Які перетворення відбуваються під час розряджання акумулятора. Фізика та хімія стартерних автомобільних акб

Типи акумуляторів електричної енергії

Акумулятори є невід'ємною частиною будь-якої системи, яка орієнтована на отримання альтернативних видів енергії.

Найбільшого поширення на цей час набули електрохімічні акумулятори електричної енергії, В яких перетворення хімічної енергії в електричну при розряді акумулятора відбувається за допомогою хімічної реакції. Під час заряджання акумулятора хімічна реакція протікає у зворотному напрямку.

Крім електрохімічних акумуляторів, електроенергію можна запасати в конденсаторах і соленоїдах (котушках індуктивності).

У зарядженому конденсаторі енергія зберігається як енергії електричного полядіелектрика. З огляду на те що питома енергія, що запасається конденсатором, дуже невелика (практично від 10 до 400 Дж/кг), а тривалість можливого зберігання енергії внаслідок наявної її витоку невелика, цей тип акумулятора енергії застосовується тільки в тих випадках, коли треба віддати електроенергію споживачеві за дуже короткий часпри короткому термініїї зберігання.

У соленоїді електрична енергія акумулюється як енергії магнітного поля. Тому цей тип накопичувача називається електромагнітним. Але час видачі енергії електромагнітними акумуляторами зазвичай вимірюється навіть секундами, а частками секунди.

Для заряджання акумулятора потрібне зовнішнє джерело енергії, причому в процесі заряджання можуть виникати втрати енергії. Після заряджання акумулятор може залишатися у стані готовності (у зарядженому стані), але й у цьому стані частина енергії може губитися через довільне розсіювання, витік, саморозряд чи інші подібні явища. При віддачі енергії з акумулятора можуть виникати її втрати; крім того, іноді неможливо отримати назад всю акумульовану енергію. Деякі акумулятори влаштовані так, що в них має залишатися деяка залишкова енергія.

Характеристики акумуляторів

Основною характеристикою акумулятора є електрична ємність. Одиницею виміру цієї ємності є ампер-час (А·ч) - позасистемна одиниця виміру електричного заряду.

Виходячи з фізичного сенсу 1 ампер-година - це електричний заряд, який проходить через поперечний переріз провідника протягом однієї години за наявності в ньому струму силою в 1 ампер. Теоретично заряджений акумулятор із заявленою ємністю 1 А·год здатний забезпечити силу струму 1 ампер протягом однієї години (або, наприклад, 0,1 А протягом 10 годин, або 10 А протягом 0,1 години).

На практиці ж ємність акумулятора розраховують виходячи з 20-годинного циклу розряду до кінцевої напруги, яка для автомобільних акумуляторів становить 10,8 В. Наприклад, напис на маркуванні акумулятора «55 Ач» означає, що він здатний видавати струм 2,75 ампер протягом 20 годин, і при цьому напруга на клемах не опуститься нижче 10,8 Ст.

Занадто великий струм розряду акумулятора призводить до менш ефективної віддачі електроенергії, що нелінійно зменшує час роботи з таким струмом і може призводити до перегріву.

Виробники акумуляторів іноді як ємність вказують у технічні характеристикиенергію, що запасається в Вт·ч. Оскільки 1 Вт = 1 А * 1 В, то якщо енергія, що запасається, дорівнює 720 Вт·ч ми можемо поділити це значення на величину напруги (скажімо 12 В) і отримаємо ємність в ампер-годинах (у нашому прикладі 720 Вт·ч / 12 В = 60 А · год.).

Свинцево-кислотні акумулятори

У зарядженому стані анод (негативний електрод) такого акумулятора складається зі свинцю, а катод (позитивний електрод) - двоокису свинцю РbO2 . Обидва електроди виготовлені пористими, щоб площа їхнього дотику з електролітом була якнайбільша. Конструктивне виконання електродів залежить від призначення та ємності акумулятора і може бути дуже різноманітним.

Хімічні реакції при заряді та розряді акумулятора видаються формулою

РbO2 + Рb + 2Н2SO4<—>2РbSO4 + Н2О

Для заряду акумулятора потрібна питома енергія 167 Вт/кг. Цим же числом виражається, отже, і теоретична його межа питомої здатності, що акумулює. Однак фактична здатність, що акумулює, набагато менше, внаслідок чого з акумулятора при розряді зазвичай виходить електрична енергія приблизно 30 Вт/кг. Чинники, що зумовлюють зниження здатності, що акумулює, наочно представлені на рис. 1. ККД акумулятора (відношення енергії, що отримується при розряді, до енергії, що витрачається при заряді) зазвичай знаходиться в межах від 70 до 80%.

Рис.1. Теоретична і фактична питома здатність свинцевого акумулятора, що акумулює

Різними спеціальними заходами (підвищенням концентрації кислоти до 39%, використанням пластмасових конструкційних частин та мідних сполучних частин та ін.) Останнім часомвдалося підвищити питому акумулюючу здатність до 40 Вт ч/кг і навіть трохи вище.

З наведених вище даних випливає, що питома акумулююча здатність свинцевого акумулятора (а також, як буде показано надалі, та інших типів акумуляторів) істотно нижче, ніж первинних гальванічних елементів. Однак цей недолік зазвичай компенсується

• можливістю багаторазового заряду і, як результат, приблизно десятикратним зниженням вартості електроенергії, що одержується з акумулятора,
• можливістю складати акумуляторні батареї з дуже великою енергоємністю (за потреби, наприклад, до 100 МВт год).

Кожен цикл заряду-розряду супроводжується деякими незворотними процесами на електродах, у тому числі повільним накопиченням сірчанокислого свинцю, що не відновлюється, в масі електродів. З цієї причини через певна кількість(зазвичай приблизно 1000) циклів акумулятор втрачає здатність нормально заряджатися. Це може статися і при тривалому невикористанні акумулятора, оскільки електрохімічний розрядний процес (повільний саморозряд) протікає в акумуляторі і тоді, коли він не з'єднаний із зовнішньою електричним ланцюгом. Свинцевий акумулятор втрачає через саморозряд зазвичай від 0,5% до 1% свого заряду на добу. Для компенсації цього процесу в електроустановках використовується постійний підзаряд при досить стабільній напрузі (залежно від типу акумулятора, при напрузі від 2,15 до 2,20 В).

Іншим незворотним процесомє електроліз води («закипання» акумулятора), що виникає наприкінці зарядного процесу. Втрату води легко компенсувати шляхом доливки, але водень, що виділяється, може разом з повітрям призвести до утворення вибухонебезпечної суміші в акумуляторному приміщенні або відсіку. Щоб уникнути небезпеки вибуху, повинна передбачатися відповідна надійна вентиляція.

Інші типи акумуляторів

В останні 20 років з'явилися герметично закриті акумулятори свинцеві, в яких застосовується не рідкий, а желеподібний електроліт. Такі акумулятори можуть встановлюватися в будь-якому положенні, крім того, враховуючи, що під час заряду вони не виділяють водню, можуть розміщуватися в будь-яких приміщеннях.

Крім свинцевих, випускається понад 50 видів акумуляторів, заснованих на різних електрохімічних системах. В енергоустановках досить часто знаходять застосування лужні (з електролітом у вигляді розчину гідроксиду калію КОН) нікель-залізні та нікель-кадмієві акумулятори, ЕРС яких знаходиться в межах від 1,35 до 1,45 В, а питома акумулююча здатність - в межах від 15 Вт год/кг до 45 Вт год/кг. Вони менш чутливі до коливань температури довкіллята менш вимогливі до умов експлуатації. Вони мають також великий термін служби (зазвичай від 1000 до 4000 циклів заряду-розряду), але їх напруга змінюється під час розряду в ширших межах, ніж у свинцевих акумуляторів, і ккд вони трохи нижче (від 50 % до 70 %).

У літій-іонних акумуляторах анод складається з вуглецю, що містить у зарядженому стані карбід літію Li х C 6 а катод - з окису літію і кобальту Li 1-х CoO 2 . Як електроліт застосовуються тверді солі літію (LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 або інші), розчинені в рідкому органічному розчиннику (наприклад, в ефірі). До електроліту зазвичай додають згущувач (наприклад, кремнійорганічні сполуки), завдяки чому він набуває желеподібного вигляду. Електрохімічні реакції при розряді та заряді полягають у переході іонів літію з одного електрода на інший і протікають за формулою

Li x C 6 + Li 1-x CoO 2<—>C 6 + LiCoO 2

за зовнішній форміелементи літій-іонних акумуляторів можуть бути плоскими (схожими на чотирикутні пластини) або циліндричними (з рулонними електродами). Випускаються також акумулятори, де застосовуються інші матеріали анода і катода. Одним з важливих напряміврозвитку є розробка акумуляторів, що швидко заряджаються.

Існує багато інших видів акумуляторів (загалом близько 100). Наприклад, в системах електропостачання літаків, де маса обладнання повинна бути якнайменше, знаходять застосування срібно-цинкові акумулятори з питомою здатністю, що акумулює, в середньому, 100 Вт ч/кг. Найвищу ЕРС (6,1 В) та найбільшу питому акумулюючу здатність (6270 Вт год/кг) мають фторо-літієві акумулятори, серійного виробництва яких, однак, ще немає.

Первинні гальванічні елементи добре підходять для роботи в тривалому режимі, а акумулятори можуть використовуватися як для тривалої роботи, так і для покриття короткочасних та поштовхових навантажень. Конденсатори та котушки індуктивності використовуються, головним чином, для покриття імпульсних навантажень та для вирівнювання потужності при швидких зміннавантажень. Для вирівнювання потужності, що віддається в енергосистему вітряними та сонячними електростанціямиможуть застосовуватися комбінації акумуляторів з ультраконденсаторами.

Область застосування деяких акумулюючих пристроїв за тривалістю навантаження і потужністю, що віддається, характеризує рис. 2.

дріт виділятиме більшу кількість теплоти? Чому? (Питомий опір міді 0,017 Ом х мм2/м, залізна 0,10 Ом х мм2/м, нікеліну 0,40 Ом х мм2/м.)

2. Ніхромова спіраль довжиною 5 м та площею поперечного перерізу 0,5 мм2 включено в мережу напруги 110 В. Знайдіть потужність струму в спіралі. ( Питомий опірніхрому 1,1 Ом х мм2/м.)

3. Електроплитку потужністю 800 Вт включено на 5 год. Визначте витрату енергії (у ват-годинах та кіловат-годинах).

4. Яке перетворення енергії відбувається під час роботи генератора електричного струму?

супроводжується перенесенням речовини? A. Теплопровідність. Випромінювання.B.Конвекція.3. Яка з наведених нижче речовин має найбільшу теплопровідність? Хутро. Б. Дерево. В. Сталь.4. Яка з наведених нижче речовин має найменшу, теплопровідність? A. Тирса. Б. Свинець. В. Мідь.5. Назвіть можливий спосібтеплопередачі між тілами, відокремленими безповітряним простором. A. Теплопровідність. Конвекція. В. Випромінювання. нижче температури тіла. B. дорівнює температурі тіла. 7. Що відбувається з температурою тіла, якщо воно поглинає стільки ж енергії, скільки випромінює? A. Тіло нагрівається. Тіло охолоджується. Температура тіла не змінюється.8. Яким із способів відбувається теплопередача в рідинах? A. Теплопровідність. Конвекція. B. Випромінювання. Яка з наведених нижче речовин має найменування. Повітря. Б. Чавун. В. Алюміній10. Питома теплоємністьводи 4200 (Дж / кг * 0С). Це означає, що ... A. для нагрівання води масою 4200 кг на 1 ° С потрібна кількість теплоти, що дорівнює 1 Дж.Б. для нагрівання води масою 1 кг на 4200 ° С потрібна кількість теплоти, що дорівнює 1 Дж.B. для нагрівання води масою 1 кг на 1 ° С потрібно коли11. повному згорянні палива. за повного згоряння палива масою 1 кг.12. Випаровування відбувається ... при будь-якій температурі. при температурі кипіння.B.при певній температурі для кожної рідини.13. За наявності вітру випаровування відбувається ... A. швидше. повільніше. з такою ж швидкістю, як і за його відсутності.14. Чи може ККД теплового двигуна стати рівним 100%, якщо тертя між рухомими деталями цієї машини звести до нуля? Так. Б. Ні.15. З якого полюса магніту виходять лінії магнітного поля? Із північного. Б. З південного. В. З обох полюсів.16. До кульки незарядженого електроскопа підносять, не торкаючись його, тілозаряджене негативним зарядом. Який заряд придбають листочки електроскопа? Негативний. Б. Позитивний. В. Ніякий.17. Чи може атом водню або будь-якої іншої речовини змінити свій заряд на 1,5 заряду електрона? Так. Б. Ні.18. Яке зображення виходить на сітківці ока людини? Збільшене, дійсне, перевернуте. Зменшене, дійсне, перевернуте. Збільшене, уявне, пряме. Зменшене, уявне, пряме.19. Що вимірює амперметр? Електричний опірпровідників Б) Напруга на полюсах джерела струму або на якійсь ділянці ланцюга В) Силу струму в ланцюгу Г) Потужність електричного струму20. Дифузія – це: А) Процес підвищення температури Б) Явище, у якому відбувається взаємне проникнення молекул одного речовини між молекулами іншого В) Явище, у якому тіло зі стану твердого перетворюється на стан рідкого Г) Процес збільшення щільності тела21. Формула ККД: А) ŋ = Аn * 100% АɜБ) ŋ = Аɜ * 100% АnВ) ŋ = Аn * Аɜ100% Г) ŋ = Аn * Аɜ * 100%22. Що свідчить закон Архімеда? , рівна щільності цього тіла Г) Виштовхувальна сила, що діє на занурене в рідину тіло, дорівнює вазі цього тіла23. Яке дейА) теп24. ВнутА)тольБ)тольВ)тольГ) від тем25. Які з перерахованих речовин відносяться до провідників? а) гума; б) мідь; в) пластмаса; г) скло.26. Тіло електризується тільки тоді, коли воно …... заряд. а) набуває; б) втрачає; в) набуває або втрачає.27. Які з перерахованих речовин відносяться до діелектриків? а) гума; б) мідь; в) розчин сірчаної кислоти; г) сталь.28. Однойменно заряджені тіла ......., а різноіменно заряджені - .........а) ...відштовхуються, ...притягуються,б) ...притягуються, ...відштовхуються.29. Електричним струмом називають...А. Рух електронів по провіднику. Упорядкований рух електронів по провіднику. Упорядкований рух протонів по провіднику. Упорядкований рух заряджених частинок. Рух електричних зарядівпо провіднику.30. Яке перетворення енергії відбувається під час роботи електричної кавомолки?Електрична енергія перетворюється...А. У хімічну. Б. У механічну. В. У світлову. Г. У внутрішню

А. Хімічну
Б. Механічну
В. Світлову
Г. Внутрішню

між випромінюванням, створюваним радіатором центрального опалення, і випромінюваннямпалаючої свічки?

3) які перетворення енергії відбуваються при світінні лампи кишенькового ліхтаря?

4) У якій матеріальному середовищісвітло поширюється з найбільшою швидкістю?

5) Чому тіні навіть за одного джерела світла ніколи не бувають зовсім темними?

6) Чому в кімнаті світло і тоді, коли прямі сонячні променіу її вікна не потрапляють?

7) чому пучки світла автомобільних фар видно в тумані, запорошеному повітрі?

8) Чому особи спортсмена-фехтувальника, що дивиться через часту сітку, ми не бачимо, а фехтувальник всі предмети через сітку бачить добре?

10) Для чого скло для виготовлення дзеркала шліфується та полірується з особливою ретельністю?

11) кут падіння променя = 60. Який кут відбиття променя?

12) Кут падіння променя-25. Чому дорівнює кутміж падаючим і відбитими променями?

13) Кут між падаючим та відбитим променями становить 50. Під яким кутом до дзеркала падає світло?

Дітей, допоможіть будь ласка)

Як не формулюй назву статті, вона все одно буде правильною. Хімія та енергія - пов'язані воєдино в конструкції акумулятора.

Свинцево-кислотні акумулятори можуть працювати кілька років у режимах заряду-розряду. Вони швидко заряджаються і швидко віддають запасену енергію. Секрет цих метаморфоз у хімії, адже саме вона допомагає перетворювати електрику, але як?

«Таїнство» перетворення енергії в акумуляторі забезпечує сукупність реагентів, серед яких є окислювач та відновник, що взаємодіють через електроліт. Відновник (губчастий свинець РЬ) має негативний заряд. Під час хімічної реакції він окислюється і його електрони мандрують до окислювача, у якого позитивний заряд. Окислювач (діоксид свинцю РЬО2) відновлюється, а результатом є електричний струм.

Як електроліт використовують рідину, яка погано проводить струм, але є хорошим провідником для іонів. Це водний розчин сірчаної кислоти (H2S04). У хімічній реакції відбувається процес, всім відомий зі шкільної лави. електролітична дисоціація.

У процесі реакції - позитивно заряджені іони (Н+) направляються до позитивного електрода, а негативно заряджені іони (SO42-) до негативного. Коли акумулятор розряджається, то із відновника (губчастий свинець), через електроліт до позитивного електрода, - прямують іони з позитивним зарядомРЬ2+.

Чотирьохвалентні іони свинцю (РЬ4+) перетворюються на двовалентні (РЬ4+). Однак це ще не всі хімічні реакції. Коли іони кислотних залишківз негативним зарядом (SO42-) з'єднуються з позитивно зарядженими іонами свинцю (РЬ2+), то обох електродах утворюється сульфат свинцю (РЬSО4). А це вже погано для акумулятора. Сульфатація скорочує термін служби акумулятора і поступово накопичуючись може призвести до його руйнування. Побічним ефектомхімічних реакцій у звичайних свинцево-кислотних акумуляторах є гази.

Що ж відбувається, коли акумулятор заряджають?

Електрони прямують до електрода з негативним зарядом, де виконують свою функцію – нейтралізують іони свинцю (РЬ2+). Хімічні реакції, що відбуваються в акумуляторних батареях, можна описати такою формулою:

Щільність електроліту, і його рівень в акумуляторі залежить від того, - заряджений, або розряджений акумулятор. Зміни щільності електроліту можна описати такою формулою:

Де показник розрядки акумулятора, який вимірюється у відсотках, - Cp. Щільність електроліту при повній зарядці – Рз. Щільність електроліту при повній розрядці - Pр.

Стандартна температура, за якої роблять вимірювання + 25°С, Щільність електроліту відповідно до температури + 25°С, г/см3 - Р25.
Під час хімічної реакції позитивні електроди використовують у 1,6 разів більше кислоти, ніж негативні. Коли акумулятор розряджається, обсяг електроліту зростає, а коли заряджається, навпаки - зменшується.
Таким чином, за допомогою хімічних реакцій, акумулятор приймає, а потім віддає електричну енергію.

Доатегорія:

Електроустаткування автомобілів

Хімічні процесив акумуляторі

У зарядженому акумуляторі активна маса позитивних пластин складається з перекису свинцю РЬ02 темно-коричневого кольору, а активна маса негативних пластин з губчастого свинцю РЬ сірого кольору. При цьому щільність електроліту в залежності від пори року та району експлуатації коливається в межах 1,25-1,31 г/см3.

При розряді акумулятора активна маса негативних пластин перетворюється з губчастого свинцю РЬ в сірчанокислий свинець PbS04 зі зміною кольору із сірого на світло-сірий.

Активна маса позитивних пластин акумулятора перетворюється з перекису свинцю РЬ02 в сірчанокислий свинець PbS04 зі зміною кольору з темно-коричневого на коричневий.

Сірчанокислий свинець PbS04 прийнято називати сульфатом свинцю.

Практично при допустимому розряді акумулятора хімічних реакціяхбере участь не більше 40 - 50% активної маси пластин, так як до глибоких шарів активної маси внаслідок недостатньої її пористості електроліт необхідної кількостіне надходить. Відкладення кристалів PbS04 на поверхні стінок часу звужує і навіть закупорює пори активної маси, що ускладнює проникнення електроліту до її внутрішніх, більш глибоких шарів. З огляду на це частина хімічної енергії, запасеної у вигляді РЬ02 і РЬ в внутрішніх шарахактивної маси, що не вступатиме в контакт з електролітом, що зменшить ємність кожного акумулятора батареї.

Оскільки в процесі розряду сірчана кислотайде на утворення сірчанокислого свинцю PbS04 при одночасному виділенні води Н20, то густина електроліту відповідно зменшується з 1,25 - 1,31 до 1,09 - 1,15 г/см3.

Таким чином, щільність електроліту при 100% розряді зменшується на 0,16 г/см3, отже, в період розряду акумулятора зменшення щільності електроліту на 0,01 г/см3 відповідає зниженню ємності акумулятора на 6%.

Зміна щільності електроліту одна із основних показників ступеня розряду акумулятора.

Для заряду акумулятор включають у ланцюг паралельно джерелу постійного струму(генератору, випрямлячу), напруга якого має перевищувати е. д. с. акумулятора, що заряджається.

При заряді активна маса негативних пластин поступово перетворюється з сірчанокислого свинцю PbS04 на губчастий свинець РЬ (сірого кольору), а активна маса позитивних пластин перетворюється з PbS04 на перекис свинцю РЬ02 (темно-коричневого кольору). При цьому внаслідок утворення H2S04 при одночасному зменшенні Н20 густина електроліту збільшується з 1,09 - 1,15 до 1,25 - 1,31 г/см3.

Принцип дії. Акумуляторназивається хімічне джерелоструму, який здатний накопичувати (акумулювати) в собі електричну енергію та в міру необхідності віддавати її у зовнішній ланцюг. Накопичення в акумуляторі електричної енергії відбувається при пропусканні струму від нього

стороннього джерела (рис. 158 а). Цей процес, званий зарядом акумулятора, супроводжується перетворенням електричної енергії на хімічну, у результаті акумулятор сам стає джерелом струму. При розряді акумулятора (рис. 158 б) відбувається зворотне перетворення хімічної енергії в електричну. Акумулятор має велику перевагу в порівнянні з гальванічним елементом. Якщо елемент розрядився, він приходить у повну непридатність; акумулятор ж. після розряду може бути знову заряджений і служитиме джерелом електричної енергії. Залежно від роду електроліту акумулятори поділяють на кислотні та лужні.

На локомотивах та електропоїздах найбільшого поширенняотримали лужні акумулятори, які мають значно більший термін служби, ніж кислотні. Кислотні акумулятори ТН-450 застосовують лише на тепловозах, вони мають ємність 450 А*год, номінальну напругу - 2,2 В. Акумуляторна батарея 32 ТН-450 складається з 32 послідовно з'єднаних акумуляторів; буква Т означає, що батарея встановлена ​​на тепловозі, буква Н - тип позитивних пластин (намазні).

Пристрій.У кислотному акумуляторі електродами є свинцеві пластини, покриті так званими активними масами, які взаємодіють з електролітом при електрохімічних реакціях у процесі заряду та розряду. Активною масою позитивного електрода (анода) служить перекис свинцю PbO 2 а активною масою негативного електрода (катода) - чистий (губчастий) свинець Pb. Електролітом є 25-34%-ний водний розчин сірчаної кислоти.

Пластини акумулятора можуть мати конструкцію поверхневого чи намазного типу. Пластини поверхневого типу відливають із свинцю; поверхню їх, де відбуваються електрохімічні реакції, збільшена завдяки наявності ребер, борозен тощо. п. Їх застосовують у стаціонарних акумуляторних батареях та деяких батареях пасажирських вагонів.

В акумуляторних батареях тепловозів застосовують пластини намазного типу (рис. 159 а). Такі пластини мають кістяк зі сплаву свинцю з сурмою, в якому влаштований ряд осередків, що заповнюються пастою.

Осередки пластин після заповнення пастою закривають свинцевими листами з великою кількістюотворів. Ці листи запобігають можливості випадання з пластин активної маси і не перешкоджають водночас доступу до неї електроліту.

Вихідним матеріалом для виготовлення пасти для позитивних пластин служить порошок свинцю Pb, а для негативних - порошок, перекису свинцю PbO 2 які замішуються на водному розчинісірчаної кислоти. Будова активних мас у таких пластинах пориста; завдяки цьому в електрохімічних реакціях беруть участь як поверхневі, а й глибоколежачі шари електродів акумулятора.

Для підвищення пористості та зменшення усадки активної маси в пасту додають графіт, сажу, кремній, скляний порошок, сірчанокислий барій та інші інертні матеріали, які називаються розширювачами. Вони не беруть участі в електрохімічних реакціях, але ускладнюють злипання (спікання) частинок свинцю та його оксидів та запобігають цим зменшення пористості.

Намазні пластини мають велику поверхню зіткнення з електролітом і добре їм просочуються, що сприяє зменшенню маси та розмірів акумулятора і дозволяє отримувати великі струми при розряді.

При виготовленні акумуляторів пластини піддають спеціальним зарядно-розрядним циклам. Цей процес має назву формування акумулятора. В результаті формування паста позитивних пластин електрохімічним шляхом перетворюється на перекис (двоокис) свинцю PbO 2 і набуває коричневий колір. Паста негативних пластин при формуванні переходить у чистий свинець Pb, що має пористу структуру і тому званий губчастим; негативні пластини набувають сірого кольору.

У деяких акумуляторах застосовано позитивні пластини панцирного типу. Вони кожна позитивна пластина укладено у спеціальний панцир (чохол) з ебоніту чи стеклоткани. Панцирь надійно утримує активну масу пластини від обсипання при трясці і поштовхах; для повідомлення активної маси пластин з електролітом в панцирі роблять горизонтальні прорізи шириною близько 0725 мм.

Для запобігання замиканню пластин сторонніми предметами (щупом для вимірювання рівня електроліту, пристроєм для заливки електроліту та ін) пластини в деяких акумуляторах покривають поліхлорвінілової сіткою.

Для збільшення ємності кожен акумулятор встановлюють кілька позитивних і негативних пластин; однойменні пластини з'єднують паралельно до загальних блоків, до яких приварюють вивідні штирі. Блоки позитивних та негативних пластин зазвичай встановлюють в ебонітовій акумуляторній посудині (рис. 159,б) так, щоб між кожними двома

пластинами однієї полярності були пластини іншої полярності. По краях акумулятора ставлять негативні пластини, так як позитивні пластини при установці по краях схильні до викривлення. Пластини відокремлюють одну від іншої сепараторами, виконаними з мікропористого ебоніту, поліхлорвінілу, склоповніку або іншого ізоляційного матеріалу. Сепаратори запобігають можливості короткого замикання між пластинами при їх жолобленні.

Пластини встановлюють в акумуляторній посудині так, щоб між їх нижньою частиною і дном посудини був деякий вільний простір. У цьому просторі накопичується свинцевий осад (шлам), що утворюється внаслідок відпадання активної маси пластин, що відпрацювала, в процесі експлуатації.

Розряд та заряд.При розряді акумулятора (рис. 160 а) позитивні іони H 2 + і негативні іоникислотного залишку
S0 4 -, на які розпадаються молекули сірчаної кислоти H 2 S0 4 електроліту 3, спрямовуються відповідно до позитивного
1 і негативному електродам 2 і вступають в електрохімічні реакції з їх активними масами. Між електродами виникає
різниця потенціалів близько 2, що забезпечує проходження електричного струму при замиканні зовнішнього ланцюга. В результаті
електрохімічних реакцій, що виникають при взаємодії іонів водню з перекисом свинцю PbO 2 позитивного
електрода та іонів сірчанокислого залишку S0 4 - зі свинцем Pb негативного електрода, утворюється сірчанокислий свинець PbS0 4 (сульфат свинцю), який перетворюються поверхневі шари активної маси обох електродів. Одночасно при цих реакціях утворюється кілька води, тому концентрація сірчаної кислоти знижується, т. е. щільність електроліту зменшується.

Акумулятор може розряджатися теоретично до повного перетворення активних мас електродів на сірчанокислий свинець та виснаження електроліту. Проте практично розряд припиняють набагато раніше. Сірчанокислий свинець, що утворюється при розряді, являє собою сіль. білого кольору, що погано розчиняється в електроліті і має низьку електропровідність. Тому розряд ведуть не до кінця, а тільки до того моменту, коли сірчанокислий свинець перейде близько 35% активної маси. У цьому випадку сірчанокислий свинець, що утворився, рівномірно розподіляється у вигляді дрібних кристаликів в активній масі, що залишилася, яка зберігає ще достатню електропровідність, щоб забезпечити напругу між електродами 1,7-1,8 В.

Розряджений акумулятор піддають заряду, тобто приєднують до джерела струму з напругою, більшою за напругу акумулятора. При заряді (рис. 160 б) позитивні іони водню переміщуються до негативного електрода 2, а негативні іони сірчанокислого залишку S0 4 - - позитивного електрода 1 і вступають в хімічна взаємодіяз сульфатом свинцю PbS0 4 , що покриває обидва електроди. У процесі електрохімічних реакцій сульфат свинцю PbS0 4 розчиняється і на електродах знову утворюються активні маси: перекис свинцю PbO 2 на позитивному електроді і губчастий свинець Pb - на негативному. Концентрація сірчаної кислоти у своїй зростає, т. е. щільність електроліту збільшується.

Електрохімічні реакції при розряді та заряді акумулятора можуть бути виражені рівнянням

PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4? 2PbSO 4 + 2H 2 O

Читаючи це рівняння зліва направо, отримуємо процес розряду, справа наліво - процес заряду.

Номінальний розрядний струм чисельно дорівнює 0,1С НОМ, максимальний під час запуску дизеля (стартерний режим) - приблизно 3С НОМ, зарядний струм - 0,2С НОМ, де З НОМ - номінальна ємність.

Повністю заряджений акумулятор має е. д. с. близько 2,2 В. Так само приблизно і напруга на його затискачах, так як внутрішній опіракумулятора дуже мало. При розряді напруга акумулятора досить швидко падає до 2, а потім повільно знижується до 1,8-1,7 В (рис. 161), при цьому напрузі розряд припиняють щоб уникнути пошкодження акумулятора. Якщо розряджений акумулятор залишити на деякий час у бездіяльності, то напруга його знову відновлюється до середнього значення 2 В. Це явище має назву «відпочинку» акумулятора. При навантаженні подібного акумулятора, що «відпочив», напруга швидко знижується, тому вимірювання напруги акумулятора без навантаження не дає правильного судженняпро рівень розряду.

При заряді напруга акумулятора швидко піднімається до 2,2, а потім повільно підвищується до 2,3 і, нарешті, знову досить швидко зростає до 2,6-2,7 В. При 2,4 починають виділятися бульбашки газу, що утворюється в результаті розкладання води на водень та кисень. При 2,5 В обидва електроди виділяють сильний струмінь газу, а при 2,6-2,7 В акумулятор починає ніби кипіти, що служить ознакою закінчення заряду. При відключенні акумулятора від джерела зарядного струму напруга швидко знижується до 2,2 В.

Догляд за акумуляторами.Кислотні акумулятори швидко втрачають ємність або навіть приходять у повну непридатність при

неправильної експлуатації. Вони відбувається саморозряд, у результаті вони втрачають свою ємність (приблизно 0,5- 0,7 % на добу). Для компенсації саморозряду непрацюючі акумуляторні батареї необхідно періодично заряджати. При забрудненні електроліту, а також кришок акумуляторів, їх висновків та міжелементних з'єднань відбувається підвищений саморозряд, що швидко виснажує батарею.

Батарея акумулятора повинна бути завжди чистою, а висновки для запобігання окисленню покриті тонким шаром технічного вазеліну. Періодично потрібно перевіряти рівень електроліту та рівень зарядженості акумуляторів. Акумулятори повинні періодично заряджатися. Зберігання незаряджених акумуляторів неприпустиме. При неправильній експлуатації акумуляторів (розряд нижче 1,8-1,7 В, систематичному недозаряді, неправильному проведенні заряду, тривалому зберіганні незарядженого акумулятора, зниженні рівня електроліту, надмірної щільності електроліту) відбувається пошкодження їх пластин, зване сульфатацією. Це явище полягає в переході дрібнокристалічного сульфату свинцю, що покриває пластини при розряді, в нерозчинні крупнокристалічні хімічні сполуки, які при заряді не переходять у перекис свинцю РbO 2 і свинець РЬ. При цьому акумулятор стає непридатним для експлуатації.