Functionarea bateriei de acumulatoare

FUNCTIONAREA BATERIEI DE ACUMULATOARE

O baterie ĭnmagazineaza energie pentru uz ulterior.

Ea produce tensiune dintr-o reactie chimica produsa intre doua materiale diferite (placa pozitiva si cea negativa) care sunt introduse ĭn electrolit.

Electrozii sunt cufundati intr-o solutie apoasa de acid sulfuric. Prin asa-nimita operatie de "formare" (a carei retea difera de la un mod de fabricatie la altul), care consta in principal in alimentarea cu curent a acumulatorului, electrozii se transforma, placile pozitive ajung de culoare cafenie si acoperite cu PbO2, iar placile negative cenusii si acoperite cu plumb negricios.

Intr-un acumulator normala acid-plumb, tensiunea aproximativa este de 2V /celula, deci un total de 12V. Curentul este degajat de baterie cu atat mai repede cu cat exista un circuit intre borna pozitiva si cea negativa.

Procesul de descarcarea a acumulatoarelor cu plumb

Descarcarea acumulatoarelor cu plumb comporta urmatoarele reactii chimice globale:

Situatia ĭnainte de descarcare:

Electrod pozitiv (PbO₂) H₂SO₄ Electrod negativ (Pb)

Sensul curentului ĭn element:

Circulatia ionilor:

H₂^{+ +} SO₄ ^{- -}

Reactii chimice la electrozi:

PbO₂ + H₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2H₂O   Pb + SO₄ = PbSO₄

Situatia finala a electrozilor:

PbSO₄ PbSO₄

Cele doua placi fiind identice, acumulatorul nu mai poate debita curent. Placile se sulfateaza, concentratia acidului descreste.

Cei mai multi dintre oameni nu realizeaza ca un acumulator cu plumb functioneaza pe baza unui proces continuu de ĭncarcare-descarcare. Atunci cand o baterie este conectata la o sursa ce are nevoie de curent, cum ar fi un autoturism, curentul iese din baterie si bateria incepe sa se descarce.

Un acumulator cu plumb ĭncarcat are o t.e.m. de circa 2,2V. Ĭn functionare, tensiunea scade destul de repede la U_d = 1,95V, apoi ramane catva timp aproape canstanta, scazand apoi din nou brusc. Cand tensiunea a ajuns la 1,8V, descarcarea trebuie ĭntrerupta, deoarece sub aceasta valoare reactiile chimice nu mai sunt reversibile

Procesul de ĭncarcare a acumulatoarelor cu plumb

La ĭncarcare, reactiile chimice sunt inverse:

Situatia ĭnainte de ĭncarcare:

Electrod pozitiv (PbSO₄) H₂SO₄ Electrod negativ (PbSO₄)

Sensul curentului ĭn electrod:

Circulatia ionilor:

SO₄ ^{-- --} H₂^{+ +}

Reactii chimice la electrozi:

PbSO₄ + SO₄ + 2H₂O = PbO₂ + 2H₂SO₄    PbSO₄ + H₂ = Pb + H₂SO₄

Situatia finala a electrozilor:

PbO₂   Pb

Concluzie:

Prin ĭncarcarea acumulatorului se restabileste situatia initiala si concentratia acidului creste.

Acumulatorul devine ĭncarcat atunci cand primeste iar curent, reinstalind diferentele chimice dintre placi.

Pe masura ce acumulatorul se descarca, placile de plumb devin din punct de vedere chimic asemanatoare, acidul devine mai slab si tensiunea scade.

Acumulatorul se poate reĭncarca total atunci cand se reinstaleaza diferentele chimice dintre placi, iar acumulatorul poate furniza din nou curent.

La ĭncarcare, tensiunea acumulatorului creste rapid pana la U_i =2,2V, apoi scade lent pana la 2,3V. La sfarsitul ĭncarcarii, tensiunea este de 2.6-2,7V.

Din punct de vedere tehnic, bateriile se caracterizeaza prin:

a) tensiune, determinata de numarul elementelor ĭn serie;

b)    capacitatea elementului (acumulatorului) (ĭn Ah) pentru o anumita durata

de descarcare

c) curentul de lucru maxim admisibil (care nu trebuie mult depasit nici pentru un timp foarte scurt, putand duce prin efectele lui mecanice la distrugerea placilor);

d) randamentul energetic η_w = W_desc/W_inc, care este de ordinul 70-80%, din cauza pierderilor de energie prin reactii chimice secundare (care determina si diferenta dintre tensiunea medie de ĭncarcare si tensiunea medie de descarcare) si prin efect electrocaloric ĭn rezistenta lui interioara;

e) randamentul ĭn cantitate de electricitate (ĭn sarcina) Η_Q = Q_desc/Q_inc

de ordinul a 85-90%;

f) tipul constructiv (adecvat conditiilor de utilizare si durabilitatii necesare: acumulatoarele de dimensiuni mici si durabilitate redusa pentru autovehicule, acumulatoare de dimensiuni mari si durabilitate mare, pentru instalatii stationare etc.)