Como funciona a tecnoloxía de batería do coche?
O chumbo eo ácido son dúas cousas que a maioría das persoas saben o suficiente para evitar. O chumbo é un metal pesado que pode causar unha lista completa de problemas de saúde e o ácido é, ben, ácido. A mera mención da palabra evoca imaxes de burbullas de líquidos verdes e de científicos tolos e dobrados na dominación mundial.
Pero como o chocolate e a manteiga de cacahuete, o chumbo eo ácido non parecen estar xuntos, pero o fan. Sen chumbo e ácido, non teriamos baterías de automóbiles e sen baterías de automóbiles, non teriamos ningún dos accesorios modernos (ou as necesidades básicas, como os faros) que requiren un sistema eléctrico para funcionar. Entón, como, exactamente, estas dúas substancias mortíferas se unen para formar a base sólida de rock dos sistemas electrónicos automotivos? A resposta, para pedir prestado un xiro de frase, é elemental.
A ciencia de almacenar enerxía eléctrica
As baterías eléctricas son simplemente buques de almacenamento que son capaces de manter unha carga eléctrica e logo descargala nunha carga. Algunhas baterías son capaces de producir unha corrente eléctrica a partir dos seus compoñentes da base tan pronto como se monten. Estas baterías son chamadas baterías primarias , e normalmente elimináronse unha vez que a carga foi esgotada. As baterías de vehículos encaixan nunha categoría diferente de batería eléctrica que se pode cargar, descargar e recargar unha e outra vez. Estas baterías secundarias utilizan unha reacción química reversible que difiere dun tipo de batería recargable a outra.
En termos que a maioría da xente pode comprender facilmente, as baterías AA ou AAA que compras na tenda, fíxoas no mando a distancia e despois tirálas cando morren son baterías primarias. Están montados, normalmente a partir de células de zinc-carbono ou zinc e dióxido de manganeso, e son capaces de proporcionar corrente sen ser cargadas. Cando morren, os afastas ou elimínaselles correctamente, se o prefires.
Por suposto, pode comprar esas mesmas pilas AA ou AAA nunha forma "recargable" que custa máis. Estas baterías recargables normalmente usan células de níquel-cadmio ou níquel-metal hidreto. A diferenza das baterías "alcalinas" tradicionais, as baterías NiCd e NiMH non son capaces de proporcionar unha carga actual á montaxe. No seu canto, aplícanse unha corrente eléctrica ás celas, o cal causa unha reacción química dentro da batería. A continuación, pega a batería no mando a distancia e, cando morre, colócase nun cargador e a aplicación dunha corrente invierte o proceso químico que se produciu durante a descarga.
As baterías de automóbiles, que utilizan chumbo e ácido sulfúrico en lugar de níquel oxihidróxido e unha aleación absorbente de hidróxeno, son similares ás baterías NiMH en función. Cando se aplica unha corrente eléctrica á batería, prodúcese unha reacción química e se almacena unha carga eléctrica. Cando unha carga está conectada á batería, esa reacción invólvese e subministrouse unha corrente á carga.
Almacenando enerxía con chumbo e ácido
Se o uso de chumbo e ácido para almacenar unha carga eléctrica soa arcaico, é. A primeira batería de chumbo-ácido foi inventada na década de 1850 ea batería do seu automóbil utiliza os mesmos principios básicos. Os deseños e materiais evolucionaron ao longo dos anos, pero a mesma idea básica está en xogo.
Cando se descarga unha batería de chumbo-ácido, o electrólito convértese nunha solución moi diluída de ácido sulfúrico, o que significa que é a maior parte do H20 con algo de H2SO4 flotando nel. As placas de plomo, logo de absorber o ácido sulfúrico, convértense principalmente en sulfato de chumbo. Cando se aplica unha corrente eléctrica á batería, este proceso invólvese. As placas de sulfato de chumbo volven (principalmente) ao chumbo, e a solución diluída de ácido sulfúrico faise máis concentrada.
Esta non é unha forma terriblemente eficiente de almacenar a enerxía eléctrica, en canto á forma en que as células pesadas e grandes se comparan coa cantidade de enerxía que almacenan, pero as baterías de chumbo-ácido continúan sendo usadas hoxe por dous motivos. O primeiro é unha cuestión de economía; As baterías de chumbo-ácido son moito máis baratos de fabricar que calquera outra opción. O outro motivo é que as baterías de chumbo-ácido son capaces de proporcionar cantidade enorme de corrente á demanda á vez, o que os fai únicos para usar como baterías de arranque.
Como queda o teu ciclo?
As baterías de vehículos tradicionais ás veces refírense ás baterías SLI , onde "SLI" significa inicio, iluminación e ignición. Esta abreviatura ilustra bastante ben os principais propósitos dunha batería de coche, xa que o principal traballo de calquera batería do automóbil é executar o motor de arranque, as luces e a ignición antes de que o motor estea funcionando. Despois de que o motor estea en marcha, o alternador proporciona toda a enerxía eléctrica necesaria e recárgase a batería.
Este tipo de uso é un tipo de ciclo de traballo pouco profundo, xa que proporciona unha explosión curta de gran cantidade de corrente, e iso é o que as pilas do automóbil están deseñadas especialmente para facer. Con isto en mente, as baterías modernas do coche conteñen placas de chumbo moi delgadas, o que permite un máximo de exposición ao electrolito e proporciona a amperaxe máis posible por períodos curtos. Este deseño é necesario debido aos enormes requisitos actuais dos motores de arranque.
En contraste coas baterías de arranque, as baterías de ciclo profundo son outro tipo de batería de chumbo-ácido deseñado para un ciclo "máis profundo". A configuración das placas é diferente, polo que non son adecuadas para proporcionar grandes cantidades de corrente á demanda. En cambio, están deseñados para proporcionar menos enerxía por cantidades de tempo máis longas. O ciclo é "máis profundo" porque é máis longo, en vez de que a descarga xeral sexa maior. A diferenza das baterías de arranque, que se recargan automaticamente despois de cada uso , as baterías de ciclo profundo poden descargarse lentamente -para un nivel seguro- antes de volver a cargar. Do mesmo xeito que as baterías de arranque, as baterías de chumbo de ciclo profundo non deberían descargarse por debaixo do nivel recomendado para evitar danos permanentes.
Paquete diferente, mesma tecnoloxía
Aínda que a tecnoloxía básica detrás das baterías de chumbo-ácido mantívose máis ou menos o mesmo, os avances en materiais e técnicas resultaron nunha serie de variacións. As baterías de ciclo profundo, por suposto, usan unha configuración de placa diferente para permitir un ciclo de traballo máis profundo. Outras variacións levan aínda máis.
O maior avance na tecnoloxía de baterías de chumbo-ácido probablemente foi baterías de chumbo-ácido reguladas por válvulas (VRLA). Aínda utilizan chumbo e ácido sulfúrico, pero non teñen "inundadas" as células húmidas. En lugar diso, utilizan as células de xel ou un mate de vidro absorbido (AGM) para o electrolito. O proceso químico é o mesmo a un nivel básico, pero estas baterías non están suxeitas a desgasificación como son as baterías de células inundadas e tampouco son vulnerables a fugas.
Aínda que as baterías VRLA teñen unha serie de vantaxes, son moito máis caras de producir que as baterías de células inundadas tradicionais. Entón, mentres a tecnoloxía continúa avanzando, as posibilidades son que aínda estea manexando a tecnoloxía de última xeración da década de 1860 baixo o seu capuz aínda por moito tempo, a non ser que pase eléctrico. Pero iso é todo un asunto diferente en canto a baterías.