Кислотные аккумуляторы

Принцип действия. У заряженного аккумулятора ак­тивная масса положительных пластин состоит из диоксида свинца РbО2, отрицательных - из губчатого свинца Рb. Ди­оксид свинца темно-коричневого цвета, губчатый свинец - светло-серого. Пластины погружены в электролит водный раствор серной кислоты, плотность которого в зави­симости от времени года, эксплуатации аккумулятора и его типа может колебаться в пределах 1,22-1,28 г/см³. В ре­зультате электрической диссоциации молекулы серной кислоты электролита распадаются на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка.

Присоединим к заряженному аккумулятору потреби­тель энергии сопротивлением r (рис. 2.1) и рассмотрим химические процессы в аккумуляторе при его разряде. Разрядный ток Iр направлен от положительной пластины через потребитель энергии к отрицательным пластинам, а затем через электролит от отрицательных пластин к положительной. В электролите положительные ионы 2Н⁺ перемещаются по направлению тока, а отрицатель­ные SO₄^-- - против тока. В результате разряда в кислот­ном аккумуляторе происходят химические реакции, кото­рые выражаются уравнением

_{(+) (+) (-)}

РbО₂ + Рb + 2Н₂SО₄ → РbSО₄ + РbSО₄ + 2Н₂О.

Из уравнения видно, что в процессе разряда диоксид свинца РbО₂ на положительных пластинах и губчатый сви­нец Рb на отрицательных пластинах превращаются в серно­кислый свинец РbSО₄. Эти химические реакции идут с по­глощением серной кислоты и выделением воды, в результа­те чего плотность электролита соответственно уменьшается с 1,22-1,28 до 1,1-1,15 г/см³. Таким образом, изменение плотности электролита является одним из основных пока­зателей степени разряда кислотного аккумулятора. При глубоком разряде сернокислый свинец превращается в твердую крупнокристаллическую соль, которая плохо вос­станавливается в процессе заряда. Поэтому глубоко разря­жать аккумуляторы запрещается.

Рис. 2.1 Простейший свинцовый аккумулятор	Рис. 2.2 Схема заряда аккумуляторов

Лекция 5 «Конструкция и принцип действия щелочных аккумуляторов

Принцип действия. Щелочные аккумуляторы подраз­деляются на никель-железные и никель-кадмиевые.

В заряженном щелочном аккумуляторе активная масса положительных пластин состоит из гидроксида никеля (III) Ni(ОН)₃, а активная масса отрицательных пластин - из губ­чатого железа Fе (никель-железные аккумуляторы) или из смеси губчатого кадмия Сd (60 80 мае. %) и губчатого же­леза Fе (никель-кадмиевые аккумуляторы). Электролит со­держит 20% раствора едкого калия КОН (реже едкого натрия NаОН). Для увеличения срока службы аккумулято­ра в электролит добавляют едкий литий LiOН.

Химические реакции при зарядке и разрядке никель-железного аккумулятора выражаются уравнением:

2Ni(ОН)₃ + 2КОН + Fе 2Ni(ОН)₂ + 2КОН+ Fе(ОН)₂.

При разряде аккумулятора гидроксид никеля (III) Ni(ОН)₃ положительных пластин взаимодействует с по­ложительно и отрицательно заряженными частицами ед­кого калия КОН, которые образуются при его растворении в воде, и переходит в гидроксид никеля (II) Ni(ОН)₂ Железо отрицательных пластин превращается в гидроксид железа (II) Fе(ОН)₂. При этом химическая энергия превращается в электрическую и между электродами возникает электродви­жущая сила. Электролит 2КОН в процессе реакций не рас­ходуется, поэтому плотность его при работе щелочного ак­кумулятора почти не изменяется. При заряде аккумулятора происходит обратная реакция. Активная масса положительных пластин окисляется, гидроксид никеля (II) Ni(ОН)₂ превращается в гидроксид никеля (III) Ni(ОН)₃, а актив­ная масса отрицательных пластин восстанавливается с об­разованием железа.

Устройство. Полублоки 8 щелочного никель-железного аккумулятора тина ТНЖ-250 (рис. 2.4) состоят из десяти положительных пластин 9 и одиннадцати отрицательных пластин 10, соединенных шпильками 1 или с помощью сварки. Сепараторами служат эбонитовые палочки 11. Металлический корпус 13 электрически соединен с полу­блоком отрицательных пластин и установлен в резиновый изолирующий чехол 12. Полюсные выводы 2 с резьбовы­ми наконечниками 5, служащими для крепления межакку­муляторных перемычек, изолированы от крышки корпуса эбонитовыми шайбами 4 и имеют уплотняющие сальники 3. Электролит заливают через отверстие 6, закрываемое откидной пробкой 7 с клапаном для выхода газов.

Конструкция никель-кадмиевых аккумуляторов в основ­ном такая же, как и никель-железных. Так, никель-кадмие­вый аккумулятор производства Германии типа 9156.33/6.39 (рис. 2.5) состоит из положительных 3 и отрицательных 2 пластин, помещенных в стальной корпус 10. К корпусу при­варена крышка 8, в которой для заливки электролита имеется горловина, закрываемая откид­ной пробкой 6.

Рис. 2.4. Устройство аккумулятора типа ТНЖ-250

Аналогичные процессы происходят в никель-кадмие­вом аккумуляторе:

2Ni(ОН)₃ +2КОН + Cd 2Ni(ОН)₂ + 2КОН + Сd(ОН)₂

Рис. 2.5. Устройство аккумулятора типа 9156.33/6.39

Пластины изо­лированы друг от друга пласт­массовым микропористым сепа­ратором 11, а от корпуса - пла­стмассовой изоляцией 1. Каж­дая положительная пластина с помощью рамки 4 присоединена к держателю пластин 9, кото­рый в свою очередь соединен с положительным выводом бор­ном 7. Аналогично выполнено соединение отрицательных пластин с отрицательным борном 5.