Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Автоэлектрика » Свинцово-кислотный аккумулятор - устройство и принцип работы, разновидности
Количество просмотров: 13746
Комментарии к статье: 7


Свинцово-кислотный аккумулятор - устройство и принцип работы, разновидности


Свинцово-кислотные аккумуляторы наиболее часто использовались в различных системах хранения энергии более века, и в этой роли они не имели себе равных до рубежа XX и XXI веков, когда стали доступны литий-ионные батареи

В основе устройства и функционирования классического свинцово-кислотного аккумулятора лежат обратимые электрохимические реакции свинца и диоксида свинца с водным раствором серной кислоты: когда аккумулятор разряжается на нагрузку, оксид свинца на катоде и свинец на аноде, взаимодействуя с анионами серной кислоты, превращаются в сульфат свинца (диоксид свинца на катоде восстанавливается, свинец на аноде окисляется).

Мощный аккумулятор для погрузчиков

Когда аккумулятор заряжается — сульфат свинца на пластинах распадается на ионы, на катоде образуется оксид свинца, а на аноде — снова металлический свинец. При этом концентрация раствора серной кислоты увеличивается, поскольку ионы серной кислоты воссоединяясь с водородом снова образуют серную кислоту. Таким образом реализуется возможность снова и снова использовать один и тот же аккумулятор, просто время от времени перезаряжая его.

Химические процессы в аккумуляторе

В процессе разрядки аккумулятора концентрация серной кислоты снижается - плотность электролита падает. А когда по окончании зарядки количество сульфата свинца на электродах практически исчерпывается, начинает брать верх процесс электролиза воды. Данное явление можно наблюдать в виде обилия пузырьков кислорода и водорода, что является признаком перезаряда свинцово-кислотного аккумулятора, и многие автолюбители знают о нем не понаслышке.

Лучше такого явления не допускать, ибо при этом, во-первых, необратимо расходуется вода, а во-вторых, возникает угроза взрыва. Поэтому все нормальные зарядные устройства понижают ток заряда по достижении определенного напряжения на клеммах заряжаемого аккумулятора. Что же касается потерь воды, то их традиционно восполняют доливкой в аккумулятор дистиллированной воды.

Схема работы аккумулятора

Фактически внутри корпуса свинцово-кислотного аккумулятора на 12 вольт располагается батарея из шести последовательно соединенных друг с другом элементов — ячеек. Одна ячейка (максимальное напряжение одной такой ячейки составляет 2,17 вольт) состоит из двух электродов и разделительных пластин — сепараторов, химически не взаимодействующих с электролитом, но препятствующих контакту между электродами.

Электроды представляют собой решетки чистого свинца, причем в анодную решетку впрессован порошок диоксида свинца, а в катодную — порошок свинца. Порошки используются здесь для того, чтобы максимально увеличить площадь взаимодействия электродов с электролитом, и тем самым получить возможно большую электроемкость аккумулятора, поскольку электроды погружены в электролит. Батареи из 3, 6 или 12 ячеек дают 6, 12 и 24 вольта на клеммах аккумулятора соответственно.

Стартерная батарея автомобиля (с жидким электролитом)

Стартерная батарея автомобиля

Классические автомобильные аккумуляторы — аккумуляторы кислотные, с жидким электролитом, на номинальное напряжение 12 вольт. В крышке такого аккумулятора имеется 6 отверстий с пробками для удобства обслуживания — можно проверить плотность электролита при помощи ареометра, если нужно — долить дистиллированной воды. Диапазон емкостей — от 35 до 230 А*ч, обеспечивают пусковые токи от 330 до 1500 А.

Задача такого аккумулятора — провернуть стартер в момент запуска автомобиля, а также питать бортовую сеть (фары, приборы, бортовые потребители через прикуриватель и т. д.) Аккумуляторы данного формата на жидком электролите постепенно уходят в прошлое, уступая место более современным аккумуляторам с загущенным электролитом.

Гелевые аккумуляторы (GEL) для ИБП, охранных систем и т. д.

Гелевый аккумулятор для ИБП

В бытовых источниках бесперебойного питания (ИБП, UPS) (смотрите - Как устроены и работают ИБП), в цепях питания систем охранных сигнализаций и других подобных применениях, служат герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы с загущенным электролитом — гелевые аккумуляторы.

Жидкий кислотный электролит здесь загущен до пастообразной консистенции водным щелочным раствором силикатов натрия (Na2Si2O4). Аккумуляторы данного типа не требуют обслуживания и доливки дистиллированной воды. Выпускаются гелевые аккумуляторы на емкости от 1 до 100 А*ч.

Технология AGM

Более совершенная версия гелевого аккумулятора — необслуживаемый свинцово-кислотный аккумулятор с пористыми сепараторами из стеклоткани (Absorbent Glass Mat), допускающий более жесткие режимы заряда и эксплуатации. Отличительная особенность технологии AGM заключается в использовании пропитанного жидким электролитом пористого заполнителя отсеков корпуса из стекловолокна.

Микропоры такого материала заполнены электролитом не полностью, и свободный от электролита объем используется здесь для рекомбинации газов. Аккумулятор, произведённый по технологии AGM, имеет ряд преимуществ: устойчивость к вибрации, нормальная работоспособность в любом положении (главное - не располагать вверх дном, так как сверху находятся аварийные клапаны).

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Автоэлектрика

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Как рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора
  • Признаки неисправности стартерной аккумуляторной батареи
  • Что такое саморазряд аккумулятора
  • Про гелевые аккумуляторы и их правильное использование
  • Устройство и принцип работы аккумулятора
  • Популярные типы аккумуляторных батарей
  • Проточные аккумуляторы - устройство, принцип работы, перспективы использова ...
  • Литий-полимерные аккумуляторы
  • Что такое емкость аккумулятора и от чего она зависит
  • Источники электропитания
  • Категория: Автоэлектрика

    Аккумулирование энергии, Зарядка аккумулятора, Аккумуляторные батареи, Бесперебойное питание, Емкость, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Яков |

    В основном свинцово–кислотные аккумуляторы используются в качестве автомобильных аккумуляторных батарей. Также применяются в резервном питании, цепи сигнала и регулирования. Электролит таких батарей имеет отрицательный температурный коэффициент, поэтому перепад температуры приводит к увеличению сопротивления и уменьшению тока. Из-за этого все испытывают проблему с запуском транспортных средств в очень холодную погоду. 

      Комментарии:

    #2 написал: Дмитрий Коновалов |

    Хотя существует много типов свинцово-кислотных аккумуляторов (гелевые, AGM, усовершенствованные свинцово-кислотные), все они используют одну и ту же пару химических реакций заряда/разряда, как описано в статье. Во время разряда свинец в отрицательной пластине окисляется от свободного до степени окисления +2, образуя сульфат свинца, в то время как свинец в положительной пластине восстанавливается от степени окисления +4 до +2, переходя с диоксида свинца на сульфат свинца. Во время разряда расходуется содержащаяся в электролите серная кислота. Хотя это не является прямым результатом вышеуказанных реакций, перенос заряда внутри элемента (внутренний перенос заряда) осуществляется за счет переноса ионов водорода в электролите. Реакция перезаряда в свинцово-кислотных аккумуляторах - это электролиз воды в электролите. Это приводит к (незначительной) потере воды и ускоренной коррозии положительной пластины из-за высокой концентрации кислорода в элементе. Потери воды могут быть компенсированы путем периодического добавления деминерализованной воды в аккумуляторы для влажных аккумуляторов или, в аккумуляторах с закрытыми клапанами, посредством цикла рекомбинации кислорода. В случае дисбаланса в состоянии заряда в цепочке батарей ее можно исправить, подключив удлиненный заряд к цепочке. В элементах с высоким зарядом будет происходить реакция перезарядки, и недостаточно заряженные элементы будут перезаряжаться. 

      Комментарии:

    #3 написал: Алекс |

    Кислотный аккумулятор хоть и является одним из самых доступных, но очень капризный в эксплуатации. Перезаряд приводит к выкипанию электролита. Постоянный недозаряд приводит к сульфатации пластин. Другие типы аккумуляторов как правило к этим факторам не критичны. 

      Комментарии:

    #4 написал: Фархат Ахмедзиянов |

    Свинцово-кислотный аккумулятор — вторичный электрохимический элемент (аккумуляторная батарея) со свинцовыми электродами, электролитом которых является серная кислота. Основным преимуществом свинцово-кислотных аккумуляторов является способность обеспечивать высокие импульсные токи, что предпочтительно используется, например, в электросетях. при запуске автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Еще одним преимуществом является простая, надежная конструкция и низкая цена. Свинцово-кислотный аккумулятор был открыт французским физиком Гастоном Планте в 1859 году. Свинцово-кислотный аккумулятор является вторичным электрохимическим элементом, так как после погружения свинцовых электродов в электролит с серной кислотой электроды пассивируются - покрываются слоем сульфата свинца (PbSO4). В этом состоянии батарея не может подавать электричество, поэтому она не является первичным гальваническим элементом. Как только мы подаем напряжение на электроды, на них происходят химические реакции, которые создают разную поверхность анода и катода, что вторично создает вторичный электрохимический элемент и батарея может подавать электричество. При разрядке активное вещество отрицательного и положительного электродов превращается в сульфат свинца (PbSO4), а электролит обедняется серной кислотой и обогащается водой. Таким образом, при разряде концентрация электролита уменьшается, а при заряде, наоборот, увеличивается.

      Комментарии:

    #5 написал: Даниил |

    Номинальным током разряда кислотных аккумуляторов считается величина, численно равная 10% емкости. Например, для аккумулятора емкостью 60 А-ч номинальным током будет ток 6 А. Наиболее частой причиной выхода кислотных аккумуляторов из строя при неправильной эксплуатации является сульфитация пластин. Сущность ее заключается в том, что сульфат свинца из мелкозернистого состояния переходит в крупнозернистое. Крупные кристаллы почти не растворяются, покрывают поверхность пластины, изолируя ее от электролита. Главные причины сульфатации: систематический недозаряд, длительное хранение в разряженном состоянии, глубокий разряд.

      Комментарии:

    #6 написал: Олег |

    Автомобильная батарея является важным компонентом более чем 1 миллиарда дорожных транспортных средств, используемых в настоящее время, хотя она не участвует напрямую в движении транспортных средств. Это доминирующее применение технологии свинцово-кислотных аккумуляторов во всем мире. Технические требования гораздо более разнообразны, чем для других применений, включая высокоскоростной разряд при очень низких температурах для запуска двигателя, демпфирование напряжения системы, как в сглаживающем конденсаторе, а также неопределенный подзаряд и циклический режим с различной скоростью при низких и высоких температурах в сочетании с длительными периодами отключения, когда автомобиль не используется. Буфер бортовой электроэнергии перекрывает питание электроприборов в периоды недостаточной выработки энергии генератором и сохраняет энергию, когда выработка избытка. Хотя количество и типы электрических компонентов увеличиваются, свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор контролируется и управляется для интеграции в стратегии обеспечения комфорта, безопасности, экономичности и экологии транспортного средства, например, с рекуперацией энергии торможения и остановкой (запуском).

      Комментарии:

    #7 написал: Алина |

    Свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1860 - х годах Раймондом Гастоном Планте и был первым электрическим аккумулятором или перезаряжаемой батареей, и до сих пор является одним из наиболее часто используемых типов аккумуляторов, поскольку он обеспечивает высокую мощность по доступной цене. Положительный электрод состоит из диоксида свинца, а отрицательный — из свинца. Электролит — сильная кислота, обычно серная кислота. В первых свинцово-кислотных батареях использовался открытый стеклянный контейнер, но в современных батареях используется герметичный или вентилируемый контейнер. Каждая ячейка имеет номинальное напряжение от 1,9 до 2,1 В. При циклической зарядке обычно используется напряжение от 2,4 В до 2,5 В на элемент, в то время как в резервных приложениях, таких как ИБП и системы сигнализации, используется напряжение 2,25 В на элемент. Свинцово-кислотный аккумулятор прост и дешев в изготовлении, но из-за свинца имеет большой вес и может представлять опасность для окружающей среды. Аккумулятор также может выделять водород при перезарядке (что создает опасность взрыва), поэтому хорошая вентиляция важно, когда используется негерметичная батарея. Чаще всего свинцово-кислотный аккумулятор используется в автомобилях, лодках и источниках аварийного питания.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.