واتساپ

اسید باتری چیست؟ کاربردهای اسید باتری چیست؟

1401/02/29

اسید باتری چیست؟

 

در وهله ی اول بایستی به این نکته توجه کنیم که اسید باتری در چه نوع باتری هایی استفاده می شوند, زیرا که امروزه انواع و اقسام باتری ها با کاربردهای گوناگون وجود دارند. باتری سرب - اسید نوعی باتری قابل شارژ است که دارای کاربرد بسیار زیادی می باشد و برای اولین بار در سال 1859 توسط فیزیکدان فرانسوی گاستون پلانته اختراع شد. این باتری ها در مقایسه با باتری ‌های قابل شارژ امروزی، میزان انرژی کمتری را ممکن است تولید کنند اما علیرغم این موضوع، آنها دارای نکته ی مثبتی نیز می باشند که آن، توانایی آنها در تامین جریان های بالای الکتریسته می باشد و به این معنی است که سلول های باتری نسبت توان به وزن نسبتاً زیادی دارند. این ویژگی ها در کنار هزینه کم، آنها را برای استفاده در وسایل نقلیه موتوری مناسب می کند تا جریان بالای مورد نیاز استارت موتورها را تامین کنند. این باتری ها همانطور که از نامشان پیداست برای کار نیاز به الکترولیت یا یک سیال جا به جا کننده یون دارند که این سیال یک اسید است و آن اسید نیز معمولا سولفوریک اسید می باشد. 

اسید باتری2

در حالت شارژ، انرژی شیمیایی باتری در اختلاف پتانسیل بین سرب خالص در سمت منفی و نمک سرب یعنی PbO2 در سمت مثبت، به علاوه یک سیال الکترولیت بین این دو, یعنی اسید سولفوریک آبی ذخیره می‌شود. انرژی الکتریکی تولید شده توسط یک باتری سرب اسیدی در حال تخلیه را می توان به انرژی آزاد شده ای نسبت داد که پیوند های شیمیایی قوی مولکول های آب از یون های H+  اسید و یون های O2- PbO2 تشکیل می شوند. 

 

کاربرد اسید باتری


همانطور که در ابتدای مقاله نیز اشاره شد این باتری ها جهت تامین انرژی استارت اولیه ماشین ها و موتورهای صنعتی کاربرد دارند, اما در نگاه اول شاید فرض شود که از این باتری های سرب - اسید فقط در اتوموبیل ها استفاده می شود در حالی که در نیروگاه های حرارتی, بادی, آبی, خورشیدی و همچنین در صنعت برق و الکترونیک این باتری ها کاربرد به سزایی دارند.

اسید باتری چیست؟

 

شارژ و دشارژ باتری های سرب - اسید چگونه است؟


در حالت شارژ کامل، صفحه یا قطب منفی از سرب و صفحه یا قطب مثبت از دی اکسید سرب است. محلول الکترولیت دارای غلظت زیادی از اسید سولفوریک آبی است که بیشتر انرژی شیمیایی را ذخیره می کند. شارژ بیش از حد با ولتاژ های شارژ بالا، اکسیژن و گاز هیدروژن را با الکترولیز آب تولید می کند که به شکل حباب خارج می شوند و از بین می روند.
در حالت تخلیه و یا دشارژ باتری، هر دو صفحه و قطب مثبت و منفی به سولفات سرب (II) تبدیل می‌شوند (PbSO4) و الکترولیت که همان آب باتری یا اسید باتری است, مقدار زیادی از اسید سولفوریک محلول خود را از دست می دهد و به آب تبدیل می شود. فرآیند تخلیه توسط کاهش شدید انرژی انجام می شود و زمانی رخ می دهد که دو  H+(aq) یا پروتون هیدراته اسید با یون های O2-  حاصل از PbO2 واکنش می دهند تا پیوندهای قوی OH تشکیل شود.

کاربردهای اسید باتری


واکنش های شیمیایی اسید باطری در شارژ و دشارژ باطری ها


واکنش شیمیایی در قطب منفی

اسید باتری5

در این واکنش شاهد آزاد شدن دو الکترون از الکترود سرب هستیم. با تجمع الکترون ‌ها، میدان الکتریکی ایجاد می‌ شود که یون ‌های هیدروژن را جذب می‌کند و یون ‌های سولفات (حاصصل از اسید باتری) را دفع می‌ نماید و منجر به ایجاد یک لایه دوگانه در نزدیکی سطح الکترود می‌شود. یون ‌های هیدروژن الکترود باردار را از محلول جدا می‌کنند که واکنش بیشتر را محدود می‌کند مگر اینکه اجازه داده شود بار از الکترود دور شود.


واکنش شیمیایی در قطب مثبت

اسید باتریچیست؟

این واکنش متاثر از وجود اکسید سرب در قطب مثبت باتری و اسید باتری است.


واکنش کلی در باتری ها

کاربرد اسید باتری 

انرژی خالص آزاد شده در هر مول سرب برای تبدیل شدن به PbSO4 حدود 400 کیلوژول می باشد. مجموع جرم های مولکولی واکنش دهنده ها 642.6 گرم بر مول است، بنابراین از نظر تئوری یک سلول باتری  می تواند دو فارادی بار (192971 کولن) از 642.6 گرم واکنش دهنده یا 83.4 آمپر ساعت در هر کیلوگرم. این میزان به 167 وات ساعت در هر کیلوگرم واکنش‌دهنده می‌رسد، اما در عمل، یک سلول سرب اسید به دلیل جرم آب و سایر اجزای سازنده و اتلاف انرژی, مقدار کمتری و حدود 40 وات ساعت در هر کیلوگرم باتری تولید می‌کند. 
همه ی این مراحل و اعداد و ارقام توسط یک سیستم سالم به دست می آید و این سیستم بدون حضور یک الکترولیت مناسب که همان آب باتری یا اسید باتری است, میسر نمی شود و اسید سولفوریک نقش خود را به خوبی در این زمینه عملی می سازد.

اسید باتری8

سولفاته شدن باتری به چه معناست؟


شاید بارها اصطلاح سولفاته شدن را برای فاسد شدن باتری ها شنیده باشید اما معنای آن چیست. همانطور که از نام این اصطلاح بر می آید بایستی ارتباطی با یون سولفات و اسید سولفوریک وجود داشته باشد. باتری ‌های سرب اسید توانایی شارژ شدن را بعد از مدتی از دست می‌دهند که به دلیل سولفاته شدن یا تبلور سولفات سرب می باشد. سرب و دی اکسید سرب، مواد فعال روی صفحات یا قطب های باتری، با اسید سولفوریک موجود در الکترولیت واکنش داده و سولفات سرب تشکیل می دهند. سولفات سرب ابتدا در حالت آمورف و به شکل بسیار ریز تشکیل می شود و با شارژ مجدد باتری به راحتی به سرب، دی اکسید سرب و اسید سولفوریک باز می گردد. همانطور که باتری ها از طریق تخلیه و شارژهای متعدد چرخه ی شارژ و دشارژ را سپری می کنند، مقداری از سولفات سرب به الکترولیت بر نمی گردد و به آرامی به شکل کریستالی پایدار تبدیل می شود که دیگر با شارژ مجدد حل نمی شود. بنابراین، تمام سرب به صفحات باتری بازگردانده نمی شود و مقدار مواد فعال قابل استفاده لازم برای تولید جریان الکتریکی با گذشت زمان کاهش می یابد.

اسید باتری بسازید

اسید سولفوریک, یک اسید باتری خطرناک!


بهتر است در ابتدا یک تعریف کوتاه از اسید داشته باشیم و سپس به بررسی سولفوریک اسید و خطرات آن در باتری بپردازیم.
اسید یک مولکول یا یونی است که قادر به اهدای پروتون (یعنی یون هیدروژن،  (H+ است که به عنوان اسید برونستد-لوری شناخته می‌شود، و یا در تعریفی دیگر اسید قادر به تشکیل پیوند کووالانسی با یک جفت الکترون است که در این تعریف به نام اسید لوئیس مشهور است.
در مورد اسید در محلول های آبی، اهداکنندگان پروتون یون هیدرونیوم  H3O+ را تشکیل می دهند و به اسیدهای آرنیوس معروف هستند. این تفاوت در تعاریف به علت کارایی تعاریف در محیط های مختلف مانند محیط های آبی است. هرچه اسید قوی تر باشد این تفکیک آب و اهدای یون هیدروژن یا هیدرونیوم نیز بیشتر اتفاق می افتد.
اسید سولفوریک یکی از قوی ترین اسید ها می باشد که در قدیم با نام روغن ویتریول شناخته می شد و یک اسید معدنی است که از عناصر گوگرد، اکسیژن و هیدروژن با فرمول شیمیایی H2SO4 تشکیل شده است. این مایع بی رنگ، بی بو و چسبناک است که با آب قابل اختلاط است و در برخی موارد به رنگ زرد نیز متمایل می شود.

اسید باتری

 اسید سولفوریک غلیظ نسبت به سایر مواد، از سنگ ها گرفته تا فلزات، بسیار خورنده است، زیرا یک اکسید کننده قوی است. با افزودن اسید سولفوریک به آب، مقدار قابل توجهی گرما آزاد می شود. بنابراین، روش معکوس افزودن آب به اسید نباید انجام شود زیرا گرمای آزاد شده ممکن است محلول را بجوشاند و قطرات اسید داغ را به اطراف پرتاب کند. در صورت تماس با بافت بدن، اسید سولفوریک می تواند باعث سوختگی شدید شیمیایی اسیدی و حتی سوختگی حرارتی ثانویه ناشی از تبخیر کردن آب موجود در پوست و بافت ها شود. اسید سولفوریک رقیق بدون خاصیت اکسیداتیو و خشک کنندگی به طور قابل ملاحظه ای خطر کمتری دارد. با این حال، هنوز هم باید با احتیاط از آن استفاده کرد.
این اسید به دلیل کارایی و کاربرد بسیار بالایی که دارد به طور گسترده با روش ‌های مختلفی مانند فرآیند تماس، فرآیند اسید سولفوریک مرطوب، فرآیند محفظه سرب و برخی روش ‌های دیگر تولید می‌ شود. از این اسید بیشتر در تولید کود استفاده می شود، اما در فرآوری مواد معدنی، پالایش نفت، پردازش فاضلاب و سنتز شیمیایی نیز مهم است. طیف گسترده ای از کاربرد های نهایی از جمله به عنوان الکترولیت در باتری های اسید سرب، کاربرد دارد.

اسید باتری و کاربردهای آن

ایمنی و خطرات ناشی از اسید باتری


تهیه اسید رقیق شده به دلیل گرمای آزاد شده در فرآیند رقیق سازی می تواند خطرناک باشد. برای جلوگیری از پاشیدن، معمولاً اسید غلیظ به آب اضافه می شود و نه برعکس.  همچنین، چون اسید از آب چگال تر است، به پایین فرو می رود. گرما در سطح مشترک بین اسید و آب که در انتهای ظرف است تولید می شود. اسید به دلیل نقطه جوش بالاترش نمی جوشد. آب گرم در نزدیکی سطح مشترک به دلیل همرفت بالا می‌آید، که سطح مشترک را خنک می‌کند و از جوشیدن اسید یا آب جلوگیری می‌کند.
در مقابل، افزودن آب به اسید سولفوریک غلیظ باعث ایجاد لایه نازکی از آب در بالای اسید می شود. گرمای تولید شده در این لایه نازک آب می تواند به جوش بیاید و منجر به پراکندگی یک آئروسل اسید سولفوریک یا بدتر از آن انفجار شود. تهیه محلول هایی با غلظت بیش از 6 مولار (35%) خطرناک است، زیرا حرارت تولید شده ممکن است برای جوشاندن اسید رقیق کافی باشد و در نتیجه هم زدن مکانیکی کارآمد و خنک سازی خارجی (مانند حمام یخ) ضروری است.

اسید باتری12

سرعت واکنش بسیار به دما وابستگی دارد و به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما دو برابر می شود. بنابراین، با ادامه رقیق‌سازی، واکنش شدیدتر می‌شود، مگر اینکه به مخلوط زمان داده شود تا خنک شود. درست است که اسید سولفوریک غیر قابل اشتعال است اما خطرات اصلی ناشی از این اسید تماس با پوست است که منجر به سوختگی می شود و استنشاق ذرات معلق آن در هوا آسیب شدید به دستگاه تنفسی میزند. قرار گرفتن در معرض ذرات معلق در هوا در غلظت های بالا منجر به تحریک فوری و شدید چشم ها، دستگاه تنفسی و غشا های مخاطی می شود.

خطرات اسید باتری

آیا برای رقیق سازی اسید باتری میشه از آب شهر هم استفاده کرد؟


همانطور که میدانید برای رقیق سازی اسیدها و مخصوصا اسید سولفوریک جهت استفاده در باتری ها, آن را با آب مقطر رقیق می نمایند. از دید شیمیایی و الکتروشیمی و همچنین از نظر میزان تولید انرژی و توان تولیدی هیچ تفاوتی بین استفاده از مقطر و آب غیر مقطر نمی باشد اما با توجه به وجود املاح زیاد در آب شهری, استفاده از این آب سبب کاهش عمر مفید باطری می شود زیرا که املاح آب به مرور سطح الکترودهای را پوشانده و تحرک یون ها در الکترولیت را کم می کنند. لذا بهتر است از آب مقطر برای ساخت و تهیه اسید باطری استفاده نمود.


منظور از اسید باتری 1250 درجه چیست؟


غلظت اسید سولفوریک در باتری های سرب - اسید در همه ی باتری ها یکسان نیست بلکه با توجه به میزان ولتاژ و آمپراژ باتری، غلظت اسید سولفوریک مصرفی دستخوش تغییراتی می شود. همانطور که در بالاتر اشاره شد, هرچه غلظت اسید بیشتر باشد, میزات تفکیک آن به یون در محیط آبی بیشتر می شود و در نتیجه میزان انتقال یون و جریان الکتریکی حاصل نیز بیشتر می شود. همچنین علاوه بر میزان شارژدهی, رعایت نمودن نکات ایمنی مربوط به وسیله تغذیه کننده از باتری و فرد استفاده کننده از آن نیز مطرح است که سبب می شود که از غلظت های خیلی بالای اسید سولفوریک در باتری ها استفاده نشود. ذکر این نکته حائز اهمیت است که راندمان خود باتری نیز تا حدی محدود کننده ی غلظت اسید سولفوریک مصرفی می شود. برای مثال اگر بر فرض در باتری از اسید سولفوریک 100 درصد استفاده نماییم باتری راندمان بالایی ندارد, زیرا وجود مولکول های آب و هیدرولیز آنها و فراهم نمودن بستری مناسب جهت تحرک یون ها ضروری است.
اسید های باتری یا آب باطری موجود در بازار دارای درجه بندی های مختلفی هستند که با توجه به باتری مورد نظر، آن درجه تهیه می شود. به نظر می رسد این درجه نشان دهنده چگالی آن برحسب کیلوگرم بر متر مکعب باشد که بدین منظور است که تولید کنندگان در این زمینه به جای استفاده از عدد درصد اسید در آب مقطر, چگالی محلول نهایی را بیان می کنند. البته به جز 1250 درجات دیگری مانند 1200 و 1300 و غیره نیز وجود دارد. استفاده اسید باتری با درجه بالاتر برای باتری با درجه پایین تر سبب خراب شدن آن می شود.

اسید باتری14

مقالات مرتبط مشاهده سایر مقالات arrow-left

MSDS چیست؟

برگه ی ایمنی مواد شیمیایی (MSDS یا SDS)
این مجموعه اطلاعات ارزشمند که با نام های "برگه داده های ایمنی" (SDS)، "برگه داده ایمنی مواد" (MSDS) و "برگه داده ایمنی محصول" (PSDS)   شناخته می شود مجموعه داده هایی است که ...

آب اکسیژنه چیست؟

هیدروژن پراکسید که در بین عموم به نام آب اکسیژنه شناخته می شود یکی از پرکاربرد ترین مواد شیمیایی است که در کنار کاربردهایش دارای خطراتی نیز می باشد اما به دلیل کارایی بالا ...

تولیدکننده موادشیمیایی

در این مقاله 10 شرکت بزرگ و قابل اهتماد در زمینه فروش مواد شیمیایی را به شما معرفی می کنیم. در ادامه نیزشزکت های مشهور در جهان را بررسی می کنیم.

انواع و کاربرد موادشیمیایی

تمامی مواد موجود در اطراف ما مواد شیمیایی می باشند. از وسایل ساخته ی دست بشر تا مواد طبیعی در هر حالتی که باشند جز مواد شیمیایی محسوب می شوند. این مواد شیمیایی می توانند به صورت عنصر باشند و یا می توانند به صورت ترکیب ظاهر شوند. عنصر ماده ای است که از ذرات تشکیل دهنده ی یکسانی به دست آمده است؛ این ذرات تشکیل دهنده می تواند اتم ها و یا مولکول های یکسان باشند, اما بسیاری از عناصر طبیعی دارای پایداری نیستند و به سرعت با سایر عناصر واکنش داده و ترکیب ها را می سازند. 

تفاوت اتانول و متانول چیست؟

اتانول و متانول دو الکل بسیار پرکاربرد در صنعت و زندگی روزمره انسان ها می باشند که به همین علت حجم تولید بی سابقه ای را در تاریخ به خود اختصاص داده اند. قبل از پرداختن به تفاوت اتانول و متانول بهتر است نگاهی به تعریف دسته بندی الکل ها در بین مواد شیمیایی بیندازیم.

arrow-left
arrow-left