Кислотные аккумуляторы

Состоят из бака (банки) (рис. 15 а,б), заполненного раствором химически чистой серной кислоты в дистиллированной воде. В банке помещаются чередующиеся между собой положительные и отрицательные пластины (электроды), причем в каждой банке количество отрицательных пластин на одну превышает количество положительных пластин при длительном разряде. Бак аккумулятора может выполняться из пластмассы, эбонита и реже из стекла. Отрицательные пластины изготавливают из губчатого чистого свинца, а положительные – из перекиси свинца. Причем положительные пластины изготавливают трех видов: поверхностные, панцирные и решетчатые, а отрицательные: коробчатые и решетчатые.

Поверхностная пластина отливается из чистого свинца и выполняется ребристой. Панцирная отличается наличием трубчатых каналов с прорезями шириной 0,2 мм, расположенных на расстоянии 1,3 - 1,5 мм. В каналах размещается каркас, пространство между которыми заполняется активной массой из чистого свинца, соприкасающейся с электролитом через прорези.

Решетчатые пластины изготавливают из сплава чистого свинца с сурьмой. Коробчатые пластины выполняются в виде двух решеток с крупными ячейками, заполненными активной массой.

Между пластинами располагают прокладку из эбонита или другого пористого материала, причем, пластины опираются на специальные призмы, установленные на дне банки. Между собой банки соединяются специальными пластинами, а на поверхность банки выводится соединительная шина. В настоящее время в качестве прокладок-сепараторов используется хлористый хлорвинил. При этом сепараторы выполняются ребристыми с вертикально расположенными со стороны положительных пластин ребрами. На поверхности банки есть заливные отверстия, снабженные пробками. Все щели между банками и корпусом аккумулятора заполняются специальной кислотой и термостойкой пластикой. Кислотный аккумулятор отличается от других гальванических элементов тем, что протекающие в нем химические процессы обратимы. Допустимый разряд батареи определяется конечным напряжением каждого элемента (банки), которое в условиях нормальной эксплуатации не должно опускаться ниже 1,8 В. В процессе разряда кислотного аккумулятора происходят химические реакции и накопленная химическая энергия превращается в электрическую. Для восстановления свойств аккумулятора, его необходимо зарядить от внешнего источника, в результате чего возникающие электрохимические процессы вновь приводят к поляризации электродов. Эта поляризация заключается в том, что если в раствор серной кислоты поместить два свинцовых электрода и пропустить через них ток, то вследствие электролиза раствора на положительном электроде будет выделяться кислород и окисленный свинец, а на отрицательном – водород. В результате взаимодействия между разнородными электродами и электролитом на зажимах аккумулятора появляется ЭДС, причем ее значение стандартизовано и соответствует 2,1 В. При разряде напряжение на его зажимах определяется выражением:

V = Е - I₀Rвн,при заряде: V = Е + I₀Rвн.

Кислотные аккумуляторы имеют малое внутренне сопротивление, в среднем 0,005 Ом, но оно сильно зависит от плотности электролита и размеров аккумулятора (его емкости). Чем больше емкость, тем меньше его внутреннее сопротивление. С уменьшением плотности электролита, то есть с увеличением разряда аккумулятора, ЭДС на зажимах падает, а внутреннее сопротивление возрастает.

Экспериментально установлено, что существует зависимость значения ЭДС от плотности электролита, которая описывается эмпирической формулой: E = 0,84 + d,

где 0,84 – постоянная составляющая ЭДС, обусловленная свойствами используемых для пластин материалов; d – плотность электролита.

Таким образом, можно сделать вывод, что кривая разрядного напряжения аналогична по своему характеру кривой изменения плотности.

Если рассмотреть кривые разряда и заряда, то они отличаются (рис. 15 в). Кривая разряда-1 в своей значительной средней части приближается к прямой линии с малым наклоном вследствие плавного снижения плотности по мере разряда. В начале характеристики кривая 1 имеет существенное снижение напряжения из-за быстрого снижения плотности электролита до момента установления равенства между расходом кислоты на химическую реакцию и ее поступлением в поры пластины. Последний, более резкий участок снижения обусловлен закупоркой пор, из-за чего ослабляется диффузия электролита.

Кривая заряда -2 характеризуется резким в начале участка подъемом напряжения из-за увеличения плотности в порах активных масс. Далее плотность электролита в банке выравнивается и следует плавное повышение напряжения. Последний подъем напряжения обусловлен поляризацией пластин и увеличением их сопротивления за счет образования пузырьков кислорода и водорода на пластинах, и на последнем участке плотность электролита практически не растет, поэтому не наблюдается повышения напряжения на зажимах. Процесс заряда аккумулятора заканчивается приблизительно через 20 – 25 мин. после отключения зарядного устройства, так как значение ЭДС на зажимах становится неизменным после завершения химических реакций. В зависимости от значения тока, напряжение в конце заряда может достигать 2,5 – 2,8 В. Главная характеристика аккумулятора – его емкость. Она определяется тем количеством электричества, которое аккумулятор отдает при разряде от начального состояния полного заряда до конечного значения, соответствующему допустимому напряжению разряда. Емкость измеряется в амперах-часах и определяется выражением: C = Iptp, где Ip - ток разряда; tp – время разряда.

Коэффициентом отдачи батареи называется отношение электроэнергии, отданной батареей при разряде к сообщенной ей энергией при заряде. Различают коэффициент отдачи по емкости и по энергии. Если коэффициент отдачи по емкости 85 – 90 %, то по энергии – 65 – 70 %.

Поиск по сайту: