5. Пристрої гарантованого електроживлення

Гальвані́чний елеме́нт — хімічне джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт. Гальванічний елемент є непідзарядним хімічним джерелом електроенергії. 

Як правило, такий елемент складається з двох різних металів, з'єднаних за допомогою соляного містка, а окремі половини комірки відокремлені одна від одної пористою мембраною. Наприклад, це може бути цинковий і мідний електроди, занурені в розчин сірчаної кислоти. Кожен із електродів зокрема разом із електролітом, в який він занурений, утворює напівелемент.

На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, утворюється подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомів металу в розчин у вигляді йонів. Як наслідок, кожен із металів отримує електричний заряд. Якщо з'єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом, до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм. При цьому потенціали електродів вирівнюватимуться, що призведе до порушення рівноваги між електродом і електролітом. Це, в свою чергу, спричиняє перехід нових атомів з електроду в електроліт. У результаті в замкненому колі підтримується електричний струм, який супроводжується зміною електродів : в зображеному на малюнку приладі відбувається розчинення цинкового електроду і відкладення міді на мідному .

На малюнку праворуч показана схема дещо складнішого, але досконалішого елемента, в якому кожен з металів перебуває в окремому електроліті. Електроліти з'єднані між собою соляним мостом.

Активна маса електроду — це суміш, яка складається з речовини, хімічна енергія яких під дією заряду перетворюється на електричну енергію (активна речовина), і речовин, які покращують її провідність і певні физико-хімічні властивості.

Гальванічний елемент характеризує електроємність, виражена в ампер-годинах, яка дорівнює добутку тривалості розряду на струм розряду. Електроємність залежить від температури навколишнього середовища: при зменшенні температури електроємність падає.

Характеристика:

• Електрорушійна сила (ЕРС) гальванічного елемента залежить від матеріалу електродів і складу електроліту. ЕРС описується термодинамічними функціями протікаючих електрохімічних процесів у вигляді рівняння Нернста.

• Ємність елемента — це кількість електрики, яке джерело струму віддає при розряді. Ємність залежить від маси запасених в джерелі реагентів і ступеня їх перетворення, знижується зі зниженням температури або збільшенням розрядного струму.

• Енергія гальванічного елемента чисельно дорівнює добутку його ємності на напругу. Із збільшенням кількості речовини реагентів в елементі до певної межі, із збільшенням температури, енергія зростає. Енергію зменшує збільшення розрядного струму.

• Термін зберігання елемента, протягом якого його характеристики залишаються в заданих межах; зменшується з ростом температури зберігання.

Лужні акумулятори

Лужні акумулятори мають переваги перед кислотними: вони зручні під час транспортування, не бояться струсів, мають міцні конструкції, не виділяють під час роботи шкідливих газів, не бояться перевантажень при коротких замиканнях, можуть довго бути напіврозрядженими і розрядженими. Але вони мають менший ККД і меншу робочу напругу. Внутрішній опір їх значно більший, ніж кислотних, тому вони не можуть розвивати значних струмів.

Лужні акумулятори поділяються на кадмієво-нікелеві, залізо- нікелеві, срібно-цинкові і т. ін.

Найбільш широке застосування мають перших два. У них схожа будова. Їхній корпус виготовлений з листової маловуглецевої сталі.

Активна маса акумулятора вміщена в сталеві перфоровані пакети. Позитивні пластини (електроди) складаються з гідрату окису нікелю в суміші з графітом, негативні — з окису заліза і кадмію. Щоб запобігти замиканню, під час збирання акумулятора між позитивними і негативними пластинами вкладаються ебонітові палички. Електролітом у цих акумуляторах служить розчин їдкого калію з густиною 1,19-1,21 при температурі 15-20 °С. Воду для приготування електроліту необхідно брати дистильовану або дощову. На 1 л води треба взяти 275-300 г їдкого калію.

Електролітом може бути також розчин їдкого натрію з густиною 1,17-1,19. На 1 л дистильованої води беруть 180-200 г їдкого натрію.

Пам’ятайте! Робота щодо приготування електроліту для лужних акумуляторів потребує уваги й обережності: їдкий калій та їдкий натрій можуть пошкодити одяг і спричинити опіки шкіри.

Послідовність приготування електроліту: в сталевий чи скляний посуд наливають необхідну кількість води, потім сталевими щипцями або рукою в гумовій рукавиці кладуть кристали їдкого калію.

Для збільшення ємності акумуляторів до складу електроліту додають їдкий літій зрозрахунку 20 г на 1 л води. Готовий електроліт охолоджують до 20 °С і негайно заливають в акумулятор на 2-3 години для просякнення активною речовиною позитивних і негативних пластин.

На затискачах лужного акумулятора через 2-3 години просякнення повинна бути напруга 0,5-0,8 В. Рівень електроліту при цьому повинен бути на 5-10 мм вищим від верхнього краю пластин.

Зарядний струм встановлюється реостатом 1/6 ємності. Зарядження проводять безперервно протягом 6 годин. Потім зарядний струм зменшують в 2 рази і продовжують зарядження ще протягом 6 годин. Після цього новий акумулятор ставлять на контрольне розряджування, яке проводять протягом 8 годин. (Струм контрольного розряду повідомляється в паспорті для кожного типу акумулятора.) Коли в процесі розряду напруга на затискачах зменшиться до 0,8

0,9 В, акумулятор знову заряджають протягом 6 годин, після чого він готовий до експлуатації. ЕРС свіжозарядженого лужного акумуляторного елемента повинна бути 1,7-1,8 В.

Свинцево-кислотні акумуляторні батареї застосовуються у системах безперебійного живлення (ДБЖ), телекомунікацій, приймально-передавальному устаткуванні зв'язку, системах аварійної подачі електроенергії, аварійного освітлення та сигналізації, охоронних і протипожежних системах, електронних касових апаратах, автономному устаткуванні тощо як резервне джерело електроживлення.  Здавалося б, усе гранично ясно, адже існує величезна кількість брендів, що виготовляють акумуляторні батареї, і краще всього довіритися відомому (розкрученому) бренду, оскільки їхні акумулятори кращі, проте, насправді, усе не так просто.  Акумулятором називається хімічне джерело електричного струму багаторазової дії, основна специфіка якого полягає в зворотності внутрішніх хімічних процесів.

Акумулятор здатний накопичувати (акумулювати) в собі електричну енергію і в міру необхідності віддавати її в зовнішню мережу.  Принцип дії: Накопичування в акумуляторі електричної енергії відбувається під час проходження по ньому струму від стороннього джерела. Цей процес, званий заряджанням акумулятора, супроводжується перетворенням електричної енергії на хімічну. Під час розряджання акумулятора відбувається зворотне перетворення хімічної енергії на електричну.