סוללת עופרת אלקטרודה חיובית של סוללה חומרית פעילה ושיטות תיקון: מדריך שלם

1. סוללה חומצת עופרת חומר פעיל חיובי: תכונות ותפקיד של דו תחמוצת העופרת (PBO₂)

1.1 הרכב ומבנה

עופרת דו תחמוצת (PBO₂) היא החומר הפעיל העיקרי של האלקטרודה החיובית ב סוללות עופרת-חומצה . זהו מוצק חום כהה עם שתי צורות קריסטל עיקריות:

α-PBO₂ (אורתורומביה) : כולל מבנה צפוף, המציע חיי סוללה ארוכים יותר אך ביצועי פריקה חלשים יחסית.

β-PBO₂ (טטרגון): מציג תגובתיות גבוהה יותר וביצועי פריקה טובים יותר אך הוא נוטה יותר לריכוך ושפיכה, מצב כישלון נפוץ בסוללות.

1.2 מנגנון תגובה אלקטרוכימית

תהליכי הטעינה והפריקה באלקטרודה החיובית כוללים תגובות כימיות הפיכות:

פריקה (הפחתה):

PBO₂ + SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2E⁻ → PBSO₄ + 2HO

מטען (חמצון):

PBSO₄ + 2H₂O → PBO₂ + SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2E⁻

תגובות אלה עומדות בבסיס אחסון האנרגיה של הסוללה ושחרורו.

1.3 מאפייני מפתח

יכולת חמצון גבוהה: PBO₂ הוא מחמצן חזק ודורש סביבה חומצית (אלקטרוליט חומצה גופרתית) ליציבות.

מועד לשפיכה: שינויי נפח במהלך רכיבה על אופניים גורמים לריכוך ושפיכת החומר הפעיל, מה שמוביל לאובדן קיבולת וכשל סוללה.

מוליכות לקויה: PBO₂ עצמה כוללת מוליכות חשמלית מוגבלת, ולכן היא מסתמכת על סגסוגות רשת מבוססות עופרת (עופרת-סידא או אנטי-עופרת) להולכת אלקטרונים ותמיכה מכנית.

1.4 מצבי כישלון ואתגרי תיקון

ריכוך/שפיכה: בדרך כלל בלתי הפיך, הדורש החלפת סוללה או צלחת.

סולפציה: היווצרות גבישים PBSO₄ גסים המגבירים את ההתנגדות הפנימית; תיקון חלקי אפשרי בשיטות Desulfation.

מגבלות תיקון: נזק לאלקטרודה חיובי קשה מחייב לעתים קרובות החלפת סוללות בגלל הקושי להחזיר את שלמות החומר הפעיל.

2. נפוץ בעיות סוללות עופרות ושיטות תיקון

2.1 בעיות שכיחות ותיקונים תואמים

להנפיק תיקון תסמינים

לְהַנפִּיק	תסמינים	עקרון תיקון
סולפציה	גבישים לבנים על צלחות, עמידות פנימית מוגברת	השתמש בתפיסת דופק בתדירות גבוהה או בפירוק כימי כדי להסיר גבישי גופרתי עופרת
אובדן מים	רמת אלקטרוליט נמוכה, צלחות חשופות	מילוי מחדש עם מים מזוקקים או אלקטרוליט
שפיכת צלחות	אובדן קיבולת קבוע	בלתי הפיך; דורש החלפת צלחת או סוללה
קצר חשמלי	מתח תאים לא תקין, פריקה עצמית מהירה	הסר פסולת או החלף את המפריד

2.2 שיטות תיקון מעשיות

תיקון פיזי (סולפציה, אובדן מים):

בעיקר עבור מוצף סוללות עופרת-חומצה כמו סוללות מתנע לרכב. בדוק וממלא מחדש אלקטרוליט לב אלס עם תמיסת שיקום סוללות חומצה עופרת, נקי סולפיציה מרבצים בעדינות, ואז לבצע מחזורי טעינה/פריקה מבוקרים כדי לשחזר את קיבולת.

דפוק דופק:

משתמש בפולסים חשמליים בתדירות גבוהה כדי לפרק גבישי גופרת עופרת. דורש ציוד Desulfator הדופק המיוחד המותאם למתח הסוללה. שימוש יתר עלול לפגוע בצלחות, ולכן מומלץ להזהיר.

תוספים כימיים:

הוספת חומרי סולפט סולפטים כמו EDTA או נתרן גופרתי יכולה לעזור להמיס גופיות. עם זאת, שימוש לא תקין עשוי לשלול צלחות ולקצר את חיי הסוללה.

רכיבה על אופניים עמוקים לגופיה קלה:

משחרר את הסוללה לכ- 10.5 וולט (לסוללות 12 וולט), ואז בצע טעינה איטית ב 0.1C למשך 12+ שעות, חוזר על 2-3 מחזורים כדי להצעיר את הקיבולת.

החלפת אלקטרוליטים:

לזיהום או להזדקנות, מנקזים אלקטרוליט ישן, שוטפים במים מזוקקים, ממלאים מחדש עם אלקטרוליט טרי (כוח משיכה ספציפי 1.28–1.30) ונטענות. הכי מתאים להצף סוללות עופרת-חומצה.

3. אילו סוללות עופרת ניתן לתקן? שיטות התיקון הטובות ביותר

3.1 מקרים הניתנים לתיקון

גופיות קלות עם פחות מ- 50% אובדן קיבולת.

אובדן מים ללא צלחות חשופות במלואן, בהן מילוי מחדש משחזר את התפקוד.

מעגלים קצרים בשלב מוקדם שנגרמו כתוצאה מפסולת נשלפת.

3.2 מקרים שאינם ניתנים לתיקון

נזק או שפיכה קשה של צלחת הדורשים החלפה.

מארזי סוללה סדוקים או דולפים המציגים סכנות בטיחות.

3.3 שיטת התיקון היעילה ביותר

השילוב של דפוקת הדופק בתוספת מילוי מים הוא היעיל ביותר לטיפול בסוללות חומצות עופרת מוצפות כמו סוללות רכב ו- UPS. הנוהל כולל:

1. בדיקה ומעלית אלקטרוליט עם מים מזוקקים.

2. החלת דפוקת הדופק למשך 12-24 שעות.

3. טעינה ובדיקה מלאה של קיבולת הסוללה.

4. טיפים למניעה ותחזוקה

הימנע מפריקה עמוקה: טעינה סוללות לפחות פעם בחודש כדי למנוע גופרית.

השתמש במטענים נכונים: למנוע הטענה יתר או פריקה עמוקה הפוגעת בפלטות.

הקפידו על אוורור נכון: לאחסן סוללות במקומות קרירים ויבשים להפחתת הגופרית המואצת בטמפרטורות גבוהות.

בדיקה קבועה: עקוב אחר רמות האלקטרוליטים ומתח הסוללה כדי לאתר בעיות מוקדמות.

התערבות מוקדמת היא קריטית להרחבת חיי הסוללה של חומצת עופרת. גישת התיקון הטובה ביותר לגופיה בשלב מוקדם היא פילוח הדופק בשילוב עם פתרון שיקום סוללות עופרת-חומצה . עם זאת, כאשר האלקטרודה החיובית סובלת נזק קשה כמו שפיכת צלחות, יש צורך בהחלפה. תחזוקה עקבית ושימוש נכון מפחיתים משמעותית את שיעורי הכישלון ועלויות התפעול.