Оловно киселинни батерии
Характеристики
Олвно-киселинните батерии бяха изобретени през 1859 от Гастон Планте и бяха демонстрирани първо във Френската академия на науките през 1860. Те остават технологията на избора за автомобилните приложения SLI (Пускане, Осветление и запалване), защото са здрави, издържливи на злоупотреба, пробвани и изпитани поради ниската си цена. За по-висока мощност с прекъснати товари, обаче, оловно-киселинните батерии като цяло са твърде големи и тежки и имат по-кратък цикличен живот и нормална използваема енергия само до 50% Дълбочина на разреждане (DOD). Въпреки тези недостатъци, оловно-киселинните батерии все още се определят за приложения с мощни вериги (36 волта 2 kWh капацитет) заради цената, но това вероятно е границата на тяхното приложение и NiMH и Li-йонни батерии си проправят път на пазара. За по-големи напрежения и циклични товари, се търсят други технологии.
Оловно-киселинните батерии са съставени от оловно-диоксиден катод, метален анод от гъбесто олово и електролит от разтвор на сярна киселина. Този тежък метален елемент ги прави токсични и неправилното им изхвърляне може да бъде опасно за околната среда.
Напрежението на клетката е 2 волта.
Разряд
По време на разряда, оловния диоксид (положителната плоча) и оловото (отрицателната плоча) реагират с електролита от сярна киселина, за да образуват оловен сулфат, вода и енергия.
Заряд
По време на зареждане, цикълът е обратен: оловният сулфат и водата електро-химически се превръщат в олово, оловен окис и сярна киселина чрез външен електрически източник на зареждане.
Много нови конкурентни клетъчни химии са разработени да задоволят търсенето в автомобилната промишленост за EV и HEV приложения.
Даже след 140 години от изобретяването им, все още се правят подобрения на оловно-киселинните батерии и въпреки техните недостатъци и конкуренцията от по-новите клетъчни химии, оловно-киселинната батерия все още остава лъвския пай на пазара на мощните батерии.
Преимущества
Ниска цена.
Надеждни. Над 140 години развитие.
Здрави. Толерантни към злоупотреба.
Толерантни към презареждане.
Нисък вътрешен импеданс.
Може да достави много високи токове.
Неопределен живот рафта ако се съхранява без електролит.
Може да бъде оставена плаващ заряд за продължителни периоди.
Широк обхват на налични размери и капацитети.
Много доставчици по света.
Най-рециклиран продукт на света.
Недостатъци
Много тежка и обемиста.
Типична кулонова ефективност на заряда само 70%, но може да бъде 85% до 90% за специални дизайни.
Опасност от прегряване по време на зареждане
Не е подходяща за бързо зареждане
Типичен цикличен живот 300 до 500 цикъла.
Трябва да се съхранява в заредено състояние след като електролита е бил въведен, за да се избегне влошаване на активните химикали.
Газообразуване е производство и освобождаване на мехури от водород и кислород в елекролита по време на процеса на зареждане, особено поради презареждане, причиняващо загуба на електролит. При големи инсталации на батерии това може да предизвика експлозивна атмосфера в пространството на батерията. Запечатаните батерии са предназначени да задържат и рекомбинират тези газове. (Вижте VRLA по-долу)
Сулфатиране може да се появи ако батерията се съхранява продължително време в напълно разредено състояние или с много ниско състояние на заряда, или ако никога не е била напълно заредена, или ако електролитът е станал ненормално нисък поради прекалено голяма загуба на вода от презареждане и/или изпарение. Сулфатирането е увеличение на вътрешното съпротивление поради образуването на големи оловно сулфатни кристали, които не са готови да се превърнат пак в олово, оловен диоксид и сярна киселина по време на повторното зареждане. В изключителни случаи големите кристали може да причинят изкривяване и скъсяване на плочите. Понякога сулфатирането може да бъде коригирано чрез много бавно зареждане (при малък ток) при напрежение по-голямо от нормалното.
Напълното разреждане на батерията може да причини непоправима повреда.
Изхвърляне или загуба на материал от плочите може да се получи поради прекалено големи скорости на зареждане или прекалено циклиране. Резултатът е големи парчета олово на дъното на клетката, и реални дупки в плочите, които не могат да се оправят. Това е по-вероятно да се случи в SLI батериите, чиито плочи са направени от „гъбесто” олово, подобно на външен вид на много фина гъба за пяна. Това дава много голяма повърхностна площ , която позволява обработване на голяма мощност, но при дълбоко циклиране, тази гъба ще бъде бързо консумирана и ще падне на дъното на клетката.
Токсични химикали
Много тежка и обемиста
По-ниска температурна граница -15 °C
Разпадане на електролита Клетки с гел електролит са предразположени към влошаване на електролита и неочаквана неизправност. Такива клетки обикновено се използват за аварийни приложения като UPS дублиране в случай на прекъсване на захранването от мрежата. За да не се получават непредвидени ситуации от ненадеждна батерия в случай на авария, препоръчително е да се включи някаква форма на редовен автотест с батерията.
Зареждане
Зарежда веднага след употреба.
Трае по-дълго с частични разреждания.
Метод на зареждане: постоянно напрежение, последвано от дозирано зареждане.
Бързи промени не са възможни, но времето на зареждане може да бъде намалено, като се използва метода на управление на заряда V Taper l.
Приложение
Приложение в автомобили и градски транспорт.
Резервна /дублираща /аварийна мощност за електрически инсталации.
Подводници
UPS (непрекъсната захранваща мощност)
Осветление
Приложения с високи разрядни токове.
Запечатани батерии за преносимо оборудване.
Цени
Евтините течни оловно-киселинни клетки са едни от най-евтините източници на енергия.
Клетки с дълбоки цикли може да струват до два пъти цената на еквивалентни течни клетки.
Разновидности на Оловно-киселинни акумулатори
Оловно-калциеви акумулатори
Оловно-киселинни акумулатори с електроди, видоизменени с добавяне на калций, имащи следните предимства:
По-устойчиви на корозия, презареждане, газообразуване, използване на вода и саморазреждане, които скъсяват живота на батерията.
По-голяма електролитна площ над плочите.
По-високи стойности на тока в ампери при пускане на студен двигател
Малка или никаква поддръжка.
Оловно-антимониеви акумулатори
Оловно-киселинни акумулатори с електроди, видоизменени с добавяне на антимон, имащи следните предимства:
Подобрена механична якост на електродите – важни за EV и приложения с дълбоко разреждане
Намалена загуба от вътрешна топлина и вода.
По-дълъг експлоатационен живот от калциевите акумулатори .
По-лесни за презареждане, когато са напълно разредени.
Ниска цена.
Оловно-антимониевите акумулатори имат по-висока скорост на разреждане от 2% до 10% на седмица в сравнение с 1% до 5% на месец на оловно-калциевите акумулатори.
Оловно-киселинни акумулатори с регулиращ вентил (VRLA)
Наричани също запечатани оловно-киселинни акумулатори (SLA).
Тази конструкция е предназначена да предотвратява загубите в електролита от изпарения, разливане и газообразуване и по този начин продължава живота на акумулатора и улеснява поддържането. Вместо обикновени вентилационни капачета, които да оставят газа да излезе, VRLA имат вентили за налягане, които се отварят само при изключителни условия. Батериите с регулиращи вентили също имат нужда от дизайн на електролита, който позволява намаляване на газообразуването като пречи на освобождаването на кислород и водород в атмосферата, генерирани от галваничното действие на батерията по време на зареждане. Това обикновено включва катализатор, който кара водорода и кислорода да се свързват отново във вода и това се нарича система за повторно свързване. Понеже разливането на киселина на електролита е елиминирано, батериите са по-безопасни.
AGM Абсорбираща батерия от стъклена вата
Известна също като абсорбираща микрофибърна стъклена вата
Използвана в батерии VRLA, ватата от боро-силикатно стъклено влакно действа като сепаратор между електродите и абсорбира свободния електролит, действайки като гъба. Нейната цел е да помогне за повторното съединение на водорода и кислорода, отделени при процеса на зареждане. Не е необходим гел от силициев двуокис. Ватата от стъклено влакно абсорбира и обездвижва киселината във ватата, но я запазва като течност, а не като гел. По този начин киселината по-лесно достига до плочите, което позволява по-бързи реакции между киселината и материала плочата, което позволява по-високи скорости на заряд/разряд, както и дълбоко циклиране.
Тази конструкция е много здрава и може да издържи на големи удари и вибрации и клетките няма да протече, даже ако са пукнати.
AGM батериите понякога се наричат "гладуващ електролит" или "сухи", защото стъклената вата е само 95% напоена със сярна киселина и няма излишна течност.
Почти всички AGM батерии са запечатани с регулиращи вентили "VRLA".
AGM имат много ниско саморазреждане от 1% до 3% на месец.
Гел клетка
Това е алтернативна рекомбинативна технология, също използвана в VRLA батериите, помагаща да се извърши рекомбинацията на газовете, произведени по време на зареждането. Тя също намаля възможността за разливане на електролита. Предразположени към повреда, ако се допусне газообразуване, следователно скоростите на зареждане може да се ограничат. Те трябва да се зареждат при по-ниска скорост (C/20) за да предотвратят повреждането на клетката от излишния газ. Те не могат да бъдат зареждани бързо с обикновено зарядно устройство за автомобилни акумулатори или могат да бъдат трайно увредени.
Използват се за UPS приложения.
SLI (Пускане, осветление и запалване)
Това е типичното приложение на автомобилни акумулатори. Автомобилните акумулатори са предназначени да бъдат напълно зареждани, когато колата тръгне; след стартиране на превозното средство, загубения заряд, обикновено 2% до 5% от заряда, се измества от генератора за променлив ток и акумулаторът остава напълно зареден. Тези акумулатори не са предназначени да се разреждат под 50% Дълбочина на разряда (DOD) и разреждането под тези нива може да повреди плочите и да скъси живота на акумулатора.
Акумулатори с дълбоко циклиране
Морски приложения, голф бъги, електрокари и електрически превозни средства използват батерии с дълбоко циклиране, които са предназначени да бъдат напълно разредени преди да бъдат заредени отново. Понеже зареждането предизвиква прекалено загряване, което може да изкриви плочите, използват се по-дебели или по-масивни решетки за плочи за приложения с дълбоко разреждане. Нормално автомобилните акумулатори не са предназначени за повторно дълбоко циклиране и използват по-тънки плочи с по-голяма повърхностна площ за получаване на капацитет, който носи голям ток.
Автомобилните акумулатори обикновено отказват след 30-150 дълбоки цикъла, докато могат да издържат хиляди цикли при нормална употреба (2-5% разреждане).
Ако акумулатори, предназначени за дълбоко циклиране, се ползват за автомобилни приложения, те трябва да бъдат "преоразмерени" с около 20%, за да компенсират капацитета пренасящ по-малки токове.
Автора на статията е Woodbank Communications Ltd - консултантска фирма, осигуряваща обучение за батерии и системи за управление на батерии за електрически транспортни средства, както и за приложения със съхранение на енергия с голям капацитет.
