Blei und Säure sind zwei Dinge, die die meisten Leute gut genug wissen, um sie zu vermeiden. Blei ist ein Schwermetall, das eine ganze Reihe gesundheitlicher Probleme verursachen kann, und Säure ist Säure. Die bloße Erwähnung des Wortes beschwört Bilder von sprudelnden grünen Flüssigkeiten und gackernden Wissenschaftlern, die sich der Weltherrschaft verschrieben haben.
Aber wie Schokolade und Erdnussbutter scheinen Blei und Säure nicht zusammen zu gehen, aber sie tun es. Ohne Blei und Säure hätten wir keine Autobatterien und ohne Autobatterien hätten wir kein modernes Zubehör - oder Grundbedürfnisse wie Scheinwerfer -, die ein elektrisches System benötigen, um zu funktionieren. Wie also haben sich diese beiden tödlichen Substanzen genau zu dem grundsoliden Fundament der elektronischen Systeme in Fahrzeugen zusammengeschlossen? Die Antwort, um sich eine Wendung zu leihen, ist elementar.
Die Wissenschaft der Speicherung elektrischer Energie
Elektrische Batterien sind einfach Speicherbehälter, die in der Lage sind, eine elektrische Ladung zu halten und dann in eine Ladung zu entladen. Einige Batterien können aus ihren Basiskomponenten sobald sie zusammengebaut sind, elektrischen Strom erzeugen. Diese Batterien werden aufgerufen Primärbatterien und sie werden normalerweise entsorgt, sobald die Ladung aufgebraucht ist. Autobatterien passen in eine andere Kategorie elektrischer Batterien, die immer wieder aufgeladen, entladen und wieder aufgeladen werden können. Diese Sekundärbatterien verwenden Sie eine reversible chemische Reaktion, die sich von einem Akkutyp zum anderen unterscheidet.
Die meisten Leute können leicht verstehen, dass die AA- oder AAA-Batterien, die Sie im Laden kaufen, in die Fernbedienung stecken und nach ihrem Tod weggeworfen werden, Primärbatterien sind. Sie bestehen typischerweise aus Zink-Kohlenstoff- oder Zink- und Mangandioxid-Zellen und sind in der Lage, ohne Ladung Strom zu liefern. Wenn sie sterben, werfen Sie sie weg - oder entsorgen Sie sie ordnungsgemäß, wenn Sie möchten.
Natürlich können Sie dieselben AA- oder AAA-Batterien auch in einer wiederaufladbaren Form kaufen, die mehr kostet. Diese wiederaufladbaren Batterien verwenden typischerweise Nickel-Cadmium- oder Nickel-Metallhydrid-Zellen. Im Gegensatz zu herkömmlichen "Alkalibatterien" können NiCd- und NiMH-Batterien bei der Montage nicht mit Strom versorgt werden. Stattdessen wird ein elektrischer Strom an die Zellen angelegt, der eine chemische Reaktion innerhalb der Batterie verursacht. Dann stecken Sie den Akku in Ihre Fernbedienung, und wenn er stirbt, legen Sie ihn in ein Ladegerät, und durch Anlegen eines Stroms wird der chemische Vorgang während der Entladung umgekehrt.
Autobatterien, die anstelle von Nickeloxyhydroxid und einer Wasserstoff absorbierenden Legierung Blei und Schwefelsäure verwenden, sind in ihrer Funktion den NiMH-Batterien ähnlich. Wenn ein elektrischer Strom an die Batterie angelegt wird, tritt eine chemische Reaktion auf und eine elektrische Ladung wird gespeichert. Wenn eine Last an die Batterie angeschlossen ist, kehrt sich diese Reaktion um und die Last wird mit Strom versorgt.
Speichern von Energie mit Blei und Säure
Wenn Blei und Säure zur Speicherung einer elektrischen Ladung verwendet werden, klingt dies archaisch. Die erste Blei-Säure-Batterie wurde in den 1850er Jahren erfunden, und die Batterie in Ihrem Auto verwendet die gleichen Grundprinzipien. Die Designs und Materialien haben sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt, aber die gleiche Grundidee ist im Spiel.
Wenn eine Blei-Säure-Batterie entladen wird, wird der Elektrolyt zu einer sehr verdünnten Lösung von Schwefelsäure - was bedeutet, dass es sich meist um reines H2O mit etwas H2SO4 handelt. Die Bleiplatten, die die Schwefelsäure absorbiert haben, werden hauptsächlich Bleisulfat. Wenn ein elektrischer Strom an die Batterie angelegt wird, kehrt sich dieser Vorgang um. Die Bleisulfatplatten wandeln sich (meistens) wieder in das Blei um und die verdünnte Schwefelsäurelösung wird konzentrierter.
Dies ist keine besonders effiziente Art, elektrische Energie zu speichern, und zwar in Bezug auf den Umfang und die Stärke der Zellen im Vergleich zur Menge an Energie, die sie speichern. Aus zwei Gründen werden jedoch heute noch Blei-Säure-Batterien verwendet. Die erste ist eine Frage der Wirtschaftlichkeit; Blei-Säure-Batterien sind viel billiger als jede andere Option. Der andere Grund ist, dass Blei-Säure-Batterien in der Lage sind, sofort enorme Mengen an bedarfsgerechtem Strom bereitzustellen, was sie für die Verwendung als Starterbatterien einzigartig macht.
Wie flach ist dein Zyklus?
Traditionelle Autobatterien werden manchmal als bezeichnet SLI-Batterien , wobei "SLI" für Start, Beleuchtung und Zündung steht. Diese Abkürzung veranschaulicht die Hauptzwecke einer Autobatterie ziemlich gut, da die Hauptaufgabe einer Autobatterie darin besteht, den Anlasser, die Lichter und die Zündung zu betreiben, bevor der Motor läuft. Nachdem der Motor läuft, liefert der Generator alle nötige elektrische Energie und die Batterie wird aufgeladen.
Diese Art der Verwendung ist ein flacher Typ von Einschaltdauer, da sie einen kurzen Stromstoß liefert und genau das sind Autobatterien, die speziell dafür ausgelegt sind. Daher enthalten moderne Autobatterien sehr dünne Bleifolien, die eine maximale Exposition gegenüber dem Elektrolyten ermöglichen und für kurze Zeit die höchstmögliche Stromstärke bieten. Diese Konstruktion ist aufgrund des hohen Strombedarfs von Anlasser erforderlich.
Im Gegensatz zu Starterbatterien sind Tiefzyklusbatterien eine andere Art von Blei-Säure-Batterie, die für einen "tieferen" Zyklus ausgelegt ist.Die Konfiguration der Platten ist unterschiedlich, daher sind sie nicht gut geeignet, um große Mengen an bedarfsgerechtem Strom bereitzustellen. Stattdessen bieten sie weniger Leistung für längere Zeit. Der Zyklus ist "tiefer", weil er länger ist, als dass die Gesamtentladung größer ist. Im Gegensatz zu Starterbatterien, die nach jedem Gebrauch automatisch aufgeladen werden, können Tiefzyklusbatterien langsam auf einen sicheren Stand entladen werden, bevor sie wieder aufgeladen werden. Wie Starterbatterien sollten Batterien mit tiefem Zyklus nicht unter den empfohlenen Wert entladen werden, um dauerhafte Schäden zu vermeiden.
Unterschiedliches Paket, gleiche Technologie
Obwohl die Basistechnologie hinter Blei-Säure-Batterien mehr oder weniger gleich geblieben ist, haben Fortschritte bei Materialien und Techniken zu einer Reihe von Variationen geführt. Batterien mit tiefem Zyklus verwenden natürlich eine andere Plattenkonfiguration, um einen tieferen Betriebszyklus zu ermöglichen. Andere Variationen gehen noch weiter.
Der größte Fortschritt in der Blei-Säure-Batterietechnologie waren wahrscheinlich ventilgesteuerte Blei-Säure-Batterien (VRLA). Sie verwenden immer noch Blei und Schwefelsäure, aber sie haben keine „überfluteten“ Nasszellen. Stattdessen verwenden sie entweder Gelzellen oder eine absorbierte Glasmatte (AGM) für den Elektrolyten. Der chemische Prozess ist im Wesentlichen derselbe, aber diese Batterien unterliegen nicht der Ausgasung wie überflutete Zellenbatterien und sind auch nicht anfällig für Auslaufen, wenn sie gekippt werden.
Obwohl VRLA-Batterien eine Reihe von Vorteilen aufweisen, sind sie in der Herstellung wesentlich teurer als herkömmliche überflutete Zellenbatterien. Während also die Technologie immer weiter voran schreitet, werden Sie wahrscheinlich noch einige Zeit mit der neuesten Technologie aus den 1860er Jahren unter der Haube herumfahren - es sei denn, Sie fahren elektrisch. Bei Batterien ist das eine ganz andere Sache.
