Назначение аккумуляторной батареи (АКБ). Структура аккумулятора


Принцип работы аккумулятора

Разность потенциалов, возникающая при погружении двух пластин в раствор с электролитом, составляет основной принцип работы аккумулятора. Для того, чтобы понять, как работает аккумуляторная батарея, необходимо знать ее устройство.

Устройство аккумуляторной батареи

Аккумулятором называется отдельно взятая ячейка, которая в соединении с другими подобными ячейками образует аккумуляторную батарею. В стандартной 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, вырабатывающих напряжение 2 вольта каждый. Все они заключены в общий корпус, обеспечивающий целостность всей конструкции.

Жесткие требования к корпусу связаны с необходимостью устойчиво переносить колебания температур, агрессивные химические воздействия, а, также, вибрацию. Основным материалом корпуса является полипропилен. В состав корпуса входят две части: основная емкость с большой глубиной, которая закрывается крышкой, оснащенной отверстиями с пробками либо дренажной системой.

В каждой ячейке устанавливается пакет собранный из свинцовых пластин с чередующейся полярностью. На их решетчатую конструкцию наносится активная масса, являющаяся рабочим реагентом. Такие пластины в обязательном порядке применяются в автомобильных аккумуляторах.

Для предотвращения замыкания, между пластинами вставляются сепараторы, материалом для которых служит пористый пластик. После сборки пакет фиксируется с помощью специального бандажа для предотвращения деформации и смещения. К плюсовым и минусовым выводам тока на пластинах подключаются клеммы приема тока.

Принципы работы

Принцип работы аккумулятора основан на реакции между двуокисью свинца положительной пластины, губчатым свинцом отрицательной пластины и раствором серной кислоты с водой. Этот раствор представляет собой электролит, плотность которого составляет 1,28 г/см3. Происходит образование электрического тока, с одновременным образованием на отрицательной пластине сульфата свинца. Происходит выделение воды из электролита, со снижением его плотности.

При поступлении электрического тока из внешних источников, таких как генератор или зарядное устройство, электрохимический процесс начинает происходить в обратном направлении. На отрицательных электродах происходит восстановление чистого свинца, а на положительных – регенерируется диоксид свинца. Одновременно повышается плотность электролита.

Таким образом, принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, позволяющей полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора напрямую зависит от качества используемых материалов.

Устройство и неисправности свинцовых аккумуляторов

electric-220.ru

Из каких элементов состоит аккумуляторная батарея

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 01.03.2016 05:05 Автор: Abramova Olesya

Электрохимическая батарея состоит из катода, анода и электролита. При зарядке аккумуляторной батареи происходит накопление электронов на аноде, которое создает потенциал напряжения между анодом и катодом. При обычной работе в качестве источника питания ток протекает от катода к аноду через нагрузку. При зарядке аккумулятора ток течет в противоположном направлении.

Электроды батареи связаны между собой двумя различными путями, первый это электрический контур, через который электроны текут питать нагрузку, а второй - через электролит, где ионы движутся между электродами через диэлектрический разделитель (сепаратор). Рассмотрим подробнее эти три компонента батареи.

Анод и катод

Электрод, который высвобождает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции, называется анод. Электрический потенциал анода гальванического элемента отрицателен по отношению к катоду. Химическая реакция в аккумуляторной батарее является обратимым процессом, и, следовательно, полярность электродов меняется в зависимости от режима работы (заряд/разряд), но обозначение клемм всегда постоянно. В таблицах 1a, b, c и d описывается состав и процессы в литиевых, свинцовых, никелевых и щелочных батареях.

Литий-ионная батарея Катод Анод Электролит
Материальный состав элементов Оксиды кобальта, никеля, марганца, железа и алюминия На углеродной основе Соли лития в органическом растворителе  
Состав и процессы при заряженном состоянии Оксид металла с интеркаляционной структурой Миграция ионов лития к аноду
Состав и процессы при разряженном состоянии Ионы лития возвращаются к положительному электроду В основном, углеродная основа

Таблица 1a: Состав и процессы в литий-ионном аккумуляторе.

Свинцово-кислотная батарея Катод Анод Электролит
Материальный состав элементов Диоксид свинца Серый губчатый свинец Соляная кислота
Состав и процессы при заряженном состоянии Диоксид свинца PbO2, электроны присоединяются Свинец Pb, электроны отсоединяются Сильная серная кислота
Состав и процессы при разряженном состоянии Свинец преобразуется в сульфид свинца, на аноде – с выделением электронов, а на катоде - с присоединением  Слабая серная кислота (разбавленная водой)

Таблица 1b: Состав и процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе.

NiMH, NiCd Катод Анод Электролит
Материальный состав элементов Никель NiMH: водородопоглощающий сплавNiCd: кадмий Гидроксид калия

Таблица 1c: Состав никель-металл-гидридного и никель-кадмиевого аккумуляторах.

Щелочная (алкалиновая) батарейка Катод Анод Электролит
Материальный состав элементов Диоксид марганца Цинк Водный раствор щелочи

Таблица 1d: Состав щелочной (алкалиновой) батарейки.

Электролит и сепаратор

При затопленной негерметичной системе конструкции аккумулятора, жидкий электролит свободно течет между двумя электродами. В герметичных же конструкциях электролит обычно выступает в роли пропитки для сепаратора, чтобы обеспечивать движение ионов от катода к аноду и в обратном направлении при зарядке. Ионы – это атомы, которые присоединили или потеряли электроны. Потеряв благодаря этому электронейтральность, они приобретают способность двигаться между электродами через сепаратор. Сам же сепаратор является диэлектрическим, то есть не способным к электропроводности. Смотрите также: Какую функцию выполняет в электрической батарее сепаратор? и Для чего в электрической батарее нужен электролит?

best-energy.com.ua

Назначение аккумуляторной батареи (АКБ)

Для того чтобы завести двигатель, необходимо принудительно вращать его. Система электроснабжения и электрического пуска предназначена для вырабатывания необходимой электроэнергии и передачи ее от аккумуляторной батареи стартеру, который проворачивает двигатель. Аккумуляторная батарея служит источником электропитания для всех потребителей электроэнергии, имеющихся в автомобиле. Аккумуляторная батарея является одним из самых важных узлов автомобиля.

В любом автомобиле электрические узлы потребляют при работе ток от аккумуляторной батареи. Система электроснабжения предназначена для постоянного поддержания аккумуляторной батареи в полностью заряженном состоянии. Устройство, вырабатывающее электроэнергию, согласно стандарту SAE называется генератором.

Рис. Устройство аккумуляторной батареи: 1 — бак; 2 — межэлементное соединение; 3 — пробка; 4 — заливное отверстие; 5 — крышка аккумулятора; 6 — заливочная мастика; 7 — штырь; 8 — мостик баретки; 9 — предохранительный щиток; 10 — сепаратор; 11 — положительная пластина; 12 — отрицательная пластина; 13 — ребра

Во всех электрогенераторах для преобразования механической энергии в электрическую используется явление электромагнитной индукции. Принцип электромагнитной индукции заключается в том, что при перемещении проводника в магнитном поле в нем возникает электрический ток.

Главное назначение автомобильной аккумуляторной батареи — служить источником электрической энергии, необходимой для пуска двигателя, и резервным источником питания в случае, если энергии, вырабатываемой генератором,оказывается недостаточно для электроснабжения автомобиля. Аккумуляторная батарея служит также стабилизатором напряжения системы электроснабжения в целом. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, поскольку она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой (многоамперный) ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки. Прежде чем проверять систему электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в хорошем (работоспособном) состоянии.

С устройством аккумуляторной батареи автомобиля вы можете в следующей статье.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Строение Электрического аккумулятора – Описание, Типы, Свойства

Аккумулятор и аккумуляторные батареи являются главными хранителями электричества, а электричество в нашей жизни играет очень важную роль. С его помощью мы освещаем наше жилище, заставляем работать множество приборов, и даже передвигаемся по земле, воздуху и морю. Его строение и работа важны для нашего понимания, осознав которые мы сможем лучше разбираться в работе с ними, выборе или даже создании аккумуляторов. Мы разберем не только общее строение и работу в целом АКБ, но рассмотрим каждый тип в отдельности, и даже наметим некие перспективы развития этой технологии.

Электрический аккумулятор – источник тока многоразового действия, служащий для автономного питания различных электротехнических устройств. Принцип работы заключается в накоплении и удержании в себе определённого количества энергии, отдачей этой энергии при работе в качестве источника питания прибора, и повторного накопления энергии путём заряда от другого источника питания, как правило электросети.

Вот так звучит общее представление на простом человеческом языке, о принципе работы АКБ. Теперь попробуем разобрать это с более научной точки зрения.

Аккумулятор состоит из двух электродов (катода и анода), находящихся на некоем расстоянии, и электролита между ними, всё это завёрнуто в защитный корпус с контактами на аноде и катоде. Как только эта система собрана аккумулятор готов к работе. В нём уже присутствует некое количество электричества, которое вырабатывается в результате химической реакции, происходящей внутри аккумулятора.

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц, движущихся под действием электромагнитных волн, проходящих через источник тока. Где присутствует электричество, там и присутствует электромагнитные волны, и наоборот. Электролит – вещество, среда где происходит химическая реакция, сопровождаемая отделением заряженных частиц, являющихся электрическим током. Само вещество электролита может быть жидким, твёрдым или газообразным. В жидких и газообразных электролитах вещества заряженными веществами являются ионы, а в твердом электролите – это электроны.

В результате химической реакции происходит расщепление металлических слоёв одного электрода и восстановление этих слоёв на другом электроде. От катода отделяются частички метала и вместе с ними ионы (в газе или жидкости) или электроны (в твёрдом электролите) и прилепляются к аноду. В результате вырабатывается электричество, которое «поставляет» аккумулятор подсоединённому к нему прибору. Как только ресурсы для протекания этой реакции заканчиваются, напряжение на клеммах электродов аккумулятора падает и приборы перестают получать необходимое электричество. В быту это называется «разрядка аккумулятора». Чтобы восстановить способность аккумулятора вырабатывать электроэнергию, его подсоединяют к розетке и пускают ток в обратном направлении. После чего аккумулятор сам может стать вновь достойным источником тока.

То количество тока, которое даёт аккумулятор, когда измеряют полный заряд до прекращения прохождения реакции называют ёмкостью аккумулятора. Оно измеряется в А⋅ч (Ампер-часах), либо в Физике в кулонах. А в случае полной зарядки, до падения напряжения при разрядке, называют энергетической ёмкостью аккумулятора. Оно измеряется в Вт⋅ч (Ватт-часах), либо в Физике в Джоулях. Существует так же и процесс при котором аккумулятор теряет энергию без подключения к электрической цепи в течение определённого времени. Такой эффект называется саморазрядом аккумуляторной батареи. Чтобы достичь лучшего напряжения, силы тока и банальной ёмкости, несколько аккумуляторов соединяют в одну аккумуляторную батарею, где последовательное соединение увеличивает напряжение, а параллельное – силу тока.

Человечество не стоит на месте и в разное время придумывает разные по составу типы аккумуляторов. Одни отличаются большей ёмкостью, другие меньшим эффектом памяти, другие временем саморазряда. Вы можете прочитать статью с полным списком типов аккумуляторов и их сравнением, а здесь представлены лишь самые популярные для ознакомления.

  • Свинцово-кислотный аккумулятор – самый распространённый на сегодня тип аккумуляторов. Разработан еще в 1859 году французским физиком Гастоном Плантье. Применяется в качестве стартерных аккумуляторов транспортных средств, резервных или аварийных источников энергии.
  • Литий-ионный аккумулятор – второй по распространённости тип. Впервые выпущен Sony в 1991 году. Применяется в основном в качестве источников питания бытовой электронной технике. От сотовых телефонов, до автомобилей.
  • Никель-кадмиевый аккумулятор – тип аккумуляторов, разработанный в 1899 году шведом Вальдамаром Юнгером. Применяется в основном в строительных приборах, как автономный источник питания. В трамваях и троллейбусах, как источник питания цепей управления, а также во множестве различной аппаратуры.
  • Никель-металл-гидридный аккумулятор – разработан как замена NiCd аккумулятору. Современной химический состав соответствует разработкам 1980-х годов. Применяется в основном в качестве бытовых батареек (не путать с щелочными и солевыми).

Существует множество типов АКБ, применяются они в разных сферах из-за разных характеристик и просто по привычке. Мы подробно разобрали работу аккумуляторов в целом, надеемся данная статья была для вас полезной.

smartappliance.ru