Электрохимические процессы в свинцовых аккумуляторах

Аккумулятор накапливает и хранит в себе химическую энергию активных материалов и преобразует накопленную химическую энергию в электрическую.

Активными веществами заряженной аккумуляторной батареи являются двуокись свинца PbO₂ (положительный электрод), губчатый свинец Pb (отрицательный электрод) и электролит – водный раствор серной кислоты (H₂SO₄ + H₂O).

 

Разряд аккумулятора.

На отрицательном электроде:

На положительном электроде:

Суммарная реакция:

 

Заряд аккумулятора.

На отрицательном электроде:

На положительном электроде:

Суммарная реакция:

 

В конце заряда аккумулятора плотность электролита перестает изменяться, т.к. процессы преобразования веществ на электродах заканчиваются. При продолжении заряда происходит интенсивное разложение воды на кислород и водород, что создает эффект кипения электролита. Неизменность плотности электролита или его кипение служат признаком окончания зарядного процесса.

 

ЛЕКЦИЯ 2

Устройство аккумуляторов и батарей

Аккумуляторные батареи можно разделить на три группы:

1) традиционные;

2) малообслуживаемые;

3) необслуживаемые.

Традиционные батареи

Традиционные батареи собираются в корпусах с отдельными крышками и в корпусах с общей крышкой.

 

Батареи с отдельными крышками.

Батареи собираются в одном эбонитовом или пластмассовом сосуде – моноблоке, разделенном перегородками на отдельные камеры по числу аккумуляторов (в просторечии – банок) в батарее. В каждой камере помещен электродный блок, состоящий из чередующихся положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами. Сепараторы служат для предотвращения замыкания электродов, но при этом за счет своей пористости способны пропускать через себя электролит. Электроды устанавливаются на опорные призмы, что предотвращает замыкание разноименных электродов через шлам, накапливающийся в процессе эксплуатации на дне моноблока.

Сверху электродного блока устанавливается перфорированный предохранительный щиток, защищающий верхние кромки сепараторов от механических повреждений при замерах температуры, уровня и плотности электролита.

Каждый аккумулятор батареи закрывается отдельной крышкой из эбонита или пластмассы. В крышке имеется два отверстия для вывода борнов электродного блока и одно резьбовое – для заливки электролита. Резьбовое отверстие закрывается резьбовой пробкой из полиэтилена, имеющей небольшое вентиляционное отверстие, предназначенное для выхода газов во время эксплуатации.

В новых сухозаряженных батареях вентиляционное отверстие закрыто приливом. После заливки электролита этот прилив следует срезать.

Соединение аккумуляторов в батарею осуществляется с помощью перемычек. К выводным борнам крайних аккумуляторов приваривают полюсные выводы для соединения батареи с внешней электрической цепью. Диаметр положительного вывода больше, чем отрицательного. Это исключает неправильное подключение батареи. В некоторых случаях полюсные выводы имеют отверстия под болт.

Герметизация батареи в местах сопряжения крышек со стенками и перегородками моноблока обеспечивается обратимой битумной заливочной мастикой.

 

Батареи с общей крышкой.

Все батареи с общей крышкой изготавливают в пластмассовых моноблоках. Эластичность пластмассы позволяет соединять аккумуляторы в батарею сквозь отверстия в перегородках моноблока. Это делает возможным на 0, 1...0, 3 В повысить напряжение батареи при стартерном разряде и уменьшить расход свинца в батарее на 0, 5...3 кг. Применение термопластичных пластмасс позволило значительно снизить массу корпуса батареи.

Использование пластмассового моноблока и общей крышки позволило применить герметизацию батареи методом контактно-тепловой сварки, что обеспечивает надежную герметичность при температурах от -50⁰ до +70⁰С.

 

Малообслуживаемые батареи

В малообслуживаемых батареях содержание сурьмы в сплаве токоотводов снижено в 2-3 раза по сравнению с традиционными батареями. Ряд производителей к малосурьмяниистому свинцу добавляет различные лигирующие вещества, в частности, серебро и селен. Это обеспечивает подзаряд батареи в интервале регулируемого напряжения практически без газовыделения. В традиционных батареях заметное газовыделение начинается при напряжении 14, 4 В. Вместе с тем скорость саморазряда малообслуживаемой батареи снижена примерно в 5-6 раз.

Малообслуживаемая батарея имеет улучшенную конструкцию. Один из аккумуляторных электродов в ней помещен в сепаратор-конверт, опорные призмы удалены, электроды установлены на дно моноблока. В результате этого электролит, который в традиционных батареях был под электродами, в малообслуживаемых батареях находится над электродами. Поэтому доливка воды в такую батарею необходима не чаще, чем 1 раз в 1, 5...2 года. В традиционных батареях доливка необходима 1–2 раза в месяц.

Необслуживаемые батареи

Необслуживаемые батареи отличаются малым расходом воды и не требуют ее долива в течение всего срока службы. Вместо сурьмы в сплаве решеток аккумуляторов используется другой элемент (обычно кальций). Применение кальция позволило уменьшить газовыделение более чем в десять раз. Столь медленное «выкипание» большого объема воды можно «растянуть» на весь срок службы аккумулятора, вообще отказавшись от заливных отверстий. Такой аккумулятор получается действительно необслуживаемым, т.к. заливать воду в него невозможно.

Необслуживаемые батареи другого типа вместо электродных пластин включают в свой состав электроды, скрученные в плотные рулоны. Между электродами проложен тонкий сепаратор, пропитанный электролитом. При плотной упаковке электроды не требуют упрочнения сурьмой. Электролит в таких батареях связан губчатой прокладкой и не вытекает даже при повреждении корпуса батареи. При непродолжительном перезаряде газы, проходя по каналам сепаратора, вступают в реакцию и превращаются в воду. При длительном перезаряде газы, не успев прореагировать друг с другом, выходят через предохранительный клапан. Количество электролита будет в этом случае уменьшаться. Для своевременного предотвращения перезаряда в автомобиле необходимо устанавливать сигнализатор аварийного напряжения. Аккумуляторы, изготавливаемые по данной технологии, получили название «спиральные элементы» (Spiral Cell). Преимуществами этих аккумуляторов являются 1) большой ток холодной прокрутки, 2) стойкость к вибрациям и ударам, 3) большое число циклов пуска двигателя (в три раза больше, чем у традиционных батарей), 4) малый саморазряд (срок хранения без подзарядки – более года).

Однозначно ответить на вопрос «Какие аккумуляторы лучше? » достаточно затруднительно. Батареи с решетками из кальциевого свинца отличаются малым потреблением воды, высокой коррозионной стойкостью решеток из сплава мелкозернистой структуры и способностью «самовыключаться», то есть переставать принимать ток в заряженном состоянии. Кроме того, кальциевые аккумуляторы отличаются малым саморазрядом. Но при глубоких разрядах на положительных решетках таких аккумуляторов может происходить образование сульфата кальция, и это, в отличие от образования сульфата свинца, необратимо. Поэтому некоторые модели необслуживаемых батарей изготавливают по технологии «Кальций плюс» (Са+): отрицательные решетки выполняются из кальциевого свинца, а положительные – из малосурьмянистого.

Перспективным представляется комбинированное использование на автомобиле разных типов батарей — одни работают при быстрых разрядах, другие обеспечивают большой запас энергии.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: