Полезное

Интересные сайты


Свинцово-кислотный аккумулятор



Свинцово-кислотный аккумулятор — самый  распространенный в мире вид аккумуляторов, созданный  в французским изобретателем Гастоном Планте в 1859 году. Применяется в виде аккумуляторных батареий в автомобилестроении, как аварийный источник электроэнергии.
Принцип свинцового аккумулятора был  разработан  в 1859 году Гастоном Планте.  В 1878 году Камилл Фор модернизировал его его конструкцию, нанеся на свинцовые пластины аккумулятора диоксид свинца.

Как работает свинцовый аккумулятор?

Принцип работы этого вида  аккумуляторов основан на электрохимических реакциях диоксида свинца  и свинца и в среде серной кислоты.
Во время разряда происходит окисление свинца на аноде и восстановление диоксида свинца на катоде.  При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением водорода — на отрицательном  и кислорода на положительном электроде.
Электрохимическая реакция (слева направо — разряд, справа налево — заряд):

•    Анод:
 
•    Катод:


 
В итоге получается, что при разряде аккумулятора расходуется серная кислота из электролита (и плотность электролита падает, а при заряде, серная кислота выделяется в раствор электролита из сульфатов, плотность электролита растёт). В конце заряда, при определённых конечных  значениях концентрации сульфата свинца у электродов, начинается процесс электролиза воды. При этом на катоде выделяется водород, на аноде  выделяется  кислород, а на  катоде выделяется водород. При заряде необходимо дистиллированную воду долить для восполнения потерянного в ходе электролиза количества.

 
Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов (положительных и отрицательных) и разделительных изоляторов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой свинцовые решётки. У положительных активным веществом является перекись свинца (PbO2), у отрицательных активным веществом является губчатый свинец.


На самом деле электроды выполнены не из чистого свинца, а из сплава с добавлением сурьмы в количестве 1-2 % для повышения прочности и примесей. Иногда в качестве легирующего компонента используются соли кальция, в обеих пластинах, или только в положительных. Применение солей кальция вносит не только положительные но и много отрицательных моментов в эксплуатацию свинцового аккумулятора, например, у такого аккумулятора при глубоких разрядах существенно и необратимо снижается емкость.

Электроды находятся в электролите, состоящим из разбавленной дистиллированной водой серной кислоты (H2SO4). Наибольшая проводимость этого раствора наблюдается при комнатной температуре (что означает наименьшее внутреннее сопротивление и наименьшие внутренние потери) и при его плотности 1,23 г/см?
Однако на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29 ?1,31 г/см?.
Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов где свинцовые решетки заменяют вспененным карбоном, покрытым тонкой свинцовой пленкой. Используя меньшее количество свинца и распределив его по большой площади, батарею удалось сделать не только компактной и легкой, но и значительно более эффективной — помимо большего КПД, она заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов.[3]
В батареях для бытовых ИБП жидкий электролит сгущают водным щелочным раствором силикатов натрия  до пастообразного состояния.

Эксплуатационные характеристики:


•    КПД: около 85 %
•    Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75 — 1,8 В (из расчета на 1 секцию). Ниже разряжать их не рекомендуется.
•    Рабочая температура: от ?40 °C до +40 °C.
•    Теоретическая энергоёмкость (Вт•ч/кг): около 133.
•    Теоретическая удельная энергоплотность (Вт•ч/дм?): 1250
•    Удельная энергоёмкость (Вт•ч/кг): 30-60.
•    ЭДС заряжённого аккумулятора = 2,11 — 2,17 В, рабочее напряжение = 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В (12 В))


•    Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде[5] малым током (1/20 номинальной емкости, выраженной в А*ч).
•    Резервная емкость (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25А до конечного напряжения 10,5В согласно ГОСТ Р 53165-2008.
•    Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев замеряется при ?18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики[ замера отличаются, главным образом, допускаемым конечным напряжением.

Эксплуатация


При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми крышками над банками) на автомобиле при движении по неровностям неизбежно происходит протекание проводящего электролита на корпус аккумулятора. Во избежание сильного саморазряда и коррозии окружающих материалов необходимо периодически нейтрализовывать электролит промыванием  корпуса батареи , слабым раствором пищевой соды или концентрированным эмульсией хозяйственного мыла.  Необходимо постоянно следить за уровнем электролита и постоянно  доливать дистиллированную воду.
По мере снижения окружающей температуры, параметры любых аккумуляторов ухудшаются, однако в отличие от прочих видов аккумуляторов, свинцово-кислотные снижают их относительно медленно, что обусловило их широкое применение на транспорте. Подсчитано, что номинальная ёмкость снижается вдвое при снижении окружающей температуры на каждые 15 °C начиная от +10 °C, то есть, при температуре ?45 °C свинцово-кислотный аккумулятор способен отдать лишь 30-50 % процентов первоначальной ёмкости.
Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, ростом вязкости электролита, который уже не может в полном объёме поступать к электродам, и вступает в реакцию лишь в непосредственной близости от них, быстро истощаясь.
Не полностью заряженный аккумулятор в мороз может лопнуть  из-за замерзания и расширения электролита низкой плотности (близкой к 1.10)

Правила хранения


Свинцово-кислотные аккумуляторы хранят только в заряжённом состоянии. . Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности. . При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.При температуре ниже ?20 °C заряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/секцию 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/секцию в течение 6-12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется. Аккумулятор необходимо хранить в чистоте, так как слой грязи и накипи на поверхности аккумулятора создаёт проводник для тока от одного контакта к другому и приводит к саморазряду аккумулятора ,после чего начинается преждевременная сульфатизация пластин. Необходимо использовать только химически чистую серную кислоту и дистиллированную воду, так как при использовании технической серной кислоты и не дистиллированной воды, происходит разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи, ускоряются саморазрядка, сульфатация.

Факторы  износа свинцово-кислотных аккумуляторов:


•    сульфатация пластин, заключающаяся в образовании крупных кристаллитов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
•    оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности.
•    коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
•    слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с токоотводами, что приводит к опаданию активной массы.

В результате каждого цикла разряда-заряда образуется нерастворимое вещество — сернокислый свинец PbSO4, который забивает свинцовые  пластины . Это главный фактор. влияющий на срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Аккумуляторы, батарейки, аккумуляторные батарейки и топливные элементы. Устройство аккумулятора, схема, заряд аккумулятора

Навигация

Яндекс.Метрика
Copyright 2012-2020