چگالی الکترولیت در باتری

2024 نویسنده: Trinity Chesterton | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-16 14:56

باطری خودرو که به عنوان آکومولاتور شناخته می شود، مسئول استارت، روشنایی و سیستم جرقه زنی در خودرو است. به طور معمول، باتری های خودرو سرب اسیدی هستند که از سلول های گالوانیکی تشکیل شده اند که یک سیستم 12 ولتی را ارائه می دهند. هر کدام از سلول ها در صورت شارژ کامل 2.1 ولت تولید می کنند. چگالی الکترولیت خاصیت کنترل شده محلول اسید آبی است که عملکرد طبیعی باتری ها را تضمین می کند.

ترکیب یک باتری سرب-اسید

الکترولیت باتری سرب اسید محلولی از اسید سولفوریک و آب مقطر است. وزن مخصوص اسید سولفوریک خالص حدود 1.84 گرم در سانتی متر است³، و این اسید خالص با آب مقطر رقیق می شود تا وزن مخصوص محلول 1.2-1.23 گرم در سانتی متر باشد. 3^.

اگرچه در برخی موارد، چگالی الکترولیت در باتری بسته به نوع باتری، شرایط فصلی و آب و هوایی توصیه می شود. وزن مخصوص یک باتری کاملاً شارژ شده طبق استاندارد صنعتی در روسیه 1.25-1.27 گرم / سانتی متر³ در تابستان و برای زمستان های شدید - 1،27-1، 29 گرم در سانتی متر^3.

وزن مخصوص الکترولیت

یکی از پارامترهای اصلی باتری، وزن مخصوص الکترولیت است. نسبت وزن محلول (اسید سولفوریک) به وزن حجم مساوی آب در دمای معین است. معمولا با هیدرومتر اندازه گیری می شود. چگالی الکترولیت به عنوان نشانگر وضعیت شارژ یک سلول یا باتری استفاده می شود، اما نمی تواند ظرفیت باتری را مشخص کند. در طول تخلیه، وزن مخصوص به صورت خطی کاهش می یابد.

با توجه به این موضوع، لازم است اندازه تراکم مجاز مشخص شود. الکترولیت باتری نباید از 1.44 گرم در سانتی متر تجاوز کند ³. چگالی می تواند از 1.07 تا 1.3g/cm^{3 باشد. سپس دمای مخلوط حدود 15+ درجه سانتیگراد خواهد بود.}

الکترولیت با چگالی افزایش یافته در شکل خالص آن با مقدار نسبتاً بالایی از این شاخص مشخص می شود. چگالی آن 1.6 گرم در سانتی متر است3.

سطح شارژ

هنگامی که به طور کامل شارژ می شود و در حالت ثابت و در حالت تخلیه است، اندازه گیری وزن مخصوص الکترولیت یک نشانه تقریبی از وضعیت شارژ سلول به دست می دهد. وزن مخصوص=ولتاژ مدار باز - 0.845.

مثال: 2.13V - 0.845=1.285g/cm3.

وقتی باتری تا سطحی نزدیک به آب خالص تخلیه می شود، وزن مخصوص کاهش می یابد و در طول شارژ مجدد افزایش می یابد. هنگامی که چگالی الکترولیت در باتری به حداکثر مقدار ممکن برسد، باتری کاملاً شارژ در نظر گرفته می شود. خاصوزن بستگی به دما و مقدار الکترولیت در سلول دارد. هنگامی که الکترولیت نزدیک به نقطه پایین است، وزن مخصوص بالاتر از اسمی است، کاهش می یابد و آب به سلول اضافه می شود تا الکترولیت به سطح مورد نیاز برسد.

حجم الکترولیت با افزایش دما منبسط می شود و با کاهش دما منقبض می شود که بر چگالی یا وزن مخصوص تأثیر می گذارد. با بزرگ شدن حجم الکترولیت، قرائت کاهش می‌یابد و برعکس، وزن مخصوص در دماهای پایین‌تر افزایش می‌یابد.

قبل از اینکه چگالی الکترولیت در باتری را افزایش دهید، باید اندازه گیری ها و محاسبات را انجام دهید. وزن مخصوص باتری با توجه به دمای کارکرد و عمر باتری توسط برنامه کاربردی تعیین می‌شود.

% اسید سولفوریک	% آب	گرانش مخصوص (20 درجه سانتیگراد)
37, 52	62, 48	1, 285
48	52	1, 380
50	50	1, 400
60	40	+1, 500
68, 74	31, 26	1, 600
70	30	1, 616
77, 67	22, 33	1, 705
93	7	1, 835

واکنش شیمیایی در باتری ها

به محض اینکه باری به پایانه های باتری متصل می شود، جریان تخلیه از بار عبور می کند و باتری شروع به تخلیه می کند. در طول فرآیند تخلیه، اسیدیته محلول الکترولیت کاهش می یابد و منجر به تشکیل رسوبات سولفات در هر دو صفحه مثبت و منفی می شود. در این فرآیند تخلیه، مقدار آب در محلول الکترولیت افزایش می‌یابد که باعث کاهش وزن مخصوص آن می‌شود.

سلول های باتری را می توان تا حداقل ولتاژ و وزن مخصوص مشخص تخلیه کرد. یک باتری اسید سرب کاملاً شارژ شده به ترتیب دارای ولتاژ و وزن مخصوص 2.2 ولت و 1.250 گرم در سانتی متر³ است، و این سلول معمولاً می تواند تا زمانی که مقادیر مربوطه به 1.8 ولت و 1.1 نرسد تخلیه شود. g/cm^3.

ترکیب الکترولیت

الکترولیت حاوی مخلوطی از اسید سولفوریک و آب مقطر است. اگر راننده به تازگی آب اضافه کرده باشد، داده ها هنگام اندازه گیری دقیق نیستند. شما باید کمی صبر کنید تا آب تازه زمان داشته باشد تا با محلول موجود مخلوط شود. قبل از اینکه چگالی الکترولیت را افزایش دهید، باید به خاطر داشته باشید: هر چه غلظت اسید سولفوریک بیشتر باشد، الکترولیت متراکم تر می شود. هرچه چگالی بیشتر باشد، سطح شارژ بالاتر است.

برای محلول الکترولیت، آب مقطر بهترین انتخاب است. این امکان را به حداقل می رساندآلاینده ها در محلول برخی از آلاینده ها ممکن است با یون های الکترولیت واکنش دهند. به عنوان مثال، اگر محلولی را با نمک های NaCl مخلوط کنید، رسوبی تشکیل می شود که کیفیت محلول را تغییر می دهد.

تاثیر دما بر ظرفیت

چگالی الکترولیت چقدر است - این به دمای داخل باتری ها بستگی دارد. دفترچه راهنمای کاربر برای باتری های خاص مشخص می کند که کدام اصلاح باید اعمال شود. به عنوان مثال، در دفترچه راهنمای Surrette/Rolls برای دماهای بین -17.8 تا -54.4^oC زیر ۲۱^{oC، برای هر ۶ ۰.۰۴ کم کنید. درجه.}

بسیاری از اینورترها یا کنترل‌کننده‌های شارژ دارای سنسور دمای باتری هستند که به باتری متصل می‌شوند. آنها معمولا یک صفحه نمایش LCD دارند. نشان دادن دماسنج مادون قرمز نیز اطلاعات لازم را ارائه می دهد.

تراکم سنج

هیدرومتر چگالی الکترولیت برای اندازه گیری وزن مخصوص محلول الکترولیت در هر سلول استفاده می شود. باتری اسیدی با وزن مخصوص 1.255 گرم بر سانتی متر³ در دمای 26^oC به طور کامل شارژ می شود. وزن مخصوص اندازه گیری یک سیال است که با یک پایه مقایسه می شود. این آبی است که عدد پایه آن 1000 گرم در سانتی متر است^3.

غلظت اسید سولفوریک در آب در یک باتری جدید 1.280 گرم در سانتی متر است³، به این معنی که وزن الکترولیت 1.280 گرم در سانتی متر است^{3 برابر وزن همان حجم آب. یک باتری کاملا شارژ شده تا حداکثر تست خواهد شد1.280 گرم در سانتی متر}3^{، در حالی که تخلیه از 1.100 گرم در سانتی متر محاسبه می شود}3^.

رویه آزمایش هیدرومتر

دمای قرائت هیدرومتر باید روی دمای 27oC تنظیم شود، به خصوص در مورد چگالی الکترولیت در زمستان. هیدرومترهای با کیفیت بالا دارای یک دماسنج داخلی هستند که دمای الکترولیت را اندازه گیری می کند و شامل یک مقیاس تبدیل برای تصحیح خوانش شناور می شود. مهم است که بدانیم اگر وسیله نقلیه در حال رانندگی است، دما به طور قابل توجهی با محیط متفاوت است. ترتیب اندازه گیری:

1. الکترولیت را چندین بار با یک لامپ لاستیکی داخل هیدرومتر بریزید تا دماسنج بتواند دمای الکترولیت را تنظیم کند و اندازه گیری کند.
2. رنگ الکترولیت را مطالعه کنید. تغییر رنگ قهوه ای یا خاکستری نشان دهنده وجود مشکل در باتری است و نشانه آن است که باتری به پایان عمر خود نزدیک می شود.
3. حداقل مقدار الکترولیت را به داخل هیدرومتر هدایت کنید تا شناور آزادانه و بدون تماس با بالا یا پایین سیلندر اندازه گیری شناور شود.
4. هیدرومتر را به صورت عمودی در سطح چشم نگه دارید و به قرائتی که الکترولیت با مقیاس روی شناور مطابقت دارد توجه کنید.
5. برای خواندن هر 6^oC، وقتی دمای الکترولیت بالاتر یا کمتر از 27^{oC باشد، 0.004 واحد اضافه یا کم کنید.}
6. قرائت را تنظیم کنید، برای مثال، اگر وزن مخصوص 1.250 گرم بر سانتی متر است³ و دمای الکترولیت برابر است.32^oC، مقدار 1.250 g/cm³ مقدار تصحیح شده 1.254 g/cm^{3 را می دهد.. به طور مشابه، اگر دما 21}o^{C بود، 1.246 گرم بر سانتی متر}3 ^{را کم کنید. چهار امتیاز (0.004) از 1.250 گرم در سانتی متر}3^.
7. هر سلول و نت خواندن را که تا 27oC تصحیح شده است، قبل از بررسی چگالی الکترولیت آزمایش کنید.

نمونه‌هایی از اندازه‌گیری شارژ

مثال 1:

1. هیدرومتر 1.333 گرم در سانتی متر را نشان می دهد3.
2. دمای 17 درجه، 10 درجه کمتر از توصیه شده است.
3. کاهش 0.007 از 1.333 g/cm3.
4. نتیجه 1.263 گرم در سانتی متر است3، بنابراین وضعیت شارژ حدود 100 درصد است.

مثال 2:

1. داده چگالی - 1.178g/cm3.
2. دمای الکترولیت 43 درجه سانتیگراد است که 16 درجه بالاتر از حد معمول است.
3. افزودن 0.016 به 1.178g/cm3.
4. نتیجه 1.194 گرم در سانتی متر است3، 50 درصد شارژ شده است.

وضعیت شارژ	وزن خاص g/cm3
100%	1, 265
75%	1, 225
50%	1, 190
25%	1, 155
0%	1, 120

جدول چگالی الکترولیت

جدول تصحیح دما زیرراهی برای توضیح تغییرات ناگهانی در مقادیر چگالی الکترولیت در دماهای مختلف است.

برای استفاده از این جدول، باید دمای الکترولیت را بدانید. اگر اندازه گیری به دلایلی امکان پذیر نیست، بهتر است از دمای محیط استفاده کنید.

جدول چگالی الکترولیت در زیر نشان داده شده است. این داده بر اساس دما است:

%	100	75	50	25	0
-18	1, 297	1, 257	1, 222	1, 187	1, 152
-12	1, 293	1, 253	1, 218	1, 183	1, 148
-6	1, 289	1, 249	1, 214	1, 179	1, 144
-1	1, 285	1, 245	1, 21	1, 175	1, 14
4	1, 281	1, 241	1, 206	1, 171	1, 136
10	1, 277	1, 237	1, 202	1, 167	1, 132
16	1, 273	1, 233	1, 198	1, 163	1, 128
22	1, 269	1, 229	1, 194	1, 159	1, 124
27	1, 265	1, 225	1, 19	1, 155	1, 12
32	1, 261	1, 221	1, 186	1, 151	1, 116
38	1, 257	1, 217	1, 182	1, 147	1, 112
43	1, 253	1, 213	1, 178	1, 143	1, 108
49	1, 249	1, 209	1, 174	1, 139	1, 104
54	1, 245	1, 205	1, 17	1, 135	1, 1

همانطور که از این جدول می بینید، چگالی الکترولیت باتری در زمستان بسیار بیشتر از فصل گرم است.

تعمیر و نگهداری باتری

این باتری ها حاوی اسید سولفوریک هستند. هنگام دست زدن به آنها باید همیشه از عینک ایمنی و دستکش لاستیکی استفاده کرد.

اگر سلول ها بیش از حد بارگیری شوند، خواص فیزیکی سولفات سرب به تدریج تغییر می کند و از بین می رود که در فرآیند شارژ اختلال ایجاد می کند. بنابراین، چگالی الکترولیت به دلیل سرعت کند واکنش شیمیایی کاهش می‌یابد.

کیفیت اسید سولفوریک باید بالا باشد. در غیر این صورت، باتری ممکن است به سرعت از کار بیفتد. سطوح پایین الکترولیت به خشک شدن صفحات داخلی دستگاه کمک می کند و بازیابی باتری را غیرممکن می کند.

باطری های سولفاته را می توان با مشاهده تغییر رنگ صفحات به راحتی تشخیص داد. رنگ صفحه سولفاته روشن تر و سطح آن زرد می شود. چنین سلول هایی کاهش قدرت را نشان می دهند. اگر سولفوناسیون برای مدت طولانی رخ دهد، غیر قابل برگشت استفرآیندها.

برای جلوگیری از این وضعیت، توصیه می شود باتری های سرب اسیدی را برای مدت طولانی با سرعت جریان شارژ پایین شارژ کنید.

همیشه احتمال آسیب به بلوک های ترمینال سلول های باتری وجود دارد. خوردگی عمدتاً بر اتصالات پیچ شده بین سلول ها تأثیر می گذارد. با اطمینان از اینکه هر پیچ با یک لایه نازک از گریس مخصوص مهر و موم شده است، می توان به راحتی از این امر جلوگیری کرد.

هنگام شارژ شدن باتری، احتمال اسیدپاشی و گازها زیاد است. آنها می توانند جو اطراف باتری را آلوده کنند. بنابراین، تهویه خوبی در نزدیکی محفظه باتری لازم است.

این گازها قابل انفجار هستند، بنابراین شعله های آتش نباید وارد فضایی شود که باتری های سرب شارژ می شوند.

برای جلوگیری از انفجار باتری، که می تواند باعث آسیب جدی یا مرگ شود، دماسنج فلزی را در باتری قرار ندهید. شما باید از یک هیدرومتر با دماسنج داخلی استفاده کنید که برای آزمایش باتری ها طراحی شده است.

عمر منبع تغذیه

عملکرد باتری با گذشت زمان کاهش می یابد، چه استفاده شود یا نه، همچنین با چرخه های شارژ-دشارژ مکرر کاهش می یابد. عمر مقدار زمانی است که یک باتری غیرفعال می تواند قبل از غیرقابل استفاده شدن ذخیره شود. عموماً اعتقاد بر این است که این حدود 80 درصد ظرفیت اولیه آن است.

چندین عامل وجود دارد که به طور قابل توجهی بر عمر باتری تأثیر می گذارد:

1. زندگی چرخه ای. زمانعمر باتری عمدتاً توسط چرخه های استفاده از باتری تعیین می شود. معمولاً 300 تا 700 چرخه در استفاده معمولی.
2. اثر عمق تخلیه (DOD). چشم پوشی از عملکرد بالاتر منجر به چرخه عمر کوتاه تر می شود.
3. اثر دما. این یک عامل اصلی در عملکرد باتری، عمر مفید، شارژ و کنترل ولتاژ است. در دماهای بالاتر، فعالیت شیمیایی بیشتری در باتری نسبت به دماهای پایین تر رخ می دهد. برای اکثر باتری‌ها، محدوده دمایی توصیه شده 17- تا 35oC است.
4. ولتاژ و سرعت شارژ مجدد. تمام باتری‌های سرب اسیدی هیدروژن را از صفحه منفی و اکسیژن را از صفحه مثبت در هنگام شارژ آزاد می‌کنند. یک باتری فقط می تواند مقدار مشخصی برق را ذخیره کند. به عنوان یک قاعده، باتری در 60٪ مواقع تا 90٪ شارژ می شود. و 10٪ از باتری باقی مانده حدود 40٪ از کل زمان شارژ می شود.

دوام خوب باتری 500 تا 1200 سیکل است. فرآیند پیری واقعی منجر به کاهش تدریجی ظرفیت خازن می شود. هنگامی که یک سلول به عمر معینی می رسد، به طور ناگهانی از کار نمی افتد، این فرآیند در طول زمان طولانی می شود، باید نظارت شود تا به موقع برای تعویض باتری آماده شود.