اجزا تشکیل دهنده باتری

جعبه باتری

جعبه از پلی پروپیلن بادوام،مقاوم در برابر سرما و گرما و اسید ساخته شده است.

سلولها کاملاً از سلول دیگر جدا شده است.

در کف جعبه فضایی جهت رسوبات ایجاد شده که اتصال کوتاه حاصل از ریزش مواد فعال را کاهش می دهد.

جعبه باتری را به شکل مکعب مستطیل از جنس لاستیک و یا پلاستیک می‌سازند و باید در مقابل حرارت حاصله از فعل و انفعالات شیمیایی باتری و ضربه ، مقاوم بوده و در برابر عبور جریان الکتریسیته ، عایق خوبی باشد.
جعبه باتری بصورت خانه خانه ساخته شده و کف هر خانه دارای حوضچه‌هایی برای ته نشین شدن ذرات جدا شده از صفحات باتری و جلوگیری از اتصالات صفحات بیکدیگر می‌باشد. در صورتی که رسوبات یا لجن‌ها سطحشان بالا بیاید باعث اتصال کوتاه صفحات باتری شده و در نتیجه کاهش قدرت باتری را سبب می‌شود.

خانه باتری هر جعبه دارای تعدادی خانه جدا از یکدیگر می‌باشد. هر خانه حدود 2.1 ولت برق تولید می‌کند. اگر تعدادی صفحه مثبت و منفی داخل خانه باتری قرار دهیم و الکترولیت “اسید سولفوریک” بریزیم و ولت متر در مدار قرار دهیم 2 تا 2.1 ولت را می‌توانیم اندازه بگیریم. لذا برای باتری 6 ولت ، به سه خانه نیاز است.

صفحات باتری

در هر خانه سه صفحه مثبت ، منفی و عایق وجود دارد. تعداد صفحات منفی یکی بیشتر از صفحات مثبت می‌باشد به هر یک از صفحات مثبت و منفی پلیت می‌گویند. پس اگر خانه باتری 19 پلیت داشته باشد ، 9 عدد آن صفحه مثبت و 10 عدد صفحه منفی است. این عدد روی باتری نوشته می‌شود.

پلیت ها دارای طول و عرض و ضخامت های مختلف هستند و بسته به نوع مواد بکار رفته در ساخت آنها آمپر دهی و ظرفیت های مختلف دارند.

• صفحات مثبت:  صفحات مثبت از جنس پراکسید سرب PbO₂ می‌باشد. ابتدا صفحات را از جنس سرب و آنتیموان بصورت مشبک ساخته و بعد ، از اکسید فعال شده پر می‌کنند.
• صفحات منفی: عین صفحات مثبت بوده ، با این تفاوت که ماده فعال ‌شده آن “سرب اسفنجی” می‌باشد.

شبکه ها

سرب خالص برای ساخت شبکه خیلی نرم است بنابراین آن را با درصد کمی از آنتیموان جهت استحکام به صورت آلیاژ در می آورند.صفحات منفی باتریهای هیبریدی شامل آلیاژ سرب-کلسیم است. این یکی از مهمترین پیشرفتهای تکنیکی است. هدف شبکه ها تهیه قالب پشتیبانی برای مواد فعال و همچنین انتقال جریان است.

آلیاژهایی با آنتیموان پایین (2% >) در باتریهای که نگهداری کم نیاز دارند استفاده میشود. این باعث کاهش گازها میشود . باتریهای بدون نیاز به نگهداری آنتیموان پایین دارند اما در شرایط استثنایی نیاز به مراقبت دارند. طراحی شبکه ها مختلف است اما عموماً فلزی هستند که کار هدایت جریان را انجام میدهد.

اسید داخل صفحات با سرب اسفنجی صفحات منفی و دی اکسید سرب صفحات مثبت واکنش میدهد و تشکیل سولفات سرب را میدهد . محصول دیگر این واکنش شیمیایی آب است . وقتی که یک باتری با سرعت بالا دشارژ می شود گفته میشودکه میزان استفاده اسید از میزان انتشار آن متجاوز شده است،بنابراین ولتاژ باتری به سرعت افت می کند.

در دشارژ با سرعت پایین باتری قادر به گرفتن جریان و ولتاژ ثابت برای مدت طولانیست. در طول دشارژ سولفات سرب تشکیل می شود. کریستالهایی که به آسانی تبدیل شده است وقتی شارژ می شود به عناصر اصلی خود بر می گردد. اگر صفحات در موقعیت دشارژ برای مدت طولانی قرار بگیرند کریستالهای کوچک حل می شود و رسوب میکند و باعث رشد صفحات میشود این فرایند ادامه می یابد و کریستالهای بزرگ فشار می آورد و در نتیجه باعث خمیده شدن صفحات میشود. در حالتهای نهایی خمیدگی ممکن است باعث بیرون آمدن صفحات از عایقها شود و اتصال کوتاه ایجاد شود. خمیدگی صفحات باعث می شود به علت عدم رسانایی کریستالهای بزرگ سولفات ، شارژ دوباره باتری غیر ممکن شود.

 

خمیر

صفحات مثبت و منفی با ترکیب اکسید سرب ، اسید سولفوریک و آب خمیر می شود.

افزودنیهای فیبر باعث پیوستگی می شود که برای نگهداشتن مواد فعال بر روی صفحه ریخته گری شده لازم است.

اکسپندر به خمیر صفحات منفی اضافه می شود برای اینکه از منقبض شدن مواد منفی در طول عملیات و تغییر در غلظت مواد فعال و فعالیت شیمیایی ثابت در عملیات جلوگیری کند و صفحات را به صورت اسفنجی نگه دارد.

خمیر صفحات به صورت هدایت کننده عمل می کنند که در زمان قرارگرفتن در آون جهت خشک کردن، سطح صفحات سریع خشک می شود و مانع از چسبیدن آنها به همدیگر می شود.

صفحات مثبت سبز/ زرد هستند.

صفحات منفی به خاطر وجود مواد اکسپندر و چسب خاکستری روشن است.

 

صفحات در دمای کنترل شده و محیط مرطوب جهت کیورینگ به مدت 2 روز انباشته می شوند

گیورینگ صفحات را بطور شیمیایی ثابت نکه میدارد .واکنشهای گرما زا فضا می گیرد و سرب آزاد در خمیر را به اکسید سرب تبدیل می کند.

 

نحوه چیدمان صفحات داخل هر سلول:

 

ردیف	آمپر	تعداد صفحات مثبت	تعداد صفحات منفی
1	55	5	5
2	60کوتاه	5	6
3	60 بلند آبخور	5	6
4	66	6	6
5	74	6	7
6	90	8	9

 

صفحات عایق:  برای جلوگیری از اتصال صفحات مثبت و منفی بیکدیگر ، بین صفحات یک عایق از جنس پلاستیک یا میکا یا فیبر قرار می‌دهند. صفحات عایق از یک طرف صاف و از طرف دیگر دارای همبستگی هایی هستند. طرف برجستگی به طرف صفحه مثبت است تا اسید سولفوریک بهتر با صفحه مثبت فعالیت داشته باشد.برجستگی صفحه عایق اجازه می‌دهد ذرات جدا شده از صفحه مثبت به ته باتری هدایت و از اتصال کوتاه صفحات جلوگیری شود.

• عایق از صفحات متخلخل نازک با قابلیت تفکیک کنندگی تشکیل شده که با آن صفحات مثبت را پاکت میکنند تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود.
• سوراخهای ظریف باعث می شود الکترولیت آزادانه دور عایق حرکت کند .
• راه راه ها باعث می شود حباب های گاز به سطح بیاید و همچنین صفحات مثبت به یک تا شش برابر الکترولیت برای عمل کردن نیاز دارد، راه راه ها (نوارها) الکترولیت را به سمت صفحات مثبت می کشاند.

رایج ترین کاربرد عایق پاکت کردن صفحات است،صفحات توسط پاکت پلی اتیلنی پوشانده می شود.

استرپ ها (مونتاژ)

صفحات  و عایق ها در سلول با هم نگه داشته می شود و برای تشکیل گروه های هر سلول ، پرچم صفحات باهم جوش داده مشود که استرپ نامیده می شود.

وجود یک صفحه منفی در پایان هر استرپ رایج است. ( استاندارد RATIO) . وقتی پایان هر استرپ صفحه مثبت باشدف ما آن را باتری معکوس (REVERAE RATIO)  می نامیم.

اولین و آخرین استرپ قطب ها را تشکیل می دهد.

تست ولتاژ بالا در روی همه استرپ ها اجرا می شود.

صفحات بیشتر = فضای سطحی بیشتر= ظرفیت بالاتر =ظرفیت راه اندازی بالاتر.

گروهها در محفظه ها قرار میگیرد و ازدورن سوراخهای میان دیواره سلول ها به صورت سری در جهت مسیر با مقاومت کم جوش داده می شود . ولتاژ مدار باز صرف نظر از اندازه 1/2  ولت برای هر استرپ است. بنابراین :

6 سلول = V6/12 & 3 سلول = 3/6 V

درب با قطبهای پیش ساخته (بوش) به وسیله گرما به جعبه متصل می شود و جهت نداشتن نشتی با فشار هوا چک میشود.

در پایان دو بوش بوسیله سرب ذوب شده گداخته می شود. به شکل قطب در می آید.

اتصال خانه های باتری به یکدیگر

 ولتاژ باتری تعداد خانه های باتری را تعیین می کند . اگر بخواهند مقدار آمپر باتری را زیاد کنند تعداد صفحات مثبت و منفی هر خانه را زیاد می کنند . پس از این که صفحات هر خانه ، داخل آن قرار داده شد خانه های باتری را بصورت سری بیکدیگر وصل کرده که در نتیجه در کل خانه ها،یک قطب مثبت آزاد و یک قطب منفی آزاد می ماند که انها را بصورت مخروط ناقص از جنس سرب ریختگری نموده و قطب های اصلی باتری نامیده می شود.

تشخیص قطب های باتری از یکدیگر

• قطب مثبت قطور تر از قطب منفی است.
• قطب مثبت با علامت (+) و قطب منفی با علامت (-) مشخص شده است.

قطب مثبت با علامت POS یعنی مثبت و قطب منفی با NEG یعنی منفی مشخص می شود.

شارژ

باتری هم اکنون برای حمل به مکان خشک آماده است.

در داخل هر سلول تا بالای صفحات الکترولیت میریزیم ،باتری برای مدت معین تحت شارژ قرار می گیرد تا شارژ شود.

شارژ بطور الکتروشیمیایی اکسید سرب صفحات مثبت را به دی اکسید سرب (قهوه ای شکلاتی رنگ) تغییر می دهد. همزمان اکسید سرب صفحات منفی را به سرب اسفنجی خاکستری رنگ تبدیل می کند.

قطب های قلمی شده استاندارد هستند . قطر قسمت بالای قطب مثبت 5/17 میلیمتر و قطر قسمت بالای قطب منفی 9/15 میلیمتر است، در نتیجه قطر قطب مثبت بیشتر است.

 

تاثیرات در طول شارژ

الکترولیت

وقتی باتری دشارژ می شود یونهای سولفات از اسید با سرب و دی اکسید سرب ترکیب می شود . قدرت اسید و چگالی آن کاهش می یابد و اگر مواد فعال کافی برای مصرف سولفات آماده باشد، اسید آب خود را کاهش خواهد داد. در موقعیت شارژ وزن مخصوص الکترولیت 270/1 کیلو بر لیتر در حالیکه وزن آب یک کیلوگرم بر لیتر است وقتی که باتری دشارژ می شود ،وزن مخصوص الکترولیت در باتری افت می کند و به 15/1 یا شاید کمتر هم میرسد. این تغییر در دانسیته توسط تست الکتریکی با یک چگالی سج نشان داده می شود.سطح شناور چگالی سنج وزن مخصوص را اندازه میگیرد و موقعیت شارژ باتری را توسط نشان دادن میزان اسید باقیمانده در الکترولیت مشخص می کند و میزان جذب شده توسط صفحات را وزن میکند.

 

دما

دماهای بالا بازده باتری را افزایش می دهد زیرا واکنشهای شیمیایی را بر می انگیزد و باعث کاهش دانسیته الکترولیت میشود. بنابراین الکترولیت به منافذ صفحات با سرعت بیشتری نفوذ میکند. دماهای بالا همچنین سبب آسیب های مخرب به شبکه ها و مواد فعال صفحات منفی میشود بنابراین عمر باتری کم میشود . به طور معمول میانگین افزایش دمای الکترولیت  10C قابل قبول است که به نصف هم کاهش پیدا می کند . در محیط های با دمای بالا ممکن است به دلیل پایین آمدن وزن مخصوص الکترولیت ،اثرات مخرب کاهش یابد . دماهای پایین اثرات معکوس در دشارژ دارند در نتیجه اسید غلیظ تر میشود و نفوذ الکترولیت به منافذ صفحات کند می شود و واکنشهای شیمیایی به کندی انجام می پذیرد. از سوی دیگر صدمه به عناصر باتری کاهش می یابد در حالیکه تحت شرایط نرمال در دمای پائین الکترولیت منجمد نخواهد شد باتری نباید زیاد دشارژ شود زیرا باعث ضعیف شدن الکترولیت و در نتیجه انجماد آن می شود.