Свинцово кислотная батарея. Свинцово-кислотные аккумуляторы: принцип работы, преимущества и недостатки

Как устроены свинцово-кислотные аккумуляторы. Каковы основные компоненты свинцово-кислотной батареи. Как правильно заряжать и обслуживать свинцово-кислотные аккумуляторы. В чем преимущества и недостатки свинцово-кислотных батарей по сравнению с другими типами.

История создания свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотная батарея стала первым типом перезаряжаемых аккумуляторов. Идею такой батареи предложил французский физик Гастон Планте в 1860 году. Первые образцы изготавливались из свинцовых пластин, которые нужно было «формировать» путем многократной зарядки и разрядки для увеличения емкости.

Позднее французский инженер Фор усовершенствовал конструкцию, нанеся на пластины оксид свинца. Это значительно ускорило процесс формирования аккумулятора — отрицательная пластина оставалась свинцовой, а положительная окислялась до диоксида свинца.

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Как же устроен и работает современный свинцово-кислотный аккумулятор? Он состоит из четырех основных компонентов:

• Положительная пластина, покрытая пастой из диоксида свинца
• Отрицательная пластина из губчатого свинца
• Сепаратор — изолирующий материал между пластинами
• Электролит — раствор серной кислоты в воде

Все эти элементы помещены в пластиковый корпус. При разряде аккумулятора происходит химическая реакция между активными веществами пластин и электролитом с образованием сульфата свинца на обеих пластинах. При зарядке процесс идет в обратном направлении — сульфат свинца снова превращается в активные вещества пластин.

Особенности зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов

Правильная зарядка очень важна для длительной и эффективной работы свинцово-кислотных аккумуляторов. Какие ключевые моменты нужно учитывать при зарядке?

• Применяется метод заряда постоянным током и постоянным напряжением
• Напряжение заряда должно быть выше 2,1 В на элемент
• Полная зарядка обычно занимает 12-18 часов
• Возможна быстрая зарядка за 8-10 часов, но она не обеспечивает 100% заряда
• Зарядку нужно проводить в хорошо проветриваемом помещении

Рекомендации по обслуживанию свинцово-кислотных батарей

Чтобы обеспечить максимальный срок службы и безопасность свинцово-кислотных аккумуляторов, следует придерживаться ряда правил по их обслуживанию:

• Не хранить батареи в разряженном состоянии во избежание сульфатации
• Избегать полной разрядки («сплющивания») аккумулятора
• Поддерживать уровень электролита, закрывающий пластины
• Не допускать переполнения при доливке дистиллированной воды
• Прекращать зарядку при появлении пузырьков газа на пластинах
• Не заряжать при температуре выше 50°C
• Не допускать замерзания аккумулятора

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные батареи получили широкое распространение благодаря ряду важных достоинств:

• Отработанная, проверенная временем технология
• Низкая стоимость производства и эксплуатации
• Способность отдавать большие токи
• Возможность изготовления в различных конфигурациях
• Устойчивость к перезарядке и неправильному обращению
• Широкий выбор размеров и характеристик
• Большое количество производителей по всему миру

Недостатки свинцово-кислотных батарей

Наряду с преимуществами, свинцово-кислотные аккумуляторы имеют и ряд существенных недостатков:

• Ограниченный срок службы — 300-500 циклов заряда-разряда
• Невозможность использования в любом положении
• Наличие коррозионно-активного электролита
• Экологические проблемы из-за содержания свинца
• Необходимость осторожной утилизации кислоты
• Непригодность для быстрой зарядки
• Необходимость хранения в заряженном состоянии
• Невысокий КПД зарядки — около 70%

Применение свинцово-кислотных аккумуляторов

Несмотря на появление новых типов аккумуляторов, свинцово-кислотные батареи по-прежнему широко используются во многих областях. Где находят применение эти аккумуляторы?

• Стартерные батареи в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания
• Источники бесперебойного питания
• Резервные источники энергии на электростанциях и в телекоммуникациях
• Тяговые батареи для электрокаров, погрузчиков, гольф-каров
• Накопители энергии в системах с возобновляемыми источниками
• Портативные источники питания

Однако с развитием электромобилей и ужесточением экологических требований доля свинцово-кислотных аккумуляторов постепенно снижается в пользу литий-ионных и других современных технологий.

Экологические аспекты использования свинцово-кислотных батарей

Применение свинцово-кислотных аккумуляторов связано с рядом экологических проблем. Какие основные вопросы вызывают озабоченность?

• Токсичность свинца для окружающей среды и здоровья человека
• Опасность разлива агрессивного электролита
• Необходимость специальной утилизации отработавших батарей
• Риски при неконтролируемой переработке аккумуляторов
• Загрязнение воздуха, почвы и воды при неправильном обращении

Для решения этих проблем внедряются программы по безопасной утилизации и переработке свинцово-кислотных аккумуляторов, а также ведется поиск более экологичных альтернатив.

Свинцово-кислотная технология » Заметки по электронике

Что такое свинцово-кислотные аккумуляторы и как работают свинцово-кислотные аккумуляторы — обзор технологии, работы, преимуществ и конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов.

---

Аккумуляторная технология Включает:
Обзор аккумуляторной технологии Определения и термины батареи Емкость и срок службы батареи Батареи / ячейки последовательно и параллельно Цинк-углерод Щелочные элементы Цинковые воздушные ячейки Литиевая первичная батарея NiCad NiMH литий-ион Свинцово-кислотные

---

Свинцово-кислотные аккумуляторы дешевы, удобны и подходят для многих приложений питания от аккумуляторов. Они, вероятно, наиболее известны своим использованием в обычных автомобильных транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания, где они обеспечивают питание для всего, от запуска двигателя до электроники и многого другого.

Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют много преимуществ для автомобильного и многих других применений: они имеют большой ток и способность к импульсным перенапряжениям, что идеально подходит для запуска двигателей внутреннего сгорания.

Как технология, свинцово-кислотные аккумуляторы являются хорошо зарекомендовавшей себя технологией, и их можно легко производить с использованием относительно несложного технологического оборудования.

Однако технология свинцово-кислотных аккумуляторов в настоящее время вытесняется технологией ионно-литиевых аккумуляторов. Эти новые ионно-литиевые аккумуляторы для электромобилей способны обеспечить питание автомобиля, а также электронное и электрическое оборудование в автомобиле.

Соответственно, использование технологии свинцово-кислотных аккумуляторов сокращается, поскольку аккумуляторы электромобилей все чаще используются для новых карт и других транспортных средств.

Типичная свинцово-кислотная батарея в автомобиле

История свинцово-кислотной батареи

Свинцово-кислотная батарея была первой разработанной формой перезаряжаемой батареи. Идея была первоначально предложена французским физиком Гастоном Планте в 1860 году.

Хотя другой французский ученый по имени Готеро обнаружил, что платиновые или серебряные провода, которые использовались для электролиза соленой воды, производили ток в течение короткого времени, это так и не превратилось в работоспособную батарею.

Первые свинцово-кислотные аккумуляторы были изготовлены из свинцовых пластин. Затем батарею нужно было «сформировать», зарядив ее так, чтобы одна из пластин окислилась. Затем батарея увеличивала свою емкость в течение последовательных циклов зарядки-разрядки.

Базовая ячейка

Планта была позже улучшена другим французским инженером по имени Фор. Ему удалось значительно сократить процесс формования, нанеся на пластины несколько полосок оксида свинца. Это значительно ускорило процесс формования, поскольку отрицательная пластина стала только свинцовой, а положительная пластина окислилась до перекиси свинца.

После того, как была создана основная технология свинцово-кислотных аккумуляторов, следующим важным шагом стало решение проблемы потери воды и высыхания электролита.

Аккумуляторы требовали периодической доливки дистиллированной воды для обеспечения их работы. Это было преодолено путем вставки клапана в батарею. Эти свинцово-кислотные батареи с регулируемым клапаном, VRLA, использующие механизм рекомбинации кислорода.

Газы, образующиеся внутри батареи VRLA, были рекомбинированы внутри, и батарея была герметизирована для производства батарей, используемых для стандартных условий эксплуатации.

Основы свинцово-кислотных аккумуляторов: как они работают

При рассмотрении того, как работает свинцово-кислотный аккумулятор, необходимо обратить внимание на основные компоненты. Батарея состоит из сравнительно небольшого количества компонентов — по сути, это четыре основных элемента:

. Схема концепции свинцово-кислотного перезаряжаемого элемента

• Положительная пластина:   Она покрыта пастой из диоксида свинца.
• Отрицательная пластина:   Изготовлена ​​из губчатого свинца.
• Сепаратор:   Это изолирующий материал между двумя пластинами, но он позволяет электролиту и ионам проникать в него, обеспечивая проводимость без соприкосновения двух пластин.
• Электролит:   Состоит из воды и серной кислоты

Все эти компоненты находятся в пластиковом контейнере, который служит для удержания электролита и аккумулятора вместе.

Хотя пластины или электроды свинцово-кислотной батареи обозначены как свинцовые, сам по себе свинец слишком мягок, чтобы его можно было использовать отдельно. Соответственно, к свинцу добавляют небольшие количества других металлов, чтобы обеспечить необходимую дополнительную прочность. Они также могут улучшить электрические характеристики. Типичные аддитивные металлы включают: сурьму, кальций, олово и селен.

Общая батарея, как правило, состоит из нескольких элементов, соединенных последовательно, чтобы обеспечить требуемое напряжение, поскольку каждый элемент способен обеспечить ЭДС 2,1 вольта.

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов

Чтобы основной свинцово-кислотный элемент мог вырабатывать напряжение, он должен сначала получить заряд. Напряжение, применяемое для обеспечения этого, должно быть больше 2,1 вольта, чтобы ток мог протекать в ячейку. Если бы он был меньше этого, из него действительно вытекал бы заряд.

Свинцово-кислотные аккумуляторы требуют зарядки постоянным током и постоянным напряжением. Для этого регулируемый ток повышает напряжение на клеммах аккумулятора или элемента до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел напряжения заряда. В этот момент ток падает из-за насыщения.

Время полной зарядки батареи обычно составляет от двенадцати до восемнадцати часов для наиболее распространенных типов батарей, но может достигать 36 или даже 48 часов для больших батарей, которые могут использоваться для временного питания и т. д.

Можно обеспечить быструю зарядку, используя более сложную форму зарядки, что потребует более сложного зарядного устройства, которое в конечном итоге будет стоить дороже. В некоторых ситуациях это может оказаться экономически эффективным подходом. Здесь более высокие токи и многоступенчатая зарядка позволяют аккумулятору не подвергаться чрезмерным нагрузкам при одновременном сокращении времени зарядки. Методами время зарядки можно сократить до восьми-десяти часов, но это не дает полной зарядки.

Хотя зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов хорошо работает во многих приложениях, по сравнению с другими более новыми технологиями, такими как технология ионно-литиевых аккумуляторов, они относительно медленные.

После зарядки элемент или батарея смогут заряжать внешние цепи, часто работая в течение нескольких часов в зависимости от разрядки элемента или батареи.

Указания и советы по обслуживанию свинцово-кислотных аккумуляторов

Существует несколько советов и рекомендаций, позволяющих максимально эффективно использовать свинцовый аккумулятор путем его правильной зарядки. Это обеспечит безопасность, наилучшую работу и максимально длительный срок службы батареи.

• Зарядка в хорошо проветриваемом помещении:  Во время зарядки может образовываться газообразный водород, который, если он находится в небольшом пространстве, может быть взрывоопасным.

• Не храните батареи в состоянии низкого заряда:   Во избежание процесса, называемого сульфатацией, батареи не следует хранить в состоянии низкого заряда — в идеале их следует всегда заряжать после использования.

• Избегайте «сплющивания» батареи:   Полная разрядка или сведение батареи может значительно сократить срок ее службы. Часто обнаруживается, что после полной разрядки автомобильного аккумулятора его емкость значительно снижается, и он, вероятно, снова полностью разрядится. Старые батареи, которые разряжены, следует заменить, чтобы избежать дополнительных проблем.

• Убедитесь, что пластины батареи закрыты:   В некоторых батареях необходимо долить электролит, чтобы пластины были закрыты. Это следует делать, используя дистиллированную воду (не обычную воду из-под крана, так как она содержит загрязняющие вещества, которые снижают эффективность электролита). Также никогда не добавляйте новый электролит. Для многих современных типов батарей, требующих минимального обслуживания, дозаправка не требуется, и для этого невозможно получить доступ к аккумуляторным отсекам.

• Не переполняйте:   При заполнении заполняйте только до указанного уровня. Переполнение может привести к выплескиванию кислоты во время зарядки.

• Пузырьки газа на пластинах указывают на то, что аккумулятор практически полностью заряжен:   Когда на пластинах так называемых залитых свинцово-кислотных аккумуляторов начинают появляться пузырьки газа, это указывает на то, что аккумулятор полностью заряжен и начинает расщеплять молекулы воды на водород (отрицательная пластина) и кислород (положительная пластина).

• Избегайте зарядки при высоких температурах:  Если температура выше 49 или 50°C, избегайте зарядки.

• Не допускайте замерзания аккумулятора:   Никогда не допускайте замерзания свинцово-кислотного аккумулятора, так как это может привести к непоправимому механическому повреждению. Стоит отметить, что полностью заряженный аккумулятор замерзает при более низкой температуре, чем частично заряженный.

Саморазряд свинцово-кислотного аккумулятора

Характеристики саморазряда свинцово-кислотных аккумуляторов относительно хорошие. При комнатной температуре 20°C скорость саморазряда составляет около 3% в месяц.

Теоретически свинцово-кислотный аккумулятор может храниться до 12 месяцев без подзарядки. Однако при более высоких температурах саморазряд выше. При 30°C увеличивается саморазряд, и через 6 месяцев потребуется перезарядка. Падение заряда батареи ниже 60% в течение некоторого времени приводит к сульфатации.

Сульфатация — это процесс, снижающий емкость свинцово-кислотных аккумуляторов. При обычном использовании образуются маленькие кристаллы сульфата, но это нормально и не опасно. Однако при длительном отсутствии заряда аморфный сульфат свинца превращается в стабильный кристаллический и откладывается на отрицательных пластинах. Это приводит к образованию крупных кристаллов, которые уменьшают количество активного вещества внутри клетки и приводят к снижению ее емкости.

Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

Хотя свинцово-кислотные батареи широко используются, поскольку они имеют ряд явных преимуществ, они также имеют несколько серьезных недостатков. Все это необходимо учитывать при принятии решения о том, использовать эту технологию или нет.

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

• Отработанная технология
• Относительно дешевы в производстве и покупке (они обеспечивают самую низкую стоимость единицы емкости аккумуляторных элементов)
• Большой ток
• Может быть изготовлен для различных применений
• Терпимость к злоупотреблениям
• Устойчив к перезарядке
• Доступен широкий диапазон размеров и спецификаций
• Многие производители по всему миру

Свинцово-кислотная батарея Недостатки

• Выход из строя через несколько лет Срок службы обычно 300–500 циклов
• Не всегда можно использовать в различных ориентациях
• Коррозионный электролит (может вызвать ожоги людей и коррозию металлических конструкций)
• Свинец не является экологически чистым
• Кислоту необходимо утилизировать с осторожностью
• Не подходит для быстрой зарядки
• Должен храниться в заряженном состоянии после введения электролита
• Стандартная эффективность зарядки всего около 70 %

Как и все аккумуляторные технологии и аккумуляторные системы, свинцово-кислотные аккумуляторы имеют свои преимущества и недостатки. Преимущества и недостатки необходимо учитывать при рассмотрении аккумуляторной технологии для новой разработки. Для существующих систем это необходимо учитывать при обращении с ними, их использовании и обслуживании.

Свинцово-кислотный аккумулятор очень хорошо зарекомендовал себя. Он используется уже более 150 лет и является одной из опор автомобильной промышленности.

Свинцово-кислотная батарея обладает высокой токовой способностью, низкой стоимостью и устойчивостью к небрежному обращению. Это делает свинцово-кислотные аккумуляторы идеальными для многих применений.

Однако с переходом на более экологически безопасные источники энергии электромобили теперь представляются будущим, поскольку производители и законодательство указывают на поэтапный отказ от двигателей внутреннего сгорания. Для электромобилей литий-ионная технология обеспечивает лучшую производительность, они более экологически приемлемы и обладают характеристиками, позволяющими электромобилям добиться успеха. Таким образом, свинцово-кислотные батареи, вероятно, будут использоваться значительно реже.

Другие электронные компоненты:
Батарейки конденсаторы Соединители Диоды полевой транзистор Индукторы Типы памяти Фототранзистор Кристаллы кварца Реле Резисторы ВЧ-разъемы Переключатели Технология поверхностного монтажа Тиристор Трансформеры Транзистор Клапаны/трубки
    Вернуться в меню «Компоненты». . .

Свинцово-кислотные аккумуляторы | ЮНЕП

Приблизительно 86% всего мирового потребления свинца приходится на производство свинцово-кислотных аккумуляторов , используемых в основном в моторизованных транспортных средствах, для хранения энергии, вырабатываемой фотогальваническими элементами и ветряными турбинами, а также для резервных источников питания (ILA, 2019 ). Растущий спрос на автотранспортные средства по мере экономического развития стран и роста использования возобновляемых источников энергии с потребностью в аккумуляторных батареях прямо пропорционален растущему спросу на свинцово-кислотные аккумуляторы (ВОЗ, 2017). Аккумуляторы содержат большое количество свинца либо в виде твердого металла, либо в виде порошка оксида свинца. Средняя батарея может содержать до 10 кг свинца. Переработанный свинец является ценным товаром для многих людей в развивающихся странах, что делает утилизацию автомобильных аккумуляторов [известных как отработанные свинцово-кислотные аккумуляторы (WLAB) или бывшие в употреблении свинцово-кислотные аккумуляторы (ULAB)] жизнеспособным и прибыльным бизнесом, который практикуется в как формального, так и неформального секторов во всем мире.

Основные пути воздействия свинца при переработке использованных свинцово-кислотных аккумуляторов связаны с выбросами в окружающую среду, которые происходят на различных этапах процесса неправильной переработки. во многих странах с низким уровнем дохода операции по переработке и плавке ULAB проводятся на открытом воздухе, в густонаселенных городских районах и часто с незначительным (если вообще отсутствуют) контролем за загрязнением. Неправильные операции по переработке выбрасывают значительное количество частиц и паров свинца в воздух, оседают на почву, водоемы и другие поверхности, оказывая негативное воздействие как на окружающую среду, так и на здоровье человека.

Альтернативы свинцово-кислотным батареям

Свинцово-кислотные батареи являются наиболее широко используемыми перезаряжаемыми батареями в автомобильном и промышленном секторах. Независимо от экологических проблем, которые они создают, свинцово-кислотные аккумуляторы остаются впереди своих аналогов из-за их низкой стоимости по сравнению с высокой стоимостью ионно-литиевых и никель-кадмиевых аккумуляторов.

Кроме того, разработка экологичных и устойчивых аккумуляторных систем в качестве альтернативы традиционным средствам остается актуальной. Однако необходимо принимать во внимание такие факторы, как жизненный цикл, изобилие сырья и повторное использование электродов, поскольку они имеют свои плюсы и минусы, как показано в документе «Альтернативы свинцово-кислотным батареям».

Свинцово-кислотные аккумуляторы — вебинары

• Устойчивое и экологически безопасное обращение с отработанными свинцово-кислотными аккумуляторами в странах Латинской Америки и Карибского бассейна — 23 октября 2020 г.
• Gestión Ambientalmente Racional de Baterías de Plomo Ácido Usadas (BAPU) en la región de America Latina y el Caribe — 8 октября 2020 г.

Пилотный проект: Экологически безопасное обращение с отработанными свинцово-кислотными батареями в Бангладеш

В период с 2020 по начало 2021 года ЮНЕП осуществила в Бангладеш пилотный проект по переработке отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов (ULAB) с целью создания основы для экологически безопасное управление (ESM) ULAB в стране путем предоставления технической помощи и мероприятий по наращиванию потенциала. Воздействие свинца является серьезной проблемой в Бангладеш: около 3,62% от общего числа смертей связано с воздействием свинца (IHME, 2019).) и неправильная практика утилизации ULAB играют ключевую роль в воздействии. Действительно, более 80% свинца в стране перерабатывается через неофициальную сеть переработчиков ULAB без учета основных опасностей для здоровья и окружающей среды. Бангладеш имеет более 1100 неофициальных и незаконных операций по переработке ULAB по всей стране. Считается, что эти объекты вносят значительный вклад в воздействие свинца по всей стране и являются основным источником очагов загрязнения свинцом. Утилизация ULAB еще не полностью отражена в нормативно-правовой базе и действующих мерах по реализации.

Чтобы решить эту неотложную проблему, этот проект направлен на создание основы для ЭОР ULAB в Бангладеш путем предоставления технической помощи и мероприятий по наращиванию потенциала на лидирующих позициях. Основным результатом проекта является помощь в разработке национальной стратегии по ЭОР ULAB, в которой изложен четкий набор целей и согласованных стратегий, на основе которых правительство и организации гражданского общества могут моделировать свои будущие программы.

Различные ключевые документы, посвященные различным аспектам управления ULAB в Бангладеш, были подготовлены в рамках проекта для обеспечения вклада в национальную стратегию.

• Торговый анализ
• Оценка неформальной переработки ULAB в Бангладеш
• Сравнительный нормативный обзор

Проект реализуется Организацией экологического и социального развития (ESDO), бенгальской неправительственной организацией, при содействии Pure Earth, Международной ассоциации свинца (ILA) и ЮНЕП.

Статус свинцово-кислотных аккумуляторов – обследование для оценки потребностей

В ответ на вышеупомянутые резолюции и планы по проведению мероприятий по наращиванию потенциала и укреплению институционального потенциала для решения этих проблем ЮНЕП провела обследование по оценке потребностей.

Опрос был разработан и отправлен в 102 страны для выяснения статуса стран в отношении использованных свинцово-кислотных аккумуляторов, действующих правил, мониторинга процессов производства, переработки и торговли, связанных с бывшими в употреблении свинцово-кислотными аккумуляторами, а также потребностей конкретных стран в улучшении и укреплении учреждений для решения этой проблемы более экологически устойчивым образом.

Из ответов заполненных опросов, результаты показали следующие потребности в регионах:

• Азия и Тихоокеанский регион выразили потребность в техническом развитии и наращивании потенциала как наиболее необходимом.
• Латиноамериканский регион выразил больше потребностей в системе мониторинга, национальной стратегии, техническом развитии и наращивании потенциала, создании законодательства и регулирования.
• Африканский регион выразил потребность в системе мониторинга, государственно-частном партнерстве, технологиях и создании законодательства и регулирования.

Свинцово-кислотные аккумуляторы События

• Обновленная информация об экологически безопасном обращении с отработанными свинцово-кислотными батареями, параллельное мероприятие в рамках BRS COPs 2019 г. – май 2019 г.
• Свинцово-кислотные аккумуляторы, деятельность UNEA 4 — март 2019 г.
• Региональный семинар по экологически безопасному обращению с использованными свинцово-кислотными батареями, Уагадугу, Буркина-Фасо – июль 2017 г.