- Construção de bateria de chumbo-ácido
- Funcionamento da bateria de chumbo-ácido
- Carregamento de bateria de chumbo-ácido
- Descarga de bateria de chumbo-ácido
- Fator de risco e classificações elétricas
- Regras de manutenção de bateria de chumbo-ácido
Quase todos os dispositivos portáteis e de mão consistem em uma bateria. A bateria é um dispositivo de armazenamento onde a energia é armazenada para fornecer energia sempre que necessário. Existem diferentes tipos de baterias disponíveis no mundo da eletrônica moderna, entre elas a bateria de chumbo- ácido é comumente usada para alta alimentação. Normalmente as baterias de chumbo-ácido são maiores em tamanho com construção dura e pesada, podem armazenar grande quantidade de energia e geralmente usadas em automóveis e inversores.
Mesmo depois de obter concorrência com baterias de íon de lítio, a demanda por baterias de ácido de chumbo está aumentando dia a dia, porque são mais baratas e fáceis de manusear em comparação com baterias de íon de lítio. De acordo com algumas pesquisas de mercado, o mercado de baterias de chumbo-ácido da Índia deve crescer em CAGR de mais de 9% durante 2018-24. Portanto, há uma grande demanda de mercado em automação, automotivo e eletrônicos de consumo. Embora a maioria dos veículos elétricos venha com baterias de íon-lítio, ainda existem muitos veículos elétricos de duas rodas que usam baterias de chumbo-ácido para alimentar o veículo.
No tutorial anterior nós aprendemos sobre baterias de íon-lítio, aqui vamos entender o funcionamento, construção e aplicações de baterias de chumbo-ácido. Também aprenderemos sobre as classificações de carga / descarga, requisitos e segurança de baterias de chumbo-ácido.
Construção de bateria de chumbo-ácido
O que é uma bateria de ácido-chumbo? Se quebrarmos o nome de bateria de ácido de chumbo, obteremos chumbo, ácido e bateria. O chumbo é um elemento químico (o símbolo é Pb e o número atômico é 82). É um elemento macio e maleável. Nós sabemos o que é ácido; ele pode doar um próton ou aceitar um par de elétrons quando está reagindo. Assim, uma bateria, que consiste em chumbo e ácido plumbico anidro (às vezes erroneamente chamada de peróxido de chumbo), é chamada de bateria de ácido de chumbo.
Agora, qual é a construção interna?
Uma bateria de ácido-chumbo consiste nas seguintes coisas, podemos ver na imagem abaixo:
Uma bateria de ácido-chumbo consiste em placas, separador e eletrólito de plástico rígido com uma caixa de borracha dura.
Nas baterias, as placas são de dois tipos, positivas e negativas. O positivo consiste em dióxido de chumbo e o negativo em chumbo esponja. Essas duas placas são separadas por um separador que é um material isolante. Esta construção total é mantida em uma caixa de plástico rígido com eletrólito. O eletrólito é água e ácido sulfúrico.
A caixa de plástico rígido é uma célula. Um armazenamento de célula única normalmente 2.1V. Por este motivo, uma bateria de chumbo-ácido de 12 V consiste em 6 células e fornece 6 x 2,1 V / célula = 12,6 V normalmente.
Agora, qual é a capacidade de armazenamento de carga?
É altamente confiável no material ativo (quantidade de eletrólito) e no tamanho da placa. Você pode ter visto que a capacidade de armazenamento da bateria de lítio é descrita em mAh ou classificação em miliamperes-hora, mas no caso da bateria de ácido-chumbo, é em Amp-hora. Descreveremos isso na seção posterior.
Funcionamento da bateria de chumbo-ácido
O funcionamento da bateria de chumbo-ácido envolve química e é muito interessante saber sobre isso. Há um enorme processo químico envolvido na condição de carga e descarga da bateria de chumbo-ácido. As moléculas de H 2 SO 4 de ácido sulfúrico diluídas se dividem em duas partes quando o ácido se dissolve. Ele irá criar íons positivos 2H + e íons negativos SO 4 -. Como dissemos antes, dois eletrodos são conectados como placas, ânodo e cátodo. O ânodo captura os íons negativos e o cátodo atrai os íons positivos. Esta ligação em ânodo e SO 4 - e cátodo com 2H + elétrons de intercâmbio e que posteriormente reagem com o H2O ou com a água (ácido sulfúrico diluído, ácido sulfúrico + água).
A bateria tem dois estados de reação química, carregando e descarregando.
Carregamento de bateria de chumbo-ácido
Como sabemos, para carregar uma bateria, precisamos fornecer uma tensão maior do que a tensão do terminal. Portanto, para carregar uma bateria de 12,6 V, pode ser aplicado 13 V.
Mas o que realmente acontece quando carregamos uma bateria de ácido-chumbo?
Bem, as mesmas reações químicas que descrevemos antes. Especificamente, quando a bateria está conectada ao carregador, as moléculas de ácido sulfúrico se dividem em dois íons, íons positivos 2H + e íons negativos SO 4 -. O hidrogênio troca elétrons com o cátodo e torna-se hidrogênio, este hidrogênio reage com o PbSO 4 no cátodo e forma Ácido Sulfúrico (H 2 SO 4) e Chumbo (Pb). Por outro lado, o SO 4 - troca elétrons com o ânodo e torna-se radical SO 4. Este SO 4 reage com o PbSO 4 do ânodo e cria o peróxido de chumbo PbO 2 e ácido sulfúrico (H 2 SO 4) A energia é armazenada aumentando a gravidade do ácido sulfúrico e aumentando a tensão potencial da célula.
Conforme explicado acima, as seguintes reações químicas ocorrem no ânodo e no cátodo durante o processo de carregamento.
No cátodo
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
No ânodo
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Combinando as duas equações acima, a reação química geral será
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Existem vários métodos aplicáveis para carregar a bateria de chumbo-ácido. Cada método pode ser usado para baterias de chumbo-ácido específicas para aplicações específicas. Alguns aplicativos usam o método de carregamento de tensão constante, alguns aplicativos usam um método de corrente constante, enquanto o carregamento de cócegas também é útil em alguns casos. Normalmente, o fabricante da bateria fornece o método adequado para carregar as baterias específicas de chumbo-ácido. O carregamento de corrente constante não é normalmente usado no carregamento de baterias de chumbo-ácido.
O método de carregamento mais comum usado em baterias de chumbo-ácido é o método de carregamento de tensão constante, que é um processo eficaz em termos de tempo de carregamento. No ciclo de carga total, a tensão de carga permanece constante e a corrente diminui gradualmente com o aumento do nível de carga da bateria.
Descarga de bateria de chumbo-ácido
A descarga de uma bateria de chumbo-ácido está novamente envolvida em reações químicas. O ácido sulfúrico está na forma diluída com uma proporção típica de 3: 1 com água e ácido sulfúrico. Quando as cargas são conectadas através das placas, o ácido sulfúrico novamente se divide em íons positivos 2H + e íons negativos SO 4. Os íons hidrogênio reagem com o PbO 2 e fazem PbO e água H 2 O. PbO começa a reagir com o H 2 SO 4 e cria PbSO 4 e H 2 O.
Por outro lado, os íons SO 4 - trocam elétrons do Pb, criando o radical SO 4 que posteriormente cria PbSO 4 reagindo com o Pb.
Conforme explicado acima, as seguintes reações químicas ocorrem no ânodo e no cátodo durante o processo de descarga. Essas reações são exatamente opostas às reações de carga:
No cátodo
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
No ânodo:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Combinando as duas equações acima, a reação química geral será
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Devido à troca de elétrons entre o ânodo e o cátodo, o equilíbrio de elétrons nas placas é afetado. Os elétrons então fluem através da carga e a bateria é descarregada.
Durante essa descarga, a gravidade do ácido sulfúrico diluído diminui. Além disso, ao mesmo tempo, a diferença de potencial da célula diminui.
Fator de risco e classificações elétricas
A bateria de ácido-chumbo é prejudicial se não for mantida com segurança. Como a bateria gera gás hidrogênio durante o processo químico, é altamente perigoso se não for usada em área ventilada. Além disso, o carregamento incorreto danifica gravemente a bateria.
Quais são as classificações padrão da bateria de chumbo-ácido?
Cada bateria de chumbo-ácido é fornecida com a ficha técnica para corrente de carga padrão e corrente de descarga. Normalmente, uma bateria de chumbo-ácido de 12 V, aplicável à aplicação automotiva, pode variar de 100Ah a 350Ah. Esta classificação é definida como a classificação de descarga com um período de tempo de 8 horas.
Por exemplo, uma bateria de 160 Ah pode fornecer 20 A de corrente de alimentação para a carga por 8 horas de intervalo. Podemos desenhar mais corrente, mas não é aconselhável fazê-lo. O consumo de mais corrente do que a corrente de descarga máxima em 8 horas prejudicará a eficiência da bateria e a resistência interna da bateria também poderá ser alterada, o que aumenta ainda mais a temperatura da bateria.
Por outro lado, durante a fase de carregamento, devemos ter cuidado com a polaridade do carregador, ele deve estar devidamente conectado com a polaridade da bateria. A polaridade reversa é perigosa para o carregamento da bateria de chumbo-ácido. O carregador pronto vem com um medidor de tensão e corrente de carga com opção de controle. Devemos fornecer uma tensão maior do que a da bateria para carregá-la. A corrente de carga máxima deve ser igual à corrente de alimentação máxima com taxas de descarga de 8 horas. Se tomarmos o mesmo exemplo de 12V 160Ah, a corrente de alimentação máxima é 20A, então a corrente de carga segura máxima é 20A.
Não devemos aumentar ou fornecer uma grande corrente de carga, pois isso resultará em calor e maior geração de gás.
Regras de manutenção de bateria de chumbo-ácido
- A rega é o recurso de manutenção mais negligenciado das baterias de chumbo-ácido inundadas. Como a sobrecarga diminui a água, precisamos verificá-la com frequência. Menos água cria oxidação nas placas e diminui a vida útil da bateria. Adicione água destilada ou ionizada quando necessário.
- Verifique as aberturas, elas precisam ser aperfeiçoadas com tampas de borracha, muitas vezes as tampas de borracha grudam nos orifícios com muita força.
- Recarregue as baterias de chumbo-ácido após cada uso. Um longo período sem recarga proporciona sulfatamento nas placas.
- Não congele a bateria ou carregue-a a mais de 49 graus centígrados. Em ambientes frios, as baterias precisam ser totalmente carregadas, pois carregá-las totalmente é mais seguro do que as baterias vazias em relação ao congelamento.
- Não descarregue profundamente a bateria com menos de 1,7 V por célula.
- Para armazenar uma bateria de chumbo-ácido, ela precisa ser completamente carregada e, em seguida, o eletrólito precisa ser drenado. Então a bateria secará e poderá ser armazenada por um longo período de tempo.