 |
Основы теории процессов, происходящие в свинцово- кислотном аккумуляторе.
|
|
|
|
1. Запись процесса электрохимической реакции на положительной пластине первичном заряде. В современных свинцово-кислотных аккумуляторах применяются пастированные электроды. Они могут быть решетчатыми и панцирными. Панцирные электроды применяются в GEL аккумуляторах типа OPzV в качестве положительных пластин, а в остальных типах для положительных электродов применяются решетчатые пластины. Применение различных типов положительных пластин отражается на электрических характеристиках аккумуляторов. В первую очередь это связано с внутренним сопротивлением аккумулятора. Положительные панцирные пластины состоят из штырей, которые помещаются внутри перфорированных трубок, заполненных активированной массой. Активным веществом пластин является свинец.
2 Запись процесса на отрицательной пластине. На отрицательной пластине (на восстановителе) имеет место электролитическое растворение свинца, при котором губчатый свинец окисляется до четырехвалентного иона. В растворении участвует серная кислота. Свинец расщепляется на положительные ионы, которые выпадают в раствор электролита и заряжают его положительно. Образовавшиеся свободные электроны остаются на поверхности свинцовых пластин, которые таким образом приобретают отрицательный заряд.
3 Запись реакции на положительной пластине при заряде от внешнего источника постоянного тока. На положительной пластине при избытке воды двухвалентный ион свинца отдает два электрона во внешнюю цепь (зарядному устройству) и доокисляется до четырехвалентного иона, который вступает в реакцию с водой и соединяется с двумя ионами атомарного кислорода, за счет чего восстанавливается активная масса положительной пластины. Здесь так же образуется серная кислота в электролите и два иона водорода.
|
|
|
4. Запись реакции на отрицательной пластине при заряде от внешнего источника постоянного тока. На отрицательной пластине РЬ обратное электрохимическое преобразование при заряде аккумулятора протекает по следующей закономерности, что вначале приводит к разложению сульфата свинца на ионы. Далее на отрицательной пластине двухвалентный свинец нейтрализуется поступившими от зарядного устройства электронами и происходит восстановление губчатого свинца Одновременно образуется серная кислота и отрицательный ион кислорода.
5. Дополнительные реакции, происходящие в свинцово- кислотном аккумуляторе. Для улучшения эксплуатационных характеристик свинцово-кислотного аккумулятора предложены различные добавки в электролит или электроды аккумулятора. Увеличив плотность электролита можно повысить емкость аккумулятора, но при этом ресурс аккумулятора резко снижается.
6. Отличительные особенности процесса заряда пластин, происходящего в необслуживаемых аккумуляторных батареях. В настоящее время выпускают так называемые необслуживаемые аккумуляторные батареи, которые отличаются от обычных меньшим содержанием сурьмы (1,5- 2,0%) в решетках электродов. Наличие сурьмы в решетках положительных электродов приводит в процессе эксплуатации батареи к переносу части сурьмы на поверхность активной массы отрицательных электродов и в электролит, что сказывается на повышении потенциала отрицательного электрода и понижения ЭДС батареи в процессе ее срока службы В необслуживаемых батареях за счет меньшего содержания сурьмы в решетках электродов эти явления протекают более слабо, что значительно увеличивает сроки доливки воды (не чаще одного раза в год).
7. Запись химических процессов происходящих в свинцово –кислотном аккумуляторе согласно теории двойной сульфатации Гладстона и Трайба:
|
|
|
←
Рв+2Н2SО4 + РвО2→ 2РвSО4 + 2Н2О
Теория двойной сульфатации была предложена Гладстономи Трайбом в 1882 г. Гладстон и Трайб установили, что свинцовый сульфат образуется на обеих пластинах и что это сульфатирование пластин составляет необходимую часть процесса разряда. Они также открыли, что по мере разряда удельный вес электролита уменьшается.
Задание № 5
Основные параметры АКБ
А ккумуляторы отличаются по основным параметрам: количеству циклов перезарядки, максимальному сроку хранения, отдаваемой емкости, размерам, температурному диапазону работы, возможностям ускоренной зарядки уровень электролита, его плотность, напряжение аккумуляторов под нагрузкой.
1. Электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора алгебраическая разновидность электродных потенциалов при разомкнутой внешней цепи: Е = φ + - φ-, где
φ+ и φ- соответственно потенциалы положительного и отрицательного электродов при разомкнутой внешней цепи так как φ+ > φ-, то ЭДС всегда положительна. ЭДС зависит от плотности электролита и незначительно от температуры электролита. ЭДС свинцового аккумулятора приближенно может быть определена электрической формуле: Е =0,84 + d, где
d- плотность электролита при t = +15˚С, г/см3 ЭДС батареи, состоящей из m ак-ов, соединенных последовательно Еs=mE
2. Плотность электролита (30%ный раствор серной кислоты Н2SO4 в дистиллированной воде Н2О). Плотность электролита 1,10…1,30 г/см3 сопротивления Ro и сопротивления поляризации Rn:
R =Ro+ En/ I = Ro+ Rn, где
En – ЭДС поляризации;
I - разрядный (зарядный) ток аккумулятора.
3. Сопротивление батареи при разряде и заряде можно определить по формулам:
| Еб- И б.р. |
| I б.р. |
Rб.р. =
| Uб.з - Е б |
| I б.з. |
Rб.з =
где Iб.р., Iб.з.- разраженный и заряженный токи;
Uб.р. и Uб.з. – напряжение при зарядке и разрядке на полюсных выводах батареи;
Еб- ЭДС батареи.
4. Напряжение аккумуляторной батареи – сумма напряжений Iа от шести последовательной внутренней цепи аккумулятора. При заряде Uз= Е+ IR, а при разряде Iр = Е – IR, где
I –ток. протекающий через аккумулятор, А;
|
|
|
R –внутренне сопротивление аккумулятора, Ом;
Е – ЭДС аккумулятора, В.
5. Емкость аккумулятора - количество электричества, которое аккумулятор отдает при разряде до определенного напряжения. В эксплуатации емкость батареи зависит от силы разрядного тока, t. режима разряда (прерывистый или не прерывистый) степени заряженности и изношенности аккумуляторной батареи
t
Сn = ∫ I (t) dt, где
o
Сn- полная емкость аккумулятора;
I (t) – ток разряда на постоянную нагрузку;
t – продолжительность полного разряда
С20 – номинальная емкость батареи.
Параметры. по которой определяется номинальная емкость батареи (новой):
Т = 25˚ С, конечное напряжение разряда
Ирк = 10,2В,
время разряда tр = 20 часов,
ток разряда Iр = 0,05 С20(А)
6. Мощность аккумуляторной батареи при разряде:
2 2
Рб.р. = Иб.р. х I б.р. = I б.р. х Rн = Еб I б.р. - I б.р Rб, где
Rн Rб – сопротивления внешней нагрузки и батареи соответственно;
Uб.р. I б.р –напряжение и ток батареи при разряде.
7. Энергия аккумулятора W p= CpИр;
Wз = СзUз, где
Ср. Сз – емкость при заряде, разряде. Ахч,
Uр Uз - среднее значение разрядного, зарядного напряжения, В.
8. Саморазряд – естественная потеря емкости при бездействии:
А) оседание серной кислоты.
Б) проникновение электролита к свинцовым решеткам через трещины в аккумуляторных массах (вспучивание активных масс внутренней сульфатацией и возникновение разрядных токов между решеткой и активной массой)
В) появление поверхностной сульфатации на электродах и на внутренних тоководах.
Г) наличие примесей в химических активных веществах на электродах и свинцовых сплавах решеток.
2. Случайный саморазряд – неучтенный разряд АКБ скрытым током утечки на корпус автомобиля
3. Ускоренный саморазряд - преждевременный разряд через грузовые мостики с наружи батареи между ее клеммами или внутри аккумуляторов из-за наличия случайно попавших посторонних примесей, а так же из-за замыканий между пластинами при осыпании активных масс
Задание № 6
|
|
|
