Inhoud
- Hoe werkt autobatterijtechnologie?
- De wetenschap van het opslaan van elektrische energie
- Energie opslaan met lood en zuur
- Hoe ondiep is je cyclus?
- Ander pakket, dezelfde technologie
Hoe werkt autobatterijtechnologie?
Lood en zuur zijn twee dingen die de meeste mensen goed genoeg weten om te vermijden. Lood is een zwaar metaal dat een hele waslijst van gezondheidsproblemen kan veroorzaken, en zuur is, nou ja, zuur. Alleen al de vermelding van het woord roept beelden op van borrelende groene vloeistoffen en gekke gekke wetenschappers die op wereldheerschappij zijn gericht.
Maar net als chocolade en pindakaas lijken lood en zuur niet samen te gaan, maar dat doen ze wel. Zonder lood en zuur zouden we geen auto-accu's hebben, en zonder auto-accu's zouden we geen van de moderne accessoires - of basisbenodigdheden, zoals koplampen - hebben die een elektrisch systeem nodig hebben om te functioneren. Dus hoe kwamen deze twee dodelijke stoffen precies samen om de solide basis te vormen van elektronische systemen voor auto's? Het antwoord, om een zinsnede te lenen, is elementair.
De wetenschap van het opslaan van elektrische energie
Elektrische batterijen zijn gewoon opslagvaten die in staat zijn om een elektrische lading vast te houden en deze vervolgens in een lading te ontladen. Sommige batterijen zijn in staat om een elektrische stroom te produceren vanaf hun basiscomponenten zodra ze zijn gemonteerd. Deze batterijen worden genoemd primaire batterijen, en ze worden doorgaans verwijderd zodra de lading is uitgeput. Autobatterijen passen in een andere categorie elektrische batterijen die keer op keer kunnen worden opgeladen, ontladen en weer opgeladen. Deze secundaire batterijen gebruik een omkeerbare chemische reactie die verschilt van het ene type oplaadbare batterij tot het andere.
In termen die de meeste mensen gemakkelijk kunnen begrijpen, blijven de AA- of AAA-batterijen die u in de winkel koopt, in uw afstandsbediening steken en vervolgens weggooien als ze doodgaan, primaire batterijen. Ze zijn samengesteld, meestal uit zink-koolstof- of zink- en mangaandioxidecellen, en ze kunnen stroom leveren zonder te worden opgeladen. Als ze doodgaan, gooi je ze weg - of gooi je ze op de juiste manier weg, als je dat liever hebt.
Natuurlijk kunt u diezelfde AA- of AAA-batterijen kopen in een "oplaadbare" vorm die meer kost. Deze oplaadbare batterijen gebruiken doorgaans nikkel-cadmium- of nikkel-metaalhydride-cellen. In tegenstelling tot traditionele "alkaline" -batterijen, kunnen NiCd- en NiMH-batterijen bij montage geen stroom leveren aan een belasting. In plaats daarvan wordt er een elektrische stroom op de cellen gezet, wat een chemische reactie in de batterij veroorzaakt. Vervolgens steek je de batterij in je afstandsbediening, en als hij dood gaat, plaats je hem in een oplader en het aanleggen van een stroom keert het chemische proces om dat tijdens het ontladen is ontstaan.
Autobatterijen, die lood en zwavelzuur gebruiken in plaats van nikkeloxyhydroxide en een waterstofabsorberende legering, lijken qua werking op NiMH-batterijen. Wanneer er een elektrische stroom op de batterij wordt gezet, treedt er een chemische reactie op en wordt een elektrische lading opgeslagen. Wanneer een belasting is aangesloten op de batterij, keert die reactie om en wordt er stroom aan de belasting geleverd.
Energie opslaan met lood en zuur
Als het gebruik van lood en zuur om een elektrische lading op te slaan archaïsch klinkt, is dat zo. De eerste loodzuurbatterij werd uitgevonden in de jaren 1850 en de batterij in uw auto gebruikt dezelfde basisprincipes. De ontwerpen en materialen zijn door de jaren heen geëvolueerd, maar hetzelfde basisidee speelt een rol.
Wanneer een loodzuurbatterij wordt ontladen, wordt de elektrolyt een zeer verdunde oplossing van zwavelzuur - wat betekent dat het meestal een gewoon oude H20 is met wat H2SO4 erin ronddrijvend. De loden platen, die het zwavelzuur hebben geabsorbeerd, worden in de eerste plaats loodsulfaat. Als er een elektrische stroom op de batterij wordt gezet, keert dit proces om. De loodsulfaatplaten keren (meestal) terug in het lood en de verdunde oplossing van zwavelzuur wordt meer geconcentreerd.
Dit is geen erg efficiënte manier om elektrische energie op te slaan, in termen van hoe zwaar en groot de cellen zijn vergeleken met de hoeveelheid energie die ze opslaan, maar loodzuuraccu's worden nog steeds gebruikt om twee redenen. De eerste is een kwestie van economie; loodzuurbatterijen zijn veel goedkoper te vervaardigen dan welke andere optie dan ook. De andere reden is dat loodzuuraccu's in staat zijn om enorme hoeveelheden on-demand stroom tegelijk te leveren, waardoor ze uitermate geschikt zijn om als startaccu te gebruiken.
Hoe ondiep is je cyclus?
Traditionele auto-accu's worden soms aangeduid als SLI-batterijen, waar "SLI" staat voor starten, verlichting en ontsteking.Deze afkorting illustreert de hoofddoelen van een auto-accu vrij goed, aangezien de belangrijkste taak van elke auto-accu is om de startmotor, de lichten en de ontsteking te laten draaien voordat de motor draait. Nadat de motor draait, levert de dynamo alle benodigde elektrische energie en wordt de accu opgeladen.
Dit type gebruik is een ondiep soort inschakelduur, omdat het een korte burst van een grote hoeveelheid stroom levert, en dat is waarvoor auto-accu's specifiek zijn ontworpen. Met dat in gedachten bevatten moderne auto-accu's zeer dunne loodplaten, die een maximale blootstelling aan de elektrolyt mogelijk maken en gedurende korte perioden de hoogst mogelijke stroomsterkte bieden. Dit ontwerp is nodig vanwege de enorme huidige eisen van startmotoren.
In tegenstelling tot startbatterijen, zijn deep-cycle accu's een ander type lood-zuur accu die is ontworpen voor een “diepere” cyclus. De configuratie van de platen is anders, dus ze zijn niet erg geschikt voor het leveren van grote hoeveelheden stroom op aanvraag. In plaats daarvan zijn ze ontworpen om gedurende langere tijd minder stroom te leveren. De cyclus is 'dieper' omdat deze langer is, dan omdat de totale ontlading groter is. In tegenstelling tot startbatterijen, die na elk gebruik automatisch worden opgeladen, kunnen deep-cycle batterijen langzaam worden ontladen - tot een veilig niveau - voordat ze weer worden opgeladen. Net als bij het starten van batterijen, mogen deep-cycle loodzuurbatterijen niet onder het aanbevolen niveau worden ontladen om permanente schade te voorkomen.
Ander pakket, dezelfde technologie
Hoewel de basistechnologie achter loodzuuraccu's min of meer hetzelfde is gebleven, hebben de vooruitgang in materialen en technieken tot een aantal variaties geleid. Deep-cycle batterijen gebruiken natuurlijk een andere plaatconfiguratie voor een diepere inschakelduur. Andere variaties gaan nog verder.
De grootste vooruitgang in de technologie van loodzuuraccu's zijn waarschijnlijk klepgestuurde loodzuuraccu's (VRLA). Ze gebruiken nog steeds lood en zwavelzuur, maar ze hebben geen 'overstroomde' natte cellen. In plaats daarvan gebruiken ze gelcellen of een geabsorbeerde glasmat (AGM) voor de elektrolyt. Het chemische proces is hetzelfde op basisniveau, maar deze batterijen zijn niet onderhevig aan gasvorming zoals batterijen van overstroomde cellen dat wel zijn, en ze zijn ook niet kwetsbaar voor lekkage als ze worden omgedraaid.
Hoewel VRLA-batterijen een aantal voordelen hebben, zijn ze veel duurder om te produceren dan traditionele batterijen met natte cellen. Dus terwijl de technologie steeds verder toeneemt, is de kans groot dat je nog een tijdje rondrijdt met de allernieuwste technologie uit de jaren 1860 - tenzij je elektrisch gaat. Maar dat is een heel andere zaak qua batterijen.
