Μπαταρία μολύβδου οξέος

Δοχείο
Το δοχείο μιας μπαταρίας μολύβδου-οξέος είναι μονοκόμματη κατασκευή και είναι κατασκευασμένο από σκληρό καουτσούκ, πλαστικό ή ασφαλτική σύνθεση. Πρέπει να αντέχει σε υπερβολική ζέστη και κρύο καθώς και σε μηχανικούς κραδασμούς και να είναι ανθεκτικό στην απορρόφηση οξέος. Χωρίζεται σε διαμερίσματα με χωρίσματα για διαφορετικά κελιά. Σχηματίζονται γέφυρες στο κάτω μέρος κάθε διαμερίσματος του οποίου στηρίζονται οι πλάκες των μπαταριών. Οι χώροι μεταξύ των νευρώσεων της γέφυρας παρέχονται για τη συλλογή ιζημάτων. Αυτό ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο βραχυκυκλωμάτων λόγω του ιζήματος.
Η φόρτιση και εκφόρτιση του διαχωριστή μιας μπαταρίας, φυσικά, θα τη φθείρει σταδιακά, έτσι ώστε μετά από λίγο το ενεργό υλικό των θετικών πλακών, το οποίο αποτελείται από εξαιρετικά λεπτούς κόκκους υπεροξειδίου του μολύβδου, σταδιακά να αποσυντεθεί και να χάσει τη φυσική επαφή με την πλάκα. που έχει πραγματοποιηθεί. Αυτό το χαλαρωμένο υλικό, εκτός εάν κρατιέται στη θέση του, είναι ελεύθερο να πέσει από την πλάκα και να αποτεθεί σε χώρο ιζήματος μεταξύ των γεφυρών στο κάτω μέρος κάθε κυψέλης. Όταν οι χώροι των ιζημάτων γεμίσουν τον πυθμένα του στοιχείου, η ζωή της κυψέλης συνήθως ξοδεύεται, καθώς το τεμαχισμένο υλικό θα σχηματίσει σταδιακά μια ηλεκτρική διαδρομή ή ένα βραχυκύκλωμα μεταξύ των θετικών και αρνητικών πλακών και θα παρεμποδίσει τη φόρτιση και διατήρηση της φόρτισης της μπαταρίας. Η μπαταρία μπορεί, φυσικά, να πέσει πριν εμφανιστεί αυτή η κατάσταση.

Πιάτα
Σε μια μπαταρία, πολλές παρόμοιες πλάκες βρίσκονται σε κατάλληλη απόσταση και συγκολλούνται ή καίγονται με μόλυβδο σε έναν ιμάντα για να σχηματίσουν μια ομάδα πλακών. Οι πλάκες αποτελούνται από διάτρητα πλέγματα στα οποία έχει συμπιεστεί ο μόλυβδος ή το υπεροξείδιο του μολύβδου. Τα πλέγματα είναι κατασκευασμένα από κράμα μολύβδου και αντιμονίου, που τα καθιστά ανθεκτικά στην ηλεκτροχημική διάβρωση και τους προσδίδει αντοχή και ακαμψία.
Υπάρχουν δύο τύποι ομάδων πλακών σε κάθε ομάδα θετικών κυττάρων και αρνητικής πλάκας. Η ομάδα πλάκας που συνδέεται με το θετικό τερματικό της κυψέλης αποτελείται από πλέγματα γεμάτα με μια πάστα υπεροξειδίου του μολύβδου (καφέ χρώματος). Η ομάδα πλακών που συνδέεται με τον αρνητικό ακροδέκτη της κυψέλης αποτελείται από πλέγματα γεμάτα με μεταλλικό μόλυβδο. Είναι σπογγώδες και θαμπό γκρι χρώμα.
Κάθε ομάδα πλακών συγκρατείται μεταξύ τους με έναν ιμάντα μετάδοσης, στον οποίο συγκολλάται κάθε μεμονωμένη πλάκα. Αυτοί οι ιμάντες εκτείνονται προς τα πάνω μέσω του καλύμματος της κυψέλης για να παρέχουν στους ακροδέκτες της κυψέλης για τη σύνδεση του ενός στοιχείου με το άλλο. Οι ομάδες πλακών είναι διατεταγμένες στο κελί έτσι ώστε η θετική και η αρνητική πλάκα να εναλλάσσονται.
Πρέπει να σημειωθεί ότι οι θετικές πλάκες είναι γεμάτες με δραστικό υλικό υπεροξειδίου του μολύβδου. Αυτό είναι ένα σκούρο καφέ κρυσταλλικό υλικό που αποτελείται από πολύ μικρούς κόκκους ή σωματίδια, που απορρίπτονται έτσι ώστε να παρέχουν υψηλό βαθμό πορώδους ώστε να επιτρέπεται στον ηλεκτρολύτη να διεισδύει ελεύθερα. Το ενεργό υλικό περιέχει επίσης τους λεγόμενους διαστολείς για να αποτρέψει τη συστολή του καλωδίου του σφουγγαριού και την επαναφορά στη στερεά ανενεργή κατάσταση κατά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Πλέγματα
Οι πλάκες μιας μπαταρίας αποθήκευσης μολύβδου οξέος αποτελούνται από ένα πλαίσιο ηλεκτρικού πλέγματος μέτρησης στα πλέγματα στα οποία τα ενεργά υλικά ενσωματώνονται με μια ηλεκτροχημική διαδικασία. Αυτά τα πλέγματα χρησιμεύουν για τη διοχέτευση του ρεύματος προς και από τα ενεργά υλικά των θετικών και αρνητικών πλακών. Για τα πλέγματα χρησιμοποιείται κράμα που αποτελείται κυρίως από μόλυβδο και αντιμόνιο. Το αντιμόνιο σκληραίνει και ενισχύει τον μαλακό μόλυβδο. Η παρουσία αντιμονίου διευκολύνει επίσης τη χύτευση της λεπτής λεπτομέρειας της δομής των πλεγμάτων και επιτρέπει τη διατήρηση του βάρους της μπαταρίας στο ελάχιστο.

Διαχωριστές
Μεταξύ των αρνητικών και θετικών πλακών τοποθετούνται διαχωριστικά για να διατηρούνται χωριστά το ένα από το άλλο. Οι διαχωριστές έχουν σχεδιαστεί για να κρατούν τις πλάκες σε απόσταση, ώστε να μην ακουμπούν και ταυτόχρονα πρέπει να είναι αρκετά πορώδεις ώστε να επιτρέπουν την κυκλοφορία του υγρού μεταξύ των πλακών.
Οι διαχωριστές κατασκευάζονται συνήθως από ειδικά επεξεργασμένο ξύλο, σκληρό καουτσούκ, ίνες εμποτισμένες με ρητίνη μόνα τους ή σε καύση με λάστιχα ή ψάθες από ίνες γυαλιού. Ορισμένες μπαταρίες διαθέτουν διαχωριστές από πολυβινυλοχλωρίδιο ή κορεσμένη με πολυαιθυλένιο κυτταρίνη.
Οι διαχωριστές έχουν νευρώσεις στην πλευρά που βλέπει τις θετικές πλάκες για να παρέχουν μεγαλύτερο όγκο οξέος δίπλα στο θετικό για λόγους βελτιωμένης απόδοσης και για να διευκολύνουν την κυκλοφορία του οξέος εντός του κυττάρου. Οι νευρώσεις ελαχιστοποιούν επίσης την περιοχή επαφής με τη θετική πλάκα, η οποία έχει εξαιρετικά οξειδωτική δράση στους περισσότερους διαχωριστές. Μεταξύ της θετικής πλάκας και του διαχωριστή τοποθετούνται μερικές φορές χαλάκια συγκράτησης ινών γυαλιού ή διάτρητα φύλλα από καουτσούκ ή πλαστικό για να επιβραδυνθεί η απώλεια ενεργού υλικού από την πλάκα και να προστατεύεται ο διαχωριστής από την οξείδωση.

Κατασκευή στοιχείων
Οι θετικές πλάκες συγκολλούνται σε έναν ιμάντα μετάδοσης που σχηματίζει μια ομάδα πλάκας, και οι αρνητικές πλάκες συγκολλούνται σε έναν παρόμοιο ιμάντα στύλου, σχηματίζοντας μια αρνητική ομάδα. Οι δύο ομάδες ενώνονται. Μεταξύ των πλακών εισάγονται διαχωριστικά με τις αυλακωμένες επιφάνειες των διαχωριστών δίπλα στις θετικές πλάκες. Αυτές οι ομάδες, συγκεντρωμένες με διαχωριστικά που τις προσβάλλουν, ονομάζονται Στοιχείο. Ένα στοιχείο χρησιμοποιείται ανά κελί. Οι ιμάντες μετάδοσης εκτείνονται προς τα πάνω μέσω του καλύμματος της κυψέλης και παρέχουν ακροδέκτες για τη σύνδεση ενός στοιχείου με ένα άλλο.
Μπορεί να υπάρχει οποιοσδήποτε επιθυμητός αριθμός ή μέγεθος πλακών που χρησιμοποιούνται σε ένα στοιχείο, ανάλογα με το πόση ενέργεια πρόκειται να αποθηκευτεί, αλλά θα υπάρχει συνήθως ένα αρνητικό πιάτο περισσότερο από τα θετικά για λόγους βελτιωμένης απόδοσης. Όσο μεγαλύτερες είναι οι επιφάνειες των πλακών που χρησιμοποιούνται ανά στοιχείο, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση κατά την εκφόρτιση σε υψηλούς ρυθμούς και χαμηλές θερμοκρασίες.
Ωστόσο, η τάση ανοιχτού κυκλώματος ενός πλήρως φορτισμένου στοιχείου, ανεξάρτητα από το μέγεθος του στοιχείου ή τον αριθμό των πλακών στο στοιχείο, είναι μόνο λίγο πάνω από δύο βολτ. Η τάση της μπαταρίας είναι το άθροισμα των τάσεων των κυψελών της.

Εξώφυλλο κυψέλης
Κάθε στοιχείο σφραγίζεται με ένα κάλυμμα από σκληρό καουτσούκ μέσα από το οποίο προβάλλουν οι θετικοί και οι αρνητικοί ακροδέκτες. Οι παρακείμενοι αρνητικοί και αρνητικοί ακροδέκτες συνδέονται με ιμάντες σύνδεσης. Κάθε κάλυμμα έχει ένα άνοιγμα μέσω του οποίου μπορεί να προστεθεί υγρό. Ένα πώμα πλήρωσης βιδώνεται από το άνοιγμα. Το καπάκι πλήρωσης διαθέτει αεραγωγό για τη διαφυγή αερίου. Σε πολλές μπαταρίες τελευταίου μοντέλου, παρέχεται ένα μονοκόμματο κάλυμμα που καλύπτει όλα τα κύτταρα.
Τα βύσματα εξαερισμού ειδικών σχεδίων συνεργάζονται με το άνοιγμα εξαερισμού του καλύμματος για να παρεμποδίζουν τα αέρια και τους ηλεκτρολύτες που εκτοξεύονται και ψεκάζονται ενάντια στο ανεπιθύμητο κάλυμμα, για να αποτρέψουν την απώλεια οξέος από το στοιχείο.

Ηλεκτρολύτης
Ο μόλυβδος και το υπεροξείδιο του μολύβδου γεμίζουν τις αντίστοιχες πλάκες και αναφέρονται ως τα ενεργά υλικά της μπαταρίας. Αλλά αυτά τα υλικά δεν μπορούν να γίνουν ενεργά έως ότου καλυφθούν από ένα υδατικό διάλυμα θειικού οξέος που ονομάζεται ηλεκτρολύτης.
Το θειικό οξύ του ηλεκτρολύτη τροφοδοτεί τα θειικά ιόντα που συνδυάζονται με καθένα από τα υλικά της πλάκας και απελευθερώνει την ηλεκτρική ενέργεια. Ο ηλεκτρολύτης θειικού οξέος είναι επίσης ο φορέας για το ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στην μπαταρία μεταξύ των θετικών και αρνητικών πλακών μέσω των διαχωριστών. Το κράμα αντιμονίου-μόλυβδου του πλαισίου πλέγματος των πλακών μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα προς και από τα ενεργά υλικά στους εξωτερικούς ακροδέκτες.
Ο ηλεκτρολύτης μιας πλήρως φορτισμένης μπαταρίας περιέχει περίπου 31% θειικό οξύ κατά βάρος ή περίπου 21% κατ' όγκο σε απεσταγμένο νερό. Αυτό αντιστοιχεί σε ειδικό βάρος 1,230 στους 27^0C.
Ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται σε μια μπαταρία μολύβδου-οξέος είναι το διάλυμα θειικού οξέος. Αποτελείται από 40% θειικό οξύ και 60% απεσταγμένο νερό. Το επίπεδο του ηλεκτρολύτη στο δοχείο είναι περίπου 10 mm πάνω από τις κορυφές των πλακών. Όταν ο ηλεκτρολύτης έχει προστεθεί και η μπαταρία έχει μια αρχική φόρτιση σχηματισμού, είναι έτοιμη για λειτουργία.

Συνδέσεις κυψέλης
Για τη σύνδεση των κυψελών μιας μπαταρίας, σε σειρά, τα στοιχεία τοποθετούνται σε κάθε κελί έτσι ώστε ο αρνητικός ακροδέκτης ενός στοιχείου να είναι δίπλα στον θετικό ακροδέκτη του επόμενου στοιχείου και ούτω καθεξής σε όλη την μπαταρία. Οι σύνδεσμοι κυψέλης τοποθετούνται πάνω από τα προεξέχοντα τερματικά μέρη και συγκολλούνται σε αυτά για τη σύνδεση των κυψελών σε σειρά. Οι σύνδεσμοι πρέπει να είναι αρκετά βαρείς ώστε να μεταφέρουν το υψηλό ρεύμα που απαιτείται για την εκκίνηση χωρίς υπερθέρμανση.

Τερματικά κωνικά
Οι ακροδέκτες της μπαταρίας είναι ειδικού σχεδιασμού, κωνικοί σε καθορισμένες διαστάσεις σύμφωνα με τα πρότυπα που έχουν συμφωνηθεί από τη βιομηχανία, έτσι ώστε όλοι οι ακροδέκτες του σφιγκτήρα θετικού και αρνητικού καλωδίου να ταιριάζουν εναλλακτικά σε οποιονδήποτε αντίστοιχο ακροδέκτη μπαταρίας. Ο θετικός ακροδέκτης είναι ελαφρώς μεγαλύτερος (διάμετρος 22,5 mm) στο επάνω μέρος από τον αρνητικό πόλο (διάμετρος 16 mm) στο επάνω μέρος, έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος εγκατάστασης μπαταρίας αντίστροφα.

Σφραγιστική Ένωση
Οι ενώσεις στεγανοποίησης χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν μια στεγανή ένωση μεταξύ των καλυμμάτων και των δοχείων. Είναι ένα μείγμα από ειδικά επεξεργασμένες ασφαλτικές ουσίες που έχουν αντοχή στη ροή σε υψηλές θερμοκρασίες του καλοκαιριού και αντοχή στο ράγισμα σε χαμηλές θερμοκρασίες του χειμώνα. Σε ειδικές κατασκευές, μερικές φορές χρησιμοποιούνται άκαμπτες πλαστικές σφραγίδες ρητίνης οι οποίες είναι μόνιμες και δεν αφαιρούνται με θέρμανση.