¿Qué es la batería de plomo ácido? - Guía definitiva
Dirigir Las baterías de ácido son una de nuestras baterías más utilizadas. Con una historia de 150 años de desarrollo, las baterías de plomo-ácido han desempeñado un papel indispensable en el transporte, las comunicaciones, la energía eléctrica, el ejército, la navegación y la aviación.
En este artículo, le daré una comprensión profunda de la estructura, las ventajas y desventajas de las baterías de plomo-ácido, y resumiré los métodos para usar las baterías de plomo-ácido correctamente para prolongar la vida útil de la batería.
Confía en mí, ¡esta guía definitiva te ayudará a aprovechar al máximo tu batería de plomo-ácido!
Descripción general de la batería de plomo ácido
La batería de plomo-ácido (VRLA) es una batería cuyos electrodos están hechos principalmente de plomo y sus óxidos, y el electrolito es una solución de ácido sulfúrico.
En el estado de descarga de las baterías de plomo-ácido, el componente principal del electrodo positivo es el dióxido de plomo y el componente principal del electrodo negativo es el plomo. En estado cargado, los componentes principales de los electrodos positivo y negativo son sulfato de plomo.
El voltaje nominal de una batería de plomo-ácido de una sola celda es de 2,0 V, que se puede descargar a 1,5 V y cargar a 2,4 V. En las aplicaciones, seis baterías de plomo-ácido de una sola celda a menudo se conectan en serie para formar una batería de plomo-ácido nominal de 12 V. Hay 24 V, 36 V, 48 V, etc.
Principio de funcionamiento
El electrodo positivo (PbO2) y un electrodo negativo (Pb) en la batería de plomo-ácido se sumergen en el electrolito (ácido sulfúrico diluido), y se generarán 2V de energía entre los dos electrodos.
Reacción de carga: PbSO4 + 2H2O + PbSO4=PbO2 + 2H2SO4 + Pb
Dreacción de descarga: PbO2 + 2H2SO4 + Pb = PbSO4 + 2H2O + PbSO4
Estructura de la composición
| Partes | Material | Funciones |
| Electrodo positivo | El electrodo positivo es una valla de aleación de plomo-antimonio-calcio, que contiene óxido de plomo como material activo. |
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| Electrodo negativo | Valla de aleación de plomo-antimonio-calcio de electrodo negativo, que contiene material activo de fibra similar a una esponja |
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| Dividir | El separador AGM microporoso avanzado mantiene el electrolito y evita cortocircuitos entre los electrodos positivo y negativo. |
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| Electrólito | En la reacción electroquímica de la batería, el ácido sulfúrico actúa como electrolito para conducir iones. |
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| Vivienda y Cubierta | A menos que se especifique lo contrario, la carcasa y la cubierta están hechas de resina ABS. |
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| Válvula de seguridad | Fabricado en caucho sintético de alta calidad resistente a los ácidos y al envejecimiento. |
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| Terminal | Según la batería, los terminales positivo y negativo pueden ser lengüetas, varillas, espárragos o cables conductores. |
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Ventajas de las baterías de plomo-ácido
(1) Ventaja comparativa de desempeño
En la actualidad, las baterías secundarias industrializadas a gran escala incluyen principalmente baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno y baterías de iones de litio. Las baterías de níquel-cadmio contienen cadmio, un elemento altamente tóxico, y han sido reemplazadas gradualmente por otras baterías.
Actualmente, las baterías más utilizadas en el mercado son las baterías de plomo-ácido, las baterías de iones de litio y las baterías de níquel-hidrógeno.
En comparación con otras baterías secundarias, las baterías de plomo-ácido tienen las siguientes ventajas comparativas en rendimiento: En comparación con otras baterías secundarias, las baterías de plomo-ácido tienen las siguientes ventajas comparativas en rendimiento:
- La batería con el tiempo de producción industrializado más largo y la tecnología más madura tiene un rendimiento estable, confiabilidad y buena aplicabilidad.
- Se utiliza ácido sulfúrico diluido como electrolito, que no es inflamable. La batería está diseñada con presión normal o baja presión, lo cual es seguro.
- El voltaje de trabajo es alto y el rango de temperatura de trabajo es amplio, lo que es adecuado para aplicaciones de descarga de alta tasa como vehículos eléctricos híbridos (HEV).
- Se puede usar para carga flotante y tiene un excelente rendimiento de carga y descarga superficial. Es adecuado para suministro de energía ininterrumpida (UPS), almacenamiento de nueva energía, reducción de picos de red eléctrica y llenado de valles y otros campos.
- La tecnología de baterías de gran capacidad está madura y se puede convertir en miles de baterías de amperios-hora, lo que brinda comodidad para el almacenamiento de energía a gran escala.
(2) Ventaja comparativa de costos
Las baterías de plomo-ácido son las baterías secundarias más baratas, y el precio por unidad de energía es aproximadamente 1/3 de las baterías de iones de litio o las baterías de níquel-hidrógeno.
Además, los principales componentes de las baterías de plomo-ácido son el plomo y los compuestos de plomo. El contenido de plomo es tan alto como 60% de la masa total de la batería. El valor residual de las baterías usadas es alto y el precio de reciclaje supera el 30% de baterías nuevas.
Por lo tanto, el costo integral de las baterías de plomo-ácido es menor.
(3) Ventaja comparativa del reciclaje
Las baterías de plomo-ácido tienen una composición simple, una tecnología de regeneración madura y un alto valor de reciclaje. Son las baterías más fáciles de realizar reciclando y reciclando.
La producción mundial de plomo reciclado ha superado la del plomo primario, la tasa de reciclaje de plomo de batería de plomo-ácido de desecho en los Estados Unidos ha superado 98.5%, y la tasa de reciclaje de batería de plomo-ácido de desecho en mi país también ha alcanzado más de 90%.
Las baterías de níquel-cadmio y las baterías de níquel-hidrógeno son en su mayoría baterías pequeñas con composiciones complejas, altos costos de regeneración y difícil reciclaje. Es difícil para la industria del reciclaje lograr operaciones orientadas al mercado. La tasa de reciclaje promedio mundial es inferior a 20%.
Desventajas de las baterías de plomo-ácido
(1) Baja densidad de energía
La densidad de energía de masa y volumen de las baterías de plomo-ácido tradicionales es baja, la densidad de energía es solo aproximadamente 1/3 de las baterías de iones de litio, aproximadamente 1/2 de la de las baterías de níquel-hidrógeno, y el volumen es relativamente grande, por lo que no es adecuado para uso en ocasiones ligeras y de pequeño volumen.
(2) ciclo de vida corto
El ciclo de vida de las baterías de plomo-ácido tradicionales es corto y el número de ciclo teórico es aproximadamente 1/3 del de las baterías de iones de litio.
Todavía hay mucho margen para mejorar la ciclo de vida de las baterías de plomo-ácido, especialmente baterías de plomo-ácido con nuevos materiales, nuevas estructuras y nuevas tecnologías, como baterías bipolares de plomo-ácido y baterías de plomo-carbono.
(3) Existe riesgo de contaminación por plomo en la cadena industrial
El plomo es la principal materia prima de las baterías de plomo-ácido. El plomo representa más del 60% de la masa de la batería. Las baterías de plomo-ácido globales utilizan más del 80% del plomo total.
El plomo es un metal pesado y existe un alto riesgo de contaminación por plomo en el proceso de plomo-ácido. fabricación de baterías cadena industrial. Una mala gestión provocará contaminación ambiental y dañará la salud humana.
Varios métodos de carga de baterías de ácido de plomo
(1) Método de carga de corriente constante
La corriente de carga permanece constante durante el proceso de carga, que se denomina método de carga de corriente constante, denominado método de carga de corriente constante o método de carga de corriente igual.
Durante el proceso de carga, a medida que aumenta gradualmente el voltaje de la batería, la corriente de carga disminuye gradualmente. Para evitar que la corriente de carga disminuya debido al aumento del voltaje del terminal de la batería, el proceso de carga debe aumentar gradualmente el voltaje de la fuente de alimentación para mantener la corriente de carga. El grado de automatización del equipo de carga es relativamente alto y el equipo de carga simple y simple no puede cumplir con los requisitos de carga de corriente constante.
Método de carga de corriente constante, en el caso de la corriente de carga máxima permitida de la batería, cuanto mayor sea la corriente de carga, menor será el tiempo de carga.
En términos de tiempo, es ventajoso utilizar este método. Sin embargo, si la corriente de carga permanece sin cambios en la etapa posterior de la carga, en este momento, dado que la mayor parte de la corriente se usa para electrolizar agua, la solución de electrolito parecerá estar hirviendo debido a demasiadas burbujas, lo que no solo consume energía eléctrica. , pero también hace que se caiga fácilmente una gran cantidad de sustancias activas en la placa, lo que resulta en una temperatura alta. La elevación es demasiado alta, lo que hace que la placa se doble, la capacidad cae rápidamente y se desecha antes de tiempo.
Por lo tanto, este método de carga rara vez se usa.
(2) método de carga de voltaje constante
En el proceso de carga, el voltaje de carga permanece constante todo el tiempo, lo que se denomina método de carga de voltaje constante, abreviado como método de carga de voltaje constante o método de carga de igual presión.
Dado que la carga de voltaje constante comienza en una etapa posterior, el voltaje de la fuente de alimentación siempre se mantiene constante, por lo que la corriente de carga es bastante grande al comienzo de la carga, lo que supera con creces el valor normal de la corriente de carga.
Sin embargo, a medida que avanza la carga, el voltaje terminal de la batería de plomo-ácido aumenta gradualmente y la corriente de carga disminuye gradualmente. Cuando el voltaje terminal de la batería de plomo-ácido es igual al voltaje de carga, la corriente de carga se reduce al mínimo o incluso a cero.
Puede verse que la ventaja de usar el método de carga de voltaje constante es que puede evitar la pérdida del material activo de la placa y la pérdida de energía eléctrica causada por la corriente de carga excesiva en la etapa posterior de carga.
Pero su desventaja es que cuando la carga recién comienza, la corriente de carga es demasiado grande y el cambio de volumen y la contracción del material activo del electrodo son demasiado rápidos, lo que afecta la resistencia mecánica del material activo y hace que se caiga.
Y en la última etapa de carga, la corriente de carga es demasiado pequeña, por lo que el material activo en la parte profunda de la placa no puede obtener la reacción de carga, lo que resulta en una carga insuficiente a largo plazo, lo que afecta la vida útil de la batería.
Por lo tanto, este método de carga generalmente solo es adecuado para ocasiones especiales donde no hay equipo de distribución de energía o el equipo de carga es relativamente simple, como baterías de plomo-ácido en automóviles y pequeños baterías de plomo-ácido de tipo celda seca.
Cuando se utiliza el método de carga de igual presión para cargar la batería de plomo-ácido, el voltaje de suministro de energía requerido: cada batería única ácida es de aproximadamente 2,4-2,8 V, y cada batería alcalina es de aproximadamente 1,6-2,0 V.
(3) Carga de voltaje constante con resistencia fija
Un método adoptado para remediar las desventajas de la carga de voltaje constante.
Es decir, se conecta una resistencia en serie entre el terminal de carga. fuente de alimentación y la batería, para que se pueda ajustar la corriente en la etapa inicial de carga.
Pero a veces la corriente de carga máxima es limitada, por lo que a medida que avanza el proceso de carga, el voltaje de la batería aumenta gradualmente, pero la corriente decae casi linealmente.
A veces se utilizan dos valores de resistencia, cambiando de bajo a alto a aproximadamente 2,4 V para reducir la desgasificación.
(4) método de carga de corriente igual de etapa
Combinando las características de los métodos de carga de corriente constante y voltaje constante.
Las baterías de plomo-ácido usan una corriente más grande en la etapa inicial de carga, luego usan una corriente más pequeña después de un período de tiempo y cambian a una corriente más pequeña en la última etapa de carga, es decir, el método de carga de corriente constante con diferentes corrientes en diferentes etapas se llama etapa de carga constante. método de carga de flujo.
El tiempo de carga requerido por el método de carga de corriente igual por etapas es corto y el efecto de carga también es bueno. Dado que se utiliza una carga con una corriente más pequeña en la última etapa de la carga, se reduce la erosión del material activo en la placa por las burbujas de aire, y se reduce el desprendimiento del material activo.
Este método de carga puede prolongar la vida útil de la batería, ahorrar energía eléctrica y cargar completamente, por lo que es un método de carga de uso común en la actualidad.
Generalmente, la primera etapa de la batería se carga con una corriente nominal de 10 h y la segunda etapa se carga con una corriente nominal de 20 h. La duración del tiempo de carga en cada etapa, los requisitos y estándares específicos de varias baterías son diferentes.
(5) Método de carga flotante
Las baterías de plomo-ácido que se usan de manera intermitente, o solo durante cortes de energía de CA, se cargan con carga flotante.
Las baterías fijas de plomo-ácido utilizadas en algunas ocasiones especiales generalmente se cargan mediante carga flotante.
La principal ventaja del método de carga flotante es que puede reducir la tasa de gasificación de la batería y evitar la sobrecarga.
Al mismo tiempo, dado que la batería está conectada en paralelo con la fuente de alimentación de CC, la batería de plomo-ácido emite una gran corriente instantáneamente cuando el equipo eléctrico usa una gran corriente, lo que ayuda a estabilizar el voltaje del sistema de suministro de energía, y el equipo eléctrico usa electricidad normalmente.
La desventaja del método de carga flotante es que las baterías de plomo-ácido individuales están desequilibradas y con poca carga, por lo que se requiere una carga de ecualización regular.
Factores que afectan la vida útil de las baterías de plomo-ácido
1. Profundidad de descarga
El profundidad La duración de la descarga es el grado en que la descarga comienza a detenerse durante el uso. El foco de las consideraciones de diseño es el uso de ciclo profundo, el uso de ciclo superficial o el uso de carga flotante.
Si se usa una batería de ciclo superficial para uso de ciclo profundo, la batería de plomo-ácido fallará rápidamente. Y cuanto mayor sea la profundidad de descarga, menor será su ciclo de vida.
2. Grado de sobrecarga
Se libera una gran cantidad de gas durante la sobrecarga. En este momento, el material activo de la placa positiva es impactado por el gas y este impacto promoverá el desprendimiento del material activo.
Además, la aleación de la rejilla positiva también está sujeta a una severa oxidación anódica y corrosión, por lo que la vida útil se acortará cuando la batería se sobrecargue.
3. La influencia de la temperatura
La vida útil de la batería de plomo-ácido aumenta con la temperatura.
Entre 10°C y 35°C, cada aumento de 1°C aumentará unos 5-6 ciclos; entre 35°C y 45°C, cada aumento de 1°C puede prolongar la vida de más de 25 ciclos; La vida del electrodo negativo se reduce debido a la pérdida de capacidad de vulcanización.
La vida útil de la batería aumenta con la temperatura dentro de un cierto rango de temperatura porque la capacidad aumenta con la temperatura.
Si la capacidad de descarga sigue siendo la misma, la profundidad de descarga disminuye cuando la temperatura aumenta y la vida sólida se prolonga.
4. La influencia de la concentración de ácido sulfúrico
El aumento de la densidad del ácido es beneficioso para la capacidad positiva de la placa.
Pero también aumenta la autodescarga de la batería, y la corrosión de la rejilla, lo que favorece el desprendimiento y desprendimiento del dióxido de plomo.
Por lo tanto, como la densidad de la ácido utilizado en baterías de plomo-ácido aumenta, el ciclo de vida disminuye.
5. Influencia de la densidad de corriente de descarga
A medida que aumenta la densidad de la corriente de descarga, disminuye la vida útil de la batería.
Porque en condiciones de alta densidad de corriente y alta concentración de ácido, el dióxido de plomo del electrodo positivo se afloja y se cae.
Consejos de mantenimiento para baterías de plomo-ácido
Carga oportuna
Las baterías de plomo-ácido no tienen memoria, y la rápida reducción de la capacidad se debe principalmente a algunas razones, como la vulcanización de la batería de plomo-ácido, la "pérdida de agua" y la "pérdida de energía".
La capacidad de la batería se reduce y la placa del electrodo se tensa por la fuerte corriente (corriente de arranque) durante la descarga, y la tensión de la placa del electrodo es un daño físico a la batería que no se puede reparar.
Por lo tanto, es inevitable asegurarse de que la batería de plomo-ácido tenga voltaje suficiente en todo momento.
Reponga el agua destilada regularmente
Los usuarios generalmente piensan que las baterías de plomo-ácido libres de mantenimiento no necesitan agregar agua, pero esta afirmación es incorrecta.
Las baterías de plomo-ácido generarán calor durante la carga y la descarga de alta corriente, y el agua se evaporará cuando haya calor.
Aunque el proceso de evaporación del agua es muy lento, no se puede subestimar la cantidad acumulada de agua evaporada a lo largo del tiempo.
Por lo tanto, la batería de plomo-ácido se debe reponer con agua cada 6 meses más o menos, para que la vida útil de la batería se prolongue.
Ciclo profundo regular
Las baterías de plomo-ácido inevitablemente tendrán algunas sustancias activas que se hunden después de usarse durante un período de tiempo. Si estas sustancias activas no se activan a tiempo, tendrá algún impacto en la capacidad de la batería.
Por lo tanto, cuando se utilizan vehículos eléctricos con frecuencia, es necesario descargar profundamente la batería de plomo-ácido una vez al trimestre.
Buen cargador
Para las baterías de plomo-ácido nuevas, el proceso de carga suele durar entre 6 y 8 horas y el cargador se iluminará en verde cuando esté completamente cargado.
Si el tiempo de carga es demasiado largo, verifique si el dispositivo de protección de voltaje del cargador está dañado y reemplace el cargador a tiempo; de lo contrario, la batería se dañará fácilmente.
Además, no compre un cargador rápido para el cargador, ya que la carga rápida también dañará las placas de la batería de plomo-ácido.
Prevenir la luz solar excesiva
La luz solar excesiva aumentará la temperatura de la batería y acortará en gran medida la vida útil de la batería.
Inspección y limpieza
Si la batería de plomo-ácido no se limpia a tiempo, afectará fácilmente la vida útil y el efecto de electrificación de la batería.
La reacción de oxidación es fácil de ocurrir entre el polo y el mandril de esta batería de plomo-ácido e incluso corroe las partes metálicas del mandril.
Por lo tanto, preste atención a verificar si el poste y el mandril están bien conectados, si hay corrosión y quemaduras, si el orificio de ventilación está bloqueado, si el electrolito se reduce, etc., y trátelo a tiempo.
Aplicación de batería de plomo-ácido
Energía de respaldo
- Telecomunicaciones.
- Sistema solar.
- Sistema de interruptor electrónico.
- Equipos de comunicación: estación base, PBX, CATV, WLL, ONU, STB, teléfono inalámbrico, etc.
- Fuente de alimentación de respaldo: UPS, ECR, sistema de respaldo de computadora, Secuencia, ETC, etc.
- Equipos de emergencia: luces de emergencia, alarmas contra incendios y robos, puertas contra incendios
Poder principal
- Equipo de comunicación: transceptor.
- Locomotoras de mando eléctrico: vehículos de recogida, vehículos de transporte automático, sillas de ruedas eléctricas, robots de limpieza, vehículos eléctricos, etc.
- Arrancadores de máquinas herramienta: cortadoras de césped, cortasetos, taladros inalámbricos, impulsores eléctricos, trineos eléctricos, etc.
- Equipo/Instrumento Industrial.
- Cámara: flash, VTR/VCR, luz de película, etc.
Resumir
En comparación con otras baterías, la mayor ventaja de las baterías de plomo-ácido es la tecnología madura, por lo que el costo también es bajo y ocupan una posición importante en varios campos. Pero a medida que aumenta nuestra demanda actual de electricidad, ya no es posible depender únicamente de las baterías de plomo-ácido.
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Entonces, ¿cuáles son las diferencias entre las baterías lifepo4 y las baterías de plomo-ácido? Leer el artículo "Batería Lifepo4 VS batería de plomo-ácido" aprender más.
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