Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»

Кафедра техническая электрохимия

ДИПЛОМНА РОБОТА

на тему: СВИНЦОВО-КИСЛОТНИЙ АКАМУЛЯТОР

6-СТ-90

Виконала:

студентка гр. 4-Е-82

Лайкова М.В.

Керівник:

асистент Смирнова О.В.

Дніпропетровськ

2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ..………………………………………………………………2

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР………..…………………………………..……3

1.1 Назначение и конструкция свинцовых аккумуляторов……………4

1.2 Принцип действия свинцового аккумулятора……………………..12

1.3 Электрические характеристик………………………………………15

1.4 Производство аккумуляторов

1.4.1 Литейный цех………..…………..……………………………20

1.4.2 Электродный цех………………….…………………..……...22

1.4.3 Приготовление пасты….………..……………………………23

1.4.4 Намазка электродных пластин…………………...………….25

1.4.5 Сушка электродов…………….………..………….................27

1.4.6 Сборочный цех…………………………………...………..….30

1.4.7 Цех батарейной формировки…………………………………. 31

1.4.8 Отливка свинцовых цилиндриков…………………………...32

2 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ..…………………………...………………33

2.1 Определяем количество аккумуляторов в батареи………….33

2.2 Определяем площадь одноимённых электродов в одном

аккумуляторе………………………………..…………………33

2.3 Рассчитаем число одноимённых электродов в моноблоке….33

2.4 Определяем общее количество электродов в одной банке….34

2.5 Рассчитываем количество положительных, отрицательных

и общее количество электродов в аккумуляторе……...……..34

2.6 Определяем массы активных компонентов…………………..34

2.7 Рассчёт объема пасты осуществляется по формуле…………35

2.8 Рассчитаем толщину намазанного электрода………………..37

2.9 Определим объем серной кислоты в одном аккумуляторе....39

2.10 Рассчет габоритов пакета…………………………….……….40

2.11 Рассчет габаритов аккумуляторной батареи……….……….41

3 БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ………………………………………………..43

4 ЭНЕРГО-ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ……………….…………………………49

ВЫВОД……………………………………………………………………52

ЛИТЕРАТУРА...………………………………………………………….53

ВВЕДЕНИЕ

Кислотные свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди вторичных хи­мических источников тока. Обладая сравнительно высокой удельной мощностью в сочетании с на­дежностью и относительно низкой стоимостью, эти аккумуляторы находят разнообразное практиче­ское применение. Своей популярностью и широким масштабом производства они обязаны стартерным батареям, предназначенным для различных средств передвижения и прежде всего автомобилей. В этой области их монопольное положение устойчиво и сохранится долгое время. На базе свинцовых ак­кумуляторов комплектуется подавляющее боль­шинство стационарных и значительная часть ва­гонных батарей. Успешно конкурируют с щелоч­ными тяговые свинцовые аккумуляторы.

Все более широкое распространение получают малоуходные стартерные батареи, а также безуходные (герметизированные) батареи, предназначениые в основном для питания различных приборов бытовой электротехники.

Если в конце XIX в. номинальная удельная энергия лучших свинцовых аккумуляторов дости­гала 8 Вт-ч/кг при ресурсе до 100 циклов, то для современных образцов эти величины составляют 30—35 Вт-ч/кг и 300—500 циклов, лучшие тяго­вые аккумуляторы обладают ресурсом до 1800 циклов.

1 Литературный обзор

1.1 Назначение и конструкция свинцовых аккумуляторов

Рис.3.1 Схема аккумулятора.

Вторичный химический источник тока, состоящий из положительного и отрицательного электродов и электролита, называется аккумулятором. Работа аккумулятора заключается в периодическом накоплении электрической энергии (заряде), при котором электрическая энергия переходит в химическую, и в отдаче (разряде), в течение которой химическая энергия превращается в электрическую [1].

В свинцовом аккумуляторе имеются электроды в виде пластин, которые погружены в кислотный электролит, содержащий серную кислоту и воду.

Пластины обозначают знаками плюс (+) и минус (-) и разделяют сепараторами.

Пластины свинцовых аккумуляторов состоят из свинцовой решетки и активной массы. Решетки служат опорой активной массы и необходимы для проведения электрического тока и для равномерного распределения тока по всей активной массе.

Легкие решетки применяют в стартерных аккумуляторах, предназначенных в основном для кратковременных разрядов. В стационарных и тяговых аккумуляторных батареях, предназначенных для длительной эксплуатации, при которой разряды ведутся с перерывами или в течение длительного времени, применяют решетки более тяжелые [3].

Решетки отливают из сплава свинца с сурьмой с добавлением мышьяка; обычно они имеют поперечные ребра, пересекающие пластину под прямым углом или по диагонали.

Решетки для положительных и отрицательных пластин часто имеют одну и ту же конструкцию, но решетки для отрицательных пластин делают более тонкими по трем основным причинам:

• так как они меньше подвержены коррозии, чем решетки положительных пластин;

• для правильного соотношения количества положительной и отрицательной активных масс, так как отрицательных пластин на одну пластину больше, чем положительных;

• губчатый свинец отрицательной пластины имеет лучшую электропроводность, чем двуокись свинца, положительной пластины.

Активная масса электрода — это смесь, состоящая из активного вещества химического источника тока и веществ, улучшающих ее проводимость и определенные физико-химические свойства.

Для изготовления активных масс в настоящее время применяют преимущественно свинцовый порошок и реже - смесь глета и сурика Рb₃О₄. Для уменьшения возможности усадки и затвердения активной массы отрицательных пластин при эксплуатации аккумуляторов к ней добавляют расширители.

После заполнения решеток активным веществом пластины подсушивают и подвергают электрохимической обработке — формировке. В результате такой обработки на положительных пластинах образуется темно-коричневая активная масса двуокиси свинца РbО₂, а на отрицательных — губчатый металлический свинец Рb серого цвета [4].

Приготовленные таким образом пластины напоминают губку; они имеют большую поверхность соприкосновения с электролитом и хорошо им пропитываются, что способствует обеспечению необходимых электрических характеристик аккумулятора.

В зависимости от принятой на заводе технологии пластины могут изготовляться заряженными или разряженными частично или полностью.

Для получения необходимых электрических характеристик и удобного габарита каждый аккумулятор собирают из нескольких положительных и отрицательных пластин, собранных в полублоки (рис. 2).

Рис.1.2 Схема блока пластин

У свинцовых аккумуляторов отрицательный полублок (рис. 1.2, а) обычно содержит на одну пластину больше, чем положительный (рис. 1.2, б). Это необходимо для того, чтобы положительные пластины, располагаясь между отрицательными, не коробились при работе акумулятора [5].

Пластины каждого полублока соединяют параллельно при помощи баретки со штырем, который называется полюсным выводом, или борном 1. В собранном аккумуляторе пластины должны располагаться как можно ближе одна к другой, что необходимо для уменьшения внутреннего сопротивления, а также габарита аккумулятора.

Во избежание короткого замыкания между отрицательными и положительными пластинами вставляют сепараторы — тонкие изолирующие пластинки из пористого материала, предотвращающие металлический контакт между разноименными пластинами, но свободно пропускающие электролит [3].

Каждое отделение бака аккумулятора закрывается специальной крышкой, изготовленной из эбонита или фенолита. Конструкция крышек может быть различной.

Заливочные отверстия крышек закрываются пробками. Пробки устроены так, что при наличии в них вентиляционных отверстий электролит не выплескивается при тряске аккумулятора. В аккумуляторах специального назначения, например авиационных, электролит не выливается даже при опрокидывании аккумулятора.

Крышки аккумуляторов новых выпусков имеют отдельные заливочные и вентиляционные отверстия. Для герметизации стык крышки со стенками отделения бака заливается кислотостойкой мастикой. Мастика не дает трещин на морозе и не размягчается при температуре до +60°.

Для предохранения пластин и сепараторов от повреждений при замере уровня и плотности электролита или при заполнении аккумулятора электролитом сверху пластин имеется предохранительный щиток из перфорированного винипласта или другого кислотостойкого материала.

Рис.1.3 Схема производства аккумуляторных батарей и комплектующих.