referat.ro

Acumulatorul cu plumb1. CE ESTE ACUMULATORUL ACID-PLUMB ?

Acumulatorii sunt echipamente ce transforma energia chimica n electricitate.

Acumulatorii sunt un mod eficient de a face electricitatea portabil. In plus, acumulatorii furnizeaz energie n scopul de a nlocui energia electric furnizat de reeaua electric.

Pe msur ce ntregul glob devine dependent de electricitate, mobilitatea bateriilor joac un rol si mai important n viaa de zi cu zi.

2. ISTORIA BATERIEI

Cei mai muli istorici situeaz invenia bateriei in jurul anului 1800, atunci cnd experimentele lui Alessandro Volta au generat curent electric din reacii chimice ntre elemente diferite.

Pila voltaica original folosea discuri din zinc si argint si un separator poros dintr-un material nonconductor, saturat de apa srat. Experimentelecu diferite combinaii de metale si electrolii au continuat in urmtorii 60 de ani.

Johann Ritter a demonstrat pentru prima oara elementele unei baterii rencrcabile in 1802, dar totui acestea au rmas o curiozitate de laborator, pn trziu, in secolul dinamurilor acionate cu abur capabile sa le rencarce.

n prima jumtate a sec XIX experimentele au continuat cu o varietate de combinaii de materiale cu electrozi pozitivi/negativi si diveri electrolii. Abia in anul 1860 strmoii bateriilor din zilele noastre au fost descoperii, respectiv George Leclanche a construit prima baterie din carbon-zinc.

Bateriile secundare dateaz dup 1860, cnd Raymond Gaston Plante a inventat bateria plumb-acid.Celula acesteia se baza pe 2 plcue subiri separate de o folie de cauciuc. El a rulat aceast combinaie si a introdus-o intr-o soluie diluat de acid sulfuric. Iniial capacitatea era limitat din cauza plcuei pozitive ce prezenta puin material pentru a face reacie.

Pe la 1881, Faure si alii au creat baterii folosind o past de oxid de plumb pentru placa pozitiv, aceasta permind o formare mai rapid.

Din moment ce majoritatea problemelor cu bateriile plumb-acid inundate implicau scurgerea electrolitului, cele mai multe ncercri au fost fcute in idea de a elimina acidul liber din baterie. Cercettorii germani au descoperit la nceputul anilor 60 un gel-electrolit pentru bateria plumb-acid ceea ce a constituit o mbuntire.

3. PLUMBUL

Plumbul este unul dintre primele metale folosite de ctre oameni, folosirea lui datnd din 6500 I.Ch..

evi de plumb antice au fost descoperite in Egipt datnd din timpul lui Pharaohs ce a folosit plumbul in emailul obiectelor de ceramic.

Plumbul este de obicei asociat cu alte minerale- zinc, cupru, argint-, proprietile sale naturale precum masa, maleabilitatea, punct de topire sczut, rezistena la coroziune, proprieti electrice si rezistenta ndelungat, fcndu-l indispensabil in industria mondial. Plumbul are rata cea mai ridicat de reciclare dintre toate materialele industriale din lume. Alctuirea acumulatorului cu plumbO carcas din polietilen (monobloc)

1. Placi interne pozitive si negative, realizate din plumb.2. Separatori plci din material poros sintetic.3. Electrolit, o soluie diluat din acid sulfuric si ap.4. Borne din plumb, legtura dintre baterie si corpul ce are nevoie de energie.

Procesul de fabricareProcesul de fabricare ncepe cu producia carcaselor (monobloc).Vasul acumulatorului trebuie s reziste la aciunea electrolitului (H2SO4 diluat) si se execut din sticl, ebonit, polipropilen (in cazul acumulatorului de autoturism).

Pentru acumulatorul de 12 V (pentru autoturisme), monoblocul este mprit in 6 diviziuni / celule.

Procesul continu cu realizarea grtarelor de plumb, care in starea aa-numit neformate sunt acoperii cu o pasta din oxizi de plumb (de exemplu : Pb3O4 si litarga PbO) si plcilor din plumb si aliaj din alte metale. Un acumulator trebuie sa aib placi pozitive si negative pentru a transmite curent.

Apoi, o past format din oxid de plumb, acid sulfuric si ap este aplicat pe grtare. Materialele expandatealctuite din diverse pudre sulfuroase sunt adugate in aceast past pentru a realiza plcile negative.

In interiorul bateriei, plcile pozitive si plcile negative trebuiesc separate pentru a preveni scurt-circuitele. Separatorii suntfolii de plastic subiri, folosite ca izolatori intre plcile pozitive si cele negative. Porii din separatori permit curentului electric s circule intre placi in timp ce mpiedic scurt circuitele.

n urmtoarea faz, o plac pozitiv este mperecheat cu o plac negativ si un separator. Acest pachet se numete element, i se gsete cate unul in fiecare celul.

Elementele sunt aezate in monobloc. Celulele sunt unite printr-un metal ce transmite curentul electric. Bornele de plumb sunt sudate. Dup aceasta bateria este umplut cu electrolit si apoi este fixat capacul. Bateria se verific de scurgeri

Ultimul pas, este ncrcarea. n timpul acestui proces, bornele bateriei sunt conectate la o sursa de curent si bateria este ncrcat mai multe ore la rnd.

4. CUM FUNCIONEAZ ACUMULATORUL CU PLUMB?

O baterie nmagazineaz energie pentru uz ulterior. Ea produce tensiune dintr-o reacie chimic produs intre dou materiale diferite (placa pozitiv si cea negativ) care sunt introduse n electrolit.

Electrozii sunt cufundai intr-o soluie apoas de acid sulfuric. Prin aa-numita operaie de formare (a crei reea difer de la un mod de fabricaie la altul), care consta in principal in alimentarea cu curent a acumulatorului, electrozii se transform, plcile pozitive ajung de culoare cafenie si acoperite cu PbO2, iar plcile negative cenuii i acoperite cu plumb negricios.

Intr-un acumulator normala acid-plumb, tensiunea aproximativa este de 2V /celula, deci un total de 12V. Curentul este degajat de baterie cu att mai repede cu ct exist un circuit intre borna pozitiv si cea negativ.

Procesul de descrcarea a acumulatoarelor cu plumb

Descrcarea acumulatoarelor cu plumb comport urmtoarele reacii chimice globale:

Situaia nainte de descrcare:

Electrod pozitiv (PbO2)

H2SO4 Electrod negativ (Pb)

Sensul curentului n element:

Circulaia ionilor:

H2+ + SO4 - -Reacii chimice la electrozi:

PbO2 + H2 + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O Pb + SO4 = PbSO4Situaia final a electrozilor:

PbSO4 PbSO4Concluzie: Cele dou plci fiind identice, acumulatorul nu mai poate debita curent. Plcile se sulfateaz, concentraia acidului descrete.

Cei mai muli dintre oameni nu realizeaz ca un acumulator cu plumb funcioneaz pe baza unui proces continuu de ncrcare-descrcare.Atunci cnd o baterie este conectat la o surs ce are nevoie de curent, cum ar fi un autoturism, curentul iese din baterie si bateria ncepe s se descarce.

Un acumulator cu plumb ncrcat are o t.e.m. de circa 2,2V. n funcionare, tensiunea scade destul de repede la Ud = 1,95V, apoi rmne ctva timp aproape constant, scznd apoi din nou brusc. Cnd tensiunea a ajuns la 1,8V, descrcarea trebuie ntrerupt, deoarece sub aceast valoare reaciile chimice nu mai sunt reversibile.

*

*autoturism

Procesul de ncrcare a acumulatoarelor cu plumbLa ncrcare, reaciile chimice sunt inverse:

Situaia nainte de ncrcare:

Electrod pozitiv (PbSO4) H2SO4 Electrod negativ (PbSO4)

Sensul curentului n electrod:

Circulaia ionilor:

SO4 -- -- H2+ +

Reacii chimice la electrozi:

PbSO4 + SO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 PbSO4 + H2 = Pb + H2SO4Situaia final a electrozilor:

PbO2 Pb

Concluzie:

Prin ncrcarea acumulatorului se restabilete situaia iniial si concentraia acidului crete.

Acumulatorul devine ncrcat atunci cnd primete iar curent, reinstalnd diferenele chimice dintre plci.

Pe msur ce acumulatorul se descarc, plcile de plumb devin din punct de vedere chimic asemntoare, acidul devine mai slab i tensiunea scade.

Acumulatorul se poate rencrca total atunci cnd se reinstaleaz diferenele chimice dintre plci, iar acumulatorul poate furniza din nou curent.

La ncrcare, tensiunea acumulatorului crete rapid pn la Ui =2,2V, apoi scade lent pn la 2,3V. La sfritul ncrcrii, tensiunea este de 2.6-2,7V.

5. CARACTERISTICI ALE BATERIILOR

Din punct de vedere tehnic, bateriile se caracterizeaz prin:

a. tensiune, determinat de numrul elementelor n serie;

b. capacitatea elementului (acumulatorului) (n Ah) pentru o anumit durat

de descrcare

c) curentul de lucru maxim admisibil (care nu trebuie mult depait nici pentru un timp foarte scurt, putnd duce prin efectele lui mecanice la distrugerea plcilor);d) randamentul energetic w = Wdesc/Winc, care este de ordinul 70-80%, din cauza pierderilor de energie prin reacii chimice secundare (care determin si diferena dintre tensiunea medie de ncarcare si tensiunea medie de descrcare) si prin efect electrocaloric n rezistena lui interioar;e) randamentul n cantitate de electricitate (n sarcin) Q = Qdesc/Qinc de ordinul a 85-90%;f) tipul constructiv (adecvat condiiilor de utilizare si durabilitaii necesare: acumulatoarele de dimensiuni mici i durabilitate redus pentru autovehicule, acumulatoare de dimensiuni mari si durabilitate mare, pentru instalaii staionare etc.)