Objectif des batteries de démarrage
Fondements théoriques de la conversion de l'énergie chimique en énergie électrique
Batterie faible
Chargement de la batterie
Consommation des principaux réactifs générateurs de courant
Force électromotrice
Résistance interne
Tension de charge et de décharge
Capacité de la batterie
Énergie et puissance de la batterie
Autodécharge de la batterie
Objectif des batteries de démarrage
La fonction principale de la batterie est un démarrage fiable du moteur. Une autre fonction est un tampon d'énergie lorsque le moteur tourne. En effet, à côté des types de consommateurs traditionnels, de nombreux dispositifs de service supplémentaires sont apparus qui améliorent le confort du conducteur et la sécurité routière. La batterie compense le déficit énergétique lors de la conduite en cycle urbain avec des arrêts fréquents et longs, lorsque le générateur ne peut pas toujours fournir la puissance nécessaire pour alimenter pleinement tous les consommateurs allumés. La troisième fonction opérationnelle est l'alimentation électrique lorsque le moteur est arrêté. Cependant, l'utilisation prolongée d'appareils électriques en stationnement avec le moteur arrêté (ou le moteur au ralenti) entraîne une décharge profonde de la batterie et forte baisse ses caractéristiques de démarreur.
La batterie est également destinée à l'alimentation électrique de secours. En cas de panne du générateur, du redresseur, du régulateur de tension ou de la rupture de la courroie du générateur, celui-ci doit assurer le fonctionnement de tous les consommateurs nécessaires au déplacement en toute sécurité vers la station-service la plus proche.
Alors, les entrées piles doit répondre aux exigences de base suivantes :
Fournir le courant de décharge nécessaire au fonctionnement du démarreur, c'est-à-dire avoir une faible résistance interne pour des pertes de tension internes minimales à l'intérieur de la batterie ;
Effectuer le nombre requis de tentatives pour démarrer le moteur avec définir la durée, c'est-à-dire avoir stock requisénergie de décharge du démarreur ;
Avoir une puissance et une énergie suffisamment élevées avec une taille et un poids minimum possibles ;
Disposer d'une réserve d'énergie pour alimenter les consommateurs lorsque le moteur ne tourne pas ou en cas d'urgence (capacité de réserve) ;
Maintenir la tension nécessaire au fonctionnement du démarreur lorsque la température descend dans les limites spécifiées (courant de démarrage à froid) ;
Maintenir le fonctionnement pendant une longue période à des températures élevées (jusqu'à 70 "C) environnement;
Recevoir une charge pour restaurer la capacité utilisée pour démarrer le moteur et alimenter les autres consommateurs du générateur pendant que le moteur tourne (recevoir une charge) ;
Ne nécessite pas de formation particulière de l'utilisateur ni de maintenance pendant le fonctionnement ;
Avoir une résistance mécanique élevée correspondant aux conditions d’exploitation ;
Maintenir les caractéristiques de performance spécifiées pendant une longue période de fonctionnement (durée de vie) ;
Posséder une autodécharge insignifiante ;
Avoir un faible coût.
Fondements théoriques de la conversion de l'énergie chimique en énergie électrique
Une source de courant chimique est un dispositif dans lequel, en raison du flux de réactions redox spatialement séparées, réactions chimiques leur énergie libre est convertie en énergie électrique. En fonction de la nature de leur travail, ces sources sont divisées en deux groupes :
Sources de courant chimique primaire ou cellules galvaniques ;
Sources secondaires ou batteries électriques.
Les sources primaires ne permettent qu'une utilisation unique, car les substances formées lors de leur rejet ne peuvent être transformées en matières actives d'origine. En règle générale, une cellule galvanique complètement déchargée travaux supplémentaires inadapté - c'est une source d'énergie irréversible.
Les sources de courant chimique secondaires sont des sources d'énergie réversibles - après une décharge arbitrairement profonde, leur fonctionnalité peut être complètement restaurée par charge. Pour ce faire, il suffit de faire passer un courant électrique à travers la source secondaire dans le sens opposé à celui dans lequel il circulait lors de la décharge. Pendant le processus de charge, les substances formées lors de la décharge se transformeront en matières actives d'origine. C'est ainsi que l'énergie libre d'une source de courant chimique est convertie à plusieurs reprises en énergie électrique (décharge de batterie) et la conversion inverse de l'énergie électrique en énergie gratuite source de courant chimique (charge de la batterie).
Le passage du courant à travers les systèmes électrochimiques est associé aux réactions chimiques (transformations) qui se produisent. Il existe donc une relation entre la quantité d'une substance qui est entrée dans une réaction électrochimique et a subi des transformations et la quantité d'électricité dépensée ou libérée, qui a été établie par Michael Faraday.
Selon la première loi de Faraday, la masse d'une substance qui entre dans une réaction d'électrode ou qui en résulte est proportionnelle à la quantité d'électricité traversant le système.
Selon la deuxième loi de Faraday, avec une quantité égale d'électricité traversant le système, les masses de substances ayant réagi sont liées les unes aux autres selon leur équivalents chimiques.
En pratique, une plus petite quantité de substance est soumise à un changement électrochimique que selon les lois de Faraday - lorsque le courant passe, en plus des réactions électrochimiques principales, des réactions parallèles ou secondaires (secondaires) se produisent également qui modifient la masse des produits. Pour prendre en compte l’influence de telles réactions, la notion d’efficacité actuelle a été introduite.
La production de courant est la partie de la quantité d’électricité traversant le système qui représente la principale réaction électrochimique considérée.
Batterie faible
Substances actives d'une batterie au plomb chargée qui participent au processus de génération de courant sont :
L'électrode positive contient du dioxyde de plomb (brun foncé) ;
Sur l'électrode négative se trouve du plomb éponge ( gris);
L'électrolyte est une solution aqueuse d'acide sulfurique.
Certaines molécules d'acide dans une solution aqueuse sont toujours dissociées en ions hydrogène chargés positivement et en ions sulfate chargés négativement.
Le plomb, qui est la masse active de l'électrode négative, se dissout partiellement dans l'électrolyte et s'oxyde en solution pour former des ions positifs. Les électrons en excès libérés dans ce cas confèrent une charge négative à l'électrode et commencent à se déplacer le long de la section fermée du circuit externe jusqu'à l'électrode positive.
Les ions plomb chargés positivement réagissent avec les ions sulfate chargés négativement pour former du sulfate de plomb, qui a peu de solubilité et se dépose donc à la surface de l'électrode négative. Pendant le processus de décharge de la batterie, la masse active de l'électrode négative est convertie du plomb spongieux en sulfate de plomb avec un changement de couleur du gris au gris clair.
Le dioxyde de plomb de l’électrode positive se dissout dans l’électrolyte en quantité bien moindre que le plomb de l’électrode négative. Lorsqu'il interagit avec l'eau, il se dissocie (se désintègre en solution en particules chargées - ions), formant des ions plomb tétravalents et des ions hydroxyle.
Les ions communiquent avec l'électrode potentiel positif et, en ajoutant les électrons qui ont traversé le circuit externe depuis l'électrode négative, sont réduits en ions plomb divalents.
Les ions interagissent avec les ions pour former du sulfate de plomb qui, pour la raison indiquée ci-dessus, se dépose également à la surface de l'électrode positive, comme c'était le cas sur l'électrode négative. Au fur et à mesure que la décharge progresse, la masse active de l'électrode positive passe du dioxyde de plomb au sulfate de plomb, changeant sa couleur du brun foncé au brun clair.
Au fur et à mesure que la batterie se décharge, les matières actives des électrodes positives et négatives sont converties en sulfate de plomb. En même temps, il est consommé pour la formation de sulfate de plomb acide sulfurique et de l'eau se forme à partir des ions libérés, ce qui entraîne une diminution de la densité de l'électrolyte lors de la décharge.
Chargement de la batterie
Dans l'électrolyte, les deux électrodes contiennent petites quantités des ions sulfate de plomb et de l'eau. Sous l'influence de la tension de la source de courant continu, dans le circuit de laquelle est connectée la batterie en charge, un mouvement directionnel des électrons s'établit dans le circuit externe vers la borne négative de la batterie.
Les ions plomb divalents de l'électrode négative sont neutralisés (réduits) par les deux électrons entrants, transformant la masse active de l'électrode négative en plomb spongieux métallique. Les ions libres restants forment de l'acide sulfurique
Au niveau de l'électrode positive, sous l'influence du courant de charge, les ions plomb divalents cèdent deux électrons et s'oxydent en tétravalents. Ces derniers, se combinant par réactions intermédiaires avec deux ions oxygène, forment du dioxyde de plomb, qui est libéré au niveau de l'électrode. Les ions et, tout comme ceux de l'électrode négative, forment de l'acide sulfurique, ce qui entraîne une augmentation de la densité de l'électrolyte pendant la charge.
Lorsque les processus de transformation des substances en masses actives des électrodes positives et négatives sont terminés, la densité de l'électrolyte cesse de changer, ce qui indique la fin de la charge de la batterie. Avec la poursuite de la charge, le processus dit secondaire se produit - la décomposition électrolytique de l'eau en oxygène et hydrogène. Émis par l'électrolyte sous forme de bulles de gaz, ils créent un effet d'ébullition intense, qui sert également de signe de la fin du processus de charge.
Consommation des principaux réactifs générateurs de courant
Pour obtenir une capacité d'un ampère-heure lorsque la batterie est déchargée, il faut que participent à la réaction :
4,463 g de dioxyde de plomb
3,886 g de plomb éponge
3,660 g d'acide sulfurique
La consommation théorique totale de matériaux pour produire 1 Ah (consommation spécifique de matériaux) d'électricité sera de 11,989 g/Ah, et la capacité spécifique théorique sera de 83,41 Ah/kg.
Avec une tension nominale de batterie de 2 V, la consommation spécifique théorique de matière par unité d'énergie est de 5,995 g/Wh, et l'énergie spécifique de la batterie sera de 166,82 Wh/kg.
Cependant, en pratique, il est impossible d'obtenir utilisation complète matériaux actifs participant au processus de génération de courant. Environ la moitié de la surface de la masse active est inaccessible à l'électrolyte, puisqu'elle sert de base à la construction d'une charpente poreuse volumineuse qui assure la résistance mécanique du matériau. Par conséquent, le coefficient d'utilisation réel des masses actives de l'électrode positive est de 45 à 55 % et celui de l'électrode négative de 50 à 65 %. De plus, une solution à 35-38 % d'acide sulfurique est utilisée comme électrolyte. Par conséquent, la valeur de la consommation spécifique réelle de matériaux est beaucoup plus élevée et les valeurs réelles de la capacité spécifique et de l'énergie spécifique sont bien inférieures aux valeurs théoriques.
Force électromotrice
La force électromotrice (FEM) d'une batterie E est la différence entre elle potentiels d'électrode, mesuré avec le circuit externe ouvert.
EMF d'une batterie composée de n batteries connectées en série.
Il est nécessaire de faire la distinction entre la FEM d'équilibre de la batterie et la FEM de non-équilibre de la batterie pendant le temps allant de l'ouverture du circuit à l'établissement. état d'équilibre(période du processus de transition).
La FEM est mesurée avec un voltmètre à haute résistance (résistance interne d'au moins 300 Ohm/V). Pour ce faire, un voltmètre est connecté aux bornes de la batterie ou de la batterie. Dans ce cas, aucun courant de charge ou de décharge ne doit traverser l'accumulateur (batterie).
La FEM d'équilibre d'une batterie au plomb, comme toute source de courant chimique, dépend du produit chimique et propriétés physiques substances participant au processus de formation du courant et est totalement indépendant de la taille et de la forme des électrodes, ainsi que de la quantité de masses actives et d'électrolyte. Cependant, dans une batterie au plomb, l'électrolyte prend participation directe dans le processus de génération de courant sur les électrodes de la batterie et change sa densité en fonction du degré de charge des batteries. Par conséquent, la FEM d’équilibre, qui à son tour est fonction de la densité
La variation de la force électromotrice de la batterie en fonction de la température est très faible et peut être négligée pendant le fonctionnement.
Résistance interne
La résistance fournie par la batterie au courant qui y circule (charge ou décharge) est généralement appelée résistance interne de la batterie.
La résistance des matériaux actifs des électrodes positives et négatives, ainsi que la résistance de l'électrolyte, évoluent en fonction de l'état de charge de la batterie. De plus, la résistance de l’électrolyte dépend de manière très importante de la température.
La résistance ohmique dépend donc également de l’état de charge de la batterie et de la température de l’électrolyte.
La résistance de polarisation dépend de l'intensité du courant de décharge (charge) et de la température et n'obéit pas à la loi d'Ohm.
La résistance interne d'une seule batterie et même d'une batterie composée de plusieurs batteries connectées en série est insignifiante et ne s'élève qu'à quelques millièmes d'ohm lorsqu'elle est chargée. Cependant, au cours du processus de décharge, cela change considérablement.
La conductivité électrique des masses actives diminue pour l'électrode positive d'environ 20 fois et pour l'électrode négative de 10 fois. La conductivité électrique de l'électrolyte varie également en fonction de sa densité. Lorsque la densité de l'électrolyte augmente de 1,00 à 1,70 g/cm3, sa conductivité électrique augmente d'abord jusqu'à sa valeur maximale, puis diminue à nouveau.
Au fur et à mesure que la batterie se décharge, la densité de l'électrolyte diminue de 1,28 g/cm3 à 1,09 g/cm3, ce qui entraîne une diminution de sa conductivité électrique de près de 2,5 fois. En conséquence, la résistance ohmique de la batterie augmente à mesure qu’elle se décharge. A l'état déchargé, la résistance atteint une valeur plus de 2 fois supérieure à sa valeur à l'état chargé.
Outre l’état de charge, la température a un effet significatif sur la résistance des batteries. Alors que la température baisse résistivité l'électrolyte augmente et à une température de -40 °C, il devient environ 8 fois plus élevé qu'à +30 °C. La résistance des séparateurs augmente également fortement avec la diminution de la température et, dans la même plage de température, augmente presque 4 fois. C'est le facteur déterminant pour augmenter la résistance interne des batteries lorsque basses températures.
Tension de charge et de décharge
La différence de potentiel aux bornes polaires de l'accumulateur (batterie) pendant la charge ou la décharge en présence de courant dans le circuit externe est généralement appelée tension de l'accumulateur (batterie). La présence d'une résistance interne de la batterie conduit au fait que sa tension pendant la décharge est toujours inférieure à la FEM, et lors de la charge, elle est toujours supérieure à la FEM.
Lors du chargement d'une batterie, la tension à ses bornes doit être supérieure à sa force électromotrice du montant des pertes internes.
Au début de la charge, un saut de tension se produit en raison de la quantité de pertes ohmiques à l'intérieur de la batterie, puis une forte augmentation de tension due au potentiel de polarisation, provoquée principalement par une augmentation rapide de la densité de l'électrolyte dans les pores de la masse active. Ensuite, une lente augmentation de la tension se produit, principalement en raison d’une augmentation de la force électromotrice de la batterie due à une augmentation de la densité de l’électrolyte.
Une fois que la majeure partie du sulfate de plomb est convertie en PbO2 et Pb, la dépense énergétique provoque de plus en plus la décomposition de l'eau (électrolyse). La quantité excessive d'ions hydrogène et oxygène apparaissant dans l'électrolyte augmente encore la différence de potentiel entre les électrodes opposées. Cela entraîne une augmentation rapide de la tension de charge, ce qui accélère le processus de décomposition de l'eau. Les ions hydrogène et oxygène résultants n’interagissent pas avec les matières actives. Ils se recombinent en molécules neutres et sont libérés de l'électrolyte sous forme de bulles de gaz (de l'oxygène est libéré sur l'électrode positive, de l'hydrogène est libéré sur l'électrode négative), provoquant « l'ébullition » de l'électrolyte.
Si vous continuez le processus de charge, vous remarquerez que l'augmentation de la densité de l'électrolyte et de la tension de charge s'arrête pratiquement, puisque presque tout le sulfate de plomb a déjà réagi et que toute l'énergie fournie à la batterie est désormais dépensée uniquement pour le apparition d'un processus secondaire - la décomposition électrolytique de l'eau. Ceci explique la constance de la tension de charge, qui constitue l'un des signes de la fin du processus de charge.
Une fois la charge arrêtée, c'est-à-dire éteinte source externe, la tension aux bornes de la batterie diminue fortement jusqu'à la valeur de sa FEM hors équilibre, ou de la quantité de pertes internes ohmiques. Ensuite, il y a une diminution progressive des CEM (due à une diminution de la densité de l'électrolyte dans les pores de la masse active), qui se poursuit jusqu'à ce que la concentration en électrolyte dans le volume de la batterie et les pores de la masse active soit complètement égalisée. , ce qui correspond à l’établissement de la FEM d’équilibre.
Lorsqu'une batterie est déchargée, la tension à ses bornes est inférieure à la force électromotrice du montant de la chute de tension interne.
Au début de la décharge, la tension de la batterie chute fortement du montant des pertes ohmiques et de la polarisation provoquées par une diminution de la concentration en électrolyte dans les pores de la masse active, c'est-à-dire la polarisation de la concentration. De plus, lors d'un processus de décharge en régime permanent (stationnaire), la densité de l'électrolyte dans le volume de la batterie diminue, provoquant une diminution progressive de la tension de décharge. Dans le même temps, le rapport entre la teneur en sulfate de plomb et la masse active change, ce qui entraîne également une augmentation des pertes ohmiques. Dans ce cas, des particules de sulfate de plomb (qui ont environ trois fois plus de volume par rapport aux particules de plomb et de son dioxyde à partir desquelles elles ont été formées) ferment les pores de la masse active, empêchant ainsi le passage de l'électrolyte dans les profondeurs de les électrodes.
Cela provoque une augmentation de la polarisation de concentration, conduisant à une diminution plus rapide de la tension de décharge.
Lorsque la décharge s'arrête, la tension aux bornes de la batterie augmente rapidement du montant des pertes ohmiques, atteignant la valeur de la FEM hors équilibre. Une modification supplémentaire de la FEM due à l'égalisation de la concentration d'électrolyte dans les pores des masses actives et dans le volume de la batterie conduit à un établissement progressif de la valeur d'équilibre de la FEM.
La tension de la batterie pendant la décharge est déterminée principalement par la température de l'électrolyte et l'intensité du courant de décharge. Comme indiqué ci-dessus, la résistance d'un accumulateur au plomb (batterie) est insignifiante et, à l'état chargé, n'est que de quelques milliOhms. Cependant, aux courants de décharge du démarreur dont l'intensité est 4 à 7 fois supérieure à la capacité nominale, la chute de tension interne a un effet significatif sur la tension de décharge. L'augmentation des pertes ohmiques avec la diminution de la température est associée à une augmentation de la résistance de l'électrolyte. De plus, la viscosité de l'électrolyte augmente fortement, ce qui complique le processus de diffusion dans les pores de la masse active et augmente la polarisation de la concentration (c'est-à-dire qu'elle augmente la perte de tension à l'intérieur de la batterie en réduisant la concentration de l'électrolyte dans le pores des électrodes).
À un courant supérieur à 60 A, la dépendance de la tension de décharge sur l'intensité du courant est presque linéaire à toutes les températures.
La valeur moyenne de la tension de la batterie pendant la charge et la décharge est déterminée comme la moyenne valeurs arithmétiques tension mesurée à intervalles réguliers.
Capacité de la batterie
La capacité de la batterie est la quantité d’électricité reçue de la batterie lorsqu’elle est déchargée jusqu’à la tension finale spécifiée. Dans les calculs pratiques, la capacité de la batterie est généralement exprimée en ampères-heures (Ah). La capacité de décharge peut être calculée en multipliant le courant de décharge par la durée de décharge.
La capacité de décharge pour laquelle la batterie est conçue et indiquée par le fabricant est appelée capacité nominale.
En plus de cela, un indicateur important est également la capacité transmise à la batterie lors du chargement.
La capacité de décharge dépend d'un certain nombre de paramètres de conception et technologiques de la batterie, ainsi que de ses conditions de fonctionnement. Les paramètres de conception les plus importants sont la quantité de masse active et d'électrolyte, l'épaisseur et les dimensions géométriques des électrodes de la batterie. Les principaux paramètres technologiques affectant la capacité des batteries sont la formulation des matériaux actifs et leur porosité. Les paramètres de fonctionnement - température de l'électrolyte et courant de décharge - ont également un impact significatif sur la capacité de décharge. Un indicateur général caractérisant l'efficacité d'une batterie est le taux d'utilisation des matières actives.
Pour obtenir une capacité de 1 Ah, comme indiqué ci-dessus, il faut théoriquement 4,463 g de dioxyde de plomb, 3,886 g de plomb spongieux et 3,66 g d'acide sulfurique. La consommation spécifique théorique des masses actives des électrodes est de 8,32 g/Ah. Dans les batteries réelles, la consommation spécifique de matières actives en mode décharge de 20 heures et à une température d'électrolyte de 25°C varie de 15,0 à 18,5 g/Ah, ce qui correspond à un taux d'utilisation des masses actives de 45 à 55 %. Par conséquent, la consommation pratique de masse active dépasse les valeurs théoriques de 2 fois ou plus.
Le degré d'utilisation de la masse active, et donc la valeur de la capacité de décharge, est influencé par les principaux facteurs suivants.
Porosité de la masse active. Avec l'augmentation de la porosité, les conditions de diffusion de l'électrolyte dans la profondeur de la masse active de l'électrode s'améliorent et la véritable surface sur laquelle se produit la réaction génératrice de courant augmente. À mesure que la porosité augmente, la capacité de décharge augmente. Le degré de porosité dépend de la granulométrie de la poudre de plomb et de la recette de préparation des masses actives, ainsi que des additifs utilisés. De plus, une augmentation de la porosité entraîne une diminution de la durabilité du fait de l'accélération du processus de destruction des masses actives très poreuses. Par conséquent, la valeur de porosité est sélectionnée par les fabricants en tenant compte non seulement des caractéristiques capacitives élevées, mais également en garantissant la durabilité nécessaire de la batterie en fonctionnement. Actuellement, une porosité comprise entre 46 et 60 % est considérée comme optimale, en fonction de l'objectif de la batterie.
Épaisseur de l'électrode. À mesure que l'épaisseur diminue, la charge inégale de l'extérieur et couches internes masse active de l'électrode, ce qui contribue à augmenter la capacité de décharge. Pour les électrodes plus épaisses, les couches internes de la masse active sont très peu sollicitées, notamment lors de décharges avec des courants élevés. Par conséquent, à mesure que le courant de décharge augmente, les différences de capacité des batteries avec des électrodes d'épaisseurs différentes diminuent fortement.
Porosité et rationalité de la conception des matériaux du séparateur. Avec une augmentation de la porosité du séparateur et de la hauteur de ses nervures, l'apport d'électrolyte dans l'espace interélectrodes augmente et les conditions de sa diffusion s'améliorent.
Densité d'électrolyte. Affecte la capacité de la batterie et sa durée de vie. À mesure que la densité de l'électrolyte augmente, la capacité des électrodes positives augmente et la capacité des électrodes négatives, en particulier à des températures négatives, diminue en raison de l'accélération de la passivation de la surface de l'électrode. L'augmentation de la densité affecte également négativement la durée de vie de la batterie en raison de l'accélération des processus de corrosion sur l'électrode positive. Par conséquent, la densité optimale de l’électrolyte est établie en fonction de l’ensemble des exigences et des conditions dans lesquelles la batterie fonctionne. Ainsi, par exemple, pour batteries de démarrage, travaillant dans un climat tempéré, la densité d'électrolyte de travail recommandée est de 1,26 à 1,28 g/cm3 et pour les zones à climat chaud (tropical) de 1,22 à 1,24 g/cm3.
L'intensité du courant de décharge avec lequel la batterie doit être déchargée en continu pendant un temps donné (caractérise le mode de décharge). Les modes de décharge sont classiquement divisés en longs et courts. Dans les modes à long terme, la décharge se produit à faible courant pendant plusieurs heures. Par exemple, des décharges de 5, 10 et 20 heures. Avec des décharges courtes ou de démarrage, le courant est plusieurs fois supérieur à la capacité nominale de la batterie et la décharge dure plusieurs minutes ou secondes. À mesure que le courant de décharge augmente, le taux de décharge des couches superficielles de la masse active augmente de dans une plus grande mesure que les plus profonds. En conséquence, la croissance du sulfate de plomb à l'embouchure des pores se produit plus rapidement qu'en profondeur, et le pore est obstrué par le sulfate avant qu'il n'ait le temps de réagir. surface intérieure. En raison de l'arrêt de la diffusion de l'électrolyte dans le pore, la réaction s'y arrête. Ainsi, plus le courant de décharge est élevé, plus la capacité de la batterie est faible, et donc plus le taux d'utilisation de la masse active est faible.
Pour évaluer les qualités de démarrage des batteries, leur capacité est également caractérisée par le nombre de décharges intermittentes du démarreur (par exemple, d'une durée de 10 à 15 s avec des pauses entre elles de 60 s). La capacité délivrée par la batterie lors de décharges intermittentes dépasse la capacité lors d'une décharge continue avec le même courant, notamment en mode de décharge du démarreur.
Actuellement, dans la pratique internationale, l'évaluation des caractéristiques de capacité batteries de démarrage La notion de capacité de « réserve » est utilisée. Il caractérise le temps de décharge de la batterie (en minutes) à un courant de décharge de 25 A, quelle que soit la capacité nominale de la batterie. À la discrétion du fabricant, il est permis de fixer la valeur de la capacité nominale en mode décharge de 20 heures en ampères-heures ou en capacité de réserve en minutes.
Température de l'électrolyte. À mesure qu’elle diminue, la capacité de décharge des batteries diminue. La raison en est une augmentation de la viscosité de l'électrolyte et de sa résistance électrique, ce qui ralentit la vitesse de diffusion de l'électrolyte dans les pores de la masse active. De plus, à mesure que la température diminue, les processus de passivation de l'électrode négative s'accélèrent.
Coefficient de température La capacité a indique la variation en pourcentage de la capacité avec un changement de température de 1 °C.
Lors des tests, la capacité de décharge obtenue lors d'un mode de décharge à long terme est comparée à la valeur de la capacité nominale déterminée à une température d'électrolyte de +25 °C.
La température de l'électrolyte lors de la détermination de la capacité en mode de décharge à long terme conformément aux exigences des normes doit être comprise entre +18 °C et +27 °C.
Les paramètres de décharge du démarreur sont évalués par la durée de la décharge en minutes et la tension au début de la décharge. Ces paramètres sont déterminés lors du premier cycle à +25 °C (test pour batteries chargées à sec) et lors des cycles suivants à des températures de -18 °C ou -30 °C.
Degré de charge. Avec une augmentation du degré de charge, toutes choses égales par ailleurs, la capacité augmente et atteint sa valeur maximale lorsque les batteries sont complètement chargées. Cela est dû au fait que lorsque la charge est incomplète, la quantité de matières actives sur les deux électrodes, ainsi que la densité de l'électrolyte, n'atteignent pas leurs valeurs maximales.
Énergie et puissance de la batterie
L'énergie de la batterie W est exprimée en watts-heures et est déterminée par le produit de sa capacité de décharge (charge) et de la tension moyenne de décharge (charge).
Étant donné que la capacité de la batterie et sa tension de décharge changent avec les changements de température et de mode de décharge, lorsque la température diminue et que le courant de décharge augmente, l'énergie de la batterie diminue encore plus de manière significative que sa capacité.
Lors de la comparaison de sources de courant chimiques qui diffèrent par leur capacité, leur conception et même leur système électrochimique, ainsi que lors de la détermination des orientations pour leur amélioration, l'indicateur d'énergie spécifique est utilisé - l'énergie par unité de masse de la batterie ou son volume. Pour les batteries de démarrage au plomb modernes sans entretien, l'énergie spécifique en mode de décharge de 20 heures est de 40 à 47 W·h/kg.
La quantité d’énergie fournie par une batterie par unité de temps est appelée sa puissance. Il peut être défini comme le produit du courant de décharge par la tension de décharge moyenne.
Autodécharge de la batterie
L'autodécharge est la diminution de la capacité de la batterie lorsque le circuit externe est ouvert, c'est-à-dire pendant l'inactivité. Ce phénomène est provoqué par des processus redox qui se produisent spontanément sur les électrodes négatives et positives.
L'électrode négative est particulièrement susceptible de s'autodécharger en raison de la dissolution spontanée du plomb (masse active négative) dans une solution d'acide sulfurique.
L'autodécharge de l'électrode négative s'accompagne de la libération d'hydrogène gazeux. Le taux de dissolution spontanée du plomb augmente considérablement avec l’augmentation de la concentration en électrolyte. L'augmentation de la densité de l'électrolyte de 1,27 à 1,32 g/cm3 entraîne une augmentation du taux d'autodécharge de l'électrode négative de 40 %.
La présence d'impuretés de divers métaux à la surface de l'électrode négative a un effet très significatif (catalytique) sur l'augmentation du taux d'auto-dissolution du plomb (en raison d'une diminution de la surtension du dégagement d'hydrogène). Presque tous les métaux présents comme impuretés dans les matières premières des batteries, l'électrolyte et les séparateurs, ou introduits comme additifs spéciaux, contribuent à augmenter l'autodécharge. En arrivant à la surface de l'électrode négative, ils facilitent les conditions de libération de l'hydrogène.
Certaines impuretés (sels métalliques à valence variable) agissent comme porteurs de charge d'une électrode à l'autre. Dans ce cas, les ions métalliques sont réduits au niveau de l’électrode négative et oxydés au niveau de l’électrode positive (ce mécanisme d’autodécharge est attribué aux ions fer).
Autodécharge positive matière active provoquée par la réaction.
2PbO2 + 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + O2T.
La vitesse de cette réaction augmente également avec l’augmentation de la concentration en électrolyte.
Étant donné que la réaction se déroule avec la libération d'oxygène, sa vitesse est largement déterminée par la surtension d'oxygène. Par conséquent, les additifs qui réduisent le potentiel de dégagement d'oxygène (par exemple, l'antimoine, le cobalt, l'argent) augmenteront la vitesse de réaction d'autodissolution du dioxyde de plomb. Le taux d’autodécharge du matériau actif positif est plusieurs fois inférieur au taux d’autodécharge du matériau actif négatif.
Une autre raison de l'autodécharge de l'électrode positive est la différence de potentiel entre le matériau du conducteur de courant et la masse active de cette électrode. La micropile galvanique résultant de cette différence de potentiel convertit le fil du conducteur de descente et le dioxyde de plomb de la masse active positive en sulfate de plomb lorsque le courant circule.
L'autodécharge peut également se produire lorsque l'extérieur de la batterie est sale ou rempli d'électrolyte, d'eau ou d'autres liquides créant une possibilité de décharge à travers le film électriquement conducteur situé entre les bornes de la batterie ou ses cavaliers. Ce type d'autodécharge ne diffère pas d'une décharge classique à très faibles courants lorsque le circuit externe est fermé et peut être facilement éliminé. Pour ce faire, vous devez garder la surface des piles propre.
L'autodécharge des batteries dépend en grande partie de la température de l'électrolyte. À mesure que la température diminue, l'autodécharge diminue. À des températures inférieures à 0 °C pour les piles neuves, cela s'arrête pratiquement. Par conséquent, il est recommandé de stocker les batteries chargées à basse température (jusqu'à -30 ° C).
Pendant le fonctionnement, l'autodécharge ne reste pas constante et augmente fortement vers la fin de sa durée de vie.
La réduction de l'autodécharge est possible en augmentant la surtension des émissions d'oxygène et d'hydrogène au niveau des électrodes de la batterie.
Pour ce faire, il faut, dans un premier temps, utiliser les matériaux les plus purs possibles pour la fabrication des batteries, réduire la teneur quantitative en éléments d'alliage dans les alliages de batteries, n'utiliser que
acide sulfurique pur et eau distillée (ou proche de celle-ci en pureté avec d'autres méthodes de purification) pour la préparation de tous les électrolytes, tant pendant la production que pendant le fonctionnement. Par exemple, en réduisant la teneur en antimoine dans l'alliage des conducteurs de courant de 5 % à 2 % et en utilisant de l'eau distillée pour tous les électrolytes du procédé, l'autodécharge quotidienne moyenne est réduite de 4 fois. Le remplacement de l'antimoine par du calcium permet de réduire davantage le taux d'autodécharge.
Les suppléments peuvent également aider à réduire l’autodécharge matière organique- des inhibiteurs d'autodécharge.
L'utilisation d'un couvercle commun et de connexions inter-éléments cachées réduit considérablement le taux d'autodécharge dû aux courants de fuite, car la probabilité de couplage galvanique entre des bornes polaires largement espacées est considérablement réduite.
Parfois appelé auto-décharge perte rapide capacité en raison de court-circuità l'intérieur de la batterie. Ce phénomène s'explique par une décharge directe à travers des ponts conducteurs formés entre électrodes opposées.
L'utilisation de séparateurs d'enveloppes dans les batteries sans entretien
élimine la possibilité de courts-circuits entre les électrodes opposées pendant le fonctionnement. Cependant, cette possibilité demeure en raison d'éventuels dysfonctionnements des équipements lors de la production en série. Généralement, un tel défaut est détecté dès les premiers mois de fonctionnement et la batterie doit être remplacée sous garantie.
Généralement, le degré d'autodécharge est exprimé en pourcentage de perte de capacité sur une période de temps spécifiée.
Les normes actuelles d'autodécharge sont également caractérisées par la tension de décharge du démarreur à -18 °C après essai : inactivité pendant 21 jours à une température de +40 °C.
À catégorie:
Équipement électrique des voitures
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Processus chimiques dans la batterie
Dans une batterie chargée, la masse active des plaques positives est constituée de peroxyde de plomb brun foncé Pb02, et la masse active des plaques négatives est constituée de plomb spongieux gris Pb. Dans le même temps, la densité de l'électrolyte, selon la période de l'année et la zone d'exploitation, varie de 1,25 à 1,31 g/cm3.
Lorsque la batterie est déchargée, la masse active des plaques négatives est convertie du plomb spongieux Pb en sulfate de plomb PbS04 avec un changement de couleur du gris au gris clair.
La masse active des plaques positives de la batterie est convertie du peroxyde de plomb PbO2 en sulfate de plomb PbS04 avec un changement de couleur du brun foncé au brun.
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Le sulfate de plomb PbS04 est communément appelé sulfate de plomb.
En pratique, avec une décharge de batterie acceptable, pas plus de 40 à 50 % de la masse active des plaques participe aux réactions chimiques, car l'électrolyte dans les couches profondes de la masse active en raison de sa porosité insuffisante quantité requise n'arrive pas. Le dépôt de cristaux de PbS04 à la surface des parois des pores rétrécit et même obstrue les pores de la masse active, ce qui rend difficile la pénétration de l'électrolyte dans ses couches internes plus profondes. De ce fait, une partie de l’énergie chimique stockée sous forme de PbO2 et Pb dans les couches internes de la masse active n’entrera pas en contact avec l’électrolyte, ce qui réduira la capacité de chaque élément de la batterie.
Étant donné que pendant le processus de décharge, l'acide sulfurique va à la formation de sulfate de plomb PbS04 avec libération simultanée d'eau H20, la densité de l'électrolyte diminue en conséquence de 1,25 - 1,31 à 1,09 - 1,15 g/cm3.
Ainsi, la densité de l'électrolyte à décharge à 100 % diminue de 0,16 g/cm3, donc, pendant la période de décharge de la batterie, une diminution de la densité de l'électrolyte de 0,01 g/cm3 correspond à une diminution de la capacité de la batterie de 6 %.
Le changement de densité de l'électrolyte est l'un des principaux indicateurs du degré de décharge de la batterie.
Pour charger, la batterie est connectée à un circuit parallèle à une source de courant continu (générateur, redresseur), dont la tension doit dépasser par ex. d.s. batterie rechargeable.
Lors du chargement, la masse active des plaques négatives passe progressivement du sulfate de plomb PbS04 au plomb spongieux Pb (gris), et la masse active des plaques positives passe du PbS04 au peroxyde de plomb PbO2 (brun foncé). Dans ce cas, en raison de la formation de H2S04 avec une diminution simultanée de H20, la densité de l'électrolyte augmente de 1,09 - 1,15 à 1,25 - 1,31 g/cm3.
Sur propriétés oxydantes le plomb tétravalent et sa transition vers un état divalent plus stable constituent la base de la conception et du fonctionnement des batteries au plomb largement utilisées dans la pratique.
Les batteries électriques sont des appareils qui permettent d'accumuler de l'énergie électrique pour ensuite l'utiliser dans bon moment. Ce stockage d'énergie s'effectue par passage dans la batterie courant électrique, grâce auquel un processus chimique s'y produit, accompagné de la conversion de l'énergie électrique en énergie chimique ; On dit que la batterie est en charge. Une batterie chargée peut être utilisée comme cellule galvanique, et la même réaction qui s'est produite lors du chargement de la batterie se déroule dans la direction opposée et l'énergie chimique accumulée dans la batterie est convertie en énergie électrique ; Au fur et à mesure de son épuisement, la batterie se décharge.
Dans le cas le plus simple, une batterie au plomb est constituée de deux plaques de plomb en treillis dont les cellules sont remplies d’un mélange pâteux d’oxyde de plomb et d’eau. Les plaques sont immergées dans un bocal en verre rectangulaire rempli d'acide sulfurique dilué. poids 1,15-1,20 (22-28 % H 2 SO 4).
En raison de la réaction
PbSO + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O
L'oxyde de plomb se transforme après un certain temps en sulfate. Si nous faisons maintenant passer un courant continu à travers l'appareil, en connectant une plaque au pôle négatif et l'autre au pôle positif de la source de courant, la batterie sera chargée et les processus suivants se produiront au niveau des électrodes :
En ajoutant ces équations, on obtient équation générale réactions qui se produisent lors du chargement de la batterie :
2PbSO 4 + 2H 2 O = Pb + PbO 2 + 4H + 2SO 4"
Ainsi, au fur et à mesure du passage du courant, le sulfate se transforme à la cathode en une masse libre de plomb métallique et à l'anode en dioxyde de plomb brun foncé.
Une fois ce processus terminé, la batterie est chargée. La fin de la charge est signalée par le début d'une décomposition vigoureuse de l'eau : elle est libérée à la cathode, et à l'anode (la batterie « bout »).
Lorsque les plaques d'une batterie chargée sont reliées par un conducteur, un courant apparaît dans ce dernier, et les électrons se déplacent de la plaque recouverte de plomb vers la plaque recouverte de dioxyde de plomb. L'apparition du courant s'explique comme suit. À partir d'une plaque recouverte de plomb, une partie des ions Pb ++ passe dans la solution, ce qui fait que la plaque devient chargée négativement. Les électrons libérés au niveau de la plaque de plomb passent au PbO 2 et se réduisent tétravalents en divalents. En conséquence, des ions Pb se forment sur les deux plaques, qui se combinent avec les ions SO 4 en solution pour former du sulfate de plomb insoluble, et la batterie est déchargée.
Les processus qui se produisent lorsque la batterie est déchargée sont représentés par le schéma suivant :
En additionnant les équations écrites, il n'est pas difficile de vérifier que la réaction qui se produit lorsque la batterie est déchargée est l'inverse de celle qui a eu lieu lors de sa charge. Par conséquent, les deux processus peuvent être exprimés par une seule équation :
chargeur
2PbSO 4 + 2H 2 O ⇄Pb + Pb0 2 + 4H + 2SO 4"
décharge
Lorsque la batterie est déchargée, la concentration d'acide sulfurique diminue à mesure que les ions H et SO 4 sont consommés et formés. Par conséquent, le degré de décharge de la batterie peut être jugé par densité spécifique acide, en le mesurant avec un densimètre.
La tension d'une batterie au plomb est de 2 volts et àla charge normale reste presque inchangée pendant son fonctionnement. Si la tension commence à chuter, la batterie doit être rechargée.
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Quelle que soit la façon dont vous formulez le titre de l’article, il sera toujours correct. La chimie et l’énergie sont liées dans la conception d’une batterie.
Les batteries au plomb peuvent fonctionner pendant plusieurs années en modes charge-décharge. Ils se rechargent rapidement et libèrent rapidement l'énergie stockée. Le secret de ces métamorphoses réside dans la chimie, car c’est elle qui permet de transformer l’électricité, mais comment ?
Le « sacrement » de la conversion d’énergie dans une batterie est assuré par un ensemble de réactifs, dont un agent oxydant et un agent réducteur, interagissant au travers d’un électrolyte. L'agent réducteur (éponge plomb Pb) a une charge négative. Lors d’une réaction chimique, il est oxydé et ses électrons se déplacent vers l’agent oxydant, qui possède une charge positive. L'agent oxydant (dioxyde de plomb PbO2) est réduit et le résultat est un courant électrique.
L'électrolyte est un liquide qui conduit mal le courant, mais qui est un bon conducteur d'ions. Il s'agit d'une solution aqueuse d'acide sulfurique (H2S04). Dans une réaction chimique, un processus se produit, connu de tous depuis l'école - dissociation électrolytique.
Pendant la réaction, les ions chargés positivement (H+) sont dirigés vers l’électrode positive et les ions chargés négativement (SO42-) vers l’électrode négative. Lorsque la batterie est déchargée, les ions sont envoyés depuis l'agent réducteur (plomb éponge) à travers l'électrolyte jusqu'à l'électrode positive. charge positive Pb2+.
Les ions plomb quadrivalents (Pb4+) sont convertis en ions plomb divalents (Pb4+). Cependant, il ne s’agit pas uniquement de réactions chimiques. Lorsque les ions de résidus acides avec charge négative(SO42-) se combine avec des ions plomb chargés positivement (Pb2+), puis du sulfate de plomb (PbSO4) se forme sur les deux électrodes. Mais c'est déjà mauvais pour la batterie. La sulfatation raccourcit la durée de vie de la batterie et s'accumule progressivement et peut conduire à sa destruction. Effet secondaire Les réactions chimiques dans les batteries au plomb conventionnelles sont des gaz.
Que se passe-t-il lorsque la batterie est rechargée ?
Les électrons sont dirigés vers une électrode chargée négativement, où ils remplissent leur fonction : neutraliser les ions plomb (Pb2+). Les réactions chimiques se produisant dans les batteries peuvent être décrites par la formule suivante :
La densité de l'électrolyte et son niveau dans la batterie dépendent du fait que la batterie soit chargée ou déchargée. Les changements dans la densité de l'électrolyte peuvent être décrits par la formule suivante :
Où se trouve l'indicateur de décharge de la batterie, qui est mesuré en pourcentage, - Cp. La densité de l'électrolyte lorsqu'il est complètement chargé est Rz. Densité de l'électrolyte à décharge complète - Pr.
La température standard à laquelle les mesures sont effectuées est de + 25°C. La densité de l'électrolyte en fonction de la température est de + 25°C, g/cm3 - P25.
Lors d'une réaction chimique, les électrodes positives utilisent 1,6 fois plus d'acide que les électrodes négatives. Lorsque la batterie est déchargée, le volume d'électrolyte augmente, et lorsqu'elle est chargée, au contraire, il diminue.
De cette façon, à l’aide de réactions chimiques, la batterie reçoit puis restitue de l’énergie électrique.
Principe de fonctionnement. Batterie appelé source chimique courant, qui est capable d'accumuler (accumuler) de l'énergie électrique en lui-même et, si nécessaire, de la libérer dans un circuit externe. L'énergie électrique est accumulée dans une batterie lorsque le courant la traverse depuis
source externe (Fig. 158,a). Ce processus, appelé charge de la batterie, s'accompagne de la conversion de l'énergie électrique en énergie chimique, à la suite de laquelle la batterie elle-même devient une source de courant. Lorsque la batterie est déchargée (Fig. 158, b), la conversion inverse de l'énergie chimique en énergie électrique se produit. La batterie a gros avantage par rapport à une cellule galvanique. Si l'élément est déchargé, il devient totalement inutilisable ; la batterie est la même. après décharge, il pourra être rechargé et servira de source d’énergie électrique. Selon le type d'électrolyte, les piles sont divisées en acides et alcalines.
Sur les locomotives et les trains électriques plus grande distribution reçu des piles alcalines, qui ont une durée de vie nettement plus longue que les piles acides. Les batteries acide TN-450 sont utilisées uniquement sur les locomotives diesel ; elles ont une capacité de 450 Ah, tension nominale - 2,2 V. La batterie 32 TN-450 se compose de 32 batteries connectées en série ; la lettre T signifie que la batterie est installée sur la locomotive, la lettre H signifie le type de plaques positives (étalables).
Appareil. Dans une batterie acide, les électrodes sont des plaques de plomb recouvertes de masses dites actives, qui interagissent avec l'électrolyte lors de réactions électrochimiques au cours du processus de charge et de décharge. La masse active de l'électrode positive (anode) est du peroxyde de plomb PbO 2, et la masse active de l'électrode négative (cathode) est du plomb pur (éponge) Pb. L'électrolyte est une solution aqueuse à 25-34 % d'acide sulfurique.
Les plaques de batterie peuvent être de type superficiel ou étalé. Les plaques signalétiques de surface sont moulées en plomb ; leur surface sur laquelle se produisent les réactions électrochimiques est augmentée en raison de la présence de nervures, de rainures, etc. Ils sont utilisés dans les batteries stationnaires et certaines batteries de voitures particulières.
Dans les batteries des locomotives diesel, des plaques de type étalé sont utilisées (Fig. 159, a). De telles plaques ont un noyau constitué d'un alliage de plomb et d'antimoine, dans lequel sont disposées un certain nombre d'alvéoles remplies de pâte.
Après avoir rempli les alvéoles de la plaque avec de la pâte, celles-ci sont recouvertes de feuilles de plomb avec un grand nombre trous. Ces feuilles empêchent la masse active de tomber des plaques et en même temps n'empêchent pas l'accès à l'électrolyte.
Le matériau de départ pour la fabrication de la pâte pour plaques positives est la poudre de plomb Pb et pour les plaques négatives - la poudre de peroxyde de plomb PbO 2, qui est mélangée à une solution aqueuse d'acide sulfurique. La structure des masses actives dans de telles plaques est poreuse ; de ce fait, non seulement la surface, mais également les couches profondes des électrodes de la batterie participent aux réactions électrochimiques.
Pour augmenter la porosité et réduire le retrait de la masse active, on utilise du graphite, du noir de carbone, du silicium, de la poudre de verre, du sulfate de baryum et d'autres matériaux inertes appelés extenseurs. Ils ne participent pas aux réactions électrochimiques, mais rendent difficile le collage des particules de plomb et de ses oxydes (frittage) et évitent ainsi une diminution de la porosité.
Les plaques tartinables ont une grande surface de contact avec l'électrolyte et en sont bien saturées, ce qui contribue à réduire le poids et l'encombrement de la batterie et permet d'obtenir des courants élevés lors de la décharge.
Lors de la fabrication des batteries, les plaques sont soumises à des cycles de charge-décharge spéciaux. Ce processus est appelé moulage de batterie. À la suite du moulage, la pâte des plaques positives est transformée électrochimiquement en peroxyde (dioxyde) de plomb PbO 2 et acquiert brun. La pâte de la plaque négative, une fois moulée, se transforme en plomb Pb pur, qui a une structure poreuse et est donc appelée spongieuse ; les plaques négatives deviennent grises.
Certaines batteries utilisent des plaques positives de type coque. Dans ceux-ci, chaque plaque positive est enfermée dans une coque spéciale (étui) en ébonite ou en fibre de verre. La coque empêche de manière fiable la masse active de la plaque de se détacher lors des secousses et des chocs ; pour faire communiquer la masse active des plaques avec l'électrolyte, des fentes horizontales d'environ 0725 mm de large sont pratiquées dans la coque.
Pour éviter que les plaques ne soient court-circuitées par des corps étrangers (sonde de mesure du niveau d'électrolyte, dispositif de remplissage d'électrolyte, etc.), les plaques de certaines batteries sont recouvertes d'un grillage en polychlorure de vinyle.
Pour augmenter la capacité, plusieurs plaques positives et négatives sont installées dans chaque batterie ; les plaques du même nom sont connectées en parallèle en blocs communs, auxquels les broches de sortie sont soudées. Des blocs de plaques positives et négatives sont généralement installés dans un récipient de batterie en ébonite (Fig. 159,b) de sorte qu'entre chaque deux
des plaques d'une polarité étaient placées avec des plaques de l'autre polarité. Les plaques négatives sont placées sur les bords de la batterie, car les plaques positives ont tendance à se déformer lorsqu'elles sont installées sur les bords. Les plaques sont séparées les unes des autres par des séparateurs en ébonite microporeuse, chlorure de polyvinyle, feutre de verre ou autre matériau isolant. Les séparateurs évitent la possibilité d'un court-circuit entre les plaques lors de leur déformation.
Les plaques sont installées dans la cuve de la batterie de manière à laisser un espace libre entre leur partie inférieure et le fond de la cuve. Des sédiments de plomb (boues) s'accumulent dans cet espace, résultant de la chute de la masse active usée des plaques pendant le fonctionnement.
Décharge et charge. Lorsque la batterie est déchargée (Fig. 160, a) ions positifs H2+ et ions négatifs résidu acide
S0 4 -, dans lesquelles les molécules d'acide sulfurique H 2 S0 4 électrolyte 3 se décomposent, sont dirigées en conséquence vers le positif
1 et négative 2 et entrent en réactions électrochimiques avec leurs masses actives. Entre les électrodes il y a
une différence de potentiel d'environ 2 V, assurant le passage du courant électrique lorsque le circuit extérieur est fermé. Par conséquent
réactions électrochimiques qui se produisent lors de l'interaction des ions hydrogène avec le peroxyde de plomb PbO 2 positif
électrode et ions du résidu sulfate S0 4 - avec le plomb Pb de l'électrode négative, du sulfate de plomb PbS0 4 (sulfate de plomb) est formé, dans lequel les couches superficielles de la masse active des deux électrodes sont converties. Dans le même temps, au cours de ces réactions, une certaine quantité d'eau se forme, donc la concentration d'acide sulfurique diminue, c'est-à-dire que la densité de l'électrolyte diminue.
La batterie peut théoriquement être déchargée jusqu'à ce que les masses actives des électrodes soient complètement converties en sulfate de plomb et que l'électrolyte soit épuisé. Cependant, dans la pratique, la décharge est stoppée beaucoup plus tôt. Le sulfate de plomb formé lors du rejet est un sel blanc, peu soluble dans l'électrolyte et ayant une faible conductivité électrique. Par conséquent, la décharge n'est effectuée qu'à la fin, mais seulement jusqu'au moment où environ 35 % de la masse active passe dans le sulfate de plomb. Dans ce cas, le sulfate de plomb obtenu est uniformément réparti sous la forme petits cristaux dans la masse active restante, qui conserve encore une conductivité électrique suffisante pour fournir une tension entre les électrodes de 1,7 à 1,8 V.
Une batterie déchargée est chargée, c'est-à-dire connectée à une source de courant avec une tension supérieure à la tension de la batterie. Lors de la charge (Fig. 160, b), les ions hydrogène positifs se déplacent vers l'électrode négative 2 et les ions négatifs du résidu sulfate S0 4 - - l'électrode positive 1 et entrent réaction chimique avec du sulfate de plomb PbS0 4 recouvrant les deux électrodes. Lors des réactions électrochimiques qui se produisent, le sulfate de plomb PbS0 4 se dissout et des masses actives se forment à nouveau sur les électrodes : peroxyde de plomb PbO 2 sur l'électrode positive et plomb éponge Pb sur la négative. Dans le même temps, la concentration d’acide sulfurique augmente, c’est-à-dire la densité de l’électrolyte.
Les réactions électrochimiques pendant la décharge et la charge de la batterie peuvent être exprimées par l'équation
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ? 2PbSO 4 + 2H 2 O
En lisant cette équation de gauche à droite, nous obtenons le processus de décharge, de droite à gauche le processus de charge.
Le courant de décharge nominal est numériquement égal à 0,1 C NOM, le maximum lors du démarrage d'un moteur diesel (mode démarreur) est d'environ 3 C NOM, le courant de charge est de 0,2 C NOM, où C NOM est la capacité nominale.
Une batterie complètement chargée a par ex. d.s. environ 2,2 V. La tension à ses bornes est à peu près la même, car la résistance interne de la batterie est très faible. Lors de la décharge, la tension de la batterie chute assez rapidement jusqu'à 2 V, puis diminue lentement jusqu'à 1,8-1,7 V (Fig. 161), à cette tension la décharge est arrêtée pour éviter d'endommager la batterie. Si une batterie déchargée reste inactive pendant un certain temps, sa tension est rétablie à une valeur moyenne de 2 V. Ce phénomène est appelé « repos » de la batterie. Lors du chargement d'une telle batterie « reposée », la tension diminue rapidement, donc Mesurer la tension de la batterie sans charge ne donne pas un jugement correct sur le degré de décharge.
Lors de la charge, la tension de la batterie monte rapidement jusqu'à 2,2 V, puis monte lentement jusqu'à 2,3 V, et enfin remonte assez rapidement jusqu'à 2,6-2,7 V. À 2,4 V, des bulles de gaz commencent à apparaître, se formant à la suite de la décomposition de l'eau en hydrogène et oxygène. À 2,5 V, les deux électrodes émettent un fort flux de gaz et à 2,6-2,7 V, la batterie commence à bouillir, ce qui indique la fin de la charge. Lorsque la batterie est déconnectée de la source de courant de charge, sa tension chute rapidement à 2,2 V.
Entretien de la batterie. Les batteries acides perdent rapidement de leur capacité, voire deviennent complètement inutilisables.
utilisation inappropriée. Une autodécharge s'y produit, ce qui leur fait perdre leur capacité (environ 0,5 à 0,7 % par jour). Pour compenser l'autodécharge, les batteries inutilisées doivent être rechargées périodiquement. Lorsque l'électrolyte, ainsi que les couvercles de la batterie, leurs bornes et leurs connexions entre éléments sont contaminés, une autodécharge accrue se produit, épuisant rapidement la batterie.
La batterie doit toujours être propre et les bornes couvertes pour éviter l'oxydation. couche mince Vaseline technique. Périodiquement, vous devez vérifier le niveau d'électrolyte et l'état de charge des batteries. Les batteries doivent être chargées périodiquement. Le stockage de batteries non chargées est interdit. Si les batteries sont utilisées de manière incorrecte (décharge inférieure à 1,8-1,7 V, sous-charge systématique, charge inappropriée, stockage à long terme d'une batterie non chargée, diminution du niveau d'électrolyte, densité d'électrolyte excessive), leurs plaques sont endommagées, appelées sulfatation. Ce phénomène consiste en la transition du sulfate de plomb finement cristallin, qui recouvre les plaques lors de la décharge, en un sulfate de plomb insoluble à gros cristaux. composés chimiques, qui, une fois chargés, ne se transforment pas en peroxyde de plomb PbO 2 et en plomb Pb. Dans ce cas, la batterie devient inutilisable.
