Ogniwa i baterie trakcyjne cz. I

Ogniwa i baterie trakcyjne cz. I

 

Zapraszam na pierwszą część artykułu poświęconego ogniwom i bateriom trakcyjnym.

 

 

Ogniwa i baterie trakcyjne – o czym porozmawiamy?

 

            W dzisiejszym artykule poruszymy bardzo ciekawy temat baterii trakcyjnych, czyli baterii/akumulatorów zbudowanych z ogniw przeznaczonych do głębokiego rozładowania (ang. deep cycle battery). Nie ograniczymy się jedynie do nudnych dywagacji na temat tego, czemu zbudowane są tak, a nie inaczej, czy wręcz wybitnie nudnych kwestii dotyczących ich awarii w chwilach, gdy akurat nie mamy na nie ochoty. Poruszymy super ciekawy temat wykrywania trywialnych do usunięcia uszkodzeń, niekiedy eliminujących z użytku całą baterię, gdzie do zaoszczędzenia są naprawdę wymierne kwoty. Nie będzie to artykuł o charakterze wczesnoszkolnym, gdzie z reguły omawia się działanie pięknych, złotych ogniw wprost spod chińskiej igły. Wręcz przeciwnie, skupimy się na bateriach, które wiele już w życiu widziały, a realia, w których przyszło im pracować, zachęcają do życia wiecznego. Artykuł ma charakter hobbystyczny i należy go potraktować jako wstęp do całego cyklu poświęconego tym zasłużonym ogniwom. Nie wyczerpie on absolutnie żadnego z poruszonych wątków, spróbuje jedynie zainteresować Was tematyką i zachęcić do wymiany własnych doświadczeń.

 

Kamień węgielny - kwas siarkowy (VI) i ołów

 

            Technologia pamięta czasy Freda Flinstona, mimo iż on sam nie przyłożył do niej palca. Należy w tym miejscu oczywiście wspomnieć o jej odkrywcy, mało komu dzisiaj znanym Francuzie Gaston Planté. Fizykowi, który w 1859 zademonstrował pierwszą baterię kwasowo-ołowiową. W 1881 wynalazek doczekał się dramatycznego usprawnienia, dokonanego przez Camille'a Alphonse Faure, dzięki czemu baterie kwasowo-ołowiowe z czasem odniosły prawdziwy marketingowy sukces w przemyśle motoryzacyjnym. Od tej pory ciągłe badania nad reakcjami zachodzącymi w tych ogniwach owocowały mniejszymi bądź większymi usprawnieniami (nad którymi nie będziemy sie skupiać, gdyż nie o tym będzie ten artykuł).

 

Nie ma tego złego co by na dobre nie wyszło

 

            Tak opracowana technologia, poza litanią wad, od zawsze posiadała kilka zalet, które przesądziły o sukcesie przekładającym się na dzisiejszy udział procentowy w rynku. I tak, argumentem od zawsze przebijającym wszystko była cena. Nie pokonał jej żenujący stosunek masy do gromadzonej energii, czy też wręcz niedorzeczna masa gotowych ogniw w porównaniu do konkurencyjnych technologii. Ponadto baterie tego typu z natury rzeczy są bardzo wrażliwe na wstrząsy, błędy w obsłudze czy warunki środowiskowe. Zasiarczenie – wróg numer jeden każdej baterii kwasowo-ołowiowej, po odwróceniu kota ogonem staje się jej wielką zaletą – bateria nadaje się do ciągłego podtrzymywania w stanie pełnego naładowania.

 Odporny vs nieodporny

 

            Jedna technologia, dwa przeciwstawne sobie zastosowania. Akumulatory rozruchowe i trakcyjne działają w oparciu o tę samą chemię, jednak stosunkowo drobne różnice konstrukcyjne przesądzają o całkowicie odmiennych warunkach stosowania. 

            Baterie rozruchowe, stosowane w samochodach, mają za zadanie dostarczyć możliwie jak największy prąd rozruchowy w stosunkowo krótkim czasie, z reguły nie większym niż pół minuty, zwykle jedynie przez kilka sekund. Dla zwiększenia pojemności stosuje się elektrody w postaci porowatej masy, strukturą przypominające gęstą, plastyczną gąbkę. Struktura taka, z racji swej dużej powierzchni czynnej, zapewnia dużą pojemność elektryczną oraz duży prąd rozruchowy  nawet w niskich temperaturach. 

            Bateria trakcyjna wykonana jest z litych płyt ołowianych, przez co jej powierzchnia czynna jest niższa od baterii rozruchowej o porównywalnych wymiarach zewnętrznych. Mniejsza powierzchnia czynna wpływa niekorzystnie nie tylko na jej pojemność, ale ogranicza również maksymalny prąd, jaki bateria jest w stanie dostarczyć. I tak, aby zapewnić ten sam prąd rozruchowy, bateria trakcyjna musi mieć co najmniej o 20% większą pojemność niż bateria rozruchowa. Konstrukcja z litych płyt ma jednak jedną miażdżącą przewagę w stosunku do konstrukcji porowatych – jest znacznie bardziej odporna na głębokie rozładowanie. Dla porównania- akumulatory rozruchowe są w stanie znieść od 30 do 100 głębokich cykli, podczas gdy żywotność baterii trakcyjnych liczy się w setkach. W zależności od wartości prądów ładowania, rozładowywania, progów końca ładowania i progów końca rozładowania, bateria taka jest w stanie wytrzymać 500 i więcej cykli. 

Co Cię nie zabije to Cię nie zabije… no chyba, że Cię jednak zabije 

 

            Zasiarczenie – wróg numer jeden obu rodzajów ogniw. O ile jest on naturalnym następstwem rozładowania, o tyle w obu rodzajach ogniw wiąże się z różnymi i zawsze szkodliwymi efektami. Jego długotrwałe skutki zależą nie tylko od głębokości chwilowego rozładowania, ale także od czasu przez jaki ogniwo było w nim utrzymywane. Wszystko za sprawą bardzo trudno rozpuszczalnego siarczanu ołowiu, który w pierwszej fazie gromadzi się w postaci mikroskopijnych kryształów, krystalizujących z czasem do postaci większych struktur. Takie kryształy są po pierwsze niemal nierozpuszczalne w elektrolicie, po drugie nie przewodzą prądu, przez co nie biorą udziału w reakcji chemicznej podczas procesu ładowania akumulatora. Samemu zasiarczeniu z pewnością poświęcimy jeszcze niejeden artykuł, więc póki co zostawimy ten temat na boku.

 

 

Już niebawem zapraszam na drugą część artykułu.