Аккумуляторные кислотные батареи

Кислотные аккумуляторы; чтобы больше не было отвратительно читать то что люди о них пишут

Случайно узрел статью с комментариями к ней, и так злость во мне закипела по поводу безграмотности людей в области кислотных (свинцовых в простонародье) аккумуляторов, что не выдержал и решил написать «гикам» (чтобы быть гиком, как оказывается, мало купить дорогой телефон) краткую статью об аккумуляторах. С рассмотрением тех ошибок, которые мне постоянно мусолят глаза и вызывают праведное желание их исправить.

Начнем с названия. Я очень часто вижу что тремя буквами А-К-Б называют все что можно зарядить, абсолютно любой аккумулятор. Особенно тремя буквами люди любят называть аккумуляторы типа Li-ion. На самом-же деле АКБ аббревиатура от Аккумуляторная Кислотная Батарея. Под ними подразумевается лишь один тип аккумулятора — свинцовый кислотный. С современной точки зрения это название вызывает некоторый когнитивный диссонанс т.к. на данный момент значение слова «батарейка» т.е. гальванического элемента который зарядить нельзя перешло на слово «батарея». И получается как будто бы из-за слова «аккумуляторная» это аккумулятор который зарядить можно, а из-за слова «батарея» это как будто батарейка которую зарядить нельзя. В реальности-же батарея — просто цепь гальванических элементов и со словом «батарейка» имеет общий лишь корень.

Далее перейдем к некоторым мифам, а именно главный миф — АКБ для автомобиля имеет некие существенные отличия от АКБ для ИБП. И вот нельзя их применять и там и там.

С химической точки зрения любые АКБ абсолютно одинаковы. Как-же они устроены? Очень кратко — если аккумулятор заряжен, то один электрод представляет собой свинцовую решетку с нанесенной на нее пастой из PbO₂, второй -такую-же решетку с пастой губчатого свинца. Электролитом служит раствор серной кислоты. В процессе разряда PbO₂ восстанавливается и взаимодействуя с серной кислотой образует PbSO₄. Свинец на другом электроде окисляется и опять-же образует PbSO₄. В конце разрядки мы имеем обе решетчатые пластины заполненные (более или менее) сульфатом свинца. При зарядке аккумулятора происходит электролиз и из сульфата свинца вновь образуется диоксид и металлический свинец. Конечно-же, тут нужно подчеркнуть, что электроды при этом не равны и путать их полярность не стоит т.к. еще на стадии производства в намазку электродов вводятся соответствующие добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства. При этом добавки полезные для одного электрода вредны для другого. В очень старые времена, где-то в начале прошлого века, в условиях простых аккумуляторов, вероятно, была допустима переполюсовка аккумулятора по ошибке или с какими-то целями и он какое-то время после этого работал. В том что она допустима сейчас я сомневаюсь.

Таких ячеек в 12В аккумуляторе 6 шт, в 6В — 3 шт. и т.д. Многих вводит в заблуждение значение напряжения на аккумуляторах. Причем значений напряжения номинального, заряда, разряда. С одной стороны, аккумуляторы называются 12В (и 6В, 24В тоже есть, по-моему, даже 4В изредка встречаются) но на корпусе тех-же аккумуляторов для ИБП производитель указывает напряжение выше 13.5В.

Например:

Тут мы видим, что в форсированном режиме напряжение заряда может быть аж 15В.

Все разъяснит кривая напряжения на АКБ:

Слева мы видим напряжение для аккумулятора из 12 ячеек (24В номинальных), 6 (12В номинальных) и, самое полезное, для одной ячейки. Там-же отмечены области нежелательных напряжений при разряде/ заряде. Из кривой можно сделать выводы:

1 Напряжение 12В, 24В и т.д. являются номинальными и показывают лишь число гальванических ячеек (путем деления на два) в батарее. Это просто название для удобства.

2 Напряжение при заряде могут достигать 2.5 В/ ячейку что для 12В аккумулятора соответствует 15В.

3 Напряжение заряженной батареи считается допустимым при значении 2.1-2.2 В/ячейку, что для 12В аккумулятора соответствует 12.6-13.2В.

Теоретически, батарею можно зарядить и до значений 2.4 В/ячейку или даже немного выше, однако, такая зарядка будет негативно сказываться как на состоянии электродов, так и на концентрации электролита. Однажды, перед сдачей в утиль, я легко зарядил 12В батарею до напряжения ок. 14.5В (уже не помню точное значение).

Итак, автор статьи с которой я начал, решил, что напряжение заряда автомобильной АКБ и АКБ от ИБП отличаются. Это неверно, у них одинаковый тип электродов и одинаковая концентрация серной кислоты в электролите (подобранная давным-давно экспериментальным путем, чтобы предоставлять максимальное напряжение и минимальном саморазряде). Однако, что-же происходит в батарее, почему ее нельзя заряжать при слишком высоком значении напряжения?

Почему в автомобильную АКБ нужно подливать воду, а в АКБ от ИБП не нужно? Эти вопросы позволяют нам плавно перейти в область напряжения разложения воды. Как я написал выше, при зарядке аккумулятора происходит электролиз. Однако, не весь ток расходуется на превращение PbSO₄ в PbO₂ и Pb. Часть тока будет неизбежно расходоваться и на разложение воды, составляющей значительную часть электролита:

2H₂O = 2H₂ + O₂

Теоретический расчет дает значение напряжения для этой реакции ок. 1.2В. Напоминаю, что напряжение на ячейке при заряде заведомо более 2В. К счастью, активно вода начинает разлагаться только выше 2В, а в промышленности для получения водорода и кислорода из нее процесс ведут и вовсе при 2.1-2.6В (при повышенной температуре). Как бы то ни было, тут мы приходим к выводу, что в конце процесса заряда АКБ будет неизбежно происходить процесс разложения воды в электролите на элементы. Образующиеся кислород и водород попросту улетучиваются из сферы реакции. Про них бытуют следующие мифы:

1. Водород крайне взрывоопасен! Перезарядишь аккумулятор и как минимум лишишься комнаты где тот был!

На самом деле, водорода в процессе электролиза выделяется ничтожно мало по сравнению с объемом комнаты. Водород взрывается при концентрации от 4% в воздухе. Если мы допустим, что электролиз ведется в комнате размером 3*3*3 метра или 27 метров куб., то нам понадобится наполнить помещение 27*0.04=1.1 метров куб. водорода. Для получения такого количества h3 нужно было бы полностью разложить ок. 49 моль воды или 884 грамма ее. Если кто-то наблюдал электролиз, то поймет насколько это много. Или попробуем перейти ко времени. При силе тока в стандартной зарядке для крупногабаритных АКБ в 6А, уравнение Фарадея дает время, необходимое для получения этого количества водорода, аж 437 часов или 18.2 дня. Чтобы наполнить комнату водородом до взрывоопасной концентрации нужно забыть про зарядку на 2 с половиной недели! Но даже если это случится, концентрация серной кислоты просто будет расти пока ее раствор не приобретет слишком высокое сопротивление для жалких 12В зарядки и сила тока не станет ничтожной. Да и водород попросту улетучится.

Очень редко случаются взрывы непосредственно в корпусах крупногабаритных АКБ из-за того, что выделяющийся водород по какой-то причине не может покинуть замкнутого пространства. Но и в этом случае нечего страшного не бывает — чаще всего взрыва хватает только на небольшую деформацию верхней части корпуса, но не на разрыв свинцовых соединений. И АКБ еще может работать дальше даже после таких повреждений.

2. При электролизе может образоваться смертельно ядовитый и, не менее взрывоопасный чем водород, сероводород!

Не наш, периодически попадался миф в англоязычных постах. Теоретически конечно возможно подать такое большое напряжение и создать т.о. такую большую силу тока, что на катоде начнется процесс восстановления сульфат-иона. Напряжение для этого будет достаточным, а продукты восстановления не будут успевать диффундировать подальше от электрода и восстановление будет идти дальше. Но зарядка в пределах десятка-трех вольт и с ограничением силы тока в 6А на такое едва ли способна. Однажды, я наблюдал процесс восстановления сульфата до SO₂, да, это возможно; однокурсницы по ошибке что-то сделали не то во время опыта. Но это большая редкость т.к. там концентрация серной кислоты была заметно выше той, что используется в АКБ, была иная конструкция электрода и иной его материал и, естественно, напряжения и сила тока были были непомерными. И SO₂ не H₂S.

3. При электролизе мышьяк и сурьма из материала решеток будут восстанавливаться до ядовитых арсина и стибина!

Действительно, решетки содержат относительно много сурьмы, мышьяка в современных решетках, вероятно, нет вообще. При работе АКБ та решетка на которой происходит восстановление, т.е. катод, разрушению не может подвергаться. Выделяйся даже каким-то образом стибин, он бы тут-же взаимодействовал с PbSO4, восстанавливая его до металла.

Однако, некоторая практическая неприятность тут есть. Газообразные водород и кислород могут увлекать за собой капельки электролита, создавая аэрозоль серной кислоты. Аэрозоль серной кислоты, даже концентрированной, для человека не опасен и просто вызывает кашель. Однако, серная кислота — кошмар для тканей и бумаги. Стоит даже небольшому количеству серной кислоты попасть на одежду и там обязательно появятся дырки или ткань разорвется по этому месту. Через недели, если кислоты много, через месяц, но одежда истлеет.

Так что газовыделения опасаться не стоит с бытовой точки зрения или стоит, но нужно ориентироваться именно на аэрозоль серной кислоты.

Итак, вода начала разлагаться на водород кислород, ее в электролите становится все меньше, что-же дальше? Если это АКБ в котором электролит просто налит в виде слоя жидкости, то начнется повышение саморазряда из-за повышения концентрации серной кислоты. Занятно, что это будет сопровождаться небольшим повышением напряжения (концентрация кислоты растет) на ячейке. Именно поэтому автовладельцы должны постоянно контролировать концентрацию серной кислоты в своих АКБ (при помощи ареометра) и доливать туда воду. Процедура доливания воды — необходимая часть процесса обслуживания любой АКБ. Кроме одного их типа, и мы сейчас об этом поговорим.

Иметь аккумулятор в котором болтается слой едкой, по отношению к металлам, жидкости конечно-же неудобно, а потому попытки избавиться непосредственно от жидкости предпринимались давно, начались чуть ли не в первой половине 20-го века. К слову сказать, не то чтобы слой серной кислоты прямо плескался вокруг электродов. В реальности она неплохо распределена между электродами и окружающими их сепараторами даже в дешевых моделях. Итак, первым вариантом было использование стекловолокна. Достаточно просто окружить электроды стекловолокном которое пропитано серной кислотой и большинство проблем решится. Этот тип АКБ носит название AGM (absorbent glass mat) и таких АКБ для ИБП подавляющее большинство. Хотя такие АКБ малого форм-фактора и зачастую позиционируются как те, которые можно эксплуатировать в любом положении, с этим нельзя вполне согласиться. Вскрытие крышки стандартного дешевого AGM аккумулятора показывает, что никаких особых крышек там нет, а следовательно, электролит от вытекания удерживают лишь капиллярные силы. Я почти уверен, что если погонять AGM аккумулятор перевернутым вверх дном, то уже после одной зарядки из него польется серная кислота под давление газов.

Второй распространенный тип интереснее, это т.н. гелевые АКБ. А получаются они благодаря следующему. Если подкислять растворимые силикаты, то будет происходить выделение кремневой кислоты:

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SiO₂ + H₂O

Если исходный раствор силиката не отличается качеством, то кремневая кислота будет выделяться в виде стекловидной массы, но если он достаточно чист, то кремневая кислота осадится в виде красивого куска однородного полупрозрачного геля. На этом и основан способ получения гелевых АКБ — простое добавление силикатов к электролиту вызывает его затвердение в гелеобразную массу. Соответственно, вытекать оттуда уже нечему и АКБ действительно можно эксплуатировать в любом положении. Сам по себе процесс образования геля не повышает емкости АКБ и не улучшает его качеств, однако, производители его используют при производстве наиболее качественных моделей, а потому эти АКБ отличаются высоким качеством и большей емкостью. Занятно, что в обоих случаях носителем электролита является SiO2 в той или иной форме.

Оба типа АКБ объединяются в славный тип VRLA — valve-regulated lead-acid battery который и применяется в ИБП. Формально они считаются необслуживаемыми и терпящими эксплуатацию в любом положении, но это не совсем так. Более того, многие уже встречались с эффектом, когда буквально несколько мл воды возвращают к жизни, казалось бы, дохлую АКБ от ИБП. Так получается, потому что и эти аккумуляторы не капли не застрахованы от электролиза воды в электролите, а следовательно, и пересыхания. Все происходит точно так-же, как в крупногабаритных АКБ. А вот самые дорогие и крутые необслуживаемые АКБ содержат катализатор для рекомбинации выделяющихся газов обратно в воду и вот уже у них корпус действительно выполнен абсолютно герметичным. Обращаю внимание, что по-настоящему герметичным и необслуживаемым может быть и аккумулятор типа AGM и GEL, но они-же могут ими и не быть и не содержать катализатора рекомбинации кислорода и водорода. Тогда, несмотря на казалось бы продвинутую конструкцию, пользователю придется либо чаще покупать новые аккумуляторы, либо доливать воду при помощи шприца.

Хотелось бы добавить несколько слов о режимах разряда. Производители АКБ указывают какой ток максимально допустим для той или иной модели, но нужно понимать, что аккумулятор — просто смесь химических веществ и ЭДС генерируется исключительно химическим путем. Это не конденсатор который, по электрогидравлической аналогии, можно сравнить с неким механическим сосудом (с гибкой мембраной). Хотя АКБ могут выдавать очень большие значения силы тока, в реальности они лучше всего эксплуатируются как раз при небольших токах, что в разряде, что в заряде. Поэтому ИБП, рассчитанные на заряды небольших АКБ, при работе с крупногабаритными будут заряжать их в наиболее щадящем режиме. Впрочем, в течении далеко не одних суток. Интересно обратить внимание на то, что чем выше мощность ИБП, тем больше аккумуляторов последовательно предпочитает собирать производитель. Тут все логично — большие токи разряда маленькие АКБ выдерживают очень плохо.

Подводя итоги:

1. Малогабаритные и крупногабаритные АКБ идентичны по устройству.

2. Для подавляющего большинства АКБ любого размера доливание воды является необходимой частью текущего обслуживания.

3. Лишь немногие из дорогих моделей АКБ содержат механизм рекомбинации газов и могут быть названы действительно необслуживаемыми.

4. Сам по себе водород, который выделяется при заряде (а это равно постоянной работе в ИБП) АКБ, не является существенной угрозой или проблемой.

5. Нужно очень внимательно работать с АКБ, тщательно избегая пролива даже малейших капель электролита, или лишитесь одежды.

6. Разряд и заряд малыми токами являются наиболее предпочтительными режимами эксплуатации АКБ.

habr.com

Кислотные аккумуляторы: конструкция, характеристики

Аккумулятор — источник питания, в котором при разряде энергия химической реакции преобразовывается в электрическую, а при заряде — наоборот. Главное отличие от обычной батареи – это возможность восстановления энергии методом повторной зарядки. Для заряда нужно подключить постоянный ток в направлении, обратном разряду.

Кислотные аккумуляторы были изобретены в 19 веке, но до сих пор являются самыми востребованными в мире благодаря невысокой стоимости и высокой степени эффективности. Устройство состоит из корпуса, двух разнополярных электродов, помещенных в электролит – раствор кислоты, от этого получено название – кислотные батареи (АКБ — Аккумуляторные Кислотные Батареи). По материалу, из которого изготовлены электроды, их еще называют свинцово-кислотные.

Как работают?

Основой работы аккумулятора является электрохимический процесс взаимодействия свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты. При включении нагрузки на электроды происходит химическая реакция диоксида свинца с серной кислотой H₂SO₄, а также реакция окисления свинца до сульфата свинца. В процессе разряда на катоде («-») идет восстановление диоксида свинца, на аноде («+») — окисление свинца. Во время зарядки происходят обратные химические реакции и электролиз воды с выделением кислорода на аноде, водорода на катоде.

Реакции взаимодействия, протекающие в аккумуляторе, можно описать двумя формулами:

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O – разряд.
2PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ — заряд.

При разрядке идет процесс образования сульфата свинца в активных массах анода и катода, расходование серной кислоты H₂SO₄ и снижение плотности электролита. Во время зарядки происходят обратные реакции, идет образование серной кислоты, повышается плотность электролита. Окончание процесса заряда характеризуется завершением преобразования веществ на электродах, прекращением изменения электролита. Если продолжать зарядку, то возникает нежелательная реакция разложения воды (электролиз), идет выделение кислородных и водородных пузырьков в электролите, происходит иллюзия закипания. Если это произошло, необходимо добавить в аккумулятор дистиллированной воды для восстановления ее в электролите.

Конструкция

Кислотные батареи уже более ста лет не меняются по своему основному внутреннему устройству.

В конструкцию аккумуляторных батарей входят:

Электроды – в виде плоских решеток из свинца, в ячейки запрессован порошок диоксид свинца (PbO₂) на аноде, порошок металлического свинца (Pb) — на катоде.
Сепаратор — пористый диэлектрик, разделяет между собой электроды, препятствуя замыканию.
Электролит — разбавленная водой (дистиллированной) серная кислота H₂SO₄, в нее помещены электроды и сепаратор. Максимальная электропроводность достигается при температуре 20^оС, концентрации серной кислоты – 35 %, что означает плотность электролита 1,26 г/см³. Внутренне сопротивление при этом минимально, потери внутри устройства существенно малы. В местах с низкотемпературным климатом возможно повышение плотности раствора до 1,29 г/см³ – 1,31 г/см³. Увеличение концентрации кислотного раствора препятствует замерзанию электролита, образованию льда внутри корпуса, который может повредить электроды и разорвать аккумулятор.

Основные характеристики, параметры

Емкость (номинальная) — количество электрической энергии, которое могут дать кислотные батареи, измерение происходит в момент разряда, при нагрузке маленьким током потребления, единицы измерения— А*ч.
Стартерный ток – показывает способность АКБ отдавать большие токи при температуре — 18^оС на протяжении половины минуты.
Емкость(резервная) — показывает временной промежуток, на протяжении которого кислотные батареи отдают ток 25 А до величины напряжения 10,5 В.
Нижнее значение напряжения разряженной АКБ — 1,75 — 1,8 V.
Температурный рабочий диапазон — – 40^ос — + 40^оС.

Разновидности

По режиму работы кислотные батареи можно разделить на три группы:

Циклический — принцип работы происходит по циклу – полный разряд — полный заряд, периодически отключается от источника питания. Считается наиболее жестким режимом, количество циклов стопроцентной разрядки ограничено.
Буферный — широко используемый режим, щадящий для АКБ, при нем не допускается полного разряда, характерно постоянное подключение к источнику питания.
Смешанный — комбинация буферного и циклических режимов, но большая часть времени работы проходит в буферном.

Самые распространенные кислотные батареи, представленные на рынке, можно разделить на виды:

Вид	Обслуживание	Описание	Вольтаж, V
Lead-Acid	Обслуживаемые	Автомобильные АКБ, бывают: малосурьмянистые, сурьмянистые, кислотно-кальциевые, гибридные.	612
AGM VRLA	Не требуют обслуживания	Сепараторы изготовлены из стекловолокна, циклический и буферный режим работы.	24612
VRLA	Не требуют обслуживания	Герметичный корпус, бывают кальциевые, не выделяют газов, используются в буферном режиме.	24612
GEL VLRA	Не требуют обслуживания	В качестве электролита — селикагель, что продлевает срок службы АКБ, буферный режим эксплуатации.	24612243648
OPzV	Не требуют обслуживания	Электроды трубчатой конструкции, устойчивы к полному разряду, срок службы — около 22 лет.	2

Применение

Автотранспорт — кислотные батареи используются как стартерные батареи.
Компьютерная техника — источники бесперебойного питания (ИБП) позволяют сохранить информацию в случае аварийного отключения электричества.
Промышленное производство — кислотные батареи используются как источники резервного питания.

Зарядка и общие рекомендации

Зарядку необходимо проводить при температуре 20^оС.
Ток заряда не должен превышать 10 % номинального значения емкости АКБ.
Для использования в транспортных средствах кислотные батареи при низких температурах, лучше применять с системой внутреннего электроподогрева, т. к. емкость устройства теряется на 1% при снижении температуры на 1^оС.
Не рекомендуется хранить кислотные батареи при температуре выше 30^оС, либо разряженными, предварительно АКБ должны быть полностью заряжены.
Хранение зимой лучше организовать на холоде, т. к. процесс саморазряда будет минимален, и на плюсовую клемму необходимо предварительно нанести солидол.
Перед использованием, кислотные батареи нужно занести в помещение с температурой 20^оС на 8-10 часов для приведения в рабочее состояние.

Batareykaa.ru

batareykaa.ru

§42. Кислотные аккумуляторы

Принцип действия. Аккумулятором называется химический источник тока, который способен накапливать (аккумулировать) в себе электрическую энергию и по мере необходимости отдавать ее во внешнюю цепь. Накапливание в аккумуляторе электрической энергии происходит при пропускании по нему тока от

Рис. 158. Заряд (а) и разряд (б) аккумулятора

постороннего источника (рис. 158,а). Этот процесс, называемый зарядом аккумулятора, сопровождается превращением электрической энергии в химическую, в результате чего аккумулятор сам становится источником тока. При разряде аккумулятора (рис. 158, б) происходит обратное превращение химической энергии в электрическую. Аккумулятор обладает большим преимуществом по сравнению с гальваническим элементом. Если элемент разрядился, то он приходит в полную негодность; аккумулятор же. после разряда может быть вновь заряжен и будет служить источником электрической энергии. В зависимости от рода электролита аккумуляторы разделяют на кислотные и щелочные.

На локомотивах и электропоездах наибольшее распространение получили щелочные аккумуляторы, которые имеют значительно больший срок службы, чем кислотные. Кислотные аккумуляторы ТН-450 применяют только на тепловозах, они имеют емкость 450 А*ч, номинальное напряжение — 2,2 В. Аккумуляторная батарея 32 ТН-450 состоит из 32 последовательно соединенных аккумуляторов; буква Т означает, что батарея установлена на тепловозе, буква Н — тип положительных пластин (намазные).

Устройство. В кислотном аккумуляторе электродами являются свинцовые пластины, покрытые так называемыми активными массами, которые взаимодействуют с электролитом при электрохимических реакциях в процессе заряда и разряда. Активной массой положительного электрода (анода) служит перекись свинца PbO₂, а активной массой отрицательного электрода (катода) — чистый (губчатый) свинец Pb. Электролитом является 25—34 %-ный водный раствор серной кислоты.

Пластины аккумулятора могут иметь конструкцию поверхностного или намазного типа. Пластины поверхностного типа отливают из свинца; поверхность их, на которой происходят электрохимические реакции, увеличена благодаря наличию ребер, борозд и т. п. Их применяют в стационарных аккумуляторных батареях и некоторых батареях пассажирских вагонов.

В аккумуляторных батареях тепловозов применяют пластины намазного типа (рис. 159, а). Такие пластины имеют остов из сплава свинца с сурьмой, в котором устроен ряд ячеек, заполняемых пастой.

Ячейки пластин после заполнения пастой закрывают свинцовыми листами с большим количеством отверстий. Эти листы предотвращают возможность выпадания из пластин активной массы и не препятствуют в то же время доступу к ней электролита.

Исходным материалом для изготовления пасты для положительных пластин служит порошок свинца Pb, а для отрицательных— порошок , перекиси свинца PbO₂, которые замешиваются на водном растворе серной кислоты. Строение активных масс в таких пластинах пористое; благодаря этому в электрохимических реакциях участвуют не только поверхностные, но и глубоколежащие слои электродов аккумулятора.

Для повышения пористости и уменьшения усадки активной массы в пасту добавляют графит, сажу, кремний, стеклянный порошок, сернокислый барий и другие инертные материалы, называемые расширителями. Они не принимают участия в электрохимических реакциях, но затрудняют слипание (спекание) частиц свинца и его окислов и предотвращают этим уменьшение пористости.

Намазные пластины имеют большую поверхность соприкосновения с электролитом и хорошо им пропитываются, что способствует уменьшению массы и размеров аккумулятора и позволяет получать при разряде большие токи.

Рис. 159. Устройство пластин (а) и общий вид (б) кислотного аккумулятора: 1 — блок намазных отрицательных пластин; 2 — выводные штыри; 3 — блок панцирных положительных пластин; 4 — панцирь; 5 — активная масса; 6 — отверстие с пробкой для заливки электролита; 7 — крышка; 8 — эбонитовый сосуд; 9 — пространство для осаждения шлама

При изготовлении аккумуляторов пластины подвергают специальным зарядно-разрядным циклам. Этот процесс носит название формовки аккумулятора. В результате формовки паста положительных пластин электрохимическим путем превращается в перекись (двуокись) свинца PbO₂ и приобретает коричневый цвет. Паста отрицательных пластин при формовке переходит в чистый свинец Pb, имеющий пористую структуру и называемый поэтому губчатым; отрицательные пластины приобретают серый цвет.

В некоторых аккумуляторах применены положительные пластины панцирного типа. В них каждая положительная пластина заключена в специальный панцирь (чехол) из эбонита или стеклоткани. Панцирь надежно удерживает активную массу пластины от осыпания при тряске и толчках; для сообщения же активной массы пластин с электролитом в панцире делают горизонтальные прорези шириной около 0725 мм.

Для предотвращения замыкания пластин посторонними предметами (щупом для измерения уровня электролита, устройством для заливки электролита и др.) пластины в некоторых аккумуляторах покрывают полихлорвиниловой сеткой.

Для увеличения емкости в каждый аккумулятор устанавливают несколько положительных и отрицательных пластин; одноименные пластины соединяют параллельно в общие блоки, к которым приваривают выводные штыри. Блоки положительных и отрицательных пластин обычно устанавливают в эбонитовом аккумуляторном сосуде (рис. 159,б) так, чтобы между каждыми двумя

Рис. 160. Прохождение через электролит положительных и отрицательных ионов при разряде (а) и заряде (б) кислотного аккумулятора

пластинами одной полярности располагались пластины другой полярности. По краям аккумулятора ставят отрицательные пластины, так как положительные пластины при установке по краям склонны к короблению. Пластины отделяют одну от другой сепараторами, выполненными из микропористого эбонита, полихлорвинила, стекловойлока или другого изоляционного материала. Сепараторы предотвращают возможность короткого замыкания между пластинами при их короблении.

Пластины устанавливают в аккумуляторном сосуде так, чтобы между их нижней частью и дном сосуда имелось некоторое свободное пространство. В этом пространстве скапливается свинцовый осадок (шлам), образующийся вследствие отпадания отработавшей активной массы пластин в процессе эксплуатации.

Разряд и заряд. При разряде аккумулятора (рис. 160, а) положительные ионы H₂+ и отрицательные ионы кислотного остатка
S0₄-, на которые распадаются молекулы серной кислоты H₂S0₄ электролита 3, направляются соответственно к положительному
1 и отрицательному 2 электродам и вступают в электрохимические реакции с их активными массами. Между электродами возникает
разность потенциалов около 2 В, обеспечивающая прохождение электрического тока при замыкании внешней цепи. В результате
электрохимических реакций, возникающих при взаимодействии ионов водорода с перекисью свинца PbO₂ положительного
электрода и ионов сернокислого остатка S0₄— со свинцом Pb отрицательного электрода, образуется сернокислый свинец PbS0₄ (сульфат свинца), в который превращаются поверхностные слои активной массы обоих электродов. Одновременно при этих реакциях образуется некоторое количество воды, поэтому концентрация серной кислоты понижается, т. е. плотность электролита уменьшается.

Аккумулятор может разряжаться теоретически до полного превращения активных масс электродов в сернокислый свинец и истощения электролита. Однако практически разряд прекращают гораздо раньше. Образующийся при разряде сернокислый свинец представляет собой соль белого цвета, плохо растворяющуюся в электролите и обладающую низкой электропроводностью. Поэтому разряд ведут не до конца, а только до того момента, когда в сернокислый свинец перейдет около 35 % активной массы. В этом случае образовавшийся сернокислый свинец равномерно распределяется в виде мельчайших кристалликов в оставшейся активной массе, которая сохраняет еще достаточную электропроводность, чтобы обеспечить напряжение между электродами 1,7—1,8 В.

Разряженный аккумулятор подвергают заряду, т. е. присоединяют к источнику тока с напряжением, большим напряжения аккумулятора. При заряде (рис. 160,б) положительные ионы водорода перемещаются к отрицательному электроду 2, а отрицательные ионы сернокислого остатка S0₄— — положительному электроду 1 и вступают в химическое взаимодействие с сульфатом свинца PbS0₄, покрывающим оба электрода. В процессе возникающих электрохимических реакций сульфат свинца PbS0₄ растворяется и на электродах вновь образуются активные массы: перекись свинца PbO₂ на положительном электроде и губчатый свинец Pb — на отрицательном. Концентрация серной кислоты при этом возрастает, т. е. плотность электролита увеличивается.

Электрохимические реакции при разряде и заряде аккумулятора могут быть выражены уравнением

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ ? 2PbSO₄ + 2H₂O

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

Номинальный разрядный ток численно равен 0,1С_НОМ, максимальный при запуске дизеля (стартерный режим) — примерно 3С_НОМ, зарядный ток — 0,2 С_НОМ, где С_НОМ — номинальная емкость.

Полностью заряженный аккумулятор имеет э. д. с. около 2,2 В. Таково же приблизительно и напряжение на его зажимах, так как внутреннее сопротивление аккумулятора весьма мало. При разряде напряжение аккумулятора довольно быстро падает до 2 В, а затем медленно понижается до 1,8—1,7 В (рис. 161), при этом напряжении разряд прекращают во избежание повреждения аккумулятора. Если разряженный аккумулятор оставить на некоторое время в бездействии, то напряжение его снова восстанавливается до среднего значения 2 В. Это явление носит название «отдыха» аккумулятора. При нагрузке подобного «отдохнувшего» аккумулятора напряжение быстро понижается, поэтому измерение напряжения аккумулятора без нагрузки не дает правильного суждения о степени разряда.

При заряде напряжение аккумулятора быстро поднимается до 2,2 В, а затем медленно повышается до 2,3 В и, наконец, снова довольно быстро возрастает до 2,6—2,7 В. При 2,4 В начинают выделяться пузырьки газа, образующегося в результате разложения воды на водород и кислород. При 2,5 В оба электрода выделяют сильную струю газа, а при 2,6—2,7 В аккумулятор начинает как бы кипеть, что служит признаком окончания заряда. При отключении аккумулятора от источника зарядного тока напряжение его быстро снижается до 2,2 В.

Уход за аккумуляторами. Кислотные аккумуляторы быстро теряют емкость или даже приходят в полную негодность при

Рис. 161. Кривые напряжения кислотного аккумулятора при заряде и разряде

неправильной эксплуатации. В них происходит саморазряд, в результате которого они теряют свою емкость (примерно 0,5— 0,7 % в сутки). Для компенсации саморазряда неработающие аккумуляторные батареи необходимо периодически подзаряжать. При загрязнении электролита, а также крышек аккумуляторов, их выводов и междуэлементных соединений происходит повышенный саморазряд, быстро истощающий батарею.

Батарея аккумулятора должна быть всегда чистой, а выводы для предохранения от окисления покрыты тонким слоем технического вазелина. Периодически нужно проверять уровень электролита и степень заряженности аккумуляторов. Аккумуляторы должны периодически заряжаться. Хранение незаряженных аккумуляторов недопустимо. При неправильной эксплуатации аккумуляторов (разряде ниже 1,8—1,7 В, систематическом недозаряде, неправильном проведении заряда, длительном хранении незаряженного аккумулятора, понижении уровня электролита, чрезмерной плотности электролита) происходит повреждение их пластин, называемое сульфатацией. Это явление заключается в переходе мелкокристаллического сульфата свинца, покрывающего пластины при разряде, в нерастворимые крупнокристаллические химические соединения, которые при заряде не переходят в перекись свинца РbO₂ и свинец РЬ. При этом аккумулятор становится непригодным для эксплуатации.

electrono.ru

Свинцово-кислотный аккумулятор: инструкция по обслуживанию и эксплуатации

Аккумуляторная батарея – неотъемлемая составляющая любого транспортного средства, которое приводится в движение за счёт двигателя. Первый аккумулятор, а именно свинцово-кислотный, появился ещё в XIX веке и по сей день не утратил своей актуальности. Время идёт, меняются эпохи, а замены столь востребованному устройству пока не придумали. Конечно, появляются его усовершенствованные виды, но это не новое оборудование, а лишь модернизация старого.

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор

Прибор, который «прячется» под капотом и обеспечивает возможность запуска двигателя, есть не что иное, как свинцово-кислотный аккумулятор. Это устройство также обеспечивает питание бортовой сети транспортного средства при заглушенном моторе.

Сама батарея электрический ток не вырабатывает, а лишь накапливает его благодаря протекающим внутри неё электрохимическим реакциям.

Как правило, АКБ представляет собой компактный корпус, изготовленный из высокопрочного полипропилена – материала, являющегося хорошим диэлектриком и при этом химически пассивного – не способного вступать в реакцию с кислотой. Внутреннее пространство батареи занято электродами, которые разделены между собой не проводящими ток сепараторами. Всё остальное свободное пространство заполнено электролитом – водным раствором серной кислоты.

Растворять кислоту необходимо исключительно дистиллированной водой! Она полностью очищена от различных примесей, которые обязательно присутствуют в жидкости, взятой из естественного водоёма или водопроводного крана.

Электроды – это свинцовые пластины, собранные в блоки. Они имеют как положительный (катоды), так и отрицательный (аноды) заряд. При размещении внутри корпуса катоды и аноды чередуются.

Сверху прибор закрыт крышкой, на которую помещены токовыводящие клеммы. Они служат:

для соединения с генератором и двигателем при установке на автомобиль;
для подключения «крокодилов» зарядного устройства в случае необходимости восстановления потраченного заряда.

Автомобильные аккумуляторы бывают двух типов:

Обслуживаемые – не очень удобны в эксплуатации, требуют постоянного контроля уровня электролита и его плотности, имеют на крышке специальные выкручивающиеся пробки для доливки жидкости и возможности осуществления замеров.
Необслуживаемые – наиболее современный тип батарей, которые нуждаются лишь в своевременной и полноценной зарядке, имеют герметичный корпус, не позволяющий заглянуть во внутрь.

На корпусе каждого прибора установлена маркировочная табличка, содержащая информацию об основных характеристиках источника питания: ёмкость, напряжение, пусковой ток и так далее.

Кроме того, внедрение новейших технологий в производственный процесс позволило наладить выпуск АКБ, в которых жидкая среда заменена гелеобразной. Конечно, эти устройства более надёжны и практичны, но из-за высокой стоимости не нашли широкого применения.

Разновидности

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи не только отличаются типом конструкции, но и имеют множество разновидностей. К самым популярным и востребованным относятся:

Lead-Acid – классический вид батарей обслуживаемого типа. Эта группа включает устройства, материалом для изготовления электродов которых служит свинец не только в чистом виде, но и с различными примесями: сурьма, кальций. В модельном ряду можно встретить источники с различной величиной напряжения. Из эксплуатационных недостатков отмечают предрасположенность к повышенному саморазряду и необходимость регулярного обслуживания.
OPzV – компактные, долговечные и мощные устройства в герметичном корпусе, не требующие никакого обслуживания. Конструктивные особенности: пластины последнего поколения выполнены в форме трубок, вместо жидкого электролита используется гель. Срок службы составляет как минимум два десятка лет. Область применения – электромобили.
VRLA, что в переводе с английского означает «клапанно-регулируемые свинцово-кислотные». Это герметичные необслуживаемые устройства, снабжённые клапаном для выхода газов в случае перезарядки или какой-то неисправности. Могут эксплуатироваться в любом положении.
AGM VRLA – устройства нового поколения, изготовленные по уникальной технологии. Не требуют обслуживания, к тому же они лишены практически всех недостатков классических кислотных. Дело в том, что электролит в них отсутствует в жидком виде, а «заперт» в сепараторе абсорбирующего типа. Это позволило выпускать батареи, отличающиеся компактными размерами, увеличенной ёмкостью и повышенной надёжностью.
GEL VLRA – довольно дорогие источники энергии, в которых электролит превращён в гелеобразную массу. Стоит отметить, что они надёжны в работе лишь в тёплое время года при положительных температурах наружного воздуха. В мороз гель застывает, и прибор создаёт множество проблем автовладельцам, особенно в условиях сурового российского климата.

Аккумуляторные батареи с технологией AGM

В конце прошлого века появились новейшие устройства – свинцово-кислотные необслуживаемые аккумуляторные батареи, при производстве которых впервые была применена самая передовая на тот момент технология AGM. Разработана она американскими учёными, а аббревиатура AGM дословно с английского переводится как «прокладка, пропитанная стекловолокном».

В чём же принципиальное отличие устройств-новинок от обычных классических?

Первое – отсутствие жидкой среды. Электролитом на основе серной кислоты заполняют поры сепараторов из стекловолокна. Пластины точно так же собираются в блоки, образуя электроды, а между ними прокладываются «брикеты с электролитом».

Второе – эта конструктивная особенность обеспечивает наиболее рациональное размещение пластин внутри корпуса, позволяя поместить их намного больше, чем при обычной компоновке батареи. Получается, что при одинаковых габаритах ёмкость AGM аккумулятора будет значительно выше.

Третье – материал пластин – чистейший свинец. Этим обусловлен во многом продолжительный срок службы и повышенная эффективность циклов «заряд – разряд».

Технология AGM предусматривает две конфигурации пластин:

Обычные плоские. Устройства выпускаются как на территории Америки, так и в Европе. Редко, но всё-таки можно встретить в торговой сети.
Спиральные. Батареи с ними производятся исключительно в Америке. Они отсутствуют на европейском и отечественном рынке. Используются преимущественно в военной авиации.

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

Если даже рассматривать обобщённо основные достоинства классических АКБ, то они во многом будут зависеть от типа батареи. В связи с чем рассмотрим отдельно преимущества обслуживаемых источников питания и главные плюсы герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов.

Почему же стоит остановить свой выбор на классическом устройстве, нуждающемся в обслуживании?

Благодаря наличию специальных пробок на корпусе мы можем добраться до внутренностей прибора, а именно:

визуально оценить состояние пластин;
замерить уровень и плотность электролита;
при необходимости долить дистиллированной воды.

Чем же так хороши современные необслуживаемые источники энергии:

Удалось решить главную и самую злободневную проблему – избавиться от сульфатации пластин, ведь они всегда теперь находятся в электролитном растворе.
Исключена возможность утечки жидкой среды благодаря полной герметичности корпуса.
Отсутствует испарение воды из раствора при его нагревании – она просто оседает на стенках в виде конденсата, а потом стекает вниз. Таким образом удаётся сохранять неизменным уровень электролита.

Недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

У новейших устройств, которые не нуждаются в обслуживании, недостаток один – перемычки между банками находятся внутри герметичного корпуса и доступ к ним исключён. Следовательно, при необходимости осуществить замеры напряжения не представляется возможным.

У их предшественников, более устаревших, но ещё используемых довольно часто источников, недостатков намного больше:

Высока вероятность сульфатации пластин:
- негерметичный корпус позволяет электролиту выкипать;
- вода в растворе испаряется, вследствие чего происходит повышение плотности оставшейся жидкости.
Необходимость регулярного контроля уровня жидкой среды.
Не исключена возможность замыкания клемм из-за вытекания жидкого содержимого из-под пробок.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Однотипные АКБ различаются между собой значениями параметров основных характеристик. Опираясь именно на эти данные, осуществляется подбор источника энергии для того или иного транспортного средства. Кроме того, величины самых важных характеристик помещаются на маркировочную табличку корпуса. К ним относят:

Ёмкость. Она бывает двух видов:
- электрическая – это определённое количество энергии, которое способен отдать аккумулятор в процессе разряда, например, при запуске двигателя, выражается в Ампер-часах;
- разрядная – показывает количество электрической энергии, которое можно получить от данного источника.
Номинальное напряжение, как правило, стандартно для определённых групп транспортных средств:
- легковые автомобили – 12 В;
- грузовые – 24 В;
- мотоциклы – 6 В.
Саморазряд – это способность батареи утрачивать заряд при длительном хранении или отсутствии эксплуатации транспортного средства на протяжении долгого времени. Критериями, вызывающими самопроизвольный разряд, являются: условия хранения, приготовление электролитного раствора с использованием обычной воды, переворачивание источников обслуживаемого типа. Определяется в процентах. Чем ниже значение этого параметра, тем лучше.

Где применяются свинцово-кислотные аккумуляторы

Сфера применения аккумуляторных батарей свинцово-кислотного вида довольно обширна:

Они просто незаменимы в автомобильной промышленности – все стартерные двигатели комплектуются именно этими источниками энергии.
Авиационная промышленность. Сюда относятся AGM аккумуляторы, производство которых основано на применении передовых технологий.
Источники бесперебойного питания.
Различные виды мототехники.
Лодочные моторы.

Принцип работы

Принцип действия кислотных батарей основан на протекании электрохимических процессов внутри корпуса. В результате взаимодействия свинцовых электродов с электролитом на основе серной кислоты между ними возникает разность потенциалов. Другими словами, при запуске двигателя происходит разряд батареи – металл и кислота вступают в электрохимическую реакцию, химическая энергия которой тут же преобразуется в электрическую.

При зарядке АКБ, наоборот, электрическая энергия превращается в химическую.

Эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторов

Эксплуатация современных аккумуляторных батарей не доставит особых хлопот даже новичкам. Но её правила различаются в зависимости от типа источника.

Общие правила эксплуатации любых АКБ:

не допускать хранения устройства в полностью разряженном состоянии;
строго соблюдать условия хранения, установленные производителем;
не нарушать порядок подключения к клеммам;
всегда иметь в наличии зарядное устройство для своевременного восстановления заряда;
надёжно закреплять батарею в специальном углублении под капотом автомобиля;
не забывать утилизировать вышедший из строя источник энергии.

Свинцово-кислотные аккумуляторы ремонту не подлежат.

Дополнительно для герметичных устройств: нельзя вскрывать корпус необслуживаемой батареи – неизбежно получение ожога путём выплёскивания электролита.

Рекомендации для обслуживаемых устройств:

регулярно контролировать уровень и плотность электролита;
использовать исключительно дистиллированную воду для заливки.

Как заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Обычно в процессе эксплуатации транспортного средства осуществляется восстановление затраченной ёмкости – зарядка свинцового аккумулятора. При исправном генераторе автомобиля и регулярном использовании машины батарея будет всегда в заряженном состоянии, полностью готова к работе.

Но бывают ситуации, когда требуется вернуть мощность источнику энергии, воспользовавшись специальным зарядным устройством для свинцово-кислотных аккумуляторов, номинальное напряжение которых составляет 12 В. Такая необходимость может возникнуть в следующих случаях:

при неисправности цепи «генератор – аккумуляторная батарея»;
при эксплуатации авто редко и на короткие расстояния;
при запуске мотора при слишком низких температурах воздуха.

Основные этапы зарядного процесса:

Устанавливаем устройство на ровную горизонтальную поверхность.
Подключаем «крокодильчики» зарядника к клеммам батареи, строго соблюдая полярность.
Выставляем зарядный ток.

Приступить к зарядке можно только после того, как температура электролитной жидкости достигнет комнатной.

Ток заряда

Основные параметры зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов во многом определяются их разновидностью. Так, классическое устройство, заполненное электролитом в жидком виде, требует установки токовой величины заряда в пределах 10 % номинальной ёмкости, указанной на маркировке.

Что же касается источников с гелеобразным наполнителем, то здесь параметр тока можно смело выставлять равным 20–30 % номинала ёмкостной характеристики.

Для AGM аккумуляторов сила тока может варьироваться в интервале от 10 % до 30 % от заявленной производителем ёмкости.

Время заряда

Как долго следует заряжать свинцово-кислотный аккумулятор? Продолжительность зарядного процесса напрямую зависит от степени разряженности батареи. В среднем на полноценную зарядку обычной АКБ, как правило, уходит от 8 до 12 часов. Сильно разряженное устройство можно привести в состояние полной готовности, используя высокие токи. Но такой способ следует использовать только в случае крайней нужды и очень редко.

Источники энергии, произведённые по AGM технологии, заряжаются намного быстрее, но для них требуется приобретение специального зарядного устройства, позволяющего осуществлять процесс поэтапно.

Ёмкость и напряжение

Желательно не допускать полной потери ёмкости. Чем больше величина остаточной ёмкости, тем меньше потребуется времени на зарядку.

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи без нагрузки обычно составляет 12,7–13 В. При работающем моторе этот показатель возрастает примерно на полторы единицы.

При зарядке максимальная величина напряжения в оптимальном варианте не должна превысить 14,6 В. В противном случае это может привести к перезарядке, закипанию электролитной жидкости, а также самым негативным образом сказаться на дальнейшей работе самого прибора.

Восстановление аккумулятора

Бытует мнение, что после глубокого разряда невозможно вернуть устройству номинал мощности, размер которого указан на маркировке. Но многочисленные исследования показали, что это абсолютно не так. Существуют методы, позволяющие вернуть источник энергии на первоначальный уровень мощности.

Как можно восстановить свинцово-кислотный аккумулятор, вернув ему полноценную функциональность? Алгоритм действий достаточно прост, но требует строгого соблюдения их последовательности:

Подключить зарядное устройство к клеммам источника, соблюдая полярность.
Установить следующие параметры зарядки:
- ток – 5 % от номинала ёмкости;
- напряжение – 2,45 В.
Запустить восстановительный процесс, который будет протекать медленно и долго.
Для достижения наилучшего результата рекомендуется осуществить 2–3 цикла «заряд – разряд»: сначала постепенно доводить мощность до максимально возможного предела, потом такая же неспешная глубокая разрядка, а затем всё по новому кругу.

Реанимацию нужно производить только при положительных температурах. Температура жидкости внутри устройства должна соответствовать аналогичному показателю окружающей среды.

Что же касается восстановления свинцово-кислотных AGM аккумуляторов, то их предварительно нужно «смочить». Случаются такие ситуации при нарушении правил эксплуатации, когда «брикеты» с электролитом высыхают, и батарея утрачивает способность принимать заряд. Нужно, набрав в шприц дистиллированной воды, впрыснуть её в сепараторы в небольшом количестве. А спустя несколько часов, можно приступать к реанимации устройства.

carbatt.ru

разновидности аккумуляторной батареи, характеристики и принцип работы

Ни один автомобиль не может работать без аккумулятора. Кислотные аккумуляторные батареи подают электроэнергию для работы генератора и двигателя автомобиля. Первые аккумуляторные системы появились в XIX веке после проведения модернизации существующих тогда АКБ. Были созданы самые известные и популярные свинцово-кислотные батареи. Сегодня такие устройства установлены на большинстве всех существующих в мире автомобилей.

Несколько исторических данных

Первым создателем свинцово-кислотной АКБ считается француз Г. Планте. Он был заинтересован в создании такой батареи, которая подавала бы нужный ток и при этом не требовала больших финансовых затрат. Ему удалось создать новую конструкцию, в которую входили свинцовые электроды, погруженные в серную кислоту.

Недостатком такой инновации считалось большое число циклов зарядки-разрядки, пока кислотная батарея не будет заряжена полностью. Надо сказать, что количество таких циклов могло достигать огромных значений. Чтобы достичь полной зарядки, требовался не один год. Причиной стали сепараторы и свинцовые электроды.

Такой срок никого не устраивал. Поэтому многие учёные стремились спроектировать и создать другую конструкцию АКБ. Это удалось в 1900 году. Была спроектирована новая модель. Вместо целых свинцовых пластин использовался только окисел свинца. Он совместно с сурьмой наносился на особые пластины. Позднее в конструкцию была добавлена металлическая решётка, покрытая сурьмой и свинцовыми окислами. В результате:

Ёмкость АКБ стала больше.
Появился коммерческий интерес.
Произошёл эволюционный скачок.

В конце XX века аккумуляторные батареи стали герметизировать. Это стало возможным благодаря замене электролита на специальные гели и усовершенствованные газы. Но добиться полной герметичности не удалось. Во время зарядки начинали образовываться газы, которые должны были покинуть внутреннюю часть батареи.

Для этого её снабдили пробками, которые откручиваются. Через открытые отверстия скопившиеся газы выходят наружу.

Устройство свинцово-кислотной батареи

Более 100 лет параметры и характеристики кислотных аккумуляторов остаются неизменными. В конструкции устройства входит:

Корпус, имеющий форму призмы. Он может быть изготовлен из резины или пластика.
Металлическая решётка, покрытая свинцовой намазкой.
Положительный и отрицательный электрод.
Клапан, предназначенный для удаления газов.
Сепараторы, в которые заливается электролит.
Свободные пространства, наполненные мастикой.
Верхняя крышка.

В современных АКБ обязательно имеется специальная система, через которую выводятся лишние газы. Только в бескислотных батареях делается полная герметизация корпуса.

Различные модели АКБ

На современных автомобилях устанавливается несколько видов свинцово-кислотных устройств. Они подразделяются на группы:

АКБ 6V. В состав батареи входит 6 блоков. Каждый вырабатывает 2,1 вольта. Общее напряжение достигает 12,6. Именно такие аппараты устанавливаются на современные автомобили.
Гибридные системы. Положительный электрод изготовлен из сурьмы, а отрицательный — из кальция. Совместно с оксидом свинца они вырабатывают нужный ток. Однако из-за присутствия кальция такая конструкция выходит из строя очень быстро.
Гелевые приборы. Отличаются от обычных моделей гелеобразным электролитом. Они не требуют только одной горизонтальной установки. Положение такой батареи может быть любым, оно зависит от конструкции автомобиля.

Принцип работы системы

Новейшие батареи можно использовать очень долго. Они вырабатывают ток благодаря химическим реакциям. В это время происходит большой расход химических веществ. Их восстановление происходит во время зарядки. Все реакции происходят в химическом веществе, в состав которого входит несколько элементов:

Окислитель.
Электролит.
Восстанавливающий элемент.

Отрицательный электрод обладает функцией восстановителя. Когда начинается токообразующая реакция, он начинает отдавать электроны. В результате запускается процесс окисления. Положительный электрод начинает восстанавливается. По умолчанию он считается и окислителем.

После подключения АКБ к зарядному аппарату начинается движение электронов к отрицательному электроду. Происходит нейтрализация вредных ионов свинца.

Практический опыт показал, что наилучшими конструкциями свинцово-кислотных АКБ можно назвать модели, в состав которых входит электродная сетка с нанесённым покрытием из сурьмы. Сегодня можно встретить также и гелевые сетки. Эта система только начинает зарождаться, но у неё большое будущее.

Гибридные модели сильно отличаются от свинцовых, они требуют дополнительного обслуживания. Эти системы не пользуются большим спросом, поэтому на рынке они встречаются очень редко.

proakkym.ru

Свинцово-кислотные аккумуляторы: плюсы и минусы

Первый свинцово-кислотный аккумулятор был спроектирован французским изобретателем Гастоном Планте ещё в 1859 году. На данный момент данный тип источников питания считается наиболее распространённым и массово используется в автомобильной промышленности. На протяжении ХХ ст. технология производства батарей постоянно развивалась и совершенствовалась, благодаря чему возникло несколько разновидностей свинцово-кислотных АКБ, отличающихся между собой как по составу пластин, так и по типу электролита (жидкостный или гелеобразный).

Разновидности

Современные производители используют различные химические добавки для улучшения эксплуатационных характеристик свинцовых АКБ. Так, добавление в состав пластин небольшого количества сурьмы (до 10%) позволяет добиться более качественного электрического контакта электролита с решёткой, тем самым, предотвращая осыпание пластин и продлевая срок службы батареи.

Альтернативным вариантом является использование свинцово-кальциевых сплавов. Они отличаются меньшим весом, и большей устойчивостью как к повышенным электрическим нагрузкам, так и к механическим воздействиям.

Наиболее современными считаются гелевые аккумуляторы. В таких моделях электролит находится не в жидком, а в связанном виде (такой эффект достигается за счёт добавления к серной кислоте компонентов на основе кремния). Благодаря этому гелевые АКБ имеют увеличенный рабочий ресурс, заряжаются в 5-6 раз быстрее обычных батарей и практически не боятся сильной вибрации, ударов.

Преимущества

Благодаря отлаженной технологии производства свинцово-кислотные АКБ являются оптимальным вариантом по соотношению “цена-качество”. Одним из ключевых достоинств таких источников питания является широкий диапазон ёмкостей. В легковых автомобилях чаще всего используются батареи на 55-70 А/ч, что позволяет получить мощный пусковой импульс, необходимый для запуска стартера в машинах с бензиновыми и дизельными двигателями. Наряду с этим можно купить аккумуляторы, ёмкость которых достигает нескольких десятков килоампер-часов — такие модели рассчитаны на длительную непрерывную работу и обычно используются в качестве тяговых источников питания в электрокарах, моторных лодках и спецтехнике.

Среди прочих достоинств свинцовых АКБ можно выделить:

низкий уровень саморазряда — при хранении в заряженном виде этот процесс происходит в 5-8 раз медленнее, чем у никель-кадмиевых аналогов;
устойчивость к перепадам напряжения в бортовой сети за счёт низких показателей внутреннего сопротивления;
стабильность подаваемого тока;
высокий КПД (до 80-90%).

Ранее существенным недостатком источников питания этого типа было негативное воздействие электролита и свинцовых пластин на окружающую среду. Однако с развитием технологий вторичной переработки данная проблема практически решена — так, в США перерабатывается более 97% свинца из батарей.

Недостатки

В силу особенностей конструкции свинцово-кислотные аккумуляторы отличаются большими, по сравнению с аналогами, габаритами и значительным весом. При этом такие устройства также более чувствительны к состоянию глубокого разряда — при потере более 80% энергии жизненный цикл батареи может значительно уменьшиться. Количество циклов заряда-разряда у АКБ данного типа сравнительно невелико — от 200-500 (самые бюджетные модели) до 1000.

Особую опасность для свинцово-кислотных батарей представляет хранение в разряженном виде. В этом случае отложения сульфата свинца на электродах начнут переходить в крупнокристаллическую форму, что чревато значительной потерей ёмкости АКБ без возможности восстановления.

Ещё одним врагом батарей данного типа является холод. На морозе свинцово-кислотные АКБ теряет значительную часть ёмкости, что усложняет эксплуатацию в зимний период. В то же время, значительный перегрев может стать причиной закипания электролита, что чревато не только выходом батареи из строя, но также отравления испарениями. При этом большинство моделей относятся к обслуживаемому типу и требуют регулярной дозаправки дистиллированной водой.

econrj.ru