Riportare in vita una batteria al piombo: 9 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Di tutti i vecchi modelli di batterie, il piombo acido è il tipo più ampiamente utilizzato. La sua densità energetica (wattora per kg) e il basso costo li rendono diffusi.

Come ogni tipo di batteria, si basa su una reazione elettrochimica: un'interazione tra diverse sostanze chimiche che, sostanzialmente, produce un eccesso di elettroni da un lato e un deficit dall'altro. Questa differenza ("potenziale") è la tensione e consente un flusso di corrente mentre gli elettroni circolano attorno al circuito per colmare quel deficit. Man mano che la differenza si neutralizza, la carica disponibile nella batteria diminuisce. La chiave nelle batterie ricaricabili è che questa reazione è reversibile, poiché l'applicazione di una corrente nella batteria (invece di prelevarla da essa) ripristinerà la carica. Altre reazioni elettrochimiche possono produrre densità di energia più elevate a costo di non essere ricaricabili.

La tensione generata da ogni reazione è più o meno fissa (varia un po' a seconda della percentuale di carica). Il piombo è di 2 volt. Ad esempio, le batterie ricaricabili a base di nichel sono 1.2 o 1.4v e le celle al litio sono 3.7v. Per questo motivo, se si desidera una batteria da 12 V, sarà necessario posizionare diverse di queste reazioni in serie per aggiungere le tensioni. Ognuno di questi è chiamato cellula. Come puoi vedere nelle immagini, un piombo acido da 12v è composto da 6 celle. Le batterie da 12v, 6v, 8v e anche a cella singola da 2v sono comuni.

Successivamente spiegherò i modi in cui possono essere costruite le celle al piombo, in modo da poter identificare cosa deve essere fatto alla tua particolare batteria.

Passaggio 1: identificare il tipo di batteria

Ci sono 3 componenti principali di queste batterie. Sì, è piombo e acido. Nello specifico, una soluzione di acido solforico, lastre di piombo e lastre di ossido di piombo. Le piastre di piombo sono il negativo. L'ossido di piombo rende il positivo, poiché gli atomi di ossigeno legati al piombo "mancano" di elettroni (gli elettroni hanno carica negativa), quindi è "meno negativo" = positivo. L'acido solforico, disciolto in acqua, è chiamato elettrolita e trasporta elettroni da e verso queste piastre e, per reazione con il piombo, rilascia elettroni.

La quantità, lo spessore e le dimensioni delle piastre possono variare, così come il modo in cui viene trattenuto l'elettrolita.

Batterie di avviamento e a ciclo profondo

I diversi scopi di queste batterie significano che la dimensione delle piastre è diversa. Una batteria di avviamento è quella che si trova comunemente nelle auto a benzina. Il loro compito principale è fornire una grande corrente per un breve periodo per far girare il motore che avvia il motore per l'avviamento. Il loro uso normale non li scarica troppo: solo un grande, breve tuffo che si ricarica piuttosto rapidamente. L'alternatore nell'auto mantiene la batteria carica mentre fa funzionare le luci, lo stereo, la centralina e tutti gli altri componenti elettronici.

Le batterie a ciclo profondo, invece, sono progettate per gestire scariche lente ma considerevoli. Potrebbero non essere in grado di fornire così tanto "pugno" per un capriccio (cioè grandi picchi di corrente) ma possono essere scaricati molto di più prima di incorrere in danni. Questi sono ciò che trovi su UPS, sistemi di energia solare, luci di emergenza e molti veicoli elettrici come carrelli elevatori, golf cart, alcuni camion per le consegne, auto elettriche precoci e fai-da-te e giocattoli cavalcabili per bambini.

Batterie allagate e sigillate

Questa distinzione deriva dal modo in cui l'elettrolita è trattenuto nella cella. Le piastre devono essere circondate dalla soluzione di acido solforico in modo che possa avvenire la reazione. Il modo più semplice per ottenere ciò è semplicemente immergere le piastre nella soluzione liquida. Ecco fatto: batteria allagata. Le batterie allagate possono essere di avviamento (la maggior parte delle batterie per auto) o a ciclo profondo (ad esempio batterie per carrelli elevatori o golf cart)

Un grande vantaggio è che dal momento che si perde un po' d'acqua durante la ricarica (ne parleremo più avanti), puoi caricare più velocemente in quanto puoi permetterti di perdere più acqua e ricaricarla ogni tanto. Un grosso svantaggio è che possono essere installati solo orizzontalmente.

Le batterie sigillate o "senza manutenzione" hanno invece un foglio di fibra di vetro tra le piastre - un tappetino di vetro assorbente o AGM che è anche un altro nome per queste. La fibra di vetro assorbe la soluzione e la mantiene a contatto con entrambi i tipi di piastre, impedendo anche che si tocchino e si cortocircuitino in caso di danni alla batteria. Ciò significa che possono anche essere installati ad angolo ed essere soggetti a maggiori abusi prima di rovesciarsi o causare problemi.

Poiché la reazione di carica rilascia idrogeno, le batterie al piombo devono essere sfiatate in modo che possano far uscire il gas in eccesso. Le batterie sigillate hanno valvole per controllare il rilascio, il che porta a un altro nome per batterie sigillate: VRLA per piombo acido regolato da valvola

Un altro tipo sono le cellule gel, che hanno un addensante nella soluzione, combinando quindi alcuni vantaggi di entrambi i tipi precedenti. Non mi sono imbattuto in questi, ma in linea di principio possono essere ripristinati allo stesso modo, anche se potrebbero richiedere qualche agitazione. Questi sono comuni nel tipo di avviamento come batterie per auto ad alte prestazioni.

Passaggio 2: come muore una batteria al piombo

Ora che abbiamo esaminato il modo in cui le batterie funzionano e sono costruite, sarà più facile spiegare i modi in cui possono guastarsi. Questi sono i due modi principali in cui diventano incapaci di trattenere una carica:

Problemi di zolfo

I chimicamente inclini avranno notato che mentre l'acido solforico deposita l'elettrone nell'altro lato, l'atomo di zolfo deve andare da qualche parte, quindi forma solfato di piombo sopra la piastra di piombo. Questo in teoria è invertito al momento della ricarica, ma in realtà non si verifica per il 100% dello zolfo. I cristalli possono formarsi e rimanere attaccati al rame, riducendo la sua superficie attiva (solfatazione), o cadere sul fondo portando con sé parte del piombo, lasciando buche nella piastra (vaiolatura o corrosione) e riducendo la quantità di solforico. acido disponibile nella soluzione.

Una certa quantità di solfatazione è inevitabile con i cicli di carica e scarica ed è il modo principale in cui una batteria invecchia e diventa inutilizzabile. Una carica e scarica impropria (troppo veloce o troppo profonda) può portare a ciò prematuramente.

Problemi con l'acqua

L'acido solforico è solo una piccola parte del liquido all'interno della batteria, circa il 25%. Pertanto deve essere sciolto in acqua in modo che raggiunga l'intera area delle piastre. Poiché hanno punti di ebollizione diversi, l'acqua può evaporare e separarsi dalla miscela, riducendone il volume e "seccando" efficacemente la batteria.

Questo è più comune con le batterie che non vengono utilizzate frequentemente e si verifica invece a causa di fattori ambientali.

È morto?

In entrambi i casi la tensione ai terminali della batteria sarà molto bassa (solo pochi mV). Anche la resistenza sarà molto alta, ma non usare la modalità ohm del multimetro per misurarla! Significa piuttosto che consente solo a una quantità molto piccola di corrente di circolare attraverso di essa, come farebbe un grande resistore. Puoi vederlo mettendo il tuo amperometro in serie tra la batteria e il caricabatterie, dove misurerai solo una piccola corrente (pochi milliampere).

La batteria che sto usando come esempio ha avuto una perdita d'acqua prematura. Acquistato nuovo 10 anni fa e mai usato. Tutta l'acqua è evaporata e quindi non c'era modo per gli elettroni di spostarsi.

Se la batteria è solfatata, questo metodo probabilmente non funzionerà molto bene. Non poteva dare risultati, o solo limitati. Per uno, la capacità della batteria sarà probabilmente inferiore. Ho letto che un'alta corrente può essere usata per forzare i cristalli di solfato di piombo a dissolvere lo zolfo nella soluzione e fuori dalle piastre, ma non l'ho mai provato. Le correnti in gioco sono nell'intervallo 100-200 A (sì, ampere interi!), quindi normalmente si usa una saldatrice (emettono bassi volt ad alti ampere molto alti)

Passaggio 3: apri "Er Up"

Per il resto dei passaggi mi concentrerò su batterie sigillate come quelle che sto recuperando da solo

Le batterie allagate sono pensate per essere aperte e avranno un'indicazione di dove è possibile far leva sui coperchi. Sono anche pensati per essere riempiti, quindi questo dovrebbe dare buoni risultati se vedi che si è asciugato.

D'altra parte, le batterie sigillate non erano pensate per essere aperte. Ma non ci importa troppo di questo. Probabilmente noterai delle fessure intorno al coperchio. Queste sono in realtà le prese d'aria da cui fuoriesce l'idrogeno in eccesso. Puoi usare questi punti per sollevare il coperchio con un piccolo cacciavite a testa piatta. Anche se potrebbe sembrare che abbia delle clip, il coperchio è in realtà incollato in diversi punti.

Ora puoi vedere le 6 valvole che compongono le 6 celle di questa batteria. Per vedere dentro togliamoli, ma attenzione:

• Potrebbe esserci una certa pressione all'interno, che porta la valvola a volare via quando viene sollevata. Si consigliano le pinze.
• Potrebbe anche esserci dell'acido appeso intorno alla valvola, che rimuovendolo potrebbe essere spruzzato su di te. Si consigliano guanti e/o occhiali protettivi, così come tenere uno shaker di bicarbonato di sodio per neutralizzare eventuali fuoriuscite
• Le valvole sono molto importanti. Non perderli!

Passaggio 4: ispezionare

Luce all'interno dei fori delle valvole e vista nelle celleSi può apprezzare il piombo, l'ossido di piombo e il tappetino in fibra di vetro.

Se sembra tutto molto secco, ottimo! L'aggiunta di un po' d'acqua ridarà vita alla tua batteria. Almeno un po'. Quindi continua a leggere.

Ricorda: se riesci a vedere chiaramente il liquido, ma ottieni solo pochi mV sui terminali, questo metodo non funzionerà per te. La tua batteria è probabilmente solfatata.

Colpisci con il tuo multimetro i cavi nelle celle adiacenti e misura la tensione e la resistenza. Questo è cercare pantaloncini. Controlla prima la tensione e dovresti ottenere alcuni millivolt al massimo. Se la misurazione sembra essere zero volt, o troppo vicina, misurare la resistenza. Un valore molto basso indica che una cella è in cortocircuito, ovvero che le piastre opposte si stanno toccando. Non consiglierei di recuperarli, poiché la tensione di carica sarà inferiore (stai caricando meno celle) e un normale caricabatterie danneggerà gli altri. Se sai cosa stai facendo e puoi convivere con la gestione della tensione per la tua batteria per disabili, vai avanti e dagli un'altra possibilità di vita. In caso contrario, ricorda che queste batterie sono riciclabili al 95%.

Passaggio 5: ottenere l'acqua giusta

Contrariamente alla conoscenza popolare, l'H2O pura in realtà non è conduttiva. L'acqua del rubinetto conduce elettricità a causa delle impurità disciolte in essa. Il sodio e altri minerali presenti in esso formano sali che possono trasportare elettroni.

Poiché la reazione nella nostra batteria dipende dall'acido solforico che trasporta gli elettroni, è molto importante che nell'acqua che aggiungiamo non siano presenti altre molecole portatrici di carica.

Entra nell'acqua distillata!

Quest'acqua ha avuto tutte le impurità separate chimicamente. Si trova in molti supermercati. È comune per l'uso nei ferri da stiro poiché l'acqua del rubinetto contiene calcio che può ostruire i loro piccoli condotti interni.

Inoltre, l'acqua iniettabile è stata trattata in modo sterile dopo la distillazione. Non è necessario, ma poiché è disponibile nelle farmacie, per molti (come lo è stato per me) può essere più facile da trovare e altrettanto economico.

In un pizzico, o in scenari di sopravvivenza post-apocalittici (come stai leggendo questo?) anche l'acqua piovana funziona bene, poiché è stata distillata naturalmente (è evaporata in nuvole).

Passaggio 6: ricarica

Mi permetta di ripetere: acqua distillata!Più grande è la batteria più acqua contiene, poiché le celle sono più grandi; il mio 12AH conteneva circa 30 ml per cella (1oz?). È bene usare un contenitore graduato o una siringa in modo che la quantità di acqua che metti in ogni cella sia uguale.

Con l'aiuto di un imbuto o della siringa versare una moderata quantità d'acqua nella prima cella, attendere che il tappetino la assorba (a meno che non si abbia una batteria allagata, che non ha tappetino), e riempire fino a poco sotto la sommità del i piatti.

Il livello potrebbe cambiare dopo un paio di cariche poiché il tappetino assorbe la soluzione e parte dell'acqua si separa (elettrolizza). Riempi il resto delle celle con la stessa quantità.

Attenzione alla capillarità! Una cella può apparire piena quando una goccia di grasso si attacca alle pareti del foro della valvola. Un batuffolo di cotone o qualche colpetto dovrebbe lasciare l'apertura di nuovo libera. Tutte le cellule dovrebbero assorbire più o meno la stessa quantità di acqua.

Passaggio 7: prima nuova carica

La prima carica sarà una "carica di attivazione", dove stiamo riavviando la reazione. In questa fase la corrente che entra nella batteria sarà molto bassa. Prenderà velocità e si caricherà a velocità normale entro il 2° o 3° ciclo.

È importante effettuare la prima manciata di cariche con il coperchio e/o le valvole chiusi in modo che la soluzione in eccesso che inevitabilmente si trova ora nella batteria non fuoriesca così tanto. Questo verrà fuori come idrogeno, quindi è anche importante avere l'area ventilata per evitare esplosioni!

Per effettuare la prima carica, collegare la batteria al caricabatterie con l'amperometro in serie. Avremo bisogno di misurare la corrente per questo. Puoi anche utilizzare sempre un alimentatore regolabile. Deve avere il controllo della tensione, mentre la limitazione della corrente è utile ma non necessaria.

Controllare l'etichetta della batteria per un limite di corrente di carica. Se la tua fornitura ha un limite di corrente, ti suggerisco di impostarlo a circa l'80% di questo.

Se la tua batteria non ha un limite dichiarato o l'etichetta si è consumata, considera che il limite sia circa il 40% della capacità nominale.

Imposta la tensione a 14,4 volt per iniziare. Questa è la tensione di carica standard per un 12V. La corrente iniziale sarà molto piccola. Se il tuo alimentatore è in grado, puoi aumentare la tensione per accelerare la reazione. Molti caricabatterie con "modalità di ripristino" lo fanno. È sicuro andare fino a 60 V per una batteria da 12 V purché si riduca la tensione quando la batteria inizia ad accettare una corrente sempre più alta. Il limite di corrente sulla tua alimentazione continuerà a diminuire questa tensione per te.

Se non puoi andare oltre i 14,4v (ad esempio se stai usando un caricabatterie dedicato), continua a controllare la corrente. All'inizio aumenterà solo lentamente, poi sempre più velocemente, fino a un punto in cui inizia a diminuire. Congratulazioni, questa è una ricarica normale!

Le foto mostrano questo aumento e poi diminuzione della corrente

Quando la corrente arriva a circa 0,03 volte la capacità della batteria, è stata caricata oltre il 90-95%

Passaggio 8: sigillare il backup e i primi utilizzi

(A meno che la batteria non sia allagata, basta rimontare i coperchi) Come accennato, il livello dell'acqua potrebbe cambiare. Se hai tempo, carica e scarica la batteria alcune volte (collega una lampadina, un motore o un altro carico che la scarichi rapidamente) per portare la soluzione a un livello stabile.

Pulisci e asciuga le valvole e le colonnette delle valvole. Rimontare le valvole e incollare nuovamente il coperchio, cercando i punti in cui è stato incollato e applicando su ciascuna una goccia di colla cianoacrilica. Metti un po' di peso sopra per un po' e lascia asciugare.

Passaggio 9: tienilo d'occhio

La tua batteria è pronta ma è stata ripristinata dalla morte, quindi, comprensibilmente, potrebbe comportarsi in modo strano. La capacità potrebbe essere ridotta, a seconda della causa e del grado di danno. Il mio sembrava quasi inalterato, altri possono dare solo il 20% della loro capacità precedente. È probabile che abbiano acqua in eccesso. Questo va bene. Ricorda solo di lasciare la carica in un'area ventilata e priva di fiamme e che si verificheranno occasionali fuoriuscite. Tengo la saliera con il bicarbonato di sodio nelle vicinanze.