2.3. Конструкция и технология свинцовых аккумуляторов

а) Конструкция электродов

В настоящее время выпускают аккумуляторы с разными типами электродов (пластин) в зависимости от назначения аккумулятора.

Поверхностные пластины (электроды Планте) в принципе не отличаются от электродов, использованных в первых образцах аккумуляторов. На поверхности свинца электрохимически формируется относительно тонкий активный слой из двуокиси свинца. Таким образом, в пластинах используется очень малая часть свинца; основная масса его служит, по сути дела, токоот-водом. При работе аккумулятора часть двуокиси свинца осыпается, но в процессе заряда прорабатываются более глубокие слои пластины. Этим обеспечивается большой срок службы поверхностных пластин — более 15 лет. В настоящее время в качестве основы поверхностной пластины используется лист чистого свинца толщиной 10—12 мм с большим количеством прорезей (рис. 9.2). Благодаря такому профилированию площадь развернутой поверхности пластины в 8—10 раз превышает площадь ее габаритной поверхности.

Поверхностные пластины используют только в качестве положительных электродов в стационарных аккумуляторах, где удельная энергия не играет решающей роли, но важны надежность и долговечность.

Рис. 9.2. Поверхностная пластина

свинцового аккумулятора.

Пастированные (решетчатые, намазные) пластины сос­тоят из профилиро-ванных решеток, в которые вмазана паста, образующая при формирова­нии пластины активную массу. Решетки отливают из свинцо­вых сплавов. Внешний вид и сечения двух вариантов решеток показаны на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Однорядная (а) и двухрядная (б) решетки свинцового аккумуля­тора.

Решетки для положительных пластин,более подверженные коррозии, имеют более толстое сечение. Общая толщина пастированных пластин: тонких - 1—5 мм,толстых — более 5 мм.

Пастированные пластины обладают высокой удельной емкостью, но не очень большой стойкостью. При использованиитонких пластин могут быть реализованы высокие удельные мощности. Пастированные пластины имеют очень широкое распространение: они применяются во всех стартерных и многих других типах аккумуляторов.

Коробчатые пластины отличаются от решетчатых пластин тем, что имеют дополнительные стенки из тонких перфорированных листов свинца, препятствующих выпадению активной массы. Они имеют толщину около 8 мм. Коробчатые пластины обладают высокой удельной емкостью и одновременно большой прочностью. Они используются в качестве отрицательных электродов в комбинации с поверхностными или панцирными положительными электродами.

Рис. 9.4. Панцирная пластина свинцового ак­кумулятора.

1 — трубки; 2 — стеклово­локно; 3 — активная мас­са; 4 — штыри гребенки.

П анцирные пластины(рис. 9.4) имеют в качестве конструктивной основы гре­бенку, отлитую из свинцового сплава. На штыри этой гребенки надеваются перфо­рированные пластмассовые трубки (пан­цири) или общий фигурный футляр. Внутрь трубок набивается активная мас­са. Трубки изготавливаются из эбонита, винипласта, синтетических тканей и дру­гих материалов; часто используются под­кладки из стекловолокна. Панцирные

пластины хорошо выдерживают вибра­цию и имеют удельную емкость в 1,7— 2 раза большую, чем поверхностные пластины. Они имеют большой ресурс - свыше 1000 циклов — и используются в качестве положительных электродов в тяговых и стационарных аккумуляторах.

в) Конструкция аккумуляторов

Устройство почти всех свинцовых аккумуляторов одинаково и основано на принципе баночной конструкции (рис. 9.5). Лишь небольшое количество аккумуляторов выпускается цилиндрической формы или в виде батарей с биполярными электродами. Используемые конструкционные материалы должны быть стойки к длительному воздействию концентрированной серной кислоты. Одним из немногих стойких к такому воздействию металлов является свинец. Поэтому все токоведущие детали изготавливают из свинца или свинцовых сплавов. Использование нержавеющей стали недопустимо из-за вредного влияния даже следов железа в растворе.

Рис. 9.5. Свинцовый аккумулятор.

Электродный блок помещен в баке из изоляционного материала 1. Крайними всегда являются отрицательные электроды 2. Пластины в каждом полублоке приварены к баретке (перемычке) 6, имеющей вертикальный штырь-токовывод 9. Между отрицательными и положительными пластинами 4 расположены сепараторы 3. Пластины имеют в нижней части «ножки», которые опираются на специальные выступы на дне бака — донные призмы 5; в результате образуется шламовое пространство, в котором накапливается отвалившаяся от электродов активная масса. В больших стационарных аккумуляторах пластины подвешивают к выступам бака. Расстояние между верхними кромками пластин и крышкой 7 составляет не менее 20 мм. Это расстояние необходимо для компенсации колебания уровня электролита и для отделения капель электролита при сильном газовыделении («кипении») в конце заряда. В крышке имеются два отверстия для штырей-токовыводов. Еще одно отверстие в крышке предназначено для вентиляционной пробки 10, которая обеспечивает выход газов при саморазряде, небольшом перезаряде и одновременно обеспечивает невыливаемость электролита при небольших наклонах (например, на автомобилях). Отверстие для вентиляционной пробки служит также для доливки электролита, измерения его уровня и концентрации, а также для выхода газов при значительном перезаряде. Отдельные аккумуляторы в батарее соединяются свинцовыми перемычками (межэлементными соединениями) 8.

Стартерные и отдельные виды тяговых аккумуляторных батарей собирают в сосудах-моноблоках. Моноблок — это единый корпус батареи, разделенный перегородками на 3 или 6 ячеек (по количеству аккумуляторов, соответственно для 6- и 12-воль-товой батареи).