Znanost o automobilskim baterijama:Kako baterije rade
Vaš automobilski akumulator jedna je od najvažnijih, a najčešće zanemarena električna komponenta u vašem vozilu. Ako vaša baterija nije u dobrom stanju, možete se nasukati, a ostale komponente u vašem vozilu mogu se oštetiti. Ovaj članak govori o tome kako baterije rade i kako se brinuti o njima.
Što je unutar automobilske baterije?
Unutar tipične automobilske baterije nalazi se šest manjih komponenti koje proizvode energiju zvanih ćelije. Svaka ćelija sadrži niz elektroda ili ploča. Pozitivna ploča baterije je olovni [eroksid (PbO2). Negativne ploče baterije su čisto olovo u mekanom, spužvastom stanju. Ploče unutar svake ćelije raspoređene su u naizmjenične slojeve za ukupno 16 komponenti. Sve pozitivne ploče u ćeliji su paralelno spojene, kao i sve negativne ploče.
Svaka ćelija proizvodi otprilike 2 volta električne energije. Šest pojedinačnih ćelija spojeno je serijski jedna s drugom tako da se napon koji generira svaka ćelija zbraja. Rezultat je 12 volti.
Jeste li spremni za kemiju?
Razrijeđena otopina sumporne kiseline (H2SO4) okružuje ploče. Omjer kiseline i vode (H2O) obično je u području od tri dijela vode prema jednom dijelu kiseline.
Kada spojimo opterećenje na vanjske terminale baterije, počinje se odvijati kemijska reakcija. Naša razrijeđena mješavina sumporne kiseline sastoji se od H2SO4 i vode (H20). Kako reakcija započne, sumporna kiselina se cijepa na pozitivne vodikove ione (2H) i negativne sulfatne ione (SO4).
Kada ioni vodika dođu do ploče olovnog peroksida, apsorbiraju elektroniku s nje i postaju atom vodika. Ovaj proces napada olovni peroksid i proizvodi olovni oksid (PbO) i vodu (H2O). Olovo oksid reagira sa sumpornom kiselinom i stvara olovo sulfat (Pb SO4) i vodu (H2O).
Negativni sulfatni ioni se slobodno kreću unutar otopine. Kako dođu do čiste olovne ploče, odustaju od svog dodatnog elektrona i postaju ono što je poznato kao radikalni sulfat. Kako radikalni sulfat ne može postojati sam po sebi, on će napasti čistu olovnu ploču i proizvesti olovni sulfat (PbSO4).
Djelovanje pozitivnih vodikovih iona koji uzimaju elektrone s ploče olovnog peroksida i negativnih sulfatnih iona koji daju elektrone čistoj olovnoj ploči stvara neravnotežu elektrona. Ti elektroni teku kroz vanjsko opterećenje kako bi se pokušali uravnotežiti. Ovim procesom baterija opskrbljuje napajanje našim opterećenjem (svjetlo, pojačalo, grijač ili računalo).
Kemija iza punjenja baterije
Kada na bateriju priključimo vanjski izvor istosmjerne struje, proces je obrnut. Vanjski izvor istosmjerne struje kao što je alternator ili punjač baterije dovodi elektrone u našu pozitivnu olovnu ploču prekrivenu olovnim sulfatom i olovnu ploču prekrivenu negativnim olovnim peroksidom. Tijekom procesa punjenja gustoća otopine sumporne kiseline opada, ali još uvijek imamo pozitivne vodikove ione i negativne sulfatne ione.
Pozitivno nabijeni ioni vodika više prema negativnom terminalu vanjskog istosmjernog izvora. Svaki ion vodika uzima jedan elektron s negativne ploče da postane atom vodika. Ovi atomi vodika napadaju olovni sulfat i proizvode olovo i sumpornu kiselinu.
Negativni sulfatni ioni kreću se prema pozitivno nabijenoj ploči. Kada stignu tamo, odustanu od svog dodatnog elektrona i postanu radikalni sulfati. Ovaj radikalni sulfat reagira s olovnim sulfatom i stvara olovni peroksid i sumpornu kiselinu.
Možemo to puno pojednostaviti!
Ukratko, negativni terminal olovne baterije ima preveliku količinu elektrona. Kada spojite opterećenje na bateriju, elektroni se bore kroz opterećenje kako bi došli do pozitivnog pola. Ovaj protok elektrona je ono što omogućuje bateriji da osigura energiju za rad.
Kada na bateriju primijenimo napon koji je viši od napona mirovanja, tok elektrona se preokreće. Sulfatni slojevi na pločama pretvaraju se natrag u olovo i sumpornu kiselinu.
Punjenje baterije:smiri se – što je žurba?
Otprilike najgore što možete učiniti akumulatoru automobila je požuriti proces punjenja. Ako požurite kemijsku reakciju ponovnog punjenja, olovni sulfat će se zagrijati i trajno zalijepiti za ploče olova i olovnog peroksida. Jednom kada se ondje zaglavi, više ne možemo koristiti to područje ploče za protok elektrona i smanjili smo efektivnu veličinu baterije.
Vjerojatno ste čuli izraz "baterija više nije ista nakon što je uništena." Ova izjava je vrlo točna ako se baterija ne puni pažljivo i temeljito.
Kada želite pravilno napuniti bateriju, sporost procesa omogućit će odvijanje kemijske reakcije kontroliranom brzinom. Ako koristite visokokvalitetni punjač kojim upravlja računalo (a trebali biste!), postoje dvije glavne faze punjenja. Prva faza naziva se masovno punjenje. Punjač će održavati konstantan protok struje do baterije podešavanjem primijenjenog napona.
Kako znate da bateriju za njegu punite prebrzo? Standardne natopljene baterije ne bi trebale prijeći otprilike 120 stupnjeva Fahrenheita tijekom punjenja. Predlažemo da je sporije i hladnije uvijek bolje. Apsorbirana staklena podloga (AGM) ili gel baterija ne smije prelaziti 100 stupnjeva.
Nakon što se približno 80% potrošene energije vrati u bateriju, punjač će prijeći u fazu apsorpcije. U toj fazi punjač daje konstantan napon bateriji i protok struje se smanjuje kako baterija dostigne punu napunjenost.
Kako izračunati maksimalne stope punjenja baterije
Relativno velika automobilska baterija može imati kapacitet od 70 ili 80 amp-sati. Ova specifikacija znači da u idealnim uvjetima možete izvući 1 amper struje iz baterije 70 ili 80 sati. Nakon tog vremena baterija će se smatrati praznom.
Kako bismo pronašli idealnu stopu punjenja za našu bateriju od 70 amper-sati, ovu specifikaciju podijelimo s 10 da bismo dobili sedam ampera. Baterija bi trebala moći prihvatiti 7 ampera struje punjenja bez pregrijavanja. Važno je napomenuti da će, ako je baterija potpuno ispražnjena, biti potrebno 10 sati da se napuni. Upamtite, sporije je bolje kada se radi o punjenju baterija.
Briga o akumulatoru automobila
Neki od nas koji smo fanatičniji u brizi i održavanju svojih automobilskih akumulatora priključit ćemo ih na inteligentne punjače nekoliko puta godišnje. Jedno od osnovnih pravila je da potpuno napunite bateriju nakon svake izmjene ulja ili četiri puta godišnje. Trebali biste povećati ovu učestalost ako idete na kratka putovanja koja ne osiguravaju odgovarajuće vrijeme punjenja. Isto tako, vrijeme provedeno u reprodukciji audio sustava s ugašenim motorom može vrlo brzo isprazniti bateriju. Ako ste bili vani s prijateljima i baterija vašeg automobila se ispraznila, stavite ga preko noći na visokokvalitetni punjač.
Ako možete pristupiti otopini kiseline u bateriji, provjerite je li na odgovarajućoj razini ili barem potpuno prekriva olovne ploče. Za potvrdu specifične težine otopine potrebno je koristiti hidrometar, ali ako je niska, bolje je dodati destiliranu vodu nego ne učiniti ništa. To malo zeleno "oko" uključeno u neke baterije je hidrometar. Kada nestane, kemijska ravnoteža unutar baterije je isključena i potrebno ju je napuniti.
Vaš lokalni trgovac mobilnom elektronikom možda ima uređaj za ispitivanje opterećenja baterije koji koristi prije svakog daljinskog pokretanja automobila koji ugrade. Ako ste zabrinuti za stanje svoje baterije, zamolite ih da je provjere. Frustrirajuće je biti zaglavljen zbog prazne baterije na niskim temperaturama ako pokušavate doći kući ili na posao.
Osigurajte da su terminali akumulatora i spojevi s vašim vozilom čisti i sigurni u svakom trenutku. Labav spoj može imati dramatičan negativan učinak na funkcionalnost vašeg električnog sustava.
Ako vam je potrebna nova baterija, prvo se obratite lokalnom prodavaču opreme za mobilne uređaje. Često imaju veliko iskustvo u nadogradnji baterija i mogu vam pomoći odabrati rješenje koje će osigurati da vaš automobil bude spreman za vožnju svaki put kad okrenete ključ.