شبکه های باتری قاب های نگهدارنده و مواد فعال صفحات باتری هستند. شبکه های باتری همچنین وظیفه هدایت و انتقال جریان را به صفحات مواد فعال بر عهده دارند و علاوه براین هدایت و انتقال جریان را از صفحات انجام می دهند. آنها از آلیاژهای سرب ساخته شده اند. در برخی از آلیاژهای مزبور مقدار اندکی از آنتیموان برای استحکام بخشیدن و سخت کردن سرب نرم استفاده می شود.
امروزه روند کلی بر کاهش استفاده از آنتیموان در تولید شبکه های باتری های استارتر قرار گرفته است، زیرا تمایل و خواسته تولید کنندگان باتری براین اساس است که میزان تولید گاز براثر واکنش های شیمایی درون باتری را کاهش دهند و این امر نیز با توجه به کاهش مقدار آنتیموان مصرفی حاصل می شود. استفاده از سایر فلزات همچون کلسیم یا استرنسیوم بجای آنتیموان به منظور ایجاد استحکام و سخت کردن شبکه های باتری سبب می شود که میزان تولید گاز در درون باتری کاهش یابد و آب کمتری نیز مصرف شود و همچنین میزان دشارژ خود بخود باتری نیز کاهش یابد. مقادیر کمی از سایر فلزات نیز برای به دست آوردن اثرات و نتایج مطلوب گوناگون به آلیاژ اضافه می شوند.
ساختار داخلی صفحات مثبت و منفی باتری سرب-اسید خودرو چگونه است و چه واکنش‌های شیمیایی در سطح این صفحات در هنگام شارژ و دشارژ رخ می‌دهد؟ تأثیر عوامل مختلف مانند جنس مواد تشکیل‌دهنده، ضخامت صفحات و طراحی شبکه‌های صفحات بر روی ظرفیت، عمر و عملکرد کلی باتری چگونه است؟
با سلام
باتریهای سرب-اسید خودرو یکی از رایج‌ترین نوع باتری‌ها برای تأمین انرژی الکتریکی در خودروها هستند. این باتری‌ها از صفحات سربی و الکترولیت (اسید سولفوریک) برای ذخیره انرژی استفاده می‌کنند. در اینجا به بررسی ساختار داخلی صفحات مثبت و منفی، واکنش‌های شیمیایی که در هنگام شارژ و دشارژ رخ می‌دهند، و تأثیر عوامل مختلف بر عملکرد باتری می‌پردازیم.
1. ساختار داخلی صفحات مثبت و منفی باتری سرب-اسید
صفحات مثبت: صفحات مثبت در باتریهای سرب-اسید از دی اکسید سرب (PbO₂) ساخته می‌شوند. این صفحات معمولاً به شکل شبکه‌هایی از سرب خالص (Pb) پوشش داده می‌شوند که دی اکسید سرب روی آنها قرار می‌گیرد. این شبکه‌ها باید به اندازه کافی مقاوم باشند تا در برابر تغییرات شیمیایی و فیزیکی ناشی از شارژ و دشارژ دوام بیاورند.
صفحات منفی: صفحات منفی از سرب (Pb) ساخته شده‌اند که به عنوان کاتد در فرآیندهای شیمیایی عمل می‌کنند.
2. واکنش‌های شیمیایی در هنگام شارژ و دشارژ
فرآیند دشارژ (عملکرد باتری هنگام استفاده):
در هنگام دشارژ باتری، اسید سولفوریک (H₂SO₄) به یون‌های هیدروژن (H⁺) و یون‌های سولفات (SO₄²⁻) تجزیه می‌شود.
در صفحه مثبت، دی اکسید سرب (PbO₂) با یون‌های هیدروژن و سولفات واکنش داده و به سرب سولفات (PbSO₄) تبدیل می‌شود:
PbO2+4H++2e−→PbSO4+2H2O
PbO2+4H++2e−→PbSO4+2H2O
در صفحه منفی، سرب (Pb) با یون‌های سولفات واکنش داده و به سرب سولفات (PbSO₄) تبدیل می‌شود:
Pb+SO42−→PbSO4+2e−
Pb+SO42−→PbSO4+2e−
در نتیجه دشارژ، انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در باتری به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
فرآیند شارژ (عملکرد باتری در هنگام شارژ مجدد):
هنگام شارژ باتری، جریان الکتریکی به باتری وارد می‌شود و این جریان سبب می‌شود که سرب سولفات (PbSO₄) از صفحات مثبت و منفی جدا شود و دوباره به دی اکسید سرب (PbO₂) در صفحه مثبت و سرب (Pb) در صفحه منفی تبدیل شود.
در صفحه مثبت:
PbSO4+2H2O→PbO2+4H++2e−
PbSO4+2H2O→PbO2+4H++2e−
در صفحه منفی:
PbSO4+2e−→Pb+SO42−
PbSO4+2e−→Pb+SO42−
این فرآیند باعث بازسازی صفحات سربی و ذخیره مجدد انرژی شیمیایی می‌شود.
3. تأثیر عوامل مختلف بر عملکرد باتری
عوامل مختلفی مانند جنس مواد، ضخامت صفحات و طراحی شبکه‌های صفحات بر روی ظرفیت، عمر و عملکرد باتری تأثیر می‌گذارند:
جنس مواد تشکیل‌دهنده:
جنس صفحات مثبت (PbO₂): انتخاب مواد با کیفیت بالا برای دی اکسید سرب، مقاومت بیشتری در برابر واکنش‌های شیمیایی و گرمای بیش از حد ایجاد می‌کند. مواد با کیفیت پایین‌تر می‌توانند باعث کاهش ظرفیت باتری و کاهش عمر آن شوند.
جنس صفحات منفی (Pb): سرب با کیفیت بالا در صفحات منفی باعث می‌شود که باتری در هنگام دشارژ و شارژ به‌طور مؤثرتر عمل کند و در برابر سولفاته شدن (که منجر به کاهش ظرفیت می‌شود) مقاوم‌تر باشد.
ضخامت صفحات:
ضخامت صفحات تأثیر زیادی بر روی ظرفیت باتری دارد. صفحات ضخیم‌تر معمولاً ظرفیت بیشتری دارند، زیرا سطح بیشتری برای انجام واکنش‌های شیمیایی در دسترس است.
با این حال، صفحات ضخیم‌تر به‌طور کلی زمان واکنش کمتری دارند، که می‌تواند در کاربردهای با تقاضای بالای انرژی (مثل خودروهای با مصرف بالا) مشکل‌ساز شود.
طراحی شبکه‌های صفحات:
شبکه‌های سربی که در صفحات استفاده می‌شوند باید از مقاومت خوبی در برابر فرسایش و خرابی برخوردار باشند. طراحی شبکه‌ها باید به‌گونه‌ای باشد که به راحتی از تغییرات حجم و گرما در طول شارژ و دشارژ سازگار شوند.
استفاده از شبکه‌های با طراحی خاص و مواد مقاوم مانند آلیاژهای سرب-کلسیم می‌تواند عمر باتری را افزایش دهد. این نوع طراحی‌ها از سولفاته شدن صفحات جلوگیری کرده و به طول عمر بیشتر باتری کمک می‌کنند.
اثر دمای محیط:
دمای بالا باعث افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی و در نتیجه شارژ و دشارژ سریع‌تر می‌شود، که می‌تواند عمر باتری را کاهش دهد. از طرف دیگر، دمای پایین می‌تواند عملکرد باتری را کاهش دهد، زیرا سرعت واکنش‌های شیمیایی کم می‌شود.
اثر شارژ بیش از حد یا کمبود شارژ:
شارژ بیش از حد یا عدم شارژ کامل می‌تواند به سولفاته شدن صفحات و کاهش ظرفیت باتری منجر شود. به همین دلیل، استفاده از سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) برای کنترل دقیق وضعیت شارژ باتری ضروری است.
4. نتیجه‌گیری
ظرفیت و عمر باتری به شدت تحت تأثیر طراحی و مواد تشکیل‌دهنده صفحات مثبت و منفی، ضخامت صفحات، و طراحی شبکه‌های صفحات قرار دارد.
واکنش‌های شیمیایی که در هنگام شارژ و دشارژ باتری رخ می‌دهند، به‌طور مستقیم بر عملکرد باتری تأثیر می‌گذارند.
مواد مقاوم‌تر و طراحی بهینه‌تر شبکه‌ها می‌توانند باتریهای با عمر طولانی‌تر و عملکرد بهینه‌تر فراهم کنند.
در نهایت، بهینه‌سازی این عوامل می‌تواند به بهبود عملکرد کلی باتریهای سرب-اسید و کاهش خرابی‌ها و هزینه‌های نگهداری آنها کمک کند.
کیان باتری بزرگترین استارتآپ تخصصی باتری خودرو در کشور است که به صورت شبانه روزی به حمل و نصب رایگان باتری خودرو در محل مشتری می پردازد. ما در این مجموعه سعی کرده ایم بهترین محصولات تولیدی داخل کشور را از هر تولیدکننده جمع آوری نموده و با ارائه یک سبد فروش متنوع، به صورت همزمان در اختیار مشتریان خود قرار دهیم.
شما می توانید جهت کسب اطلاعات بیشتر به صورت شبانه روزی با کارشناسان فروش مجموعه کیان باتری به شماره تلفن 88882222-021 تماس حاصل نموده، سوالات خود را مطرح کنید و مشاوره دریافت نمایید.
آیا جنس صفحات آند و کاتد در باتری های سیلد با یکدیگر فرق دارد؟ اصولا این صفحات در باتری های سیلد از چه آلیاژهایی تولید می شوند؟
با سلام
بله متریال تولیدی این صفحات با یکدیگر تفاوت دارند.
الکترود یا صفحات مثبت که به آنها كاتد نیز گفته می‌شود. الکترونها در حین دشارژ جذب این قطب یا صفحات می‌شوند. در باتریهای سرب اسیدی ماده شیمیایی عمده تشکیل دهنده صفحات مثبت، اکسید سرب (PbO2) می‌باشد. الکترود یا صفحات منفی که به آنها آند نیز گفته می‌شود. الکترونها در حین دشارژ از این قطب خارج می‌شوند. ماده شیمیایی عمده تشکیل دهنده الکترودهای منفی، سرب (Pb) است. لازم است ذکر شود که سرب یا اکسید آن از لحاظ مکانیکی قابلیت فرم‌گیری مناسب ندارند و اغلب به کمک افزودن آلیاژهای مختلف و همچنین شبکه‌های نگهدارنده حالت دهی می‌شوند. ضمناً اصطلاحاً آنها را مواد فعال یا Active Material نیز می‌گویند زیرا در اصل واکنش شیمیایی داخل باتری به کمک سرب و اکسید آن صورت می‌گیرد.