거의 모든 휴대용 및 핸드 헬드 장치는 배터리로 구성됩니다. 배터리는 필요할 때마다 전력을 공급하기 위해 에너지가 저장되는 저장 장치입니다. 그들 가운데이 현대 전자 세계에서 사용할 수있는 다른 종류의 배터리가 있습니다 리드 산성 배터리를 일반적으로 높은 전원 공급 장치에 사용됩니다. 일반적으로 납 축전지는 단단하고 무거운 구조로 크기가 더 크며 많은 양의 에너지를 저장할 수 있으며 일반적으로 자동차 및 인버터에 사용됩니다.
리튬 이온 배터리와의 경쟁 이후에도 납 축전지의 수요는 리튬 이온 배터리에 비해 저렴하고 취급이 용이하기 때문에 나날이 증가하고 있습니다. 일부 시장 조사에 따르면 인도 납축 전지 시장은 2018-24 년 동안 연평균 9 % 이상 성장할 것으로 예상됩니다. 따라서 자동화, 자동차 및 소비자 가전 분야에서 엄청난 시장 수요가 있습니다. 대부분의 전기 자동차에는 리튬 이온 배터리가 함께 제공되지만 여전히 납산 배터리를 사용하여 차량에 전원을 공급하는 전기 이륜차가 많이 있습니다.
이전 튜토리얼에서 우리는 리튬 이온 배터리에 대해 배웠으며 여기서 납축 배터리 의 작동, 구성 및 응용을 이해합니다 . 또한 납축 배터리의 충전 / 방전 등급, 요구 사항 및 안전에 대해 알아 봅니다.
납 축전지 건설
납축 전지 란 무엇입니까? 납산 배터리라는 이름을 깨면 납, 산, 배터리를 얻게됩니다. 납은 화학 원소입니다 (기호는 Pb, 원자 번호는 82). 부드럽고 가단성있는 요소입니다. 우리는 Acid가 무엇인지 알고 있습니다. 반응 할 때 양성자를 기증하거나 전자쌍을 받아 들일 수 있습니다. 따라서 납과 무수 플럼 빈산 (때로는 과산화 납이라고 잘못 불림)으로 구성된 배터리를 납 축전지라고합니다.
자, 내부 구조는 무엇입니까?
납축 전지는 다음과 같은 요소로 구성되며 아래 이미지에서 확인할 수 있습니다.
납축 전지는 플레이트, 분리기 및 전해질, 단단한 고무 케이스가있는 경질 플라스틱으로 구성됩니다.
배터리에서 플레이트는 양극과 음극 의 두 가지 유형 입니다. 양극은 이산화 납으로 구성되고 음극은 스폰지 납으로 구성됩니다. 이 두 개의 판은 절연 재료 인 분리기 를 사용하여 분리 됩니다. 이 전체 구조는 전해질이 있는 단단한 플라스틱 케이스에 보관됩니다. 전해질은 물, 황산이다.
단단한 플라스틱 케이스는 하나의 셀입니다. 단일 셀 저장소는 일반적으로 2.1V입니다. 이러한 이유로 12V 납축 배터리는 6 개의 셀로 구성되며 일반적으로 6 x 2.1V / Cell = 12.6V를 제공합니다.
이제 충전 저장 용량은 얼마입니까?
활물질 (전해질 양)과 판의 크기에 따라 매우 의존적입니다. 리튬 배터리 저장 용량이 mAh 또는 밀리 암페어 시간 등급으로 설명되어 있지만 납축 배터리의 경우 Amp 시간 입니다. 이후 섹션에서 이에 대해 설명합니다.
납축 전지의 작동
납산 배터리의 작동 은 모두 화학에 관한 것이며 그것에 대해 아는 것은 매우 흥미 롭습니다. 납 축전지의 충전 및 방전 조건에는 엄청난 화학 공정이 포함됩니다. 희석 된 황산 H 2 SO 4 분자는 산이 용해 될 때 두 부분으로 분해됩니다. 또한 플러스 이온 2H + 이온과 마이너스 이온을 생성한다 SO 4 -. 앞서 말했듯이 두 개의 전극은 Anode와 Cathode의 플레이트로 연결됩니다. 양극은 음이온을, 음극은 양이온을 끌어 당깁니다. 이 결합은 양극과 SO 4- 및 음극에서 2H + 교환 전자와 함께 H2O 또는 물 (희석 황산, 황산 + 물)과 추가로 반응합니다.
배터리에는 충전 및 방전 의 두 가지 화학 반응 상태가 있습니다.
납축 전지 충전
아시다시피 배터리를 충전하려면 단자 전압보다 더 큰 전압을 제공해야합니다. 따라서 12.6V 배터리를 충전하려면 13V를 적용 할 수 있습니다.
그러나 납축 전지를 충전하면 실제로 어떤 일이 발생합니까?
글쎄, 우리가 이전에 설명한 것과 동일한 화학 반응. 구체적으로는, 전지가 충전기와 연결되면, 황산 이온, 두 분자 침입, 2H + 양이온과 음이온 SO 4 -. 캐소드와 수소가 수소 전자 교환이 상기 수소와 반응 PbSO 4 캐소드 및 황산 (H 형태 2 SO 4) 및 납 (Pb)을. 반면에 SO 4- 전자를 양극과 교환하여 라디칼 SO 4가 됩니다. 이 SO 4 는 양극의 PbSO 4 와 반응하여 과산화 납 PbO 2 와 황산 (H 2 SO 4). 황산의 중력을 높이고 전지 전위 전압을 높이면 에너지가 저장됩니다.
위에서 설명한 바와 같이 충전 과정에서 Anode와 Cathode에서 다음과 같은 화학 반응이 일어납니다.
음극에서
PbSO 4 + 2E - => 납 + SO 4 2-
양극에서
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO를 2 + SO 4 2- + 4H - + 2E -
위의 두 방정식을 결합하면 전체 화학 반응은 다음과 같습니다.
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
납축 배터리를 충전하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 각 방법은 특정 애플리케이션을위한 특정 납축 배터리에 사용할 수 있습니다. 일부 응용에서 사용하는 정전압 충전 에있어서, 어떤 애플리케이션이 사용하는 정전류 방식 티클 일부 경우에 유용 대전 반면. 일반적으로 배터리 제조업체는 특정 납축 배터리를 충전하는 적절한 방법을 제공합니다. 정전류 충전은 일반적으로 납축 배터리 충전에 사용되지 않습니다.
납 축전지에 사용되는 가장 일반적인 충전 방식은 정전압 충전 방식 으로 충전 시간 측면에서 효과적인 과정입니다. 완전 충전주기에서는 충전 전압이 일정하게 유지되고 배터리 충전 수준이 증가함에 따라 전류가 점차 감소합니다.
납축 전지 방전
납축 전지의 방전 은 다시 화학 반응과 관련이 있습니다. 황산은 일반적으로 물 및 황산과 3: 1의 비율로 희석 된 형태입니다. 부하가 플레이트에 연결되면 황산은 다시 양이온 2H + 및 음이온 SO 4 로 분해됩니다. 수소 이온은 PbO 2 와 반응하여 PbO와 물 H 2 O를 만듭니다. PbO는 H 2 SO 4 와 반응하기 시작하여 PbSO 4 및 H 2 O를 생성합니다.
다른 쪽에서는 SO 4- 이온이 Pb에서 전자를 교환하여 라디칼 SO 4 를 생성 하여 Pb와 반응하는 PbSO 4 를 추가로 생성 합니다.
위에서 설명한 바와 같이 방전 과정에서 양극과 음극에서 다음과 같은 화학 반응이 일어난다. 이러한 반응은 충전 반응과 정확히 반대입니다.
음극에서
PB + SO 4 2- => PbSO 4 + 2E -
양극에서:
PbO를 2 + SO 4 2- + 4H - + 2E - => PbSO 4 + 2H 2 O
위의 두 방정식을 결합하면 전체 화학 반응은 다음과 같습니다.
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
양극과 음극을 통한 전자 교환으로 인해 플레이트의 전자 균형이 영향을받습니다. 그런 다음 전자가 부하를 통해 흐르고 배터리가 방전됩니다.
이 방전 중에 희석 된 황산 중력이 감소합니다. 또한 동시에 세포의 전위차가 감소합니다.
위험 요소 및 전기 등급
납축 전지는 안전하게 유지하지 않으면 유해합니다. 배터리는 화학 공정에서 수소 가스를 발생하므로 통풍이 잘되는 곳에서 사용하지 않으면 매우 위험합니다. 또한 부정확 한 충전은 배터리를 심각하게 손상시킵니다.
납축 배터리의 표준 등급은 무엇입니까?
모든 납축 배터리에는 표준 충전 전류 및 방전 전류에 대한 데이터 시트가 제공됩니다. 일반적으로 자동차 애플리케이션에 적용 할 수있는 12V 납축 배터리는 100Ah에서 350Ah까지 다양합니다. 이 등급은 8 시간의 시간을 갖는 방전 등급으로 정의됩니다.
예를 들어 160Ah 배터리는 8 시간 동안 부하에 20A의 공급 전류를 제공 할 수 있습니다. 더 많은 전류를 그릴 수 있지만 그렇게하는 것은 바람직하지 않습니다. 8 시간 기준으로 최대 방전 전류보다 많은 전류를 흘리면 배터리 효율이 손상되고 배터리 내부 저항도 변경되어 배터리 온도가 더욱 높아질 수 있습니다.
반면에 충전 단계에서는 충전기 극성에주의 해야하며 배터리 극성과 제대로 연결되어야합니다. 역 극성은 납축 배터리 충전에 위험합니다. 기성품 충전기는 제어 옵션이있는 충전 전압 및 충전 전류 측정기와 함께 제공됩니다. 배터리를 충전하려면 배터리 전압보다 더 큰 전압을 제공해야합니다. 최대 충전 전류는 8 시간 방전 속도에서 최대 공급 전류와 같아야합니다. 동일한 12V 160Ah 예를 사용하면 최대 공급 전류는 20A이므로 최대 안전 충전 전류는 20A입니다.
열을 발생시키고 가스 발생을 증가 시키므로 큰 충전 전류 를 증가 시키거나 제공해서는 안됩니다.
납산 배터리 유지 관리 규칙
- 급수는 침수 납축 배터리의 가장 간과 된 유지 관리 기능입니다. 과충전으로 물이 줄어들 기 때문에 자주 확인해야합니다. 물이 적 으면 플레이트가 산화되고 배터리 수명이 단축됩니다. 필요한 경우 증류수 또는 이온수를 추가하십시오.
- 통풍구가 있는지 확인하십시오. 고무 캡으로 완벽하게 만들어야합니다. 종종 고무 캡이 구멍에 너무 꽉 끼어 있습니다.
- 사용 후 납축 배터리를 재충전하십시오. 재충전하지 않고 장기간 사용하면 플레이트에 황화가 발생합니다.
- 배터리를 동결하거나 섭씨 49도 이상 충전하지 마십시오. 추운 환경에서는 배터리를 완전히 충전해야합니다. 완전히 충전 된 배터리는 결빙과 관련하여 빈 배터리보다 안전합니다.
- 셀당 1.7V 미만의 배터리를 과방 전하지 마십시오.
- 납축 배터리를 보관하려면 완전히 충전 한 다음 전해질을 배출해야합니다. 그러면 배터리가 마르고 장기간 보관할 수 있습니다.