Кислотные свинцовые стартерные аккумуляторы
Аккумуляторная батарея состоит из бака, разделенного на ячейки по числу аккумуляторов, в которые помещаются блоки пластин. Число положительных пластин в блоке каждого аккумулятора всегда на единицу меньше, чем отрицательных, что обеспечивает равномерную работу обеих сторон положительных пластин, уменьшает коробление положительных пластин и препятствует выпадению активной массы.
У полностью заряженного аккумулятора активной массой положительной пластины является закись свинца PbO2, а отрицательной пластины – губчатый свинец Pb. При разряде активная масса обеих пластин переходит в сернокислый свинец PdSO4 (сульфат свинца).
Положительные и отрицательные пластины разделены между собой сепараторами, исключающими замыкание пластин между собой. Решетчатая намазная пластина обеспечивает глубокое использование активной массы, хорошее проникновение электролита внутрь пластины и равномерное распределение тока по поверхности пластины.
Решетки отливаются из антикоррозионного сплава, содержащего 92–93% свинца и 7–8% сурьмы, которая увеличивает механическую прочность пластин. В сплав для решеток положительных пластин добавляют 0,1 – 0,2% мышьяка. Присутствие мышьяка и сурьмы уменьшает коррозию решеток положительных пластин и улучшает литейные свойства сплава.
Для снижения интенсивности газообразования решетки электродов для необслуживаемых аккумуляторных батарей изготавливают из свинцово-кальциево-оловянистых или малосурьмянистых (до 2,5 % сурьмы) сплавов. Содержание 0,05-0,9% кальция, 0,5-1% олова, а также добавление 1,5% кадмия обеспечивает повышение напряжения начала газовыделения до 2,45 В и в 15-17 раз снижает потерю воды от электролита. Это позволяет контролировать и корректировать уровень электролита в необслуживаемой батарее не чаще одного раза в год. Отсутствие выделений взрывоопасных смесей водорода и кислорода облегчает задачу утепления и обогрева батарей.
|
|
|
Ячейки решетки заполняются пастой, которая после формирования электрическим током (заряда) превращается в активную массу: двуокись свинца и губчатый свинец. Пористая структура обладает большой активной поверхностью (в сотни раз больше геометрической поверхности).
Пасту для положительных пластин составляют из смеси, основой которой является свинцовый порошок. Для увеличения прочности в активную массу добавляют полипропиленовое волокно. Эта смесь замешивается на водном растворе серной кислоты, затем пасту вмазывают в решетку, прессуют и сушат. Пасту для отрицательных пластин приготовляют также из специальной смеси на основе свинцового порошка на водном растворе серной кислоты. Для предотвращения уплотнения активной массы отрицательных пластин в нее добавляются расширители – до 2%.
|
|
|
Сепараторы изготовляются из пористого эбонита (мипора), полихлорвинила (мипласта), стеклянного волокна.
Применение новых высокопористых синтетических сепараторов, таких как хлорвинил и пластипор, позволяет улучшить элетрические характеристики стартерных аккумуляторов на 20-25%.
Физико-химические процессы в свинцово-кислотном
Аккумуляторе
Химический источник тока создается на основе определенной электрохимической системы, которой называется совокупность реагентов (окислителя и восстановителя) и электролита. Восстановитель электрохимической системы в процессе рабочей реакции (называемой также токообразующей) отдает электроны и окисляется (отрицательный электрод), а окислитель восстанавливается (положительный электрод). Электролитом служит, как правило, жидкостное химическое соединение, обладающее хорошей ионной проводимостью и крайне малой электронной.
Условная запись электрохимической системы: (-) Восстановитель çЭлектролит çОкислитель (+). Таким образом, условная запись рассматриваемой электрохимической системы(-)PbçH2SO4çPbO2 (+).
|
|
|
Физические процессы, происходящие в аккумуляторе, связаны со свойством электролитического растворения металлов, которое заключается в переходе положительно заряженных ионов металла в раствор. Причем легкоокисляющиеся металлы (свинец) обладают этим свойством в большей
степени, чем трудноокисляющиеся. При погружении электрода, на котором образовался свинец, в раствор электролита от свинца начнут отщепляться положительно заряженные ионы свинца и переходить в раствор, при этом
электрод будет заряжаться отрицательно. По мере протекания процесса возрастает разность потенциалов раствора и электрода, следовательно, возрастает и осмотическое давление положительных ионов раствора. Вследствие этого переход ионов свинца в раствор не может продолжаться долго и при какой-то определенной разности потенциалов электрода и раствора наступит равновесие между силой электролитической упругости растворения свинца, с одной стороны, и силами электростатического поля и осмотического давления – с другой. В результате растворение свинца прекратится.
При погружении положительного электрода в раствор серной кислоты происходит то же самое, но результат получается иной. Двуокись свинца положительного электрода в ограниченном количеств переходит в раствор, где при соединении с водой ионизируется на четырехвалентные ионы свинца Pb+4 и одновалентные ионы гидрооксида ОН-. Четырехвалентные ионы свинца, осаждаясь на электроде, создают положительный потенциал относительно раствора.При указанных концентрациях серная кислота диссоциирует в воде практически только нa ионы Н+ и HSO4-. Поэтому реакция на электродах описывается следующими уравнениями:
|
|
|
(+)PbO2+ 3H++ HSO4 + 2e PbSO4 + 2H2 O (при разряде);
(-)Pb +HSO4- PbSO4 + H+ + 2e (при заряде)
Общая токообразующая реакция в аккумуляторе:
PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная кислота, образуется вода, а на обоих электродах – сульфат свинца. При заряде процессы протекают в обратном направлении.
Большое значение для работы электродов имеет их пористая структура, обеспечивающая доступ электролита в глубину электрода. Средний диаметр пор положительного электрода равен 1…. 2 мкм, отрицательного – 10 мкм. В ходе разряда пористость сильно уменьшается, так как удельный объем сульфата свинца больше удельных объемов свинца и двуокиси свинца.
Для свинцово-кислотных аккумуляторов характерно сильное разбавление электролита во время разряда из-за потребления серной кислоты и образования воды. Поэтому измерение плотности или концентрации электролита служит удобным и точным средством определения степени заряженности аккумулятора.
Помимо основных рабочих реакций, в аккумуляторах протекают также и побочные реакции, уменьшающие КПД рабочих процессов и, как правило, отрицательно сказывающихся на работоспособности батареи. Одной из
основных побочных реакций является электролиз воды и связанное с ним газовыделение кислорода и водорода. Выделение газов на электродах происходит главным образом при заряде, а также в процессе разряда и хранения
батареи; при этом выделение кислорода происходит на положительном электроде, а водорода – на отрицательном. Этот процесс определятся разностью между потенциалом электрода и напряжением начала выделения газа (так называемое «перенапряжение газа»). Чем больше «перенапряжение», тем больше интенсивность газовыделения, и наоборот. На величину напряжения начала газовыделения значительное влияние оказывают примеси, содержащиеся в активных материалах, а также их конструкционных материалах электродов. Примеси, понижающие напряжение начала газовыделения, увеличивают его интенсивность, что приводит к быстрому снижению уровня электролита в аккумуляторе из-за «выкипания» и требует частого его долива в процессе эксплуатации.
Дата добавления: 2018-05-31; просмотров: 651; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!