Miten auton akut toimivat?
Lyijy ja happo ovat kahta asiaa, jotka useimmat ihmiset tietävät riittävän hyvin välttääkseen. Lyijy on raskasmetalli, joka voi aiheuttaa koko pyykinluettelon terveysongelmista, ja happo on hyvin happoa. Pelkkä maininta sanasta herättää kuvia kuplivaa vihreää nesteitä ja hämmentyneitä tiedemiehiä, jotka ovat taipuneet maailmanvaltaan.
Mutta kuten suklaa ja maapähkinävoi, lyijy ja happo eivät näyttäisi menevän yhteen, mutta he tekevät. Ilman lyijyä ja happoa meillä ei olisi autoparistoja ja ilman autoparistoja, meillä ei olisi mitään nykyaikaisia lisävarusteita - tai perustarvikkeita, kuten ajovalot - jotka edellyttävät sähköjärjestelmän toimivuutta. Joten miten nämä kaksi tappavaa ainetta täsmälleen kokoontuivat muodostamaan autojen sähköisten järjestelmien kallioperäisen perustan? Vastaus, joka lainaa käännöksen, on alkeellinen.
Sähköenergian varastointitiede
Sähköakut ovat yksinkertaisesti varastointisäiliöitä, jotka pystyvät pitämään sähkövarauksen ja purkamaan sen sitten kuormitukseksi. Jotkut akut pystyvät tuottamaan sähkövirtaa peruskomponenteistaan heti, kun ne on koottu. Näitä paristoja kutsutaan ensisijaisiksi paristoiksi , ja ne yleensä hävitetään, kun lataus on loppunut. Auton akut sopivat erilaisiin sähköakkuihin, jotka voidaan ladata, tyhjentää ja ladata uudestaan ja uudestaan. Nämä toissijaiset paristot käyttävät käännettävää kemiallista reaktiota, joka eroaa yhden tyyppisestä ladattavasta akusta toiseen.
Niin sanottuna, että useimmat ihmiset voivat helposti ymmärtää, että AA- tai AAA-akut, jotka ostat kaupasta, kiinni kauko-ohjaimesta ja heittävät heidät kuolemasta, ovat ensisijaisia akkuja. Ne kootaan tyypillisesti joko sinkki-hiili- tai sinkki- ja mangaanidioksidisoluista ja ne kykenevät antamaan virtaa ilman latausta. Kun he kuolevat, heität heidät pois tai hävität heidät oikein, jos haluat.
Tietenkin voit ostaa nämä samat AA- tai AAA-paristot ladattavaan muotoon, joka maksaa enemmän. Nämä ladattavat paristot käyttävät tyypillisesti nikkeli-kadmium- tai nikkelimetallihydridisoluja. Toisin kuin perinteiset "alkaliset" paristot, NiCd- ja NiMH-akut eivät kykene tarjoamaan virtaa kuormalle asennuksen yhteydessä. Sen sijaan soluihin kohdistuu sähkövirta, joka aiheuttaa kemiallisen reaktion akussa. Tämän jälkeen pidät akun kauko-ohjaimesta, ja kun se kuolee, laitat sen laturiin ja virran käyttö vääristää purkauksen aikana tapahtuneen kemiallisen prosessin.
Auton akut, jotka käyttävät lyijyä ja rikkihappoa nikkelioksidihydroksidin sijasta ja vetyä absorboivasta seoksesta, ovat samanlaisia kuin NiMH-paristot toiminnassa. Kun sähkövirtaa syötetään akkuun, tapahtuu kemiallinen reaktio ja sähkövaraus tallennetaan. Kun kuorma on kytketty akkuun, tämä reaktio kääntyy ja kuorma ladataan.
Energian varastoiminen lyijyn ja hapon avulla
Jos käytät lyijyä ja happoa sähkövarauksen tallentamiseen ääneen, se on. Ensimmäinen lyijyakku keksittiin 1850-luvulla, ja akussa oleva akku käyttää samoja perusperiaatteita. Mallit ja materiaalit ovat kehittyneet vuosien varrella, mutta sama perusidea on pelissä.
Kun lyijyakku tyhjennetään, elektrolyytti muuttuu hyvin laimeaksi rikkihapon liuokseksi, eli se on pääosin tavallinen vanha H20, jossa on noin H2SO4. Lyijylevyt, jotka ovat absorboineet rikkihapon, tulevat ensisijaisesti lyijysulfaatiksi. Kun sähkövirtaa käytetään akussa, tämä prosessi kääntyy. Lyijysulfaattilevyt kääntyvät (enimmäkseen) takaisin lyijyyn ja laimennetun rikkihapon liuos väkevöidään.
Tämä ei ole äärimmäisen tehokas tapa varastoida sähköenergiaa sen mukaan, miten raskas ja suuri solut verrataan niiden energian määrään, mutta lyijyakut ovat yhä käytössä kahdesta syystä. Ensimmäinen on taloustieteen kysymys; lyijyakut ovat paljon halvempia valmistaa kuin mikään muu vaihtoehto. Toinen syy on se, että lyijyakut pystyvät tuottamaan valtavia määriä tilausnopeutta yhtä aikaa, mikä tekee niistä ainutlaatuisen sopivaksi käytettäväksi aloitusakkuina.
Kuinka syvä on sinun sykliesi?
Perinteisiä auton akkuja kutsutaan joskus SLI-paristoiksi , joissa "SLI" tarkoittaa käynnistystä, valaistusta ja sytytystä. Tämä lyhenteessä kuvataan auton akun tärkeimmät tavoitteet, sillä minkä tahansa auton akun päätehtävä on käynnistää käynnistysmoottori, valot ja sytytys ennen moottorin käynnistystä. Kun moottori on käynnissä, generaattori tarjoaa tarvittavan sähköenergian, ja akku latautuu.
Tämäntyyppinen käyttö on matala tyyppinen käyttöjakso, koska se tarjoaa lyhyen purskeen suuresta virran määrästä, ja juuri nämä akut on suunniteltu tekemään. Tällöin nykyaikaisilla autoparistoilla on erittäin ohuita lyijylevyjä, jotka mahdollistavat suurimman mahdollisen altistumisen elektrolyytille ja antavat mahdollisimman suuren mahdollisen ampeerimäärän lyhyille ajanjaksolle. Tämä malli on välttämätön käynnistysmoottoreiden nykyisten vaatimusten ansiosta.
Toisin kuin käynnistysakut, syväpurkausakut ovat toinen lyijyakkuinen tyyppi, joka on suunniteltu "syvemmälle" sykleelle. Levyjen kokoonpano on erilainen, joten ne eivät ole kovin sopivia tarjoamaan suuria määriä tilaustarvetta. Sen sijaan ne on suunniteltu tarjoamaan vähemmän tehoa pitempään aikaan. Sykli on "syvempi", koska se on pidempi, sen sijaan että kokonaiskuormitus olisi suurempi. Toisin kuin käynnistysakut, jotka ladataan automaattisesti jokaisen käyttökerran jälkeen , sykliakkuja voidaan hitaasti tyhjentää - turvalliseen tasoon - ennen kuin ne ladataan uudelleen. Akkujen käynnistysvaiheessa sylinteriryhmän lyijyakkuja ei pidä purkaa suositeltujen tasojen alapuolella pysyvien vaurioiden välttämiseksi.
Erilainen paketti, sama tekniikka
Vaikka lyijyakkujen takana oleva perusteknologia on pysynyt suunnilleen samana, materiaalien ja tekniikoiden kehitys on johtanut lukuisiin muunnelmiin. Syväpolttimen akut käyttävät luonnollisesti erilaista levykokoonpanoa syvempää käyttöikää varten. Muut muunnelmat lisäävät asioita entisestään.
Lyijyakuteknologian suurin edistys on todennäköisesti venttiilillä säädetty lyijyhappo (VRLA) -akku. He käyttävät edelleen lyijyä ja rikkihappoa, mutta heillä ei ole "tulvia" märkiä soluja. Sen sijaan ne käyttävät joko geelisoluja tai absorboitua lasimattoa (AGM) elektrolyytille. Kemiallinen prosessi on sama perusasetustasolla, mutta nämä paristot eivät altistu kaasun päältä, kuten tulvatut paristot, eivätkä ne altistu vuotoille, jos ne ovat kallistuneet.
Vaikka VRLA-paristoilla on useita etuja, ne ovat paljon kalliimpia kuin perinteiset tulvakennoparistot. Niinpä kun teknologia jatkaa eteenpäin etenemistä, on mahdollista, että ajattelet edelleen huipputekniikan 1860-luvun teknologian alla hupun alla - jos et mene sähköisiksi. Mutta se on täysin eri asia akkujen suhteen.