4. Раздел. Химические источники тока

Подразделяются на:

• Аккумуляторы (работа в режиме разряда и заряда)

• Гальванические элементы (работа только в режиме разряда)

Кислотные аккумуляторы.

Состоят из диэлектрического корпуса, наполненного электролитом (30% серной кислоты - H₂SO₄ в дистиллированной воде - H₂O). В корпус помещен комплект пластин – электродов покрытыми активными массами.

Активной массой Анода (+) является оксид свинца(PbO₂), а активной массой Катода (-) - чистый губчатый свинец (Pb).

Пластины ставятся в ряд, чередуются и разделяются сепараторными перегородками. Внизу корпуса имеется поддон для осаживания свинцового осадка - шлама.

При разряде идет реакция

PbO₂+Pb+2H₂SO₄<=>2PbSO₄+2H₂O

т.е. активные массы вступают в реакцию с серной кислотой с образованием сульфата свинца (PbSO₄) похожего на соль, и воды. При этом концентрация серной кислоты и плотность электролита понижается, а на электродах поддерживается около 2-х вольт на одну банку, а т.к. сульфат свинца это твердое кристаллическое вещество, то разряжать кислотный аккумулятор много нельзя (около 20%), т.к. возможно замыкание электродов. При разряде, т.е. подключении внешнего источника тока, идет обратная реакция, т.е. сульфат свинца растворяется в воде, при этом восстанавливаются активные массы и концентрация серной кислоты, повышается плотность электролита и напряжение (до14В на 6 банок), которое после отключения источника сравнительно быстро опускаются до 12В.

Также недостатком кислотного аккумулятора является относительно быстрый саморазряд (1,5% в сутки, 20% в месяц).

Щелочной аккумулятор.

В щелочном аккумуляторе электролитом является раствор щелочи, натрия или калия. Активными массами никель – железо (Ni-Fe), никель – кадмий (Ni-Cd), литий (Li) – ион (полимер).

Режимы разряда и заряда. Электрохимические реакции при разряде и заряде никель-железного аккумулятора могут быть выражены уравнением:

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

Аналогичное уравнение отражает процессы разряда и заряда никель-кадмиевого аккумулятора.

Электролит в процессе электро-химических реакций не расходуется, поэтому его плотность не изменяется.

Полностью заряженный акку-мулятор имеет ЭДС около 1,45 В. При разряде напряжение аккумулятора довольно быстро падает до 1,3 В, а затем медленно уменьшается до 1 В. При этом напряжении разряд следует прекращать. Разряжать щелочные аккумуляторы ниже установленного конечного напряжения не рекомендуется, так как это может привести к безвозвратной потере емкости и уменьшению срока службы.

При заряде напряжение быстро поднимается до 1,75 В, а затем медленно повышается до 1,8В. Выделение газа у щелочных аккумуляторов не является признаком окончания заряда, однако при бурном газовыделении необходимо уменьшить зарядный ток. Щелочные аккумуляторы лучше перезарядить, чем недозарядить.

Преимущества щелочных аккумуляторов:

• они могут долгое время находиться в в полузаряженном или полностью разряженном состоянии;

• не боятся низких температур;

• могут работать при больших разрядных и зарядных токах, т.к имеют большое внутреннее сопротивление;

• не боятся коротких замыканий и глубоких разрядов;

• не боятся тряски, вибраций, ударов;

• имеют большой срок службы и хранения.

Недостатки:

• напряжение щелочного аккумулятора почти на 40% ниже напряжения кислотного;

• из-за большего внутреннего сопротивления падение напряжения в щелочном аккумуляторе больше, чем в кислотном, особенно при больших токах разряда.

Основной характеристикой аккумуляторов является ёмкость ( С) , которая измеряется в Ампер-часах (А*ч).

Емкость показывает – какое количество электричества может отдать аккумулятор, разрядившись при этом полностью, т.е до U=0(В)

Номинальная ёмкость (является паспортной характеристикой аккумулятора) показывает, какое количество электричества может отдать аккумулятор, разряжаясь номинальным разрядным током до допустимого напряжения. Uдоп. одного элемента (банки) щелочных аккумуляторов – 1В, кислотных – 1,7 В.

Примечание: если аккумулятор разряжать током ниже номинального, то емкость аккумулятора повышается, и наоборот. Если разряжать аккумулятор током свыше номинального, то емкость снижается.