الهيكل الأساسي لبطارية حمض الرصاص وأساسياتها

في العامين الماضيين، على الرغم من أن بطاريات الليثيوم تحظى بشعبية كبيرة في السوق، في قطاع الدراجات ثلاثية العجلات الكهربائية، لفترة طويلة، ليس هناك شك في أن بطارية الرصاص الحمضية ستحافظ على هيمنتها في المنافسة في السوق.

وبعبارة أخرى، بطاريات الرصاص الحمضية هي أصل الدراجات ثلاثية العجلات الكهربائية. باعتباري أحد المطلعين على صناعة الدراجات ثلاثية العجلات الكهربائية، سأخبركم اليوم بمزيد من المعلومات حول هيكل بطارية الرصاص الحمضية وأساسياتها.

تتكون بطاريات الرصاص الحمضية من أجزاء مهمة مثل الصفائح الموجبة والسالبة والفواصل والحاويات البلاستيكية والأعمدة وصمامات الأمان. الجهد الاسمي لكل خلية مفردة هو 2 فولت، لذلك تتكون بطارية الرصاص الحمضية الهوائية 6 فولت أو 12 فولت بشكل عام من 3 أو 6 خلايا في حزم. يتم تجميع مجموعة من الخلايا المستقلة في حزم لتكوين بطارية منافسة للعمل كقوة للسيارات.

فيما يلي نظرة محددة على مكونات بطارية الرصاص الحمضية.

1. مجموعة لوحة البطارية

تعد مجموعة ألواح البطارية الجزء الأساسي من البطارية لأن دورها هو استقبال الطاقة الكهربائية المشحونة وإطلاق الطاقة الكهربائية الخارجية، والتي تنقسم إلى نوعين من اللوحات الموجبة والسالبة. تتكون اللوحة من الشبكة والمواد النشطة. تتمتع اللوحة الرفيعة بقدرة محددة أعلى (السعة التي يوفرها حجم اللوحة) وتحسن الأداء بالنسبة للمبتدئين. تتم عملية شحن وتفريغ البطارية عن طريق التفاعل الكهروكيميائي بين المواد الفعالة الموجودة على الألواح والإلكتروليت.

يتمثل دور الشبكة في استيعاب المواد الفعالة التي يتم لصقها معًا لتشكيل اللوحة، وتكون مادة الشبكة في الغالب عبارة عن سبيكة من الرصاص والأنتيمون والتي تحتوي على 5%-7% من الرصاص. من خلال إضافة الرصاص إلى الحزام، يمكننا تحسين أداء الصب والقوة الميكانيكية، لكنه سيسرع هطول الهيدروجين، مما يؤدي إلى التفريغ التلقائي، الأمر الذي سيؤدي في النهاية إلى الاستهلاك السريع للكهارل وقصر عمر الخدمة للبطارية.

المادة الفعالة هي العنصر الرئيسي في التفاعل الكهروكيميائي. عند اكتمال عملية التكوين (تسمى عملية تحول المواد الفعالة على الصفائح الموجبة والسالبة بعملية التكوين)، فإن ثاني أكسيد الرصاص المسامي (أكسيد الرصاص₂) والمواد الفعالة الموجودة على سطح اللوحة الموجبة ستتحول في الغالب إلى اللون البني المحمر واللون الإسفنجي. الرصاص النقي (ف) سيكون له لون برونزي رمادي.

احصل على ألواح موجبة وسالبة مغمورة في المنحل بالكهرباء، ويمكنك الحصول على قوة دافعة كهربائية 2 فولت (المجال الكهرومغناطيسي) ومن أجل زيادة سعة البطارية، غالبًا ما نضع المزيد من الألواح الموجبة والسالبة في حاوية البطارية لتجميع خلية واحدة ذات سعة كبيرة . بسبب الخصائص الميكانيكية الضعيفة للوحة الإيجابية، عند تنشيط البطارية، ستكون هناك بعض الاختلافات بين جانبي اللوحات. سيؤدي عدم الاتساق إلى تشوه يشبه التقوس أو تساقط المواد الفعالة. وهذا هو السبب وراء وضعنا دائمًا لوحة سلبية إضافية داخل الخلية لموازنة التفريغ الكهربائي.

2. فاصل البطارية

دورفاصل البطاريةهو فصل الصفائح الموجبة والسالبة المغمورة في محلول حمض الكبريتيك. من أجل تقليل حجم البطارية، يجب وضع اللوحات الموجبة والسالبة معًا بشكل وثيق. بالإضافة إلى ذلك يجب التأكد من فصل الألواح الموجبة والسالبة عن طريق الطبقات العازلة التي عادة ما تكون مصنوعة من المطاط والبلاستيك والزجاج والألياف وغيرها من المواد العازلة.

باستثناء لعب دور عازل بين الصفائح الموجبة والسالبة، فهو يساعد على تمكين الأيونات الموجبة والسالبة في المنحل بالكهرباء من المرور بسلاسة، وإبطاء تساقط المواد النشطة من الصفائح الموجبة والسالبة، ومنع الصفائح الموجبة من الاهتزاز الأضرار. لذلك، من الضروري أن يفي الفاصل بهذه المعايير: تغطية فتحة الهواء بنسبة 60%، فتحة صغيرة، خصائص مقاومة للأحماض، تحتوي على مواد غير خطرة، قوي، ذو مقاومة منخفضة في الإلكتروليت مع خاصية الاستقرار الكيميائي، إلخ. يجب أن تكون الأخاديد متعامدة مع الجزء السفلي من حاوية البطارية أثناء تجميع البطارية لأن التفاعل الكيميائي للوحة الموجبة يصبح عنيفًا أثناء عملية الشحن والتفريغ. تمكن الأخاديد المنحل بالكهرباء من التدفق لأعلى ولأسفل بسلاسة وتسمح لفقاعات الهواء بالدوران لأعلى أو لأسفل، وتخزين الجزء المتساقط من المواد الفعالة.

في السنوات الأخيرة، أنتجت بعض الشركات المصنعة أيضًا بعض الفواصل على شكل مظروف لتغطية اللوحة الإيجابية، والتي يمكن أن تمنع بشكل فعال تساقط المواد الفعالة.

3. المنحل بالكهرباء

يمكن للإلكتروليت أن يحث على تأين المواد الفعالة للصفائح لتوليد التفاعل الكهروكيميائي. يتكون المنحل بالكهرباء من حمض الكبريتيك المخصص للبطارية والماء المقطر بنسبة معينة. إن إلكتروليت بطارية الرصاص الحمضية العامة للسيارات هو حمض الكبريتيك المخفف بكثافة (1.280 ± 0.010) جم / سم مكعب (25 درجة مئوية).

كثافة المنحل بالكهرباء لها تأثير كبير على أداء وعمر البطارية. من أجل زيادة قدرة البطارية وتقليل نقطة تجمد المنحل بالكهرباء، من الضروري زيادة كثافة المنحل بالكهرباء. ومع ذلك، فإن زيادة الكثافة ستؤدي إلى زيادة اللزوجة، مما سيؤدي إلى تقليل سعة البطارية. الى جانب ذلك، من الضروري تحديد قيمة كثافة المنحل بالكهرباء في ظل ظروف مناخية مختلفة.

بشكل عام، لكل تغير بمقدار 1 درجة مئوية في درجة الحرارة، تتغير الكثافة بمقدار 0.0007 جم/سم مكعب. عندما ترتفع درجة حرارة المنحل بالكهرباء، تنخفض الكثافة؛ وعندما تنخفض درجة الحرارة، تزداد الكثافة. ولذلك، فإن درجة الحرارة شرط أساسي لتحديد قيمة كثافة المنحل بالكهرباء. لقد حددت البلدان في جميع أنحاء العالم درجة الحرارة القياسية للإلكتروليت، وفي هذه الحالة، بلدنا هو 15 درجة مئوية، واليابان 20 درجة مئوية، وأوروبا والولايات المتحدة 25 درجة مئوية و30 درجة مئوية على التوالي.

4. حاوية البطارية

حاوية البطاريةتستخدم لاحتواء الإلكتروليت والصفائح، لذلك يكون شكلها عادةً مكعبًا طويلًا، مقسمًا إلى 3 أو 6 أحواض أحادية الخلية. يوجد على الحافة العلوية لأحواض الخلايا نمط أخدود خاص لتوصيل الحاوية بالغطاء، وفي الجزء السفلي من الحاوية توجد بعض الشرائط المحدبة لدعم مجموعة الألواح.

يعتبر المطاط والبلاستيك البولي بروبيلين مادتين رئيسيتين لإنتاج حاويات البطاريات. تتميز الحاوية المطاطية بأنها مقاومة للأحماض، ومقاومة للحرارة، ومقاومة للبرودة، ومقاومة للاهتزاز، وعازلة وقوة ميكانيكية جيدة كبيرة ومزايا أخرى، ولكن جدار الحاوية أكثر سمكًا، بشكل عام 10 مم؛ الحاوية البلاستيكية من مادة البولي بروبيلين ليست فقط مقاومة للأحماض، ومقاومة للحرارة، ومقاومة للاهتزاز، ولكنها أيضًا عالية القوة، وصلابة عالية، وعالية الجودة، وأصغر حجمًا، وأرق، بشكل عام 3.5 مم. علاوة على ذلك، فإن الشكل والمظهر أنيقان وشفافان وسهلان للختم الحراري والإنتاج، لذلك أصبحت الحاويات المصنوعة من البلاستيك والبولي بروبيلين رائجة في السنوات الأخيرة.

عادةً ما يتم تصميم أغطية سحب الحمض الخاصة بالبطارية أحادية الخلية بفتحة لطرد الهيدروجين والأكسجين الناتج عن التحليل الكهربائي للماء أثناء عملية شحن البطارية خشية أن يتراكم الغاز ويؤدي إلى ارتفاع ضغطه الداخلي، مما يؤدي إلى تشقق الحاوية أو حتى انفجارها. بالإضافة إلى ذلك، يمكننا أيضًا تركيب فلتر الأكسجين حول الفتحة من أجل منع هروب بخار الماء وتقليل فقدان الماء.

5. صمام الأمان (للتنفيس)

يعد صمام الأمان مكونًا رئيسيًا للبطارية التي يتم تنظيمها بالصمام لأن جودة صمام الأمان تؤثر بشكل مباشر على عمر الخدمة وتوحيد وسلامة البطارية. وفقًا للمعايير ذات الصلة واستخدام البطاريات المنظمة للصمام، يجب أن يستوفي صمام الأمان الشروط الفنية التالية:

(1) قم بتشغيل الصمام في اتجاه واحد.

(2) الختم أحادي الاتجاه: لمنع اختراق الهواء إلى داخل البطارية.

(3) يجب ألا يتجاوز الفرق بين ضغطي الفتح والإغلاق لصمامات الأمان لنفس مجموعة البطاريات 20% من متوسط ​​القيمة.

(4) يجب أن يستمر عمر خدمة البطارية لمدة 15 عامًا على الأقل.

(5) وظيفة التصفية: لمنع الحمض أو الرذاذ الحمضي من الهروب عبر صمام الأمان.

(6) مقاومة للانفجار: يجب أن يكون الجزء الداخلي للبطارية مقاومًا للانفجار عندما يتعرض الجزء الخارجي للبطارية للهب المكشوف.

(7) مقاومة للاهتزاز: أثناء النقل والاستخدام، لن يتحرر صمام الأمان من الاهتزاز وعمليات الفتح والإغلاق المتكررة.

(8) مقاومة للأحماض

(9) مقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة

6. آخرون

بالإضافة إلى المكونات الرئيسية المذكورة أعلاه، يوجد موصل سلكي طرفي، موصل بين الخلايا وملحقات أخرى.

جهاز تفريغ البطارية ذو الوظيفة الواحدة مخصص فقط لعملية التفريغ ولا يمكن شحنه، لذلك يجب شحن البطارية مسبقًا، ثم تفريغها، بحيث تكون تكلفة الشحن واختبار التفريغ أرخص نسبيًا.

ماكينة شحن وتفريغجهاز كليهما مريح ومفيد!