3. Основні характеристики ска

До них відносяться залежності ємності "С", ЕРС "Е", напруги "U" і щільності електроліту "d" від тривалості розряду і величини розрядного струму І.

Ємність акумуляторів. Ємністю акумулятора називається та кількість електрики, що може бути отримане з його при даній температурі, даних значеннях розрядного струму і кінцевої напруги, рис.7.7. Ємність – величина не постійна і залежить від різних факторів.

Залежність ємності від величини розрядного струму і тривалості розряду.

З графіка С=f(I) видно, що при розряді малим струмом знімається велика ємність, чим при розряді великим струмом. Це порозумівається тим, що при розряді малим струмом відпрацьований електроліт у порах активних речовин електродів устигає заміщатися свіжим з бака за рахунок дифузії.

Тому в ЕХП беруть участь не тільки поверхневі, але і глибинні шари активних речовин і ємність знімається більше. При розряді великим струмом швидко використовується поверхнева частина активних речовин. Продукти розряду закупорюють пори і доступ свіжого електроліту до глибинних шарів активної маси припиняється. Тому активні речовини глибинних шарів у струмоутворюючої реакції не приймають участі.

Рис. 7.7. Залежність ємності:

а) від часу і струму розряду; б) від строку служби.

З графіка С=f(t) видно, що чим більше час розряду, тим велику ємність можна зняти. Тривалість розряду залежить від величини розрядного струму.

Маючи залежності С=f(I) і С=f(t) можна вирішувати практичні задачі використання СКА. (Привести приклад).

Залежність ємності від терміну служби акумулятора.

Намалюйте! У початковий момент експлуатації СКА ємність збільшується за рахунок переробки пасти, нанесеної на пластини при виготовленні, в активні речовини.

При подальшій експлуатації ємність СКА поступово зменшується. Це порозумівається розбуханням активних мас, що приводить до здавлювання електродів. У результаті утрудняється доступ електроліту до глибинних шарів активних речовин. Це приводить до зменшення ємності. При зниженні ємності до 80% акумулятор підлягає заміні. Час, протягом якого ємність акумулятора не менш 100%, називається гарантованим терміном служби. Час від початку експлуатації до моменту, коли С=80%, називається повним терміном служби.

в) Залежність ємності СКА від температури електроліту.

Зі збільшенням температури електроліту росте рухливість іонів, розширюються пори активних мас і ємність збільшується. Але підвищення t_ел понад (45-50)^оС приводить до випадання активної маси з ґрат пластин і виходу акумуляторів з ладу. Оптимальної вважається t_ел = (20-30)^оС.

Крім того, ємність акумуляторів зменшується при влученні в електроліт сторонніх домішок, тому що при цьому збільшується саморозряд акумуляторів. Природний саморозряд складає (0,5-1)% Сн у добу. Він визначається побічними електрохімічними процесами.

Зміна ЕРС, напруги і щільності електроліту при розряді. При замиканні зовнішнього кола електроліт, що знаходиться в порах активних мас, вступає в реакцію і швидко виснажується. Його щільність різко зменшується, рис.7.8. Тому різко знижується ЕРС і напруга акумулятора, тому що вони визначаються наступними вираженнями: Е = d + 0,84; U = E – I_pr_в.

Щільність електроліту в баці в цей момент залишається незмінної. Потім починається дифузія електроліту з бака в пори, де щільність його збільшується. Це приводить до збільшення Е и U.

У момент часу t₁ установлюється рівність швидкостей витрати електроліту в порах і надходження його з бака. Після цього щільність електроліту в порах і баці поступово зменшується, аналогічно зменшуються Е и U акумулятора.

Рис. 7.8. Зміна ЕРС Е, напруги U, щільності d при розряду СКА.

Причому, щільність електроліту в порах буде зменшуватися швидше, ніж у баці через закупорку пір продуктами розряду. Зменшення U буде йти інтенсивніше, ніж зменшення Е, через збільшення внутрішнього опору акумулятора (замість Рв і РвО₂ утвориться РвSО₄, електричний опір якого вище; і замість Н₂SО₄ утвориться Н₂О с великим електричним опором).

У момент часу t_к надходження електроліту в пори практично припиняється, тому потрібно припиняти розряд. Після припинення розряду щільність електроліту в порах і баці швидко вирівнюється, а ЕРС СКА збільшується до сталого значення Е_у.

Таким чином, напруга СКА, поряд із щільністю електроліту, є експлуатаційним показником, яким користаються для судження про ступінь розряжености акумулятора.

Зміна Е, U і d_ел при заряді. З початком заряду в порах йде інтенсивне Н₂SО₄, тому щільність електроліту в них стає значно вище, ніж у баці. У зв'язку з цим зростають Е и U. Дифузія електроліту з пір у бак приводить до деякого зниження d_ел у порах, а значить до зниження Е и U акумулятора. Надалі d_ел, Е и U поступово ростуть, рис. 7.9.

Рис. 7.9. Зміна ЕРС Е, напруги U, щільності d при заряду СКА.

У період часу від t₂ до t₃ зростання ЕРС йде інтенсивніше, ніж d_ел, за рахунок появи ЕРС газової поляризації, що виникає в результаті нагромадження пухирців газу на електродах.

До кінця заряду (час t₃) d_ел у порах і баці вирівнюється, Е и U піднімаються до своїх кінцевих значень і далі залишаються постійними.

Крива d_в показує зміну d_ел у верхніх шарах бака. Наприкінці заряду, за рахунок збільшення газовиділення, йде перемішування електроліту і щільність по висоті бака вирівнюється.

Особливості СКА й область застосування. СКА по своїх питомих енергетичних характеристиках можуть бути застосовані в установках малої і великої потужності. Електроди СКА можуть бути виготовлені невеликої товщини і розташовуватися на мінімальній відстані друг від друга. Це дозволяє створювати СКА порівняно малих розмірів, але досить великої ємності.

Через малий внутрішній опір СКА можна використовувати в стартерних режимах роботи, коли імпульсні струми досягають величини струмів к.з.

Батареї СКА використовуються в розжарювальних і анодних ланцюгах радіотехнічних пристроїв; у якості стартерних батарей для ДВС, компресорів газових турбін і як резервні джерела харчування в ЕУ кораблів (а для ДЕПЧ – як основні джерела електричної енергії).

До недоліків СКА відносяться:

• чутливість до перерв заряду і недозарядам;

• великий перепад між початковою і кінцевою напругами;

• інтенсивні тепло- і газовиділення;

• велика вага через свинець.

ВИВОДИ

1. Електроутворення у СКА обумовлено електродними потенціалами та електрохімічними процесами при заряді і розряді.

2. СКА дають можливість отримати великі пускові струми, однак мають нестабільну напругу.

3. Особливості основних характеристик СКА сприяють їх використанню на кораблях у якості стартер них акумуляторів, аварійних джерел електроенергії на ПЧ, аварійних джерел освітлення та інше.

Лекція №8

ТЕМА: ОСНОВИ ТЕОРІЇ ЛУЖНИХ АКУМУЛЯТОРІВ

Навчальна мета:

1. Вивчити теорію лужних акумуляторів (ЛА).

2. Вивчити електрохімічні процесі в лужних акумуляторах (ЛА).

3. Прищепити любов до фаху.