أصول بطارية حمض الرصاص

This post is also available in: English हिन्दी हिन्दी Español Français 日本語 Indonesia Tiếng Việt

أصول عمر بطارية حمض الرصاص

صحيح أن البطاريات هي واحدة من الابتكارات الرئيسية التي لديها جنبا إلى جنب مع تقنيات أخرى لتشكيل العالم الصناعي الحديث. من الصناعية إلى الاستخدام المنزلي إلى الاستخدام الشخصي، أنها أعطت حقا لنا الحريات والإمكانيات التي من شأنها أن تكون مستحيلة من دون تخزين الطاقة المحمولة وال ثابتة.

من الواضح جدا لأي إنسان حديث، أن مسيرة البطارية إلى المزيد والمزيد من جوانب حياتنا اليومية على زيادة سريعة، من خلية واحدة- استخدام واحد في الأجهزة المحمولة مثل AA القلوية لماوس الكمبيوتر أو خلية زر الزنك والهواء المستخدمة في ساعة اليد، إلى شبكة على نطاق الطاقة طاقة الطاقة نظام (BESS). على الرغم من هذا العدد الكبير من الكيمياء والتطبيقات ، فمن كيمياء البطارية الحمضية الرصاص الذي لا يزال ، بعد 160 عاما منذ اختراعه ، ومزود الأكثر غزارة من الطاقة المخزنة على هذا الكوكب. التين. 1 يظهر انهيار مبيعات البطارية حسب النوع و MWh المباعة على مدى السنوات ال 27 الماضية

فوائد وعيوب البطارية الحمضية
تصنيف 1 انهيار مبيعات البطارية حسب النوع و MWh
الشكل 2 بطارية بغداد
التيغ – 2 بطارية بغداد

ويأتي هذا بمثابة مفاجأة للبعض الذين يعتقدون أن لي أيون هي التكنولوجيا الأكثر مبيعا. هذا صحيح ولكن فقط في القيمة، وليس في القدرة. بسبب ارتفاع تكلفته لكل كيلوواط ساعة، بطارية ليثيوم أيون لديها قيمة مبيعات أعلى وإيرادات أكبر من حمض الرصاص. ومع ذلك، هذا هو أحد الأسباب التي تحملت بطاريات حمض الرصاص (LAB) لفترة طويلة في بيئة تجارية تنافسية للغاية ومتغيرة.

في هذا بلوق ، ونحن ننظر إلى اختراع بطاريات حمض الرصاص — بطارية تخزين الكهروكيميائية ، وتتبع أصولها عبر التاريخ ، من الأمثلة الأولى المعروفة من الخلايا الكهروكيميائية من خلال إلى VRLA الحديثة والإصدارات الثنائية القطب.

في عام 1749، استخدم بنجامين فرانكلين، وهو من متعدد الرياضيات في الولايات المتحدة، مصطلح “البطارية” لأول مرة لوصف مجموعة من المكثفات المرتبطة التي استخدمها في تجاربه على الكهرباء. وكانت هذه المكثفات لوحات من الزجاج المغلفة مع المعدن على كل سطح. وقد تم توجيه الاتهام إلى هذه المكثفات بمولد ثابت وجرى تفريغها بلمس المعادن في قطبها. ربطها معا في “بطارية” أعطى تفريغ أقوى. في الأصل وجود معنى عام من “مجموعة من اثنين أو أكثر من الأشياء المماثلة تعمل معا”، كما هو الحال في بطارية المدفعية، استخدم هذا المصطلح لأكوام فولتيا وأجهزة مماثلة التي تم توصيل العديد من الخلايا الكهروكيميائية معا.

إن بطارية حمض الرصاص هي جهاز تخزين كهروكيميائي وعلى هذا النحو له نفس المبدأ في توفير التيار الكهربائي والجهد مثل جميع البطاريات الكهروكيميائية الأخرى ، وبعضها سبق اعتماد حمض الرصاص كوسيلة لتخزين وتوصيل الكهرباء. ومع ذلك، كانت البطارية الأولى التي كانت قابلة لإعادة الشحن. وهذا يعني أنه يمكن استخدامها عدة مرات وإعادة إلى حالتها الكاملة من تهمة عند الحاجة. كان هذا هو الذي يميزها عن كيمياء البطاريات الأخرى في وقتها.

العودة إلى عندما تم اختراع أول خلية الكهروكيميائية هو مثير للجدل قليلا. هناك اكتشاف بابلي قديم يدعي البعض أنه خلية كهروكيميائية عاملة. التين. 2 صورة لما أصبح يعرف بـ”بطارية بغداد”. ولا يوجد توافق في الآراء على أن هذه السفن كانت تستخدم كبطاريات ولم يكن لها أي غرض كهروكيميائي. ومع ذلك، إذا امتلأت مع المنحل بالكهرباء مثل حمض الخليك، فإنها سوف تنتج التيار والجهد. معدنين مختلفين في موصل الأيونية – كيف لا؟

وأياً كان الحال الحقيقي، فإننا بحاجة إلى التقدم بسرعة إلى الأمام لما يقرب من 3000 سنة إلى القرن الثامن عشر عندما قام رجلان هولنديان، هما موسشنبروك وكونايوس، إلى جانب العالم الألماني إيوالد جورج فون كليست، بنسخة عمل من جرة ليدون. وكان هذا أساسا مكثف ولا يزال لا بطارية حقيقية. كان الفرنسي أليساندرو فولتا الذي اخترع ما يمكن أن نسميه أول خلية الكهروكيميائية في عام 1800، والمعروف الآن باسم كومة فولتيا فولتيك فولتا، وكان هذا أساسا برج عمودي من النحاس بالتناوب وأقراص الزنك مع قطعة قماش منقعة محلول ملحي بينهما، الشكل 3.

المشاكل العملية مع هذه البطارية الأولى واضحة جدا (السراويل الجانبية من تسرب المنحل بالكهرباء، والحفاظ على القماش رطبة الخ). ومع ذلك ، فإنه لم تنتج صدمة كبيرة ، وعندما تم إجراء اتصالات سلسلة بين الخلايا الفردية ، فإنه أعطى هزة أكبر. ومع ذلك، لم تكن الطريقة المثالية لتخزين وتوصيل الكهرباء. أدخلت بعض التحسينات على التصميم الذي سمح للبطاريات التي أدلى بها من خلال ربط الخلايا الواردة في الجرار الزجاجية الفردية وكان الاسكتلندي – وليام Cruickshank, الذي جعل بناء مربع ووضع لوحات على جانبهم بدلا من في كومة. أصبح هذا يعرف باسم بطارية الحوض الصغير وكان ، في الواقع ، مقدمة لجميع المنشآت الحديثة للبطارية تقريبًا.

ومع ذلك ، فإن المشكلة الكبيرة مع أي من هذه التصاميم ، هو أنها غير قابلة لإعادة الشحن. التفريغ واحد وكان لديك لوضع في لوحات جديدة والكهارل والبدء من جديد. ليس حقا حلا عمليا لتخزين وتوفير الكهرباء.

لم يكن حتى عام 1859 أن الفرنسي، غوستاف بلانتيه، اخترع أول خلية الكهروكيميائية القابلة لإعادة الشحن في العالم. وكان هذا الجرح دوامي ورقة مزدوجة من الرصاص مفصولة شريط مطاطي، مغمورة في المنحل بالكهرباء حمض الكبريتيك والواردة في جرة الزجاج التين. 4.

Fig 3 Volta’s Voltaic Pile Battery
التين 3 فولتا فولتيك كومة البطارية
الشكل 4 غوستاف بلانتيه
الشكل 4 غوستاف بلانتيه

وكانت اللوحات مشحونة كهربائياً للرصاص وثاني أكسيد الرصاص مع أسلاك الإقلاع المتصلة بكل ورقة رصاص. وكان الفرق المحتمل بين لوحات 2 فولت. أعطى أعلى مستمر الجهد الحالية من كومة فولتيك ولكن الأهم من ذلك، يمكن إعادة شحنها من مصدر كهربائي دون استبدال أي من المكونات. هذه القدرة على إعادة شحن والجهد العالي والمدة الحالية الأطول لهذه الكيمياء جاءت في وقت مناسب في التصنيع وساعدت في انتشار الاتصالات السلكية واللاسلكية والطاقة احتياطية حيث إمدادات التيار الكهربائي كانت غير موثوق بها.

في حين أن البطارية أصبحت ضجة كبيرة بين عشية وضحاها في مجال إمدادات الطاقة ، إلا أنها كانت لا تزال محدودة في قدرتها. وظل هذا مشكلة حتى تم إجراء اختراق كبير في تسويق بطارية حمض الرصاص في عام 1880 من قبل كميل ألفونس فوريه. من أجل زيادة مدة التيار أثناء تصريفه ، كان لديه فكرة طلاء صفائح الرصاص مع عجينة من أكاسيد الرصاص وحمض الكبريتيك والماء. ثم طور عملية المعالجة التي وضعت بها الصفائح المغلفة في جو دافئ ورطب.

في ظل هذه الظروف، شكل خليط عجينة كبريتات الرصاص الأساسية التي تفاعلت أيضا مع أقطاب الرصاص لتشكيل السندات مقاومة منخفضة. ثم حُكم على الألواح بحمض الكبريتيك، وتم تحويل عجينة الشفاء إلى مادة نشطة كهروكيميائياً. هذا أعطى قدرة أعلى بكثير من خلية بلانتيه الأصلي.

أيضا في عام 1881، استبدل إرنست فولكمار موصل ورقة الرصاص باستخدام شبكة الرصاص. وكان لهذا التصميم الشبكة فائدة مزدوجة لتوفير مساحة أكبر للمواد النشطة، مما أعطى بطارية ذات قدرة أعلى، كما مكن من ربط أفضل من المواد النشطة إلى الشبكة.

هذه الفوائد اثنين تعطي مقاومة أقل وبطارية أكثر قوة مع كثافة طاقة أعلى محددة. سكودامور سيلون تحسنت على هذا بإضافة الأنتيمون إلى الرصاص لجعل الشبكة قاسية بما فيه الكفاية لمعالجة ميكانيكيا والبدء حقا في إدخال سرعات الإنتاج أسرع. كان 1881، في الواقع، عامًا من ابتكار المنتجات مدفوعًا باستخدامات حديثة الناشئة لإمدادات كهربائية محمولة، مثل أول سيارة كهربائية تقودها بطاريات قابلة لإعادة الشحن، دراجة بخارية ثلاثية العجلات من غوستاف تروفيه التي وصلت إلى 12 كم/ساعة مذهلة.

كابوس التأمين! في عام 1886 أطلقت أول غواصة تعمل ببطارية حمض الرصاص في فرنسا. كان لدينا أيضا أول تصميم أنبوبي من لوحة للبطارية الحمضية الرصاص، التي صممها كوري S.C. الذي أعطى حياة دورة أفضل وكثافة الطاقة.

حتى الآن البطاريات الحمضية الرصاص كانت على لفة وفي عام 1899 وصلت كاميل Jenatzy 109 كم / ساعة في سيارة كهربائية تعمل بالطاقة من بطاريات حمض الرصاص. مع هذه المسيرة من الطاقة الكهربائية، والتي تشمل تركيب نظام توزيع الكهرباء الباريسي في عام 1882 وظهور تلغراف مورس الكهربائية في الولايات المتحدة الأمريكية، كان من الواضح أن بطارية حمض الرصاص كان لا بد من إنتاجها بطريقة تجارية مناسبة.

الشكل 5. كاميل جناتزي في سيارته الكهربائية 105kmh
الشكل 5. كاميل Jenatzy في سيارته الكهربائية 105km / ساعة "Jamais Contente" زوجته ، في الصورة هنا ، ويفترض استخدام مظلة الفرامل المظلة الأولى.
Fig 6. Genzo Shimadzu’s Lead Suboxide Manufacturing Machine
الشكل 6. جينزو شيمادزو آلة تصنيع أكسيد الرصاص

بدء تحديث بناء بطارية حمض الرصاص

ولم يكن التصميم الحالي وعملية إنتاج أكسيد الرصاص تصلح بسهولة لأساليب الإنتاج الضخم. وكان الطلب على بطاريات حمض الرصاص في هذا العصر يفوق بسرعة القدرة على الإنتاج. وهناك حاجة ملحة إلى أساليب جديدة صديقة للإنتاج وتصاميم البطاريات. وقد وصل أول اختراق في عام 1898 عندما قام جورج بارتون ببراءة اختراع طريقة جديدة وأسرع لإنتاج أكسيد الرصاص المستخدم في صنع المادة النشطة التي اخترعها فوريه. استخدم بارتون الطريقة التقليدية للذوبان والأكسدة بالرصاص باستخدام الهواء الساخن. وكان ابتكاره لإنتاج قطرات غرامة التي أنشأتها اثارة الرصاص المنصهر الذي تعرض بعد ذلك لتيار الهواء المرطب سريع التدفق.

  • وكان هذا المزايا المزدوجة لتسريع العملية إلى حد كبير وتوفير حجم الجسيمات أدق بكثير من الطريقة التقليدية التي تتطلب المزيد من طحن لإعطاء منتج مناسب للمواد النشطة البطارية. ولم تخترع عملية بديلة إلا بعد 30 عاماً من قبل جينزو شيمادزو من شركة شيمادزو.
  • كانت طريقته هي إلقاء شذرات صغيرة من الرصاص وكومتها في طاحونة كرة دوارة مع الهواء الساخن في مهب. هذا خلق أكسيد السطح على شذرات التي كانت هشة وتقشر قبالة ثم كان الأرض وصولا الى مسحوق ناعم. تم التحكم في سرعة تدفق الهواء لحمل أحجام معينة من الجسيمات من الطاحونة وتخزينها في صوامع جاهزة لخلط اللصق.

  • وقد ظلت هذه الأساليب المبكرة لصنع أكسيد الرصاص لصناعة البطاريات دون معارضة لمدة قرن تقريبا. وقد تتيح التطورات الأخيرة في إيجاد أساليب لإعادة تدوير البطاريات أكثر ملاءمة للبيئة (هطول الرصاص من محاليل خلات الرصاص) في المستقبل طرق إنتاج بديلة، ولكن في الوقت الراهن، لا يوجد بديل عملي.
    لم يكن تصميم غاستون بلانتيه حلاً عملياً لبطارية ضخمة. حتى التحسينات من فوريه والاسكتلندي وليام Cruickshank، الذي وضع عناصر لوحة بلانتيه في مقصورات مربع لتشكيل بطارية متصلة سلسلة، لم توفر الموثوقية أو القدرة على الإنتاج الضخم.

إن المهندس والمخترع اللوكسمبورجي هنري أوين تيودور هو الذي يُنسب إليه الفضل في تطوير أول تصميم عملي للبطاريات الحمضية الرصاصية في عام 1866. وقد أسس أول مصنع لتصنيعه في روسبورت، لوكسمبورغ، ومضى مع مستثمرين آخرين لإنشاء مصانع في جميع أنحاء أوروبا. وكان مفتاح نجاحه لوحة بطارية أكثر قوة، والتي كانت أطول أمدا من التصميم الحالي.

بطارية حمض الرصاص تعمل

في هذا الوقت، كان جينزو شيمادزو يُعد أول مصنع لتصنيع بطاريات حمض الرصاص في اليابان، وأنتج بطارية تخزين حمض الرصاص في الألواح ذات السعة 10 Ah. وكانت هذه بداية الشركة اليابانية المألوفة الآن، بطاريات GS. وكانت كلتا الشركتين رائدتين في العمليات الحديثة وأعطت بطاريات حمض الرصاص موثوقية وحياة أكبر.

قدم القرن 20 العديد من ترقيات للبطارية حمض الرصاص. بدأت الترقيات مع مواد البناء. حتى العقدين الأولين في القرن العشرين، كانت حاويات خلايا البطارية تتكون من صناديق خشبية مبطنة بالمطاط أو الملعب. وبحلول أوائل العشرينات من القرن العشرين، تحسنت تقنيات صب المطاط الصلب (إيبونيت) إلى درجة أنه كان من الممكن توفير صناديق مطاطية صلبة متعددة الخلايا ذات الخلية الواقية من التسرب لخلايا حمض الرصاص المتصلة بالسلسلة السكنية. جعل الإستعمال من ملعب أغطية محكمة الغلق هو يمكن أن يتلقّى مختومة, على الأعلى رصاص توصيلات بين الخلايا. استمر هذا البناء، جنبا إلى جنب مع فواصل خشبية ولوحات سميكة جدا، حتى أوائل 1950s.

عمر بطارية حمض الرصاص

لم التطورات على داخل البطارية لا تقف تماما لا يزال خلال هذه الفترة. أصبحت فواصل الألياف السليلوز، مشربة مع الراتنج خيار مقاومة خفيفة الوزن وأقل للفاصل الخشبي. هذه المزايا ونزوحها أقل حمض أعطى المزيد من إمكانيات التصميم مما سمح قدرات أعلى وأداء أفضل عالية معدل تصريف. أعطت التحسينات التي أدخلت على سبائك التنمون الرصاص شبكة أكثر قوة ، قادرة على تحمل المزيد من العمليات الآلية والسماح في نهاية المطاف بلصق الآلة. المضافات في عجينة مثل الكربون لطبق السلبية والألياف السليلوزية في المواد الإيجابية لوحة نشطة، أعطى دفعة كبيرة لحياة دورة بطاريات حمض الرصاص.

Fig 7 The trough battery which was in essence a Voltaic Pile laid down to prevent electrolyte leakage
التين 7 البطارية الحوض الصغير، الذي كان في جوهره كومة فولتيك وضعت لمنع تسرب المنحل بالكهرباء
الشكل 8 1940s دولة من الفن، من الصعب المطاط حالة سيارة بداية البطارية مع موصلات intercell العليا الخارجية
الشكل 8 1940s دولة من الفن، من الصعب المطاط حالة سيارة بداية البطارية مع موصلات intercell العليا الخارجية

ومع ذلك، كان في أوائل 1950s، عندما بدأ البلاستيك لتصبح جزءا لا يتجزأ من أسلوب حياتنا الحديثة، أن مواد البطارية وطرق المعالجة بدأت حقا في التغير. والخصائص الفيزيائية والكيميائية، بالإضافة إلى مجموعة من البلاستيك المختلفة المتاحة، تعني أن أساليب بناء البطاريات والإنتاج يمكن إصلاحها بشكل جدي في النصف الثاني من القرن العشرين. أضف إلى ذلك التقدم في المعادن من سبائك الرصاص المستخدمة في صنع الشبكة، وشهدت صناعة البطارية تسارعا خطيرا في تحسين الأداء وتكلفة منتجاتها خلال هذه الفترة.

ومن الصعب حقا معرفة من أين نبدأ في سرد أهم التطورات، لذلك ربما يكون الترتيب الزمني هو الأنسب. وهناك الكثير من هذا هو التذكر الشخصية بدلا من الحقيقة التاريخية المباشرة، لكنه دقيق بما يكفي ليكون حساب معقول من الخطوات التكنولوجية التي أدت إلى تصاميم البطارية الحمضية الرصاص الحالية. أعتقد العودة إلى 1960s رأينا آلة لصق لوحات وشبه التلقائي الصب من الشبكات تصل إلى مستويات أعلى من الدقة والسيطرة.

أدى هذا إلى استبدال تدريجي للصب اليد واليد لصق من قبل أسرع بكثير كتاب قالب الشبكة الصب ومجرف – المتداول حزام لصق الأساليب للوحات واحدة أو مزدوجة. وقد أعطت كل من هذه التقنيات مستويات إنتاج أعلى وسيطرة أفضل على الشبكة وأوزان وأبعاد المواد النشطة. وكان الأثر الأولي لذلك توفير المال في تكاليف اليد العاملة والمواد على حد سواء. وكان الأثر الثانوي أنه مهد الطريق لنطاقات التسامح الأضيق التي تتطلبها بطاريات إعادة التركيب.

وكان هذا ممكنا فقط، بطبيعة الحال، بسبب اتصال من خلال الجدار من الأشرطة البطارية داخل الخلايا. هذه تقنية اللحام الضغط هو بطل مجهول من عالم هندسة البطارية. في جوهرها، هو جهاز ذكي جدا باستخدام قيمة المقاومة من ذاب الكهربائية ذاب الرصاص intercell الاقلاع لتحديد متى كانت تملأ ثقب قسم انتيرسيل مع الرصاص.

هذا الأسلوب إزالة الرصاص الثقيلة ومكلفة أعلى نهاية ومكنت مرآة أبسط بكثير من لوحة ساخنة لاستخدامها لختم مربع وغطاء. هذا هو دون تحويل الجمعية رأسا على عقب كما هو الحال مع الراتنج وطرق الغراء. ليس فقط لم هذا الأسلوب التجميع تحسين معدلات الإنتاج وخفض التكاليف، ولكن أيضا القضاء تقريبا على سبب رئيسي من عوائد الضمان: تسرب حمض.

كما ساعدت التطورات في تكنولوجيا الفواصل على هندسة أساليب إنتاج أفضل، فضلا عن معالجة طريقة مشتركة من فشل البطارية، وذلك من الدوائر الداخلية لقصر التيار القصير. في البداية، سمح صلابة الميكانيكية من السليلوزية ومن ثم فواصل pvc مُتَلَدَّد التراص التلقائي لحزم البطارية. أدى هذا إلى تطوير المدلى بها على حزام والتجمع التلقائي للبطارية الحمضية الرصاص. وكان هذا تقدما كبيرا. كان الأسلوب الانضمام لوحة تصل إلى هذه النقطة دائما حرق اليد، وذلك باستخدام قالب شريط حافلة تقسيم مع فتحات التي تم إدراج لوحات باليد. ثم تم لحامها يدويا معا عن طريق ذوبان عصا سبيكة الرصاص في القالب باستخدام شعلة أوكسي أسيتيلين.

وهذا لا يزال قيد الاستخدام حتى اليوم ولكن يقتصر في معظمه على أكبر البطاريات الصناعية التي يصعب التعامل مع المعدات الآلية. وبصرف النظر عن انخفاض الإنتاجية، فقد كان مصدرا رئيسيا لفشل الضمان في هذه الصناعة. لأن لوحات ملحومة تستقيم، وهناك احتمال أن الرصاص المنصهر يمكن أن تسرب من الثغرات في قالب شريط الحافلة أسفل بين لوحات لإنشاء دائرة قصيرة فورية أو مستقبلية.

مخطط بطارية حمض الرصاص

Fig 9. The familiar polypropylene case and lid of the modern battery
الشكل 9. حالة البولي بروبلين المألوفة وغطاء البطارية الحديثة
Fig 10. Modern cast on strap automated battery assembly
الشكل 10. يلقي الحديثة على حزام التجميع البطارية الآلي

طريقة يلقي على حزام، وخاصة بالنسبة لبطاريات SLI أصغر، وقد حل محل جميع ولكن عملية حرق اليد اليدوية. على الرغم من أن خيار مكلفة، فإنه لا تعطي صفر أشواط الرصاص، وإذا تم استخدام تنظيف العروة الصحيحة وتدفق، كما يعطي أفضل، وانخفاض مقاومة العروة لحام حزام. تحسين إضافية إلى هذه العملية هو أسلوب تجميع التفاف. إن ظهور فاصل البولي إيثيلين الذي يتسم بالمرونة العالية والقابلة للحام يعني أنه يمكن إجراء البطاريات بلوحات معزولة تمامًا.

في هذه الطريقة، يمكن إدراج لوحات إما إيجابية أو سلبية تلقائيا في قطاع فاصل، الشريط مطوية وقطع حول لوحة ومن ثم إما باستخدام الحرارة، الفوق صوتيات أو العاكس، وتشكيل ختم كامل حول لوحة. هذه الطريقة، جنبا إلى جنب مع يلقي على حزام وإدخال المجموعة التلقائي في مربع البطارية، ويوفر معدلات إنتاج عالية، ضمانات منخفضة وربما الأهم من ذلك، يقلل إلى حد كبير التعرض الرصاص المشغل.

حتى 1970s، كان بطاريات حمض الرصاص بعض العيوب الخطيرة. وكانت هذه التكاليف مرتفعة بسبب فقدان المياه مع إنتاج الأبخرة الحمضية والغازات المتفجرة التي يتم شحنها. وكان هذا تكلفة خطيرة لكثير من الأنشطة الصناعية، ولا سيما صناعة شاحنات رفع الشوكة التي تتطلب غرف شحن خاصة مع استخراج والمياه المستمرة تتصدر الإجراءات لمنع البطارية الجافة. بدأ حل هذه المشاكل في الظهور في السبعينيات عندما تحولت الشركات المصنعة للبطاريات إلى سبائك منخفضة من أنتيمون لبطاريات السيارات.

أنواع بطاريات حمض الرصاص

على الرغم من أن هذا كان في البداية لتوفير التكاليف، سرعان ما اكتشف أن جنبا إلى جنب مع الجهد التي تسيطر عليها المولد شحن في سيارة، وفقدان المياه من البطارية، وبالتالي تم تخفيض كبير تصل صيانة. قبل فترة طويلة، تم تخفيض سبائك اتريم الرصاص إلى 1.8٪ س ب مقارنة مع 11٪ المستخدمة في النصف الأول من القرن. هذا، في جوهره، أعطى بطاريات SLI المغمورة بالمياه، خالية من الصيانة.

أخذت فكرة استخدام سبيكة الرصاص الغازية المنخفضة الزخم في 80s عندما بدأت بطارية حمض الرصاص المنحل بالكهرباء المتعطشة في الظهور في حاوية البطارية المألوفة الآن باستخدام نفس اللوحات وتصاميم الشبكة مثل النطاق القياسي المغمور بالمياه. وكانت هذه البطارية مغلقة تماما والتي لن تفقد المياه أو إطلاق الغازات المتفجرة. الهيدروجين والأكسجين المنتجة في الأقطاب الكهربائية سيعقد في البطارية في المنحل بالكهرباء غير متحركة وإعادة تجميعها لتشكيل المياه.

وكان تثبيت الحمض إما عن طريق الاختلاط مع السيليكا لتشكيل جل أو عقد في تعليق في فاصل حصيرة الزجاج مضغوط للغاية. على الرغم من أن بطارية حمض الرصاص التي ينظمها الصمام كانت في الاستخدام التجاري منذ 1960s (Sonnenschein ثم غيتس) ، وتستخدم هذه التصاميم الرصاص النقي للشبكات ، والتي هي لينة جدا. وهذا يعني أن إمكانيات التصميم وطرق المعالجة كانت محدودة.

تم تصميم سبائك جديدة التي أزالت تماما أنتيمونية واستبدال الكالسيوم كعامل تصلب. رفع هذا بشكل فعال الهيدروجين والأكسجين المفرط على الرصاص فوق 2.4 فولت لكل خلية عتبة الشحن، والتي من شأنها أن تسمح إعادة الشحن في غضون 15 ساعة، أو دورة واحدة في اليوم عملية. ومع ذلك ، حدثت مشاكل خطيرة في أوائل 1980s عندما فشل البطارية ضخمة بسبب ما يطلق عليه فقدان القدرة السابقة لأوانها أو PCL ضرب معظم شركات البطارية من الصعب جدا. وكان هذا فعليا فقدان القدرة السريعة جدا التي تعاني منها بطاريات حمض الرصاص في غضون الأسابيع القليلة الأولى أو الأشهر الأولى من كونها في الخدمة.

تم حله في نهاية المطاف في 1990s مع إدخال القصدير في سبيكة الرصاص. العمل الدقيق من القصدير على واجهة وسلامة المواد النشطة هو قابل للنقاش، ولكن تبين أن العمل. أحد الآثار الجانبية هو أنه إذا كان التوازن بين القصدير والكالسيوم في الشبكة الإيجابية خاطئًا ، فقد يؤدي ذلك إلى فشل كارثي في تآكل الشبكة. عمل ديفيد برينغامان في 90s حل هذا ونحن الآن تتمتع معقول خالية من المشاكل وخالية من الصيانة بطاريات حمض الرصاص.

آلات تصنيع بطاريات حمض الرصاص

الشكل 11. الدولة الحديثة للفن، مختومة VRLA TGel البطاريات مع بناء لوحة أنبوبي وأحدث تكنولوجيا سبيكة
الشكل 11. الدولة الحديثة للفن، مختومة VRLA TGel البطاريات مع بناء لوحة أنبوبي وأحدث تكنولوجيا سبيكة
الشكل 12. تجميع بطارية آلية حديثة من قبل مجموعة اللقيم على الحزام
الشكل - 12. تجميع بطارية آلية حديثة من قبل مجموعة اللقيم على الحزام

خلال 1980s خضع التصميم أنبوبي من لوحة أيضا بعض التغييرات الجذرية. منذ بداياته في عام 1910 حتى منتصف 60s كان قد استخدم اسطوانات مطاطية مسامية فردية مثبتة على العمود الفقري للشبكة لعقد المواد النشطة. وقد حل محل ذلك استخدام أنابيب الألياف الزجاجية المشربة بالراتنجات الفردية. بسبب ارتفاع معدلات الخردة والصعوبة المادية للتعامل مع هذا المنتج في بيئة الإنتاج الضخم ، تم تطوير القفاز متعدد الأنابيب المنسوجة. أدى ذلك إلى إنشاء وحدة واحدة للشبكة غير المعبأة وناقل المواد النشط.

وبحلول الثمانينات من القرن العشرين، كانت حقائب PT متعددة الأنابيب قد استولت بالكامل تقريبًا من أنبوب الـ PG الذي كان لا يزال قيد الاستخدام بسبب الاقتصاد الزائف المتمثل في انخفاض التكلفة. يسمح القفاز أكياس PT الآن أتمتة صب والعمود الفقري شريحة الإدراج من إنتاج لوحة. التطورات في وقت لاحق في أواخر 80s وسعت هذا لملء لوحة مع المواد النشطة.

كان هادي هو الذي قاد الطريق لإنتاج خط آلي بالكامل من صب العمود الفقري إلى ملء وتغطية وتجفيف / علاج اللوحات. وخلال هذه الفترة، تم أيضا إدخال أساليب ملأت آليا، إما مبللة أو ملؤها الطين. وكانت هذه الأساليب أفضل بكثير من وجهة نظر الصحة والسلامة لأنها خفضت من الرصاص في مشاكل الهواء من بدائل ملء مسحوق جاف.

وكانت الألفية الثانية تركز على قضايا جديدة تتعلق ببطاريات حامض الرصاص. وقد سلطت محطة التوقف، وبعض التطبيقات الأخرى، الضوء على مشاكل البطاريات الحمضية الرصاصية المغمورة بالمياه التي تعمل في حالة جزئية من الشحن (PSoC). في هذا، والمواد النشطة في لوحات يصبح الخشنة مع مساحة سطحية أقل فعالية. وبالتالي، فإن المادة أقل رد فعل، مما يعطي قدرات أقل وقدرة منخفضة على التفريغ بمعدل مرتفع.

لمكافحة هذا العمل الكبير يجري للعثور على إضافات، وهي الكربون في أشكال مختلفة التي تمنع هذا الخشنة وتحسين الموصلية من المواد النشطة. وهذا يحسن أيضا قبول تهمة (مهم في بدء وقف الاستخدام) وكذلك توفير النوى لهطول الأمطار في ظروف PSoC لمنع الخشنة الجسيمات AM. وقد أُبلغ عن بعض النجاح، ولكن لا يوجد دليل جوهري على أن هذه المواد المضافة الباهظة الثمن قد اعتمدت عالميا.

وقد تم القيام بعمل كبير من قبل موردي المضافات والمصنعين فاصل لتحسين كل من PSoC والأداء الكهربائي للبطاريات الحمضية الرصاص. ويجري تسويق تصاميم فواصل جديدة التي تمنع التقسيم الطبقي للحمض في ظروف PSoC، وكذلك الفواصل مع إضافات مدمجة للمساعدة في تقليل تخثر الجسيمات في المواد النشطة. هذا أصبح على أهمية متزايدة مع تغير السوق SLI التقليدية لاستيعاب صعود السيارة الكهربائية ومتغيراتها الهجينة.

تطبيقات بطارية حمض الرصاص

مع بدء تلاشي محرك الاحتراق الداخلي من طرقنا واستمرار توسع سوق EV ، فإن بطارية حمض الرصاص ، على الرغم من أنها لا تزال التكنولوجيا الأكثر مبيعًا في أسواق تخزين الطاقة اليوم ، سيتعين عليها الخضوع لمزيد من التعديلات. تصاميم جديدة، مثل إصدار ثنائي القطب توفر طاقة أعلى بكثير وكثافات الطاقة وانخفاض التكلفة بسبب استخدام الرصاص أقل بكثير في بنائها.

الشكل 13. مخطط تخطيطي لبناء البطارية ثنائي القطب
الشكل - 13. مخطط تخطيطي لبناء البطارية ثنائي القطب
الشكل 14. وحدات تخزين الطاقة على نطاق الشبكة
الشكل - 14. وحدات تخزين الطاقة على نطاق الشبكة

ويتيح ظهور أسواق جديدة، ولا سيما تخزين الطاقة، فرصا جديدة للبطاريات الحمضية الرصاصية. إن التركيز على حياة دورة أفضل، والكفاءة في استخدام الطاقة، وانخفاض التكلفة، سوف يعطي عائد استثمار أكثر جاذبية للشركات التي تقوم بتركيب أنظمة على نطاق الشبكة. على الرغم من الانخفاض المحتمل في سوق SLI من قطاع EV المتنامي ، لا تزال بطاريات حمض الرصاص لديها إمكانات سوقية ضخمة. ومع ذلك ، فإنه يعتمد على التسويق بقدر ما يعتمد على التكنولوجيا. ولا تزال أنظمة البطاريات الجديدة، ولا سيما كيمياء بطاريات الليثيوم أيونات، لديها شواغل بيئية كبيرة تتعلق بعدم وجود بنية تحتية لإعادة التدوير أو التخلص منها علاوة على تكلفتها الأولية العالية.

وهذا يمكن أن يعني صدمة نهاية الحياة مكلفة إذا تم تطبيق تكاليف التخلص من البطارية، والتي بالنسبة للعديد من الشركات التي لديها استثمارات كبيرة في البطارية يمكن أن تكون كبيرة. هذا وارتفاع تكلفة الشراء يعني أن العائد على الاستثمار للبطارية أيون الليثيوم هو أقل جاذبية بكثير من الرصاص الحمضية البطارية في معظم التطبيقات الحالية والناشئة. في سوق EV ، على سبيل المثال ، لا يريد العديد من أصحاب العربات الكهربائية التكلفة الرأسمالية لبطارية أيونات الليثيوم وسعداء باستخدام نظيرها من حمض الرصاص المغمور بالمياه.

باختصار، ما يمكننا قوله هو أن حمض الرصاص لا يزال يتطور لتلبية التطبيقات الجديدة وبيئات السوق الجديدة. مع طرق جديدة وأرخص وأكثر أمانًا بيئيًا لإعادة تدوير بطاريات حمض الرصاص التي يتم تطويرها ، لا تزال البطارية الأكثر ملاءمة للبيئة والموثوقية والأمان التي يمكنك شراؤها. ويأتي بسعر منخفض جدا. فكر في ذلك في المرة القادمة التي تقوم فيها بإجراء مقارنة بين كيمياء البطاريات المتنافسة.

انتقل إلى أعلى