устройство, разновидности, назначение, принцип работы

Аккумулятор представляет собой устройство, которое накапливает энергию в химической форме при подключении к источнику постоянного тока, а затем отдает ее, преобразуя в электричество. Его используют многократно за счет способности к восстановлению и обратимости химических реакций. Разряжается – снова заряжают. Применяются аккумуляторы в качестве автономных и резервных источников питания для электротехнического оборудования и различных устройств.

Устройство аккумулятора

В автомобилях обычно применяют свинцово-кислотные аккумуляторы. Рассмотрим их устройство.

Все элементы располагаются в корпусе, который изготавливают из полипропилена. Корпус состоит из емкости, разделенной на шесть ячеек, и крышки, оснащенной дренажной системой для стравливания давления и отвода газа. На крышку выводится два полюса (клеммы) – положительный и отрицательный.

Содержимое каждой ячейки представляет собой пакет из 16 свинцовых пластин, полярность которых чередуется. Восемь положительных пластин, объединенных бареткой, являются плюсовым электродом (катодом), восемь отрицательных – минусовым (анодом). Каждый электрод выводится к соответствующей клемме аккумулятора.

Пакеты пластин в ячейках погружены в электролит – раствор серной кислоты и воды плотностью 1,28 г/см3.

Между пластинами электродов, для предотвращения замыкания, вставлены сепараторы – пористые пластины, которые не препятствуют циркуляции электролита и не взаимодействуют с ним.

Отдельная пластина электрода – это решетка из металлического свинца, в которую впрессован (намазан) реагент. Активная масса катода – диоксид свинца (PbO2), анода – губчатый свинец.

Принцип действия аккумуляторов

Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными электролит. При подключении нагрузки (электротехнических устройств) к клеммам аккумулятора в реакцию вступают электролит и активные элементы электродов. Происходит процесс перемещения электронов, который, по сути, и является электротоком.

При разряде аккумулятора (подключении нагрузки) губчатый свинец анода выделяет положительные двухвалентные ионы свинца в электролит. Избыточные электроны перемещаются по внешней замкнутой электрической цепи к катоду, где происходит восстановление четырехвалентных ионов свинца до двухвалентных.

При их соединении с отрицательными ионами серного остатка электролита, образуется сульфат свинца на обоих электродах.

Ионы кислорода от диоксида свинца катода и ионы водорода из электролита соединяются, образуя молекулы воды. Поэтому плотность электролита понижается.

При заряде происходят обратные реакции. Под воздействием внешнего напряжения ионы двухвалентного свинца положительного электрода отдают по два электрона и окисляются в четырехвалентные. Эти электроны движутся к аноду и нейтрализуют ионы двухвалентного свинца, восстанавливая губчатый свинец. На катоде, путем промежуточных реакций, снова образуется двуокись свинца.

Химические реакции в одной ячейке вырабатывают напряжение 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

Из видео Вы сможете более подробно узнать, как работает аккумулятор:

Читайте также, как правильно выбрать аккумулятор по емкости, особенности литий-ионных и никиль-кадмиевых аккмуляторов

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 PbO

2 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 SO

2 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.

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:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O – разряд.
2. 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:

1. Электроды – в виде плоских решеток из свинца, в ячейки запрессован порошок диоксид свинца (PbO₂) на аноде, порошок металлического свинца (Pb) — на катоде.
2. Сепаратор — пористый диэлектрик, разделяет между собой электроды, препятствуя замыканию.
3. 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

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

Разновидности

            По режиму работы кислотные батареи можно разделить на три группы:

1. Циклический — принцип работы происходит по циклу – полный разряд — полный заряд, периодически отключается от источника питания. Считается наиболее жестким режимом, количество циклов стопроцентной разрядки ограничено.
2. Буферный — широко используемый режим, щадящий для АКБ, при нем не допускается полного разряда, характерно постоянное подключение к источнику питания.
3. 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

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

Зарядка и общие рекомендации

1. Зарядку необходимо проводить при температуре 20^оС.
2. Ток заряда не должен превышать 10 % номинального значения емкости АКБ.
3. 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.
4. Не рекомендуется хранить кислотные батареи при температуре выше 30^оС, либо разряженными, предварительно АКБ должны быть полностью заряжены.
5. Хранение зимой лучше организовать на холоде, т. к. процесс саморазряда будет минимален, и на плюсовую клемму необходимо предварительно нанести солидол.
6. Перед использованием, кислотные батареи нужно занести в помещение с температурой 20^оС на 8-10 часов для приведения в рабочее состояние.

 

Batareykaa.ru

Железо-никелевый аккумулятор — Википедия

Желе́зо-ни́келевый аккумуля́тор — это вторичный химический источник тока, в котором железо — анод, электролитом является водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития), катод — гидрат окиси никеля(III).

Активный материал содержится в никелированных стальных трубках или перфорированных карманах. С точки зрения стоимости и удельной энергоемкости, они близки к литий-ионным аккумуляторам, а с точки зрения саморазряда, эффективности и напряжения — к NiMH аккумуляторам. Это достаточно выносливые аккумуляторы, стойкие к грубому обращению (перезаряд, глубокий разряд, короткое замыкание и термические удары) и имеющие очень длинный срок службы.

Их использование стало снижаться с момента остановки производства из-за пожара на заводе/лаборатории Эдисона в 1914 году^{[1]проверить ссылку}, по причине плохих показателей работы батарей при низких температурах, плохого удержания заряда (как у NiMH аккумуляторов) и высокой стоимости производства, сравнимой с лучшими герметизированными свинцово-кислотными аккумуляторами и до 1/2 стоимости NiMH аккумуляторов. Однако в связи с ростом стоимости свинца^[2] в последние годы, цена свинцовых аккумуляторов значительно поднялась, и цены практически сравнялись.^[3]

При сравнении аккумуляторов со свинцово-кислотными следует помнить, что допустимый эксплуатационный разряд свинцово-кислотного аккумулятора значительно меньше, чем теоретическая полная ёмкость, а железоникелевого — очень близок к ней. Поэтому реальная эксплуатационная ёмкость железоникелевого аккумулятора, при равной теоретической полной ёмкости, может быть в несколько раз (в зависимости от режима) больше, чем у свинцово-кислотного.

Способность этих аккумуляторов выносить частые циклы разряд/заряд связана с низкой растворимостью реагентов в электролите. Длительное формирование металлического железа в процессе зарядки обусловлено низкой растворимостью Fe₃O₄. Длительный процесс образования кристаллов железа сохраняет электроды, но также лимитирует скорость работы: данные аккумуляторы заряжаются медленно и так же медленно разряжаются.

Основные факторы ограничивающие долговечность железо-никелевых аккумуляторов — выгорание графита токопроводящей добавки из-за выделения кислорода при разложении воды, коррозия никелированных железных корпусов и ламелей с последующим высыпанием активных масс в шлам, осаждение железа на сепараторах и увеличение саморазряда. Железо-никелевые элементы производства заводов Эдисона в начале 19хх годов имели трубчатую конструкцию положительного окисно-никелевого электрода с токопроводящей добавкой никелевых лепестков вместо графита и улучшенную технологию никелирования железных конструкционных материалов (запекание многослойного никелевого покрытия, полученого из водного раствора никелевой соли, в печах с водородной защитной атмосферой). При этом назначенный срок службы составлял 100 лет и рекомендованный интервал замены электролита — один раз в 5..10 лет. В более дешевых конструкциях железо-никелевых аккумуляторов со сроком службы в начальные десятки лет из-за выгорания графитной токопроводящей добавки в процессе эксплуатации элемента быстрее загрязняется электролит карбонатами и уменьшаются интервалы между заменами электролита (рекомендованный интервал замены электролита в исполнениях никелевых аккумуляторов с графитом — от 100 циклов или 1 раз в год). Также после выгорания существенного количества графита ухудшается отдаваемая емкость и увеличивается эквивалентное внутреннее сопротивление элемента из-за ухудшения контакта активной массы с электродами. Окончательное разрушение аккумулятора и полный выход из строя происходят при сквозной коррозии конструкционных элементов (ламелей и/или стального корпуса) из-за ограниченного качества никелирования дешевых вариантов исполнения аккумулятора.

Никель-железные аккумуляторы долгое время использовались в европейской горной промышленности благодаря их способности выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия. Повторно к ним возрос интерес в солнечных и ветрогенераторах, современном электротранспорте.

Вальдемар Юнгнер[править | править код]

Шведский изобретатель Вальдемар Юнгнер (Waldemar Jungner, в английском произношении — Джангнер) был изобретателем никель-кадмиевого аккумулятора в 1899. Юнгнер экспериментировал с железом в качестве замены кадмию, включая вариант со 100 % железом. Юнгнер обнаружил, что главным преимуществом перед никель-кадмиевой схемой была стоимость, но из-за более низкой эффективности зарядки и более высокого газообразования никель-железная технология была признана неполноценной и заброшена. Юнгнер получил несколько патентов на железную версию его аккумулятора (шведские патенты № 8.558/1897, 10.177/1899, 11.132/1899, 11.487/1899 и германский патент № 110.210/1899).

Томас Эдисон[править | править код]

Железо-никелевый аккумулятор был независимо изобретён Томасом Эдисоном в 1901 и использовался как источник энергии для электромобилей, таких как «Detroit Electric» и «Baker Electric». Эдисон заявлял, что никель-железные батареи будут «гораздо лучше аккумуляторов, использующих свинцовые пластины и кислоту». Работа Юнгнера была практически неизвестна в США вплоть до 40-х годов, когда там было запущено производство никель-кадмиевых аккумуляторов. 50-вольтовая никель-железная батарея была основным источником питания в немецкой ракете «Фау-2» (совместно с двумя 16-вольтовыми аккумуляторами питания 4 гироскопов, в уменьшенной версии использовалась в крылатой ракете «Фау-1»).

• Запасённая энергия/масса: 20-50^[4] Вт·ч/кг
• Запасённая энергия/объем: 350^[5] Вт·ч/л
• Мощность/масса: 100^[4] Вт/кг
• Эффективность: 65%^[6]
• Стоимость: 1,5^[5] — 6,6^[4] Вт·ч/US$
• Саморазряд: 20%^[4][5] — 40 %^[4]/месяц
• Срок службы: 30^[6] — 50 лет^[5][7]
• Количество рабочих циклов: Многократный глубокий разряд на срок службы заметно не влияет.^[5][6]
• Напряжение: 1,2 В^[4]
• Рабочий диапазон температур: от −40 до +46 °C^[8]

Половина реакции на катоде:

2NiOOH+2h3O+2e−⇌2Ni(OH)2+2OH−{\displaystyle {\mathsf {2NiOOH\;+\;2H_{2}O\;+\;2e^{-}\quad \rightleftharpoons \quad 2Ni(OH)_{2}+2OH^{-}}}}

и на аноде:

Fe+2OH−⇌Fe(OH)2+2e−.{\displaystyle {\mathsf {Fe+2OH^{-}\quad \rightleftharpoons \quad Fe(OH)_{2}+2e^{-}}}.}

(При разряде реакция протекает слева направо, при заряде справа налево.) [1]

В связи со значением электрохимического потенциала железа в рабочем щелочном растворе при хранении заряженого аккумулятора происходит выделение водорода и саморазряд железного электрода. Также из-за малого значения перенапряжения выделения водорода на железном электроде при заряде примерно половина прошедшего через аккумулятор электрического заряда тратится на выделение водорода даже при рекомендованых положительных рабочих температурах. Это основной фактор ограничивающий энергетическую эффективность железо-никелевого аккумулятора. При понижении температуры ниже нуля зарядная эффективность железного электрода еще больше ухудшается и примерно при ниже −20 °C аккумулятор перестает заряжаться.

Аккумулятор Эдисона производился с 1903 до 1972 компанией «Edison Battery Storage Company» в East Orange, штат Нью-Джерси. Они были достаточно прибыльными для компании. В 1972 компания была продана корпорации «Exide Battery», которая прекратила производство в 1975.

В настоящее время (2012) железо-никелевые аккумуляторы производятся в США, Китае, Венгрии, России и Украине.

Железо-никелевые аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды, чем никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы.

§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.

советы по подготовке, правила эксплуатации

Электрическая батарея автомобиля представляет собой перезаряжаемый аккумулятор, который обеспечивает электрической энергией двигатель при его запуске и позволяет функционировать всем системам транспортного средства. Работоспособность батареи определяется его выходным напряжением, которое в большей степени зависит от состава электролита для аккумуляторов.

Общая информация

Аккумуляторная батарея получила такое название потому, что она состоит из нескольких ячеек, которые располагаются одна за другой в ряд. Такое устройство является последовательным соединением электрических элементов в цепи, что позволяет увеличить выходное напряжение. Каждая ячейка батареи представляет собой закрытый сосуд, в котором расположены два электрода, погруженные в специальную жидкость — электролит, представляющий собой смесь серной кислоты и дистиллированной воды. Он выступает в качестве среды, обеспечивающей ионный обмен между электродами.

Положительные электроды — пластины, которые состоят из пентоксида свинца, а отрицательные электроды — пластины из активного свинца. Они объединяются и группируются с помощью контактных прослоек горизонтального и вертикального типа. Такая структура обеспечивает равномерное распределение электрического тока. Объединение положительных и отрицательных свинцовых пластин называется элементом. Как правило, отрицательные пластины имеют большую толщину.

Каждый элемент батареи отделяется тонкой прослойкой из пластика. Эта прослойка предотвращает возникновение короткого замыкания между рядом находящимися плюсом и минусом соседних элементов.

Между электродами и электролитом происходят электрохимические реакции, в результате которых поглощаются или выделяются электроны. Такие реакции создают разницу напряжений между электродами элемента.

На внешнюю часть корпуса аккумулятора выводятся две клеммы, с помощью которых он подсоединяется к электрической цепи. Эти клеммы расположены на верху корпуса, однако в некоторых батареях они делаются сбоку. В последнем случае возникает множество проблем, связанных с их расположением, в частности, боковые клеммы облегчают скопление паров электролита внутри батареи, что приводит к быстрому выходу из строя его рабочих элементов.

Клемма аккумулятора является либо положительной, либо отрицательной. Положительная клемма имеет больший размер, поэтому выполнить правильную установку батареи не составит никакого труда даже новичку. Если подсоединить неправильно аккумулятор, то есть перепутать плюс и минус, тогда можно повредить всю электрическую цепь.

Происходящие электрохимические реакции приводят к медленному износу активных элементов батареи, в частности, отрицательные электроды окисляются и становятся толще, а положительные электроды восстанавливаются и утончаются. По этой причине при покупке аккумулятора для автомобиля всегда следует обращать внимание на гарантийный срок службы устройства.

Аккумулятор может работать в ограниченном температурном диапазоне и плохо переносит низкие температуры, поэтому уход за ним состоит в периодических проверках напряжения на его клеммах и его механической целостности. Важно следить за наличием в батареи электролита для кислотных аккумуляторов и составом его.

Концентрация кислоты

Основным компонентом электролита автомобильной аккумуляторной батареи (АКБ) является концентрированная серная кислота. Но на чистой серной кислоте устройство работать не может, поэтому в составе автомобильного электролита также присутствует дистиллированная вода. Государственный стандарт ГОСТ 667–73 регулирует качество серной кислоты, поставляемой для АКБ. Важность соблюдения этого ГОСТа связаны с резким снижением срока службы устройства в случае использования грязной серной кислоты.

Плотность серной кислоты равна 1,84 г/мл, рабочее же значение плотности электролита составляет 1,3 г/мл. Следует знать, что при приготовлении электролита выделяется большое количество теплоты, поэтому не нужно забывать правило, что следует всегда лить кислоту в воду, и ни в коем случае наоборот.

Электролит, плотность которого лежит в пределе 1,07 — 1,30 г/мл, считается пригодным для работы. Этому пределу плотности соответствует концентрация h3SO4 27−40%.

Правила эксплуатации

Свойства электролита достаточно чувствительны к смене температурного режима окружающей среды, поэтому в зонах с умеренным климатом рекомендуется проверять его состояние два раза в год: в конце осени и в конце весны.

Измерение плотности

Плотность является важной характеристикой кислотного электролита, состав которого определяет ее величину. Прибор, которым измеряется плотность электролита, называется ареометром, который можно купить в любом автомагазине. При его использовании следует учитывать температуру окружающей среды и связанный с ней поправочный коэффициент.

Следующая таблица демонстрирует поправочные коэффициенты к полученным показаниям ареометра в зависимости от температуры (градусы Цельсия):

• от -40 до -26: -0,04;
• от -25 до -11: -0,03;
• от -10 до +4: -0,02;
• от +5 до +19: -0,01;
• от +20 до +30: 0,00;
• от +31 до +45: +0,01.

Помимо ареометра, для записи измеренных результатов рекомендуется заранее приготовить чистый лист бумаги и карандаш. Проверку необходимо проводить в каждом элементе батареи отдельно. Следующие шаги объясняют порядок действий:

1. Первым делом следует открыть каждую емкость в батарее, плотность электролита в которой должна быть измерена.
2. Предназначенную для измерения часть ареометра нужно поместить в электролит.
3. Грушей прибора следует забрать некоторую порцию электролита так, чтобы поплавок ареометра начал плавать.
4. В месте соприкосновения специального стержня и жидкости следует смотреть настоящие показания измеряемой величины.
5. Полученный результат записать, а затем провести аналогичные действия для оставшихся емкостей батареи.

Плотность является физической величиной, размерность которой определяется как г/см3. В случае электролита после проведенных измерений следует удостовериться, что ее колебания во всех элементах АКБ не превышают 0,2−0,3 г/см3. Если средняя величина плотности по всем емкостям АКБ лежит ниже установленного значения в паспорте, тогда необходимо зарядить аккумулятор.

При уходе за аккумулятором и контроле плотности электролита необходимо иметь в виду температурный режим. Так, в холодное время года следует поддерживать более высокие значения этой величины (1,30 г/см3), так как она обеспечивает более низкую температуру замерзания жидкости. Например, если значение плотности лежит ниже 1,1 г/см3, то в электролите могут появляться кристаллики льда уже при температуре -6 °C. Летом же лучше снижать плотность заряженной батареи до уровня 1,23 г/см3, поскольку чем она ниже, тем дольше прослужит устройство.

Зимой при низких температурах воздуха рекомендуется снимать аккумулятор с автомобиля и заносить его в помещение, в котором следует проводить все контролирующие замеры электролитических параметров. Кроме того, для эксплуатации электроприбора в северных районах страны следует приобрести специальный контейнер-рубашку, который позволяет сохранять тепло корпуса АКБ.

Уровень жидкости

Еще одной ключевой характеристикой аккумуляторной батареи, за которой необходимо следить регулярно, является уровень электролита в каждом элементе. Согласно общим рекомендациям, он не должен быть ниже 1−1,5 см верхнего края пластин.

Перед измерением уровня электролита в каждой секции батареи следует поставить электроприбор на горизонтальную поверхность. После этого рекомендуется взять стеклянную трубку длиной 25−30 см и диаметром 5−6 мм, опустить ее на дно измеряемой банки, закрыть свободный конец трубочки большим пальцем, чтобы предотвратить спад жидкости в ней при вытягивании из банки, а затем вытянуть ее из электролита и любой линейкой измерить уровень.

Эту операцию можно провести с помощью обычного листа бумаги, который следует свернуть в трубочку и опустить на дно измеряемой емкости. При последующем измерении линейкой мокрого отпечатка на листе следует учесть величину погрешности, возникающую из-за капиллярного эффекта.

Если при измерениях обнаружен недостаток жидкости в какой-либо емкости батареи, тогда следует в нее добавить нужное количество дистиллированной воды.

Делать это следует осторожно, небольшими порциями, поскольку вода, попадая в кислоту, вызывает большое выделение теплоты и вскипание. Добавлять следует именно воду, а не электролит, в противном случае можно серьезно повредить электроприбор.

Подготовка электролита и батареи

Если старый аккумулятор вышел из строя и пришло время купить новый, то можно поступить двумя способами: во-первых, можно купить уже готовый залитый в АКБ электролит, во-вторых, можно приобрести сухозаправленную батарею и самостоятельно выполнить ее заливку. Первый способ рекомендуется для новичков, ко второму же методу следует прибегать, если прибор будет эксплуатироваться в каких-либо экстремальных условиях.

При подготовке раствора самостоятельно необходимо следующее:

1. Канистра с дистиллятом, которая продается в каждом автомагазине, приобрести эту воду можно и в аптеке.
2. Серная кислота h3SO4. Рекомендуется приобретать ее в разбавленном виде, то есть с плотностью 1,40 г/см3. Реже используется концентрированная кислота с плотностью 1,84 г/см3.
3. Градуированная емкость, которую можно использовать, чтобы отмерять нужные порции жидкости.
4. При приготовлении электролита его нужно будет мешать, поэтому следует запастись трубкой из химически инертного материала, например, из стекла или керамики.
5. Резиновые перчатки, прозрачные очки, защитный фартук, старая одежда — основные средства индивидуальной защиты.

Во время приготовления раствора следует соблюдать элементарные правила химической безопасности, которые заключаются в добавлении воды в электролит не большими порциями, что может привести к вскипанию и разбрызгиванию во все стороны жидкости, а тонкой струей. При этом трубкой рекомендуется плавно перемешивать раствор.

Аккумуляторный электролит нужного состава готовится согласно инструкции на упаковке путем смешивания кислоты и дистиллята. В ряде случаев их объемы смешиваются в равных количествах. После завершения процедуры надо будет замерить плотность ареометром.

В различных моделях автомобилей используют АКБ разного объема, вариации которого составляют от 2,6 до 3,7 л. В любом случае электролит можно приготовить с запасом, а оставшийся раствор необходимо нейтрализовать, бросив в него несколько ложек пищевой соды.

Как только рабочий раствор подготовлен, его нужно залить во все емкости батареи. Использовать для этого нужно либо стеклянную воронку, либо стеклянную кружку с удобным носиком. Процесс заполнения банок прибора следует проводить аккуратно и не спеша.

Заполнение производят до уровня, когда свинцовые пластины поднимаются над поверхностью электролита на 1−1,5 см. Затем прибор оставляют на 3−4 часа, при этом плотность раствора может незначительно уменьшиться.

Через несколько часов после заправки АКБ заряжают. Выполняется это так: на корпусе батареи проверяется значение емкости в Ампер-часах, это число делится на 10, и полученную величину уже используют для установления тока зарядки. Например, если емкость батареи составляет 80 А*ч, тогда ток для ее зарядки равен 8 А. Заряжать следует в течение 4 часов, после чего замеряются значения плотности и уровня электролита, и если они соответствуют рабочим величинам, тогда аккумуляторная батарея готова к использованию.

области применения, срок службы АКБ и подробная характеристика

Очень популярный вид энергетического накопителя — щелочные аккумуляторы — это объясняется их многофункциональностью. В качестве электролита используется едкий натрий или калий. Перед тем как покупать подобное оборудование, потребуется ознакомиться со всеми положительными и отрицательными сторонами, а также особенностями аппарата.

Конструктивные особенности

Аккумулятор состоит из гидроокиси никеля, а также некоторых иных элементов. Из-за того, что в составе имеется графит, это оказывает положительное влияние на электрическую проводимость. Различные примеси осуществляют нормальную работоспособность и стабильность аппарата.

Чтобы подготовить отрицательный элемент, используют металлический сплав кадмия, никеля и определённого порошка. В каждом случае АКБ будет иметь свои особенности. Электролит включает в себя моногидрат лития. Благодаря этому элементу обеспечивается долгая деятельность агрегата.

В состав батареи входят следующие компоненты:

1. Изоляционный слой, изготовленный из качественного сырья.
2. Прокладка из пластика, которая дополняется специальным клапаном.
3. Корпус.
4. Выводы и контакты.

Это все основные элементы щелочного аккумулятора. Все компоненты выполнены из надёжных материалов, а потому проблем с работой не возникает.

Химические процессы

Принцип работы очень простой. Когда происходит полная разрядка, гидроокись никеля начинает взаимодействовать с щелочным раствором. В результате образовывается гидрат закиси никеля. На выводе с минусом будет происходить очень похожий процесс. Начинают формироваться определённые элементы.

Когда идёт процесс зарядки, проходит обратная реакция. В результате получится гидроокись никеля, которая восстанавливает минусовый электрод.

От кислотных агрегатов щелочный отличается тем, что субстанция, выработанная в ходе химической реакции, не будет растворяться. Она также не в состоянии реагировать с похожими компонентами. Если говорить проще — принцип действия источника питания зависит от определённых канонов.

Этот источник питания необходимо полностью заряжать. Если произойдёт неполный заряд батареи, то период использования сильно сократится. Но при этом нельзя перезаряжать устройство, поскольку это приведёт к сильному перегреву. В результате электроды просто разрушатся.

Замена электролита

Замену электролита необходимо производить через 100 и 150 циклов. До смены потребуется полностью разрядить АКБ и проследить, чтобы номинальный ток составлял до 1 В.

Электролит нужно предельно тщательно удалять из батареи. Чтобы осадок не остался, необходимо встряхнуть аккумулятор во время чистки.

После того, как электролит будет вылит, нужно хорошо промыть агрегат дистиллированной водой. А также можно применять раствор из щёлочи.

Когда процесс очистки завершится, можно сразу же залить новый электролит. После его потребуется оставить в залитом состоянии примерно на 3 часа. Только тогда можно проверить плотность нового вещества.

Следует знать, что электроды и пластины не должны находиться в сухом состоянии. Если пренебрегать этим правилом, то внутри появится коррозия.

Преимущества и недостатки

Перед покупкой следует изучить все плюсы и минусы аппарата. Это убережёт человека от неправильной покупки в том случае, если минусы перевесят положительные стороны для него.

Начать лучше с преимуществ:

1. Если производить своевременное техническое обслуживание и правильно использовать аккумулятор, тогда срок службы щелочных аккумуляторов можно сильно увеличить.
2. Аппарат нормально реагирует на глубокий разряд.
3. Работоспособность будет сохраняться даже в условиях отрицательных температур.
4. Минимальная величина саморазряда. Но необходимо подобрать правильное зарядное устройство.
5. Вес устройства — небольшой.

К положительным качествам также относится то, что при отрицательных температурах показатель ёмкости снизится минимально. Кислотные агрегаты отличаются от щелочных тем, что первые будут терять свою ёмкость. Несмотря на много положительных сторон, имеются и отрицательные:

1. У аппарата есть эффект памяти. В результате это может спровоцировать снижение ёмкости. Именно поэтому следует полностью заряжать аккумулятор и не допускать недозарядку.
2. Рабочие напряжения элементов будут отличаться друг от друга. Именно поэтому необходимо применять эффективно агрегат для зарядки.
3. Не слишком большой КПД.
4. Электролит желательно не заменять самостоятельно, а доверить эту операцию специалисту.

Это были основные достоинства и недостатки щелочного аппарата. В большинстве случаев плюсы перевешивают минусы.

Отрасли использования

Щелочные агрегаты применяются в разных сферах. Щелочные аккумуляторы применяются в:

1. Системах энергосбережения.
2. Различных технических и электрических устройствах.
3. Пассажирских вагонах.
4. Электроинструменте.
5. Портативных техсредствах.

В разных сферах применяют различные модели щелочных аккумуляторов. А также АКБ часто используют на автотранспортных средствах, специальной технике и различных погрузчиках. Для простых легковых автомобилей этот агрегат используется редко.

Правила эксплуатации

Чтобы АКБ прослужил долго, необходимо использовать определённые правила. Для правильной эксплуатации существует конкретный ряд действий:

1. Перед запуском в работу необходимо увеличить ёмкость до определённого значения. С этой целью используют 1 тренировку.
2. Корпус желательно часто очищать от грязи, соли и пыли.
3. Чтобы удалить коррозию, используют ветошь, которая смачивается в керосине.
4. Если используется соединение нескольких батарей, необходимо, чтобы соединение было очень плотным.
5. Уровень электролита желательно часто проверять. Он должен быть в пределах 4−12 мм.

Если аккумулятор долго не используется, необходимо его периодически подзаряжать в нормальном режиме. Сила тока будет регулироваться от внешнего источника.

Разряд и заряд

Чтобы правильно зарядить аккумулятор из щёлочи, необходимо использовать постоянный ток. Автомобилисты обычно используют автоматическое зарядное устройство. Чтобы правильно зарядить батарею, необходимо учитывать некоторые режимы:

1. Стандартный — 7 часов.
2. Ускоренный — 3 часа.
3. Усиленный — 12 часов.

Усиленный режим допускается, если аккумуляторная батарея заряжается в первый раз, используется нерегулярно, или только что произошла перезарядка электролита. А также такой режим используют после того, как АКБ была полностью разряжена.

При малом токе аккумулятор заряжаться будет очень плохо. Ток не рекомендуется понижать на 40 или 50%. Если батарея частично или полностью разряжена, то ни в коем случае нельзя допускать перегрева. Электролит начинает закипать при 35 градусах. Иные части — при 45 градусах. Когда достигается критическая температура, необходимо сразу же отключить источник питания от сети. Продолжить зарядку можно, когда температура станет оптимальной.

Аккумулятор на 12 вольт запрещено заряжать при отрицательных температурах на улице. Если нет иного варианта, то батарею потребуется дополнительно утеплить. Обычно для этого используют брезент — обматывают им батарею.

Если используется последовательное подключение нескольких батарей, то их необходимо держать на определённом расстоянии друг от друга. Таким образом обеспечивается сохранение корпуса устройства. Если поставить их слишком близко, то они начнут вздуваться. Чтобы разделить источники питания, обычно используют виниловые пластины и обычную резину.

Чтобы правильно произвести разрядку аккумуляторной батареи, нужно делать это до определённых значений:

1. Если разряд длится 5 часов, напряжение не должно превышать 1 Вольт.
2. Три часа — 0,8 Вольт.
3. 1 час — 0,5 Вольт.

Чтобы отследить уровень напряжения, можно использовать тестировочный аппарат. Контрольные испытания делают после полной замены электролита. Перед этим нужно использовать несколько проверочных циклов. После полной зарядки напряжение составляет 1,1 Вольт. Когда проводится контрольный цикл, необходимо произвести замеры напряжения при разряженном устройстве.

Сокращение периода эксплуатации

Чтобы продлить срок эксплуатации АКБ, надо придерживаться основных правил. Они довольно простые, но эффективно позволяют справиться с поставленной задачей:

1. Нельзя допускать постоянной недозарядки батареи.
2. До критического значения опускать показания напряжения не следует.
3. Вещество внутри АКБ должно покрывать пластины. Плотность электролита необходимо менять, когда наблюдается повышение температуры.

Правила — простые. Их легко соблюдать, чтобы продлить срок эксплуатации.

Нюансы маркировки

В маркировку аккумуляторной батареи входят цифры и буквы. Легко узнать отрасли использования, если смотреть на буквы:

1. Т обозначает агрегат для тяговых моделей.
2. ТП — тепловозные аккумуляторы.
3. В — вагонный.

Также в маркировку могут включаться и другие буквы. О них также необходимо знать, чтобы производить правильно расшифровку:

1. НЖ — никелево-железный агрегат.
2. К — присутствие блока, предназначавшегося для нескольких электродов.
3. Ш — эксплуатация в рудниках.
4. П обозначает, что корпус изготовлен из пластичного материала.
5. М — модернизированный вариант.
6. У означает, что агрегат можно использовать в умеренном климате.
7. Т — тропический климат.

Щелочные батареи — многофункциональные. Они могут включать в себя различные сочетания. Самыми распространёнными моделями являются на 12 В.

Правила хранения

Устройства бывают длительного или временного хранения. Когда приобретается новая АКБ, обязательно надо проверить пробки — их прилегание.

Очень большое внимание необходимо уделить проверке вентильной резины. От её состояния будет зависеть работа всей батареи. Чтобы лакокрасочный состав не слезал, надо корпус обрабатывать смазкой.

Для правильного хранения потребуется выполнять ряд действий:

1. Произвести разрядку до 1 вольта.
2. Вылить весь электролит.
3. Удалить пыль, грязь и соль.
4. Обновить лаковое покрытие.

Если аккумулятор будет находиться в состоянии покоя 1−10 месяцев, необходимо периодически проверять его работоспособность. Все пробки должны быть плотно прижатыми к устройству. Транспортировку можно производить только в том случае, если батарея подготовлена к длительному хранению. С другими источниками питания нежелательно хранить щелочные АКБ.

Особенности выбора

Чтобы правильно подобрать щелочную аккумуляторную батарею, надо особое внимание уделять ключевым параметрам. Они крайне важны для правильной покупки:

1. В первую очередь смотрим на производство. Всегда нужно изучить дату изготовления. Если АКБ была произведена больше полугода назад, тогда приобретать её не стоит. Такие устройства будут разряжаться — эффект памяти это зафиксирует.
2. Показатель ёмкости. Срок применения зависит от ёмкости. Многие приобретают АКБ с большой ёмкостью. В таком случае генератор не сможет справиться со своей задачей. Но и меньше ёмкость приобретать не стоит. Много зарядов способствуют поломке всего агрегата. Чтобы подобрать правильную ёмкость, необходимо изучить определённые характеристики, указанные в технической эксплуатации.
3. Полярность устройства. АКБ могут различаться по степени полярности. Когда идёт выбор агрегата, потребуется сосредоточиться на расположении полярности электродов.
4. Стоимость батареи. Цена АКБ зависит от элементов, которые входят в состав, изготовителя, ёмкости, мощности. Чем лучше показатели, тем выше цена.

Щелочный агрегат отличается прочностью и надёжностью. Очень выгодно приобретать такие средства для тяговой техники или габаритных автотранспортных средств. Необходимо только правильно выбрать модель, изучив предварительно все характеристики.

Это была краткая характеристика и применение щелочных аккумуляторов. Сведения пригодятся для верной эксплуатации и правильной покупки.