أصول بطارية الرصاص الحمضية
Contents in this article

أصول بطاريات الرصاص الحمضية

صحيح أن البطاريات هي واحدة من الابتكارات الرئيسية التي تضافرت مع تقنيات أخرى لتشكيل العالم الصناعي الحديث. من الصناعي إلى الاستخدام المنزلي إلى الاستخدام الشخصي ، لقد منحونا حقًا الحريات والإمكانيات التي ستكون مستحيلة بدون تخزين الطاقة المحمول والثابت.

من الواضح جدًا لأي إنسان حديث ، أن مسيرة البطارية في المزيد والمزيد من جوانب حياتنا اليومية في زيادة سريعة ، من خلية واحدة – استخدام فردي في الأجهزة المحمولة مثل AA قلوية لفأرة الكمبيوتر أو خلية زر من الزنك والهواء تُستخدم في ساعة اليد ، إلى نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) بمقياس الشبكة ميغاواط. على الرغم من هذا الكم الهائل من الكيمياء والتطبيقات ، إلا أن كيمياء بطاريات الرصاص الحمضية لا تزال ، بعد 160 عامًا من اختراعها ، المزود الأكثر إنتاجًا للطاقة المخزنة على هذا الكوكب. تين. يوضح الشكل 1 تفاصيل مبيعات البطاريات حسب النوع و MWh التي تم بيعها على مدار الـ 27 عامًا الماضية

بطارية الرصاص الحمضية

يأتي هذا كمفاجأة لبعض الذين يعتقدون أن Li-ion هي التكنولوجيا الأكثر مبيعًا. هذا صحيح ولكن فقط من حيث القيمة ، وليس في القدرة. نظرًا لارتفاع تكلفتها لكل كيلو وات في الساعة ، تتمتع بطارية ليثيوم أيون بقيمة مبيعات أعلى وإيرادات أكبر من بطارية الرصاص الحمضية. ومع ذلك ، هذا هو أحد الأسباب التي جعلت بطارية الرصاص الحمضية (LAB) قد عانت طويلاً في بيئة تجارية شديدة التنافسية ومتغيرة.

في هذه المدونة ، نلقي نظرة على اختراع بطارية الرصاص الحمضية – بطارية تخزين كهروكيميائية ، ونتتبع أصولها عبر التاريخ ، من الأمثلة الأولى المعروفة للخلايا الكهروكيميائية إلى الإصدارات الحديثة VRLA والقطبين.

في عام 1749 ، استخدم بنجامين فرانكلين ، العالم الموسوعي الأمريكي ، مصطلح “البطارية” لأول مرة لوصف مجموعة من المكثفات المرتبطة التي استخدمها في تجاربه مع الكهرباء. كانت هذه المكثفات عبارة عن ألواح زجاجية مطلية بالمعدن على كل سطح. تم شحن هذه المكثفات بمولد ثابت وتفريغها عن طريق لمس القطب الكهربائي الخاص بها. ربطهما معًا في “بطارية” يعطي تفريغًا أقوى. في الأصل له المعنى العام لـ “مجموعة من جسمين متشابهين أو أكثر تعمل معًا” ، كما هو الحال في بطارية المدفعية ، تم استخدام المصطلح للأكوام الفولتية والأجهزة المماثلة التي تم فيها توصيل العديد من الخلايا الكهروكيميائية معًا.

بطارية الرصاص الحمضية عبارة عن جهاز تخزين كهروكيميائي وعلى هذا النحو لها نفس مبدأ توفير التيار الكهربائي والجهد مثل جميع البطاريات الكهروكيميائية الأخرى ، والتي سبق بعضها اعتماد بطارية الرصاص الحمضية كوسيلة لتخزين وتوصيل الكهرباء. ومع ذلك ، كانت أول بطارية قابلة لإعادة الشحن. هذا يعني أنه يمكن استخدامه عدة مرات وإعادته إلى حالة الشحن الكاملة عند الحاجة. كان هذا هو ما يميزه عن كيميائيات البطاريات الأخرى في ذلك الوقت.

إن العودة إلى وقت اختراع أول خلية كهروكيميائية أمر مثير للجدل بعض الشيء. هناك اكتشاف بابلي قديم يزعم البعض أنه خلية كهروكيميائية عاملة. تين. 2 صورة لما أصبح يعرف بـ “بطارية بغداد”. لا يوجد إجماع على أن هذه الأوعية تم استخدامها كبطاريات وليس لها أي غرض كهروكيميائي. ومع ذلك ، إذا كانت مليئة بالكهرباء مثل حمض الأسيتيك ، فإنها ستنتج تيارًا وجهدًا. معدنان متباينان في موصل أيوني – كيف لا يستطيعان ذلك؟

مهما كانت الحالة الحقيقية ، فنحن بحاجة إلى تقديم ما يقرب من 3000 عام إلى القرن الثامن عشر عندما قام اثنان من الهولنديين ، موشنبروك وكونيوس ، جنبًا إلى جنب مع العالم الألماني إيوالد جورج فون كليست ، بعمل نسخة عملية من جرة ليدون. كان هذا في الأساس مكثفًا ولا يزال بطارية غير حقيقية. كان الفرنسي Allesandro Volta هو من اخترع ما نسميه أول خلية كهروكيميائية في عام 1800 ، والمعروفة الآن باسم Volta’s Voltaic Pile ، كان هذا في الأساس برجًا رأسيًا من أقراص النحاس والزنك المتناوبة مع قطعة قماش مبللة بالمحلول الملحي بينهما ، الشكل 3.

المشاكل العملية مع هذه البطارية الأولى واضحة جدًا (شورتات جانبية من تسرب المنحل بالكهرباء ، والحفاظ على رطوبة القماش وما إلى ذلك). ومع ذلك ، فقد أحدثت صدمة كبيرة ، وعندما تم إجراء اتصالات متسلسلة بين الخلايا الفردية ، فقد أحدثت هزة أكبر. ومع ذلك ، لم تكن الطريقة المثالية لتخزين الكهرباء وتوصيلها. تم إجراء بعض التحسينات على التصميم الذي سمح بصنع البطاريات عن طريق توصيل الخلايا الموجودة في الجرار الزجاجية الفردية وكان سكوت – ويليام كروكشانك ، الذي صنع هيكلًا مربعًا ووضع الألواح على جانبها بدلاً من مكدس. أصبح هذا معروفًا باسم بطارية الحوض الصغير وكان ، في الواقع ، مقدمة لجميع منشآت البطاريات الحديثة تقريبًا.

ومع ذلك ، فإن المشكلة الكبيرة في أي من هذين التصميمين هي أنها لم تكن قابلة لإعادة الشحن. تفريغ واحد وكان عليك وضع أطباق جديدة وإلكتروليت والبدء من جديد. ليس حلاً عمليًا لتخزين الكهرباء وتوفيرها.

لم يكن حتى عام 1859 عندما اخترع الفرنسي جوستاف بلانتي أول خلية كهروكيميائية قابلة لإعادة الشحن في العالم. كانت هذه عبارة عن صفيحة مزدوجة من الرصاص حلزونية مفصولة بشريط مطاطي ، مغمورة في إلكتروليت لحمض الكبريتيك وموجودة في وعاء زجاجي. 4.

كانت الألواح مشحونة كهربائيًا بالرصاص وثاني أكسيد الرصاص مع أسلاك إقلاع متصلة بكل لوح رصاص. كان فرق الجهد بين الألواح 2 فولت. لقد أعطت جهدًا وتيارًا مستدامين أعلى من الكومة الفولتية ، ولكن الأهم من ذلك ، يمكن إعادة شحنها من مصدر كهربائي دون استبدال أي من المكونات. جاءت هذه القدرة على إعادة الشحن والجهد العالي والفترات الحالية الأطول لهذه الكيمياء في وقت مناسب في التصنيع وساعدت في انتشار الاتصالات السلكية واللاسلكية والطاقة الاحتياطية حيث كانت إمدادات التيار الكهربائي غير موثوق بها.

في حين أصبحت البطارية ضجة كبيرة بين عشية وضحاها في مجال إمدادات الطاقة ، إلا أنها لا تزال محدودة في قدرتها. ظلت هذه مشكلة حتى حدث اختراق كبير في تسويق بطارية حمض الرصاص في عام 1880 بواسطة كميل ألفونس فوري. من أجل زيادة مدة التيار أثناء تفريغه ، كانت لديه فكرة طلاء صفائح الرصاص بعجينة من أكاسيد الرصاص وحمض الكبريتيك والماء. ثم طور عملية المعالجة حيث يتم وضع الألواح المطلية في جو دافئ ورطب.

في ظل هذه الظروف ، شكل خليط العجينة كبريتات الرصاص الأساسية والتي تفاعلت أيضًا مع أقطاب الرصاص لتشكيل رابطة مقاومة منخفضة. تم بعد ذلك شحن الألواح في حامض الكبريتيك وتم تحويل العجينة المعالجة إلى مادة فعالة كهروكيميائية. أعطى هذا سعة أكبر بكثير من خلية بلانتي الأصلية.

أيضًا في عام 1881 ، استبدل إرنست فولكمار موصل الصفيحة الرئيسية باستخدام شبكة الرصاص. يتمتع تصميم الشبكة هذا بميزة مزدوجة تتمثل في توفير مساحة أكبر للمادة النشطة ، مما يمنح بطارية ذات سعة أعلى ويمكّن أيضًا من ربط المادة النشطة بالشبكة بشكل أفضل.

توفر هاتان الفائدتان مقاومة أقل وبطارية أكثر قوة مع كثافة طاقة محددة أعلى. قام Scudamore Sellon بتحسين هذا عن طريق إضافة الأنتيمون إلى الرصاص لجعل الشبكة صلبة بدرجة كافية للمعالجة ميكانيكيًا والبدء حقًا في تقديم سرعات إنتاج أسرع. كان عام 1881 ، في الواقع ، عامًا من ابتكار المنتجات مدفوعًا بالاستخدامات الناشئة حديثًا للإمداد الكهربائي المحمول ، مثل أول سيارة كهربائية مدفوعة ببطاريات قابلة لإعادة الشحن ، سكوتر بثلاث عجلات من Gustave Trouvé والذي وصل إلى 12 كم / ساعة.

كابوس تأميني! في عام 1886 ، تم إطلاق أول غواصة تعمل ببطارية حمض الرصاص في فرنسا. كان لدينا أيضًا أول تصميم أنبوبي للوحة لبطارية الرصاص الحمضية ، صممه SC Currie والذي أعطى دورة حياة أفضل وكثافة طاقة أفضل.

في الوقت الحالي ، كانت بطارية الرصاص الحمضية تتدحرج وفي عام 1899 وصلت كميل جيناتزي إلى 109 كم / ساعة في سيارة كهربائية تعمل ببطاريات حمض الرصاص. مع مسيرة الطاقة الكهربائية هذه ، والتي تشمل تركيب نظام توزيع الكهرباء الباريسي في عام 1882 وظهور تلغراف مورس الكهربائي في الولايات المتحدة ، كان من الواضح أنه كان لابد من إنتاج بطارية الرصاص الحمضية بطريقة تجارية مناسبة.

أصل بطارية الرصاص الحمضية

بدء تحديث بناء بطاريات الرصاص الحمضية

لم يكن التصميم الحالي وعملية إنتاج أكسيد الرصاص ملائمة لأساليب الإنتاج الضخم. كان الطلب على بطاريات الرصاص الحمضية في هذا العصر يفوق بسرعة القدرة الإنتاجية. كانت هناك حاجة ماسة إلى أساليب جديدة ملائمة للإنتاج وتصميمات للبطاريات. وصل الاختراق الأول في عام 1898 عندما حصل جورج بارتون على براءة اختراع طريقة جديدة وأسرع بكثير لإنتاج أكسيد الرصاص المستخدم في صنع المادة الفعالة التي اخترعها فوري. استخدم بارتون الطريقة التقليدية لإذابة الرصاص وأكسدته باستخدام الهواء الساخن. كان ابتكاره هو إنتاج قطيرات دقيقة ناتجة عن تقليب الرصاص المنصهر الذي تعرض بعد ذلك لتيار هواء مرطب سريع التدفق.

  • كان لهذا ميزة مزدوجة تتمثل في تسريع العملية بشكل كبير وتوفير حجم جزيئات أدق بكثير من الطريقة التقليدية التي تتطلب مزيدًا من الطحن لإعطاء منتج مناسب للمادة النشطة للبطارية. لم يتم اختراع عملية بديلة إلا بعد 30 عامًا من اختراع جينزو شيمادزو من شركة شيمادزو.
  • كانت طريقته هي إلقاء قطع صغيرة من الرصاص وتكديسها في طاحونة كروية دوارة مع نفخ الهواء الساخن من خلالها. أدى هذا إلى تكوين أكسيد سطحي على القطع المعدنية كان هشًا ومتقشرًا ثم تم طحنه إلى مسحوق ناعم. تم التحكم في سرعة تدفق الهواء لحمل أحجام معينة من الجسيمات خارج الطاحونة وتخزينها في صوامع جاهزة لخلط العجينة.

  • ظلت هذه الأساليب المبكرة لصنع أكسيد الرصاص لصناعة البطاريات دون معارضة لما يقرب من قرن من الزمان. قد توفر التطورات الأخيرة في إيجاد المزيد من طرق إعادة تدوير البطاريات الصديقة للبيئة (ترسيب الرصاص من حلول أسيتات الرصاص) في المستقبل طرق إنتاج بديلة ، ولكن في الوقت الحالي ، لا يوجد بديل عملي.
    لم يكن تصميم Gaston Planté حلاً عمليًا للبطارية ذات الإنتاج الضخم. حتى التحسينات التي أدخلت على Fauré والاسكتلندي William Cruickshank ، الذين وضعوا عناصر لوحة Planté في مقصورات صندوقية لتشكيل بطارية متصلة بالسلسلة ، لم توفر الموثوقية أو القدرة على الإنتاج الضخم.

إن المهندس والمخترع في لوكسمبورغ هنري أوين تيودور هو الذي يُنسب إليه الفضل في تطوير أول تصميم عملي لبطارية الرصاص الحمضية في عام 1866. أسس أول مصنع له في Rosport ، لوكسمبورغ ، واستمر مع مستثمرين آخرين لإنشاء مصانع في جميع أنحاء أوروبا. كان مفتاح نجاحه هو وجود لوحة بطارية أكثر قوة ، والتي كانت تدوم لفترة أطول من التصميم الحالي.

بطارية الرصاص الحمضية تعمل

في هذا الوقت تقريبًا ، كان Genzo Shimadzu ينشئ أول مصنع لتصنيع بطاريات الرصاص الحمضية في اليابان ، وأنتج بطارية حمض الرصاص الملصقة بسعة 10 آه. كانت هذه بداية الشركة اليابانية المعروفة الآن ، بطاريات GS. كانت كلتا الشركتين رائدين في العمليات الحديثة ومنحت بطاريات الرصاص الحمضية موثوقية وعمرًا أكبر.

قدم القرن العشرين العديد من الترقيات لبطارية الرصاص الحمضية. بدأت الترقيات بمواد البناء. حتى العقدين الأولين من القرن العشرين ، كانت حاويات خلايا البطارية تتكون من صناديق خشبية مبطنة بالمطاط أو الملعب. بحلول أوائل العشرينيات من القرن الماضي ، تحسنت تقنيات قولبة المطاط الصلب (الإيبونيت) لدرجة أنه كان من الممكن توفير صناديق مطاطية صلبة متعددة الخلايا ومقاومة للتسرب لخلايا حمض الرصاص المتصلة بالسلسلة. أتاح استخدام الأغطية المغلقة بإحكام إغلاق وصلات الرصاص العلوية بين الخلايا. استمر هذا البناء ، جنبًا إلى جنب مع فواصل خشبية وألواح سميكة جدًا ، حتى أوائل الخمسينيات من القرن الماضي.

عمر بطارية الرصاص الحمضية

لم تتوقف التطورات التي حدثت في داخل البطارية تمامًا خلال هذه الفترة. أصبحت فواصل ألياف السليلوز المشبعة بالراتنج خيارًا خفيف الوزن ومقاومة أقل للفاصل الخشبي. أعطت هذه المزايا وإزاحتها الحمضية المنخفضة المزيد من إمكانيات التصميم التي سمحت بقدرات أعلى وأداء تصريف أفضل بمعدل مرتفع. أعطت التحسينات التي تم إجراؤها على سبائك الرصاص والأنتيمون شبكة أكثر قوة ، وقادرة على تحمل المزيد من العمليات الآلية ، وفي النهاية تسمح بلصق الآلة. المواد المضافة في العجينة مثل الكربون للوحة السلبية والألياف السليلوزية في المادة النشطة للوحة الموجبة ، أعطت دفعة كبيرة لدورة حياة بطارية الرصاص الحمضية.

ومع ذلك ، في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، عندما بدأ البلاستيك يصبح جزءًا لا يتجزأ من أسلوب حياتنا الحديث ، بدأت مواد البطاريات وطرق المعالجة في التغير حقًا. تعني الخصائص الفيزيائية والكيميائية ، بالإضافة إلى مجموعة المواد البلاستيكية المختلفة المتاحة ، أن طرق تصنيع البطاريات وإنتاجها يمكن إصلاحها بشكل خطير في النصف الثاني من القرن العشرين. أضف إلى ذلك التقدم في علم المعادن من سبائك الرصاص المستخدمة في صنع الشبكات ، وشهدت صناعة البطاريات تسارعًا خطيرًا في تحسين الأداء وتكلفة منتجاتها خلال هذه الفترة.

من الصعب حقًا معرفة من أين نبدأ في سرد أهم التطورات ، لذلك ربما يكون الترتيب الزمني هو الأنسب. الكثير من هذا هو تذكر شخصي وليس حقيقة تاريخية مباشرة ، ولكنه دقيق بما يكفي ليكون حسابًا معقولًا للخطوات التكنولوجية التي أدت إلى التصميمات الحالية لبطارية الرصاص الحمضية. أعتقد أنه بالعودة إلى الستينيات من القرن الماضي ، رأينا أن لصق الألواح بالماكينة والصب شبه الأوتوماتيكي للشبكات يصل إلى معايير أعلى من الدقة والتحكم.

أدى ذلك إلى الاستبدال التدريجي للصب اليدوي واللصق اليدوي من خلال طريقة صب شبكة قوالب الكتب الأسرع بكثير وطرق لصق حزام التدحرج للألواح المفردة أو المزدوجة. أعطت كلتا الطريقتين مستويات إنتاج أعلى وتحكمًا أفضل في الشبكة وأوزان وأبعاد المواد الفعالة. كان التأثير الأولي لهذا هو توفير المال في كل من تكاليف العمالة والمواد. كان التأثير الثانوي هو أنه مهد الطريق لنطاقات التسامح الأضيق التي تتطلبها بطاريات إعادة التركيب.

كان هذا ممكنًا فقط ، بالطبع ، بسبب التوصيل عبر الجدار لأشرطة البطارية داخل الخلايا. تقنية اللحام بالضغط هي بطل غير معروف لعالم هندسة البطاريات. في جوهره ، إنه جهاز ذكي للغاية يستخدم قيمة المقاومة لإقلاع الرصاص المذاب بالكهرباء بين الخلايا لتحديد متى تم ملء فتحة التقسيم بين الخلايا بالرصاص.

أدت هذه الطريقة إلى إزالة الرصاص العلوي الثقيل والمكلف ومكنت من استخدام أسطوانة مرآة مسخنة أبسط بكثير لإغلاق الصندوق والغطاء. هذا دون قلب التجميع رأسًا على عقب كما هو الحال مع طرق الراتينج والغراء. لم تعمل طريقة التجميع هذه فقط على تحسين معدلات الإنتاج وخفض التكاليف ، ولكنها أيضًا تخلصت فعليًا من أحد الأسباب الرئيسية لإرجاع الضمان: التسرب الحمضي.

ساعدت التطورات في تقنية الفصل أيضًا في هندسة طرق إنتاج أفضل بالإضافة إلى معالجة الوضع الشائع لفشل البطارية ، وهو نمط الدوائر القصيرة الداخلية. في البداية ، سمحت الصلابة الميكانيكية للفواصل السليلوزية ثم الفواصل البلاستيكية الملبدة بالتكديس التلقائي لحزم البطاريات. أدى ذلك إلى تطوير حزام المصبوب والتجميع التلقائي لبطارية الرصاص الحمضية. كان هذا تقدما كبيرا. لطالما كانت طريقة ربط الألواح حتى هذه النقطة تحترق يدويًا ، باستخدام قالب قضيب تقسيم مع فتحات يتم إدخال الألواح فيها يدويًا. ثم تم لحامهم يدويًا معًا عن طريق صهر عصا سبيكة الرصاص في القالب باستخدام شعلة أوكسي أسيتيلين.

لا يزال هذا قيد الاستخدام اليوم ولكنه يقتصر في الغالب على البطاريات الصناعية الأكبر التي يصعب التعامل معها باستخدام المعدات الآلية. بصرف النظر عن الإنتاجية المنخفضة ، فقد كان مصدرًا رئيسيًا لفشل الضمان في الصناعة. نظرًا لأن الألواح ملحومة بشكل عمودي ، فهناك احتمال أن يتسرب الرصاص المنصهر من الفجوات الموجودة في قالب قضيب الناقل لأسفل بين الألواح لإنشاء دائرة قصر فورية أو مستقبلية.

مخطط بطارية الرصاص الحمضية

طريقة الصب على الحزام ، خاصة بالنسبة لبطاريات SLI الأصغر ، حلت محل عملية الحرق اليدوي اليدوي. على الرغم من كونه خيارًا مكلفًا ، إلا أنه لا يعطي أي عمليات تشغيل للرصاص ، وإذا تم استخدام تنظيف وتدفق العروة الصحيحين ، فإنه يوفر أيضًا مقاومة أفضل وأقل لحزام اللحام. تحسين إضافي لهذه العملية هو طريقة التفاف التكديس. إن ظهور فاصل البولي إيثيلين الذي يتميز بالمرونة العالية والقابل للحام يعني أنه يمكن تصنيع البطاريات بألواح معزولة تمامًا.

في هذه الطريقة ، يمكن إدخال الألواح الموجبة أو السالبة تلقائيًا في شريط فاصل ، ويتم طي الشريط وتقطيعه حول اللوحة ثم باستخدام الحرارة أو الفوق صوتي أو العقص ، لتشكيل ختم كامل حول اللوحة. توفر هذه الطريقة ، جنبًا إلى جنب مع الحزام المصبوب وإدخال المجموعة تلقائيًا في صندوق البطارية ، معدلات إنتاج عالية وضمانات منخفضة وربما الأهم من ذلك أنها تقلل بشكل كبير من تعرض المشغل للرصاص.

حتى سبعينيات القرن الماضي ، كانت بطارية الرصاص الحمضية بها بعض العيوب الخطيرة. كانت هذه تكاليف صيانة عالية بسبب فقد المياه مع إنتاج أبخرة حمضية وغازات متفجرة. كانت هذه تكلفة كبيرة للعديد من الأنشطة الصناعية ، لا سيما صناعة الرافعات الشوكية التي تتطلب غرف شحن خاصة مع إجراءات استخراج المياه وتزويدها باستمرار لمنع جفاف البطارية. بدأ حل هذه المشاكل في الظهور في السبعينيات عندما تحول مصنعو البطاريات إلى سبائك الأنتيمون المنخفضة لبطاريات السيارات.

أنواع بطاريات الرصاص

على الرغم من أن هذا كان في البداية لتوفير التكاليف ، إلا أنه سرعان ما تم اكتشاف أنه إلى جانب شحن المولد الذي يتم التحكم فيه بالجهد في السيارة ، فقد تم تقليل فقد الماء من البطارية ، وبالتالي زيادة الصيانة بشكل كبير. قبل فترة طويلة ، تم تقليل سبائك الرصاص والأنتيمون إلى 1.8 ٪ Sb مقارنة مع 11 ٪ المستخدمة في النصف الأول من القرن. هذا ، في جوهره ، أعطى بطاريات SLI مغمورة بالمياه ولا تحتاج إلى صيانة.

اكتسبت فكرة استخدام سبيكة الرصاص ذات الغازات المنخفضة زخمًا في الثمانينيات عندما بدأت بطارية حمض الرصاص بالكهرباء المتعطشة في الظهور في حاوية البطارية المألوفة الآن باستخدام نفس اللوحات وتصميمات الشبكة مثل النطاق القياسي المغمور. كانت هذه بطارية مغلقة تمامًا ولن تفقد الماء أو تطلق الغازات المتفجرة. سيتم الاحتفاظ بالهيدروجين والأكسجين الناتج عن الأقطاب الكهربائية في البطارية في إلكتروليت ثابت وإعادة تجميعهما لتكوين الماء.

تم تجميد الحمض إما عن طريق الخلط مع السيليكا لتكوين GEL أو تعليقه في فاصل حصيرة زجاجية ماصة مضغوطة للغاية. على الرغم من أن بطارية حمض الرصاص التي يتم تنظيمها بواسطة الصمام كانت قيد الاستخدام التجاري منذ الستينيات (Sonnenschein ثم Gates) ، فقد استخدمت هذه التصميمات الرصاص النقي للشبكات ، وهو ناعم جدًا. هذا يعني أن إمكانيات التصميم وطرق المعالجة كانت محدودة.

تم تصميم سبائك جديدة لإزالة الأنتيمون تمامًا واستبدال الكالسيوم كعامل تصلب. أدى هذا بشكل فعال إلى زيادة الطاقة المفرطة للهيدروجين والأكسجين على الرصاص فوق 2.4 فولت لكل عتبة شحن خلية ، مما يسمح بإعادة الشحن في غضون 15 ساعة ، أو تشغيل دورة واحدة في اليوم. ومع ذلك ، حدثت مشكلات خطيرة في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي عندما أصابت أعطال كبيرة في البطارية بسبب ما يسمى بفقدان السعة المبكر أو PCL معظم شركات البطاريات بشدة. كان هذا بشكل فعال خسارة سريعة للغاية في السعة عانت منه بطارية الرصاص الحمضية خلال الأسابيع أو الأشهر القليلة الأولى من الخدمة.

تم حلها في نهاية المطاف في التسعينيات بإدخال القصدير في سبيكة الرصاص. إن الإجراء الدقيق للقصدير على الواجهة وسلامة المادة النشطة أمر قابل للنقاش ، ولكن وجد أنه يعمل. كان أحد الآثار الجانبية هو أنه إذا كان التوازن بين القصدير والكالسيوم في الشبكة الإيجابية خاطئًا ، فقد يؤدي ذلك إلى فشل تآكل كارثي للشبكة. حل عمل David Prengaman في التسعينيات هذا الأمر ، ونحن الآن نتمتع ببطارية حمض الرصاص الخالية من المشاكل إلى حد معقول والخالية من الصيانة.

صمام بطارية الرصاص الحمضية ينظم

بطارية الرصاص الحمضية التين 9 إلى 12

آلات تصنيع بطاريات الرصاص الحمضية

خلال الثمانينيات ، خضع التصميم الأنبوبي للوحة أيضًا لبعض التغييرات الجذرية. منذ بداياتها في عام 1910 حتى منتصف الستينيات ، استخدمت أسطوانات مطاطية مسامية فردية مثبتة على أشواك الشبكة لتثبيت المادة الفعالة. تم استبدال هذا باستخدام أنابيب الألياف الزجاجية الفردية المشبعة بالراتنج (pg). نظرًا لارتفاع معدلات الخردة والصعوبة المادية للتعامل مع هذا المنتج في بيئة الإنتاج الضخم ، فقد تم تطوير القفاز متعدد الأنابيب المنسوج. أدى ذلك إلى إنشاء وحدة واحدة من الشبكة غير المملوءة وناقل المواد النشط.

بحلول الثمانينيات من القرن الماضي ، استحوذت أكياس PT متعددة الأنابيب بالكامل تقريبًا على أنبوب pg الذي كان لا يزال قيد الاستخدام فقط بسبب الاقتصاد الخاطئ المتمثل في انخفاض التكلفة. يسمح قفاز أكياس PT الآن بأتمتة قطاع الصب وإدخال العمود الفقري في إنتاج الألواح. أدت التطورات اللاحقة في أواخر الثمانينيات إلى توسيع هذا لملء اللوحة بالمواد الفعالة.

كان هادي هو الذي قاد الطريق لإنتاج خط مؤتمت بالكامل من صب العمود الفقري إلى ملء وتغطية وتجفيف / معالجة الألواح. خلال هذه الفترة تم أيضًا إدخال طرق آلية ، إما مملوءة بالرطوبة أو بالطين. كانت هذه الطرق أفضل بكثير من وجهة نظر الصحة والسلامة لأنها قللت من الرصاص في مشاكل الهواء لبدائل تعبئة المسحوق الجاف.

الألفية الثانية كانت تركز على قضايا جديدة لبطارية حمض الرصاص. لقد أبرزت خاصية الإيقاف والتطبيقات الأخرى مشاكل بطارية الرصاص الحمضية المغمورة والتي تعمل في حالة الشحن الجزئي (PSoC). في هذا ، تصبح المادة الفعالة في الألواح أكثر خشونة مع انخفاض مساحة السطح الفعالة. وبالتالي ، فإن المادة أقل تفاعلًا ، مما يعطي سعة أقل وقدرة تفريغ منخفضة عالية السرعة.

لمكافحة هذا العمل الجوهري مستمر لإيجاد مواد مضافة ، وهي الكربون بأشكال مختلفة والتي تمنع هذا الخشونة وتحسن موصلية المادة الفعالة. يعمل هذا أيضًا على تحسين قبول الشحن (مهم في استخدام بدء التشغيل) بالإضافة إلى توفير نوى للترسيب في ظروف PSoC لمنع تقشر جسيمات AM. تم الإبلاغ عن بعض النجاح ، ولكن لا يوجد دليل جوهري على أن هذه الإضافات باهظة الثمن قد تم تبنيها عالميًا.

تم القيام بعمل كبير من قبل موردي المواد المضافة ومصنعي أجهزة الفصل لتحسين كل من PSoC والأداء الكهربائي لبطارية الرصاص الحمضية. يتم تسويق تصميمات فواصل جديدة تمنع التقسيم الطبقي للحمض في ظروف PSoC ، وكذلك الفواصل ذات الإضافات المدمجة للمساعدة في تقليل خشونة الجسيمات في المادة الفعالة. أصبح هذا الأمر مهمًا بشكل متزايد مع تغير سوق SLI التقليدي لاستيعاب صعود السيارة الكهربائية ومتغيراتها الهجينة.

تطبيقات بطاريات الرصاص الحمضية

نظرًا لأن محرك الاحتراق الداخلي يبدأ في التلاشي من طرقنا واستمرار سوق المركبات الكهربائية في التوسع ، فإن بطارية الرصاص الحمضية ، على الرغم من أنها لا تزال التكنولوجيا الأكثر مبيعًا في أسواق تخزين الطاقة اليوم ، يجب أن تخضع لمزيد من التعديلات. تقدم التصميمات الجديدة ، مثل الإصدار ثنائي القطب ، طاقة وكثافة طاقة أعلى بكثير وتكلفة أقل بسبب استخدام الرصاص بشكل أقل في بنائها.

بطارية الرصاص الحمضية الشكل 13 و 14

يوفر ظهور أسواق جديدة ، وخاصة تخزين الطاقة ، فرصًا جديدة لبطاريات الرصاص الحمضية. سيعطي التركيز على دورة حياة أفضل وكفاءة الطاقة وتكلفة أقل عائد استثمار أكثر جاذبية لتلك الشركات التي تقوم بتثبيت أنظمة على نطاق الشبكة. على الرغم من الانخفاض المحتمل في سوق SLI من قطاع السيارات الكهربائية المتنامي ، لا تزال بطارية الرصاص الحمضية تتمتع بإمكانيات سوقية هائلة. ومع ذلك ، فإنه يعتمد على التسويق بقدر ما يعتمد على التكنولوجيا. لا تزال أنظمة البطاريات الجديدة ، ولا سيما كيمياء بطاريات أيونات الليثيوم ، لديها مخاوف بيئية كبيرة تتمثل في نقص إعادة التدوير أو البنية التحتية للتخلص بالإضافة إلى تكلفتها الأولية المرتفعة.

قد يعني هذا نهاية باهظة لصدمة نهاية العمر إذا تم تطبيق تكاليف التخلص من البطاريات ، والتي قد تكون كبيرة للعديد من الشركات التي لديها استثمارات كبيرة في البطاريات. هذا بالإضافة إلى ارتفاع تكلفة الشراء يعني أن عائد الاستثمار لبطارية ليثيوم أيون أقل جاذبية بكثير من بطارية حمض الرصاص في معظم التطبيقات الحالية والناشئة. في سوق المركبات الكهربائية ، على سبيل المثال ، لا يرغب العديد من مالكي عربات الريكاشة الكهربائية في التكلفة الرأسمالية لبطارية ليثيوم أيون ويسعدهم استخدام نظيرتها من بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة.

باختصار ، ما يمكننا قوله هو أن بطارية الرصاص الحمضية لا تزال تتطور لتلبي التطبيقات الجديدة وبيئات السوق الجديدة. مع تطوير طرق جديدة وأرخص سعرًا وأكثر أمانًا بيئيًا لإعادة تدوير بطارية الرصاص الحمضية ، فإنها لا تزال أكثر البطاريات الصديقة للبيئة والموثوقية والأكثر أمانًا التي يمكنك شراؤها. ويأتي بسعر منخفض للغاية. فكر في ذلك في المرة القادمة التي تجري فيها مقارنة بين كيميائيات البطاريات المتنافسة.

Please share if you liked this article!

Did you like this article? Any errors? Can you help us improve this article & add some points we missed?

Please email us at webmaster @ microtexindia. com

On Key

Hand picked articles for you!

بطارية AGM

بطارية AGM

ماذا تعني بطارية AGM؟ ماذا تعني بطارية AGM؟ دعنا نعرف أولاً ما الذي يرمز إليه الاختصار AGM. بطارية AGM كاملة الشكل: عبارة عن اختصار لمصطلح

فواصل البطارية

فواصل PVC

ما هي فواصل PVC؟ فواصل PVC عبارة عن أغشية مسامية دقيقة موضوعة بين الألواح السالبة والموجبة لبطاريات الرصاص الحمضية لمنع أي تلامس بينها لتجنب حدوث

مزايا وعيوب بطارية الرصاص الحمضية

بطارية الرصاص الحمضية

مزايا وعيوب بطارية الرصاص الحمضية صحيح أن البطاريات هي واحدة من الابتكارات الرئيسية التي تضافرت مع تقنيات أخرى لتشكيل العالم الصناعي الحديث. على الرغم من

تحجيم البطارية

تحجيم بطاريات بطاريات الرصاص الحمضية

كيف يتم قياس حجم البطارية لتطبيق معين؟ أصبح استخدام إمدادات الطاقة الشمسية خارج الشبكة شائعًا بشكل متزايد للتطبيقات المنزلية والصناعية والبلدية. نظرًا للطبيعة المتغيرة لمصادر

اشترك في صحيفتنا الإخبارية!

انضم إلى قائمتنا البريدية التي تضم 8890 شخصًا رائعًا في حلقة تحديثاتنا الأخيرة حول تقنية البطاريات

اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا هنا – نعدك بأننا لن نشارك بريدك الإلكتروني مع أي شخص ولن نرسل لك بريدًا عشوائيًا. يمكنك الغاء الاشتراك في اي وقت.