- Construcción de batería de plomo ácido
- Funcionamiento de la batería de plomo ácido
- Carga de la batería de plomo ácido
- Descarga de la batería de plomo ácido
- Factor de riesgo y clasificaciones eléctricas
- Reglas de mantenimiento de baterías de plomo-ácido
Casi todos los dispositivos portátiles y de mano constan de una batería. La batería es un dispositivo de almacenamiento donde se almacena energía para proporcionar energía cuando sea necesario. Hay diferentes tipos de baterías disponibles en este mundo de la electrónica moderna, entre ellas la batería de plomo ácido se usa comúnmente para el suministro de alta potencia. Por lo general, las baterías de plomo ácido son de mayor tamaño con una construcción dura y pesada, pueden almacenar una gran cantidad de energía y generalmente se usan en automóviles e inversores.
Incluso después de competir con las baterías de iones de litio, la demanda de baterías de plomo-ácido aumenta día a día, porque son más baratas y fáciles de manejar en comparación con las baterías de iones de litio. Según algunas investigaciones de mercado, se prevé que el mercado de baterías de plomo-ácido de la India crezca a una tasa compuesta anual de más del 9% durante 2018-24. Por lo tanto, tiene una gran demanda de mercado en automatización, automoción y electrónica de consumo. Aunque la mayoría de los vehículos eléctricos vienen con baterías de iones de litio, todavía hay muchos vehículos eléctricos de dos ruedas que utilizan baterías de plomo ácido para alimentar el vehículo.
En el tutorial anterior aprendimos sobre las baterías de iones de litio, aquí entenderemos el funcionamiento , construcción y aplicaciones de las baterías de plomo ácido. También aprenderemos sobre las clasificaciones de carga / descarga, los requisitos y la seguridad de las baterías de plomo ácido.
Construcción de batería de plomo ácido
¿Qué es una batería de plomo ácido? Si rompemos el nombre de batería de plomo ácido, obtendremos plomo, ácido y batería. El plomo es un elemento químico (el símbolo es Pb y el número atómico es 82). Es un elemento blando y maleable. Sabemos qué es el ácido; puede donar un protón o aceptar un par de electrones cuando reacciona. Por lo tanto, una batería, que consta de plomo y ácido plúmbico anhidro (a veces mal llamado peróxido de plomo), se denomina batería de plomo ácido.
Ahora bien, ¿cuál es la construcción interna?
Una batería de plomo ácido consta de las siguientes cosas, podemos verla en la siguiente imagen:
Una batería de plomo ácido consta de placas, separador y electrolito, plástico duro con una caja de goma dura.
En las baterías, las placas son de dos tipos, positivas y negativas. El positivo consiste en dióxido de plomo y el negativo consiste en plomo esponja. Estas dos placas se separan mediante un separador que es un material aislante. Esta construcción total se guarda en una caja de plástico duro con un electrolito. El electrolito es agua y ácido sulfúrico.
La caja de plástico duro es una celda. Una sola celda almacena típicamente 2.1V. Por esta razón, una batería de plomo-ácido de 12 V consta de 6 celdas y proporciona típicamente 6 x 2,1 V / celda = 12,6 V.
Ahora bien, ¿cuál es la capacidad de almacenamiento de carga?
Es muy dependiente del material activo (cantidad de electrolito) y del tamaño de la placa. Es posible que haya visto que la capacidad de almacenamiento de la batería de litio se describe en mAh o en miliamperios-hora, pero en el caso de la batería de plomo ácido, es Amp hora. Describiremos esto en la sección posterior.
Funcionamiento de la batería de plomo ácido
El funcionamiento de la batería de plomo ácido tiene que ver con la química y es muy interesante saberlo. Hay un gran proceso químico involucrado en la condición de carga y descarga de la batería de plomo ácido. Las moléculas de H 2 SO 4 de ácido sulfúrico diluido se rompen en dos partes cuando el ácido se disuelve. Creará iones positivos 2H + e iones negativos SO 4 -. Como dijimos antes, dos electrodos están conectados como placas, Ánodo y Cátodo. El ánodo atrapa los iones negativos y el cátodo atrae los iones positivos. Este enlace en el ánodo y el SO 4 - y el cátodo con los electrones de intercambio 2H + y que reacciona con el H2O o con el agua (ácido sulfúrico diluido, ácido sulfúrico + agua).
La batería tiene dos estados de reacción química, carga y descarga.
Carga de la batería de plomo ácido
Como sabemos, para cargar una batería, necesitamos proporcionar un voltaje mayor que el voltaje del terminal. Entonces, para cargar una batería de 12,6 V, se pueden aplicar 13 V.
Pero, ¿qué sucede realmente cuando cargamos una batería de plomo ácido?
Bueno, las mismas reacciones químicas que describimos antes. Específicamente, cuando la batería está conectada al cargador, las moléculas de ácido sulfúrico se rompen en dos iones, iones positivos 2H + e iones negativos SO 4 -. El hidrógeno intercambia electrones con el cátodo y se convierte en hidrógeno, este hidrógeno reacciona con el PbSO 4 en el cátodo y forma Ácido Sulfúrico (H 2 SO 4) y Plomo (Pb). Por otro lado, SO 4 - intercambia electrones con ánodo y se convierte en radical SO 4. Este SO 4 reacciona con el PbSO 4 del ánodo y crea el peróxido de plomo PbO 2 y el ácido sulfúrico (H 2 SO 4). La energía se almacena aumentando la gravedad del ácido sulfúrico y aumentando el voltaje potencial de la celda.
Como se explicó anteriormente, las siguientes reacciones químicas tienen lugar en el ánodo y el cátodo durante el proceso de carga.
En el cátodo
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
En el ánodo
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Combinando las dos ecuaciones anteriores, la reacción química general será
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Existen varios métodos aplicables para cargar la batería de plomo-ácido. Cada método se puede utilizar para baterías de plomo-ácido específicas para aplicaciones específicas. Algunas aplicaciones usan un método de carga de voltaje constante, algunas aplicaciones usan un método de corriente constante, mientras que la carga de cosquillas también es útil en algunos casos. Normalmente, el fabricante de la batería proporciona el método adecuado para cargar las baterías de plomo-ácido específicas. La carga de corriente constante no se usa típicamente en la carga de baterías de plomo ácido.
El método de carga más común utilizado en la batería de plomo-ácido es el método de carga de voltaje constante, que es un proceso efectivo en términos de tiempo de carga. En el ciclo de carga completo, el voltaje de carga permanece constante y la corriente disminuyó gradualmente con el aumento del nivel de carga de la batería.
Descarga de la batería de plomo ácido
La descarga de una batería de plomo ácido está nuevamente involucrada con reacciones químicas. El ácido sulfúrico está en forma diluida con una proporción típica de 3: 1 con agua y ácido sulfúrico. Cuando las cargas se conectan a través de las placas, el ácido sulfúrico vuelve a romperse en iones positivos 2H + e iones negativos SO 4. Los iones de hidrógeno reaccionan con el PbO 2 y producen PbO y agua H 2 O. El PbO comienza a reaccionar con el H 2 SO 4 y crea PbSO 4 y H 2 O.
Por otro lado, los iones SO 4 - intercambian electrones de Pb, creando un radical SO 4 que además crea PbSO 4 que reacciona con el Pb.
Como se explicó anteriormente, las siguientes reacciones químicas tienen lugar en el ánodo y el cátodo durante el proceso de descarga. Estas reacciones son exactamente opuestas a las reacciones de carga:
En el cátodo
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
En el ánodo:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Combinando las dos ecuaciones anteriores, la reacción química general será
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Debido al intercambio de electrones a través del ánodo y el cátodo, el equilibrio de electrones entre las placas se ve afectado. Luego, los electrones fluyen a través de la carga y la batería se descarga.
Durante esta descarga, la gravedad del ácido sulfúrico diluido disminuye. Además, al mismo tiempo, la diferencia de potencial de la celda disminuye.
Factor de riesgo y clasificaciones eléctricas
La batería de plomo ácido es dañina si no se mantiene de manera segura. Dado que la batería genera hidrógeno durante el proceso químico, es muy peligroso si no se utiliza en un área ventilada. Además, una carga incorrecta daña gravemente la batería.
¿Cuáles son las clasificaciones estándar de la batería de plomo ácido?
Cada batería de plomo-ácido se proporciona con una hoja de datos para la corriente de carga estándar y la corriente de descarga. Normalmente, una batería de plomo-ácido de 12 V que es aplicable para la aplicación automotriz puede variar de 100 Ah a 350 Ah. Esta clasificación se define como la clasificación de descarga con un período de tiempo de 8 horas.
Por ejemplo, una batería de 160 Ah podría proporcionar 20 A de corriente de suministro a la carga durante 8 horas del intervalo. Podemos sacar más corriente pero no es recomendable hacerlo. Al consumir más corriente que la corriente de descarga máxima con respecto a 8 horas, se dañará la eficiencia de la batería y también se podría cambiar la resistencia interna de la batería, lo que aumenta aún más la temperatura de la batería.
Por otro lado, durante la fase de carga, debemos tener cuidado con la polaridad del cargador, debe estar correctamente conectado con la polaridad de la batería. La polaridad inversa es peligrosa para la carga de la batería de plomo-ácido. El cargador listo para usar viene con un medidor de voltaje de carga y corriente de carga con una opción de control. Debemos proporcionar un voltaje mayor que el voltaje de la batería para cargar la batería. La corriente de carga máxima debe ser la misma que la corriente de suministro máxima a velocidades de descarga de 8 horas. Si tomamos el mismo ejemplo de 12V 160Ah, entonces la corriente de suministro máxima es 20A, por lo que la corriente de carga máxima segura es 20A.
No debemos aumentar ni proporcionar una gran corriente de carga, ya que esto generará calor y una mayor generación de gas.
Reglas de mantenimiento de baterías de plomo-ácido
- El riego es la característica de mantenimiento más descuidada de las baterías de plomo-ácido inundadas. Como la sobrecarga disminuye el agua, debemos revisarla con frecuencia. Menos agua crea oxidación en las placas y reduce la vida útil de la batería. Agregue agua destilada o ionizada cuando sea necesario.
- Verifique las rejillas de ventilación, deben perfeccionarse con tapas de goma, a menudo las tapas de goma se pegan con los orificios demasiado apretados.
- Recargue las baterías de plomo-ácido después de cada uso. Un largo período sin recarga proporciona sulfatación en las placas.
- No congele la batería ni la cargue a más de 49 grados centígrados. En ambientes fríos, las baterías deben cargarse completamente, ya que las baterías completamente cargadas son más seguras que las baterías vacías con respecto a la congelación.
- No descargue la batería a menos de 1,7 V por celda.
- Para almacenar una batería de plomo-ácido, es necesario que esté completamente cargada y luego se debe drenar el electrolito. Entonces, la batería se secará y podrá almacenarse durante un período de tiempo prolongado.