Betrieb und Laden von Bleibatterien

Die obigen Diagramme zeigen den Betrieb einer typischen Batterie, die in Elektrofahrzeugen (und Verbrennungsmotoren) verwendet wird, am Beispiel einer Blei-Säure-Batterie. Seit Volta, der die Batterie im Jahr 1800 erfand, sind die meisten Batterien und Akkumulatoren, einschließlich der in Fahrzeugen verwendeten, nach einem ähnlichen Prinzip aufgebaut – sie haben eine oder mehrere miteinander verbundene Zellen, die jeweils aus zwei Metallelektroden aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die durch Elektrolyte getrennt sind. Im Fall einer Blei-Säure-Batterie bildet Bleidioxid die positive Elektrode, Bleidioxid bildet die negative Elektrode und die negative Elektrode Schwefelsäure Elektrolyt. Die Elektroden und die gesamte Batterie sind so aufgebaut, dass sie zunehmen Oberfläche, auf der zwei chemische Hauptreaktionen stattfinden können, wodurch die Batterie Strom in einem geschlossenen Kreislauf erzeugt, wie in Diagramm 4.20b gezeigt. Wie wir aus diesem schematischen Bild und den chemischen Reaktionsformeln ersehen können, geht beim Stromfluss durch den Stromkreis (in Form von Elektronen) in der Batterie der Elektrolyt verloren, an dessen Stelle Wasser und PbSO4 gebildet werden. Dies führt zu einer Abnahme der elektromotorischen Kraft der Zellen und einer Abnahme der Potentialdifferenz an den Batterieanschlüssen. Im Gegensatz zu Batterien lässt sich dieser Prozess bei Batterien jedoch durch die geeignete Auswahl von Materialien, Elektroden und Elektrolyten umkehren. Dies geschieht, wenn wir ein entsprechendes Ladegerät oder einen Gleichrichter anschließen, der dank einer höheren Spannung als an den Batterieklemmen den Strom dazu zwingt, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen, was bei unserer beispielhaften Batterie buchstäblich den entgegengesetzten Verlauf des beschriebenen bewirkt chemische Reaktionen, weil PbSO4 wieder in Blei und Bleidioxid zersetzt wird. Übrigens die Menge Die Energie, die zum Laden der Batterie benötigt wird, ist etwas höher als die, die wir daraus gewinnen, hauptsächlich aufgrund thermischer Verluste am Innenwiderstand der Batterie während des Stromflusses durch sie.

Praktische Aspekte: 

Während wir theoretisch über Blei-Säure-Batterien schreiben, möchten wir Ihre Aufmerksamkeit auch auf einige wichtige praktische Aspekte im Zusammenhang mit ihrer Aufladung lenken, insbesondere auf ihre Sulfatierung und Überladung. Bevor wir jedoch beschreiben, was diese Phänomene sind, möchten wir betonen, dass es eine einfache Möglichkeit gibt, sowohl Sulfatierung als auch Überladung zu verhindern - verwenden Sie einfach einen Timer, ein spezielles Ladegerät / Ladegerät und gewöhnen Sie sich an regelmäßiges Laden. Deswegen es ist notwendig wissen, was Ihre Blei-Säure-Batterie sein sollte vollständig aufladen, niemals vollständig entladen lassen und immer nach Gebrauch aufladen, und wenn es unbenutzt steht, vom Stromkreis des Fahrzeugs trennen und regelmäßig aufladen (z. B. mit einer Zeitschaltuhr). Im täglichen Gebrauch entwickelt sich eine solche Gewohnheit automatisch, wenn Sie einfache und natürlich zu verwendende Timer verwenden, über die wir in anderen Beiträgen in diesem Blog geschrieben haben (z.B. Ansmann AES1 Switch). Solche Zeitschaltuhren schützen die Batterie nicht nur vor Entladung und Überladung, sondern erleichtern auch das tägliche Aufladen in Elektrofahrzeugen - Schließen Sie einfach das Ladekabel an das Fahrzeug an und drücken Sie die Taste am Timer . Von uns empfohlene Ansmann AES1 Sicherungsautomaten können bei uns bezogen werden: Verknüpfung

Sulfatierung:

Ein sehr wichtiger praktischer Aspekt beim Laden von Blei-Säure-Batterien ist das ungünstige Phänomen ihrer unbeabsichtigten Sulfatierung. Wird eine solche Batterie nicht ausreichend geladen oder vollständig entladen, ohne sofort aufgeladen zu werden, bilden sich in großen Mengen Sulfatkristalle, die sich an den Elektroden ablagern und die Menge an verfügbarem PbSO4 für die oben beschriebenen elektrochemischen Reaktionen reduzieren. Die irreversiblen Auswirkungen dieser Prozesse umfassen Erhöhung des Innenwiderstandes, verlängerte Ladezeit und deutlich reduzierter Batterieentladestrom (und damit die Menge Arbeit, die wir von ihm bekommen können). 

Neuladen:

Das zweite, weniger häufige, aber ebenfalls wichtige Problem, das bei der Verwendung von Blei-Säure-Batterien auftreten kann, ist deren Überladung, wenn sie entweder mit zu hohem Strom oder sehr lange geladen werden. Dabei entsteht zu viel freier Wasserstoff und Sauerstoff, die entweder aus der Batterie entweichen oder außerhalb des chemischen Kreislaufs verbleiben und den Innendruck in der Batterie erhöhen. Dies kann den Säuregehalt und die Korrosivität des Elektrolyten erhöhen und sich durch eine erhöhte Spannung an den Batterieanschlüssen äußern. Bleibatterien sind zwar sicherer als Lithiumbatterien, aber in extremen Überladesituationen kann eine Bleibatterie durch zu hohen Innendruck aufquellen, weshalb beim Zerlegen, Ersetzen und Entsorgen besonders vorsichtig vorgegangen werden sollte, da die angesammelten Gase einen Brand verursachen können und Explosion, bei der Batteriesplitter und Schwefelsäure verstreut werden. (Daher wird empfohlen, Schutzkleidung, Handschuhe und Vollhandschuhe zu verwenden Schutz auf der Vorderseite)

Abschließend werden wir hinzufügen, dass es verschiedene Technologien zum Bau von Blei-Säure-Batterien gibt, die sie reduzieren die Auswirkungen von Sulfatierung, Umladung und anderen ungünstigen Phänomenen je nach Anwendung. Die von GO ELECTRIC mit Błyskawica-Mopeds verkauften Batterien gehören zu den besten und die sichersten Technologien, und die mitgelieferten Ladegeräte sind ihnen gewidmet. 

[Quelle der Abbildung und der obigen Beschreibung ist unter anderem folgende Artikel, in denen Interessierte weitere Informationen finden können: 

1) „Electricity and Magnetism“ von EDWARD M. PURCELL und DAVID J. MORIN (dritte Auflage), Kapitel 4.9 „Electromotive force and the voltaic cell“;

2) https://en.wikipedia.org/wiki/Lead–acid_battery

3) https://www.mpoweruk.com/chargers.htm]