Вторинні хімічні джерела постійного струму

До вторинних ХДС відносять ті, що дозволяють багаторазове використання за рахунок повторного заряджання розряджених елементів постійним струмом від зовнішнього джерела. Такі електрохімічні елементи називають акумуляторами, а з’єднання кількох акумуляторів - акумуляторною батареєю. Для збільшення напруги їх з’єднують послідовно, для збільшення струму - паралельно.

При під’єднанні до акумулятора споживача електричної енергії він працює як звичайний гальванічний елемент, в якому відбувається процес перетворення активних речовин в продукти розряджання. При заряджанні в акумуляторі створюють струм протилежного напряму, ніж при розряджанні, при цьому електрична енергія зовнішнього джерела перетворюється в хімічну енергію активних речовин, тобто відбувається процес регенерації продуктів розряджання в активні речовини.

Акумулятори поділяють на кислотні і лужні. В кислотних акумуляторах окислювачем є двоокис свинцю PbO₂, відновлювачем - свинець Pb , електролітом 27...39 % розчин сірчаної кислоти H₂SO₄, тобто

(+) PbO₂|H₂SO₄| Pb (-) .

При розряджанні відбувається реакція

PbO₂+ 2H₂SO₄+Pb = 2PbSO₄ + 2H₂O

і сульфат свинцю PbSO₄ є продуктом розряджання.

При заряджанні протікає зворотна реакція

2PbSO₄ + 2H₂O = PbO₂ + 2H₂SO₄+ Pb.

При повністю зарядженому акумуляторі напруга холостого ходу U_о= 2,5...2,6В

Свинцеві акумулятори мають велику питому потужність ( 100...150 Вт/кг) і сталу напругу при розрядці, а тому їх використовують як стартерні для пуску двигунів внутрішнього згоряння.

Основними недоліками є недостатня питома енергія, участь електроліту в реакції, значне саморозряджання (3...10 % від початкової ємності за місяць), осідання на електродах солей свинцю, що має місце при зменшенні напруги нижче 1,8В (сульфатація електродів), які збільшують внутрішній опір і зменшують строк служби акумуляторів.

Основними параметрами кислотних акумуляторів є ємність Q, яка вимірюється в ампер-годинах; напруга U, B; номінальний (тривалий) І_н і максимальний (короткочасний) І_max струми розряджання. Струм заряджання в амперах І_зприймають не більше . Краще заряджати струмом, величину якого розраховують за формулою

Із = Q /t_з,

де Q - ємність акумулятора; = 0,88 -коефіцієнт віддачі зарядженого акумулятора; t_z - розрахунковий час заряджання (приймають 48 годин). Спочатку 36 годин заряджають розрахунковим струмом І_з, потім 3 години перерви і знову 12 годин заряджають тим же струмом. Такий спосіб заряджання продовжує строк служби. Ще краще заряджати однопівперіодним випрямленим струмом, середнє значення якого за період не більше розрахункового І_зз одночасним розряджанням між півперіодами струмом І_р = (0,1...0,2) І_з.

Промисловість виготовляє широкий асортимент кислотних акумуляторів на напругу 12 В. В скорочених назвах акумуляторних батарей першою цифрою позначають кількість послідовно з’єднаних акумуляторів, букви СТ означають, що це стартерна акумуляторна батарея, друга цифра вказує ємність акумуляторної батареї в ампергодинах.

До лужних відносяться акумулятори, в яких електролітом є розчин гідроксиду калію KOH густиною 1190...1210 кг/м³ з добавкою моногідрату гідроксиду літію LiOHH₂O густиною 20 кг/м³. За матеріалом електродів лужні акумулятори поділяють на нікель-кадмієві, нікель-залізні, срібно-цинкові, срібно-кадмієві та ін. Найбільше відомі і широко використовуються нікель-кадмієві акумулятори.

Процес розряджання і заряджання нікель-кадмієвих акумуляторів відбувається так:

2NiOOH + Cd + 2H₂O + KOH = 2Hi(OH)₂ + Cd(OH)₂ + KOH .

Напруга холостого ходу U_o = 1,3...1,35 В. За номінальну прийнята напруга U_н = 1,15 В.

Оскільки в лужних акумуляторах електроліт не приймає участі в реакції, такі акумулятори мають стабільну напругу при розряджанні, значно більший ресурс - до 1000 циклів заряджання - розряджання.

Особливу групу лужних акумуляторів складають герметичні акумулятори, в яких ємність додатного електрода менша ємності від’ємного, тому кисень, який виділяється в кінці розряджання, витрачається на окислення кадмію і, як наслідок, тиск в акумуляторі не збільшується. Такі акумулятори використовують в побутовій радіоапаратурі, слухових апаратах і в інших пристроях як джерела живлення.

Заряджання лужних акумуляторів здійснюється струмом І_з = на протязі 10...12 годин, оскільки перезаряджання їм не шкодить. Заряджання вважається закінченим, якщо напруга досягла 1,75...1,85B. Якщо при експлуатації акумулятора напруга менша 1,1В, акумулятор слід зарядити.

Недоліком лужних акумуляторів є значний струм,саморозряджання і малий стартерний струм, який за величиною рівний приблизно ємності, тобто I_ст|Q|. Причиною цього є великий внутрішній опір.

В скороченій назві лужних акумуляторів перші цифри вказують кількість ввімкнутих послідовно акумуляторів, наступні дві букви вказують матеріал електродів, наступні дві цифри вказують ємність в ампер-годинах, наприклад, 10НК55К - напруга 12,5 В, нікель-кадмієвий, ємність 55 ампер-годин, К – конструктивно-технологічна особливість.

Більшу енергетичну здатність, значно менший внутрішній опір і більшу напругу одного елемента 3,6 В мають літій-іонні акумулятори.

У них від’ємним можуть бути вугільний або графітовий електроди, а додатнім –діоксид кобальту з іонами літію .

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Первинні хімічні джерела струму	\|	Основні параметри ХДС

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.