Olovo a kyselina jsou dvě věci, které většina lidí ví dost dobře na to, aby se jim vyhnula. Olovo je těžký kov, který může způsobit celý seznam zdravotních problémů, a kyselina je kyselina. Pouhá zmínka o tomto slově vyvolává představy bublajících zelených tekutin a vědců, kteří se bláznivě zabývají světovou nadvládou. Ale stejně jako čokoláda a arašídové máslo se nezdálo, že by olovo a kyselina šly dohromady, ale jsou. Bez olova a kyseliny bychom neměli autobaterie a bez autobaterií bychom neměli žádné z moderních doplňků – nebo základních potřeb, jako jsou světlomety -, které vyžadují fungování elektrického systému. Jak přesně se tedy tyto dvě smrtící látky spojily a vytvořily pevný základ automobilových elektronických systémů? Odpověď, půjčit si obrat fráze, je základní.
Věda o skladování elektrické energie
Elektrické baterie jsou jednoduše skladovací nádoby, které jsou schopné pojmout elektrický náboj a poté jej vybít do zátěže. Některé baterie jsou schopny produkovat elektrický proud ze svých základních komponent, jakmile jsou sestaveny. Tyto baterie se nazývají primární baterie, a jsou obvykle zlikvidovány, jakmile je náboj vyčerpán. Autobaterie se hodí do jiné kategorie elektrických baterií, které lze opakovaně nabíjet, vybíjet a znovu nabíjet. Tyto sekundární baterie využívají reverzibilní chemickou reakci, která se u jednotlivých typů dobíjecích baterií liší. Z hlediska, kterému většina lidí snadno rozumí, jsou baterie AA nebo AAA, které zakoupíte v obchodě, zasunuty do dálkového ovladače a poté, co zemřou, vyhodí, jsou to primární baterie. Jsou sestaveny, obvykle z článků zinku na uhlíku nebo zinku a oxidu manganičitého, a jsou schopné dodávat proud bez nabíjení. Když zemřou, zahoďte je – nebo je zlikvidujte řádně, chcete-li. Samozřejmě si můžete zakoupit stejné baterie AA nebo AAA v „dobíjecí“ formě, která stojí víc. Tyto dobíjecí baterie obvykle používají nikl-kadmiové nebo nikl-metal hydridové články. Na rozdíl od tradičních „alkalických“ baterií nejsou baterie NiCd a NiMH schopny dodávat proud do zátěže při montáži. Místo toho je do článků přiváděn elektrický proud, který způsobuje chemickou reakci v baterii. Poté baterii vložíte do dálkového ovladače a když zemře, vložíte ji do nabíječky a použití proudu obrátí chemický proces, ke kterému došlo během vybití. Autobaterie, které používají olovo a kyselinu sírovou namísto oxyhydroxidu niklu a slitiny absorbující vodík, jsou funkčně podobné bateriím NiMH. Když do baterie vložíte elektrický proud, dojde k chemické reakci a elektrický náboj se uloží. Když je zátěž připojena k baterii, tato reakce se obrátí a do zátěže je přiveden proud.
Skladování energie olovem a kyselinou
Pokud používání olova a kyseliny k ukládání elektrického náboje zní archaicky, je to tak. První olověná baterie byla vynalezena v padesátých letech 20. století a baterie ve vašem autě používá stejné základní principy. Designy a materiály se v průběhu let vyvíjely, ale ve hře je stejná základní myšlenka. Když je vybitá olověná baterie, elektrolyt se stává velmi zředěným roztokem kyseliny sírové – to znamená, že je to většinou obyčejná voda H20 s plovoucím obsahem H2SO4. Olověné desky, které absorbovaly kyselinu sírovou, se stávají primárně síranem olovnatým. Když je na baterii přiveden elektrický proud, tento proces se obrátí. Desky síranu olovnatého se (většinou) přemění zpět na olovo a zředěný roztok kyseliny sírové se stává koncentrovanějším. To není strašně efektivní způsob skladování elektrické energie, pokud jde o to, jak těžké a velké jsou buňky ve srovnání s množstvím energie, kterou ukládají, ale olověné baterie se dnes stále používají ze dvou důvodů. První je otázka ekonomiky; olověné baterie se vyrábějí mnohem levněji než kterákoli jiná možnost. Druhým důvodem je to, že olověné baterie jsou schopny poskytovat obrovské množství proudu na vyžádání najednou, což je dělá jedinečně vhodnými pro použití jako startovací baterie.
Jak povrchní je váš cyklus?
Tradiční automobilové baterie jsou někdy označovány jako SLI baterie, kde „SLI“ znamená startování, osvětlení a zapalování. Tato zkratka docela dobře ilustruje hlavní účely autobaterie, protože hlavním úkolem každé autobaterie je spustit motor startéru, světla a zapalování před spuštěním motoru. Po spuštění motoru poskytuje alternátor veškerou potřebnou elektrickou energii a baterie se dobíjí. Tento typ použití je mělkým typem pracovního cyklu v tom, že poskytuje krátký výboj velkého množství proudu a to je to, k čemu jsou automobilové baterie speciálně navrženy. S ohledem na to moderní automobilové baterie obsahují velmi tenké desky z olova, které umožňují maximální expozici elektrolytu a poskytují maximální možnou intenzitu proudu po krátkou dobu. Tato konstrukce je nutná z důvodu obrovských proudových požadavků na spouštěcí motory. Na rozdíl od startovacích baterií jsou baterie s hlubokým cyklem dalším typem olověné baterie, která je určena pro „hlubší“ cyklus. Konfigurace desek je odlišná, takže nejsou vhodné pro poskytování velkého množství proudu na vyžádání. Místo toho jsou navrženy tak, aby poskytovaly méně energie po delší dobu. Cyklus je „hlubší“, protože je delší, než aby byl celkový výboj větší. Na rozdíl od startovacích baterií, které se po každém použití automaticky dobijí, lze baterie s hlubokým cyklem pomalu vybíjet – na bezpečnou úroveň – před opětovným nabitím. Stejně jako startovací baterie by neměly být olověné baterie s hlubokým cyklem vybíjeny pod doporučenou hladinu, aby nedošlo k trvalému poškození.
Jiný balíček, stejná technologie
Ačkoli základní technologie za olověnými bateriemi zůstala víceméně stejná, pokrok v materiálech a technikách vedl k řadě variací. Baterie s hlubokým cyklem samozřejmě používají jinou konfiguraci desek, aby umožnily hlubší pracovní cyklus. Jiné varianty posouvají věci ještě dále. Největším pokrokem v technologii olověných baterií byly pravděpodobně ventilově regulované olověné baterie (VRLA). Stále používají olovo a kyselinu sírovou, ale nemají „zaplavené“ mokré buňky. Místo toho používají pro elektrolyt buď gelové články nebo absorbovanou skleněnou podložku (AGM). Chemický proces je na základní úrovni stejný, ale tyto baterie nepodléhají plynování, jako jsou baterie se zaplavenými články, ani nejsou náchylné k úniku, pokud jsou nakloněny. Přestože baterie VRLA mají řadu výhod, jejich výroba je mnohem nákladnější než u tradičních zaplavených článků. Takže i když technologie stále kráčí vpřed, je pravděpodobné, že budete ještě nějakou dobu jezdit s nejmodernější technologií 1860 pod vaší kapotou – pokud nepůjdete na elektřinu. Ale to je z hlediska baterií úplně jiná věc.