Свинцовые кислотные аккумуляторы.

План:

1. Общее сведение об аккумуляторах, назначение;

2. Типы аккумуляторов, конструкция;

3. Электролит;

4. Понятие об электрохимических процессах при заряде и разряде;

5. Контрольные вопросы.

1. Аккумуляторами называются химические источники тока, предназначены для многократного использования. При разряде аккумулятора химическая энергия активных веществ, входящих в состав пластин «+» и «-» (электродов) и электролита, преобразуется в электрическую, при этом активные вещества превращаются в продукты разряда. При заряде аккумулятора подводимая электрическая энергия расходуется на регенерацию продуктов разряда.

Современная техника располагает целым рядом электронакопительных устройств. Это: свинцовые, железо – никелевые, никель – кадмиевые, серебряно – цинковые, серно – натриевые, медно – литиевые и другие виды аккумуляторов. Наиболее распространёнными являются свинцовые аккумуляторы.

Экономичнее свинцового аккумулятора до сих пор ничего не изобретено. Широкое распространение они получили благодаря высокой надёжности и не высокой цене. Эксперты ООН считают, что в обозримом будущем свинцовые аккумуляторы сохранят своё значение как один из самых удобных источников электрической энергии.

2. Промышленностью (стран СНГ) выпускаются кислотные аккумуляторы различных типов. Для электропитания аппаратуры связи получили широкое применение стационарные аккумуляторы типов С, СК, СН. Находят также применение стартерные и другие типы аккумуляторов.

Выпускается не менее 45 разновидностей аккумуляторов типов С и СК ёмкостью от 36 до 5328 А.ч.

С – «стационарный»;

СК – «стационарный», предназначенный для коротких режимов разряда большими токами. Аккумуляторы, имеющие в условном обозначении букву «К», отличаются тем, что у них соединительные шины между выводами имеют большое сечение. Аккумуляторы от С-1 до С-4 выполняются с соединительными шинами, допускающие короткие режимы разряда.

СЗ Буква «3» - закрытое исполнение сосуда (бака);

СЭ Буква «Э» - аккумулятор собран в эбонитовом баке.

Число, стоящее вслед за буквами, указывает номер аккумулятора. Например: С-1, С-2, С-3, С-4, С-5 (индекс чередуется поочерёдно);

С-6, С-8, С-10, С-12,... С-20 (индекс чередуется через «2»);

С-24, С-28, С-32, С-36,... С-148 (индекс чередуется через «4»).

Те же индексы используются для аккумуляторов типа СК.

Номер (индекс) аккумулятора умноженный на число 36 даёт значение номинальной ёмкости при 10-часовом режиме разряда.

СН - стационарный с намазными пластинами. Это аккумуляторы закрытого типа. Выпускаются ёмкостью от 40 до 800 А.ч. Число в обозначении аккумулятора – номер аккумулятора, получается как частное от деления номинальной ёмкости на число 40. Другими словами, номер аккумулятора * 40 = номинальная ёмкость аккумулятора типа СН.

Пример: СН-1, СН-2, СН-3, СН-4, СН-5, СН-6, СН-8, СН-10, СН-20.

Каждый кислотный аккумулятор состоит из сосуда, из кислотоустойчивого материала (стекло, пластмасса, керамика, деревянные сосуды, выложенные внутри свинца), положительного и отрицательных электродов (пластин), разделителей между ними – сепараторов, электролита и токоведущих частей.

Блоки пластин (электродов) погружены в водный раствор серной кислоты (электролит). Электроды располагаются так, что каждый положительный электрод находится между двумя отрицательными, т.е. число «-» пластин на одну больше чем «+» пластин. Крайние пластины «-». Отводы от пластин одной полярности привариваются к мостикам, связывающим все группы этой полярности.

Положительные пластины делятся на поверхностные (в аккумуляторах С и СК) и пастированные (в СН).

В стационарных аккумуляторах открытого типа С и СК электролит непосредственно соприкасается с окружающим воздухом. Такие аккумуляторы требуют частой доливки воды и хорошо вентилируемого (воздуха) помещения.

Положительные пластины поверхностного типа работают за счёт своего поверхностного слоя. Такой электрод состоит из свинцовой пластины, на поверхности которой электрохимически формируется (при заряде) слой активной массы (РbO2). Для увеличения активной поверхности положительные пластины имеют ребристую форму.

Отрицательные пластины в аккумуляторах С и СК – коробчатые пластины, представляют собой решётку, в ячейках которой помещается активная масса. Для предотвращения выпадения активной массы из ячеек пластин закрываются перфорированными свинцовыми листами.

В аккумуляторах закрытого типа положительные и отрицательные электроды представляют собой пастированные пластины (аккумуляторы типа СН). В пастированных электродах активная масса удерживается в решётке из свинцово – сурьмяного сплава, толщиной 1... 4 мм. Аккумулятор типа СН имеет в крышке специальную пробку, задерживающую аэрозоли серной кислоты.

В аккумуляторах несколько отрицательных пластин соединяют параллельно. Между ними помещают положительные пластины, также соединенные параллельно.

Параллельное соединение одноимённых пластин позволяет увеличить ёмкость аккумулятора. Каждая группа «+» и «-» пластин работает как одна пластина, площадь которой равна сумме площадей, параллельно соединённых пластин

Горизонтальные перемычки, соединяющие одноимённые пластины в банке, называют баретками.

Сепараторы изготавливают из материалов, проницаемых для раствора электролита (из вулканизированного каучука - мипор, поливинилхлорида – мипласт ( получаемый спеканием порошкообразной поливинилхлоридной смолы(широко используется)) и стекловолокна).

3. Аккумуляторы заливают электролитом, состоящим из водного раствора серной кислоты.

Используется чиситал, аккумуляторная серная кислота (допустимая величине примесей нормируется).

Дистиллированная вода должна отвечать требованиям по допустимости вредных примесей в соответствии с ГОСТ 6709-72. Дистиллированную воду следует хранить в закрытых стеклянных, полиэтиленовых или фторопластовых сосудах.

Для первоначальной заливки в новые аккумуляторы типов С, СК, СН применяются электролит с удельным весом (плотностью) 1180 кг/м^3 (1, 18 г/см^3) при температуре 25º C.

Полностью заряженные аккумуляторы С и СК имеют электролит плотностью 1210кг/м^3 (1, 21 г/см^3), а типа СН – 1220кг/м^3 (1, 22 г/см^3).

При разряде плотность электролита снижается до 1, 15÷ 1, 17 г/см^3.

Для приготовления раствора электролита следует пользоваться эбонитовыми, керамическими, винилпластовыми или деревянными, выложенными освинцованным листом, сосудами (баками). Стеклянные сосуды от нагревания могут лопнуть.

Необходимо серную кислоту вливать в воду тонкой струёй, непрерывно размешивая раствор электролита стеклянной палочкой.

----

Концентрация или плотность электролита является точным критерием степени разреженности аккумулятора.

Измеряется плотность электролита прибором – ареометром.

----

Многие вещества, например, незначительное количество солей железа, попадая в электролит ускоряют выделение водорода и увеличивают саморазряд аккумулятора. Поэтому при приготовлении электролита следует использовать только дистиллированную воду и использовать неметаллическую посуду.

4. Аккумуляторы являются химическими источниками электрической энергии. Зарядом аккумулятора называется превращение электрической энергии в химическую, а разрядом – химической в электрическую. Процесс разряда – является обратное заряду, когда сам аккумулятор отдаёт свой заряд во внешнюю электрическую цепь потребителю электроэнергии.

Рассмотрим химические реакции при заряде и разряде кислотных (свинцовых) аккумуляторов. В растворе электролита происходит распад некоторой части молекул на положительные ионы водорода и отрицательные кислотного остатка. При разряде аккумулятора губчатый свинец отрицательного электрода вступает в реакцию с ионами кислотного остатка серной кислоты, в результате на «-» электроде осаждается сульфат свинца конечными продуктами реакции вблизи «+» электрода является сульфат свинца и вода.

При заряде под действием электрического тока внешнего источника на отрицательном электроде восстанавливается губчатый свинец, а на положительном электроде – двуокись свинца. Водород воды раствора электролита взаимодействует с кислотным остатком сульфата свинца, в результате чего в растворе повышается содержание серной кислоты. Таким образом, суммарный процесс в свинцовом аккумуляторе при его разряде и заряде можно выразить уравнением:

Pb (-) + PbO2 (+) + 2H2SO4 (разряд)→ ← (заряд) Pb (-)SO4 + Pb(+)SO4 + 2H2O

Кроме того, при заряде на отрицательном электроде возможно восстановление ионов водорода и образование газообразного водорода.

Контрольные вопросы