Qué es una batería de plomo ácido: tipos, funcionamiento y sus aplicaciones

Antes de saltar directamente a conocer los conceptos relacionados con la batería de plomo ácido, comencemos con su historia. Así, un científico francés llamado Nicolas Gautherot en 1801 observó que en las pruebas de electrólisis hay una cantidad mínima de corriente incluso cuando la batería principal está desconectada. Mientras que en el año 1859, un científico llamado Gatson desarrolló una batería de plomo ácido y fue la primera en ser recargada por el paso de corriente inversa. Fue la versión inicial de este tipo de batería mientras que Faure le hizo muchas mejoras y finalmente el tipo práctico de batería de plomo-ácido fue inventado por Henri Tudor en 1886. Veamos con más detalle este tipo de batería, funcionamiento, tipos, construcción y beneficios.

¿Qué es una batería de plomo ácido?

La batería de plomo ácido cae dentro de la clasificación de baterías recargables y secundarias. A pesar de las proporciones mínimas de energía a volumen y de energía a peso de la batería, tiene la capacidad de generar sobrecorrientes aumentadas. Esto corresponde al hecho de que las celdas de plomo-ácido poseen una gran cantidad de relaciones potencia-peso.

Estas son las baterías que utilizan peróxido de plomo y plomo esponjoso para convertir la energía química en energía eléctrica. Estos se utilizan principalmente en subestaciones y sistemas de energía debido a que tienen mayores niveles de voltaje de celda y un costo mínimo.

Construcción

En el construcción de baterías de plomo ácido, placas y contenedores son los componentes cruciales. La siguiente sección proporciona una descripción detallada de cada componente utilizado en la compilación. los diagrama de bateria de plomo acido es

Envase

Esta parte del contenedor está construida con ebonita, madera recubierta de plomo, vidrio, goma dura a base de elemento bituminoso, materiales cerámicos o plástico forjado que se colocan encima para eliminar cualquier tipo de descarga de electrolito. Mientras que en la parte inferior del recipiente hay cuatro nervaduras de las cuales dos se colocan en la placa positiva y las otras en la placa negativa.

Aquí, el prisma actúa como base para las dos placas y, además, protege las placas contra cortocircuitos. Los componentes utilizados para la construcción del contenedor deben estar libres de ácido sulfúrico, no deben doblarse ni ser permeables y no deben contener ningún tipo de impurezas que puedan dañar el electrolito.

Platos

Las placas de las baterías de plomo-ácido se construyen de manera diferente y todas están formadas por tipos similares de rejillas formadas por componentes activos y plomo. La rejilla es crucial para establecer la conductividad actual y para distribuir cantidades iguales de corrientes a los componentes activos. Si hay una distribución desigual, habrá un aflojamiento del componente activo. Las placas de esta batería son de dos tipos. Estas son placas plantadas/formadas y placas recortadas/pegadas.

Las placas formadas se utilizan principalmente para baterías estáticas y también son pesadas y caras. Pero tienen una larga vida útil y no son fácilmente susceptibles de perder sus componentes activos, incluso en procesos continuos de carga y descarga. Estos tienen una relación mínima entre capacidad y peso.

Mientras que el proceso de pegado se utiliza más para la construcción de placas negativas que para la de placas positivas. El componente activo negativo es algo complicado y sufren una ligera modificación en los procesos de carga y descarga.

componente activo

El componente que participa activamente en los procesos de reacción química que ocurren en la batería principalmente en el momento de la carga y descarga se denomina componente activo. Los componentes activos son:

• Peróxido de plomo - Forma un componente activo positivo.
• Plomo Esponja - Este material forma el componente activo negativo
• Ácido sulfúrico diluido: se utiliza principalmente como electrolito

Separadores

Son láminas delgadas hechas de caucho poroso, madera de plomo recubierta y fibra de vidrio. Los separadores se colocan entre las placas para proporcionar un aislamiento activo. Tienen forma acanalada por un lado y acabado liso por el otro lado.

Bordes del tambor

Tiene bordes positivos y negativos con diámetros de 17,5 mm y 16 mm.

Principio de funcionamiento de la batería de plomo ácido

Como el ácido sulfúrico se usa como electrolito en la batería, cuando se disuelve, las moléculas que contiene se dispersan como SO₄^– (iones negativos) y 2H+ (iones positivos) y estos podrán moverse libremente. Cuando estos electrodos se sumergen en las soluciones y suministran energía de CC, los iones positivos tendrán movimiento y se moverán hacia el borde negativo de la batería. De la misma forma, los iones negativos tendrán un movimiento y se desplazarán hacia el borde positivo de la batería.

Todos los iones de hidrógeno y sulfato recogen iones negativos y de uno y dos electrones del cátodo y el ánodo y reaccionan con el agua. Esto forma hidrógeno y ácido sulfúrico. Mientras que el producto de las reacciones anteriores reacciona con el óxido de plomo y forma peróxido de plomo. Esto significa en el momento del proceso de carga; el elemento del cátodo de plomo sigue siendo plomo, mientras que el ánodo de plomo está formado por peróxido de plomo de color marrón oscuro.

Cuando no hay alimentación de CC, en el momento en que se conecta un voltímetro entre los electrodos, muestra la diferencia de potencial entre los electrodos. Cuando hay una conexión de cable entre los electrodos, habrá un flujo de corriente desde la placa negativa a la placa positiva a través de un circuito externo, lo que significa que la celda tiene la capacidad de entregar una forma de energía eléctrica.

Así que esto muestra la funcionamiento con batería de plomo ácido guion.

Diferentes tipos

los tipos de baterías de plomo ácido se clasifican principalmente en cinco tipos y se explican en detalle en la siguiente sección.

tipo inundado - Es del tipo de encendido del motor convencional y tiene una batería de tipo de tracción. El electrolito se mueve libremente en la sección de la celda. Las personas que usan este tipo pueden acceder a cada celda y pueden agregar agua a las celdas cuando la batería se agota.

tipo sellado – este tipo de batería de plomo-ácido es solo un cambio menor con respecto al tipo de batería inundada. Aunque las personas no tienen acceso a cada celda de la batería, el diseño interno es casi similar al tipo inundado. La principal variación de este tipo es que hay una cantidad suficiente de ácido que resiste el curso constante de las reacciones químicas a lo largo de la vida útil de la batería.

tipo VRLA – Estas se denominan baterías de plomo-ácido reguladas por válvula, también conocidas como tipo de batería sellada. El procedimiento de control de valor permite la evolución segura de O₂ y H₂ gas al cargar.

Tipo de junta general - Esta es la batería tipo mate de vidrio absorbido que permite que el electrolito se detenga cerca del material de la placa. Este tipo de batería aumenta el rendimiento de los procesos de descarga y carga. Estos se utilizan particularmente en deportes de motor y aplicaciones de iniciación motora.

tipo de gel - Este es el tipo húmedo de batería de plomo ácido donde el electrolito de esta celda está unido a sílice, lo que hace que el material sea más rígido. Los valores de voltaje de recarga de la celda han sido mínimos en comparación con otros tipos y también tiene más sensibilidad.

Reacción química de la batería de plomo ácido

La reacción química en la batería ocurre principalmente durante los métodos de descarga y recarga y en el proceso de descarga se explica a continuación:

Cuando la batería está completamente descargada, el ánodo y los cátodos son PbO₂ y Pb. Cuando estos se conectan mediante una resistencia, la batería se descarga y los electrones tienen el camino opuesto en el momento de la carga. El h₂ los iones tienen un movimiento hacia el ánodo y se convierten en un átomo. Está dentro del rango de PbO₂formando así PbSO₄ que es de color blanco.

De la misma manera, el ion sulfato tiene un movimiento hacia el cátodo y luego de alcanzarlo, el ion se transforma en SO₄. Reacciona con el cátodo de plomo formando así sulfato de plomo.

PbSO₄ + 2H = PbO + H₂O

PbO+H₂ENTONCES₄ = PbSO₄ + 2 horas₂O

PbO₂ +H₂ENTONCES₄ + 2H = PbSO₄ + 2 horas₂O

Durante el proceso de carga, el cátodo y los ánodos están conectados con los bordes negativo y positivo de la fuente de alimentación de CC. Los iones H2 positivos se mueven en la dirección del cátodo y ganan dos electrones y se forman como átomos de H2. Sufre una reacción química con sulfato de plomo y forma plomo y ácido sulfúrico.

PbSO₄ + 2 horas₂O + 2H = PbSO₄ + 2 horas₂ENTONCES₄

La ecuación combinada para los dos procesos está representada por

Aquí, la flecha hacia abajo indica la descarga y una flecha hacia arriba indica el proceso de recarga.

La vida

La temperatura de funcionamiento óptima para la batería de plomo ácido es de 25⁰C que significa 77⁰F. El aumento del rango de temperatura acorta la longevidad. Por regla general, por cada 80 °C de aumento de la temperatura, se reduce la vida media de la batería. Mientras que una batería de valor regulado que funciona a 25⁰Tiene un duración de la batería de plomo ácido 10 años. Y cuando esto se opera a los 33⁰C, tiene una vida útil de solo 5 años.

Aplicaciones de las baterías de plomo ácido

• Se utilizan en iluminación de emergencia para alimentar bombas de sumidero.
• Utilizado en motores eléctricos.
• submarinos
• submarinos nucleares

Este artículo ha explicado el principio de funcionamiento, los tipos, la vida útil, la construcción, las reacciones químicas y las aplicaciones de la batería de plomo ácido. Además, saber cuáles son los ventajas de la batería de plomo ácido y desventajas ¿en varios campos?