Меню

Положительная пластина кислотного аккумулятора

Положительная пластина кислотного аккумулятора

Как работает свинцовый аккумулятор

Как и в любом другом электрическом аккумуляторе, в свинцовом кислотном аккумуляторе во время зарядки и разрядки происходят обратимые химические реакции. Во время зарядки на пластинах свинцового аккумулятора накапливаются активные вещества: свинец (на отрицательной пластине аккумулятора) и окись свинца (на положительной пластине).

Во время разрядки свинцового аккумулятора, происходит обратная реакция и активные вещества аккумулятора «расходуются» образуя сернокислый свинец (сульфат свинца). Сульфат свинца остается на пластинах аккумулятора, образуя грозди мелких кристаллов. Пористая структура этих кристаллических сгустков сульфата обеспечивает свободный доступ электролита ко всем кристаллам во время зарядки аккумулятора. Поэтому восстановление исходных активных веществ на пластинах свинцового аккумулятора не вызывает трудностей.

Но в некоторых условиях, может происходить перекристаллизация — сульфат свинца образует большие труднорастворимые кристаллы, и восстановление активных веществ аккумулятора затрудняется. При этом аккумулятор не заряжается. Этот процесс называется сульфатацией свинцового аккумулятора. Сульфатация — один из главных механизмов старения свинцового аккумулятора.

Использование десульфатирующей присадки « Reductant -14» позволяет значительно улучшить характеристики аккумуляторов подвергшихся сульфатации.

Как проверить емкость свинцового аккумулятора?

Классическим методом проверки аккумулятора является контрольный разряд. Аккумулятор заряжают, а затем разряжают постоянным током, регистрируя время до конечного напряжения разряда равное 10.5В. Дальше определяют остаточную емкость аккумулятора по формуле:

Е [А*час]= I [А] * T [час]

Ток разряда обычно выбирают таким, чтобы время разряда примерно соответствовало 10 часам. Теперь можно сравнить остаточную емкость аккумулятора с номинальной емкостью.

Значительно восстановить ёмкость аккумулятора, возможно применив присадку « Reductant -14».

В работе участвовало только 25% активной массы. Остальная отслоилась от решётки.

Для такого состояния аккумулятора присадка малоэфективна.

Заказать присадку можно по телефону 095-577-29-37 или 098-808-14-14 с 10-00 до 21-00 без выходных. Надежда.

При разряде свинцового аккумулятора на обеих пластинах образуется сернокислый свинец, который во время зарядки должен снова превратиться в активные вещества: свинец и двуокись свинца.

Но при некоторых обстоятельствах часть сернокислого свинца остается не преобразованной. Это приводит к уменьшению емкости аккумулятора, причем по нескольким причинам:

  • часть свинца остается связанной в сернокислом свинце и не участвует в формировании активных веществ, тем самым емкость аккумулятора уменьшается;
  • сернокислый свинец имеет больший объем, чем активные вещества и большие кристаллы сернокислого свинца перекрывают поры в структуре активных веществ, препятствуя доступу к активным веществам свежего электролита и еще больше уменьшая емкость аккумулятора;

Сульфатации пластин аккумулятора способствует:

  • длительное хранение свинцового аккумулятора;
  • хранение аккумулятора в разряженном состоянии;
  • большие разрядные токи;
  • повышенные температуры;
  • пониженные зарядные напряжения.

Cульфатация аккумулятора также приводит к уменьшению концентрации и плотности электролита.

Использование десульфатирующей присадки « Reductant -14» позволяет значительно улучшить характеристики аккумуляторов подвергшихся сульфатации.

Пластины аккумулятора

Положительные электроды находятся в конвертах. Благодаря конвертам удалось существенно уменьшить размеры шламовых колодцев. Отрицательные механически более прочные, но сильнее подвержены сульфатации.

Оплывание активной массы положительных пластин

Разрушение активного вещества положительной пластины

Окись свинца — активное вещество положительной пластины аккумулятора — имеет не слишком большую прочность. Поэтому отдельные кристаллы окиси свинца могут терять связь с другими кристаллами и решеткой. После этого они перестают участвовать в электрохимических реакциях заряда и разряда. Это приводит к уменьшению емкости аккумулятора.

В новом аккумуляторе окись свинца формирует группы плотно сросшихся мелких кристаллов. У старого аккумулятора кристаллы положительной активной массы имеют больший размер и плохо связаны друг с другом.

Срастить кристаллы активной массы(в незапущенной стадии) позволяет присадка « Reductant -14».

Действие присадки сводится к «растворению» отвалившихся частиц активной массы и переводе их в сульфат свинца. При последующей зарядке, сульфат свинца на положительной пластине переходит в окись свинца и связывает кристаллы активной массы. Тем самым большее количество активной массы включается в работу.

Десульфатирующую присадку «Reductant-14» добавляют как стартерные так и в тяговые аккумуляторы.

Источник



§42. Кислотные аккумуляторы

Принцип действия. Аккумулятором называется химический источник тока, который способен накапливать (аккумулировать) в себе электрическую энергию и по мере необходимости отдавать ее во внешнюю цепь. Накапливание в аккумуляторе электрической энергии происходит при пропускании по нему тока от

Рис. 158. Заряд (а) и разряд (б) аккумулятора

Рис. 158. Заряд (а) и разряд (б) аккумулятора

постороннего источника (рис. 158,а). Этот процесс, называемый зарядом аккумулятора, сопровождается превращением электрической энергии в химическую, в результате чего аккумулятор сам становится источником тока. При разряде аккумулятора (рис. 158, б) происходит обратное превращение химической энергии в электрическую. Аккумулятор обладает большим преимуществом по сравнению с гальваническим элементом. Если элемент разрядился, то он приходит в полную негодность; аккумулятор же. после разряда может быть вновь заряжен и будет служить источником электрической энергии. В зависимости от рода электролита аккумуляторы разделяют на кислотные и щелочные.

На локомотивах и электропоездах наибольшее распространение получили щелочные аккумуляторы, которые имеют значительно больший срок службы, чем кислотные. Кислотные аккумуляторы ТН-450 применяют только на тепловозах, они имеют емкость 450 А*ч, номинальное напряжение — 2,2 В. Аккумуляторная батарея 32 ТН-450 состоит из 32 последовательно соединенных аккумуляторов; буква Т означает, что батарея установлена на тепловозе, буква Н — тип положительных пластин (намазные).

Устройство. В кислотном аккумуляторе электродами являются свинцовые пластины, покрытые так называемыми активными массами, которые взаимодействуют с электролитом при электрохимических реакциях в процессе заряда и разряда. Активной массой положительного электрода (анода) служит перекись свинца PbO2, а активной массой отрицательного электрода (катода) — чистый (губчатый) свинец Pb. Электролитом является 25—34 %-ный водный раствор серной кислоты.

Пластины аккумулятора могут иметь конструкцию поверхностного или намазного типа. Пластины поверхностного типа отливают из свинца; поверхность их, на которой происходят электрохимические реакции, увеличена благодаря наличию ребер, борозд и т. п. Их применяют в стационарных аккумуляторных батареях и некоторых батареях пассажирских вагонов.

В аккумуляторных батареях тепловозов применяют пластины намазного типа (рис. 159, а). Такие пластины имеют остов из сплава свинца с сурьмой, в котором устроен ряд ячеек, заполняемых пастой.

Ячейки пластин после заполнения пастой закрывают свинцовыми листами с большим количеством отверстий. Эти листы предотвращают возможность выпадания из пластин активной массы и не препятствуют в то же время доступу к ней электролита.

Исходным материалом для изготовления пасты для положительных пластин служит порошок свинца Pb, а для отрицательных— порошок , перекиси свинца PbO2, которые замешиваются на водном растворе серной кислоты. Строение активных масс в таких пластинах пористое; благодаря этому в электрохимических реакциях участвуют не только поверхностные, но и глубоколежащие слои электродов аккумулятора.

Для повышения пористости и уменьшения усадки активной массы в пасту добавляют графит, сажу, кремний, стеклянный порошок, сернокислый барий и другие инертные материалы, называемые расширителями. Они не принимают участия в электрохимических реакциях, но затрудняют слипание (спекание) частиц свинца и его окислов и предотвращают этим уменьшение пористости.

Намазные пластины имеют большую поверхность соприкосновения с электролитом и хорошо им пропитываются, что способствует уменьшению массы и размеров аккумулятора и позволяет получать при разряде большие токи.

Рис. 159. Устройство пластин (а) и общий вид (б) кислотного аккумулятора: 1 — блок намазных отрицательных пластин; 2 — выводные штыри; 3 — блок панцирных положительных пластин; 4 — панцирь; 5 — активная масса; 6 — отверстие с пробкой для заливки электролита; 7 — крышка; 8 — эбонитовый сосуд; 9 — пространство для осаждения шлама

Рис. 159. Устройство пластин (а) и общий вид (б) кислотного аккумулятора: 1 — блок намазных отрицательных пластин; 2 — выводные штыри; 3 — блок панцирных положительных пластин; 4 — панцирь; 5 — активная масса; 6 — отверстие с пробкой для заливки электролита; 7 — крышка; 8 — эбонитовый сосуд; 9 — пространство для осаждения шлама

При изготовлении аккумуляторов пластины подвергают специальным зарядно-разрядным циклам. Этот процесс носит название формовки аккумулятора. В результате формовки паста положительных пластин электрохимическим путем превращается в перекись (двуокись) свинца PbO2 и приобретает коричневый цвет. Паста отрицательных пластин при формовке переходит в чистый свинец Pb, имеющий пористую структуру и называемый поэтому губчатым; отрицательные пластины приобретают серый цвет.

В некоторых аккумуляторах применены положительные пластины панцирного типа. В них каждая положительная пластина заключена в специальный панцирь (чехол) из эбонита или стеклоткани. Панцирь надежно удерживает активную массу пластины от осыпания при тряске и толчках; для сообщения же активной массы пластин с электролитом в панцире делают горизонтальные прорези шириной около 0725 мм.

Для предотвращения замыкания пластин посторонними предметами (щупом для измерения уровня электролита, устройством для заливки электролита и др.) пластины в некоторых аккумуляторах покрывают полихлорвиниловой сеткой.

Для увеличения емкости в каждый аккумулятор устанавливают несколько положительных и отрицательных пластин; одноименные пластины соединяют параллельно в общие блоки, к которым приваривают выводные штыри. Блоки положительных и отрицательных пластин обычно устанавливают в эбонитовом аккумуляторном сосуде (рис. 159,б) так, чтобы между каждыми двумя

Рис. 160. Прохождение через электролит положительных и отрицательных ионов при разряде (а) и заряде (б) кислотного аккумулятора

Рис. 160. Прохождение через электролит положительных и отрицательных ионов при разряде (а) и заряде (б) кислотного аккумулятора

пластинами одной полярности располагались пластины другой полярности. По краям аккумулятора ставят отрицательные пластины, так как положительные пластины при установке по краям склонны к короблению. Пластины отделяют одну от другой сепараторами, выполненными из микропористого эбонита, полихлорвинила, стекловойлока или другого изоляционного материала. Сепараторы предотвращают возможность короткого замыкания между пластинами при их короблении.

Пластины устанавливают в аккумуляторном сосуде так, чтобы между их нижней частью и дном сосуда имелось некоторое свободное пространство. В этом пространстве скапливается свинцовый осадок (шлам), образующийся вследствие отпадания отработавшей активной массы пластин в процессе эксплуатации.

Разряд и заряд. При разряде аккумулятора (рис. 160, а) положительные ионы H2+ и отрицательные ионы кислотного остатка
S04-, на которые распадаются молекулы серной кислоты H2S04 электролита 3, направляются соответственно к положительному
1 и отрицательному 2 электродам и вступают в электрохимические реакции с их активными массами. Между электродами возникает
разность потенциалов около 2 В, обеспечивающая прохождение электрического тока при замыкании внешней цепи. В результате
электрохимических реакций, возникающих при взаимодействии ионов водорода с перекисью свинца PbO2 положительного
электрода и ионов сернокислого остатка S04— со свинцом Pb отрицательного электрода, образуется сернокислый свинец PbS04 (сульфат свинца), в который превращаются поверхностные слои активной массы обоих электродов. Одновременно при этих реакциях образуется некоторое количество воды, поэтому концентрация серной кислоты понижается, т. е. плотность электролита уменьшается.

Аккумулятор может разряжаться теоретически до полного превращения активных масс электродов в сернокислый свинец и истощения электролита. Однако практически разряд прекращают гораздо раньше. Образующийся при разряде сернокислый свинец представляет собой соль белого цвета, плохо растворяющуюся в электролите и обладающую низкой электропроводностью. Поэтому разряд ведут не до конца, а только до того момента, когда в сернокислый свинец перейдет около 35 % активной массы. В этом случае образовавшийся сернокислый свинец равномерно распределяется в виде мельчайших кристалликов в оставшейся активной массе, которая сохраняет еще достаточную электропроводность, чтобы обеспечить напряжение между электродами 1,7—1,8 В.

Читайте также:  Устройства защиты аккумулятора от глубокого разряда

Разряженный аккумулятор подвергают заряду, т. е. присоединяют к источнику тока с напряжением, большим напряжения аккумулятора. При заряде (рис. 160,б) положительные ионы водорода перемещаются к отрицательному электроду 2, а отрицательные ионы сернокислого остатка S04— — положительному электроду 1 и вступают в химическое взаимодействие с сульфатом свинца PbS04, покрывающим оба электрода. В процессе возникающих электрохимических реакций сульфат свинца PbS04 растворяется и на электродах вновь образуются активные массы: перекись свинца PbO2 на положительном электроде и губчатый свинец Pb — на отрицательном. Концентрация серной кислоты при этом возрастает, т. е. плотность электролита увеличивается.

Электрохимические реакции при разряде и заряде аккумулятора могут быть выражены уравнением

Читая это уравнение слева направо, получаем процесс разряда, справа налево — процесс заряда.

Номинальный разрядный ток численно равен 0,1СНОМ, максимальный при запуске дизеля (стартерный режим) — примерно 3СНОМ, зарядный ток — 0,2 СНОМ, где СНОМ — номинальная емкость.

Полностью заряженный аккумулятор имеет э. д. с. около 2,2 В. Таково же приблизительно и напряжение на его зажимах, так как внутреннее сопротивление аккумулятора весьма мало. При разряде напряжение аккумулятора довольно быстро падает до 2 В, а затем медленно понижается до 1,8—1,7 В (рис. 161), при этом напряжении разряд прекращают во избежание повреждения аккумулятора. Если разряженный аккумулятор оставить на некоторое время в бездействии, то напряжение его снова восстанавливается до среднего значения 2 В. Это явление носит название «отдыха» аккумулятора. При нагрузке подобного «отдохнувшего» аккумулятора напряжение быстро понижается, поэтому измерение напряжения аккумулятора без нагрузки не дает правильного суждения о степени разряда.

При заряде напряжение аккумулятора быстро поднимается до 2,2 В, а затем медленно повышается до 2,3 В и, наконец, снова довольно быстро возрастает до 2,6—2,7 В. При 2,4 В начинают выделяться пузырьки газа, образующегося в результате разложения воды на водород и кислород. При 2,5 В оба электрода выделяют сильную струю газа, а при 2,6—2,7 В аккумулятор начинает как бы кипеть, что служит признаком окончания заряда. При отключении аккумулятора от источника зарядного тока напряжение его быстро снижается до 2,2 В.

Уход за аккумуляторами. Кислотные аккумуляторы быстро теряют емкость или даже приходят в полную негодность при

Рис. 161. Кривые напряжения кислотного аккумулятора при заряде и разряде

Рис. 161. Кривые напряжения кислотного аккумулятора при заряде и разряде

неправильной эксплуатации. В них происходит саморазряд, в результате которого они теряют свою емкость (примерно 0,5— 0,7 % в сутки). Для компенсации саморазряда неработающие аккумуляторные батареи необходимо периодически подзаряжать. При загрязнении электролита, а также крышек аккумуляторов, их выводов и междуэлементных соединений происходит повышенный саморазряд, быстро истощающий батарею.

Батарея аккумулятора должна быть всегда чистой, а выводы для предохранения от окисления покрыты тонким слоем технического вазелина. Периодически нужно проверять уровень электролита и степень заряженности аккумуляторов. Аккумуляторы должны периодически заряжаться. Хранение незаряженных аккумуляторов недопустимо. При неправильной эксплуатации аккумуляторов (разряде ниже 1,8—1,7 В, систематическом недозаряде, неправильном проведении заряда, длительном хранении незаряженного аккумулятора, понижении уровня электролита, чрезмерной плотности электролита) происходит повреждение их пластин, называемое сульфатацией. Это явление заключается в переходе мелкокристаллического сульфата свинца, покрывающего пластины при разряде, в нерастворимые крупнокристаллические химические соединения, которые при заряде не переходят в перекись свинца РbO2 и свинец РЬ. При этом аккумулятор становится непригодным для эксплуатации.

Источник

Свинцово кислотный аккумулятор

Свинцово кислотный аккумулятор

Свинцово кислотные аккумуляторные батареи изобретены более полутора столетия назад и до сих пор широко используются. Их устанавливают во многих видах транспорта и применяют как дополнительные источники питания. Доступность материалов и автоматизация производства позволяют производить аккумуляторы, достойной альтернативы которым пока что не разработано.

  1. Устройство
  2. Необслуживаемая свинцово кислотная батарея
  3. Аккумуляторы с гелеобразным электролитом и AGM
  4. Емкость свинцового АКБ
  5. Индикатор емкости
  6. Срок службы
  7. Принцип действия
  8. Зарядка и эксплуатация
  9. Эксплуатация
  10. Восстановление
  11. Заключение

Устройство

Прямоугольный корпус состоит из нескольких секций, которые герметично отделены друг от друга и заполнены серной кислотой — электролитом. В нее погружены токоотводящие решетки электродов, разделенные между собой сепараторами. Каждый электрод включает в себя несколько пластин, соединенных параллельно. Соединение однополярных электродов между отсеками батареи выполняется последовательно.

Элементы АКБ

Основные элементы АКБ:

  1. Корпус АКБ. Выполнен из кислотостойкого диэлектрического полимера (полиэтилен, полипропилен и подобные им).
  2. Токоотводящая решетка отрицательного электрода (часто изготавливается из губчатого свинца).
  3. Сепаратор для отделения решетки положительного и отрицательного электродов (пористый кислотостойкий диэлектрик).
  4. Токоотводящая решетка положительного электрода, выполненная из двуокиси свинца.
  5. Баретка. Параллельно соединяет пластины одной полярности.
  6. Опорные элементы для создания зазора между электродами и дном корпуса. Зазор позволяет оседать отслоившемуся реагенту решетки.
  7. Крышка.
  8. Заглушка заливного отверстия.
  9. Положительный вывод.
  10. Перемычка. Соединяет блоки пластин одной полярности.
  11. Отрицательный вывод.

Базовая конструкция свинцовых АКБ с момента изобретения не претерпела существенных изменений. Некоторые усовершенствования коснулись покрытия токоотводящих пластин, структуры и материала сепараторов, а также консистенции электролита.

Необслуживаемая свинцово кислотная батарея

На положительных пластинах обычной свинцово кислотной АКБ при завершении зарядки образуется кислород, который впоследствии может перераспределяться на отрицательных решетках. Однако большая часть кислорода не успевает раствориться в электролите и испаряется с его поверхности, после чего выводится через вентиляционные отверстия.

В необслуживаемых свинцово кислотных аккумуляторах эта проблема решена за счет микроскопических полостей в сепараторе, которые способствуют практически моментальному газообмену между пластинами и последующей рекомбинации выделяющихся газов. Благодаря этому возможно изготовление устройств с герметизированным корпусом. Электролит в них практически не испаряется, нет надобности доливать воду, а срок службы больше, чем у обслуживаемых аналогов.

Аккумуляторы с гелеобразным электролитом и AGM

Распространение получили две технологии удержания газов в электролите – AGM и GEL. В сепараторах AGM-устройств используют пористое стекловолокно – стекломат. Второй вариант подразумевает применение гелеобразного электролита. Основным реагентом в обоих случаях является десятипроцентный раствор H2SO4.

При нормальной эксплуатации оба типа батарей практически герметичны, не испаряют газов и в случае повреждения корпуса электролит у них не вытечет.

Емкость свинцового АКБ

Это один из основных параметров АКБ. Определяет электроэнергию, которою возможно получить от максимально заряженной батареи, разряжая ее до напряжения, определенного изготовителем.

Показатели емкости выражаются произведением количества тока (в амперах) на временной интервал в часах. Номинально, автомобильная АКБ емкостью 60 Ah должна в течение часа разряжаться током в 60A при напряжении 12v.

Можно предположить, что при изменении силы тока длительность функционирования изменится пропорционально. То есть при токе в 120A время работы составит порядка 30 мин. Что не соответствует действительности, так как сила тока при разряде напрямую влияет на емкость свинцово кислотных аккумуляторов. Например, при стартерных нагрузках в 255A емкость уменьшается более чем в два раза и для батареи в 60 Ah составит всего 25Ah. Что касается малых токов (2,75A), здесь будет наблюдаться незначительный прирост (примерно +5 Ah).

Помимо силы разрядного тока, емкость свинцово кислотных АКБ зависит от следующих факторов:

  • Плотность электролита (процентное содержание серной кислоты). Более плотный электролит увеличивает емкость положительных электродов, но несколько снижает у отрицательных (особенно при низких температурах). К тому же ресурс положительных пластин сокращается из-за более интенсивных коррозионных процессов на их поверхности. Плотность электролита должна соответствовать совокупности требований, для которых создавалась конкретная батарея. Например, для автомобильных АКБ, работающих в условиях умеренного климата, оптимальной считается плотность 1,26–1,28 г/см3.
  • Пористость рабочей поверхности пластин. Повышенная пористость позволяет увеличить фактическую площадь электрода, участвующую в электрохимической реакции и, как следствие – повысить емкость. Однако у этого показателя тоже есть свои ограничения (46% — 60%), так как чрезмерная пористость ускоряет деструкцию покрытия, что приводит к преждевременному выходу батареи из строя.
  • Толщина пластин электрода. Более толстые электроды положительно влияют на емкость только при низких разрядных токах. При стартерных нагрузках внутренние элементы активной массы пластин не успевают среагировать с электролитом. Это в значительной степени уменьшает разницу между батареями с различной толщиной электрода и одинаковой активной площадью.

Индикатор емкости

Стандартным способом проверки емкости АКБ принято считать контрольный разряд. Полностью заряженную АКБ разряжают постоянным током. Сила потребляемого тока должна быть кратной емкости батареи (оптимальным считается соотношение 1 к 20). Например, при номинальной емкости 60 Ah свинцово кислотный аккумулятор разряжают током 3 A в течение 20 часов.

Вышеописанный способ достаточно трудоемок и сложен, к тому же во время проведения замеров батареей нельзя пользоваться. Чтобы быстро протестировать свинцовый аккумулятор следует использовать специальные устройства, такие как «Нагрузочная вилка» или подобные им индикаторы емкости .

Срок службы

Качественная батарея, изготовленная с соблюдением технологий, прослужит в 2-3 раза дольше, чем дешевая продукция сомнительного бренда с гарантией 6 месяцев. Имеются ввиду одинаковые типы АКБ и такие же режимы нагрузок на них.

Батарея средней ценовой категории с гарантией 2 года при умеренных стартерных нагрузках пройдет около 100 тыс. км или прослужит 3-5 лет. Эксплуатация в более интенсивных режимах, например, в такси сократит срок службы минимум вдвое. Если к этому прибавить работу преимущественно в условиях низких температур, халатное отношение к обслуживанию, несколько циклов полного разряда, то даже качественная батарея вряд ли выдержит больше года.

Принцип действия

Принцип работы свинцово кислотного аккумулятора следующий:

  1. Реагент отрицательной решетки постепенно распадается под действием электролита, образуя ионы свинца. В результате этого распада появляются свободные электроны, которые затем попадают на положительную решетку электрода (через внешнюю цепь);
  2. Ионы свинца взаимодействуют с электролитом, образуя сульфат свинца. Из-за низкой растворимости он оседает на отрицательной решетке.
  3. В результате обычный свинец на отрицательной пластине превращается в сернокислый.
  4. Положительный электрод меньше взаимодействует с электролитом, чем отрицательный. Его основная составляющая – Pb02 реагирует с водой и делится на положительные и отрицательные ионы.
  5. Положительные передают на пластину соответствующий потенциал, где происходит их слияние с электронами. В ходе реакции восстановления образуется Pb2+, который далее реагирует с электролитом.
  6. Образовавшийся в результате сернокислый свинец скапливается на положительной решетке, образуя в последствии на ее поверхности свинцовый сульфат.

Батарея получает электроэнергию следующим образом:

  1. Возле обеих пластин в электролите содержится некоторое количество воды (H+, OH–) и сульфата свинца (Pb2+, SO2/4)
  2. В процессе зарядки электроны движутся с внешнего источника питания от положительного контакта батареи к отрицательному.
  3. Поступившие электроны восстанавливают свинец отрицательной пластины.
  4. Оставшиеся после восстановления свинца ионы и содержащийся в электролите H+ соединяются в H2SO
  5. На плюсовой пластине приходящий ток выбивает 2 электрона у 2-х валентного свинца, окисляя его до 4-х валентного.
  6. В результате последующих взаимодействий Pb4+ объединяется с ионами кислорода, восстанавливая материал плюсовой решетки.
  7. Оставшиеся ионы, реагируя между собой, компенсируют плотность электролита.
Читайте также:  Почему аккумулятор смартфона долго заряжается от зарядного устройства

Зарядка и эксплуатация

Наиболее правильно заряжать свинцово кислотную АКБ – использовать специальное зарядное устройство. В крайних случаях автолюбители частично подзаряжают севшую батарею от автомобиля донора (прикуривание), а после старта двигателя процесс продолжается от генератора.

На зарядном устройстве сначала необходимо выставить силу тока, которая обычно указывается производителем в инструкции и составляет 20%-30% номинальной емкости (для АКБ 60Ah норма 12A – 18A). Наиболее щадящий вариант, но более продолжительный – 10% от заявленной емкости аккумулятора.

Длительность зарядки свинцово кислотных аккумуляторов при 20% тока составит 5-6 часов, после чего батарея будет заряжена примерно на 90%. Дальнейший процесс выполняется малым током (5% от емкости) занимает примерно сутки. Напряжение рассчитывается соответственно количества секций в АКБ (на каждую секцию 2,3v). То есть для обычного АКБ на 6 секций итоговое значение не должно превышать 13,8v. Для автомобильных аккумуляторов достаточно первого этапа зарядки, так как они практически весь срок службы находятся под максимальным напряжением.

Эксплуатация

В процессе использование необходимо обращать внимание на следующие моменты:

  • Не допускать полного разряда, что нередко случается в следствии неконтролируемых утечек в сети автомобиля или другого устройства, которое питает батарея.
  • Исключить колебания напряжения, что особенно актуально для зарядки от генератора транспортных средств.
  • Своевременно добавлять дистиллированную воду в электролит. Это необходимо делать на обслуживаемых АКБ (с пробками на крышке), в случае недостаточного уровня электролита. Добавлять можно только дистиллированную воду, чтобы уровень электролита был выше токоотводящих пластин приблизительно на 10 мм.
  • Поверхность крышки обслуживаемых батарей может покрываться гигроскопичной пленкой из просочившегося электролита, что способствует скорому саморазряду. Избежать подобного можно периодически протирая крышку раствором соды или подобной по концентрации щелочью.
  • В случае длительного неиспользования аккумулятора его необходимо полностью зарядить и хранить в тепле (+20˚ C).

Прежде чем выполнять какие-либо действия с АКБ, следует ознакомиться с его инструкцией. Не редко наиболее важную информацию производитель размещает на корпусе устройства.

Восстановление

Наиболее распространенной причиной потери емкости аккумулятора является сульфатация токоотводящих пластин.

Восстановление свинцово кислотных аккумуляторов выполняется посредством длительной многократной зарядки малым током и заключается в следующем:

  • Сила тока не должна превышать 5% номинальной емкости.
  • Зарядка выполняется в течение 8 часов.
  • После чего необходимо сделать 12-и часовой перерыв и снова заряжать.
  • Процедуру повторяем 6-8 раз, периодически проверяя уровень электролита и его плотность.

Еще один способ, подходящий исключительно для обслуживаемых батарей: залить раствор сульфата магния в секции с электролитом, затем произвести несколько циклов заряд-разряд. В результате, скопления сульфата свинца осядут на дно, что может стать причиной замыкания пластин. Во избежание замыкания частицы сульфата необходимо удалить (вымыть изнутри секции), после чего залить новый электролит.

Заключение

Возможно, в скором времени будут изобретены источники питания, лишенные всех негативных качеств свинцово кислотных аккумуляторов. Но на данный момент это лучшие в своем роде устройства – они доступны, сравнительно долговечны и достаточно неплохо справляются с поставленными задачами. Соблюдение правил эксплуатации позволит избежать лишних мероприятий по восстановлению и продлить срок службы.

Источник

Положительная пластина кислотного аккумулятора

Как работает свинцовый аккумулятор

Как и в любом другом электрическом аккумуляторе, в свинцовом кислотном аккумуляторе во время зарядки и разрядки происходят обратимые химические реакции. Во время зарядки на пластинах свинцового аккумулятора накапливаются активные вещества: свинец (на отрицательной пластине аккумулятора) и окись свинца (на положительной пластине).

Во время разрядки свинцового аккумулятора, происходит обратная реакция и активные вещества аккумулятора «расходуются» образуя сернокислый свинец (сульфат свинца). Сульфат свинца остается на пластинах аккумулятора, образуя грозди мелких кристаллов. Пористая структура этих кристаллических сгустков сульфата обеспечивает свободный доступ электролита ко всем кристаллам во время зарядки аккумулятора. Поэтому восстановление исходных активных веществ на пластинах свинцового аккумулятора не вызывает трудностей.

Но в некоторых условиях, может происходить перекристаллизация — сульфат свинца образует большие труднорастворимые кристаллы, и восстановление активных веществ аккумулятора затрудняется. При этом аккумулятор не заряжается. Этот процесс называется сульфатацией свинцового аккумулятора. Сульфатация — один из главных механизмов старения свинцового аккумулятора.

Использование десульфатирующей присадки « Reductant -14» позволяет значительно улучшить характеристики аккумуляторов подвергшихся сульфатации.

Как проверить емкость свинцового аккумулятора?

Классическим методом проверки аккумулятора является контрольный разряд. Аккумулятор заряжают, а затем разряжают постоянным током, регистрируя время до конечного напряжения разряда равное 10.5В. Дальше определяют остаточную емкость аккумулятора по формуле:

Е [А*час]= I [А] * T [час]

Ток разряда обычно выбирают таким, чтобы время разряда примерно соответствовало 10 часам. Теперь можно сравнить остаточную емкость аккумулятора с номинальной емкостью.

Значительно восстановить ёмкость аккумулятора, возможно применив присадку « Reductant -14».

В работе участвовало только 25% активной массы. Остальная отслоилась от решётки.

Для такого состояния аккумулятора присадка малоэфективна.

Заказать присадку можно по телефону 095-577-29-37 или 098-808-14-14 с 10-00 до 21-00 без выходных. Надежда.

При разряде свинцового аккумулятора на обеих пластинах образуется сернокислый свинец, который во время зарядки должен снова превратиться в активные вещества: свинец и двуокись свинца.

Но при некоторых обстоятельствах часть сернокислого свинца остается не преобразованной. Это приводит к уменьшению емкости аккумулятора, причем по нескольким причинам:

  • часть свинца остается связанной в сернокислом свинце и не участвует в формировании активных веществ, тем самым емкость аккумулятора уменьшается;
  • сернокислый свинец имеет больший объем, чем активные вещества и большие кристаллы сернокислого свинца перекрывают поры в структуре активных веществ, препятствуя доступу к активным веществам свежего электролита и еще больше уменьшая емкость аккумулятора;

Сульфатации пластин аккумулятора способствует:

  • длительное хранение свинцового аккумулятора;
  • хранение аккумулятора в разряженном состоянии;
  • большие разрядные токи;
  • повышенные температуры;
  • пониженные зарядные напряжения.

Cульфатация аккумулятора также приводит к уменьшению концентрации и плотности электролита.

Использование десульфатирующей присадки « Reductant -14» позволяет значительно улучшить характеристики аккумуляторов подвергшихся сульфатации.

Пластины аккумулятора

Положительные электроды находятся в конвертах. Благодаря конвертам удалось существенно уменьшить размеры шламовых колодцев. Отрицательные механически более прочные, но сильнее подвержены сульфатации.

Оплывание активной массы положительных пластин

Разрушение активного вещества положительной пластины

Окись свинца — активное вещество положительной пластины аккумулятора — имеет не слишком большую прочность. Поэтому отдельные кристаллы окиси свинца могут терять связь с другими кристаллами и решеткой. После этого они перестают участвовать в электрохимических реакциях заряда и разряда. Это приводит к уменьшению емкости аккумулятора.

В новом аккумуляторе окись свинца формирует группы плотно сросшихся мелких кристаллов. У старого аккумулятора кристаллы положительной активной массы имеют больший размер и плохо связаны друг с другом.

Срастить кристаллы активной массы(в незапущенной стадии) позволяет присадка « Reductant -14».

Действие присадки сводится к «растворению» отвалившихся частиц активной массы и переводе их в сульфат свинца. При последующей зарядке, сульфат свинца на положительной пластине переходит в окись свинца и связывает кристаллы активной массы. Тем самым большее количество активной массы включается в работу.

Десульфатирующую присадку «Reductant-14» добавляют как стартерные так и в тяговые аккумуляторы.

Источник

Положительная пластина кислотного аккумулятора

§ 30. Аккумуляторы

Аккумулятором называют прибор, обладающий способностью накоплять и сохранять в течение некоторого времени электрическую энергию в результате химических процессов.
В аккумуляторе, как и в гальваническом элементе, электрический ток является следствием химических процессов. Но в отличие от аккумулятора в гальваническом элементе получающиеся химические соединения не могут быть вторично разложены и приведены в первоначальное состояние током постороннего источника. Поэтому гальванические элементы называются первичными, а аккумуляторы — вторичными или обратимыми элементами. Повторные заряд и разряд не только не вредят аккумулятору, но сначала в определенных пределах даже улучшают его свойства, так как в результате этого в работе участвуют более глубокие слои пластин электродов.
В зависимости от состава электролита аккумуляторы делят на кислотные и щелочные.
Простейший кислотный аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), погруженных в электролит, которым служит раствор серной кислоты.
Постоянный ток постороннего источника, проходя через электролит, разлагает его на составные части. Внутри электролита возникает движение ионов: катионов — водорода H2 к пластине, соединенной с отрицательным зажимом источника тока, и анионов — кислорода О к пластине, соединенной с положительным зажимом источника тока. В результате электролиза окисляется свинец на положительном электроде и образуется губчатый свинец на отрицательном электроде.
Таким образом, электрическая энергия преобразовывается в химическую и аккумулятор становится заряженным.
Накопленная в аккумуляторе химическая энергия может сохраняться определенное время и при надобности легко переходить в электрическую.
Если аккумулятор отключить от источника тока и замкнуть на какой-нибудь приемник энергии, то аккумулятор сам станет источником тока — подобно гальваническому элементу, у которого электродами служат пластины, отличающиеся одна от другой по химическому составу. При разряде аккумулятора на его электродах образуется сернокислый свинец РЬSO4.
Электролитом в кислотных аккумуляторах, как указывалось выше, служит раствор серной кислоты определенной плотности. Плотностью раствора, или его удельным весом, называется число, показывающее, во сколько раз вес этого раствора больше веса воды того же объема.
Для наполнения стационарных аккумуляторов употребляют раствор серной кислоты плотностью 1,21 при 15° С. Для переносных аккумуляторов применяют раствор серной кислоты плотностью 1,26.
Плотность электролита определяют ареометром. Ареометр представляет собой стеклянную трубку, запаянную с обоих концов и имеющую внутри шкалу с делениями. В нижней расширенной части ареометра находится ртуть или дробь, в результате чего трубка плавает вертикально. Ареометр опускают в сосуд с электролитом. Чем больше плотность электролита, тем выше поднимается ареометр из жидкости. По делению ареометра, расположенному на уровне раствора, определяют плотность электролита.
При составлении раствора для аккумуляторов серную кислоту тонкой струей наливают в воду. Нельзя вливать в серную кислоту воду, так как происходит бурная реакция соединения, кислота сильно разбрызгивается и может причинить ожоги. Вода для электролита должна быть дистиллированной.
Внутреннее сопротивление аккумуляторов очень мало по сравнению с внутренним сопротивлением гальванических элементов. Это дает возможность считать напряжение на зажимах аккумуляторной батареи примерно равным ее э. д. с. Однако внутреннее сопротивление не является постоянной величиной. Оно зависит от состава пластин, расстояния между ними, плотности и температуры электролита, степени заряженности аккумулятора. Так, сопротивление разряженного аккумулятора примерно в полтора-два раза больше чем заряженного.
Э. д. с. аккумулятора зависит от плотности электролита и не зависит от его размеров и номинальной емкости. При плотностях электролита d в пределах 1,1 — 1,35 э. д. с. аккумулятора

Читайте также:  Размер аккумулятора для outlander

E = 0,85 + d.

В процессе заряда и разряда аккумулятора плотность электролита не остается постоянной, в связи с этим изменяется как его э. д. с., так и напряжение на его зажимах.
При заряде кислотного аккумулятора напряжение его сравнительно быстро возрастает до 2,2 в (рис. 27), затем медленно достигает 2,3 в, после чего довольно быстро возрастает до 2,6 в и, наконец, медленно увеличивается до 2,7 — 2,8 в и выше не поднимается.

По достижении напряжения 2,2 в у отрицательной пластины аккумулятора начинают выделяться пузырьки водорода, а при 2,3 в около положительной пластины появляются пузырьки кислорода. При 2,5 в около обеих пластин происходит обильное выделение газов, а когда напряжение повышается до 2,6 — 2,75 в, аккумулятор, как говорят, начинает «кипеть».
При заряде аккумулятора происходит увеличение плотности электролита, в результате этого напряжение на зажимах аккумулятора повышается. При напряжении 2,4 — 2,5 в аккумулятор полностью зарядится (заканчивается процесс восстановления активной массы пластин). Дальнейший процесс заряда вызывает электролиз воды, при котором пластины аккумулятора покрываются пузырьками водорода и кислорода, что уменьшает активную поверхность пластин, увеличивая внутреннее сопротивление аккумулятора, вследствие чего повышается напряжение на его зажимах.
Так как бурное выделение кислорода и водорода разрушает пластины, то в конце заряда следует уменьшить силу зарядного тока.
При разряде кислотного аккумулятора напряжение на его зажимах быстро падает до 2 — 1,95 в (см. рис. 27), затем медленно понижается до 1,85 — 1,8 в и после этого снова быстро уменьшается до нуля.
При разряде кислотного аккумулятора плотность его электролита уменьшается. Когда напряжение на аккумуляторе достигает значения 1,8 в (при кратковременном разряде 1,75 в), то это значит, что запасенная в нем при заряде энергия израсходована и при дальнейшем разряде на обеих пластинах образуется нерастворимый слой сернокислого свинца, являющегося плохим проводником тока. Если продолжать разряд, то напряжение аккумулятора быстро уменьшается до нуля. Если же после этого аккумулятор отключить от нагрузки, то его напряжение вновь увеличится примерно до 2 в, так как электролит проникает в глубь пластин в поры активной массы. Однако при включении такого аккумулятора на нагрузку напряжение на его зажимах опять быстро уменьшится до нуля.
Практически разряд доводят только до 1,8 в, так как при разряде ниже 1,8 в аккумулятор постепенно приходит в негодность. В этом случае его пластины частично покрываются белым налетом крупнокристаллического сернокислого свинца, который представляет собой настолько плохой проводник, что заряд аккумулятора до номинальной емкости становится невозможным. Это явление называется сульфатацией пластин аккумулятора.
Количество электричества, которое аккумулятор может отдать при разряде определенным током до наинизшего допустимого напряжения, называется его емкостью. Она равна произведению разрядного тока в амперах на продолжительность времени разряда в часах и выражается в ампер-часах.
Емкость аккумулятора зависит от количества активной массы, величины разрядного тока и температуры. Под номинальной емкостью понимают то количество электричества, которое отдает полностью заряженный аккумулятор при 10-часовом режиме разряда и температуре + 25° С. Следовательно, аккумулятор отдает номинальную емкость, разряжаясь в течение 10 ч током, численно равным 0,1 величины его номинальной емкости. При увеличении разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается, так как поверхность пластин покрывается сернокислым свинцом и затрудняет доступ электролита к внутренним слоям активной массы. При понижении температуры увеличивается вязкость электролита, что также затрудняет его доступ к внутренним слоям активной массы и уменьшает емкость аккумулятора.
В отключенном состоянии заряженный аккумулятор постепенно теряет часть запасенной им емкости. Эго явление носит название саморазряда. Саморазряд аккумулятора ускоряется с повышением температуры и плотности электролита.
Положительные пластины кислотных аккумуляторов изготовляют преимущественно поверхностного типа из свинца с глубокими бороздами для увеличения поверхности.
Отрицательные пластины кислотных аккумуляторов выполняются коробчатыми. Они представляют собой решетку, в ячейках которой помещается активная масса (свинцовый глет). Активная масса закрывается сеткой.
Положительные пластины имеют темно-коричневый цвет, отрицательные — светло-серый.
Для увеличения емкости аккумулятора несколько одноименных пластин соединяют параллельно (рис. 28). Каждая группа положительных и отрицательных пластин работает, как одна большая пластина, площадь которой равна сумме площадей параллельно соединенных пластин. Так как положительные пластины должны находиться между отрицательными, число отрицательных пластин всегда на одну больше числа положительных. При этом условии обе стороны положительных пластин вступают во взаимодействие с электролитом (при односторонней работе положительные пластины коробятся и если они коснутся отрицательных пластин, то может произойти короткое замыкание).

Стационарные кислотные аккумуляторы изготовляют в стеклянных или керамических сосудах. Аккумуляторы больших емкостей имеют сосуды деревянные, выложенные внутри свинцом или кислотостойким изоляционным материалом.
Кислотные аккумуляторы применяют в электротехнических установках стационарного типа и на автотранспорте.
В качестве переносных аккумуляторов используются преимущественно щелочные аккумуляторы.
Сосуды щелочных аккумуляторов сваривают из тонкой листовой стали и с наружной стороны никелируют. В центре крышки сосуда имеется отверстие для заливки аккумуляторов электролитом.
Э. д. с. щелочных аккумуляторов зависит от состояния активной массы пластин. Температура и плотность электролита мало влияет на э. д. с. и только при низких температурах, близких к нулю, э. д. с. аккумулятора резко изменяется. Напряжение в конце заряда аккумулятора приблизительно равно 1,8 в, по окончании заряда 1,5 — 1,55 в; э. д. с. разряженного аккумулятора 1,27 — 1,3 в. Напряжение в конце разряда щелочных аккумуляторов зависит от режима разряда и составляет 1,1 в при восьмичасовом, 1 в при пятичасовом, 0,8 в при трехчасовом и 0,5 в при одночасовом разряде.
Внутреннее сопротивление щелочного аккумулятора значительно больше внутреннего сопротивления кислотного.
Достоинством щелочных аккумуляторов является то, что они не требуют тщательного ухода. Эти аккумуляторы не боятся сотрясений, могут длительно оставаться в разряженном состоянии, выносят короткие замыкания, которые для кислотных аккумуляторов представляют собой большую опасность.
Саморазряд у щелочных аккумуляторов меньше, чем у кислотных.
Благодаря высоким эксплуатационным показателям за последние годы нашли широкое применение серебряно-цинковые аккумуляторы.
Работу аккумулятора характеризуют его отдача по емкости и отдача по энергии.
Количество электричества q, полученное аккумулятором во время заряда, называется емкостью аккумулятора при заряде:

где Iз — ток при заряде, а;
Т — продолжительность заряда, ч.
Количество электричества q´, отданное аккумулятором во время разряда; называется емкостью аккумулятора при разряде. Если обозначить разрядный ток Ip, а продолжительность разряда t, то емкость аккумулятора при разряде

Отношение емкости при разряде к емкости при заряде называется отдачей η1 аккумулятора по емкости или по количеству электричества:

Среднее значение η1 для кислотных аккумуляторов 0,85, а для щелочных 0,65.
Если обозначить среднее значение напряжения аккумулятора при его заряде Uз и время заряда Т, то при зарядном токе Iз электрическая энергия или работа, затраченная на заряд аккумулятора, будет:

Соответственно электрическая энергия, полученная от разряда аккумулятора при среднем напряжении Up и разрядном токе Ip в течение t ч, составит:

Отношение энергии, полученной от аккумулятора при его разряде, к энергии, затраченной на его заряд, называется отдачей аккумулятора по энергии. Обозначив это отношение буквой η2, получим:

Среднее значение η2 для кислотных аккумуляторов 0,65, а для щелочных 0,45.
В зависимости от материала электродов щелочные аккумуляторы могут быть кадмиево-никелевые, железо-никелевые, серебряно-цинковые, золото-цинковые и газовые.
Применение в массовом масштабе золото-цинковых аккумуляторов ограничивается вследствие их высокой стоимости.
Газовые аккумуляторы отличаются легкостью и дешевизной, но технология их производства недостаточно разработана.
Наиболее широкое распространение получили кадмиево-никелевые (КН) и железо-никелевые (ЖН) аккумуляторы, электролитом которых служит раствор едкого кали в воде (плотность электролита 1,2). По своему устройству и электрическим данным аккумуляторы КН и ЖН незначительно отличаются друг от друга. Активную массу запрессовывают в брикеты (пакеты), а затем из брикетов собирают отдельные пластины. У аккумуляторов типа ЖН отрицательных пластин на одну больше, чем положительных. У аккумуляторов типа КН положительных пластин на одну больше, чем отрицательных. Один из полюсов аккумулятора соединяется с сосудом (у ЖН — отрицательный, а у КН — положительный полюс).
В кадмиево-никелевых аккумуляторах активная масса положительных пластин состоит из гидрата окиси никеля и графита, который способствует лучшей проводимости. Активная масса отрицательных пластин состоит из гидроокиси кадмия и железа.
В настоящее время широко используют аккумуляторы с пористыми пластинами из порошкообразного никеля. В аккумуляторах с пористыми пластинами внутреннее сопротивление в 10 раз меньше внутреннего сопротивления обычного аккумулятора. Поэтому они допускают большие разрядные токи и могут работать в кратковременном режиме.
В железо-никелевых аккумуляторах активной массой положительных пластин является гидрат закиси никеля, смешанный с графитом, а отрицательных пластин — специально приготовленный железный порошок.
Серебряно-цинковый аккумулятор представляет собой пластмассовый сосуд, в котором помещены положительные и отрицательные электроды, составленные из отдельных пластин. Отрицательные электроды, изготовленные из пластин окиси цинка, помещены в защитные пакеты из материала, который хорошо пропускает электролит, но задерживает металлические частицы. Положительные пластины изготовлены из чистого серебра. Электроды жестко соединены с выводными зажимами, надежно удерживающими пластины внутри сосуда. При таком креплении отпадает надобность в поддерживающих сепараторах и решетках, которыми обычно фиксируют положение пластин в аккумуляторах различных типов.
Электролитом серебряно-цинковых аккумуляторов служит водный раствор едкого кали. Для нормальной работы аккумулятора необходимо небольшое количество электролита, что позволяет использовать аккумулятор полусухим и эксплуатировать его в любом положении (вертикальном или горизонтальном). Трубка, через которую сосуд сообщается с окружающей средой, водонепроницаема и открывается только на время заряда. При заряде аккумулятор должен находиться в вертикальном положении. Э. д. с. полностью заряженного аккумулятора равна 1,82 — 1,86 в, напряжение при разряде — примерно 1,5 в.
Достоинством серебряно-цинковых аккумуляторов является малое внутреннее сопротивление и небольшой вес. Аккумуляторы этого типа значительно легче (в 4 — 6 раз) и меньше по объему, чем кислотные.
Серебряно-цинковые аккумуляторы достаточно хорошо работают при температуре до — 59° С, т. е. до замерзания электролита. Верхний предел температуры + 80° С. Они хорошо переносят относительно большие перепады давления окружающей среды.
Особенно заметны преимущества серебряно-цинковых аккумуляторов перед аккумуляторами других типов при кратковременных разрядах, так как они допускают большие разрядные токи. Например, через аккумулятор емкостью 0,5 а · ч может проходить кратковременно ток до 600 а.
Для составления аккумуляторной батареи несколько элементов соединяют последовательно, параллельно и смешанно.

Источник