סוללות חומצה ומאפייניהן

סוללה היא מקור כוח שבו האנרגיה של תגובה כימית מומרת לאנרגיה חשמלית במהלך פריקה, ולהיפך במהלך טעינה. ההבדל העיקרי שלה מסוללה רגילה הוא היכולת לשחזר אנרגיה על ידי טעינה מחדש. כדי לטעון, יש להפעיל זרם ישר בכיוון ההפוך לפריקה.

סוללות עופרת-חומצה הומצאו במאה ה-19 ונשארו הסוללות הפופולריות ביותר בעולם בשל עלותן הנמוכה ויעילותן הגבוהה. המכשיר מורכב מגוף ושתי אלקטרודות בעלות קוטביות מנוגדת, הטבולות באלקטרוליט - תמיסת חומצה - ומכאן השם סוללות עופרת-חומצה (AKB - Rechargeable Acid Batteries). סוללות עופרת-חומצה ידועות גם כסוללות עופרת-חומצה, בשל החומר שממנו עשויות האלקטרודות.

איך הם עובדים?

הסוללה פועלת בתהליך אלקטרוכימי של תגובה בין עופרת ודו-חמצנית של עופרת בתמיסה מימית של חומצה גופרתית. כאשר מופעל עומס על האלקטרודות, מתרחשת תגובה כימית בין דו-חמצנית העופרת לחומצה גופרתית (H).₂כָּך₄, כמו גם תגובת החמצון של עופרת לעופרת גופרתית. במהלך הפריקה, עופרת דו-חמצנית מתחמצנת בקתודה ("-"), ועופרת מתחמצנת באנודה ("+"). במהלך הטעינה, מתרחשות תגובות כימיות הפוכות ואלקטרוליזה של מים, המשחררות חמצן באנודה ומימן בקתודה.

ניתן לתאר את תגובות האינטראקציה המתרחשות בסוללה באמצעות שתי נוסחאות:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂כָּך₄ → 2PbSO4₄ + 2 שעות₂O - פריקה.
2. 2PbSO4₄ + 2 שעות₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂כָּך₄ — תשלום.

במהלך הפריקה, מתרחש תהליך היווצרות עופרת גופרתית במסות הפעילות של האנודה והקתודה, וצריכת חומצה גופרתית H₂כָּך₄ וירידה בצפיפות האלקטרוליט. במהלך הטעינה מתרחשות תגובות הפוכות, נוצרת חומצה גופרתית וצפיפות האלקטרוליט עולה. סוף תהליך הטעינה מאופיין בהשלמת הטרנספורמציה של חומרים באלקטרודות והפסקת שינויי האלקטרוליט. אם הטעינה נמשכת, מתרחשת תגובת פירוק מים לא רצויה (אלקטרוליזה), המשחררת בועות חמצן ומימן באלקטרוליט, וכתוצאה מכך נוצרת אשליה של רתיחה. אם זה קורה, יש להוסיף מים מזוקקים לסוללה כדי לשקם את האלקטרוליט.

לְעַצֵב

סוללות חומצה נותרו ללא שינוי בעיצובן הפנימי הבסיסי במשך למעלה ממאה שנה.

            עיצוב הסוללות כולל:

1. האלקטרודות הן בצורת רשתות שטוחות עשויות עופרת, כאשר אבקת עופרת דו-חמצנית (PbO) לחוצה לתוך התאים.₂) על האנודה, אבקת עופרת מתכתית (Pb) על הקתודה.
2. המפריד הוא דיאלקטרי נקבובי המפריד בין האלקטרודות זו מזו, ומונע קצרים.
3. אלקטרוליט הוא חומצה גופרתית מדוללת במים (מזוקקת) H₂כָּך₄, אלקטרודות ומפריד מונחים בו. מוליכות חשמלית מקסימלית מושגת בטמפרטורה של 20^הוג, ריכוז חומצה גופרתית הוא 35%, מה שמתורגם לצפיפות אלקטרוליט של 1.26 גרם/סמ"ק. ההתנגדות הפנימית מינימלית, וההפסדים בתוך המכשיר מופחתים משמעותית. באקלים בטמפרטורה נמוכה, צפיפות התמיסה עשויה לעלות ל-1.29 גרם/סמ"ק - 1.31 גרם/סמ"ק. הגברת ריכוז תמיסת החומצה מונעת מהאלקטרוליט לקפוא, וליצור קרח בתוך המארז, מה שעלול לפגוע באלקטרודות ולקרע את הסוללה.

מאפיינים עיקריים, פרמטרים

1. יְכוֹלֶת (נומינלי) - כמות האנרגיה החשמלית שסוללות חומצה יכולות לספק, המדידה מתרחשת ברגע הפריקה, תחת עומס עם זרם צריכה קטן, יחידות מידה - A*h.
2. זרם התחלתי - מציג את יכולת הסוללה לספק זרמים גבוהים בטמפרטורה של -18^הולמשך חצי דקה.
3. קיבולת (עתודה) - מציגה את פרק הזמן שבו סוללות חומצה מספקות זרם של 25 A עד למתח של 10.5 V.
4. ערך המתח הנמוך ביותר של סוללה פריקה הוא 1.75 - 1.8 וולט.
5. טווח טמפרטורות הפעלה — — 40^הומ- +40^הועִם.

זנים

לפי אופן הפעולה שלהן, ניתן לחלק סוללות חומצה לשלוש קבוצות:

1. מצב מחזורי - פעולה במחזור של פריקה מלאה וטעינה מלאה, תוך ניתוק תקופתי של הסוללה ממקור החשמל. נחשב למצב החמור ביותר, מספר מחזורי הפריקה של 100% מוגבל.
2. מצב חיץ (Buffer mode) הוא מצב נפוץ ועדין לסוללה; הוא אינו מאפשר פריקה מלאה ומאופיין בחיבור מתמיד למקור חשמל.
3. מעורב - שילוב של מצבי חיץ ומצב מחזורי, אך רוב זמן ההפעלה מבוזבז במצב חיץ.

ניתן לחלק את סוללות העופרת-חומצה הנפוצות ביותר הקיימות בשוק לסוגים הבאים:

נוֹף	שֵׁרוּת	תֵאוּר	מתח, וולט
עופרת-חומצה	שירות	מצברים לרכב מגיעים בסוגים הבאים: דל אנטימון, אנטימון, חומצה-סידן וסוללות היברידיות.	612
AGM VRLA	ללא תחזוקה	המפרידים עשויים פיברגלס, במצב פעולה מחזורי ובופר.	24612
VRLA	ללא תחזוקה	דיור אטום, העשוי לעיתים מסידן, אינו פולט גזים, משמש במצב חיץ.	24612
ג'ל VLRA	ללא תחזוקה	האלקטרוליט הוא סיליקה ג'ל, אשר מאריך את חיי הסוללה, והסוללה פועלת במצב חיץ.	24612243648
OPzV	ללא תחזוקה	האלקטרודות הן בעיצוב צינורי, עמידות בפני פריקה מלאה, ובעלות אורך חיים של כ-22 שנים.	2

בַּקָשָׁה

1. רכב - סוללות חומצה משמשות כסוללות התנעה.
2. ציוד מחשבים - ספקי כוח רציף (UPS) מאפשרים לך לשמור מידע במקרה של הפסקת חשמל.
3. ייצור תעשייתי - סוללות חומצה משמשות כמקורות גיבוי לאנרגיה.

טעינה והמלצות כלליות

1. יש לבצע את הטעינה בטמפרטורה של 20^הועִם.
2. זרם הטעינה לא יעלה על 10% מהקיבולת הנומינלית של הסוללה.
3. לשימוש בכלי רכב סוללות חומצה בטמפרטורות נמוכות, עדיף להשתמש בו עם מערכת חימום חשמלית פנימית, מכיוון יְכוֹלֶתיעילות המכשיר אובדת ב-1% כאשר הטמפרטורה יורדת ב-1^הועִם.
4. לא מומלץ לאחסן סוללות חומצה בטמפרטורות מעל 30^הועם, או ריקות, יש לטעון את הסוללות במלואן תחילה.
5. עדיף לאחסן את הסוללה במקום קר במהלך החורף, מכיוון שתהליך הפריקה העצמית יהיה מינימלי, ויש צורך למרוח גריז על ההדק החיובי מראש.
6. לפני השימוש, סוללות חומצה יש להכניס לחדר עם טמפרטורה של 20^הובין 8-10 שעות להכנסה למצב עבודה.