Меню

Что такое активная масса для аккумулятора

Автомобильный аккумулятор — устройство, схема, принцип работы и параметры АКБ

Содержание

  1. Устройство аккумулятора автомобиля.
  2. Назначение АКБ в автомобиле
  3. Принцип работы
  4. Параметры АКБ
  5. Схема устройства аккумулятора.
  6. Единство
  7. Что нужно знать про АКБ
  8. Внутреннее устройство
  9. Особенности зарядки и разрядки
  10. Виды аккумуляторов
  11. Классификация по составу активного вещества
  12. Классификация по типу электролита
  13. Технические (рабочие) характеристики автомобильных аккумуляторов
  14. Номинальная емкость аккумулятора
  15. Пусковой ток
  16. Полярность
  17. Исполнение корпуса
  18. Тип и размер клемм
  19. Тип крепления
  20. Типы соединения аккумуляторов
  21. Параллельное соединение
  22. Последовательный способ
  23. Монтажное расположение клемм
  24. Диаметр подключения
  25. Аккумуляторы будущего
  26. Оптимальные условия нагрузок для АКБ
  27. Негативные условия нагрузки для аккумуляторной батареи
  28. Преимущества и недостатки
  29. Советы по эксплуатации и обслуживанию АКБ

Устройство аккумулятора автомобиля.

Устройство аккумулятора автомобиля следующее:

  1. корпус, внутри которого залит электролит;
  2. положительный контактный вывод;
  3. отрицательный контактный вывод;
  4. положительная пластина (анод);
  5. отрицательная пластина (катод);
  6. пробка, внутри которой заливная горловина (есть не у всех современных аккумуляторов).

Устройство аккумулятора включает в себя электролит, в который помещаются электроды. В роли электролита выступает раствор серной кислоты, плотность которого уменьшается при снижении заряженности. Корпус делится на 2 части: основная глубокая емкость, крышка. Аккумуляторные батареи бывают разных типов, поэтому у некоторых крышка оснащена дренажной системой (отводит образующий газ), а у других в крышке расположены горловины с пробками.

Устройство аккумулятора таково, что содержит в себе отдельные ячейки, в каждую из которых устанавливается собранный воедино пакет. Этот пакет состоит из большого количества отдельных пластин с чередующейся полярностью. Пластины созданы из свинца и обладают структурой решетчатого характера из прямоугольных сот. Такая структура отлично подходит для нанесения на пластины активной массы. Наносится она с помощью намазывания, поэтому такие аккумуляторы называются — аккумуляторами намазного типа. В некоторых дорогих аккумуляторах в свинцово-калиевый сплав электродов добавляют олово или серебро, что увеличивает их стойкость к коррозии.

Конструкция и устройство аккумуляторной батареи самих электродов представляют из себя решетчатую структуру. Для создания отрицательных и положительных электродов применяют различные технологии. Технологию Expanded metal используют для создания решетки отрицательных электродов, путем просечки свинцового листа с дальнейшей растяжкой. Электроды простой конструкции создаются по нескольким технологиям: Chess Plate — жилки электродов находятся в шахматном порядке, Power Pass — вертикальные жилки подходят к ушку электрода. Электроды более сложной конструкции создаются по технологии Power Frame. Электроды, изготовленные по такой технологии обладает опорной рамой, а также жилами внутренней направленности, что приводит к высокой жесткости и небольшому линейному расширению. Слой активной массы, наносимой на электроды различен в зависимости от полярности электрода. Активная масса в виде губчатого свинца применяется для отрицательных электродов. Диоксид свинца применяется для активной массы положительных электродов.

Устройство аккумуляторных батарей бывает, как с жидким электролитом, так и наоборот. Наиболее часто используются батареи с жидким электролитом.

Назначение АКБ в автомобиле

Аккумулятор представляет собой один из ключевых элементов авто. Работая в бортовой сети автомобиля в связке генератором, он является источником электрического тока. Основные функции аккумуляторной батареи заключаются в следующем:

  • Обеспечение пуска мотора. Аккумулятор подаёт питание на стартер в момент запуска;
  • Обеспечение питания потребителей в сети автомобиля, когда мотор заглушён;
  • Обеспечивает питание во время поездки, если генератор перегружен.

Кроме того, при работе вместе с генератором АКБ осуществляет сглаживание пульсаций электрического тока в бортовой сети.

Напряжение аккумуляторных батарей для легковых автомобилей составляет 12 вольт. Ёмкость может лежать в пределах 40─130 Ач. Пусковой ток 300─1300 ампер. Значения справедливы для АКБ легковых машин и лёгкого коммерческого транспорта.

На грузовые авто и специальную технику могут устанавливаться батареи с напряжением 24 вольта. На мотоциклетной технике используются модели номиналом 6 вольт.

К аккумулятору для автомобиля обычно предъявляют следующие требования:

  • небольшой саморазряд;
  • высокий пусковой ток;
  • компактные габариты;
  • отсутствие или минимум обслуживания.

Дополнительно можете прочитать материал про виды аккумуляторов для автомобилей.

Принцип работы

Между пластинами и электролитом непрерывно происходит электрохимическая реакция. При разряде химическая энергия преобразовывается в электрическую, а при заряде, наоборот, – электрическая в химическую. Когда аккумулятор подключен к потребителям энергии, то происходит его разрядка.

Химическая формула реакции

Происходит следующий процесс. На катоде идет восстановление диоксида свинца. Свинец на аноде окисляется. Серная кислота вступает в реакцию с металлами на обеих пластинах. При этой реакции образуется сульфат свинца. Процесс называется сульфатацией. Из серной кислоты выделяется водород, который затем вступает в реакцию с кислородом из положительно заряженной пластины. Образуется вода, а серная кислота расходуется. Плотность электролита понижается. Процесс реакции показан на картинке.

При зарядке весь процесс происходит в обратном порядке. Серная кислота восстанавливается. Вновь образуется диоксид свинца и серная кислота. При полной зарядке плотность электролита должна быть в пределах 1,29 гр/см3. Это значение показывает уровень содержания серной кислоты на один кубический сантиметр электролита.

Таким образом, работа батареи основана на циклах заряд-разряд. Если допустить глубокий разряд, процесс может быть необратимым. Останется только вода и сульфат свинца. Поэтому нужно всегда следить за уровнем заряда.

Параметры АКБ

Для среднестатистического легкового автомобиля с ДВС промышленность выпускает аккумуляторы с рабочим напряжением 12 В. Такого значения вполне хватает для питания сети в машине. Бортовая сеть большинства грузовиков рассчитана на 24 В. Иногда в ней используется пара обычных двенадцативольтовых источников питания, подсоединённых последовательно.

Источник

Устройство аккумулятора.

Устройство автомобильного аккумулятора представляет собой чередующиеся отрицательные и положительные электроды, к которым подключена активная масса. В свою очередь батарея состоит из 6 аккумуляторов, последовательно соединенных и находящихся в одном корпусе. Для изготовления корпуса применяется материал пропилен, он не способен проводить ток и одновременно с этим легко противостоит разъедающим свойствам кислоты.

Для создания электродов применяют свинцовый сплав. В большинстве современных аккумуляторов для создания электродов применяют свинцово-кальциевый сплав. Благодаря этому такие аккумуляторные батареи очень медленно саморазряжаются — за 18 месяцев теряют 50% емкости, а также имеют малый расход воды — 1 г/Ач. Из этого следует, что во время эксплуатации такой батареи можно обойтись без добавления воды.

Гибридная аккумуляторная батарея более дешевый и редкий вариант. Устройство аккумулятора в таких батареях, содержит в себе электроды, изготовленные из разных сплавов: отрицательные из свинцово-кальциевого, положительные из свинцово-сурмяного. Гибридная аккумуляторная батарея расходует воды больше, чем кальциевая в 1,5- 2 раза. Несмотря на это, ей тоже не надо обслуживания.

Устройство аккумулятора автомобиля.

Устройство аккумулятора автомобиля следующее:

  1. корпус, внутри которого залит электролит;
  2. положительный контактный вывод;
  3. отрицательный контактный вывод;
  4. положительная пластина (анод);
  5. отрицательная пластина (катод);
  6. пробка, внутри которой заливная горловина (есть не у всех современных аккумуляторов).

Устройство аккумулятора включает в себя электролит, в который помещаются электроды. В роли электролита выступает раствор серной кислоты, плотность которого уменьшается при снижении заряженности. Корпус делится на 2 части: основная глубокая емкость, крышка. Аккумуляторные батареи бывают разных типов, поэтому у некоторых крышка оснащена дренажной системой (отводит образующий газ), а у других в крышке расположены горловины с пробками.

Читайте также:  Как заряжать аккумулятор автомобиля лабораторным блоком питания

Устройство аккумулятора таково, что содержит в себе отдельные ячейки, в каждую из которых устанавливается собранный воедино пакет. Этот пакет состоит из большого количества отдельных пластин с чередующейся полярностью. Пластины созданы из свинца и обладают структурой решетчатого характера из прямоугольных сот. Такая структура отлично подходит для нанесения на пластины активной массы. Наносится она с помощью намазывания, поэтому такие аккумуляторы называются — аккумуляторами намазного типа. В некоторых дорогих аккумуляторах в свинцово-калиевый сплав электродов добавляют олово или серебро, что увеличивает их стойкость к коррозии.

Конструкция и устройство аккумуляторной батареи самих электродов представляют из себя решетчатую структуру. Для создания отрицательных и положительных электродов применяют различные технологии. Технологию Expanded metal используют для создания решетки отрицательных электродов, путем просечки свинцового листа с дальнейшей растяжкой. Электроды простой конструкции создаются по нескольким технологиям: Chess Plate — жилки электродов находятся в шахматном порядке, Power Pass — вертикальные жилки подходят к ушку электрода. Электроды более сложной конструкции создаются по технологии Power Frame. Электроды, изготовленные по такой технологии обладает опорной рамой, а также жилами внутренней направленности, что приводит к высокой жесткости и небольшому линейному расширению. Слой активной массы, наносимой на электроды различен в зависимости от полярности электрода. Активная масса в виде губчатого свинца применяется для отрицательных электродов. Диоксид свинца применяется для активной массы положительных электродов.

Устройство аккумуляторных батарей бывает, как с жидким электролитом, так и наоборот. Наиболее часто используются батареи с жидким электролитом.

Схема устройства аккумулятора.

Схема устройства аккумулятора представляет собой структуру устройства аккумуляторной батареи изнутри. Производители корпуса аккумуляторной батареи учитывают, что он должен обладать высокой сопротивляемостью к вибрациям, быть инертным к агрессивным химическим воздействиям, легко переносить перепады температуры. Всем этим параметрам отвечает материл полипропилен. В основном из него изготавливают корпус аккумуляторных батарей.

Для фиксации собранного пакета от смещений применяется специальный бандаж. Минусовые и плюсовые токовыводы пластин соединенны попарно и благодаря токосборникам концентрируют энергию на выводных борнах аккумулятора. К которым присоединяют токоприемные клеммы машины.

Схема зарядного устройства для аккумулятора.

На схеме зарядного устройства для аккумулятора мы видим:

  • трансформатор,
  • выпрямитель,
  • генератор импульсов
  • ключ на тиристоре.

Для заряда автомобильных аккумуляторов достаточно выдержать определённое время заряда и измерить в конце напряжение на аккумуляторе вольтметром.

Источник



Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Активная масса

Активная масса — положительных пластин щелочных аккумуляторов состоит в основном из гидрата окиси никеля, к которому добавляют для увеличения электропроводности 16 — 18 % графита и активирующую добавку — гидрат окиси бария. Гидрат окиси бария вводят из расчета 1 7 — 2 3 % по весу. Эта добавка повышает коэффициент использования положительной активной массы и увеличивает срок службы пластин. [1]

Активная масса для отрицательной пластины никель-железных аккумуляторов в основном состоят из порошкового железа я его окислов с добавкой небольшого количества сернокислого никеля и сернистого железа. Железосодержащая масса получается восстановлением предварительно обогащенной и очищенной железной руды, а также восстановлением в трубчатых печах окиси железа, полученной из сульфата железа. [2]

Активная масса у положительных пластин делается главным образом из свинцового сурика РЬзО4, у отрицательных пластин из свинцового глета РЬО. [3]

Активная масса состоит у положительных пластин — из смеси гидрата окиси никеля и графита, у отрицательных пластин — из специально приготовленного железного порошка. [4]

Активная масса приготовляется из свинцовых окислов: для положительных пластин используется свинцовый сурик РЬ3О4, а для отрицательных-свинцовый глет РЬО. В результате такой обработки на положительной пластине активная масса превращается в перекись свинца РЬО2, имеющую темно-коричневый цвет, а на отрицательной пластине выделяется губчатый металлический свинец РЬ серого цвета. Пластины после обработки могут быть либо частично заряженными, либо полностью разряженными. Аккумуляторы, изготовленные из таких пластин, называют сухо-заряженными или сухоразряжепными. [5]

Активная масса заряженных1 электродов аккумулятора при разряде превращается в сульфат свинца. Сульфат свинца при определенных условиях может становиться труднорастворимым или нерастворимым и не преобразовываться при заряде обратно в двуокись свинца на положительном и в свинец на отрицательном электродах. Это явление называют сульфатацией. [6]

Активная масса положит, электродов может быть регенерирована — отработанные пластины отмывают от щелочи, обжигают при 500 — 700 С и размалывают. [7]

Активная масса ( паста) после промывки водой имеет состав, %: 73 5 РЬ; 16 7 SC4; 0 3 Sb. Основными компонентами в ней являются РЬОа и РЬ8О4, а также РЬО-РЬ5О4, РЬ2О3, РЬ и др. Ее количество достигает 45 — 50 % массы аккумуляторного лома, без учета кислоты. [8]

Активная масса для отрицательных электродов получена путем восстановления железной руды в атмосфере водорода. Из этой массы после введения активизирующих добавок были изготовлены электроды методом прокатки. Отрицательный электрод выполнен толщиной 1 25 мм. [9]

Активная масса для приготовления ламельных электродов состоит в основном из FesCU. Оксид железа восстанавливают до магнетита либо водородом, либо сажей, либо железным порошком. [10]

Активная масса — смесь активных веществ с добавками, определяющая физико-химические свойства электрода гальванического элемента. [12]

Активная масса СиС12 — КС1 в условиях оксихлорирования находится в виде расплава. В системе СиС12 — КС1 эвтектика плавится при 350 С. Хлорид никеля вызывает более быстрое понижение температуры плавления смеси до 200 С. Поскольку температура эвтектики системы CuCb-NiCb совпадает с температурой начала перехода Cu 2 Cu, необходимой для осуществления процесса оксихлорирования, авторы ( Пат. США, 1973) предлагают использовать в качестве активной массы эту солевую систему. [13]

Активная масса ШИМ ц 3 / можно принять 0 15 кг, так как выходная мощность этих устройств составляет единицы ватт, а частота 2 000 гц. [14]

Источник

Кое-что об аккумуляторах

В настоящем материале мы постараемся кратко, без химических формул и замудренных профессиональных терминов рассказать обобщенный нами материал об аккумуляторных батареях. Если он Вам пригодиться – мы будем очень рады, что наши старания не пропали даром.
Дадим некоторые понятия, связанные с аккумуляторными батареями:
— электрод или токоотвод – это, попросту говоря, свинцовая решетка (пластина), на которую наносится активная масса;
— активная масса – это специально приготовленная смесь из пасты со свинцовым порошком, присадками, которые контактируют с электролитом и образуют электрический поток;
— сепаратор – такой конверт из специального пористого материала, в который помещается один из электродов, чтобы предотвратить короткое замыкание между разнополярными токоотводами.
Остальное по ходу рассказа.
Свинцовые стартерные аккумуляторы являются наиболее массовым и недорогим химическим источником тока, благодаря относительной дешевизне используемых материалов и высокой степени автоматизации производства.
В ходе разряда аккумулятора активная масса обоих электродов превращается из губчатого свинца в сульфат свинца. При этом на формирование сульфата свинца расходуется серная кислота, что вызывает снижение концентрации электролита и, как следствие, снижение его плотности.
При зарядке аккумулятора идут обратные процессы (сульфат превращается в свинец), в ходе которых кроме всего прочего происходит образование серной кислоты, в результате чего при заряде растет плотность электролита.
Когда реакции преобразования веществ в активных массах положительного и отрицательного электродов завершены, плотность электролита перестает меняться, что служит признаком завершения заряда аккумулятора. При дальнейшем продолжении заряда протекает так называемый вторичный процесс — электролитическое разложение воды на кислород и водород. Выделяясь из электролита в виде пузырьков газа, они создают иллюзию кипения электролита, что тоже служит признаком завершения процесса заряда.
Традиционные автомобильные аккумуляторы с высоким содержанием сурьмы имеют недостатки, связанные с тем, что сурьма способствует бурному газовыделению в процессе зарядки батареи, что приводит к потерям воды.
В конце 90-х годов в США и Западной Европе начинается производство аккумуляторов с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с многокомпонентными добавками, в том числе и серебра, которые при глубоких разрядах теряют емкость гораздо медленнее, чем первое поколение аккумуляторных батарей по свинцово-кальциевой технологии. Расход воды у них так мал, что конструкторы убирают с крышек отверстия для доливки воды и делают аккумуляторные батареи полностью необслуживаемыми и исключающими доступ к электролиту при использовании аккумулятора.
Такое изменение конструкции стало возможным благодаря общим усилиям производителей аккумуляторов и автомобильного электрооборудования. Ведь для максимального использования ресурса полностью необслуживаемой аккумуляторной батареи (без отверстий для доливки воды) необходимо обеспечить стабильное зарядное напряжение, обеспечивающие минимальное разложение воды при заряде аккумуляторов. В то же время, степень заряженности аккумуляторной батареи должна быть достаточной для безотказной работы всего электрооборудования. Это стало возможно благодаря созданию системы регулирования зарядного напряжения, обеспечивающей его стабильность с точностью ± 0,1 В.
Но владельцы автомобилей, решившие использовать необслуживаемые аккумуляторы (без отверстий для доливки воды), должны более внимательно относиться к обеспечению исправной работы электрооборудования. Прежде всего, это касается натяжения ремня привода генератора, исправности самого генератора, регулятора напряжения, отсутствия утечек тока в системе электрооборудования или сигнализации и ряда других факторов. Поэтому, прежде чем грешить на аккумуляторную батарею, проверьте состояние электрооборудования Вашего автомобиля.
С некоторых времен на аккумуляторных батареях появились индикаторы, показывающие состояние заряженности аккумулятора (их в народе называют еще и глазками). По мере того, как происходит заряд аккумуляторной батареи и увеличивается плотность электролита, шарик всплывает со дна трубки индикатора и показывает, что аккумулятор заряжен (как правило, этот шарик окрашен в зеленый цвет). Но необходимо помнить, что эта величина соответствует минимальной степени заряженности (62-64% от номинального значения), при которой индикатор начинает давать информацию о работоспособности аккумуляторной батареи в пусковом режиме. Последующее увеличение плотности электролита (до 100 % заряда) не меняет показания индикатора, что является недостатком данного приспособления. В случаях понижения уровня электролита до оголения пластин, информация индикатора о состоянии заряженности батареи прекращается. Поэтому степень заряженности аккумуляторной батареи лучше определять, измеряя напряжение на выводных клеммах.
При работающем индикаторе его информация относится только к одной из шести банок (ячеек) аккумуляторной батареи. В тех случаях, когда появляется дефект в другой банке, где нет индикатора, информация индикатора становится бесполезной, не отражающей общее состояние (работоспособность) аккумуляторной батареи. Использование индикатора дает полезную информацию об общем состоянии батареи в тех случаях, когда она не содержит дефекта.
А что же такое гелевые аккумуляторы? Это такие же свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, только в них используется загуститель, такие как силикагель, аллюмогель, которые при смачивании серной кислотой образуют гелеобразный электролит.. В качестве сепараторов в подавляющем большинстве герметизированных гелевых аккумуляторов используют высокопористые стекломаты из ультратонких волокон. Их применяют не только для батарей с гелеобразным электролитом, но и для аккумуляторов с адсорбированным жидким электролитом. В последнем случае технология производства немного дешевле, но емкостные показатели хуже, чем у автомобильных аккумуляторов с гелеобразным электролитом.
Нормальная эксплуатация гелевых герметизированных свинцовых автомобильных аккумуляторов возможна при соблюдении гораздо более жесткого диапазона регулирования зарядного напряжения, чем при эксплуатации необслуживаемых аккумуляторов с жидким электролитом (даже не имеющих отверстий для доливки воды). Максимальная величина зарядного напряжения для автомобильных аккумуляторных батарей с загущенным (гелеобразным) и адсорбированным электролитом зависит от рекомендаций производителя (ориентировочно для гелеобразных 14,35В, а для адсорбированных 14,4В). В случае превышения величины рекомендованной производителем на 0,05В скорость газовыделения становится так велика, что ведет к нарушению контакта активной массы электродов с электролитом, а также к высыханию аккумулятора, в результате чего батарея утрачивает работоспособность.
Весьма жесткие ограничения величины зарядного напряжения, наряду с гораздо более высокой стоимостью герметизированных автомобильных аккумуляторных батарей в сравнении с необслуживаемыми, создают определенные трудности для их широкого использования на автомобилях. Поэтому, прежде чем решить купить гелевый аккумулятор, а тем более на старенькую иномарку, нужно подумать, стоит ли игра свеч, т.к. гелевый аккумулятор значительно дороже обычного и более капризный к состоянию электрооборудования автомобиля.
Концентрация электролита. Повышенная концентрация электролита отрицательно сказывается на сроке службы аккумулятора вследствие ускорения коррозионных реакций на положительном электроде. Поэтому оптимальная концентрация электролита устанавливается исходя из совокупности требований и условий, в которых эксплуатируются аккумуляторы. Так, например, для стартерных аккумуляторов, работающих в умеренном климате, рекомендована рабочая концентрация при которой плотность электролита равна 1,26-1,28 г/см3, а для районов с жарким (тропическим) климатом плотность электролита должна быть 1,22-1,25 г/см3.
Температура электролита. С понижением температуры разрядная емкость аккумуляторов понижается. Причина этого — повышение вязкости электролита и его электрического сопротивления, что замедляет скорость проникновения электролита в поры активной массы.
Часто встречается такое явление как саморазряд аккумуляторной батареи. Саморазрядом аккумуляторной батареи называют уменьшение емкости аккумуляторов при разомкнутой внешней цепи, то есть при бездействии. Это явление вызвано окислительно-восстановительными реакциями, самопроизвольно проходящими как на отрицательном, так и на положительном электродах. Саморазряду в особенности подвержен отрицательный электрод вследствие самопроизвольного растворения свинца (отрицательной активной массы) в растворе серной кислоты.
Саморазряд отрицательного электрода сопровождается выделением газообразного водорода. Скорость самопроизвольного растворения свинца существенно повышается с увеличением концентрации серной кислоты. Повышение плотности электролита с 1,27 до 1,32 г/см3 ведет к росту скорости саморазряда отрицательного электрода на 40%. Поэтому не нужно пытаться сделать так называемы «зимний» электролит, доливая концентрированную серную кислоту.
Саморазряд может возникать также, когда аккумулятор снаружи загрязнен или залит электролитом, водой или другими жидкостями, которые создают возможность разряда через электропроводную пленку, находящуюся между полюсными выводами аккумулятора или его перемычками. Этот тип саморазряда не отличается от обычного разряда очень малыми токами при замкнутой внешней цепи и легко устраняется. Для этого необходимо содержать поверхность автомобильного аккумулятора в чистоте.
Саморазряд аккумуляторов в значительной мере зависит от температуры электролита. С уменьшением температуры саморазряд понижается. При температуре ниже 0°С у новых аккумуляторных батарей он практически прекращается. Поэтому хранить автомобильные аккумуляторы рекомендуется в заряженном состоянии при низких температурах (до -30 °С). В течении эксплуатации саморазряд не остается постоянным и резко усиливается к концу срока службы.
На этом мы остановимся и прекратим вещать об аккумуляторах, чтобы не погрузить Вас в сон. Надеемся, что эта информация была полезна для Вас.

Читайте также:  Собираем зарядку из солнечных панелей

Удачи Вам на дорогах и пусть дураки не встречаются Вам на пути!

Источник

Что такое аккумулятор?

Аккумулятор — химический источник тока, в котором энергия химической реакции многократно преобразуется в электрическую и наоборот. Таким образом, аккумулятор, имея возможность преобразовывать химическую энергию в электрическую, способен запасать ее и хранить в течение длительного времени. Заряжаясь, аккумулятор накапливает электрическую энергию, разряжаясь, отдает ее потребителю.

Первый аккумулятор (прототип современного свинцово-кислотного) был создан в 1860 г. Гастоном Планте и представлял собой две свинцовые полосы, разделенные пористым изолятором и помещенные в раствор серной кислоты. Выполненный по такой схеме единичный аккумуляторный элемент способен обеспечивать напряжение на выходе около 2 вольт. Емкость такого аккумулятора была невелика, и рабочие характеристики достигались только после многократных зарядно-разрядных циклов. Аккумулятор, аналогичный по своей конструкции современному, был создан в 1881 г. Пластины в нем представляли собой пакеты свинцовых решеток с запрессованной в них активной массой — пастой двуокиси свинца. Точно также и в современном свинцово-кислотном аккумуляторе активными веществами являются свинец и двуокись свинца, а электролитом — водный раствор серной кислоты.

Положительно заряженная пластина (электрод) представляет собой свинцовую решетку с активной массой из двуокиси свинца (PbO2), а электрод со знаком минус — решетку с активной массой из губчатого свинца (Pb). Во избежание возникновения короткого замыкания между пластинами, их разделяют пористыми сепараторами из изоляционного материала. Собранные блоки помещаются в корпус и заливаются электролитом (раствором серной кислоты плотностью 1.27-1.29 г/см 3 ).

Если к аккумулятору подключить нагрузку, то свинцовые пластины с активной массой, электролит и нагрузка образуют замкнутую цепь. Внутри аккумулятора начинается химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет менять первоначальный состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца PbSO4), а плотность электролита начинает падать. В итоге, в цепи образуется направленное движение ионов, и течет электрический ток. Такой процесс представляет собой разряд аккумулятора. При подключении к аккумулятору внешнего источника тока начинается обратный процесс — заряд. При заряде активная масса пластин восстанавливает свой первоначальный состав, плотность электролита растет. Эти химические процессы можно описать следующими уравнениями:

Читайте также:  Падает напряжение аккумулятора при включении света

— на отрицательной пластине:

Батареи первого поколения — батареи с жидким электролитом

Активной массой положительного электрода обычной батареи служит двуокись свинца, отрицательного — чистый свинец, а электролитом — водный раствор серной кислоты. При разряде батареи активные массы пластин вступают в химическую реакцию с электролитом, вырабатывая электрический ток. При этом они преобразуются в сульфат свинца, а в электролит выделяется вода. При заряде происходит обратный процесс.

Для повышения твердости и коррозионной стойкости электродов свинцовые решетки, удерживающие активную массу, сначала легировали добавками сурьмы и мышьяка. Но сурьма способствует повышенному расходу воды и снижению ЭДС аккумуляторной батареи в процессе эксплуатации. Такое неудобство, как необходимость обслуживания классических батарей, заставила производителей искать способы упрощения эксплуатации. Сначала было снижено содержание сурьмы в пластинах, затем из отрицательных пластин сурьму вытеснил кальций. Гибридные АКБ продолжали требовать долива воды, но уже гораздо реже. Применение кальция в положительных пластинах привело к появлению батарей, теоретически не требующих долива на протяжении всего срока эксплуатации. Однако, кальциевые батареи имеют другой недостаток: они плохо переносят глубокие разряды. Чтобы повысить устойчивость АКБ к глубоким разрядам, в свинцово-кальциевый сплав положительных пластин стали добавлять серебро (Ag). Так возникли самые распространенные на сегодняшний день необслуживаемые АКБ.

Батареи второго поколения — герметизированные гелевые батареи (Gelled Electrolite)

В таких батареях кислотный электролит находится в гелеобразном состоянии благодаря добавлению в него соединений кремния. Гелевый электролит позволяет добиться полной герметичности батареи, так как все газовыделение происходит внутри сильно развитой системы пор в массе геля. Это решает проблему необслуживаемости АКБ.

Однако аккумуляторы с загущенным электролитом имеют несколько худшие нагрузочные характеристики по сравнению с классическими АКБ: большие токи с них снять сложнее из-за более высокого внутреннего сопротивления. Батареи с жидким электролитом лучше работают при высоких токах нагрузки при коротких режимах. Кроме того, гелевые батареи критичны к температуре окружающей среды и стабильности зарядного напряжения. Для их подзаряда нужно использовать зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже +/- 1% для предотвращения обильного газовыделения.

Батареи типа GEL наиболее устойчивы к глубоким разрядам и не нуждаются в обслуживании в течение всего срока службы при нормальных условиях эксплуатации. Но при их нарушении происходит быстрое старение батареи.

Батареи третьего поколения — герметизированные батареи с абсорбированным сепараторами электролитом AGM (Absorptive Glass Mat)

AGM-технология вновь вернулась к жидкой кислоте, но теперь электролит удерживается в порах сепаратора из ультратонких стеклянных волокон, размещенных между электродами. Такой сепаратор представляет собой пористую систему, в которой каппилярные силы удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободными для свободной циркуляции газов. Принцип рециркуляции такой же, как у гелевых АКБ: блуждая по порам сепаратора, газы успевают «вернуться» в электролит, не покидая корпус аккумулятора. Таким образом, AGM батареи также не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

Конструкция AGM батарей позволяет не только герметизировать корпус, но и сохранить работоспособность батареи даже в случае повреждений наружной оболочки. Они нечувствительны к колебаниям температуры, долговечны и виброустойчивы.

Но главное преимущество таких батарей — в стойкости к глубоким разрядам. Происходит это за счет повышенной плотности сборки блока пластин и удержания активной массы. Электролит «связан», и разряд аккумулятора не сопровождается его выпариванием с последующим окислением пластин, как это случается с традиционными АКБ.

Но, как и гелевые, AGM батареи чувствительны к превышению зарядного напряжения, только причиной здесь является существенно меньшее количество электролита в них. Поэтому единственным условием для длительной эксплуатации такого рода аккумуляторов является правильный выбор зарядного устройства.

Источник

Adblock
detector