Com funciona la tecnologia de la bateria del cotxe?
El plom i l'àcid són dues coses que la majoria de la gent sap prou com per evitar-ho. El plom és un metall pesat que pot causar una llista completa de problemes de salut i l'àcid és, a més, àcid. El simple esment de la paraula evoca imatges de bombolles de líquids verds i científics bojos incrustats en la dominació mundial.
Però com la xocolata i la mantega de cacauet, el plom i l'àcid no semblen anar junts, sinó que ho fan. Sense plom i àcid, no tindríem bateries de cotxe i sense bateries de cotxes, no tindríem cap dels accessoris moderns -o les necessitats bàsiques, com els fars , que requereixen un sistema elèctric per funcionar. Així que, exactament, aquestes dues substàncies mortíferes s'uneixen per formar la base sòlida de roca dels sistemes electrònics automotrius? La resposta, per demanar un breu termini, és elemental.
La ciència d'emmagatzemar energia elèctrica
Les bateries elèctriques són simplement recipients d'emmagatzematge que són capaços de mantenir una càrrega elèctrica i després descarregar-la en una càrrega. Algunes bateries són capaces de produir una corrent elèctrica des dels seus components de base tan bon punt es munten. Aquestes bateries s'anomenen bateries primàries , i normalment es disposen una vegada que la càrrega s'ha esgotat. Les bateries del cotxe s'adapten a una altra categoria de bateria elèctrica que es pot carregar, descarregar i tornar a carregar de nou. Aquestes bateries secundàries utilitzen una reacció química reversible que difereix d'un tipus de bateria recarregable a una altra.
En termes que la majoria de la gent pot comprendre fàcilment, les piles AA o AAA que compreu a la botiga, enganxeu-les al comandament a distància i, després, tirar-les quan moren són bateries primàries. Estan muntats, generalment a partir de cèl·lules de zinc-carboni o zinc i de diòxid de manganès, i són capaços de subministrar corrent sense carregar-se. Quan moren, els llençareu o bé, si ho desitgeu, si ho prefereixen.
Per descomptat, podeu comprar aquestes mateixes bateries AA o AAA en forma "recarregable" que costa més. Aquestes bateries recarregables normalment utilitzen cèl·lules d'hidruro de níquel-cadmi o níquel-metall. A diferència de les bateries "alcalines" tradicionals, les bateries NiCd i NiMH no són capaços de proporcionar corrent a una càrrega després del muntatge. Al contrari, s'aplica una corrent elèctrica a les cel·les, que provoca una reacció química dins de la bateria. A continuació, enganxeu la bateria del control remot i, quan es trobi, el col·loqueu en un carregador i l'aplicació d'un corrent canvia el procés químic que es produeix durant la descàrrega.
Les bateries de cotxe, que utilitzen plom i àcid sulfúric en comptes de l'oxihidròxid de níquel i una aliatge absorbent d'hidrogen, són similars a les bateries NiMH en funció. Quan s'aplica una corrent elèctrica a la bateria, es produeix una reacció química i s'emmagatzema una càrrega elèctrica. Quan es connecta una càrrega a la bateria, aquesta reacció es torna a invertir i es proporciona un corrent a la càrrega.
Emmagatzematge d'energia amb plom i àcid
Si s'utilitza plom i àcid per emmagatzemar una càrrega elèctrica sembla arcaic, ho és. La primera bateria de plom-àcid es va inventar en la dècada de 1850, i la bateria del cotxe utilitza els mateixos principis bàsics. Els dissenys i els materials han evolucionat al llarg dels anys, però hi ha la mateixa idea bàsica.
Quan es descarrega una bateria de plom-àcid, l'electròlit es converteix en una solució molt diluïda d'àcid sulfúric, és a dir que és majoritàriament H20 amb alguns H2SO4 que flota en ella. Les plaques de plom, havent absorbit l'àcid sulfúric, es converteixen principalment en sulfat de plom. Quan un corrent elèctric s'aplica a la bateria, aquest procés es torna a invertir. Les plaques de sulfat de plom converteixen (principalment) en el plom i la solució diluïda d'àcid sulfúric es concentra més.
Aquesta no és una forma terriblement eficient d'emmagatzemar energia elèctrica, en termes de com són pesants i grans les cèl·lules que es comparen amb la quantitat d'energia que emmagatzemen, encara que les bateries de plom àcid encara s'utilitzen avui per dos motius. El primer és una qüestió d'economia; Les bateries de plom àcid són molt més barates de fabricar que qualsevol altra opció. L'altra raó és que les bateries de plom-àcid són capaços de proporcionar grans quantitats de corrent a la demanda a la vegada, la qual cosa els fa únics per a utilitzar-los com a bateries d'arrencada.
Què tan poc és el vostre cicle?
Les bateries de cotxe tradicional es denominen a vegades bateries SLI , on "SLI" significa arrencada, il·luminació i encès. Aquesta sigla mostra els propòsits principals d'una bateria de cotxe bastant bé, ja que el treball principal de qualsevol bateria del cotxe és executar el motor d'arrencada, les llums i l'encesa abans que s'executi el motor. Després que el motor estigui funcionant, l'alternador proporciona tota l'energia elèctrica necessària i la bateria es recarrega.
Aquest tipus d'ús és un tipus de cicle de treball poc profund, ja que proporciona una explosió curta d'una gran quantitat de corrent, i això és el que les bateries del cotxe estan dissenyades específicament per fer. Tenint en compte això, les bateries del cotxe modernes contenen plats de plom molt prims que permeten una exposició màxima a l'electròlit i proporcionen l'amperatge més possible durant períodes curts. Aquest disseny és necessari a causa dels enormes requeriments actuals dels motors d'arrencada.
En contrast amb les bateries d'arrencada, les bateries de cicle profund són un altre tipus de bateria d'àcid de plom que estan dissenyades per a un cicle "més profund". La configuració de les plaques és diferent, de manera que no són adequades per proporcionar grans quantitats de corrent a la carta. En lloc d'això, estan dissenyats per proporcionar menys energia durant quantios de temps més llargs. El cicle és "més profund" perquè és més llarg, més que no pas perquè la descàrrega global sigui més gran. A diferència de les bateries d'arrencada, que es recarreguen automàticament després de cada ús , les bateries de cicle profund es poden descarregar lentament (en un nivell segur) abans de tornar-les a carregar. Com les bateries d'arrencada, les bateries de plom àcid de cicle profund no s'han de descarregar per sota del nivell recomanat per evitar danys permanents.
Paquet diferent, la mateixa tecnologia
Encara que la tecnologia bàsica darrere de les bateries de plom àcid s'ha mantingut més o menys igual, els avanços en materials i tècniques han donat lloc a diverses variacions. Les bateries de cicle profund, per descomptat, utilitzen una configuració de placa diferent per permetre un cicle de treball més profund. Altres variacions fan encara més coses.
El major avanç en la tecnologia de bateries d'àcids de plom probablement ha estat bateries de plom-àcid (VRLA) regulades per vàlvules. Encara utilitzen plom i àcid sulfúric, però no tenen cèl·lules humides inundades. En lloc d'això, utilitzen cèl·lules de gel o un vidre absorbit (AGM) per a l'electròlit. El procés químic és el mateix a nivell bàsic, però aquestes piles no estan subjectes a gasos descongelats, com són les piles de cèl·lules inundades, ni són vulnerables a les fuites si s'inclinen.
Encara que les bateries VRLA tenen una sèrie d'avantatges, són molt més cars de produir que les bateries de les bateries inundades tradicionals. Així, mentre la tecnologia continuï avançant, hi ha moltes probabilitats de seguir avançant amb la tecnologia d'última generació de la dècada de 1860 sota el capó, però, a no ser que facis energia elèctrica. Però això és tot un assumpte diferent pel que fa a bateries.