Аккумуляторы.

В зависимости от типа применяемых активных веществ аккумуляторы бывают двух типов: кислотные (кислотно-свинцовые) и щелочные.

Кислотные аккумуляторы.

В качестве электролита используется серная кислота.

4.1 Принцип действия.

1 – положительная пластина PbO₂.

2 – отрицательная пластина Pb.

3 – электролит (раствор серной кислоты).

4 – сосуд из кислотоупорного материала.

Рассмотрим процессы, которые происходят в аккумуляторах при разряде:

Молекулы серной кислоты распадаются, диссоциируют на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка, при этом положительные ионы перемещаются к положительной пластине, а отрицательные ионы к отрицательной пластине.

Ионы отдают свой заряд пластине, нейтрализуются и вступают в реакцию с материалом пластины. При этом на положительной пластине происходит реакция:

PbO₂ + 2H + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2H₂O

На отрицательной пластине более простая реакция:

Pb + SO₄ = PbSO₄

Из реакции следует:

1. Активная масса как положительной, так и отрицательной пластины превращается в сульфат свинца;

2. В процессе разряда расходуется серная кислота и образуется вода, следовательно плотность электролита будет уменьшаться, это имеет большое практическое значение, т.е. измеряя плотность электролита определяют степень разряда кислотного аккумулятора.

При заряде к электродам подключается внешний источник, между пластинами создаётся электрическое поле. Движение ионов, под действием поля идет в обратном направлении и химические реакции идут в обратном направлении. При этом активная масса пластин восстанавливается до первоначального химического состава, а плотность электролита возрастает до первоначального состояния.

4.2 Параметры кислотных аккумуляторов

1. ЭДС – определяется по эмпирической формуле: E = 0,85 + d, d – плотность электролита; d = 1,05-1,3

2. Внутреннее сопротивление имеет комплексный характер.

r_a – активное сопротивление пластин и электролита, определяемое для наиболее распространенных аккумуляторов типа С по формуле , Ом; 0,004 – заряженный, 0,006 – разряженный. n = 1,2,3,4…148 - цифровой индекс в обозначении аккумуляторов.

L_пл – индуктивность пластин.

С – ёмкость между пластинами.

G – проводимость утечки между пластинами, обусловленная загрязнением электролита и неидеальной изоляцией между электродами.

3. Напряжение на зажимах аккумулятора, определяется по формуле:

При разряде: , В

График изменения направления в аккумуляторе при разряде:

Категорически запрещается разряжать кислотные аккумуляторы ниже напряжения 1,7 – 1,8 В. Более глубокий разряд, а также хранение кислотного аккумулятора в разряженном состоянии приводит к сульфатации – образование крупных кристаллов PbSO₄, которые имеют большое активное сопротивление r_a. При заряде они не преобразуются в активные вещества Pb и PbO₂, и аккумулятор подлежит замене.

При заряде: , В.

В конце заряда напряжение возрастает до 2,4 – 2,6 В и начинается “кипение” электролита, происходит электролиз воды. Образуются пузырьки H и O₂, образуется “гремучий газ” поэтому в аккумуляторных помещениях должны осуществляться особые правила безопасности. Пузырьки газа образуются не только на поверхности, но и внутри пластин. Поэтому, проходя через активную массу они разрушают пластины, что уменьшает срок службы аккумулятора.

4. Ёмкость кислотного аккумулятора.

Ёмкость химического источника (Q) – это количество электрической энергии отдаваемое за время t током I_разр.

Если , тогда

Ёмкость зависит от размера пластин и их количества, типа, температуры окружающей среды, величины разрядного тока. При понижении температуры ёмкость уменьшается, при повышении – ёмкость увеличивается.

Если разряд ведётся большим током, то величина ёмкости уменьшается, т.к. на поверхности пластин быстро образуется слой сульфата свинца, а к внутренней активной массе электролит не поступает. Чем меньше разрядный ток, тем больше ёмкость можно получить.

Для оценки ёмкости аккумулятора вводится понятие номинальной ёмкости Q_н – которое определяется как количество электрической энергии, отдаваемое кислотным аккумулятором при разряде номинальным током за 8 часов при температуре 25⁰С и напряжение в конце разряда должно быть не ниже 1,8 В.

5. Саморазряд.

где Q₁ – ёмкость в начале хранения

Q₂ – ёмкость в конце хранения через t – суток.

Величина саморазряда зависит от G_ут. У кислотных аккумуляторов приблизительно 1% в сутки.

6. Отдача – характеризует состояние кислотного аккумулятора и показывает степень его сульфатации и разрушения пластин. Определяется по формуле:

U_разр, I_разр – средние значения U и I за t_разр.

U_зар, I_зар – средние значения U и I за t_зар.

U_зар, I_зар, t_зар – количество энергии получаемое аккумулятором при заряде.

U_разр, I_разр, t_разр - энергии получаемое аккумулятором при разряде.