లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ: పని, నిర్మాణం మరియు ఛార్జింగ్ / డిశ్చార్జింగ్

దాదాపు ప్రతి పోర్టబుల్ మరియు హ్యాండ్‌హెల్డ్ పరికరం బ్యాటరీని కలిగి ఉంటుంది. బ్యాటరీ ఒక నిల్వ పరికరం, అవసరమైనప్పుడు శక్తిని అందించడానికి శక్తిని నిల్వ చేస్తుంది. ఈ ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్స్ ప్రపంచంలో వివిధ రకాల బ్యాటరీలు అందుబాటులో ఉన్నాయి, వాటిలో లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ సాధారణంగా అధిక విద్యుత్ సరఫరా కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. సాధారణంగా లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలు కఠినమైన మరియు భారీ నిర్మాణంతో పరిమాణంలో పెద్దవిగా ఉంటాయి, అవి అధిక మొత్తంలో శక్తిని నిల్వ చేయగలవు మరియు సాధారణంగా ఆటోమొబైల్స్ మరియు ఇన్వర్టర్లలో ఉపయోగిస్తారు.

లి-అయాన్ బ్యాటరీలతో పోటీ పడిన తరువాత కూడా, లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీల డిమాండ్ రోజురోజుకు పెరుగుతోంది, ఎందుకంటే అవి లి-అయాన్ బ్యాటరీలతో పోల్చితే చౌకగా మరియు సులభంగా నిర్వహించగలవు. కొన్ని మార్కెట్ పరిశోధనల ప్రకారం, ఇండియా లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ మార్కెట్ 2018-24 మధ్య కాలంలో CAGR వద్ద 9% పైగా పెరుగుతుందని అంచనా. కాబట్టి, ఆటోమేషన్, ఆటోమోటివ్ మరియు కన్స్యూమర్ ఎలక్ట్రానిక్స్లో దీనికి భారీ మార్కెట్ డిమాండ్ ఉంది. ఎలక్ట్రిక్ వాహనంలో చాలావరకు లిథియన్-అయాన్ బ్యాటరీలతో వస్తుంది, అయితే ఇప్పటికీ చాలా ఎలక్ట్రిక్ ద్విచక్ర వాహనాలు ఉన్నాయి, ఇవి వాహనాన్ని శక్తివంతం చేయడానికి లీడ్ యాసిడ్ యుద్ధాలను ఉపయోగిస్తాయి.

మునుపటి ట్యుటోరియల్‌లో మేము లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల గురించి తెలుసుకున్నాము, ఇక్కడ లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీల పని, నిర్మాణం మరియు అనువర్తనాలను అర్థం చేసుకుంటాము . రేటింగ్‌లు, అవసరాలు మరియు లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీల భద్రత గురించి ఛార్జింగ్ / డిశ్చార్జ్ గురించి కూడా నేర్చుకుంటాము.

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ నిర్మాణం

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ అంటే ఏమిటి? మేము లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ పేరును విచ్ఛిన్నం చేస్తే మనకు లీడ్, యాసిడ్ మరియు బ్యాటరీ లభిస్తుంది. సీసం ఒక రసాయన మూలకం (గుర్తు Pb మరియు పరమాణు సంఖ్య 82). ఇది మృదువైన మరియు సున్నితమైన మూలకం. యాసిడ్ అంటే ఏమిటో మాకు తెలుసు; ఇది ప్రోటాన్‌ను దానం చేయవచ్చు లేదా ఎలక్ట్రాన్ జతను ప్రతిస్పందించేటప్పుడు అంగీకరించవచ్చు. కాబట్టి, లీడ్ మరియు అన్‌హైడ్రస్ ప్లంబిక్ ఆమ్లం (కొన్నిసార్లు తప్పుగా లీడ్ పెరాక్సైడ్ అని పిలుస్తారు) కలిగి ఉన్న బ్యాటరీని లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ అంటారు.

ఇప్పుడు, అంతర్గత నిర్మాణం ఏమిటి?

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ కింది విషయాలను కలిగి ఉంటుంది, మేము దానిని క్రింది చిత్రంలో చూడవచ్చు:

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలో ప్లేట్లు, సెపరేటర్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్, హార్డ్ ప్లాస్టిక్ హార్డ్ రబ్బరు కేసు ఉంటుంది.

బ్యాటరీలలో, ప్లేట్లు పాజిటివ్ మరియు నెగటివ్ అనే రెండు రకాలు. పాజిటివ్ ఒకటి లీడ్ డయాక్సైడ్ మరియు ప్రతికూల ఒకటి స్పాంజ్ లీడ్ కలిగి ఉంటుంది. ఈ రెండు ప్లేట్లు ఇన్సులేటింగ్ పదార్థం అయిన సెపరేటర్ ఉపయోగించి వేరు చేయబడతాయి. ఈ మొత్తం నిర్మాణం ఎలక్ట్రోలైట్‌తో కఠినమైన ప్లాస్టిక్ కేసులో ఉంచబడుతుంది. ఎలక్ట్రోలైట్ నీరు మరియు సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం.

హార్డ్ ప్లాస్టిక్ కేసు ఒక సెల్. ఒకే సెల్ స్టోర్ సాధారణంగా 2.1 వి. ఈ కారణంగా, A 12V లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ 6 కణాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు సాధారణంగా 6 x 2.1V / సెల్ = 12.6V ను అందిస్తుంది.

ఇప్పుడు, ఛార్జ్ నిల్వ సామర్థ్యం ఎంత?

ఇది క్రియాశీల పదార్థం (ఎలక్ట్రోలైట్ పరిమాణం) మరియు ప్లేట్ పరిమాణంపై ఎక్కువగా ఆధారపడుతుంది. లిథియం బ్యాటరీ నిల్వ సామర్థ్యం mAh లేదా మిల్లియాంప్-గంట రేటింగ్‌లో వివరించబడిందని మీరు చూసారు, కానీ లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ విషయంలో, ఇది Amp గంట. మేము దీనిని తరువాత విభాగంలో వివరిస్తాము.

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ పని

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ యొక్క పని కెమిస్ట్రీ గురించి మరియు దాని గురించి తెలుసుకోవడం చాలా ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది. లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ స్థితిలో భారీ రసాయన ప్రక్రియ ఉంది. పలుచన సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం H ₂ SO ₄ అణువులు ఆమ్లం కరిగినప్పుడు రెండు భాగాలుగా విరిగిపోతాయి. ఇది సానుకూల అయాన్లు 2H + మరియు ప్రతికూల అయాన్లు SO _{4 ను} సృష్టిస్తుంది. మేము ముందు చెప్పినట్లుగా, రెండు ఎలక్ట్రోడ్లు పలకలుగా అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి, యానోడ్ మరియు కాథోడ్. యానోడ్ ప్రతికూల అయాన్లను పట్టుకుంటుంది మరియు కాథోడ్ సానుకూల అయాన్లను ఆకర్షిస్తుంది. యానోడ్ మరియు SO ₄ - మరియు 2H + ఇంటర్‌చేంజ్ ఎలక్ట్రాన్‌లతో కాథోడ్‌లోని ఈ బంధం మరియు ఇది H2O తో లేదా నీటితో మరింత స్పందిస్తుంది (పలుచన సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం, సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ + నీరు).

బ్యాటరీ రసాయన ప్రతిచర్య యొక్క రెండు స్థితులను కలిగి ఉంది, ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్.

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ ఛార్జింగ్

మనకు తెలిసినట్లుగా, బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి, టెర్మినల్ వోల్టేజ్ కంటే ఎక్కువ వోల్టేజ్‌ను అందించాలి. కాబట్టి 12.6 వి బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి, 13 వి వర్తించవచ్చు.

కానీ మేము ఒక లెడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ ఛార్జ్ చేసినప్పుడు నిజంగా జరిగే?

బాగా, మేము ముందు వివరించిన అదే రసాయన ప్రతిచర్యలు. ప్రత్యేకంగా, బ్యాటరీ ఛార్జర్‌తో అనుసంధానించబడినప్పుడు, సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్ల అణువులు రెండు అయాన్లు, పాజిటివ్ అయాన్లు 2 హెచ్ + మరియు నెగటివ్ అయాన్లు SO ₄ - గా విడిపోతాయి. హైడ్రోజన్ కాథోడ్‌తో ఎలక్ట్రాన్‌లను మార్పిడి చేసి హైడ్రోజన్‌గా మారుతుంది, ఈ హైడ్రోజన్ PbSO ₄ తో కాథోడ్‌లో స్పందించి సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ (H ₂ SO ₄) మరియు లీడ్ (Pb) ను ఏర్పరుస్తుంది. మరోవైపు, SO ₄ - ఎలక్ట్రోన్‌లను యానోడ్‌తో మార్పిడి చేసి రాడికల్ SO _{4 గా} మారుతుంది. ఈ SO ₄ యానోడ్ యొక్క PbSO ₄ తో చర్య జరుపుతుంది మరియు సీసం పెరాక్సైడ్ PbO ₂ మరియు సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం (H ₂ SO ₄). సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం యొక్క గురుత్వాకర్షణను పెంచడం మరియు సెల్ సంభావ్య వోల్టేజ్ పెంచడం ద్వారా శక్తి నిల్వ చేయబడుతుంది.

పైన వివరించినట్లుగా, ఛార్జింగ్ ప్రక్రియలో యానోడ్ మరియు కాథోడ్ వద్ద క్రింది రసాయన ప్రతిచర్యలు జరుగుతాయి.

కాథోడ్ వద్ద

PbSO ₄ + 2e ^- => Pb + SO ₄ ^2-

యానోడ్ వద్ద

PbSO ₄ + 2H ₂ O => PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ^- + 2e ^-

రెండు సమీకరణాల పైన కలిపి, మొత్తం రసాయన ప్రతిచర్య ఉంటుంది

2PbSO ₄ + 2H ₂ O => PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄

లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి వివిధ పద్ధతులు వర్తిస్తాయి. ప్రతి పద్ధతిని నిర్దిష్ట అనువర్తనాల కోసం నిర్దిష్ట లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీ కోసం ఉపయోగించవచ్చు. కొన్ని అనువర్తనం స్థిరమైన వోల్టేజ్ ఛార్జింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తుంది, కొన్ని అనువర్తనం స్థిరమైన ప్రస్తుత పద్ధతిని ఉపయోగిస్తుంది, అయితే టికిల్ ఛార్జింగ్ కొన్ని సందర్భాల్లో కూడా ఉపయోగపడుతుంది. సాధారణంగా బ్యాటరీ తయారీదారు నిర్దిష్ట లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలను ఛార్జ్ చేయడానికి సరైన పద్ధతిని అందిస్తుంది. లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ ఛార్జింగ్‌లో స్థిరమైన ప్రస్తుత ఛార్జింగ్ సాధారణంగా ఉపయోగించబడదు.

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలో ఉపయోగించే అత్యంత సాధారణ ఛార్జింగ్ పద్ధతి స్థిరమైన వోల్టేజ్ ఛార్జింగ్ పద్ధతి, ఇది ఛార్జింగ్ సమయం పరంగా సమర్థవంతమైన ప్రక్రియ. పూర్తి ఛార్జ్ చక్రంలో ఛార్జ్ వోల్టేజ్ స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు బ్యాటరీ ఛార్జ్ స్థాయి పెరుగుదలతో ప్రస్తుత క్రమంగా తగ్గుతుంది.

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ డిశ్చార్జింగ్

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీని విడుదల చేయడం మళ్లీ రసాయన ప్రతిచర్యలతో ముడిపడి ఉంటుంది. సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం నీరు మరియు సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో 3: 1 నిష్పత్తితో పలుచన రూపంలో ఉంటుంది. లోడ్లు పలకలకు అనుసంధానించబడినప్పుడు, సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం మళ్ళీ సానుకూల అయాన్లు 2H + మరియు ప్రతికూల అయాన్లు SO _{4 గా} విచ్ఛిన్నమవుతుంది. హైడ్రోజన్ అయాన్లు PbO ₂ తో చర్య జరుపుతాయి మరియు PbO మరియు నీరు H ₂ O. PbO H ₂ SO ₄ తో చర్య జరపడం ప్రారంభిస్తాయి మరియు PbSO ₄ మరియు H ₂ O ను సృష్టిస్తాయి.

మరొక వైపు SO ₄ - అయాన్లు Pb నుండి ఎలక్ట్రాన్లను మార్పిడి చేస్తాయి, రాడికల్ SO ₄ ను సృష్టిస్తాయి, ఇది PbSO _{4 ను} Pb తో ప్రతిస్పందిస్తుంది.

పైన వివరించినట్లుగా, ఉత్సర్గ ప్రక్రియలో యానోడ్ మరియు కాథోడ్ వద్ద క్రింది రసాయన ప్రతిచర్యలు జరుగుతాయి. ఈ ప్రతిచర్య ఛార్జింగ్ ప్రతిచర్యలకు సరిగ్గా వ్యతిరేకం:

కాథోడ్ వద్ద

Pb + SO ₄ ^2- => PbSO ₄ + 2e ^-

యానోడ్ వద్ద:

PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ^- + 2e ^- => PbSO ₄ + 2H ₂ O

రెండు సమీకరణాల పైన కలిపి, మొత్తం రసాయన ప్రతిచర్య ఉంటుంది

PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄ => 2PbSO ₄ + 2H ₂ O.

యానోడ్ మరియు కాథోడ్ అంతటా ఎలక్ట్రాన్ మార్పిడి కారణంగా, ప్లేట్ల అంతటా ఎలక్ట్రాన్ బ్యాలెన్స్ ప్రభావితమవుతుంది. అప్పుడు ఎలక్ట్రాన్లు లోడ్ ద్వారా ప్రవహిస్తాయి మరియు బ్యాటరీ డిశ్చార్జ్ అవుతుంది.

ఈ ఉత్సర్గ సమయంలో, పలుచన సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం గురుత్వాకర్షణ తగ్గుతుంది. అలాగే, అదే సమయంలో, సెల్ యొక్క సంభావ్య వ్యత్యాసం తగ్గుతుంది.

రిస్క్ ఫాక్టర్ మరియు ఎలక్ట్రికల్ రేటింగ్స్

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ సురక్షితంగా నిర్వహించకపోతే హానికరం. రసాయన ప్రక్రియలో బ్యాటరీ హైడ్రోజన్ వాయువును ఉత్పత్తి చేస్తుంది కాబట్టి, వెంటిలేటెడ్ ప్రదేశంలో ఉపయోగించకపోతే ఇది చాలా ప్రమాదకరం. అలాగే, సరికాని ఛార్జింగ్ బ్యాటరీని తీవ్రంగా దెబ్బతీస్తుంది.

లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీ యొక్క ప్రామాణిక రేటింగ్స్ ఏమిటి?

ప్రతి లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీ ప్రామాణిక ఛార్జ్ కరెంట్ కోసం డేటాషీట్తో అందించబడుతుంది మరియు కరెంట్‌ను విడుదల చేస్తుంది. ఆటోమోటివ్ అనువర్తనానికి వర్తించే 12V లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీ సాధారణంగా 100Ah నుండి 350Ah వరకు ఉంటుంది. ఈ రేటింగ్ 8 గంటల సమయ వ్యవధితో ఉత్సర్గ రేటింగ్‌గా నిర్వచించబడింది.

ఉదాహరణకు, 160Ah బ్యాటరీ 8 గంటల వ్యవధిలో 20A సరఫరా కరెంట్‌ను లోడ్‌కు అందించగలదు. మేము మరింత కరెంట్ గీయవచ్చు కాని అలా చేయడం మంచిది కాదు. 8 గంటలకు సంబంధించి గరిష్ట ఉత్సర్గ కరెంట్ కంటే ఎక్కువ కరెంట్ గీయడం ద్వారా బ్యాటరీ సామర్థ్యాన్ని దెబ్బతీస్తుంది మరియు బ్యాటరీ అంతర్గత నిరోధకతను కూడా మార్చవచ్చు, ఇది బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రతను మరింత పెంచుతుంది.

మరోవైపు, ఛార్జింగ్ దశలో, ఛార్జర్ ధ్రువణత గురించి మనం జాగ్రత్తగా ఉండాలి, ఇది బ్యాటరీ ధ్రువణతతో సరిగ్గా అనుసంధానించబడి ఉండాలి. లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీ ఛార్జింగ్ కోసం రివర్స్ ధ్రువణత ప్రమాదకరం. రెడీమేడ్ ఛార్జర్ ఛార్జింగ్ వోల్టేజ్ మరియు కంట్రోల్ ఆప్షన్‌తో ప్రస్తుత మీటర్‌ను ఛార్జింగ్ చేస్తుంది. బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి బ్యాటరీ వోల్టేజ్ కంటే ఎక్కువ వోల్టేజ్ అందించాలి. గరిష్ట ఛార్జ్ కరెంట్ 8 గంటల ఉత్సర్గ రేట్ల వద్ద గరిష్ట సరఫరా కరెంట్‌తో సమానంగా ఉండాలి. మేము అదే 12V 160Ah ఉదాహరణను తీసుకుంటే, గరిష్ట సరఫరా కరెంట్ 20A, కాబట్టి గరిష్ట సురక్షిత ఛార్జింగ్ కరెంట్ 20A.

మేము పెద్ద ఛార్జింగ్ కరెంట్‌ను పెంచకూడదు లేదా అందించకూడదు ఎందుకంటే ఇది వేడి మరియు గ్యాస్ ఉత్పత్తిని పెంచుతుంది.

లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీ నిర్వహణ నియమాలు

వరదలున్న సీసం-యాసిడ్ బ్యాటరీల యొక్క నిర్లక్ష్యం చేయబడిన నిర్వహణ లక్షణం నీరు త్రాగుట. అధిక ఛార్జింగ్ వల్ల నీరు తగ్గుతుంది కాబట్టి, మనం దాన్ని తరచుగా తనిఖీ చేయాలి. తక్కువ నీరు పలకలలో ఆక్సీకరణను సృష్టిస్తుంది మరియు బ్యాటరీ యొక్క జీవితకాలం తగ్గిస్తుంది. అవసరమైనప్పుడు స్వేదన లేదా అయనీకరణ నీటిని జోడించండి.
రంధ్రాల కోసం తనిఖీ చేయండి, అవి రబ్బరు టోపీలతో పరిపూర్ణంగా ఉండాలి, తరచుగా రబ్బరు టోపీలు రంధ్రాలతో చాలా గట్టిగా అంటుకుంటాయి.
ప్రతి ఉపయోగం తర్వాత లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలను రీఛార్జ్ చేయండి. రీఛార్జ్ చేయకుండా ఎక్కువ కాలం ప్లేట్లలో సల్ఫేటింగ్ అందిస్తుంది.
బ్యాటరీని స్తంభింపచేయవద్దు లేదా 49-డిగ్రీల సెంటీగ్రేడ్ కంటే ఎక్కువ ఛార్జ్ చేయవద్దు. ఘనీభవనానికి సంబంధించి ఖాళీ బ్యాటరీల కంటే పూర్తిగా ఛార్జ్ చేసిన బ్యాటరీలు కోల్డ్ యాంబియంట్ బ్యాటరీలను పూర్తిగా ఛార్జ్ చేయాలి.
ప్రతి సెల్‌కు 1.7V కన్నా తక్కువ బ్యాటరీని లోతుగా విడుదల చేయవద్దు.
లీడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీని నిల్వ చేయడానికి, దానిని పూర్తిగా ఛార్జ్ చేయవలసి ఉంటుంది, అప్పుడు ఎలక్ట్రోలైట్ పారుదల అవసరం. అప్పుడు బ్యాటరీ పొడిగా మారుతుంది మరియు ఎక్కువ కాలం నిల్వ చేయవచ్చు.