عملکرد باتری – عملیات الکتروشیمیایی باتری خودرو

باتری یک انباره شیمیایی است که نیروی الکتریکی تولید شده توسط آلترناتور (دینام) در هنگام عملکرد موتور را، ذخیره می کند.

به طور کلی، سیستم الکتریکی خودرو، شامل آلترناتور (دینام) به عنوان تولید کننده انرژی، باتری به عنوان ذخیره کننده انرژی و استارتر و سایر بارهای الکتریکی به عنوان مصرف کننده، می باشند.

تمامی این اجزا، بایستی مطابقت کامل با یکدیگر داشته باشند.

رابطه بین باتری ، دینام و استارت خودرو

پارامترهای ذیل دارای تاثیرات اساسی بر روابط مابین باتری، آلترناتور (دینام) و استارتر می باشند:

  • نیازمندی های مربوط به بارهای الکتریکی (مصرف کننده های برقی ماشین)
  • خروجی جریان آلترناتور (دینام)
  • سرعت موتور در هنگام رانندگی با خودرو
  • ولتاژ شارژ
  • درجه حرارت در هنگام استارت زنی

نکته: از باطری های دارای قدرت استارت زنی بالا (CCA بالا)، در کشور ها و مناطقی که دارای درجه حرارت پایینی می باشند استفاده می گردد که در برخی موارد تا 20- درجه سانتی گراد نیز خواهد رسید.

نکته: باتری های مورد استفاده در خودرو های تجاری، عمومی، ماشین آلات راه سازی و تراکتور ها و ماشین آلات کشاورزی و جنگل بانی بایستی دارای قابلیت مقاومت در برابر ارتعاشات بالا و تنش های ضربه ای در حین عملکرد باشند.

عملیات الکتروشیمیایی باتری خودرو

عملکرد باتری چگونه است؟

در سیستم الکتریکی خودرو، باتری خودرو نقش یک انباره شیمیایی را جهت نگهداری انرژی الکتریکی ایفا می کند که این انرژی توسط آلترناتور (دینام) در هنگام حرکت ماشین تولید می شود.

این انرژی بایستی به اندازه ای باشد که قادر به راه اندازی مجدد موتور پس از خاموش کردن آن را داشته باشد.

این عامل یکی از دلایلی است که از باتری به عنوان باطری راه انداز یا باطری استارتر نام برده می شود.

آلترناتور (دینام) و باطری بایستی تطابق کامل و صحیح با یکدیگر داشته باشند.

هنگامی که موتور متوقف می باشد (و بالطبع آلترناتور) باطری ماشین بایستی قادر به تامین و تحویل جریان زیاد در مدت زمان کوتاه جهت استارت زنی و راه اندازی موتور باشد (این مورد به خصوص در درجه حرارت های پایین بسیار مهم و بحرانی می باشد).

موتور ماشین در دور آرام

هنگامی که موتور در دور آرام در حال حرکت می باشد، باطری بایستی قادر به تامین جریان مورد نیاز برای اجزای مهم سیستم الکتریکی خودرو باشد.

باتری همچنین ولتاژ های ناگهانی و زیاد در سیستم الکتریکی خودرو را جذب کرده و در نتیجه از آسیب دیدن اجزای حساس الکترونیکی ماشین جلوگیری به عمل می آورد.

باطری های اسید-سربی قادر به تامین نیازمندی های فوق بوده و موثرترین نوع انباره انرژی جهت برآوردن نیازمندی های ذکر شده می باشند.

ولتاژ اسمی در خودرو های سواری، 12 ولت (12v) و در خودرو های تجاری، 24 ولت (24v) می باشد که از سری کردن 2 عدد باطری 12 ولت حاصل می گردد.

فرآیند الکتروشیمیایی در صفحات باتری سربی

قبل از اینکه فرآیند الکتروشیمیایی باتری را توضیح دهیم چند مفهوم علمی را مرور می کنیم:

مواد مرکب

مواد مرکب: مواد مرکب از چندین عنصر مختلف تشکیل شده اند.

در مقابل آن مواد ساده هستند که تنها از اتم‌های یک عنصر تشکیل شده اند.

مولکول

مولکول: یکی از کوچک‌ترین ذرات یک ماده شیمیایی خالص است که ویژگی‌های آن ماده را دارد.

اتم‌های تشکیل‌ دهنده یک مولکول، ممکن است از یک عنصر مانند گاز اکسیژن (O2) یا چند عنصر مانند آب (H2O) تشکیل شده باشند.

یک مولکول، مجموعه‌ای از اتم‌های یک ماده مشخص دارای فرمول شیمیایی است.

برای مثال مولکول متان (CH4) از یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن تشکیل شده‌است یا یک مولکول آب (H2O) از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده‌است.

عنصر

عنصر: عنصر شکل ساده مواد است که خود به مواد دیگر و مختلفی قابل تقسیم نیست و فقط از اجزای کوچکتر مشابه هم تشکیل شده است.

در دانش شیمی به ماده‌ای گفته می‌شود که اتم‌های آن از تعداد پروتون‌های برابری در هسته خود برخوردار باشند.

در بیان کلی مفهوم عنصر به ویژگی یک اتم گفته می‌شود که آن را از سایر ویژگی‌هایی که اتم‌های دیگر دارند متمایز می‌کند.

منظور از ویژگی در حالت کلی به تعداد پروتون‌های یک اتم در هسته خود گفته می‌شود که ویژگی آن را شکل می‌دهد این همان ویژگی است که به‌طور مثال اتم مس را از طلا متمایز می‌کند.

اتم

اتم: اتم ساده ترین شکل مواد است.

اتم ها دارای اجزای ریزتری بنام الکترون، پروتون و نوترون می باشند.

الکترون نسبت به دو جزء دیگر بیشتر مورد توجه می باشد زیرا که بر اثر حرکات و جا به جایی آن، جریان الکتریسیته برقرار می گردد، به همین دلیل به این جریان، جریان الکتریسیته گفته می شود چرا که از حرکت الکترون ها نشأت گرفته شده است.

نوترون

نوترون: مرکزی ترین و سنگین ترین جزء اتم است که به عنوان مرکز ثقل اتم عمل می کند و در جریان الکتریسیته اهمیت چندانی ندارد و دارای بار الکتریکی خنثی می باشد.

پروتون

پروتون: ذره‌ای زیراتمی است که جرمش ۱۸۳۷ برابر جرم الکترون و اندکی کمتر از جرم نوترون است.

به پروتون و نوترون که با هم حدود 99/9 درصد جرم اتم را تشکیل می دهند، نوکلئون (ذرات درون هسته اتم‌ها) هم می‌گویند.

بار پروتون مثبت و اندازه‌اش با اندازه بار الکترون (+1e) یعنی ۱۹-۱۰×1/6022 کولن دقیقاً برابر است.

در هسته هر اتم، یک یا چند پروتون وجود دارد.

شمار پروتون‌ها در هسته، عدد اتمی نام دارد که با نماد Z نمایش داده می‌شود و ویژگیِ تعیین‌کننده نوع هر عنصر شیمیایی‌ است، به این معنی که تعداد پروتون‌های هسته اتم‌های هر عنصر شیمیایی یکتاست (هر عنصر شیمیایی عدد اتمی منحصر به خودش را دارد).

پروتون بدلیل اینکه دارای بار الکتریکی مثبت می باشد باعث نگه داشتن الکترون ها در اطراف هسته می شود.

مقدار نیروی جاذبه مثبت پروتون، باعث رسانا شدن یا نارسانا شدن عنصر می گردد.

الکترون

الکترون: سبک ترین جزء اتم می باشد که در لایه های خاصی (اوربیتال) به دور هسته اتم می گردد و دارای بار منفی می باشد.

الکترون توسط نیروی مثبت هسته که توسط پروتون بر آن اعمال می شود در اطراف هسته باقی می ماند و به دلیل چرخشی که به دور خود انجام می دهد مانع جذب آن توسط پروتون ها می شود.

در عین حال دارای کمترین وزن در اتم را دارد و بیشتر مسائل موجود الکتریسیته بر اساس رفتار الکترون توجیه می شود.

لایه والانس

لایه والانس: دورترین لایه نسبت به هسته را لایه والانس یا لایه ظرفیت می نامند که تعداد الکترون های موجود در آن لایه، مواد هادی و نیمه هادی و عایق را مشخص می نماید.

طبق این تعریف:

  • مواد هادی: اگر تعداد الکترون ها در لایه والانس 1 تا 3 الکترون باشد ماده موجود رسانا می باشد.
  • مواد نیمه رسانا: اگر تعداد الکترون ها در لایه والانس 4 الکترون باشد ماده موجود نیمه رسانا می باشد.
  • مواد عایق: اگر تعداد الکترون ها در لایه والانس 5 تا 8 الکترون باشد ماده موجود عایق می باشد.

یون

یون: یون به اتم یا مولکول‌هایی گفته می‌شود که یا بار الکتریکی اضافه داشته باشند یا کمبود بار الکتریکی داشته باشند که در نتیجه این کمبود یا ازدیاد الکترون بار یون مثبت یا منفی می شود.

اکسایش و کاهش

اکسایش و کاهش: نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند.

عدد اکسایشِ یک اتم در یک گونه شیمیایی، هم ارز با بار الکتریکی است که به اتم آن عنصر نسبت داده می‌شود، با فرض اینکه همه پیوندها یونی هستند.

این فرایند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد.

با کمی اغماض علمی می‌توان این فرایند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، مولکول یا یون دیگر دانست.

در هر واکنش اکسایش و کاهش، اتم یا مولکولی که الکترون از دست می‌دهد اکسایش و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند کاهش می‌یابد.

در چنین واکنشی مولکول دهنده الکترون اکسید شده و مولکول گیرنده الکترون کاهیده می‌شود.

در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده‌است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیدند حال اتم اکسیژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.

در اثر اکسایش عدد اکسایش معمولی یک اتم یا اتم‌های یک مولکول در پی حذف الکترون‌ها افزایش می‌یابد.

برای نمونه آهن (II) می‌تواند به آهن (III) اکسید شود.

Fe2+ → Fe3+ + e

الکترود

الکترود: الکترود به ماده‌ای می‌گویند که سبب هدایت جریان الکتریسیته (ورود یا خروج) به محیطی نافلزی همچون یک سلول الکترولیتی می‌شود.

در تعریفی ساده‌تر، الکترود به یک هادی الکتریسیته می‌گویند که سبب برقراری جریان الکتریکی با بخش غیرفلزی یک مدار شود.

الکترودها شامل دو بخش اصلی به نام کاتد و آند هستند که به طور عمده، جهت جریان الکتریکی را توصیف می‌کنند.

کاتیون

کاتیون: یونی است که بار مثبت دارد.

کاتد

کاتد: به الکترودی که در آن کاهش رخ می دهد (الکترون جذب می کند) کاتد گویند.

آنیون

آنیون: یونی است که بار منفی دارد.

آند

آند: به الکترودی که در آن اکسایش رخ می دهد (الکترون از دست می دهد) آند گویند.

اتم و ساختار آن

اختلاف پتانسیل

اختلاف پتانسیل: عاملي را كه موجب جريان يا شارش بارهاي الكتريكي از يك نقطه به نقطه ديگر مي شود، یا به عبارت دیگر انرژی لازم برای جا به جایی بار الکترولیکی (الکترون ها) را اختلاف پتانسيل الكتريكي مي نامند.

بنابراين بار الكتريكي مي تواند خود به خود از نقطه اي با پتانسيل الكتريكي بيشتر به نقطه اي با پتانسيل الكتريكي كمتر شارش نمايد.

اما براي شارش بار الكتريكي از پتانسيل كمتر به پتانسيل بيشتر بايد كار انجام داد (مثل شارش آب بين دو نقطه كه با هم اختلاف ارتفاع دارند).

اختلاف پتانسيل الكتريكي را با نماد V نشان مي دهند و يكاي آن ولت است.

شدت جریان

شدت جریان: شدت جریان الکتریکی، مقدار بار الکتریکی خالصی است که در واحد زمان از سطح مقطع خاصی از رسانا عبور می کند.

شدت جریان معمولاً در فرمول ها با نماد I نمایش داده می شود.

مقاوت الکتریکی

مقاوت الکتریکی: مقاوت یک عنصر الکتریکی دو پایه است که مطابق قانون اهم هنگامی که جریان الکتریکی از آن عبور کند بین پایه هایش اختلاف ولتاژ ایجاد می شود.

حال فرآیند الکتروشیمیایی باتری را بررسی می کنیم…

آموزش تصویری خلاصه عملکرد باتری

تصاویر زیر به طور خلاصه عملکرد باتری را در زمان های مختلف نشان می دهد:

تولید جریان برق در باطری باطری در زمان شارژ کامل

باطری در زمان دشارژ کامل زمان شارژ باتری

عملکرد فوق نشان می دهد که با شارژ کردن باتری، باتری به همان حالت اولیه خود باز می گردد.

عملکرد باتری به زبان ساده

باتری وقتی به صورت شارژ تکمیل است صفحه منفی به صورت سرب و صفحه مثبت به صورت اکسید سرب است.

الکترولیت نیز اسید سولفوریک رقیق شده است.

وقتی یک مصرف کننده سر راه باطری قرار گیرد مثلاً یک لامپ را به دو سر مثبت و منفی باتری فول شارژ، وصل کنیم واکنشی خود به خودی بدلیل وجود اختلاف پتانسیل بین قطب مثبت و منفی روی می دهد.

حفره

چون در یک صفحه تجمع الکترون (قطب منفی) و در جایی کمبود الکترون (قطب مثبت) داریم یعنی اصطلاحاً حفره داریم الکترون ها خود به خود و بدون نیاز به صرف انرژی از قطب منفی به سمت قطب مثبت حرکت می کنند و با حرکت و عبور الکترون ها از مصرف کننده، لامپ روشن می شود.

دشارژ

با حرکت الکترون در واقع عملیات دشارژ باطری شروع شده است و اسید موجود در الکترولیت جذب صفحه ها می شوند و چراغ روشن می ماند تا در نهایت الکترولیت به آب تبدیل شده و تمامی اسید سولفوریک موجود در الکترولیت جذب صفحات می شوند و باتری دشارژ کامل می شود.

در این حالت دیگر الکترونی باقی نمانده تا از آند به کاتد حرکت کند و لامپ خاموش می شود.

شارژ

در عملیات شارژ باطری دقیقاً برعکس مطلب مذکور اتفاق میوفتد و الکترون از قطب مثبت گرفته و به قطب منفی تزریق می شود و اسید جذب شده به صفحات مجدداً به الکترولیت برگردانده می شود با این تفاوت که عملیات دشارژ خود به خودی بوده ولی برای عملیات شارژ باتری نیاز به صرف انرژی و استفاده از دستگاه شارژر داریم.

اگر بخواهیم کمی دقیق تر و به زبان شیمی بیان کنیم باید بگوییم:

وقتی مصرف کننده به باتری وصل شده و باطری در حال دشارژ است، الکترود مثبت (که نقش کاتدی بازی می کند و تمایل به جذب الکترون دارد) الکترون را از مدار بیرونی به سمت خود جذب کرده و این الکترون‌ها با مواد فعال موجود در قطب مثبت و یون های موجود در الکترولیت، یک واکنش شیمیایی را آغاز می‌کنند که این واکنش در فرمول زیر نمایش داده شده است:

PbO2  +  HSO4  +  3H+  +  2e   →    PbSO4  +  2H2O

همانطور که دیده می‌شود الکترون دریافت شده از مدار بیرونی و یون های موجود در الکترولیت باعث تولید سولفات سرب (PbSO4) و آب در اطراف قطب مثبت می‌شوند.

اکسید سرب

اکسید سرب (PbO2) که ماده فعال قطب مثبت محسوب می‌شود بتدریج به سولفات سرب تبدیل شده و در نهایت کل سطح قطب مثبت را فرا خواهد گرفت که به اصطلاح باتری دشارژ کامل شده و دیگر باطری جریان نمی‌دهد.

اما بیایید واکنش قطب منفی در حالت دشارژ شدن باتری را بررسی کنیم.

سرب موجود در قطب منفی با یون های HSO4 وارد واکنش می‌شود و نتیجه آن تولید سولفات سرب و الکترون آزاد است که این واکنش را اکسیداسیون سرب نیز می‌نامند.

واکنش زیر بیانگر این اتفاق است:

Pb + HSO4 → PbSO4 + H+ + 2e

طبق این واکنش ها، در انتهای پروسه دشارژ صفحات هر دو قطب بطور کامل با سولفات سرب (PbSO4) پوشیده شده و الکترولیت، خاصیت اسیدی خود را از دست می‌دهد.

در واقع در حالت دشارژ کامل صفحات مثبت و منفی باتری سولفاته می زنند.

سولفات سرب

مولکول های سولفات سرب علاقه زیادی به تشکیل کریستال های بزرگ و سخت دارند که پس از تشکیل، بدلیل بزرگی دیگر تمایلی به برگشت‌پذیری ندارند و در واکنش های شارژ شرکت نمی‌کنند.

به همین دلیل اغلب توصیه می‌شود که باتری‌های سرب اسیدی در حالت دشارژ نگه‌داشته نشوند.

نکته: در طی واکنش الکتروشیمیایی در باتری محلول الکترولیت به تدریج از بین می‌رود و آب جای آن را می‌گیرد.

جذب اسید به صفحات در طی فرآیند دشارژ نشان از این دارد که هر چه باطری بیشتر دشارژ می‌شود اسید باتری جذب شده و آب جای آن را می‌گیرد پس می‌توان به راحتی با اندازه گیری غلظت محلول الکترولیت باتری، پی به سطح شارژ آن برد.

همانطور که شاید دیده باشید بعضی از باطری‌های ماشین دارای یک نمایشگر سطح شارژ هستند (چشمی باتری) که در واقع شبیه یک کاغذ تورنسل، سطح اسیدیته را با رنگ های مختلف نشان می‌دهد.

در روند شارژ باطری دقیقاً برعکس بالا بوده و عملاً باید انرژی صرف کنیم تا بتوانیم فرمول برگشت پذیر باتری را محقق کنیم:

این روند کاملاً عکس روند دشارژ است، در قطب مثبت از ترکیب آب و سولفات سرب، اکسید سرب و یون های هیدروژن متصاعد می‌شود که واکنش زیر این فرایند را نشان می‌دهد:

PbSO4 + 2H2O  → PbO2 + HSO4 + 3H+ + 2e

در قطب منفی نیز یون های هیدروژن تولید شده از رابطه قبل، به همراه سولفات سرب وارد واکنش شده و مجدداً سرب و یون HSO4 تولید می‌کنند.

PbSO4 + H+ + 2e → Pb + HSO4

همانطور که دیده می‌شود روابط شارژ و دشارژ کاملاً عکس یکدیگر بوده و در نتیجه به باتری قابلیت شارژ و دشارژ مداوم را می‌دهد.

عملکرد باتری به زبان علمی

اگر یک الکترود سربی در محلول رقیق شده اسید سولفوریک غوطه ور شود، یون های مثبت از الکترود به الکترولیت منتقل می شود (تاثیر پدیده فشار محلول).

انتقال یون های مثبت سرب به الکترولیت بیانگر آن است که شارژ منفی (الکترون ها) در الکترود سربی باقی می ماند.

به بیان دیگر، الکترود سربی به صورت الکتریکی نبوده و دارای پتانسیل منفی مرتبط با الکترولیت می باشد.

اگر دو الکترود از جنس های مختلف (به طور مثال، سرب{Pb}و دی اکسید سرب {PbO2}) در الکترولیتی غوطه ور شوند، پتانسیل های متفاوتی در هر کدام از الکترودها با توجه به نوع الکترولیت گسترش می یابند.

اختلاف پتانسیل مابین الکترودها همان ولتاژ تولیدی می باشد.

از آنجایی که، شارژهای منفی موجود در الکترود باعث به وجود آمدن یک نیروی جذب کننده (نیروی برگشتی) بر روی یون های مثبت که وارد محلول الکترولیت شده اند، می گردد پدیده ذکر شده فوق در هر قسمت شارژ شده در محلول الکترولیت آزاد شده و موازنه ای را به وجود می آورد.

پس از یک مدت زمان معین، این نیروی برگشتی دقیقاً برابر با فشار حل کننده محلول می باشد.

اگر یک نیروی بیرونی به الکترودها اعمال گردد، بسته به جهت جریان، قسمت های الکتریکی بیشتری می توانند در محلول الکترولیت آزاد شده و یا از الکترولیت به الکترود سربی منتقل گردند.

این مورد پدیده ای است که امکان شارژ مجدد باتری اسید-سربی را فراهم می آورد.

در یک صفحه سربی شارژ شده، الکترود مثبت دارای دی اکسید سرب و الکترود منفی دارای اسید خالص می باشد.

در الکترولیت های (اسید سولفوریک رقیق شده) مورد استفاده در صفحات سربی، انتقال جریان از طریق یک هادی یونی صورت می پذیرد.

در یک حلال آبی، مولکول های اسید سولفوریک {H2SO4} به هیدروژن مثبت {+H} و یون های منفی اسید {SO4-2} تجزیه می گردد.

تجزیه مولکول های اسید سولفوریک جهت قدرت انتقال و هدایت الکترولیت و در نتیجه جریان شارژ یا دشارژ بسیار حیاتی می باشد.

هنگامی که جریان های دشارژ جاری می گردد، دی اکسید سرب {PbO2} الکترود مثبت به سولفات سرب {PbSO4} تبدیل می شود.

در صفحه سربی دشارژ شده هر دو الکترود دارای سولفات سرب می باشند.

الکترولیت شامل اسید سولفوریک رقیق شده (17% اسید سولفوریک خالص {H2SO4} و 83% آب {H2O}) می باشد.

اجزا اسید سولفوریک بدین معناست که آب خالص تبدیل به یک رسانا و هادی شده و می تواند به عنوان الکترولیت مورد استفاده قرار گیرد.

فرآیند انتقالی جزئی تر که در مراحل شارژ و دشارژ صفحات سربی روی می دهند عبارتند از:

شارژ شدن باتری

در عملکرد باتری ، جهت شارژ صفحات پیل (انباره) سربی، الکترود مثبت آن را به قطب مثبت یک منبع DC و الکترود منفی آن را به قطب منفی منبع متصل می گردد.

جهت دشارژ عکس عمل فوق صورت خواهد پذیرفت.

انرژی الکتریکی بایستی بر صفحات سربی نیرو وارد آورد، چون که در ابتدا فرآیند دارای سطوح انرژی بالایی می باشند این بدین معنی است که برای انجام شارژ باتری برعکس تخلیه که به صورت خود به خودی صورت می گرفت دراینجا باید انرژی صرف کرد تا بتوان عملیات برگشت پذیر باطری را انجام داد و مجدداً صفحات باتری و الکترولیت را به حال اولیه یعنی فول شارژ تغییر داد.

منبع جریان شارژ شده، الکترون ها را از الکترود مثبت جدا کرده و آنها را به حرکت در سمت الکترود منفی وامی دارد.

به دلیل اینکه الکترون ها که توسط منبع جریان شارژ شده به طرف الکترود منفی حرکت می کنند، سرب فلزی در همین الکترود توسط اتم های مثبت سرب تشکیل می شود و این در صورتی است که مولکول های اسید سولفیت تجزیه می شوند.

در همین زمان، یون های اکسیژن شارژ شده منفی باقیمانده {SO4-2} از الکترود منفی به الکترولیت آزاد می شوند.

در الکترود مثبت، سرب مثبت به سمت سرب مثبت به دلیل رها شدن الکترون ها انتقال می باید و این در حالی است که ترکیبات سربی {PbSO4} (سولفات سرب) به صورت الکتروشیمیایی توسط ولتاژ شارژ اعمالی، تجزیه می شود.

سرب مثبت با اکسیژن آزاد شده از آب {H2O} ترکیب شده و دی اکسید سرب {PbO2} را تشکیل می دهد.

در همان زمان، یون های سولفات آزاد شده در الکترود مثبت در حین فرآیند اکسیداسیون (از ترکیب بندی {PbSO4}) و یون های هیدروژن (از آب) به سمت الکترولیت جریان می یابند.

همانطور که در بالا ذکر شد، یون های سولفات از الکترود منفی به الکترولیت وارد می شوند.

بنابراین در حین فرآیند شارژ، تعداد یون های هیدروژن و یون های سولفات در الکترولیت، افزایش می یابند.

به بیان دیگر، اسید سولفوریک تازه {H2SO4} تشکیل شده و چگالی (ρ) الکترولیت نیز افزایش می یابد.

در صفحات شارژ شده، چگالی عادی برای ρ = 1.28 kg/L و مرتبط با درصد ترکیبات الکترولیت که در حدود 37% اسید سولفوریک و 63% آب می باشد.

این بدان معناست که وضعیت شارژ باتری از طریق اندازه گیری چگالی ویژه الکترولیت قابل اندازه گیری است.

فرآیند شارژ هنگامی کامل است که:

سولفات سرب در الکترود مثبت به دی اکسید سرب {PbO2} تبدیل شود.

سولفات سرب در الکترود منفی به سرب {Pb} تبدیل شود.

ولتاژ شارژ و جاذبه مخصوص الکترولیت حتی در هنگام شارژ مداوم ثابت باقی بماند.

اگر فرآیند شارژ تداوم داشته باشد، تجزیه الکترولیت به آب روی خواهد داد.

اکسیژن در صفحه مثبت و هیدروژن در صفحه منفی به وجود می آید و در اصطلاح به باتری (تولید کننده گاز) می گویند.

هنگامی که باطری شارژ شد، می توان آن را از منبع شارژ جدا نمود.

در فرآیند شارژ باتری، انرژی الکتریکی اعمال شده به صفحات به شکل انرژی شیمیایی تبدیل شده است.

دشارژ شدن (تخلیه جریان از باتری)

در عملکرد باتری ، اگر باری (به طور مثال یک لامپ) مابین قطب های صفحات سربی متصل گردد، به دلیل اختلاف پتانسیل مابین قطب ها (ولتاژ صفحات)، الکترون ها از قطب منفی به قطب مثبت جریان می یابند.

در مقایسه با فرآیند شارژ باتری جهت جریان و فرآیند های الکتروشیمیایی در هنگام دشارژ باطری، برعکس می شود.

این جریان الکترون ها باعث تغییر شکل چهارظرفیتی سرب در الکترود مثبت به شکل دوظرفیتی آن شده و در نتیجه شکستن پیوند بین سرب و اتم های اکسیژن حاصل خواهد شد.

اتم های اکسیژن آزاد شده و با یون های هیدروژن ناشی از اسید سولفوریک ترکیب گردیده و تشکیل آب می دهند.

در الکترود منفی، سرب با شکل دو ظرفیتی از حرکات الکترون ها از سرب به الکترود مثبت تشکیل می گردد.

یون های منفی سولفات با شکل دوظرفیتی ({SO4-2} ناشی از اسید سولفوریک) با شکل دوظرفیتی مثبت سرب {+Pb2} در هر دو الکترود ترکیب شده و تشکیل سولفات سرب {PbSO4} به عنوان محصول دشارژ در هر الکترود می دهد.

4 نظر در “عملکرد باتری – پارامترها ، فرایند ، شارژ و دشارژ ، درجه حرارت و …

  1. آواتار صابر صابر گفت:

    سلام با دقت مطالب سایت را خواندم علمی دقیق و برایم بسیار مفید بود متشکرم

    متوجه شدم باطرهای یو پی اس نمیتوانند در خودرو استفاده شود چون ظرفیت تحویل برق آنی آمپر بالا را ندارد
    و سوال اینکه آیا باتری خودرو میتواند در یو پی اس استفاده شود ؟؟؟

    1. آواتار مدیریت مدیریت گفت:

      ضمن عرض سلام وادب
      به لحاظ فنی اصلا توصیه نمی شود اما غیر ممکن هم نیست.
      تنها همین الکترولیت مایع باتری های خودرویی کافیه که اصلا برای دستگاه یو بی اس سراغ باتری خودرویی نروید.
      با تشکر

  2. آواتار Reza Reza گفت:

    سلام من یک مبدل برق که جریان۱۲ ولت را که به ۲۲۰ ولت ومقدار ۲۰۰۰ وات قدرت تبدیل میکند را می خواهم به یک باطری ۱۲ ولتی ماشین که مثلا ۱۰۰ Ah (امپر) است را وصل کنم چطور می توانم میزان شارژ دهی باطری ماشین را محاسبه کنم ؟ ممنون میشم اگر کسی بتونه کمکم کنع .

  3. آواتار محمدبرخورداری محمدبرخورداری گفت:

    سلام و عرض ادب خدمت شما دوستان گرامی،باتری اسید سربی سیلد ۷AH. 12v را میتوانم بجای باتری خودرو(سمند ef7)بگذارم تا شارژ شود؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *