Bly og syre er to ting, som de fleste mennesker ved godt nok til at undgå. Bly er et tungmetal, der kan forårsage en hel vasketøjsliste af sundhedsmæssige problemer, og syre er vel syre. Den blotte omtale af ordet fremkalder billeder af boblende grønne væsker og krammende madforskere bøjet på verdensdominans.
Men som chokolade og jordnøddesmør synes bly og syre ikke sammen, men de gør det. Uden bly og syre ville vi ikke have bilbatterier, og uden bilbatterier ville vi ikke have noget af det moderne tilbehør - eller grundlæggende fornødenheder som forlygter - der kræver, at et elektrisk system fungerer. Så hvordan har disse to dødbringende stoffer samlet sig sammen for at danne det støbte fundament af automotive elektroniske systemer? Svaret, at låne en sætning, er elementær.
Videnskaben om lagring af elektrisk energi
Elektriske batterier er simpelthen opbevaringsfartøjer, der er i stand til at holde en elektrisk ladning og derefter udlade den i en belastning. Nogle batterier kan producere en elektrisk strøm fra deres basekomponenter, så snart de er samlet. Disse batterier kaldes primære batterier , og de bortskaffes typisk, når afgiften er udtømt. Bilbatterier passer til en anden kategori af elektrisk batteri, der kan oplades, aflades og genoplades igen og igen. Disse sekundære batterier udnytte en reversibel kemisk reaktion, som adskiller sig fra en type genopladeligt batteri til en anden.
I forhold til at de fleste mennesker nemt kan forstå, batterierne AA eller AAA, du køber i butikken, skal du holde dig i fjernbetjeningen og derefter smide væk, når de dør er primære batterier. De er samlet, typisk fra enten zinkcarbon eller zink- og mangandioxidceller, og de er i stand til at levere strøm uden at blive opladet. Når de dør, smider du dem væk - eller afhænder dem ordentligt, hvis du foretrækker det.
Selvfølgelig kan du købe de samme AA eller AAA batterier i en "genopladelig" form, der koster mere. Disse genopladelige batterier bruger typisk nikkel-cadmium- eller nikkel-metalhydridceller. I modsætning til traditionelle "alkaliske" batterier er NiCd- og NiMH-batterier ikke i stand til at give strøm til en belastning ved montering. I stedet anbringes en elektrisk strøm på cellerne, hvilket forårsager en kemisk reaktion i batteriet. Du holder så batteriet i fjernbetjeningen, og når det dør, placeres det i en oplader, og applikationen af en strøm reverserer den kemiske proces, der opstod under udladningen.
Bilbatterier, der anvender bly og svovlsyre i stedet for nikkeloxyhydroxid og en hydrogenabsorberende legering, ligner NiMH-batterier i funktion. Når en elektrisk strøm påføres batteriet, opstår der en kemisk reaktion, og en elektrisk ladning opbevares. Når en belastning er tilsluttet batteriet, reverserer denne reaktion, og en strøm tilføres belastningen.
Lagring af energi med bly og syre
Hvis du bruger bly og syre til at opbevare en elektrisk ladning, lyder det arkaisk, så er det. Det første blybatteri blev opfundet i 1850'erne, og batteriet i din bil bruger de samme grundlæggende principper. Design og materialer har udviklet sig gennem årene, men den samme grundlæggende ide er i spil.
Når et blybatteri aflades, bliver elektrolytten en meget fortyndet opløsning af svovlsyre, hvilket betyder, at det for det meste er almindeligt gammelt H20, hvor nogle H2SO4 flyder rundt i den. Blypladerne, som har absorberet svovlsyren, bliver primært blysulfat. Når en elektrisk strøm påføres batteriet, vendes denne proces. De ledende sulfatplader drejer (for det meste) tilbage i bly, og den fortyndede opløsning af svovlsyre bliver mere koncentreret.
Dette er ikke en frygtelig effektiv måde at lagre elektrisk energi på, i forhold til hvor tungt og stort cellerne sammenlignes med mængden af energi, de opbevarer, men blybatterier er stadig i brug i dag af to grunde. Den første er et spørgsmål om økonomi; blybatterier er meget billigere at fremstille end nogen anden mulighed. Den anden grund er, at blybatterier er i stand til at levere enorme mængder on-demand strøm på én gang, hvilket gør dem unikt egnet til at bruge som startbatterier.
Hvor lille er din cyklus?
Traditionelle bilbatterier kaldes undertiden som SLI batterier , hvor "SLI" står for start, belysning og tænding. Denne forkortelse illustrerer de primære formål med et bilbatteri ret godt, da det primære arbejde med et bilbatteri er at køre startmotoren, lysene og tændingen, før motoren kører. Efter at motoren kører, giver generatoren al den nødvendige elektriske energi, og batteriet er opladet.
Denne type brug er en lav type af arbejdscyklus, idet den giver en kort udbrud af en stor mængde strøm, og det er hvad bilbatterier er specielt designet til at gøre. Med det for øje indeholder moderne bilbatterier meget tynde plader af bly, hvilket giver mulighed for maksimal eksponering for elektrolytten og giver den mest mulige strømstyrke i korte perioder. Dette design er nødvendigt på grund af de store nuværende krav til startermotorer.
I modsætning til startbatterier er dybcyklusbatterier en anden type blybatteri, der er designet til en "dybere" cyklus.Pladernes konfiguration er anderledes, så de er ikke velegnede til at give store mængder on-demand strøm. I stedet er de designet til at give mindre strøm til længere tid. Cyklusen er "dybere", fordi den er længere, snarere end på grund af, at den samlede udladning er større. I modsætning til startbatterier, som automatisk genoplades efter hver brug, kan dybcyklusbatterier sættes langsomt ud - til et sikkert niveau - inden de genoplades igen. Ligesom batterier starter, bør blybatterier i dybcyklus ikke udledes under det anbefalede niveau for at undgå permanent skade.
Forskellige pakker, samme teknologi
Selvom grundteknologien bag blybatterier er forblevet stort set den samme, har fremskridt i materialer og teknikker resulteret i en række variationer. Dybcyklusbatterier bruger selvfølgelig en anden pladekonfiguration for at muliggøre en dybere arbejdscyklus. Andre variationer tager ting endnu længere.
Det største fremskridt i blybatteri-teknologi har sandsynligvis været ventilregulerede blybatterier (VRLA) batterier. De bruger stadig bly og svovlsyre, men de har ikke "oversvømmede" vådceller. I stedet bruger de enten gelceller eller en absorberet glasmåtte (AGM) til elektrolytten. Den kemiske proces er den samme på et grundlæggende niveau, men disse batterier er ikke udsat for udgasning som oversvømmede cellebatterier, og de er heller ikke sårbare over for lækage, hvis de vælges.
Selvom VRLA-batterier har en række fordele, er de meget dyrere at producere end traditionelle oversvømmede cellebatterier. Så mens teknologien fortsætter med at marchere nogensinde frem, er chancerne stadig, at du stadig kører rundt med avanceret 1860-teknologi under din hood endnu engang - medmindre du går elektrisk. Men det er en helt anden sag med hensyn til batterier.
