subtiri, folosite ca izolatori intre placile
pozitive si cele negative. Porii din separatori permit curentului electric sa
circule intre placi in timp ce impiedica scurt circuitele.
In urmatoarea faza, o placa pozitiva este imperecheata cu o placa negativa
si un separator. Acest pachet se numeste element, si se gaseste cate unul in
fiecare celula.
Elementele sunt asezate in monobloc. Celulele sunt unite printr-un metal ce
transmite curentul electric. Bornele de plumb sunt sudate. Dupa aceasta bateria
este umplutaa cu electrolit si apoi este fixat capacul. Bateria se verifica
de scurgeri
Ultimul pas, este incarcarea. In timpul acestui proces, bornele bateriei sunt
conectate la o sursa de curent si bateria este incarcata mai multe ore la rand.
4. CUM FUNCTIONEAZA ACUMULATORUL CU PLUMB?
O baterie inmagazineaza energie pentru uz ulterior. Ea produce tensiune dintr-o
reactie chimica produsa intre doua materiale diferite (placa pozitiva si cea
negativa) care sunt introduse in electrolit.
Electrozii sunt cufundati intr-o solutie apoasa de acid sulfuric. Prin asa-nimita
operatie de “formare” (a carei retea difera de la un mod de fabricatie
la altul), care consta in principal in alimentarea cu curent a acumulatorului,
electrozii se transforma, placile pozitive ajung de culoare cafenie si acoperite
cu PbO2, iar placile negative cenusii si acoperite cu plumb negricios.
Intr-un acumulator normala acid-plumb, tensiunea aproximativa este de 2V /celula,
deci un total de 12V. Curentul este degajat de baterie cu atat mai repede cu
cat exista un circuit intre borna pozitiva si cea negativa.
· Procesul de descarcarea a acumulatoarelor cu plumb
Descarcarea acumulatoarelor cu plumb comporta urmatoarele reactii chimice globale:
Situatia inainte de descarcare:
Electrod pozitiv (PbO2) H2SO4 Electrod negativ (Pb)
Sensul curentului in element:
Circulatia ionilor:
H2+ + SO4 - Reactii chimice la electrozi:
PbO2 + H2 + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O Pb + SO4 = PbSO4
Situatia finala a electrozilor:
PbSO4 PbSO4
Concluzie:
Cele doua placi fiind identice, acumulatorul nu mai poate debita curent. Placile
se sulfateaza, concentratia acidului descreste.
Cei mai multi dintre oameni nu realizeaza ca un acumulator cu plumb functioneaza
pe baza unui proces continuu de incarcare-descarcare. Atunci cand o baterie
este conectata la o sursa ce are nevoie de curent, cum ar fi un autoturism,
curentul iese din baterie si bateria incepe sa se descarce.
Un acumulator cu plumb incarcat are o t.e.m. de circa 2,2V. In functionare,
tensiunea scade destul de repede la Ud = 1,95V, apoi ramane catva timp aproape
canstanta, scazand apoi din nou brusc. Cand tensiunea a ajuns la 1,8V, descarcarea
trebuie intrerupta, deoarece sub aceasta valoare reactiile chimice nu mai sunt
reversibile.
*
*autoturism
· Procesul de incarcare a acumulatoarelor cu plumb
La incarcare, reactiile chimice sunt inverse:
Situatia inainte de incarcare:
Electrod pozitiv (PbSO4) H2SO4 Electrod negativ (PbSO4)
Sensul curentului in electrod:
Circulatia ionilor:
SO4 -- -- H2+ +
Reactii chimice la electrozi:
PbSO4 + SO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 PbSO4 + H2 = Pb + H2SO4
Situatia finala a electrozilor:
PbO2 Pb
Concluzie:
Prin incarcarea acumulatorului se restabileste situatia initiala si concentratia
acidului creste.
Acumulatorul devine incarcat atunci cand primeste iar curent, reinstalind diferentele
chimice dintre placi.
Pe masura ce acumulatorul se descarca, placile de plumb devin din punct de vedere
chimic asemanatoare, acidul devine mai slab si tensiunea scade.
Acumulatorul se poate reincarca total atunci cand se reinstaleaza diferentele
chimice dintre placi, iar acumulatorul poate furniza din nou curent.
La incarcare, tensiunea acumulatorului creste rapid pana la Ui =2,2V, apoi scade
lent pana la 2,3V. La sfarsitul incarcarii, tensiunea este de 2.6-2,7V.
5. CARACTERISTICI ALE BATERIILOR
Din punct de vedere tehnic, bateriile se caracterizeaza prin: a) tensiune, determinata de numarul elementelor in serie; b) capacitatea elementului (acumulatorului) (in Ah) pentru o anumita durata
de descarcare c) curentul de lucru maxim admisibil (care nu trebuie mult depasit nici pentru
un timp foarte scurt, putand duce prin efectele lui mecanice la distrugerea
placilor); d) randamentul energetic ?w = Wdesc/Winc, care este de ordinul 70-80%, din cauza
pierderilor de energie prin reactii chimice secundare (care determina si diferenta
dintre tensiunea medie de incarcare si tensiunea medie de descarcare) si prin
efect electrocaloric in rezistenta lui interioara; e) randamentul in cantitate de electricitate (in sarcina) ?Q = Qdesc/Qinc de ordinul a 85-90%; f) tipul constructiv (adecvat conditiilor de utilizare si durabilitatii necesare:
acumulatoarele de dimensiuni mici si durabilitate redusa pentru autovehicule,
acumulatoare de dimensiuni mari si durabilitate mare, pentru instalatii stationare
etc.)