Что такое свинцово-кислотный аккумулятор? - Полное руководство

Вести кислотные батареи являются одними из наиболее часто используемых аккумуляторов. За 150-летнюю историю развития свинцово-кислотные аккумуляторы сыграли незаменимую роль в транспорте, связи, электроэнергетике, вооруженных силах, навигации и авиации.

В этой статье я подробно расскажу вам о структуре, преимуществах и недостатках свинцово-кислотных аккумуляторов, а также обобщу методы правильного использования свинцово-кислотных аккумуляторов для продления срока их службы.

Поверьте мне, это исчерпывающее руководство поможет вам получить максимальную отдачу от вашей свинцово-кислотной батареи!

 

Обзор свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотный аккумулятор (VRLA) представляет собой аккумулятор, электроды которого в основном изготовлены из свинца и его оксидов, а электролит представляет собой раствор серной кислоты.

В разряженном состоянии свинцово-кислотных аккумуляторов основным компонентом положительного электрода является диоксид свинца, а основным компонентом отрицательного электрода - свинец. В заряженном состоянии основными компонентами положительного и отрицательного электродов являются сульфат свинца.

Номинальное напряжение одноэлементной свинцово-кислотной батареи составляет 2,0 В, которую можно разряжать до 1,5 В и заряжать до 2,4 В. В приложениях шесть одноэлементных свинцово-кислотных аккумуляторов часто соединяются последовательно, чтобы сформировать свинцово-кислотный аккумулятор с номинальным напряжением 12 В. Есть 24 В, 36 В, 48 В и так далее.

 

Принцип работы

Положительный электрод (PbO2) и отрицательный электрод (Pb) в свинцово-кислотном аккумуляторе погружены в электролит (разбавленная серная кислота), и между двумя электродами будет генерироваться мощность 2 В.

Реакция зарядки: PbSO4 + 2H2O + PbSO4=PbO2 + 2H2SO4 + Pb

Дреакция заряда: PbO2 + 2H2SO4 + Pb = PbSO4 + 2H2O + PbSO4

 

Структура композиции

Части	Материал	Функции
Положительный электрод	Положительный электрод представляет собой забор из сплава свинца, сурьмы и кальция, который содержит оксид свинца в качестве активного материала.	Обеспечьте достаточную мощность. Сохраняйте емкость аккумулятора при длительном использовании и уменьшайте саморазряд.
Отрицательный электрод	Забор отрицательного электрода из свинцово-сурьмяно-кальциевого сплава, содержащий активный материал в виде губчатого волокна	Обеспечьте достаточную мощность. Сохраняйте емкость аккумулятора при длительном использовании и уменьшайте саморазряд.
Раздел	Усовершенствованный микропористый сепаратор AGM удерживает электролит и предотвращает короткое замыкание между положительным и отрицательным электродами.	Предотвратите положительное и отрицательное короткое замыкание. Поддерживайте электролит. Не допускайте падения активного материала с поверхности электрода.
электролит	В электрохимической реакции батареи серная кислота действует как электролит для проведения ионов.	Позволяет электронам перемещаться между положительными и отрицательными активными материалами батареи.
Корпус и крышка	Если не указано иное, корпус и крышка изготовлены из АБС-пластика.	Обеспечьте пространство для положительных и отрицательных комбинированных ограждений батареи.
Предохранительный клапан	Изготовлен из высококачественного кислотостойкого и стойкого к старению синтетического каучука.	Когда внутреннее давление батареи выше нормального давления, газ выпускается для поддержания нормального давления. Не допускайте попадания кислорода.
Терминал	В зависимости от батареи положительные и отрицательные клеммы могут быть выступами, стержнями, шпильками или проводами.	Герметичные клеммы обеспечивают разрядку больших токов и долгий срок службы.

 

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

(1) Сравнительное преимущество производительности

В настоящее время крупномасштабные промышленные вторичные батареи в основном включают свинцово-кислотные батареи, никель-кадмиевые батареи, никель-водородные батареи и литий-ионные батареи. Никель-кадмиевые батареи содержат кадмий, высокотоксичный элемент, и постепенно их заменили другими батареями.

В настоящее время наиболее широко используемыми батареями на рынке являются свинцово-кислотные батареи, литий-ионные батареи и никель-водородные батареи.

По сравнению с другими вторичными батареями свинцово-кислотные батареи имеют следующие сравнительные преимущества в производительности: По сравнению с другими вторичными батареями свинцово-кислотные батареи имеют следующие сравнительные преимущества в производительности:

1. Аккумулятор с самым длительным сроком промышленного производства и самой зрелой технологией имеет стабильную производительность, надежность и хорошую применимость.
2. В качестве негорючего электролита используется разбавленная серная кислота. Батарея рассчитана на нормальное давление или низкое давление, что является безопасным.
3. Рабочее напряжение высокое, а диапазон рабочих температур широкий, что подходит для приложений с высокой скоростью разряда, таких как гибридные электромобили (HEV).
4. Он может использоваться для плавающей зарядки и имеет отличные характеристики мелкой зарядки и мелкой разрядки. Он подходит для источников бесперебойного питания (ИБП), новых накопителей энергии, сглаживания пиковых нагрузок и заполнения впадин энергосистемы и других областей.
5. Технология аккумуляторов большой емкости является зрелой и может быть преобразована в батареи на тысячи ампер-часов, что обеспечивает удобство для крупномасштабного накопления энергии.

 

(2) Сравнительное преимущество по стоимости

Свинцово-кислотные аккумуляторы являются самыми дешевыми вторичными аккумуляторами, а цена за единицу энергии составляет примерно 1/3 от литий-ионных аккумуляторов или никель-водородных аккумуляторов.

Кроме того, основными компонентами свинцово-кислотных аккумуляторов являются свинец и соединения свинца. Содержание свинца достигает 60% от общей массы аккумулятора. Остаточная стоимость использованных аккумуляторов высока, а стоимость утилизации превышает 30% новых аккумуляторов.

Следовательно, комплексная стоимость свинцово-кислотных аккумуляторов ниже.

 

(3) Сравнительное преимущество переработки

Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют простой состав, отработанную технологию регенерации и высокую стоимость переработки. Это самые простые батареи для переработки и переработки.

Мировое производство переработанного свинца превысило производство первичного свинца, уровень переработки отходов свинца свинцово-кислотных аккумуляторов в Соединенных Штатах превысил 98,5%, а уровень переработки отходов свинцово-кислотных аккумуляторов в моей стране также достиг более 90%.

Никель-кадмиевые батареи и никель-водородные батареи в основном представляют собой небольшие батареи со сложным составом, высокими затратами на регенерацию и сложной утилизацией. Промышленности по переработке трудно достичь рыночно-ориентированных операций. Средняя глобальная скорость переработки составляет менее 20%.

 

Недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

(1) Низкая плотность энергии

Масса и объемная плотность энергии традиционных свинцово-кислотных батарей низкие, плотность энергии составляет всего около 1/3 литий-ионных батарей, около 1/2 плотности никель-водородных батарей, а объем относительно велик, поэтому он не подходит для использования в легких и небольших объемах.

 

(2) Короткий срок службы

Срок службы традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов короткий, а теоретическое число циклов составляет примерно 1/3 от числа циклов литий-ионных аккумуляторов.

Еще есть много возможностей для улучшения Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов, особенно свинцово-кислотные батареи с новыми материалами, новыми конструкциями и новыми технологиями, такие как биполярные свинцово-кислотные батареи и свинцово-углеродные батареи.

 

(3) Существует риск загрязнения свинцом в производственной цепочке.

Свинец является основным сырьем для свинцово-кислотных аккумуляторов. Свинец составляет более 60% массы батареи. Глобальные свинцово-кислотные батареи используют более 80% от общего количества свинца.

Свинец является тяжелым металлом, поэтому существует высокий риск загрязнения свинцом свинцово-кислотных производство аккумуляторов отраслевая цепочка. Плохое управление приведет к загрязнению окружающей среды и нанесению вреда здоровью человека.

 

Несколько способов зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов

(1) Метод зарядки постоянным током

Зарядный ток остается постоянным во время процесса зарядки, который называется методом зарядки постоянным током, называемым методом зарядки постоянным током или методом зарядки равным током.

В процессе зарядки по мере постепенного увеличения напряжения аккумулятора зарядный ток постепенно уменьшается. Чтобы зарядный ток не уменьшался из-за повышения напряжения на клеммах аккумулятора, процесс зарядки должен постепенно увеличивать напряжение источника питания для поддержания зарядного тока. Степень автоматизации зарядного оборудования относительно высока, а простое и простое зарядное оборудование не может соответствовать требованиям зарядки постоянным током.

Метод зарядки постоянным током, в случае максимально допустимого тока зарядки аккумулятора, чем больше ток зарядки, тем короче время зарядки.

С точки зрения времени выгодно использовать этот метод. Однако, если зарядный ток остается неизменным на более позднем этапе зарядки, в это время, поскольку большая часть тока используется для электролиза воды, раствор электролита будет казаться кипящим из-за слишком большого количества пузырьков, что не только потребляет электрическую энергию. , но также легко приводит к осыпанию большого количества активных веществ на пластине, что приводит к высокой температуре. Подъем слишком высокий, в результате чего пластина изгибается, производительность быстро падает, и ее раньше времени утилизируют.

Поэтому этот метод зарядки используется редко.

 

(2) Метод зарядки постоянным напряжением

В процессе зарядки зарядное напряжение остается постоянным все время, что называется методом зарядки постоянным напряжением, сокращенно метод зарядки постоянным напряжением или метод зарядки равным давлением.

Поскольку зарядка постоянным напряжением начинается на более позднем этапе, напряжение источника питания всегда поддерживается постоянным, поэтому зарядный ток в начале зарядки довольно велик, что значительно превышает нормальное значение зарядного тока.

Однако по мере зарядки напряжение на клеммах свинцово-кислотной батареи постепенно увеличивается, а зарядный ток постепенно уменьшается. Когда напряжение на клеммах свинцово-кислотной батареи равно зарядному напряжению, зарядный ток снижается до минимума или даже до нуля.

Можно видеть, что преимущество использования метода зарядки постоянным напряжением заключается в том, что он позволяет избежать потери активного материала пластины и потери электроэнергии, вызванной чрезмерным зарядным током на более позднем этапе зарядки.

Но его недостатком является то, что когда заряд только начинается, зарядный ток слишком велик, а изменение объема и усадка активного материала электрода происходят слишком быстро, что влияет на механическую прочность активного материала и вызывает его падение.

А на более позднем этапе зарядки зарядный ток слишком мал, поэтому активный материал в глубокой части пластины не может получить зарядную реакцию, что приводит к длительной недостаточной зарядке, что влияет на срок службы батареи.

Таким образом, этот метод зарядки обычно подходит только в особых случаях, когда нет оборудования для распределения энергии или зарядное оборудование относительно простое, например, свинцово-кислотные аккумуляторы в автомобилях и небольшие свинцово-кислотные аккумуляторы сухого типа.

При использовании метода зарядки при равном давлении для зарядки свинцово-кислотной батареи необходимое напряжение источника питания: каждый кислотная одиночная батарея составляет около 2,4–2,8 В, а каждая щелочная батарея — около 1,6–2,0 В.

 

(3) Зарядка постоянным напряжением с фиксированным сопротивлением

Метод, принятый для устранения недостатков зарядки постоянным напряжением.

То есть резистор включен последовательно между зарядкой источник питания и аккумулятор, чтобы можно было регулировать ток на начальном этапе зарядки.

Но иногда максимальный зарядный ток ограничен, поэтому по мере процесса заряда напряжение аккумулятора постепенно растет, а ток спадает почти линейно.

Иногда используются резисторы двух номиналов, переключающиеся с низкого на высокий при напряжении около 2,4 В, чтобы уменьшить выделение газа.

 

(4) Ступенчатый метод зарядки равным током

Сочетание характеристик методов зарядки постоянным током и постоянным напряжением.

Свинцово-кислотные аккумуляторы используют больший ток на начальном этапе зарядки, затем используют меньший ток через некоторое время и переключаются на меньший ток на более позднем этапе зарядки, то есть метод зарядки постоянным током с различными токов в разных стадиях называется ступенчатой постоянной зарядкой. поточный метод зарядки.

Время зарядки, необходимое для ступенчатого метода зарядки равным током, короткое, и эффект зарядки также хороший. Поскольку зарядка меньшим током используется на более позднем этапе зарядки, эрозия активного материала на пластине пузырьками воздуха уменьшается, а осыпание активного материала уменьшается.

Этот метод зарядки может продлить срок службы батареи, сэкономить электроэнергию и обеспечить полную зарядку, поэтому в настоящее время это широко используемый метод зарядки.

Как правило, первая ступень батареи заряжается 10-часовым током, а вторая ступень — 20-часовым током. Продолжительность зарядки на каждом этапе, специфические требования и стандарты различных аккумуляторов различны.

 

(5) Плавающий метод зарядки

Свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые с перерывами или только во время перебоев в подаче электроэнергии, заряжаются плавающим зарядом.

Стационарные свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые в некоторых особых случаях, обычно заряжаются плавающим зарядом.

Основное преимущество метода подзарядки заключается в том, что он может снизить скорость газообразования батареи и предотвратить перезарядку.

В то же время, поскольку батарея подключена параллельно к источнику питания постоянного тока, свинцово-кислотная батарея мгновенно выдает большой ток, когда электрооборудование использует большой ток, что помогает стабилизировать напряжение системы питания, и электрооборудование использует электричество в обычном режиме.

Недостатком поплавкового метода заряда является то, что отдельные свинцово-кислотные аккумуляторы разбалансированы и недозаряжены, поэтому требуется регулярный уравнительный заряд.

 

Факторы, влияющие на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов

1. Глубина разряда

The глубина разряда — это степень, в которой разряд начинает прекращаться во время использования. В центре внимания проектных соображений - использование глубокого цикла, использование мелкого цикла или использование плавающего заряда.

Если аккумулятор с неглубоким циклом используется для глубокого цикла, свинцово-кислотный аккумулятор быстро выйдет из строя. И чем больше глубина разряда, тем короче срок его службы.

2. Степень перезарядки

При перезарядке выделяется большое количество газа. В это время газ воздействует на активный материал положительной пластины, и это воздействие будет способствовать осыпанию активного материала.

Кроме того, сплав положительной сетки также подвержен сильному анодному окислению и коррозии, поэтому срок службы будет сокращен при перезарядке батареи.

3. Влияние температуры

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов увеличивается с температурой.

Между 10°C и 35°C каждое повышение на 1°C увеличивает примерно на 5-6 циклов; между 35°C и 45°C каждое повышение на 1°C может продлить срок службы более чем на 25 циклов; Срок службы отрицательного электрода снижается из-за потери вулканизационной способности.

Срок службы батареи увеличивается с температурой в пределах определенного температурного диапазона, потому что емкость увеличивается с температурой.

Если разрядная емкость остается неизменной, глубина разряда уменьшается при повышении температуры, и срок службы увеличивается.

4. Влияние концентрации серной кислоты

Увеличение плотности кислоты благотворно влияет на емкость положительной пластины.

Но это также увеличивает саморазряд аккумулятора и коррозию сетки, что способствует разрыхлению и отпаданию диоксида свинца.

Поэтому, поскольку плотность кислота, используемая в свинцово-кислотных аккумуляторах увеличивается, срок службы уменьшается.

5. Влияние плотности тока разряда

По мере увеличения плотности разрядного тока срок службы батареи уменьшается.

Потому что в условиях высокой плотности тока и высокой концентрации кислоты диоксид свинца положительного электрода разрыхляется и отпадает.

 

Советы по обслуживанию свинцово-кислотных аккумуляторов

Своевременная зарядка

Свинцово-кислотные батареи не имеют памяти, и быстрое снижение емкости в основном связано с некоторыми причинами, такими как вулканизация свинцово-кислотных батарей, «потеря воды» и «потеря мощности».

Емкость батареи снижается, а электродная пластина нагружается сильным током (пусковым током) во время разряда, а деформация электродной пластины является физическим повреждением батареи, которое не подлежит ремонту.

Следовательно, необходимо всегда обеспечивать достаточное напряжение свинцово-кислотной батареи.

 

Регулярно пополняйте дистиллированную воду

Обычно пользователи думают, что в необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы не нужно доливать воду, но это утверждение неверно.

Свинцово-кислотные аккумуляторы выделяют тепло при зарядке и сильноточной разрядке, а при нагревании вода испаряется.

Хотя процесс испарения воды очень медленный, общее количество воды, испаряемой с течением времени, нельзя недооценивать.

Поэтому свинцово-кислотный аккумулятор следует пополнять водой каждые 6 месяцев или около того, чтобы продлить срок службы аккумулятора.

 

Регулярный глубокий цикл

В свинцово-кислотных батареях после использования в течение определенного периода времени некоторые активные вещества неизбежно оседают. Если эти активные вещества не будут активированы вовремя, это окажет некоторое влияние на емкость аккумулятора.

Поэтому при частом использовании электромобилей необходимо один раз в квартал глубоко разряжать свинцово-кислотную батарею.

 

Хорошее зарядное устройство

Для новых свинцово-кислотных аккумуляторов процесс зарядки обычно занимает 6-8 часов, при полной зарядке зарядное устройство загорится зеленым.

Если время зарядки слишком велико, проверьте, не повреждено ли устройство защиты напряжения зарядного устройства, и вовремя замените зарядное устройство, иначе аккумулятор будет легко поврежден.

Кроме того, не покупайте для зарядного устройства быстрозарядное устройство, так как быстрая зарядка также повредит пластины свинцово-кислотного аккумулятора.

 

Избегайте чрезмерного солнечного света

Чрезмерный солнечный свет повысит температуру батареи и значительно сократит срок службы батареи.

 

Осмотр и очистка

Если свинцово-кислотный аккумулятор не очищать вовремя, это легко повлияет на срок службы и эффект электризации аккумулятора.

Реакция окисления легко происходит между полюсом и патроном этой свинцово-кислотной батареи и даже вызывает коррозию металлических частей патрона.

Поэтому обращайте внимание на то, чтобы проверить, плотно ли соединены полюс и патрон, нет ли коррозии и подгорания, не забито ли вентиляционное отверстие, не уменьшился ли электролит и т. д., и своевременно устраняйте это.

 

Применение свинцово-кислотного аккумулятора

Резервное питание

• Телекоммуникации.
• Солнечная система.
• Электронная система переключения.
• Коммуникационное оборудование: базовая станция, мини-АТС, CATV, WLL, ONU, STB, беспроводной телефон и т. д.
• Резервный источник питания: ИБП, ECR, компьютерная резервная система, Sequence, ETC и т. д.
• Аварийное оборудование: аварийное освещение, пожарная и охранная сигнализация, противопожарные ворота

Главная сила

• Средства связи: трансивер.
• Электровозы управления: сборщики, автоматические транспортные средства, электрические инвалидные коляски, роботы-уборщики, электромобили и т. д.
• Стартеры станков: газонокосилки, кусторезы, аккумуляторные дрели, приводы, электрические салазки и т. д.
• Промышленное оборудование/инструмент.
• Камера: вспышка, видеомагнитофон/видеомагнитофон, пленочный свет и т. д.

 

Подведем итог

По сравнению с другими аккумуляторами самым большим преимуществом свинцово-кислотных аккумуляторов является зрелая технология, поэтому стоимость также низкая, и они занимают важное место в различных областях. Но поскольку наш текущий спрос на электроэнергию растет, больше нельзя полагаться исключительно на свинцово-кислотные батареи.

Сегодня аккумуляторы lifepo4 прорвали осаду. С лучшей производительностью, жизнь, безопасность, и защита окружающей среды, они намного превосходят свинцово-кислотные батареи. Это единственные аккумуляторы, которые могут заменять свинцово-кислотные аккумуляторы за последние 150 лет стали лидером отрасли и широко используются.

Так в чем же разница между батареями lifepo4 и свинцово-кислотными батареями? Прочитать статью "Батарея Lifepo4 против свинцово-кислотной батареи" Узнать больше.

 

Выберите лучший аккумулятор для вашей солнечной системы

Харвипауэр Производитель аккумуляторов lifepo4 стремится создать лучший аккумулятор для солнечной энергии и полностью продвигать глобальную зеленую защиту окружающей среды и развитие энергетики.

У нас есть стационарные аккумуляторы и сложенные батареи который можно использовать для домашнего/промышленного и коммерческого использования, бесплатное расширение 1-30 кВтч и король экономии места для семьи - Powerwall.

68 основных технических команд разрабатывают уникальную система хранения солнечной энергии для тебя.