Аккумуляторные батареи
Устройство аккумулятора. Причины выхода аккумулятора из строя

Слово "аккумулятор" произошло от латинского слова accumulo - собирать, накапливать. Аккумулятором называется химический источник тока, который способен накапливать (аккумулировать) в себе электрическую энергию и по мере необходимости отдавать ее во внешнюю цепь. Давно было замечено, что если две заизолированные пластины погрузить в кислотный или щелочной раствор, то на них возникнет разность потенциалов или напряжение. Самый первый прообраз современного аккумулятора представлял собой две пластины – медную и цинковую, погруженные в электролит.

В настоящее время существуе множество разных аккумуляторов, которые отличаются конструкцией и принципом действия. Так, к наиболее популярным устройствам можно отнести:
свинцово-кислотные;
щелочные железо-никелевые;
серебряно-цинковые;
никель-кадмиевые
литий-ионные

Из перечисленных выше наибольшую популярность получили свинцово-кислотные аккумуляторы. На втором месте по популярности — аккумуляторы с никелем и железом внутри. Что касается серебряно-цинковых устройств, то они почти не применяются. Причина — высокая стоимость и небольшой срок службы. Благодаря высокой удельной емкости никель-кадмиевые и литий-ионные аккумуляторы получили широкое применение в портативных устройствах

Устройство свинцово-кислотного аккумулятора

Свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен французским физиком Гастоном Планте в 1859 году. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, покрыв пластины аккумулятора свинцовым суриком. И до сегодняшнего дня, вот уже на протяжении полутора веков данная конструкция не претерпела на практике никаких изменений. Конструкция свинцово-кислотного аккумулятора представляет собой сосуд, заполненный электролитом, в который опушены свинцовые электроды. Электролитом является раствор серной кислоты и дистиллированной волы. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, вторая — из диоксида свинца PbO:. В результате взаимодействия электролита с электродами на них возникает разность потенциалов.

В корпусе аккумулятора устанавливаются пакеты пластин, состоящие из нескольких соединенных параллельно пластин с чередующейся полярностью и называющиеся также гальваническими элементами. Такое строение позволяет увеличить емкость аккумулятора, так как в итоге увеличивается контактирующая поверхность. Увеличение поверхности соприкосновения также приводит и к уменьшению внутреннего сопротивления, что способствует увеличению максимально отдаваемого аккумулятором тока.

Принцип действия аккумулятора

При подключении потребителя в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы серно-кислотного остатка SO., соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbS04, а ионы водорода — с кислородом, выделяясь на положи­тельной пластине в виде воды. В результате электроды покрываются серно-кислым свинцом, а серная кислота разбавляется образующейся водой, т. е. при разрядке аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно определить степень разреженности аккумуляторной батареи.

При прохождении электрического тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с серно-кислым свинцом электродов. Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец. Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца, содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, в результате чего плотность электролита повышается. Когда прекращается восстановление свинца на электродах, процесс зарядки аккумулятора заканчивается. При дальнейшем прохождении электрического тока начинается процесс электролиза (распада) воды, аккумулятор «закипает», образуется взрывоопасная смесь газообразного водорода с кислородом.

Причины выхода аккумулятора из строя

Основной причиной выхода аккумулятора из строя является физика электрохимического процесса заряда и разряда. Получая и отдавая ток, пластины с нанесенным на них активным веществом расширяются и сжимаются. Данный процесс приводит к разрушению структуры пластин. Активное вещество начинает постепенно опадать и скапливается на дне, что приводит к замыканию между собой положительных и отрицательных пластин внутри аккумулятора еще до того, как они полностью оголяются и перестают накапливать заряд. Данная проблема была решена путем оборудовния на дне корпуса аккумулятора дополнительных емкостей, перегороженных ребрами, в которые и должен собираться так называемый шлам. Также, внутри аккумулятора положительные пластины стали помещать в специальные конверт-сепараторы, которые представляют собой пакеты, сделанные из гибкого пористого материала, легко пропускающие электролит и в тоже время удерживающие шлам. Данные усовершенствования конструкции привели к уменьшению размеров аккумуляторов, а также к повышению стойкости к механическим нагрузкам.

Дополнительная информация:
Внутреннее сопротивление аккумулятора, Емкость аккумулятора, WET аккумуляторы, AGM аккумуляторы, EFB аккумуляторы, GEL аккумуляторы

Информация по теме