Bly og syre er to ting som de fleste vet godt nok for å unngå. Bly er et tungmetall som kan forårsake en hel vaskeliste med helseproblemer, og syre er vel, sur. Bare omtale av ordet fremkaller bilder av boblende grønne væsker og kakkelskrevne forskere bøyd på verdensherredømme.
Men som sjokolade og jordnøtt smør, ville bly og syre ikke synes å gå sammen, men de gjør det. Uten bly og syre ville vi ikke ha bilbatterier, og uten bilbatterier ville vi ikke ha noe av det moderne tilbehøret - eller grunnleggende nødvendigheter, som forlygter - som krever at et elektrisk system skal fungere. Så hvordan, akkurat, kom disse to dødelige stoffene sammen for å danne det stødfaste fundamentet for elektroniske bilsystemer? Svaret, for å låne en sving av setning, er elementær.
Vitenskapen om lagring av elektrisk energi
Elektriske batterier er bare lagringsbeholdere som er i stand til å holde en elektrisk ladning og deretter lade den ut i en last. Noen batterier er i stand til å produsere en elektrisk strøm fra deres basekomponenter så snart de er montert. Disse batteriene kalles primære batterier , og de blir vanligvis bortkastet når ladningen er uttømt. Bilbatterier passer inn i en annen kategori av elektrisk batteri som kan lades, tømmes og lades igjen og igjen. Disse sekundære batterier Bruk en reversibel kjemisk reaksjon som avviker fra en type oppladbart batteri til et annet.
I forhold til at folk flest lett kan forstå, batteriene AA eller AAA du kjøper i butikken, hold deg i fjernkontrollen, og kast deretter bort når de dør er primære batterier. De er samlet, vanligvis fra enten sink-karbon- eller sink- og mangandioxid-celler, og de er i stand til å gi strøm uten å bli belastet. Når de dør, kaster du dem bort - eller kast dem ordentlig, hvis du foretrekker det.
Selvfølgelig kan du kjøpe de samme AA- eller AAA-batteriene i et "oppladbart" skjema som koster mer. Disse oppladbare batteriene bruker vanligvis nikkel-kadmium- eller nikkelmetallhydrid-celler. I motsetning til tradisjonelle "alkaliske" batterier, kan NiCd- og NiMH-batterier ikke gi strøm til en belastning ved montering. I stedet blir en elektrisk strøm påført cellene, noe som forårsaker en kjemisk reaksjon i batteriet. Deretter holder du batteriet i fjernkontrollen, og når det dør, plasserer du det i en lader og applikasjonen av en strøm reverserer kjemisk prosess som oppstod under utladningen.
Bilbatterier, som bruker bly og svovelsyre i stedet for nikkeloksyhydroksid og en hydrogenabsorberende legering, ligner NiMH-batterier i funksjon. Når en elektrisk strøm blir påført på batteriet, oppstår en kjemisk reaksjon, og en elektrisk ladning lagres. Når en last er koblet til batteriet, reverserer denne reaksjonen, og en strøm tilføres lasten.
Lagring av energi med bly og syre
Hvis du bruker bly og syre til å lagre en elektrisk ladning, lyder arkaisk, er den. Det første blybatteriet ble oppfunnet på 1850-tallet, og batteriet i bilen bruker de samme grunnprinsippene. Designene og materialene har utviklet seg gjennom årene, men den samme grunnleggende ideen er i spill.
Når et blybatteri blir tømt, blir elektrolytten en meget fortynnet løsning av svovelsyre, noe som betyr at det for det meste er vanlig H20, mens noen H2SO4 flyter rundt i den. Ledeplatene, som har absorbert svovelsyre, blir hovedsakelig blysulfat. Når en elektrisk strøm påføres batteriet, reverserer denne prosessen. De ledende sulfatplatene vender (hovedsakelig) tilbake i bly, og den fortynnede oppløsningen av svovelsyre blir mer konsentrert.
Dette er ikke en veldig effektiv måte å lagre elektrisk energi på, i forhold til hvor tungt og stort cellene er i forhold til mengden energi de lagrer, men blybatterier er fortsatt i bruk i dag av to grunner. Den første er et spørsmål om økonomi; blybatterier er mye billigere å produsere enn noe annet alternativ. Den andre grunnen er at blybatterier er i stand til å gi enorme mengder strømforbruk på en gang, noe som gjør dem unikt egnet til bruk som startbatterier.
Hvor lite er syklusen din?
Tradisjonelle bilbatterier blir noen ganger referert til som SLI batterier , hvor "SLI" står for start, belysning og tenning. Denne forkortelsen illustrerer hovedformålet med et bilbatteri ganske bra, da hovedbilen til et bilbatteri er å kjøre startmotor, lysene og tenningen før motoren går. Etter at motoren er i gang, gir generatoren all nødvendig elektrisk energi, og batteriet er oppladet.
Denne typen bruk er en grunne type driftssyklus, fordi den gir en kort utbrudd av en stor mengde strøm, og det er hvilke bilbatterier som er spesielt designet for å gjøre. Med det for øye, inneholder moderne bilbatterier svært tynne blyplater, noe som gir maksimal eksponering for elektrolytten, og gir størst mulig strømstyrke i korte perioder. Denne utformingen er nødvendig på grunn av de store nåværende kravene til startmotorer.
I motsetning til startbatterier er dypsyklusbatterier en annen type blybatteri som er designet for en "dypere" syklus.Plattformens konfigurasjon er forskjellig, så de er ikke velegnede til å gi store mengder strømforbruk på nåværende tidspunkt. I stedet er de designet for å gi mindre strøm i lengre tid. Syklusen er "dypere" fordi den er lengre, heller enn på grunn av at den totale utslippen er større. I motsetning til startbatterier, som automatisk lades etter hver bruk, kan dype syklusbatterier sakte tømmes - til et sikkert nivå - før de blir ladet opp igjen. Som å starte batterier, bør ikke doble syrebatterier ikke slippes ut under anbefalt nivå for å unngå permanent skade.
Ulike pakke, samme teknologi
Selv om den grunnleggende teknologien bak blybatterier har vært mer eller mindre den samme, har fremskritt i materialer og teknikker medført en rekke variasjoner. Dypsyklusbatterier bruker selvfølgelig en annen platekonfigurasjon for å gi en dypere arbeidscyklus. Andre variasjoner tar ting enda lenger.
Det største fremskrittet i blybatteri-teknologi har trolig vært ventilregulert bly-syre (VRLA) batterier. De bruker fortsatt bly og svovelsyre, men de har ikke "oversvømmet" våtceller. I stedet bruker de enten gelceller eller en absorbert glassmatte (AGM) for elektrolytten. Kjemisk prosess er det samme på grunnleggende nivå, men disse batteriene er ikke utsatt for avgasser som oversvømmede cellebatterier, og de er heller ikke sårbare for lekkasje hvis de tippes.
Selv om VRLA-batterier har en rekke fordeler, er de mye dyrere å produsere enn tradisjonelle oversvømmede cellebatterier. Så mens teknologien fortsetter å marchere fremover, er sjansen fortsatt at du kjører rundt med toppmoderne 1860-teknologi under hetten for en stund enda, med mindre du går elektrisk. Men det er en helt annen sak når det gjelder batterier.
