Принцип работы аккумулятора

Устройство и механизм работы аккума
Батареи — это хим источники тока с обратимым процессом: они могут отдавать энергию, преобразуя химическую энергию в электронную, либо они могут копить энергию, преобразуя электронную энергию в хим. Таким образом, аккумулятор попеременно то разряжается, отдавая электронную энергию, то заряжается от какого- или соответственного источника неизменного тока
Батареи зависимо от используемого в их электролита подразделяются на кислотные и щелочные. Не считая того, батареи различаются в зависимости от материала электродов; обширное применение имеют только свинцовые, кад- миево-никелевые, железо-никелевые и серебряно-цинковые аккумуляторы.

Устройство и механизм работы аккума
Емкость аккума определяется количеством электричества qp, которое он может дать при разряде в питаемую цепь. Это количество электричества измеряется не в кулонах, а в более больших единицах — ампер-часах (а-ч) 1 а-ч = 3600 к. Но для заряда аккума требуется большее количество электричества q3, чем отдаваемое при разряде. Отношение qp : q3 =ne именуется отдачей аккума по емкости.
Напряжение, нужное для заряда аккума, значительно выше того напряжения на зажимах аккума, при котором он дает продолжительно разрядный ток.
Принципиальной чертой аккума являются его средние зарядное и разрядное напряжения.
Ясно, что из-за ряда утрат энергии аккумулятор дает при разряде существенно наименьшее количество энергии Wp, чем получает при заряде Отношение Wp : W3= n есть коэффициент полезного деяния либо отдача по энергии аккумулятора.
В конце концов, очень принципиальной для свойства аккума величиной является его удельная э н е р г и я, т. е. количество энергии, отдаваемой при разряде, приходящееся на 1 кг веса аккума. В особенности значительно, чтоб удельная энергия была, может быть больше у нестационарных аккумов, устанавливаемых, к примеру, на самолетах. В схожих случаях обычно она важнее, чем коэффициент полезного деяния и отдача по емкости.
Следует подразумевать, что при неспешном разряде процесс в аккуме протекает умеренно во всей массе пластинок, благодаря чему при продолжительном разряде малым током емкость аккумулятора больше, чем при краткосрочном разряде огромным током. При резвом разряде процесс в массе пластинок отстает от процесса на их поверхности, что вызывает внутренние токи и уменьшение отдачи.

Работа авто аккума строится на превращении энергии: при заряде – электронной в хим, при разряде (оборотное перевоплощение) – хим в электронную
Напряжение аккума значительно меняется во время разряда. Лучше, чтоб оно было может быть более постоянным. В расчетах обычно указывается среднее разрядное напряжение Up. Но для заряда аккума нужен источник тока, дающий существенно большее зарядное напряжение Uз (на 25— 40%); в неприятном случае нереально зарядить аккумулятор стопроцентно.
Если напряжение 1-го аккумуляторного элемента недостаточно для данной установки, то нужное число аккумуляторных частей соединяется поочередно. Естественно, последовательно соединять можно только батареи, рассчитанные на одну и ту же разрядную силу тока.
Если разрядный ток 1-го элемента недостаточен, то применяется параллельное соединение нескольких схожих элементов.
Из числа кислотных аккумов практическое значение имеют только свинцовые батареи. В их на положительном электроде активным веществом служит двуокись свинца РЬ02, на отрицательном электроде — губчатый свинец РЬ. Положительные пластинки имеют бурый цвет, отрицательные— сероватый, в качестве электролита применяется раствор серной кислоты H2S04 с с удельным весом 1,18—1,29.
Хим процесс разряда и заряда свинцового аккумулятора относительно сложен. В главном он сводится к восстановлению свинца на положительном электроде и окислению губчатого свинца на отрицательном электроде в закисную соль серной кислоты. При всем этом появляется вода и, как следует, плотность электролита миниатюризируется. При разряде поначалу напряжение аккума стремительно падает до 1,95 в, а потом медлительно снижается до 1,8 в. После этого нужно закончить разряд.
При предстоящем разряде имеет место необратимый процесс образования кристаллического сернокислого свинца PbS04. Последний покрывает пластинки белоснежным налетом. Он обладает большим удельным сопротивлением и практически не растворим в электролите. Слой сернокислого свинца наращивает внутреннее сопротивление активной массы пластинок. Таковой процесс именуется сульфатацией пластинок.
При заряде аккума процесс идет в оборотном направлении: на отрицательном электроде восстанавливается металлический свинец, а на положительном электроде свинец окисляется до двуокиси РЬ02. Ион S04 перебегает в электролит, потому плотность серной кислоты при заряде возрастает, следовательно, растет и удельный вес электролита. Для измерения удельного веса электролита применяется особый ареометр. По его свидетельствам можно приблизительно судить, в какой мере аккумулятор заряжен. Среднее разрядное напряжение свинцового аккума 1,98 в, а среднее зарядное напряжение 2,4 в.

Механизм работы свинцово-кислотного аккума
Внутреннее сопротивление rBн свинцовых аккумов, благодаря малому расстоянию меж пластинами и большой площади их соприкосновения с электролитом очень не достаточно: порядка тысячных толикой ома у стационарных аккумов и сотых долей у маленьких переносных аккумов.
Вследствие малого внутреннего сопротивления и относительно огромного напряжения к. п. д. этих аккумов добивается 70— 80 %, а отдача — 0,85—0,95 %.
Но из-за малого внутреннего сопротивления в свинцовых аккумах при маленьких замыканиях появляются токи очень большой силы, что приводит к короблению и распаду пластинок.
Свинцовые батареи владеют рядом существенных недостатков. Они тяжелы из-за огромного веса свинца пластинок и их объем велик из-за значимого количества электролита, активно участвующего в процессе. В их неизбежен саморазряд внутренними паразитными электронными токами с потерей заряда порядка 1 % в день. В конце концов, они очень чувствительны к толчкам и сотрясениям. Но их отдача и к. п. д. существенно выше, чем у всех других аккумов.
Из числа щелочных аккумов обширное применение в текущее время имеют кадмиево-никелевые, железо- никелевые и серебряно-цинковые. Во всех этих аккумах электролитом служит щелочь — приблизительно двухпроцентный раствор едкого калия КОН либо едкого натра NaOH. При заряде и разряде этот электролит практически не претерпевает конфигураций. Следовательно, от его количества емкость аккума не зависит. Это дает возможность свести к минимуму количество электролита во всех щелочных аккумах и таким методом значительно их облегчить.
Остовы положительной и отрицательной пластинок этих аккумуляторов изготовляются из железных никелированных рамок с пакетами для активной массы. Благодаря таковой конструкции активная масса крепко удерживается в пластинках и не выпадает при толчках.
В кадмиево-никелевом КН аккуме активным веществом положительного электрода служат окислы никеля, смешанные для роста электропроводности с графитом; активным веществом отрицательного электрода является губчатый железный кадмий Cd. При разряде на положительном электроде расходуется часть активного кислорода, содержащегося в окислах никеля, а на отрицательном электроде окисляется железный кадмий. При заряде назад обогащается кислородом положительный электрод — гидрат закиси никеля Ni(OH)2 перебегает в гидрат окиси никеля Ni(OH)3, а на отрицательном электроде гидрат закиси кадмия восстанавливается в незапятнанный кадмий. Приближенно процесс в этом аккумуляторе может быть выражен хим формулой:
разряд
2Ni (ОН)3 + 2КОН + Cd <>2Ni (ОН)2 + 2КОН + Cd (ОН)2.
заряд
Как указывает формула, из электролита при разряде выделяется частичка (ОН)2 на отрицательной пластинке и такая же частичка перебегает в электролит на положительной пластинке. При заряде процесс идет в оборотном направлении, но в обоих случаях электролит не меняется.

Батареи компании Bosch
Устройство железо-никелевого аккума отличается только тем, что в нем в отрицательных пластинках кадмий заменен маленьким порошком железа (Fe). Хим процесс этого аккума можно проследить по вышеприведенному для кадмиево-никелевого аккумулятора уравнению методом подмены Cd на Fe.
Применение железа заместо кадмия удешевляет аккумулятор, делает его более крепким механически и наращивает срок его службы. Но с другой стороны, у железо-никелевого аккумулятора при том же приблизительно разрядном напряжении зарядное напряжение на 0,2 в выше, вследствие чего к. п. д. этого аккума ниже, чем кадмиево-никелевого. Потом очень принципиальным недостатком железо-никелевого аккумулятора является относительно резвый саморазряд. У кадмиево-никелевого аккума саморазряд мал и потому ему отдается предпочтение в тех случаях, когда аккумулятор должен продолжительно находиться в заряженном состоянии, к примеру, для питания радиоустановок. Среднее разрядное напряжение обоих этих аккумов 1,2 в.
Герметически закрытые сосуды вышеперечисленных щелочных аккумов производятся из листовой никелированной стали. Болты, через которые пластины аккумов соединяются с наружной целью, пропускаются через отверстия в крышке сосуда, при этом болт, с которым соединены отрицательные пластины, кропотливо изолирован от железного корпуса; но болт, соединенный с положительными пластинами, от корпуса не изолируется.
Внутреннее сопротивление щелочных аккумов значительно больше, чем кислотных, благодаря этому они лучше переносят недлинные замыкания. Но по той же причине к. п. д. щелочных аккумов (порядка 45%) существенно ниже, чем кислотных, также значительно меньше их удельная энергия и отдача по емкости (0,65). Потому что состояние электролита у щелочных аккумов при работе не меняется, то найти их степень заряженно- сти по наружным признакам нельзя. Вследствие чего за зарядом приходится смотреть на основании их емкости и напряжения. При заряде необходимо сказать аккуму количество электричества It=q существенно большее, чем его емкость, приблизительно в 1,5 раза. К примеру, аккумулятор емкостью 100 а-ч лучше заряжать током силой в 10 а в течение 15 час.
Серебряно-цинковые СЦ батареи являются новейшими из числа современных аккумов. Электролитом в их служит водный раствор едкого кали КОН с удельным весом 1,4, активным веществом положительного электрода — окись серебра Ag20, а отрицательного электрода — цинк Zn. Электроды изготовляются в виде пористых пластинок и отделяются друг от друга пленочной перегородкой.

Батареи компании Varta
При разряде аккума окись серебра восстанавливается до металлического серебра, а железный цинк окисляется до окиси цинка ZnO. Обратный процесс происходит при заряде аккума. Основная хим реакция выражается формулой
разряд
AgsO + КОН + Zn <> 2Ag + КОН + ZnO.
заряд
Устойчивое разрядное напряжение составляет около 1,5 в. При маленьких токах разряда это напряжение практически не меняется в течение приблизительно 75— 80% времени работы аккума. Потом оно достаточно быстро падает и при напряжении 1 в разряд следует прекращать.
Внутреннее сопротивление серебряно-цинковых аккумов существенно меньше, чем других щелочных аккумов. При равной емкости 1-ые существенно легче. Они удовлетворительно работают как при пониженной (—50° С), так и при завышенной ( + 75° С) температурах. В конце концов, они допускают огромные разрядные токи. К примеру, некие типы таких аккумуляторов можно разогреть током недлинного замыкания в течение одной минутки.
Выше изложены только главные сведения по аккумуляторам. При практической работе с аккумуляторами, в особенности со свинцовыми, нужно кропотливо делать надлежащие заводские аннотации. Нарушение их вызывает быстрое разрушение аккумов.
Комментарии
Принцип работы аккумулятора — Комментариев нет