Bateriile de acumulatoare

Bateriile de acumulatoare sunt pile electrice reversibile, care au proprietatea de a inmagazina energia electrica prin transformarea ei in energie chimica si reciproc. Bateriile de acumulatoare, numite pe scurt baterii sau acumulatoare, sunt formate din elementi (celule) de acumulare care pot fi conectate in serie (pentru marirea tensiunii), in paralel (pentru marirea intensitatii) sau mixt (pentru marirea tensiunii si intensitatii).

Bateriile utilizate pe automobile servesc ca sursa de energie electrica, fiind conectate in paralel cu dinamurile sau alternatoarele. Bateriile de acumulatoare indeplinesc urmatoarelel functii: alimenteaza demarorul si sistemul de aprindere la pornire si alimenteaza restul receptoarelor si consumatorilor electrici cand motorul nu functioneaza. De asemenea ele preiau varfurile de sarcina, cand puterea ceruta de consumatori depaseste puterea care o poate da generatorul avand rolul unui rezervor de energie electrica care alimenteaza pentru scurt timp receptoarele electrice ajutand greneratorul in conditii grele de lucru cum ar fi pe timp de noapte, iarna, cand puterea consumatorilor intrece puterea generatorului. Acumulatoarele de pe automobile mentin tensiunea constanta in instalatia electrica la variatia vitezei si sarcinii generatorului.

Dintre acumulatoarele pentru autovehicule cea mai larga raspandire o au acumulatoarele acide cu placi de plumb, in timp ce acumulatoarele alcaline se utilizeaza numai la autovehicule fara sistem de pornire electric (motociclete).

Constructia bateriei de acumulatoare cu plumb

Bateria de acumulatoare este formata din bacul sau monoblocul 7 executat din ebonita, amestecuri bituminoase sau materiale plastice si compartimentat

1

prin pereti despartitori etansi, formand 3 sau 6 sectii sau elementi, fiecare

2

3

element constituind un accumulator, avand o tensiune nominala medie de 2 V. Legarea elementilor se face in serie. Fiecare element este format dintr-un semibloc de placi pozitive si un semibloc de placi negative care se monteaza intercalat. Placile acumulatoarelor folosite pe automobile sunt subtiri si cu gratarul des. Placile se toa

Alveolele gratarului se umplu cu o masa poroasa activa. Pasta activa negativa este formata din Pb spongios avand culoarea gri metalica, iar pasta pozitiva din oxizi de Pb avand culoarea rosie-maronie. Miniu de Pb se prepara cu solutie de acid sulfuric.

Formarea placilor consta dintr-un proces electrochimic de incarcare in bai cu solutii de acid sulfuric, in care se obtine bioxid de Pb la placile positive si Pb spongios la placile negative. Curentul de incarcare pentru formare este de 0,76- 1,5 A, cu o durata de 40-50 de ore (cu 2-4 ore intrerupere sau scaderea curentului). Placile negative sau exterioare sunt de obicei mai subtiri, deoarece reactiile electrochimice au loc intre placi numai la partea interioara.

Capacitatea bateriei creste in raport cu grosimea placilor, cand descarcarea este normala. In cazul descarcarilor rapide reactiile au loc la suprafata, astfel ca grosimea placilor nu mai conteaza. Placile pozitive au de obicei o durabilitate mai mica decat cele negative, in plus au tendinta de a se curba la sarcini neuniforme.

Din aceste considerente ele se aseaza intre doua placi negative, rezultand o placa negative mai mult ca numar. Acest lucru asigura descarcarea placilor pozitive pe ambele fete; in situatia descarcarii pe o singura parte a placii pozitive, pasta activa de pe aceasta se poate desprinde.

4

Placile de aceeasi polaritate prin intermediul urechilor(iesindurilor) se sudeaza la pieptenele (bareta) format din pivotul bornei si punte. Pieptenele serveste la fixarea placilor in degajarile respective cat si la trecerea curentului. In cadrul blocului de placi, placile pozitive se izoleaza de cele negative prin intermediul unor placi separatoare cu nervuri verticale poroase si subtiri din materiale sintetice (PVC). Fata neteda a separatorului se aseaza catre placa

negativa, iar partea cu nervuri catre placa pozitiva, pentru a nu face contact pe o suprafata mare de masa activa pozitiva. In acest fel oxidarea placilor pozitive se face mai greu, iar circulatia electrolitului spre placile pozitive este mai intensa, deoarece acestea in timpul reactiilor consuma de 1,5 ori mai mult electrolit decat placile negative. De asemenea se protejeaza placile negative impotriva desprinderii masei active. Grosimea mica si porozitatea mare a separatorilor trebuie sa

usureze trecerea prin ei a ionilor de electrolit, sa permita trecerea puternica a electrolitului, in special la placile pozitive, sa reziste la reactiile electrochimice, sa reziste la temperaturile ridicate ale electrolitului, sa aiba o rezistenta electrica interioara mica a bateriei si sa permita obtinerea unui curent mare de descarcare la temperaturi scazute. La unele baterii de acumulatoare blocul placilor si separatoarelor este acoperit deasupra de o sita de protectie din material plastic. Partea superioara a corpului elementului este acoperita cu un capac din ebonita prevazut cu doua orificii laterale pentru borne si un orificiu central filetat, cu buson cu orificiu de aerisire si garnitura de etansare pentru umplerea si controlul nivelului electrolitului. Orificiile laterale sunt prevatute cu bucse speciale de plumb de care se sudeaza pivotul semiblocului de placi si puntea de legatura a elementilor bateriei de acumulatoare. Legaturile intre elemente se executa din aliaj de plumb cu 3% antimoniu. Legaturile se executa deasupra, de regula, peste capac. La constructiile moderne, legaturile se executa prin interior, acestea sunt mai scurte si micsoreaza foarte mult rezistenta interioara.

5

Capacele elementilor si puntilor de legatura se acopera cu mastic special rezistent la actiunea acidului si care asigura o buna etansare a sectiilor bateriei si protejeaza puntile de legatura impotriva deteriorarii, corodarii sau scurtcircuitarii. Fundul bacului este prevazut cu nervuri, pe care se sprijina placile si intre care se aduna depunerile de masa activa sau alte materiale, evitandu-se scurtcircuitarea placilor.

Bornele au forma tronconica, sunt nominalizate ca dimensiuni si sunt marcate din turnare cu semnele “+” si “-“. Diametrul bornei pozitive este mai mare decat al celei negative. Bateria de acumulatoare se umple cu o cantitate de 3,8 pana la 5 litrii de electrolit, in functie de capacitatea acesteia. Densitatea electrolitului bateriei complet incarcate la temperatura de +25 grade Celsius trebuie sa fie de 1,28 g/cm3 iarna si 1,22 g/cm3 vara. Nivelul normal al electrolitului trebuie sa fie cu 5-

10 mm deasupra placilor sau sitei de protectie.

6

1 Nervuri 2 Placa pozitiva3 Placa

separatoare 4 Placa negativa5 Puntea 6 Pivotal bornei7 Bac

(monobloc)8 Capacul

elementului9 Orificiu

central filetat10 Buson 11 Bucsa de

Plumb12 Borna 13 Puntea de

legatura14 Borna

Functionarea beteriei de acumulatoare

Bateriile neformate trebuie umplute cu electrolit si puse imediat la incarcare pentru formare electrochimica si omogenizare. Dupa formare acumulatoarele sunt supuse la reactii electrochimice reversibile de descarcare si incarcare astfel:

Procesul de descarcare

Se produce daca la bornele exterioare ale elementului respectiv al celor

7

doua grupuri de placi se racordeaza o rezistenta. In aces caz in ineriorul elementului (celulei) ia nastere un curent electric avand sensul de la placile negative la placile pozitive. Prin dizolvarea acidului sulfuric in apa distilata, moleculele acidului sulfuric H2SO4 se disociaza, se descompun in ioni de hidrogen H2 incarcati cu sarcini positive si ioni de radical acid SO4 incarcati cu sarcini negative. La trecerea curentului electric in sensul indicat mai sus ionii pozitivi de hidrogen H2 sunt transportati la placa pozitiva, unde intra in combinatie cu peroxidul de plumb si acidul sulfuric, iar ionii negativi de radical acid SO4 sunt transportati la placa negativa unde reactioneaza cu plumbul metalic.

Reactiile care au loc sunt urmatoarelele:La placa negativa: Pb+O+H2SO4→PbSO4 + H2OLa placa pozitiva: PbO2+H2+H2SO4→PbSO4+2 H2O

Procesul de descarcare este un proces in care la ambii electrozi, atat pasta activa cat si acidul sulfuric se consuma, respectiv se transforma in apa si sulfat de plumb PbSO4, substanta care in anumite conditii are o influenta extrem de daunatoare asupra durabilitatii si parametrilor elementilor bateriei. Ca urmare concentratia electrolitului scade, tensiunea electrica pe element scade, iar rezistenta electrica interioara creste. Procesul de formare a sulfatului de plumb, respectiv de sulfatare a placilor (acoprirea placilor cu sulfat de plumb cristalin rau conducator de electricitate si insolubil in electrolit) este cu atat mai intens cu cat elementul este mai descarcat si invers. Limita inferioara de descarcare pe element este de 1,75V deci procesul de sulfatatre este influentat si de alti factori.

Procesul de incarcare

Are loc daca la bornele elementului se aplica o tensiune electrica de polaritate corespunzatoare. La trecerea curentului electric prin electrolit, de la placile pozitive la placile negative, solutia de acid sulfuric disociata se descompune in ioni

8

pozitivi de hidrogen H2 care sunt atrasi de placa negativa si in ioni negativi de radicalul acid SO4 care se deplaseaza la placa pozitiva.

Reactiile sunt urmatoarele:La placa negativa: PbSO4 + H2 → Pb + H2SO4

La placa pozitiva: PbSO4+2H2O+SO4 → PbO2 + 2H2SO4

Din reactiile prezentate in timpul procesul de incarcare are loc transformarea apei si sulfatului de Pb (care este o substanta daunatoare) in Pb care se depune pe placile negative, peroxid de plumb care se depune pe placile pozitive si acid sulfuric care face sa creasca densitatea electrolitului; substantele rezultate in urma procesului de incarcare regenereaza atat materia (pasta activa) de pe placi cat si densitatea electrolitului, paralel cu diminuarea sulfatului de Pb, proces care exercita o influenta pozitiva asupra durabilitatii si parametrilor elementilor bateriei. Ca urmare concentratia electrolitului creste, tensiunea electrica pe element creste, iar rezistenta electrica interioara devine minima.

ConcluzieProcesul de descarcare sau mentinere a elementilor in stare descarcata

conduce la consumul si distrugerea pastei active, pe cand procesul de incarcare sau mentinerea elementilor in stare incarcata conduce la regenerarea (intinerirea) pastei active respectiv la cresterea durabilitatii si mentinerea parametrilor functionali ai elementilor bateriei. Valoarea nominala a tensiunii a unui element de acumulator cu Pb este de 2 V. Astfel o baterie de 6 V cuprinde 3 elemente iar o baterie de 12 V cuprinde 6 elemente conectate in serie. Acumulatoarele cu Pb are avantajul rezistentei interioare scazute iar dezavantajele sunt: rezistenta mecanica scazuta, durata de viata relativ mica. Ele prezinta o autodescarcare relativ mare, ca urmare nu este permis ca sa stea mult timp in stare neincarcata.

9