Baterii de Acumulare

I. Introducere

Bateriile de acumulatoare sunt pile electrice reversibile, care au proprietatea de a înmagazina energia electrică prin transformarea ei în energie chimică şi reciproc.

Bateriile de acumulatoare ( numite pe scurt baterii sau acumulatoare ) sunt formate din elemenţi

( celule ) de acumulatoare, care pot fi conectate:

- în serie ( pentru mărirea tensiunii );

- în paralel ( pentru mărirea intensităţii );

- mixt ( pentru mărirea tensiunii şi intensităţii ).

Bateriile utilizate pe automobile servesc ca sursă de energie electrică, fiind conectate în paralel cu

dinamurile sau alternatoarele.

I. 1 Funcţiile bateriilor de acumulatoare.

Bateriile de acumulatoare îndeplinesc următoarele funcţii:

alimentează demarorul şi sistemul de aprindere la pornire;

alimentează restul receptoarelor şi consumatorilor electrici când motorul nu funcţionează;

preiau vârfurile de sarcină când puterea cerută de consumatori depăşeşte puterea pe care o poate da generatorul;

contribuie la menţinerea unei tensiuni constante a instalaţiei electrice la variaţia vitezei şi sarcinii generatorului.

I. 2. Tipuri de acumulatoare

Dintre acumulatoarele pentru autovehicule, cea mai largă răspândire o au acumulatoarele acide

cu plăci de plumb. Ele prezintă avantajul unei rezistenţe interioare de valoare mică, ceea ce face să fie utilizate la pornirea electrică a motoarelor. Ca dezavantaj este rezistenţa lor mecanică scăzută şi durata de viaţă relativ mică. Ele prezintă o autodescărcare importantă, şi ca urmare nu este permis să stea mult timp fără a fi reîncărcate.

Acumulatoarele alcaline se utilizează, de obicei, numai la autovehiculele care nu necesită sistem de pornire electric ( de exemplu, la motociclete ). Elementele unei baterii alcaline au plăcile pozitive din oxizi ai metalelor respective ( Ni, Cd, Ag ), iar cele negative sub formă de pastă de metal spongios ( Fe, Cd, Zn ), şi sunt montate alternativ într-un vas de oţel nichelat perforat; electrolitul este un hidroxid de potasiu diluat cu apă. Elementul se încarcă în anumite condiţii la o sursă de curent continuu.

Avantajele de menţinere practic constantă a capacităţii de descărcare la intensităţi mari şi a concentraţiei electrolitului ar impune folosirea acestor baterii. Având însă în vedere variaţia capacităţii cu temperatura, oxidarea în apă a zincului la bateriile Ag – Zn, cu degajare de hidrogen, şi deci cu pericol de explozie, precum şi preţul foarte ridicat, folosirea lor pe scară largă în condiţiile actuale nu este posibilă.

I. 3. Acumulatorul cu plăci de plumb

A. Reacţiile electrochimice reversibile de descărcare – încărcare

Acumulatoarele acide sunt formate în principiu din:

- cuvă ( bac ) în care se introduc;

- grupurile de plăci ( electrozi ) pozitive şi negative, executate din grătare de plumb umplute cu materie ( pastă ) activă;

- electrolitul format din soluţii de acid sulfuric în apă distilată.

În stare iniţială, plăcile pozitive au pasta activă formată din peroxid de plumb ( PbO2 ), iar cele

negative din plumb spongios ( Pb ). Bateriile trebuie umplute cu electrolit şi puse imediat la încărcare pentru „formarea” electrochimică şi omogenizare. După formare, acumulatoarele sunt supuse la reacţii electrochimice reversibile de descărcare şi încărcare.

Procesul de descărcare ( figura 1 ) se produce dacă la bornele exterioare ale acumulatorului, respectiv între cele două grupuri de plăci, se racordează o rezistenţă ( bec ). În interiorul celulelor ia naştere un curent electric având sensul de la plăcile negative la plăcile pozitive. La trecerea curentului electric la placa pozitivă, intră în combinaţie peroxidul de plumb cu acidul sulfuric, la placa negativă, acidul sulfuric reacţionează cu plumbul metalic.

Figura 1. Procesul de descărcare a bateriei de acumulatoare

Are loc o scădere a concentraţiei electrolitului, tensiunea electrică pe element scade, iar rezistenţa electrică interioară creşte. Procesul de formare a sulfatului de plumb, respectiv de sulfatare a plăcilor este cu atât mai intens cu cât elementul este mai descărcat.

Procesul de încărcare ( figura 2 ) are loc dacă la bornele elementului se aplică o tensiune electrică de polaritate corespunzătoare. La trecerea curentului electric prin electrolit, de la plăcile pozitive la cele negative, soluţia de acid sulfuric se descompune în ioni care sunt atraşi de plăcile de semn contrar.

Figura 2. Procesul de încărcare a bateriei de acumulatoare

În timpul procesului de încărcare are loc transformarea apei şi a sulfatului de plumb în plumb care se depune pe plăcile negative, peroxid de plumb care se depune pe plăcile pozitive şi acid sulfuric care face să crească densitatea electrolitului. Substanţele rezultate în urma procesului de încărcare regenerează atât materia ( pasta ) activă de pe plăci, cât şi densitatea electrolitului, paralel cu diminuarea cantităţii de sulfat de plumb.