- Konstruksi Baterai Asam Timbal
- Cara Kerja Baterai Asam Timbal
- Pengisian Baterai Asam Timbal
- Pengosongan Baterai Asam Timbal
- Faktor Risiko dan Peringkat Listrik
- Aturan perawatan baterai timbal-asam
Hampir setiap perangkat portabel dan genggam terdiri dari baterai. Baterai adalah perangkat penyimpanan di mana energi disimpan untuk menyediakan daya kapan pun dibutuhkan. Ada berbagai jenis baterai yang tersedia di dunia elektronik modern ini, di antaranya baterai Lead Acid yang biasa digunakan untuk suplai daya tinggi. Biasanya baterai Lead Acid berukuran lebih besar dengan konstruksi yang keras dan berat, baterai ini dapat menyimpan energi dalam jumlah besar dan umumnya digunakan pada mobil dan inverter.
Bahkan setelah mendapatkan persaingan dengan baterai Li-ion, permintaan baterai asam timbal terus meningkat dari hari ke hari, karena lebih murah dan mudah ditangani dibandingkan dengan baterai Li-ion. Sesuai beberapa penelitian pasar, Pasar Baterai Asam Timbal India diproyeksikan tumbuh pada CAGR lebih dari 9% selama 2018-24. Jadi, ia memiliki permintaan pasar yang besar di Otomasi, Otomotif, dan Elektronik Konsumen. Meskipun sebagian besar kendaraan listrik dilengkapi dengan baterai Lithion-ion, namun masih banyak kendaraan roda dua listrik yang menggunakan reng Asam Timbal untuk menggerakkan kendaraan.
Pada tutorial sebelumnya kita telah mempelajari tentang Baterai Lithium-ion, disini kita akan memahami Cara Kerja, Konstruksi dan Aplikasi Baterai Asam Timbal. Kami juga akan belajar tentang peringkat pengisian / pemakaian, persyaratan dan keamanan Baterai Asam Timbal.
Konstruksi Baterai Asam Timbal
Apa itu Baterai Asam Timbal? Jika kita merusak nama baterai Lead Acid kita akan mendapatkan Lead, Acid, dan Battery. Timbal adalah suatu unsur kimia (lambangnya adalah Pb dan nomor atomnya 82). Ini adalah elemen yang lembut dan mudah dibentuk. Kami tahu apa itu Acid; ia dapat menyumbangkan proton atau menerima pasangan elektron saat bereaksi. Jadi, baterai, yang terdiri dari Timbal dan asam timbal anhidrat (kadang-kadang salah disebut sebagai timbal peroksida), disebut sebagai Baterai Asam Timbal.
Sekarang, apa konstruksi internalnya?
Baterai Asam Timbal terdiri dari hal-hal berikut, kita dapat melihatnya pada gambar di bawah ini:
Baterai Asam Timbal terdiri dari Pelat, Pemisah, dan Elektrolit, Plastik Keras dengan casing karet keras.
Di baterai, pelat terdiri dari dua jenis, positif dan negatif. Yang positif terdiri dari Timbal dioksida dan yang negatif terdiri dari Timbal Spons. Kedua pelat ini dipisahkan menggunakan separator yang merupakan bahan isolasi. Konstruksi total ini disimpan dalam wadah plastik keras dengan elektrolit. The elektrolit air dan asam sulfat.
Kasus plastik keras adalah satu sel. Penyimpanan sel tunggal biasanya 2.1V. Karena alasan ini, baterai asam timbal 12V terdiri dari 6 sel dan biasanya menyediakan 6 x 2.1V / Sel = 12.6V.
Sekarang, berapa kapasitas penyimpanan muatan?
Ini sangat bergantung pada bahan aktif (jumlah elektrolit) dan ukuran pelat. Anda mungkin telah melihat bahwa kapasitas penyimpanan baterai lithium dijelaskan dalam mAh atau peringkat miliamp-jam, tetapi dalam kasus baterai Asam Timbal, itu adalah Amp jam. Kami akan menjelaskan ini di bagian selanjutnya.
Cara Kerja Baterai Asam Timbal
Cara kerja baterai Lead Acid adalah tentang kimia dan sangat menarik untuk diketahui. Ada proses kimia yang sangat besar yang terlibat dalam kondisi pengisian dan pemakaian baterai Asam Timbal. Molekul asam sulfat H 2 SO 4 yang diencerkan pecah menjadi dua bagian ketika asam larut. Ini akan menciptakan ion positif 2H + dan ion negatif SO 4 -. Seperti yang kami ceritakan sebelumnya, dua elektroda dihubungkan sebagai pelat, Anoda dan Katoda. Anoda menangkap ion negatif dan katoda menarik ion positif. Ikatan ini dalam Anoda dan SO 4 - dan Katoda dengan 2H + pertukaran elektron dan yang selanjutnya bereaksi dengan H2O atau dengan air (Asam sulfat encer, Asam Sulfat + Air).
Baterai memiliki dua keadaan reaksi kimia, Pengisian dan Pengosongan.
Pengisian Baterai Asam Timbal
Seperti yang kita ketahui, untuk mengisi baterai, kita perlu memberikan tegangan yang lebih besar dari tegangan terminal. Jadi untuk mengisi baterai 12.6V, 13V bisa diaplikasikan.
Tapi apa yang sebenarnya terjadi ketika kita mengisi Baterai Asam Timbal?
Nah, reaksi kimia yang sama yang telah kita jelaskan sebelumnya. Secara spesifik, ketika baterai dihubungkan dengan charger, molekul asam sulfat pecah menjadi dua ion, ion positif 2H + dan ion negatif SO 4 -. Hidrogen bertukar elektron dengan katoda dan menjadi hidrogen, hidrogen ini bereaksi dengan PbSO 4 di katoda dan membentuk Asam Sulfat (H 2 SO 4) dan Timbal (Pb). Di sisi lain, SO 4 - bertukar elektron dengan anoda dan menjadi SO 4 radikal. SO 4 ini bereaksi dengan PbSO 4 anoda dan menghasilkan timbal peroksida PbO 2 dan asam sulfat (H 2 SO 4). Energi disimpan dengan meningkatkan gravitasi asam sulfat dan meningkatkan tegangan potensial sel.
Seperti yang dijelaskan di atas, reaksi kimia berikut terjadi di Anoda dan Katoda selama proses pengisian.
Di katoda
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
Di anoda
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Menggabungkan dua persamaan di atas, reaksi kimia secara keseluruhan akan menjadi
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Ada berbagai metode yang dapat diterapkan untuk mengisi baterai timbal-asam. Setiap metode dapat digunakan untuk baterai timbal-asam tertentu untuk aplikasi tertentu. Beberapa aplikasi menggunakan metode pengisian tegangan konstan, beberapa aplikasi menggunakan metode arus konstan, sedangkan pengisian daya gelitik juga berguna dalam beberapa kasus. Biasanya pabrikan baterai menyediakan metode yang tepat untuk mengisi baterai timbal-asam tertentu. Pengisian arus konstan biasanya tidak digunakan dalam pengisian Baterai Asam Timbal.
Metode pengisian yang paling umum digunakan pada baterai asam timbal adalah metode pengisian tegangan konstan yang merupakan proses yang efektif dalam hal waktu pengisian. Dalam siklus pengisian penuh, tegangan pengisian tetap konstan dan arus secara bertahap menurun seiring dengan peningkatan level pengisian baterai.
Pengosongan Baterai Asam Timbal
Pengosongan baterai asam timbal kembali terlibat dengan reaksi kimia. Asam sulfat dalam bentuk encer dengan rasio biasanya 3: 1 dengan air dan asam sulfat. Ketika beban dihubungkan melintasi pelat, asam sulfat kembali pecah menjadi ion positif 2H + dan ion negatif SO 4. Ion hidrogen bereaksi dengan PbO 2 dan membuat PbO dan air menjadi H 2 O. PbO mulai bereaksi dengan H 2 SO 4 dan menciptakan PbSO 4 dan H 2 O.
Di sisi lain, ion SO 4 - bertukar elektron dari Pb, menciptakan radikal SO 4 yang selanjutnya membuat PbSO 4 bereaksi dengan Pb.
Seperti dijelaskan di atas, reaksi kimia berikut terjadi di Anoda dan Katoda selama proses pemakaian. Reaksi ini sangat berlawanan dengan reaksi pengisian:
Di katoda
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
Di anoda:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Menggabungkan dua persamaan di atas, reaksi kimia secara keseluruhan akan menjadi
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Karena pertukaran elektron melintasi anoda dan katoda, keseimbangan elektron di seluruh pelat terpengaruh. Elektron kemudian mengalir melalui beban dan baterai habis.
Selama pelepasan ini, gravitasi asam sulfat encer menurun. Juga, pada saat yang sama, perbedaan potensial dari sel berkurang.
Faktor Risiko dan Peringkat Listrik
Baterai Asam Timbal berbahaya jika tidak dirawat dengan aman. Karena baterai menghasilkan gas Hidrogen selama proses kimiawi, maka sangat berbahaya jika tidak digunakan di area yang berventilasi. Selain itu, pengisian daya yang tidak akurat sangat merusak baterai.
Apa rating standar baterai Lead Acid?
Setiap baterai timbal-asam dilengkapi dengan lembar data untuk arus pengisian standar dan arus pelepasan. Biasanya baterai timbal-asam 12V yang berlaku untuk aplikasi otomotif dapat berkisar dari 100Ah hingga 350Ah. Peringkat ini didefinisikan sebagai peringkat pembuangan dengan periode waktu 8 jam.
Misalnya, baterai 160Ah dapat memberikan arus suplai 20A ke beban selama rentang 8 jam. Kami dapat menarik lebih banyak arus tetapi tidak disarankan untuk melakukannya. Dengan menarik lebih banyak arus daripada arus pengosongan maksimum dalam hal 8 jam akan merusak efisiensi baterai dan resistansi internal baterai juga dapat diubah, yang selanjutnya meningkatkan suhu baterai.
Di sisi lain, selama fase pengisian, kita harus berhati-hati tentang polaritas pengisi daya, itu harus terhubung dengan benar dengan polaritas baterai. Polaritas terbalik berbahaya untuk pengisian baterai timbal-asam. Pengisi daya yang sudah jadi dilengkapi dengan voltase pengisian dan pengukur arus pengisian dengan opsi kontrol. Kami harus memberikan tegangan yang lebih besar dari tegangan baterai untuk mengisi baterai. Arus pengisian maksimum harus sama dengan arus suplai maksimum pada tingkat pemakaian 8 jam. Jika kita mengambil contoh 12V 160Ah yang sama, maka arus suplai maksimum adalah 20A, jadi arus pengisian aman maksimum adalah 20A.
Kita tidak boleh menambah atau memberikan arus pengisian yang besar karena ini akan mengakibatkan panas dan peningkatan produksi gas.
Aturan perawatan baterai timbal-asam
- Penyiraman adalah fitur perawatan yang paling diabaikan dari baterai timbal-asam yang banjir. Karena pengisian daya yang berlebihan mengurangi air, kita perlu memeriksanya secara rutin. Lebih sedikit air menciptakan oksidasi di pelat dan mengurangi masa pakai baterai. Tambahkan air suling atau air terionisasi bila perlu.
- Periksa ventilasi, perlu disempurnakan dengan tutup karet, seringkali tutup karet menempel dengan lubang terlalu rapat.
- Isi ulang baterai timbal-asam setelah digunakan. Waktu yang lama tanpa pengisian ulang memberikan sulfat pada pelat.
- Jangan membekukan baterai atau mengisinya lebih dari 49 derajat celcius. Dalam ambien yang dingin, baterai harus diisi penuh karena baterai yang terisi penuh lebih aman daripada baterai kosong dalam hal pembekuan.
- Jangan mengosongkan baterai kurang dari 1,7V per sel.
- Untuk menyimpan baterai asam timbal, baterai perlu diisi penuh kemudian elektrolitnya perlu dikuras. Kemudian baterai akan menjadi kering dan dapat disimpan dalam jangka waktu yang lama.