Bly och syra är två saker som de flesta människor vet tillräckligt bra för att undvika. Bly är en tungmetall som kan orsaka en hel tvättlista av hälsoproblem, och syra är väl, sur. Det enda omnämnandet av ordet ger upphov till bilder av bubblande gröna vätskor och kackling-galen forskare böjda på världsdominans.
Men som choklad och jordnötssmör, bly och syra inte verkar gå ihop, men de gör det. Utan bly och syra skulle vi inte ha bilbatterier, och utan bilbatterier skulle vi inte ha några moderna tillbehör eller grundläggande nödvändigheter, som strålkastare som kräver att ett elsystem fungerar. Så hur, exakt, kom dessa två dödliga ämnen samman för att bilda den steniga grunden för elektroniska bilsystem? Svaret, att låna en fras, är elementärt.
Vetenskapen om lagring av elektrisk energi
Elektriska batterier är helt enkelt lagringsbehållare som kan hålla en elektrisk laddning och sedan ladda ut den i en last. Vissa batterier kan producera en elektrisk ström från sina baskomponenter så fort de monteras. Dessa batterier kallas primära batterier , och de bortskaffas vanligtvis när avgiften har tömts. Bilbatterierna passar in i en annan kategori av elektrisk batteri som kan laddas, laddas och laddas om och om igen. Dessa sekundära batterier Använd en reversibel kemisk reaktion som skiljer sig från en typ av laddningsbart batteri till ett annat.
Med tanke på att de flesta lätt kan förstå, håller AA eller AAA-batterierna som du köper i affären in i fjärrkontrollen och slänger dem när de dör är primära batterier. De monteras, vanligtvis från antingen zink-kol eller zink- och mangandioxidceller, och de kan tillhandahålla ström utan att laddas. När de dör, slänger du dem bort, eller kasserar dem ordentligt, om du föredrar det.
Naturligtvis kan du köpa samma AA eller AAA-batterier i en "laddningsbar" form som kostar mer. Dessa laddningsbara batterier använder vanligtvis nickelkadmium- eller nickelmetallhydridceller. Till skillnad från traditionella alkaliska batterier kan NiCd- och NiMH-batterier inte ge ström till en belastning vid montering. Istället appliceras en elektrisk ström på cellerna, vilket orsakar en kemisk reaktion i batteriet. Du håller sedan batteriet i fjärrkontrollen och när den dör, placerar du den i en laddare och applikationen av en ström reverserar den kemiska process som uppstod under urladdning.
Bilbatterier, som använder bly och svavelsyra istället för nickeloxihydroxid och en väteabsorberande legering, liknar NiMH-batterier i funktion. När en elektrisk ström appliceras på batteriet sker en kemisk reaktion och en elektrisk laddning lagras. När en last är ansluten till batteriet, vänds denna reaktion och en ström tillförs lasten.
Lagring av energi med bly och syra
Om man använder bly och syra för att lagra en elektrisk laddning låter arkaisk, så är det. Det första blybatteribatteriet uppfanns på 1850-talet, och batteriet i din bil använder samma grundläggande principer. Mönster och material har utvecklats under åren, men samma grundläggande idé är i spel.
När ett blybatteri släpps ut, blir elektrolyten en mycket utspädd lösning av svavelsyra, vilket betyder att det för det mesta är vanlig gammal H20 med en del H2SO4 som svävar runt i den. Ledplattorna, som absorberat svavelsyran, blir i första hand blysulfat. När en elektrisk ström sätts på batteriet, vänder denna process. De ledande sulfatplattorna svänger (mestadels) tillbaka i bly och den utspädda lösningen av svavelsyra blir mer koncentrerad.
Detta är inte ett fruktansvärt effektivt sätt att lagra elenergi, vad gäller hur stor och stor cellerna är jämförda med den mängd energi de lagrar, men blybatterier används fortfarande idag av två skäl. Den första är en fråga om ekonomi; blybatterier är mycket billigare att tillverka än något annat alternativ. Den andra anledningen är att blybatterier kan ge enorma mängder on-demand ström på en gång, vilket gör dem unikt lämpade att använda som startbatterier.
Hur kort är din cykel?
Traditionella bilbatterier kallas ibland som SLI-batterier , där "SLI" står för start, belysning och tändning. Denna förkortning illustrerar de främsta syftet med ett bilbatteri ganska bra, eftersom det huvudsakliga arbetet med ett bilbatteri är att köra startmotorn, lamporna och tändningen innan motorn är igång. Efter att motorn är igång, tillhandahåller generatorn all nödvändig elektrisk energi och batteriet laddas.
Denna typ av användning är en grunt typ av arbetscykel, eftersom det ger en kort bristning av en stor mängd ström, och det är vad bilbatterier är speciellt konstruerade för att göra. Med det i åtanke innehåller moderna bilbatterier mycket tunna blyplattor, vilket möjliggör maximal exponering för elektrolyten och ger kortast möjliga strömstyrka. Denna konstruktion är nödvändig på grund av de stora nuvarande kraven på startmotorer.
I motsats till startbatterier är djupcykelbatterier en annan typ av blybatteri som är utformat för en djupare cykel.Plattformarnas konfiguration är annorlunda, så de är inte lämpade för att ge stora mängder on-demand ström. Istället är de utformade för att ge mindre kraft under längre tid. Cykeln är "djupare" eftersom den är längre, snarare än på grund av att den totala urladdningen är större. Till skillnad från startbatterier, som automatiskt laddas efter varje användning, kan djupa cykelbatterier sakta tömmas - till en säker nivå - innan de laddas upp igen. Precis som att starta batterier, borde blybatterier med djup cykel inte släppas under den rekommenderade nivån för att undvika permanent skada.
Olika paket, samma teknik
Även om grundtekniken bakom blybatterier har förbli mer eller mindre densamma har framsteg i material och tekniker resulterat i ett antal variationer. Djupcykelbatterier använder naturligtvis en annan plattform för att möjliggöra en djupare arbetscykel. Andra variationer tar saker ännu längre.
Det största framsteget inom blybatteri-tekniken har antagligen varit ventilreglerade blybatterier (VRLA). De använder fortfarande bly och svavelsyra, men de har inte "översvämmade" våtceller. I stället använder de antingen gelceller eller en absorberad glasmatta (AGM) för elektrolyten. Den kemiska processen är densamma på en grundläggande nivå, men dessa batterier är inte utsatta för avgasning som översvämmade cellbatterier, och de är heller inte sårbara för läckage om de tippas.
Även om VRLA-batterier har ett antal fördelar, är de mycket dyrare att producera än traditionella översvämmade cellbatterier. Så medan tekniken fortsätter att marschera någonsin framåt, är chansen att du fortfarande kör runt med avancerad 1860-teknik under din huva ännu en gång - om du inte går elektriskt. Men det är en helt annan sak när det gäller batterier.
