ほとんどすべてのポータブルおよびハンドヘルドデバイスはバッテリーで構成されています。バッテリーは、必要なときにいつでも電力を供給するためにエネルギーが蓄えられる貯蔵装置です。この現代の電子機器の世界で利用できるバッテリーにはさまざまな種類があり、その中でも鉛蓄電池は一般的に高電力供給に使用されます。通常、鉛蓄電池はサイズが大きく、硬くて重い構造であり、大量のエネルギーを蓄えることができ、一般的に自動車やインバーターで使用されます。
鉛蓄電池は、リチウムイオン電池と競合した後も、リチウムイオン電池に比べて安価で取り扱いが容易なため、日々需要が高まっています。いくつかの市場調査によると、インドの鉛蓄電池市場は2018-24年に9％以上のCAGRで成長すると予測されています。そのため、オートメーション、自動車、および家庭用電化製品で大きな市場需要があります。ほとんどの電気自動車にはリチウムイオン電池が搭載されていますが、それでも鉛蓄電池を使用して自動車に電力を供給する電気二輪車がたくさんあります。
前回のチュートリアルでは、リチウムイオン電池について学びました。ここでは、鉛蓄電池の動作、構造、および用途について理解します。また、鉛蓄電池の充電/放電定格、要件、および安全性についても学習します。
鉛蓄電池の構築
鉛蓄電池とは何ですか？鉛蓄電池という名前を破ると、鉛、酸、バッテリーになります。鉛は化学元素です（記号はPb、原子番号は82です）。それは柔らかくて可鍛性のある要素です。私たちは酸が何であるかを知っています。反応中に陽子を供与したり、電子対を受け入れたりすることができます。そのため、鉛と無水鉛酸（誤って過酸化鉛と呼ばれることもあります）で構成されるバッテリーは、鉛蓄電池と呼ばれます。
さて、内部構造は何ですか？
鉛蓄電池は次のもので構成されています。下の画像で確認できます。
鉛蓄電池は、プレート、セパレーター、電解質、硬質プラスチック、硬質ゴムケースで構成されています。
電池のプレートには、プラスとマイナスの2種類があります。正のものは二酸化鉛で構成され、負のものはスポンジ鉛で構成されます。これらの2つのプレートは、絶縁材料であるセパレーターを使用して分離されます。この全体の構造は、電解質を備えた硬質プラスチックケースに保管されています。電解液は、水および硫酸です。
硬質プラスチックケースは1セルです。単一セルストアは通常2.1Vです。このため、12V鉛蓄電池は6セルで構成され、通常6 x 2.1V /セル= 12.6Vを供給します。
さて、電荷蓄積容量はどれくらいですか？
活物質（電解液量）やプレートのサイズに大きく左右されます。リチウム電池の蓄電池容量はmAhまたはミリアンペア時の定格で表されているのを見たことがあるかもしれませんが、鉛蓄電池の場合はアンペア時です。これについては、後のセクションで説明します。
鉛蓄電池の動作
鉛蓄電池の動作はすべて化学に関するものであり、それについて知ることは非常に興味深いことです。鉛蓄電池の充電と放電の状態には、巨大な化学プロセスが関係しています。希硫酸H 2 SO 4つのにより酸溶解分子が二つの部分に分割します。これは、正イオン2H +と負イオンSO作成する4 - 。前にも言ったように、2つの電極がプレートとして接続されています。アノードとカソードです。アノードはマイナスイオンをキャッチし、カソードはプラスイオンを引き付けます。このアノードにおけるボンディング及びSO 4 H 2 Oで、又は水（希硫酸、硫酸+水）と反応されて、さらに2H +交換電子とを有するとカソード- 。
バッテリーには、充電と放電の2つの化学反応状態があります。
鉛蓄電池の充電
ご存知のように、バッテリーを充電するには、端子電圧よりも高い電圧を供給する必要があります。したがって、12.6Vのバッテリーを充電するには、13Vを適用できます。
しかし、鉛蓄電池を充電すると実際にはどうなりますか？
さて、前に説明したのと同じ化学反応。具体的には、バッテリが充電器に接続されているとき、硫酸分子は、2つのイオンに破壊、正イオン2H +と負イオンSO 4 - 。水素は陰極と電子を交換して水素になり、この水素は陰極のPbSO 4と反応して、硫酸（H 2 SO 4）と鉛（Pb）を形成します。一方、SO 4 -交換アノードと電子とは、ラジカルSOなる4。このSO 4 PBSOと反応4アノードとのPbO過酸化鉛を作成2及び硫酸（H 2 SO 4）。エネルギーは、硫酸の重力を増加させ、セルの電位電圧を増加させることによって蓄積されます。
上で説明したように、次の化学反応は、充電プロセス中にアノードとカソードで発生します。
カソードで
PBSO 4 + 2E - =>鉛+ SO 4 2-
アノードで
PBSO 4 + 2H 2 O =>のPbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2E -
上記の2つの方程式を組み合わせると、全体的な化学反応は次のようになります。
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
鉛蓄電池の充電にはさまざまな方法があります。それぞれの方法は、特定の用途向けの特定の鉛蓄電池に使用できます。定電圧充電方式を使用するアプリケーションもあれば、定電流方式を使用するアプリケーションもありますが、ティックル充電が役立つ場合もあります。通常、バッテリーメーカーは、特定の鉛蓄電池を充電する適切な方法を提供しています。鉛蓄電池の充電では、通常、定電流充電は使用されません。
鉛蓄電池で使用される最も一般的な充電方法は、充電時間の点で効果的なプロセスである定電圧充電方法です。フル充電サイクルでは、充電電圧は一定に保たれ、電流はバッテリーの充電レベルの増加とともに徐々に減少します。
鉛蓄電池の放電
鉛蓄電池の放電も化学反応に関係しています。硫酸は希釈された形であり、通常、水および硫酸と3：1の比率です。負荷がプレートを横切って接続されている場合、硫酸再び改正イオン2H +と負イオンにSO 4。水素イオンのPbOと反応して2とのPbO及び水Hする2 OでのPbOは、Hと反応開始2 SO 4及び作成PBSO 4及びH 2 O.
反対側にSO 4 -イオンラジカルSO作成、鉛から電子を交換する4さらにPBSO作成4は鉛と反応します。
上で説明したように、次の化学反応は、放電プロセス中にアノードとカソードで発生します。これらの反応は、充電反応とは正反対です。
カソードで
PB + SO 4 2- => PBSO 4 + 2E -
アノードで：
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2E - => PBSO 4 + 2H 2 O
上記の2つの方程式を組み合わせると、全体的な化学反応は次のようになります。
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
アノードとカソード間の電子交換により、プレート間の電子バランスが影響を受けます。その後、電子が負荷を流れ、バッテリーが放電します。
この排出中、希硫酸の重力は減少します。また、同時に、セルの電位差が減少します。
危険因子と電気的定格
鉛蓄電池は、安全にメンテナンスしないと有害です。バッテリーは化学プロセス中に水素ガスを生成するため、換気された場所で使用しないと非常に危険です。また、不正確な充電はバッテリーに深刻な損傷を与えます。
鉛蓄電池の標準定格は何ですか？
すべての鉛蓄電池には、標準の充電電流と放電電流のデータシートが付属しています。通常、自動車用途に適用可能な12V鉛蓄電池は、100Ahから350Ahの範囲である可能性があります。この定格は、8時間のタイミング期間での放電定格として定義されます。
たとえば、160Ahのバッテリは、スパンの8時間、負荷に20Aの供給電流を供給することができます。より多くの電流を引き出すことはできますが、そうすることはお勧めできません。最大放電電流よりも8時間多くの電流を流すと、バッテリーの効率が低下し、バッテリーの内部抵抗も変化する可能性があり、バッテリーの温度がさらに上昇します。
一方、充電段階では、充電器の極性に注意し、バッテリーの極性と適切に接続する必要があります。逆極性は鉛蓄電池の充電には危険です。既製の充電器には、制御オプション付きの充電電圧および充電電流計が付属しています。バッテリーを充電するには、バッテリー電圧よりも高い電圧を供給する必要があります。最大充電電流は、8時間の放電率での最大供給電流と同じである必要があります。同じ12V160Ahの例をとると、最大供給電流は20Aであるため、最大安全充電電流は20Aです。
熱とガス発生の増加につながるため、大きな充電電流を増やしたり提供したりしないでください。
鉛蓄電池のメンテナンスルール
- 散水は、浸水した鉛蓄電池の最も無視されているメンテナンス機能です。過充電により水が減少するため、頻繁にチェックする必要があります。水が少ないとプレートが酸化し、バッテリーの寿命が短くなります。必要に応じて蒸留水またはイオン水を追加します。
- 通気孔を確認します。ゴム製のキャップで仕上げる必要があります。多くの場合、ゴム製のキャップが穴にきつく締まりすぎています。
- 使用するたびに鉛蓄電池を充電してください。再充電せずに長期間使用すると、プレートが硫酸化されます。
- バッテリーを凍結したり、摂氏49度を超えて充電したりしないでください。寒い環境では、凍結に関して空のバッテリーよりも安全な完全充電バッテリーとして、完全に充電する必要があります。
- セルあたり1.7V未満のバッテリーを深放電しないでください。
- 鉛蓄電池を保管するには、完全に充電してから電解液を排出する必要があります。するとバッテリーが乾き、長期間保管できます。