Принципы работы свинцового аккумулятора

Свинцовые аккумуляторы являются вторичными химическими источниками тока, которые могут использоваться многократно. Активные материалы, израсходованные в процессе разряда, восстанавливаются при последующем заряде. Химический источник тока представляет собой совокупность реагентов (окислителя и восстановителя) и электролита. Восстановитель (отрицательный электрод) электрохимической системы в процессе токообразующей реакции отдает электроны и окисляется, а окислитель (положительный электрод) восстанавливается. Электролитом, как правило, является жидкое химическое соединение, обладающее хорошей ионной и малой электронной проводимостью. В свинцовом аккумуляторе в токообразующих процессах участвуют двуокись свинца (диоксид свинца) РЬО 2 (окислитель) положительного электрода, губчатый свинец РЬ (восстановитель) отрицательного электрода и электролит (водный раствор серной кислоты H2S04). Активные вещества электродов представляют собой относительно жесткую пористую электронопроводящую массу с диаметром пор 1,5 мкм у РЬО2 и 5-10 мкм у губчатого свинца. Объемная пористость активных веществ в заряженном состоянии - около 50%. Часть серной кислоты в электролите диссоциирована на положительные ионы водорода Н+ и отрицательные ионы кислотного остатка (SO4)2-. Губчатый свинец при разряде аккумулятора выделяет в электролит положительные ионы двухвалентного свинца РЬ2+. Избыточные электроны отрицательного электрода по внешнему участку замкнутой электрической цепи перемещаются к положительному электроду, где восстанавливают четырехвалентные ионы свинца РЬ4+ до двухвалентного свинца РЬ2+. Положительные ионы свинца РЬ2+ соединяются с отрицательными ионами кислотного остатка (SO2)2-, образуя на обоих электродах сернокислый свинец РЬSО4 (сульфат свинца). При подключении аккумулятора к зарядному устройству электроны движутся к отрицательному электроду, нейтрализуя двухвалентные ионы свинца РЬ2+. На электроде выделяется губчатый свинец РЬ. Отдавая под влиянием напряжения внешнего источника тока по два электрона, двухвалентные ионы свинца РЬ2+ у положительного электрода окисляются в четырехвалентные ионы РЬ4+. Через промежуточные реакции ионы РЬ4+ соединяются с двумя ионами кислорода и образуют двуокись свинца РЬO2. Химические реакции в свинцовом аккумуляторе описываются уравнением: содержание в электролите серной кислоты и плотность электролита уменьшаются при разряде и увеличиваются при заряде. По плотности электролита судят о степени разряженности свинцового аккумулятора: где ΔCp - степень разряженности аккумулятора, %;РЗ и Рр - плотность электролита соответственно полностью заряженного и полностью разряженного аккумулятора при температуре 25°С, г/см2;Р25 - измеренная плотность электролита, приведенная к температуре 25°С, г/см3. Расход кислоты у положительных электродов больше, чем у отрицательных. Если учитывать количество воды, образующейся у положительных электродов, то количество кислоты, необходимое для них в течение разряда, в 1,6 раза больше, чем для отрицательных. При разряде происходит незначительное увеличение объема электролита, а при заряде - уменьшение (около 1 см3 на 1 А·ч). На 1 А·ч электрической емкости расходуется: при разряде - свинца 3,86 г, диоксида свинца 4,44 г, серной кислоты 3,67 г, а при заряде - воды 0,672 г, сульфата свинца 11,6 г.

ЩЕЛОЧНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ.

Щелочными аккумуляторами называют такие аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется щелочь, например раствор едкого натрия или едкого калия. Электроды (пластины) в щелочных аккумуляторах выполнены из никелированного железа, в которые запрессовывается активная масса. Корпус щелочных аккумуляторов выполняют из никелированного стального листа. В качестве активной массы в щелочных аккумуляторах, к примеру - в кадмиево-никелевых, для положительных пластин используется гидрат закиси никеля в смеси с графитом, а в отрицательных пластинах - кадмий и окись железа. Электролит в щелочных аккумуляторах в процессе работы не расходуется и не меняет своей плотности. Это замечательное свойство позволяет корпус аккумулятора выполнить герметичным. Такая конструкция не требует никакого дополнительного обслуживания, кроме циклических зарядов после разряда. В зависимости от типа применяемой активной массы щелочные аккумуляторы называют: железо-никелевые (окись никеля и железо), кадмиево-никелевые (окись никеля и кадмий), серебряно-цинковые (положительные электроды из чистого серебра, а отрицательные пластины из спрессованной смеси окиси цинка и цинкового порошка, электролит из едкого калия). Основные характеристики аккумуляторов. Основные характеристики у аккумуляторов такие же, как и у гальванических элементов, дополнительные - это зарядная емкость, коэффициент отдачи, срок службы и годности. Зарядная емкость аккумулятора - количество электричества, преобразованного в химическую энергию, накопленную при полном заряде аккумулятора. Коэффициент отдачи, определяется соотношением разрядной емкости к зарядной емкости. Коэффициент отдачи по энергии - отношение энергии, полученной аккумулятором, к энергии, отданной при разряде. Срок службы - наработка по времени, при которой его разрядная емкость сделается меньше определенной нормативной величины. Срок годности аккумулятора - сумма срока хранения и времени эксплуатации, в течение которого наработка аккумулятора достигает срока его службы.


Рекомендуем ознакомиться со следующими материалами: