2. Свинцовые аккумуляторные батареи. Свинцовый аккумулятор


Свинцовый аккумулятор - это... Что такое Свинцовый аккумулятор?

 Свинцовый аккумулятор

Автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор

Аккумулятор электромобиля

Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартерные батареи в автомобильном транспорте, аварийные источники электроэнергии.

Принцип действия

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде.

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода — на отрицательном.

Химическая реакция:

Анод: PbO_2 + SO_4^{2-} + 4 H_3O^+ + 2 e^- \longrightarrow PbSO_4 + 6 H_2O

Катод: Pb + SO_4^{2-} \longrightarrow PbSO_4 + 2 e^-

Устройство

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из положительных и отрицательных электродов, сепараторов (разделительных решеток) и электролита. Положительные электроды представляют собой свинцовую решётку, а активным веществом является окись свинца (PbO2). Отрицательные электроды также представляют собой свинцовую решётку, а активным веществом является губчатый свинец (Pb). На практике в свинец решёток добавляют сурьму в количестве 1-2 % для повышения прочности. Электроды погружены в электролит, состоящий из разбавленной серной кислоты (h3SO4). Наибольшая проводимость этого раствора при комнатной температуре (что означает наименьшее внутреннее сопротивление и наименьшие внутренние потери) достигается при его плотности 1,26 г/см3. Однако на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29 −1,31 г/см3. (Это делается потому, что при разряде свинцово-кислотного аккумулятора плотность электролита падает, и температура его замерзания, т.о, становится выше, разряженный аккумулятор может не выдержать холода.)

В новых версиях свинцовые пластины (решетки) заменяют вспененным карбоном, покрытым тонкой свинцовой пленкой *, а жидкий электролит может быть желирован силикагелем до пастообразного состояния.

Параметры

  • Удельная энергоемкость (Вт·ч/кг): около 30-40 Вт·ч/кг.
  • Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около 60-75 Вт·ч/дм³.
  • ЭДС: 2,1 В.
  • Рабочая температура: от минус 40 до плюс 40

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо хранить в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C заряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,275 В/ак, 1 раз в год, в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,4 В/ак в течение 6-12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

См. также

Примечания

  1. ↑  Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Свинцово кадмиевый элемент
  • Свинцовый глет

Смотреть что такое "Свинцовый аккумулятор" в других словарях:

  • СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР — кислотный аккумулятор (Lead accumulator) аккумулятор, который состоит из свинцовых пластин (электродов), погруженных в электролит 20 30 % водный раствор серной кислоты. При пропускании через С. А. электрического тока происходят химические реакции …   Морской словарь

  • СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР — электрический аккумулятор, в котором положительный электрод выполнен из диоксида свинца, отрицательный из свинца, а электролитом служит серная кислота. Электродвижущая сила 1,8 2В. Применяют на автомашинах, самолетах, в системах связи,… …   Большой Энциклопедический словарь

  • свинцовый аккумулятор — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN lead accumulator …   Справочник технического переводчика

  • свинцовый аккумулятор — электрический аккумулятор, в котором положительный электрод выполнен из диоксида свинца, отрицательный  из свинца, а электролитом служит серная кислота. Эдс 1,8 2 В. Применяют на автомашинах, самолётах, в системах связи, лабораторных установках… …   Энциклопедический словарь

  • свинцовый аккумулятор — švino akumuliatorius statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminis elektros energijos šaltinis, kurio teigiamasis elektrodas – švino dioksidas, neigiamasis – švinas, elektrolitas – sulfato rūgštis. atitikmenys: angl. lead accumulator rus.… …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • свинцовый аккумулятор — švino akumuliatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. lead accumulator vok. Bleiakkumulator, m rus. свинцовый аккумулятор, m pranc. accumulateur au plomb, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Свинцовый аккумулятор —         кислотный Аккумулятор, в котором активной массой положительного электрода служит двуокись свинца, а отрицательного губчатый свинец. Преобразование электрической энергии в химическую (зарядка) и обратно (разрядка) происходит в результате… …   Большая советская энциклопедия

  • СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР — кислотный электрический аккумулятор, в к ром положит. электрод выполнен из диоксида свинца, отрицательный из губчатого свинца, а электролитом служит водный р р серной кислоты. Эдс 2 1,8 В, Макс. плотность тока 1000 А/м2, уд. энергия 10 30 Вт*ч/кг …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • свинцовый аккумулятор — кислотный аккумулятор …   Cловарь химических синонимов I

  • цинково-свинцовый аккумулятор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN zinc lead accumulator …   Справочник технического переводчика

dic.academic.ru

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора.

Аккумуляторные батареи



Принцип работы свинцового аккумулятора

Источником электроэнергии на автомобиле при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе является аккумуляторная батарея. В настоящее время на автомобилях наиболее широко применяются свинцовые аккумуляторные батареи, состоящие из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов. Применение кислотных аккумуляторов объясняется тем, что они обладают небольшим внутренним сопротивлением и способны в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) отдавать ток силой в несколько сотен ампер, что необходимо для питания стартера при пуске двигателя.

Свинцовый аккумулятор электрической энергии был изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. В последующие годы конструкция аккумулятора, особенно – химический состав его электродов (пластин) постоянно совершенствовалась. В настоящее время свинцовые аккумуляторы и аккумуляторные батареи широко применяются в разных областях техники в качестве накопителей электроэнергии (стартерные батареи, аварийные и резервные источники энергии и т. п.).

принцип работы аккумулятора

Конструктивно аккумулятор представляет собой емкость, наполненную электролитом, в которой размещены свинцовые электроды. В качестве электролита используется раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, а вторая – из диоксида свинца PbO2. При взаимодействии электродов с электролитом между ними возникает разность потенциалов.

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца.

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на положительном электроде (аноде) и окисление свинца на отрицательном электроде (катоде). При пропускании через электроды аккумулятора зарядного тока в нем протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца начинается электролиз воды, при этом на аноде выделяется кислород, а на катоде - водород.

Электрохимические реакции (слева направо - при разряде, справа налево - при заряде):

Реакции на аноде:

PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- ↔ PbSO4 + 2h3O;

Реакции на катоде:

Pb + SO42- - 2e- ↔ PbSO4.

Физические процессы, происходящие в аккумуляторе, объясняются свойством электролитического растворения металлов, которое заключается в переходе положительно заряженных ионов металла в раствор. Легкоокисляющиеся металлы (например, свинец) обладают этим свойством в большей степени, чем инертные металлы. При погружении свинцового электрода в раствор электролита от него начнут отделяться положительно заряженные ионы свинца и переходить в раствор, при этом сам электрод будет заряжаться отрицательно.

По мере протекания процесса растет разность потенциалов раствора и электрода, и переход положительных ионов в раствор будет замедляться. При какой-то определенной разности потенциалов электрода и раствора наступит равновесие между силой электролитической упругости растворения свинца, с одной стороны, и силами электростатического поля и осмотического давления - с другой. В результате переход ионов свинца в электролит прекратится.

При погружении электрода, изготовленного из двуокиси свинца, в раствор серной кислоты наблюдается такой же процесс, но результат получается иной. Двуокись свинца в ограниченном количестве переходит в раствор, где при соединении с водой ионизируется на четырехвалентные ионы свинца Рв4+ и одновалентные ионы гидроксила ОН. Четырехвалентные ионы свинца, осаждаясь на электроде, создают положительный потенциал относительно раствора. Серная кислота образует в воде практически только на ионы НO+ и HSO4. Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная кислота, образуется вода, а на обоих электродах - сульфат свинца. При заряде процессы протекают в обратном направлении.

При подключении потребителей в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы сернокислотного остатка SO4 соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbSO4, а ионы водорода соединяются с кислородом, выделяясь на положительной пластине в виде воды. В результате электроды покрываются сернокислым свинцом, а серная кислота разбавляется водой, т. е. при разряде аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно судить о степени заряженности аккумуляторной батареи.

При прохождении электрического (зарядного) тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с сернокислым свинцом электродов. Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец. Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца. В результате этих процессов содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, что приводит к повышению плотности электролита.



По завершению процессов восстановления свинца на электродах заряд аккумулятора прекращается. При дальнейшем прохождении электрического тока через электролит начинается процесс электролиза (разложения) воды, при этом аккумулятор «закипает», и выделяющиеся пузырьки образуют смесь водорода и кислорода. Смесь этих газов является взрывоопасной, поэтому следует избегать перезаряда до появления электролизных явлений по разложению воды.

Кроме того, длительный перезаряд приводит к потере электролитом воды (испарению), в результате чего его плотность повышается и для корректировки требуется доливка дистиллированной воды. При доливке воды необходимо помнить, что вода, попадающая в концентрированную серную кислоту, закипает и сильно разбрызгивает кислотные капли, что при попадании на открытое тело или одежду может привести к ожогам кожи, слизистых оболочек, прожигу одежды и другим неприятным последствиям.

При постоянном напряжении источника зарядного тока по мере увеличения степени заряженности аккумулятора повышается его ЭДС и, следовательно, уменьшается сила зарядного тока. Когда напряжение на клеммах источника тока будет равно ЭДС полностью заряженного аккумулятора плюс ЭДС поляризации, зарядный ток прекратится.

Среднее значение напряжения аккумулятора – 2 В. Поскольку электрооборудование современных автомобилей рассчитано для работы при напряжении в бортовой сети 12 или 24 В, аккумуляторы соединяют в батареи (по 6 или 12 шт.).

Важным параметром аккумулятора является его емкость, т. е. количество электрической энергии, которую способен отдать аккумулятор. Емкость – это произведение силы разрядного тока на продолжительность разрядки до предельно допустимого разряженного состояния. Измеряется емкость аккумулятора в ампер-часах (А×ч). Емкость аккумулятора зависит, в первую очередь, от активной площади его электродов. Поэтому повышения емкости можно достичь увеличением поверхности электродов, что достигается использованием нескольких параллельно соединенных между собой пластин, а также применением пористого материала для их изготовления, что позволяет использовать в качестве активной массы не только поверхность, но и внутренний объем пластин.

Емкость аккумулятора не постоянна, она зависит от силы разрядного тока, температуры электролита и состояния активной поверхности пластин. При увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумулятора уменьшается, что объясняется неполным протеканием электрохимических реакций разрядки в этих условиях, вследствие сокращения времени разрядки и повышения вязкости электролита при низких температурах.

***

Устройство аккумуляторной батареи и ее маркировка



k-a-t.ru

Свинцово–кислотный аккумулятор - Help for engineer

Свинцово–кислотный аккумулятор

Свинцово–кислотный аккумулятор – на данный момент, этот тип аккумуляторов считается наиболее распространённым, нашел широкую область применения как автомобильный аккумулятор.

Принцип действия аккумулятора

Принцип действия, как говорилось ранее в статье про аккумуляторы, основан на окислительно-восстановительной электрохимической реакции. В данном случае на реакции свинца с диоксидом свинца, находящихся в сернокислотной среде. Во время использования аккумулятора, происходит разряд – на аноде будет происходить восстановление диоксида свинца, а на катоде – окисление свинца.

Окислительно-восстановительная химическая реакция на аноде:

Окислительно-восстановительная химическая реакция на аноде

Окислительно-восстановительная химическая реакция на катоде:

Окислительно-восстановительная химическая реакция на катоде

Во время зарядки аккумулятора, будут проходить ровно обратные реакции, с выделением кислорода на положительном электроде, и выделением водорода на отрицательном. Следует учесть, что на критических значениях, когда происходит зарядка и аккумулятор почти заряжен, может начать преобладать реакция электролиза воды, что приведет к её постепенному исчерпанию.

В итоге, можно сказать, что при заряде серная кислота будет выделяться в электролит, что влечет за собой повышение плотности электролита, а при разряде серная кислота будет расходоваться, и плотность будет падать.

Устройство аккумулятора

Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из электродов, разделительных сепараторов (ячеек, изоляторов), которые находятся в электролите. Сами электроды на вид – это свинцовые решетки, только с разным активным веществом, положительный электрод имеет активное вещество – диоксид свинца (PbO2), отрицательный электрод – свинец.

Общий вид свинцово-кислотного аккумулятора

Рисунок 1 – Общий вид свинцово-кислотного аккумулятора

Ячейка аккумулятора с положительными и отрицательными электродами, разделёнными сепараторами

Рисунок 2 – Ячейка аккумулятора с положительными и отрицательными электродами, разделёнными сепараторами

На рисунке 1 вы можете видеть в моноблоке отдельные ячейки подробно рассмотренные на рисунке 2 – в которых находятся положительные и отрицательные электроды, разделённые сепараторами.

Эксплуатация свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

В отличии от других типов аккумуляторов, свинцово-кислотные более-менее устойчивы к холоду, как мы видим в последствии – широкое применение на автотранспорте. Свинцово-кислотный аккумулятор теряет 1% своей ёмкости на каждый градус отличный от +20°C, что говорит о том, что при 0°C ёмкость свинцово-кислотного аккумулятора будет составлять лишь 80% его ёмкости. Это обусловлено увеличением вязкости электролита при низких температурах, из-за чего он не может поступать в нормальной степени к электродам, а тот электролит что поступает, быстро истощается.

Зарядка аккумулятора

Для большинства аккумуляторов ток зарядки должен быть написан на корпусе, примерно, он может находиться в пределах от 0.1 до 0.3 емкости аккумулятора. Вообще, общепринятым считается зарядка аккумулятора 10% током от его ёмкости, на протяжении 10 часов. Максимальное напряжение при зарядке не должно превышать 2.3 ± 0.023 В на каждый из элементов аккумулятора. То есть, можно сказать что для свинцового аккумулятора с напряжением в 12 В, напряжение во время зарядки не должно превышать 13.8 ± 0.15 В.

Хранение свинцово кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы хранятся только в заряженном состоянии. Хранение их в разряженном состоянии приводит к потере работоспособности.

Добавить комментарий

h4e.ru

Свинцовый аккумулятор Википедия

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартерные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии.

История

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля[1]. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, предложив покрывать пластины аккумулятора свинцовым суриком.

Принцип действия

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведенные в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита[2].

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде[2][3] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

PbO2+SO42−+4H++2e−⇆PbSO4+2h3O{\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}Pb+SO42−−2e−⇆PbSO4{\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Потери воды в результате электролиза восполняют доливкой в банки аккумулятора дистиллированной воды.

Устройство

Brockhaus-Efron Electric Accumulators 6.jpg

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца (PbO2) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.

Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при плотности электролита 1,23 г/см³. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при низких концентрациях электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой пленкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов[4].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na2Si2O4) до пастообразного состояния.

Электрические и эксплуатационные параметры

  • Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
  • Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 30—60.
  • Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250[5].
  • ЭДС одного элемента заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В соответственно)[2].
  • Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В (на 1 элемент). Ниже разряжать их нельзя[2].
  • Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
  • КПД: порядка 80—90 %.

Эксплуатационные характеристики

  • Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч)[6].
  • Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты[7].
  • Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008[8].

Эксплуатация

Ареометр может быть использован для проверки плотности электролита в каждом отдельном элементе

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную не высыхающую, из-за гигроскопичности, пленку электролита происходит постепенный саморазряд аккумулятора. Во избежание глубокого саморазряда необходимо периодически нейтрализовать электролит протиранием корпуса аккумулятора, например, слабым раствором пищевой соды или разведенным в воде до консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита; количество воды в электролите также уменьшается при перезаряде за счёт электролита, что увеличивает его плотность, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды уровень электролита в банках может упасть ниже верха электродов, что снижает ёмкость. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных аккумуляторов это снижение относительно мало, что и обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор будет иметь 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, ростом вязкости электролита. При этом ухудшается омывание электродов свежими порциями электролита, и концентрация серной кислоты в непосредственной близости от них снижается.

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1,10 г/см3) и образования кристаллов льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора[9]:

  • при температуре от 0 °C до −10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик несущественно влияют на работоспособность аккумулятора;
  • при температуре от −10 °C до −20 °C происходит снижение тока в стартерном режиме и ухудшение заряда;
  • при температуре ниже −20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым», герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), для них эти вопросы ещё более актуальны[10].

Для эксплуатации транспортных средств при очень низких температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом[11].

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6—12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи, солей и плёнки электролита на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается преждевременная сульфатация пластин, и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею. 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (литол, солидол и т. п.), так как плёнка электролита способна абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду. 3. Хранить аккумуляторы на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С.

В случае необходимости поездки в морозы следует перенести аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для пуска двигателя состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи[12].

При химических реакциях в аккумуляторе образуется плохо растворимое вещество — сульфит свинца PbSO3, осаждающийся на пластинах и который образует диэлектрический слой между электролитом и активной массой. Это один из факторов, снижающих срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

  • сульфатация пластин[2], заключающаяся в образовании крупных кристаллов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
  • коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
  • слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы[2][13];
  • оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности[2].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин, в домашних условиях восстановить нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния[2]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Вторичная переработка

Кодовый символ, указывающий на то, что свинцовые батареи могут быть вторично переработаны

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничьей дроби или гирь. Для безопасности из аккумулятора следует слить электролит, для нейтрализации его остатков банки заливаются раствором пищевой соды, после чего корпус батареи разрушают и извлекают свинцовые электроды, клеммы и перемычки банок. У электродов в переплавку годится только их каркас в виде решётки, прессованная в них рассыпчатая масса - смесь соединений Pb, а не металл. Перемычки и клеммы аккумулятора могут быть переплавлены целиком.[источник не указан 461 день] Кустарное извлечение свинца из аккумуляторов серьезно вредит как окружающей среде, так и здоровью плавильщиков, поскольку свинец и его соединения с парами и дымом разносятся по всей округе[14][15].

См. также

Примечания

  1. ↑ Bertrand Gille Histoire des techniques. — Gallimard, coll. «La Pléiade», 1978, ISBN 978-2070108817.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.
  3. ↑ Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.
  4. ↑ http://auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
  5. ↑ Расчет идеального свинцового аккумулятора.
  6. ↑ ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых аккумуляторов
  7. ↑ Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы
  8. ↑ ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия
  9. ↑ Руководство, 1983, с. 70.
  10. ↑ Железнодорожный транспорт. — 2011. № 12. — c.35.
  11. ↑ Руководство, 1983, с. 21-23.
  12. ↑ Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов
  13. ↑ О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт Архивировано 20 сентября 2011 года.
  14. ↑ Отравление свинцом | ProfMedik Медицинский Портал (рус.). profmedik.ru (22 февраля 2016). Проверено 4 февраля 2017.
  15. ↑ Кочуров. http://echemistry.ru/assets/files/books/hit/statya-o-protivorechiyah-v-teorii-raboty-svincovogo-kislotnogo-akkumulyatora.pdf (рус.). Новости. Первоуральск.Ru (17 июля 2014). Проверено 4 февраля 2017.

Ссылки

Литература

  • Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — 148 с.

wikiredia.ru

2. Свинцовые аккумуляторные батареи

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора)

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

Реакции на аноде:

Реакции на катоде:

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует, по-возможности, избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Потери воды в результате электролиза восполняют доливкой в банки аккумулятора дистиллированной воды. Необходимо помнить, что вода, попадающая в концентрированную серную кислоту, закипает и сильно разбрызгивает кислотные капли

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов (положительных и отрицательных) и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, невзаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В эти решётки запрессованы порошки диоксида свинца (PbO2) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты(h3SO4). Соли кальция и магния (жесткая вода), всегда присутствующие в обычной воде ухудшают параметры аккумулятора и снижают срок его службы. Поэтому для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду. Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при плотности электролита 1,23 г/см³. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери.

Однако, на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при низких концентрациях электролит может замёрзнуть, при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора.

3. Тяговые акб

Тяговые аккумуляторные батареи предназначены для энергоснабжения электропривода средств напольного электротранспорта (электропогрузчиков, штабелёров), средств перронной механизации (пассажирские трапы), рудничных (шахтных) электровозов; клининговых машин (поломоечные/подметательные машины).

По типу технологического исполнения тяговые аккумуляторные батареи можно разделить на обслуживаемые (с жидким электролитом) и необслуживаемые (AGM и гель)

- Обслуживаемые стяговые аккумуляторные батареи требуют доливки электролита (есть отверстия для заливки)

- Необслуживаемые тяговые аккумуляторные батареи не требуют доливки электролита (без отверстий для заливки).

Тяговые аккумуляторы действуют в режиме глубокого разряда.

Главные преимущества применения свинцово-кислотных тяговых аккумуляторов:

- Технология таких АКБ известна, широко распространена и полностью автоматизирована.

- Саморазряд аккумулятора очень низкий (чаще всего, в 5-6 раз меньше, чем у никель-кадмиевой батареи).

- Отлично переносят нагрузки большой мощности.

- Экологичное отношение к окружающей среде – сегодня вторичная переработка кислотно-щелочных АКБ уже очень хорошо проработана.

- Тяговые аккумуляторы собираются на специализированных заводах с использованием самого современного и надежного оборудования.

- Все АКБ сертифицированы.

- Оптимальное соотношение цены и качества.

- Время службы кислотно-щелочных тяговых АКБ составляет около 5-6 лет.

- Тяговые аккумуляторные батареи подлежат ремонту, так как на таких аккумуляторах применяется болтовое крепление, которое позволяет в случае необходимости легко и просто заменить вышедшие из строя детали.

- АКБ удобны в использовании. Наличие специальных отметок дает возможность постоянно контролировать необходимое количество электролита в элементах.

Основные недостатки кислотно-щелочных тяговых аккумуляторных батарей:

- Низкая плотность энергии в АКБ, за счет чего батарея имеет больший вес, чем другие аккумуляторы.

- Зависимость от глубокого заряда. Если батарея заряжена всего на 70-80%, то продолжительность срока службы АКБ существенно снижается.

- Необходим постоянный контроль за уровнем электролита в батарее (проверять его нужно хотя бы 1 раз в 7 дней). Зарядка должна осуществляться только в хорошо проветриваемом помещении.

- Довольно низкий КПД зарядки – при зарядке аккумулятор теряет около 30% изначально затраченной электроэнергии.

- АКБ боится полной разрядки, так как это серьезно сказывается на сроке службы.

studfiles.net

Восстановление свинцово кислотных аккумуляторов, правила эксплуатации

Как и любой аккумулятор, со временем свинцово-кислотная АКБ выходит из строя. Однако, при определённых условиях ее возможно вернуть к “жизни”. Делается это в несколько этапов.Прежде чем освещать тонкости восстановления нерабочих аккумуляторов, кратко пройдемся по общим положениям – устройство и параметры этого вида элементов питания.

Как всё устроено

Построение свинцово-кислотной АКБ различного предназначения и разных производителей имеет приблизительно следующий вид:

  1. контейнер-корпус из инертного и стойкого материала;
  2. корпус содержит несколько модулей-банок (обычно шесть), которые соединяются способом адекватным предназначению;
  3. каждая модуль-банка содержит плотные пакеты, которые состоят из заряженных пластинок (свинцового катода, а также анода с диоксидом свинца). Каждая пара пластин дает ток. А их соединение увеличивает общее выдаваемое напряжение;
  4. пакеты заливаются раствором серной кислоты, специально разбавленной нужным количеством дистиллированной воды для формирования определенной плотности.

Откуда берется энергия?

Аккумулятор, по сути, ёмкость с раствором кислоты, в которую погружены свинцовые электроды. При подаче на электроды нагрузки начинает происходить химический процесс – окисление свинца.  На аноде происходит восстановление, а на катоде – окисление. При разряде роли анода и катода меняются.

Параметры

Состояние АКБ определяет ее заряженность. Она зависит от многих факторов. Точно определить её можно только с помощью специальных приборов, отслеживающих как заряд, так и разряд батареи за несколько циклов. Также заряженность устройства можно определить менее точно путем проверки напряжения на контактных клеммах АКБ, что делается обычным цифровым вольтметром.Нормальным напряжением считается 12,5-12,7 В. Также подходит способ измерения заряженности батареи путем измерения плотности электролита. Такая процедура осуществляется ареометром.Напряжение является параметром, по которому происходит формирование характеристики о состоянии и степени заряженности. Оно измеряется на клеммах вольтметром. Важно чтобы перед проверкой напряжения, не имелось зарядных или разрядных токов в течение нескольких часов иначе показания вольтметра ничего не скажут о состоянии АКБ.

Особенности эксплуатации в северных широтах

Плохой новостью для полярников могло бы стать то, что характеристики аккумулятора при низких температурах стремятся к деградации. Однако хорошая новость заключается в том, что у свинцово-кислотных аккумуляторов, это ухудшение не так значительно, по сравнению с АКБ других типов.Для примерной оценки можно рассчитать насколько ухудшаться параметры при той или иной температуре окружающей среды. Первая засечка отсчета начинается на уровне +20 градусов. Далее при падении температуры на 1 градус, емкость аккумулятора снижается на 1%.Нетрудно подсчитать, что зимой, при 30 градусном морозе, аккумулятор может потерять до половины своей емкости.Самым плохим в этой ситуации является то, что после мороза АКБ повреждается. Пластины получают необратимые изменения из-за повышения вязкости раствора и образования в нем замерзших областей.Какие выводы можно сделать из этого факта? Хранить батарею на морозе – опасно!

Реанимация неработающей батареи

В первую очередь осуществляется очистка емкости АКБ от разного мусора, накопившегося на дне, так как мусор часто является непосредственной причиной замыкания. Электролит удаляется, а ёмкость батареи тщательно промывается. Удобно использовать узкий измеритель плотности – он способен всасывать оставшиеся крошки.После очистки от мусора можно приступать ко второму этапу. При формировании явного налета соли на пластинах, понадобится специальная десульфатирующая присадка. С её помощью убрать налет или нормализовать работу пластин не составит труда. Важно помнить, что разные присадки используются по-разному, поэтому нужно пользоваться инструкцией.Завершающим шагом является так называемая «раскачка батареи». Для этого применяется ЗУ, способное выдавать ток на уровне 0,1 А или меньше. В продаже есть много моделей, имеющих режим восстанавливающий батарею. Итак, требуется подключить устройство к аккумулятору и выбрать ток 0,1 А. При этом нужно наблюдать за реакцией — если электролит пузырится, то понижаем значение тока. Напряжение на уровне 14 В.Восстановление свинцовых аккумуляторов включает следующие этапы (резюмируя вышесказанное):

  1. Удаление грязи, промывка;
  2. Очистка пластин;
  3. Раскачка.

Для качественной эксплуатации важно понимать причины, по которым элемент питания теряет свои качества. Для этого переходим к следующему разделу стати.

Сульфатация катодов– тихая смерть

Со временем на электродах формируются кристаллики сульфата свинца ( так называемая сульфатация электродов). Такое явление возникает при продолжительных разрядах, снижении уровня электролита, при наличии быстрого саморазряда. Так признаками сульфатации электродов являются:

  • Снижение емкости батареи;
  • Понижение уровня плотности электролита;
  • Резкое падение напряжения в момент запуска двигателя;
  • Сильное увеличение напряжения в процессе зарядки.

При сульфатации электродов АКБ быстро разряжается из-за снижения емкости. Происходит сильное падение напряжения даже при включении стартера. Но в большинстве случаев сульфатированые электроды можно восстанавливать.

Реанимация сульфированных катодов

С целью восстановления емкости электродов используются способы:

  • Продолжительный заряд малыми токами;
  • Зарядка с дистиллированной водой;
  • Разрядка малыми токами;
  • Кратковременно заряжать током, превышающим стандартный в 10 и больше раз.

Как правильно кипятить электролит?

На самом деле процесса кипения при зарядке следует избегать. При подключении нагрузки серная кислота восстанавливается, плотность электролита нарастает и при длительной зарядке начинает доминировать электролиз воды. Кислород и водород в виде газа начинают покидать раствор, что внешне напоминает кипение.  Вода при этом испаряется, жидкость увеличивает свою плотность и есть большая вероятность воспламенения водорода. Поэтому данное явление следует держать под контролем, воду – своевременно доливать, кипячение – останавливать.

Процесс ухода за батареей

Не всем автовладельцам известно, что новый аккумулятор также нуждается в подзарядке. Для нового устройства используются стандартные ЗУ.Перед самим процессом устройство заливается раствором кислоты и оставляется для осуществления пропитки на 3-4 часа. Дальше снимаются пробки с банок. Подсоединяются клеммы ЗУ к аккумулятору, и устройство включается. Заряжать новую батарею требуется малым током. Лучше это делать, поставив на регуляторе минимальное значение. Процесс длится около 2-3 часов, не дольше. По завершению процесса, надо проверить плотность электролита. Делается это ареометром.Также стоит отметить, что при зарядке аккумулятора импульсным током существенно уменьшается его ресурс. Поэтому не рекомендуется использовать его, особенно для новых батарей.

Правила эксплуатации

При использовании на автотранспорте происходит неизбежное протекание жидкости. Из под пробок просачивается небольшие лужицы, которые соединяясь создают электрический мост приводящий к саморазряду. Для того, чтобы этого избежать следует периодически протирать корпус особой жидкостью. Главный эффект должен быть в купировании возможности вытекшего электролита проводить ток, для этого и подбирают состав жидкости для протирания. Обычно это является раствор соды или густая смесь воды и хозяйственного мыла.В жаркую погоду жидкость испаряется, плотность жидкости увеличивается и ёмкость АКБ падает. Поэтому следует своевременно доливать дистиллированную воду, для устранения этого эффекта.

Both comments and trackbacks are currently closed.

xreco.ru

Свинцовый аккумулятор - это... Что такое Свинцовый аккумулятор?

 Свинцовый аккумулятор         кислотный Аккумулятор, в котором активной массой положительного электрода служит двуокись свинца, а отрицательного — губчатый свинец. Преобразование электрической энергии в химическую (зарядка) и обратно (разрядка) происходит в результате реакций:

         С. а. обладают относительно высоким разрядным напряжением (2,0—1,8 в), сравнительно большим сроком службы, механической прочностью и эксплуатационной надёжностью. Они находят традиционное применение на транспорте, в системах связи, в лабораторных установках и т. д.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Свинцовые сплавы
  • Свинцовый блеск

Смотреть что такое "Свинцовый аккумулятор" в других словарях:

  • СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР — кислотный аккумулятор (Lead accumulator) аккумулятор, который состоит из свинцовых пластин (электродов), погруженных в электролит 20 30 % водный раствор серной кислоты. При пропускании через С. А. электрического тока происходят химические реакции …   Морской словарь

  • СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР — электрический аккумулятор, в котором положительный электрод выполнен из диоксида свинца, отрицательный из свинца, а электролитом служит серная кислота. Электродвижущая сила 1,8 2В. Применяют на автомашинах, самолетах, в системах связи,… …   Большой Энциклопедический словарь

  • свинцовый аккумулятор — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN lead accumulator …   Справочник технического переводчика

  • свинцовый аккумулятор — электрический аккумулятор, в котором положительный электрод выполнен из диоксида свинца, отрицательный  из свинца, а электролитом служит серная кислота. Эдс 1,8 2 В. Применяют на автомашинах, самолётах, в системах связи, лабораторных установках… …   Энциклопедический словарь

  • свинцовый аккумулятор — švino akumuliatorius statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminis elektros energijos šaltinis, kurio teigiamasis elektrodas – švino dioksidas, neigiamasis – švinas, elektrolitas – sulfato rūgštis. atitikmenys: angl. lead accumulator rus.… …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • свинцовый аккумулятор — švino akumuliatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. lead accumulator vok. Bleiakkumulator, m rus. свинцовый аккумулятор, m pranc. accumulateur au plomb, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Свинцовый аккумулятор — Автомобильный свинцово кислотный аккумулятор Аккумулятор электромобиля Свинцово кислотный аккумулятор наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области… …   Википедия

  • СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР — кислотный электрический аккумулятор, в к ром положит. электрод выполнен из диоксида свинца, отрицательный из губчатого свинца, а электролитом служит водный р р серной кислоты. Эдс 2 1,8 В, Макс. плотность тока 1000 А/м2, уд. энергия 10 30 Вт*ч/кг …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • свинцовый аккумулятор — кислотный аккумулятор …   Cловарь химических синонимов I

  • цинково-свинцовый аккумулятор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN zinc lead accumulator …   Справочник технического переводчика

dic.academic.ru


Смотрите также