ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่

2024 ผู้เขียน: Trinity Chesterton | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-16 15:09

แบตเตอรี่รถยนต์หรือที่รู้จักในชื่อตัวสะสม มีหน้าที่รับผิดชอบระบบสตาร์ท ไฟส่องสว่าง และจุดระเบิดในรถยนต์ โดยปกติ แบตเตอรี่รถยนต์จะเป็นตะกั่ว-กรด ซึ่งประกอบด้วยเซลล์กัลวานิกที่มีระบบ 12 โวลต์ แต่ละเซลล์สร้าง 2.1 โวลต์เมื่อชาร์จเต็ม ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์เป็นคุณสมบัติควบคุมของสารละลายกรดในน้ำที่ช่วยให้แบตเตอรี่ทำงานได้ตามปกติ

องค์ประกอบของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด

อิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นสารละลายของกรดซัลฟิวริกและน้ำกลั่น ความถ่วงจำเพาะของกรดซัลฟิวริกบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ 1.84 ก./ซม.³ และกรดบริสุทธิ์นี้จะเจือจางด้วยน้ำกลั่นจนความถ่วงจำเพาะของสารละลายคือ 1.2-1.23 ก./ซม. 3^.

แม้ว่าในบางกรณี ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่จะแนะนำโดยขึ้นอยู่กับประเภทของแบตเตอรี่ ฤดูกาลและสภาพอากาศ ความถ่วงจำเพาะของแบตเตอรี่ที่ชาร์จจนเต็มตามมาตรฐานอุตสาหกรรมในรัสเซียคือ 1.25-1.27 g / cm³ ในฤดูร้อนและฤดูหนาวที่รุนแรง - 1,27-1, 29g/cm^3.

ความถ่วงจำเพาะของอิเล็กโทรไลต์

หนึ่งในพารามิเตอร์หลักของแบตเตอรี่คือความถ่วงจำเพาะของอิเล็กโทรไลต์ เป็นอัตราส่วนของน้ำหนักของสารละลาย (กรดซัลฟิวริก) ต่อน้ำหนักของปริมาตรน้ำเท่ากันที่อุณหภูมิหนึ่ง มักจะวัดด้วยไฮโดรมิเตอร์ ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้สถานะการชาร์จของเซลล์หรือแบตเตอรี่ แต่ไม่สามารถระบุลักษณะความจุของแบตเตอรี่ได้ ในระหว่างการขนถ่าย ความถ่วงจำเพาะจะลดลงเป็นเส้นตรง

ด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นต้องชี้แจงขนาดของความหนาแน่นที่อนุญาต อิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ไม่ควรเกิน 1.44g/cm³ ความหนาแน่นได้ตั้งแต่ 1.07 ถึง 1.3g/cm^{3 อุณหภูมิของส่วนผสมจะอยู่ที่ประมาณ +15 C.}

อิเล็กโทรไลต์ที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นในรูปแบบบริสุทธิ์นั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าที่ค่อนข้างสูงของตัวบ่งชี้นี้ ความหนาแน่น 1.6g/cm3.

ระดับการชาร์จ

เมื่อชาร์จจนเต็มในสภาวะคงตัวและอยู่ภายใต้การคายประจุ การวัดความถ่วงจำเพาะของอิเล็กโทรไลต์จะแสดงสถานะประจุของเซลล์คร่าวๆ แรงโน้มถ่วงจำเพาะ=แรงดันวงจรเปิด - 0.845.

ตัวอย่าง: 2.13V - 0.845=1.285g/cm3.

ความถ่วงจำเพาะจะลดลงเมื่อแบตเตอรี่หมดจนถึงระดับที่ใกล้เคียงกับน้ำบริสุทธิ์ และเพิ่มขึ้นในระหว่างการชาร์จ แบตเตอรี่จะถูกชาร์จจนเต็มเมื่อความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ถึงค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ เฉพาะเจาะจงน้ำหนักขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและปริมาณของอิเล็กโทรไลต์ในเซลล์ เมื่ออิเล็กโทรไลต์อยู่ใกล้จุดต่ำสุด ความถ่วงจำเพาะจะสูงกว่าค่าปกติ อิเล็กโทรไลต์จะลดลงและน้ำจะถูกเติมเข้าไปในเซลล์เพื่อให้อิเล็กโทรไลต์ถึงระดับที่ต้องการ

ปริมาตรของอิเล็กโทรไลต์จะขยายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและหดตัวเมื่ออุณหภูมิลดลง ซึ่งส่งผลต่อความหนาแน่นหรือความถ่วงจำเพาะ เมื่อปริมาตรของอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น ค่าที่อ่านได้จะลดลง และในทางกลับกัน ความถ่วงจำเพาะจะเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า

ก่อนที่คุณจะเพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ คุณต้องทำการวัดและคำนวณ ความถ่วงจำเพาะของแบตเตอรี่ถูกกำหนดโดยแอปพลิเคชันที่จะใช้โดยคำนึงถึงอุณหภูมิในการทำงานและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

% กรดกำมะถัน	% น้ำ	แรงโน้มถ่วงเฉพาะ (20°C)
37, 52	62, 48	1, 285
48	52	1, 380
50	50	1, 400
60	40	+1, 500
68, 74	31, 26	1, 600
70	30	1, 616
77, 67	22, 33	1, 705
93	7	1, 835

ปฏิกิริยาเคมีในแบตเตอรี่

ทันทีที่มีการเชื่อมต่อโหลดผ่านขั้วแบตเตอรี่ กระแสไฟดิสชาร์จจะเริ่มไหลผ่านโหลดและแบตเตอรี่จะเริ่มคายประจุ ในระหว่างกระบวนการคายประจุ ความเป็นกรดของสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะลดลงและทำให้เกิดการสะสมของซัลเฟตบนแผ่นเพลตบวกและลบ ในกระบวนการปล่อยนี้ ปริมาณน้ำในสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะช่วยลดแรงโน้มถ่วงจำเพาะ

เซลล์แบตเตอรี่สามารถคายประจุได้ตามแรงดันไฟต่ำสุดที่กำหนดและความถ่วงจำเพาะ แบตเตอรี่กรดตะกั่วที่ชาร์จจนเต็มมีแรงดันไฟและความถ่วงจำเพาะ 2.2V และ 1.250g/cm³ ตามลำดับ และเซลล์นี้สามารถถูกคายประจุได้ตามปกติจนกว่าค่าที่เกี่ยวข้องจะไม่ถึง 1.8V และ 1.1 g/cm^3.

องค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรไลต์มีส่วนผสมของกรดซัลฟิวริกและน้ำกลั่น ข้อมูลจะไม่ถูกต้องเมื่อวัดหากคนขับเพิ่งเติมน้ำ คุณต้องรอสักครู่เพื่อให้น้ำจืดมีเวลาผสมกับสารละลายที่มีอยู่ ก่อนที่คุณจะเพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ คุณต้องจำไว้ว่า ยิ่งความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกมากเท่าไหร่ อิเล็กโทรไลต์ก็จะยิ่งหนาแน่นมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งความหนาแน่นสูง ระดับการชาร์จก็จะยิ่งสูงขึ้น

สำหรับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ น้ำกลั่นคือตัวเลือกที่ดีที่สุด สิ่งนี้จะย่อเล็กสุดที่เป็นไปได้สารปนเปื้อนในสารละลาย สารปนเปื้อนบางชนิดอาจทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์ไอออน ตัวอย่างเช่น หากคุณผสมสารละลายกับเกลือ NaCl จะเกิดตะกอนซึ่งจะเปลี่ยนคุณภาพของสารละลาย

อิทธิพลของอุณหภูมิต่อความจุ

อิเล็กโทรไลต์มีความหนาแน่นเท่าใด ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิภายในแบตเตอรี่ คู่มือผู้ใช้สำหรับแบตเตอรี่เฉพาะระบุว่าควรใช้การแก้ไขแบบใด ตัวอย่างเช่น ในคู่มือ Surrette/Rolls สำหรับอุณหภูมิตั้งแต่ -17.8 ถึง -54.4^oC ต่ำกว่า 21^{oC ให้ลบ 0.04 สำหรับทุกๆ 6 องศา}

อินเวอร์เตอร์หรือตัวควบคุมการชาร์จหลายตัวมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบตเตอรี่ที่ติดอยู่กับแบตเตอรี่ พวกเขามักจะมีจอ LCD การชี้เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดจะให้ข้อมูลที่จำเป็นด้วย

เครื่องวัดความหนาแน่น

เครื่องวัดความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ใช้สำหรับวัดความถ่วงจำเพาะของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ในแต่ละเซลล์ แบตเตอรี่กรดชาร์จจนเต็มด้วยความถ่วงจำเพาะ 1.255g/cm³ ที่ 26^oC ความถ่วงจำเพาะคือการวัดของของไหลที่เปรียบเทียบกับฐาน นี่คือน้ำที่กำหนดหมายเลขฐาน 1.000 g/cm^3.

ความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกในน้ำในแบตเตอรี่ใหม่คือ 1.280 ก./ซม.³ ซึ่งหมายความว่าอิเล็กโทรไลต์มีน้ำหนัก 1.280 ก./ซม.^{3 คูณน้ำหนักน้ำปริมาณเท่าเดิม แบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วจะได้รับการทดสอบที่สูงถึง1.280 g/cm}3 ^{ในขณะที่ปล่อยจะนับจาก 1.100 g/cm}3^.

ขั้นตอนการทดสอบไฮโดรมิเตอร์

ควรปรับอุณหภูมิที่อ่านได้ของไฮโดรมิเตอร์เป็น 27oC โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในฤดูหนาว ไฮโดรมิเตอร์คุณภาพสูงมีเทอร์โมมิเตอร์ภายในที่จะวัดอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์และรวมสเกลการแปลงเพื่อแก้ไขการอ่านค่าโฟลต สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าอุณหภูมิแตกต่างจากสภาพแวดล้อมอย่างมากหากขับขี่ยานพาหนะ ลำดับการวัด:

1. เทอิเล็กโทรไลต์ลงในไฮโดรมิเตอร์ด้วยหลอดยางหลาย ๆ ครั้งเพื่อให้เทอร์โมมิเตอร์สามารถปรับอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์และอ่านค่าได้
2. ศึกษาสีของอิเล็กโทรไลต์. การเปลี่ยนสีเป็นสีน้ำตาลหรือสีเทาแสดงว่าแบตเตอรี่มีปัญหา และเป็นสัญญาณว่าแบตเตอรี่ใกล้จะหมดอายุการใช้งาน
3. กำหนดปริมาณอิเล็กโทรไลต์ขั้นต่ำลงในไฮโดรมิเตอร์เพื่อให้ลูกลอยลอยได้อย่างอิสระโดยไม่ต้องสัมผัสกับด้านบนหรือด้านล่างของกระบอกตวง
4. ถือไฮโดรมิเตอร์ตั้งตรงที่ระดับสายตาและให้ความสนใจกับการอ่านว่าอิเล็กโทรไลต์ตรงกับมาตราส่วนบนลูกลอย
5. เพิ่มหรือลบ 0.004 หน่วยสำหรับการอ่านทุกๆ 6^oC เมื่ออุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์สูงกว่าหรือต่ำกว่า 27^oC.
6. ปรับค่าที่อ่านได้ ตัวอย่างเช่น ถ้าแรงโน้มถ่วงจำเพาะคือ 1.250 g/cm³ และอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์คือ32^oC ค่า 1.250 g/cm³ ให้ค่าที่แก้ไขแล้ว 1.254 g/cm^{3. ในทำนองเดียวกัน ถ้าอุณหภูมิ 21}o^{C ให้ลบ 1.246 g/cm}3 ^{สี่จุด (0.004) จาก 1.250 ก./ซม.}3^.
7. ทดสอบแต่ละเซลล์และแก้ไขการอ่านโน้ตเป็น 27oC ก่อนตรวจสอบความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์

ตัวอย่างการวัดประจุ

ตัวอย่างที่ 1:

1. ไฮโดรมิเตอร์อ่าน 1.333 g/cm3.
2. อุณหภูมิ 17 องศา ต่ำกว่าที่แนะนำ 10 องศา
3. ลบ 0.007 จาก 1.333 g/cm3.
4. ผลลัพธ์คือ 1.263 g/cm3 ดังนั้นสถานะของประจุจึงอยู่ที่ประมาณ 100 เปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างที่ 2:

1. ข้อมูลความหนาแน่น - 1.178g/cm3.
2. อุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์คือ 43 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าปกติ 16 องศา
3. เพิ่ม 0.016 ถึง 1.178g/cm3.
4. ผลลัพธ์คือ 1.194g/cm3 คิดค่าบริการ 50 เปอร์เซ็นต์

สถานะการชาร์จ	น้ำหนักเฉพาะ g/cm3
100%	1, 265
75%	1, 225
50%	1, 190
25%	1, 155
0%	1, 120

ตารางความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์

ตารางแก้ไขอุณหภูมิต่อไปนี้เป็นวิธีหนึ่งในการอธิบายการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของค่าความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ที่อุณหภูมิต่างกัน

หากต้องการใช้ตารางนี้ คุณต้องรู้อุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์ หากไม่สามารถวัดได้ด้วยเหตุผลบางประการ ควรใช้อุณหภูมิแวดล้อมดีกว่า

ตารางความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์แสดงอยู่ด้านล่าง ข้อมูลนี้อิงตามอุณหภูมิ:

%	100	75	50	25	0
-18	1, 297	1, 257	1, 222	1, 187	1, 152
-12	1, 293	1, 253	1, 218	1, 183	1, 148
-6	1, 289	1, 249	1, 214	1, 179	1, 144
-1	1, 285	1, 245	1, 21	1, 175	1, 14
4	1, 281	1, 241	1, 206	1, 171	1, 136
10	1, 277	1, 237	1, 202	1, 167	1, 132
16	1, 273	1, 233	1, 198	1, 163	1, 128
22	1, 269	1, 229	1, 194	1, 159	1, 124
27	1, 265	1, 225	1, 19	1, 155	1, 12
32	1, 261	1, 221	1, 186	1, 151	1, 116
38	1, 257	1, 217	1, 182	1, 147	1, 112
43	1, 253	1, 213	1, 178	1, 143	1, 108
49	1, 249	1, 209	1, 174	1, 139	1, 104
54	1, 245	1, 205	1, 17	1, 135	1, 1

ดังที่คุณเห็นจากตารางนี้ ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ในฤดูหนาวนั้นสูงกว่าในฤดูร้อนมาก

การบำรุงรักษาแบตเตอรี่

แบตเตอรี่เหล่านี้มีกรดซัลฟิวริก ควรใช้แว่นตานิรภัยและถุงมือยางเมื่อใช้งาน

หากเซลล์มีมากเกินไป คุณสมบัติทางกายภาพของตะกั่วซัลเฟตจะค่อยๆ เปลี่ยนแปลงและถูกทำลาย ซึ่งจะขัดขวางกระบวนการชาร์จ ดังนั้นความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์จึงลดลงเนื่องจากอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีช้า

คุณภาพของกรดซัลฟิวริกต้องสูง มิฉะนั้น แบตเตอรี่อาจใช้งานไม่ได้อย่างรวดเร็ว ระดับอิเล็กโทรไลต์ต่ำช่วยให้เพลตภายในของอุปกรณ์แห้ง ทำให้ไม่สามารถกู้คืนแบตเตอรี่ได้

แบตเตอรี่ที่มีซัลเฟตถูกตรวจจับได้ง่ายโดยดูจากสีของเพลตที่เปลี่ยนไป สีของแผ่นซัลเฟตจะจางลงและพื้นผิวจะกลายเป็นสีเหลือง เซลล์ดังกล่าวแสดงพลังที่ลดลง หากเกิดภาวะซัลโฟเนตเป็นเวลานานจะย้อนกลับไม่ได้กระบวนการ

เพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ ขอแนะนำให้ชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นเวลานานด้วยอัตราการชาร์จที่ต่ำในปัจจุบัน

มีความเป็นไปได้สูงที่จะสร้างความเสียหายให้กับแผงขั้วต่อของเซลล์แบตเตอรี่ การกัดกร่อนส่วนใหญ่ส่งผลต่อการเชื่อมต่อแบบเกลียวระหว่างเซลล์ คุณสามารถหลีกเลี่ยงสิ่งนี้ได้อย่างง่ายดายโดยทำให้แน่ใจว่าสลักเกลียวแต่ละอันถูกปิดผนึกด้วยจาระบีพิเศษบางๆ

เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ มีโอกาสเกิดกรดและแก๊สสูง พวกเขาสามารถทำให้เกิดมลพิษในบรรยากาศรอบ ๆ แบตเตอรี่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการระบายอากาศที่ดีใกล้กับช่องใส่แบตเตอรี่

ก๊าซเหล่านี้ระเบิดได้ เปลวไฟไม่ควรเข้าไปในบริเวณที่ชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่ว

เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ระเบิด ซึ่งอาจทำให้บาดเจ็บสาหัสหรือเสียชีวิตได้ อย่าใส่เทอร์โมมิเตอร์แบบโลหะเข้าไปในแบตเตอรี่ คุณต้องใช้ไฮโดรมิเตอร์ที่มีเทอร์โมมิเตอร์ในตัวซึ่งออกแบบมาสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่

อายุการจ่ายไฟ

ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ไม่ว่าจะใช้หรือไม่ก็ตาม มันก็จะลดลงตามรอบการชาร์จและการคายประจุบ่อยครั้ง ชีวิตคือระยะเวลาที่สามารถเก็บแบตเตอรี่ที่ไม่ได้ใช้งานก่อนที่จะใช้งานไม่ได้ เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่านี่คือประมาณ 80% ของความจุเดิม

มีปัจจัยหลายอย่างที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่อย่างมาก:

1. วงจรชีวิต. เวลาอายุการใช้งานแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับรอบการใช้งานแบตเตอรี่เป็นหลัก โดยทั่วไป 300 ถึง 700 รอบในการใช้งานปกติ
2. เอฟเฟกต์ความลึกของการปล่อย (DOD) การละทิ้งประสิทธิภาพที่สูงขึ้นจะส่งผลให้วงจรชีวิตสั้นลง
3. เอฟเฟกต์อุณหภูมิ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในด้านประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ อายุการเก็บรักษา การชาร์จ และการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ที่อุณหภูมิสูงขึ้น กิจกรรมทางเคมีจะเกิดขึ้นในแบตเตอรี่มากกว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า สำหรับแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ ช่วงอุณหภูมิที่แนะนำคือ -17 ถึง 35oC.
4. แรงดันและความเร็วในการชาร์จ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดทั้งหมดจะปล่อยไฮโดรเจนออกจากเพลตลบและออกซิเจนออกจากเพลตบวกระหว่างการชาร์จ แบตเตอรี่สามารถเก็บพลังงานได้ในปริมาณที่กำหนดเท่านั้น ตามกฎแล้ว แบตเตอรี่จะชาร์จถึง 90% ใน 60% ของเวลาทั้งหมด และชาร์จ 10% ของแบตเตอรี่ที่เหลือประมาณ 40% ของเวลาทั้งหมด

อายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ดีคือ 500 ถึง 1200 รอบ กระบวนการชราภาพที่เกิดขึ้นจริงทำให้ความจุลดลงทีละน้อย เมื่อเซลล์ถึงอายุขัย เซลล์จะไม่ทำงานกะทันหัน กระบวนการนี้จะขยายออกไปเมื่อเวลาผ่านไป จะต้องได้รับการตรวจสอบเพื่อเตรียมเปลี่ยนแบตเตอรี่ทันเวลา