O que é bateria de ácido-chumbo: tipos, funcionamento e suas aplicações

Antes de saltar diretamente para conhecer os conceitos relacionados à bateria de chumbo-ácido, vamos começar com sua história. Assim, um cientista francês chamado Nicolas Gautherot no ano de 1801 observou que nos testes de eletrólise, existe uma quantidade mínima de corrente mesmo quando há uma desconexão da bateria principal. Já no ano de 1859 um cientista chamado Gatson desenvolveu bateria de chumbo-ácido e esta foi a primeira que se recarregou pela passagem de corrente reversa. Esta foi a versão inicial deste tipo de bateria, enquanto Faure então adicionou muitos aprimoramentos a ela e, finalmente, o tipo prático de bateria de chumbo-ácido foi inventado por Henri Tudor em 1886. Vamos ter uma discussão mais detalhada sobre este tipo de bateria , trabalho, tipos, construção e benefícios.

O que é bateria de ácido-chumbo?

As baterias de chumbo-ácido são classificadas como baterias recarregáveis ​​e secundárias. Apesar das proporções mínimas da bateria em energia para volume e energia para peso, ela possui a capacidade de fornecer correntes de surto aumentadas. Isso corresponde que as células de chumbo-ácido possuem uma grande quantidade de poder para proporções de peso.

Estas são as baterias que utilizam peróxido de chumbo e esponja de chumbo para converter energia química em energia elétrica. Estes são empregados principalmente em subestações e sistemas de energia devido ao motivo de terem níveis de tensão de células aumentados e custo mínimo.

Construção

No construção de bateria de chumbo ácido , os pratos e recipientes são os componentes cruciais. A seção abaixo fornece uma descrição detalhada de cada componente usado na construção. O diagrama de bateria de chumbo ácido é

Diagrama de bateria de chumbo-ácido

Recipiente

Esta parte do recipiente é construída com ebonite, madeira revestida com chumbo, vidro, borracha dura feita de elemento betuminoso, materiais cerâmicos ou plástico forjado que são colocados na parte superior para eliminar qualquer tipo de descarga eletrolítica. Já na seção inferior do recipiente, existem quatro nervuras, onde duas são colocadas na placa positiva e as outras na placa negativa.

Aqui, o prisma atua como uma base para ambas as placas e, adicionalmente, protege as placas de curto-circuito. Os componentes utilizados para a construção do recipiente devem ser isentos de ácido sulfúrico, não devem dobrar ou permeá-los e não conter nenhum tipo de impureza que cause danos eletrolíticos.

Pratos

As placas da bateria de chumbo-ácido são construídas de maneira diferente e todas são feitas de tipos semelhantes de grade, que é construída de componentes ativos e chumbo. A grade é crucial para estabelecer a condutividade da corrente e para espalhar quantidades iguais de correntes para os componentes ativos. Se houver distribuição desigual, haverá afrouxamento do componente ativo. As placas desta bateria são de dois tipos. São de placas plante / formadas e placas Faure / coladas.

As placas formadas são empregadas principalmente para baterias estáticas e são pesadas e caras também. Mas eles têm longa durabilidade e não são facilmente propensos a perder seus componentes ativos, mesmo em processos de carga e descarga contínuos. Estes têm capacidade mínima para proporção de peso.

Enquanto o processo colado é mais usado para a construção de placas negativas do que o de placas positivas. O componente ativo negativo é um tanto complicado e eles experimentam uma ligeira modificação nos processos de carga e descarga.

Componente Ativo

O componente que envolve ativamente os processos de reação química que acontecem na bateria, principalmente no momento do carregamento e da descarga, é denominado como um componente ativo. Os componentes ativos são:

• Peróxido de chumbo - forma um componente ativo positivo.
• Chumbo esponja - Este material forma o componente ativo negativo
• Ácido sulfúrico diluído - é utilizado principalmente como eletrólito

Separadores

São folhas finas feitas de borracha porosa, chumbo revestido e fibra de vidro. Os separadores são posicionados entre as placas para fornecer isolamento ativo. Eles têm uma forma ranhurada de um lado e um acabamento liso nas outras bordas.

Bordas da bateria

Possui bordas positivas e negativas com diâmetros de 17,5 mm e 16 mm.

Princípio de funcionamento da bateria de chumbo-ácido

Como o ácido sulfúrico é usado como eletrólito na bateria, quando se dissolve, as moléculas nele são dispersas como SO₄^-(íons negativos) e 2H + (íons positivos) e estes terão movimento livre. Quando esses eletrodos são mergulhados nas soluções e fornecem uma alimentação DC, então os íons positivos terão um movimento e se moverão em direção à borda negativa da bateria. Da mesma forma, os íons negativos terão um movimento e se moverão na direção da borda positiva da bateria.

Todos os íons de hidrogênio e sulfato coletam um e dois elétrons e íons negativos do cátodo e ânodo e eles têm uma reação com a água. Isso forma hidrogênio e ácido sulfúrico. Considerando que o desenvolvido a partir das reações acima reage com o óxido de chumbo e forma peróxido de chumbo. Isso significa que, no momento do processo de carregamento, o elemento de cátodo de chumbo permanece como chumbo, enquanto o ânodo de chumbo é formado como peróxido de chumbo, que é de cor marrom escuro.

Quando não há Alimentação DC e então, no momento em que um voltímetro é conectado entre os eletrodos, ele exibe a diferença de potencial entre os eletrodos. Quando houver uma conexão de fio entre os eletrodos, haverá passagem de corrente da placa negativa para a positiva por meio de um circuito externo, o que significa que a célula possui a capacidade de fornecer uma forma elétrica de energia.

Então, isso mostra o bateria de chumbo ácido funcionando cenário.

Tipos diferentes

O tipos de bateria de chumbo ácido são categorizados principalmente em cinco tipos e são explicados em detalhes na seção abaixo.

Tipo inundado - Este é o tipo de ignição do motor convencional e tem um tipo de bateria de tração. O eletrólito tem movimento livre na seção da célula. Pessoas que estão usando esse tipo podem ter acessibilidade para cada célula e podem adicionar água às células quando a bateria secar.

Tipo Selado - este tipo de bateria de chumbo-ácido é apenas uma pequena alteração no tipo de bateria inundada. Mesmo que as pessoas não tenham acesso a cada célula da bateria, o design interno é quase semelhante ao do tipo inundado. A principal variação neste tipo é que existe quantidade suficiente de ácido que resiste à ocorrência de fluxo suave de reações químicas ao longo da vida da bateria.

Tipo VRLA - Estes são chamados Baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula que também são denominados como um tipo de bateria selada. O procedimento de controle de valor permite a evolução segura de O_doise H_doisgases no momento do carregamento.

Tipo AGM - Este é o tipo de bateria fosco de vidro absorvido que permite que o eletrólito pare perto do material da placa. Este tipo de bateria aumenta o desempenho dos processos de descarga e carregamento. Estes são especialmente utilizados em esportes de potência e aplicações de iniciação de motor.

Tipo de Gel - Este é o tipo úmido de bateria de chumbo-ácido em que o eletrólito nesta célula é relacionado à sílica, o que torna o material rígido. Os valores de voltagem de recarga da célula são mínimos quando comparados com outros tipos e também tem mais sensibilidade.

Reação química da bateria de ácido chumbo

A reação química na bateria ocorre principalmente durante os métodos de descarga e recarga e no processo de descarga é explicada da seguinte forma:

Quando a bateria está completamente descarregada, o ânodo e os cátodos são PbO_doise Pb. Quando eles são conectados usando resistência, a bateria se descarrega e os elétrons têm o caminho oposto no momento do carregamento. O H_doisos íons têm um movimento em direção ao ânodo e se tornam um átomo. Ele vem ao alcance com PbO_dois, formando assim PbSO₄que é de cor branca.

Da mesma forma, o íon sulfato tem um movimento em direção ao cátodo e após alcançar, o íon se transforma em SO₄. Reage com chumbo cátodo formando assim sulfato de chumbo.

PbSO₄+ 2H = PbO + H_doisOU

PbO + H_doisASSIM₄= PbSO₄+ 2H_doisOU

PbO_dois+ H_doisASSIM₄+ 2H = PbSO₄+ 2H_doisOU

Reações químicas

Durante o processo de recarga, o cátodo e os ânodos estão em conexão com as bordas negativas e positivas da alimentação DC. Os íons H2 positivos se movem na direção do cátodo e ganham dois elétrons e se formam como átomos de H2. Ele sofre uma reação química com o sulfato de chumbo e forma chumbo e ácido sulfúrico.

PbSO₄+ 2H_doisO + 2H = PbSO₄+ 2 H_doisASSIM₄

A equação combinada para ambos os processos é representada como

Processo de descarga e recarga

Aqui, a seta para baixo indica descarga e uma seta para cima indica o processo de recarga.

Vida

A temperatura funcional ideal para bateria de chumbo-ácido é 25⁰C que significa 77⁰F. O aumento na faixa de temperatura diminui a longevidade. De acordo com a regra, para cada aumento de 80 ° C na temperatura, reduz a meia-vida da bateria. Embora um valor regulado bateria que funciona a 25⁰C tem um bateria de chumbo ácido de 10 anos. E quando isso é operado em 33⁰C, tem vida útil de apenas 5 anos.

Aplicações para baterias de chumbo-ácido

• Eles são empregados em relâmpagos de emergência para fornecer energia para bombas de depósito.
• Usado em motores elétricos
• Submarinos
• Submarinos nucleares

Este artigo explicou o princípio de funcionamento da bateria de chumbo-ácido, tipos, vida, construção, reações químicas e aplicações. Além disso, saiba quais são os vantagens da bateria de chumbo ácido e desvantagens em vários domínios?