Araç aküsü teknolojisi nasıl çalışır?
Kurşun ve asit, çoğu insanın kaçınmak için yeterince iyi bildiği iki şeydir. Kurşun, sağlık sorunlarının tam bir çamaşır listesine neden olabilecek ağır bir metaldir ve asit de asittir. Kelimenin sadece sözü geçen, köpüren yeşil sıvıların ve caydırıcı-çılgın bilim adamlarının görüntülerini dünya hakimiyetine doğru büküyor.
Ama çikolata ve fıstık ezmesi gibi, kurşun ve asit birlikte gitmeyecek gibi görünüyor, ama yapıyorlar. Kurşun ve asit olmadan, araba akülerimiz olmazdı ve araba aküsü olmadan, modern aksesuarlardan herhangi birine sahip olamayacaktık - ya da farlar gibi temel ihtiyaçlar - elektrik sisteminin çalışması gerekiyor. Öyleyse, tam olarak, bu iki ölümcül madde, otomotiv elektronik sistemlerinin kaya gibi sağlam temellerini oluşturmak için bir araya geldi mi? Cevap, cümle sırasını ödünç almak, ilkeldir.
Elektrik Enerjisinin Saklanması Bilimi
Elektrik aküleri, elektrik yükünü tutabilen ve daha sonra bir yüke boşaltabilen basit depolama tanklarıdır. Bazı piller, monte edildikleri anda temel bileşenlerinden bir elektrik akımı üretebilmektedir. Bu piller birincil piller olarak adlandırılır ve genellikle şarj bittikten sonra atılırlar. Araç aküleri şarj edilebilen, boşaltılabilecek ve tekrar tekrar şarj edilebilen farklı bir elektrik aküsü kategorisine uyar. Bu ikincil bataryalar , bir tür şarj edilebilir bataryadan diğerine farklılık gösteren ters çevrilebilir bir kimyasal reaksiyon kullanır.
Çoğu insanın kolayca anlayabileceği şekilde, mağazada satın aldığınız AA veya AAA pilleri uzaktan kumandanıza takıp ölünce çöpe atınız. Tipik olarak çinko-karbon veya çinko ve manganez dioksit hücrelerinden bir araya getirilirler ve şarj edilmeksizin akım sağlayabilirler. Öldüklerinde, onları atar ya da tercih ederseniz, onları düzgün bir şekilde atın.
Elbette, aynı AA veya AAA pilleri daha pahalı olan “yeniden şarj edilebilir” bir biçimde satın alabilirsiniz. Bu şarj edilebilir piller tipik olarak nikel-kadmiyum veya nikel-metal hidrit hücreleri kullanır. Geleneksel “alkali” pillerin aksine, NiCd ve NiMH piller, montaj sırasında akım yükünü sağlayamazlar. Bunun yerine, pilin içinde kimyasal bir reaksiyona neden olan hücrelere bir elektrik akımı uygulanır. Daha sonra pili uzaktan kumandanıza takarsınız, ve öldüğünde şarj cihazına yerleştirirsiniz ve bir akıntı uygulaması deşarj sırasında meydana gelen kimyasal işlemi tersine çevirir.
Nikel oksihidroksit ve hidrojen emici alaşım yerine kurşun ve sülfürik asit kullanan araç aküleri, fonksiyonlardaki NiMH akülere benzer. Aküye elektrik akımı uygulandığında, kimyasal bir reaksiyon meydana gelir ve elektrik yükü kaydedilir. Aküye bir yük bağlandığında, bu reaksiyon tersine döner ve yüke bir akım verilir.
Kurşun ve Asit ile Enerji Depolama
Elektrik yükünü depolamak için kurşun ve asit kullanılıyorsa, arka arkaya ses çıkar. İlk kurşun-asit batarya 1850'lerde icat edildi ve aracınızdaki batarya aynı temel prensipleri kullanıyor. Tasarımlar ve materyaller yıllar içinde gelişti, ama aynı temel fikir oyunda.
Kurşun-asit bataryası boşaldığında, elektrolit sülfürik asidin çok seyreltik bir çözeltisi haline gelir - yani çoğunlukla H2104 ile etrafı sarılı olan H20'dir. Sülfürik asidi emen kurşun levhaları esas olarak kurşun sülfat haline gelir. Aküye elektrik akımı uygulandığında, bu işlem tersine döner. Kurşun sülfat plakaları (çoğunlukla) geri dönüş yapar ve seyreltilmiş sülfürik asit çözeltisi daha konsantre hale gelir.
Bu, elektrik enerjisini depolamanın çok verimli bir yolu değildir; hücrelerin ne kadar ağır ve büyük oranda depoladıkları enerji ile karşılaştırılır, ancak kurşun asitli aküler hala iki nedenden ötürü kullanılmaya devam etmektedir. Birincisi ekonomi meselesidir; Kurşun-asit bataryaların üretimi, diğer herhangi bir seçeneğe göre çok daha ucuzdur. Diğer bir nedense, kurşun asitli akülerin, aynı anda büyük miktarlarda talep üzerine akıma sahip olmalarıdır ki bu da onları akü olarak kullanmaya uygun hale getirir.
Sığ Döngüsünüz Nasıl?
Geleneksel araç aküleri, bazen SLI bataryaları olarak anılır, burada "SLI", başlatma, aydınlatma ve ateşleme anlamına gelir. Bu kısaltma bir araba aküsünün ana amaçlarını oldukça iyi gösterir, çünkü herhangi bir araç aküsünün ana işi motor çalışırken, marş motorunu ve ateşlemeyi çalıştırmaktır. Motor çalıştıktan sonra, alternatör gerekli tüm elektrik enerjisini sağlar ve akü yeniden şarj edilir.
Bu tip kullanım, çok büyük miktarda bir akımın kısa bir patlamasını sağladığı ve bu nedenle de akülerin özel olarak tasarlandığı şekilde tasarlandığı için, sığ bir görev döngüsüdür. Bu akılda, modern araç aküleri elektrolitlere maksimum miktarda maruz kalmayı sağlayan çok ince kurşun levhalar içerir ve kısa süreler için mümkün olan en yüksek amperajı sağlar. Bu tasarım, marş motorlarının devasa akım gereksinimleri nedeniyle gereklidir.
Bataryaların çalıştırılmasının aksine, derin döngülü bataryalar “daha derin” bir döngü için tasarlanan başka bir tür kurşun-asit bataryadır. Plakların konfigürasyonu farklıdır, bu nedenle büyük miktarlarda talep üzerine akım sağlamaya uygun değildirler. Bunun yerine, daha uzun süre daha az güç sağlamak için tasarlandılar. Döngü “daha derindir” çünkü genel deşarjın daha büyük olmasından ziyade daha uzundur. Her kullanımdan sonra otomatik olarak yeniden şarj edilen bataryaların aksine, derin döngülü bataryalar yeniden şarj edilmeden önce güvenli bir seviyeye kadar yavaşça boşaltılabilir. Bataryaların çalıştırılması gibi, derin döngüye bağlı kurşun asit bataryalar kalıcı hasarı önlemek için önerilen seviyenin altına deşarj edilmemelidir .
Farklı Paket, Aynı Teknoloji
Kurşun-asit akülerin arkasındaki temel teknoloji az ya da çok aynı kalmasına rağmen, malzeme ve tekniklerdeki gelişmeler bir dizi varyasyona neden olmuştur. Derin döngü piller, tabii ki daha derin bir çalışma döngüsüne izin vermek için farklı bir plaka konfigürasyonu kullanırlar. Diğer varyasyonlar işleri daha da ileri götürür.
Kurşun-asit batarya teknolojisindeki en büyük gelişme, muhtemelen valf ayarlı kurşun-asitli (VRLA) bataryalardır. Hala kurşun ve sülfürik asit kullanırlar, ancak “su basmış”, ıslak hücreleri yoktur. Bunun yerine, elektrolit için jel hücreleri veya emilmiş cam mat (AGM) kullanırlar. Kimyasal işlem temel seviyede aynıdır, ancak bu piller su basmış hücre pilleri gibi gazlara maruz kalmazlar, ya da devrilmeleri durumunda sızıntıya karşı savunmasızdırlar.
VRLA akülerin birtakım avantajları olsa da, geleneksel su basan hücre pillerinden çok daha pahalıdırlar. Teknoloji ileriye doğru yürümeye devam ederken, bir süre daha 1860'ların teknolojisi ile kaputun altında ilerlemenin şansı olacak - elektrik gitmedikçe. Ama bu piller açısından tamamen farklı bir konu.