Химические источники тока

1983 г. оно  достигло уже 15% общего выпуска.

     Использование    свободного    электролита    ограничивает

возможности  применения  автономных и в основном используется в

стационарных   ХИТ.   Поэтому    многочисленные    исследования

направлены  на  создание  так  называемых  сухих элементов, или

элементов  с  загущенным  электролитом,  свободных   от   таких

элементов,  как  ртуть и кадмий, которые  представляют серьезную

опасность для здоровья людей и окружающей среды.

     Такая  тенденция является следствием  преимуществ  щелочных

ХИТ в сравнении  с классическими солевыми элементами:

     существенное  повышение  разрядных плотностей  тока за счет

применения  пастированного анода;

     повышение   емкости  ХИТ  за  счет  возможности  увеличения

закладки активных масс;

     создание  воздушно-цинковых композиций (элементы  типа 6F22)

за счет  большей  активности существующих катодных материалов в

реакции   электровосстановления    дикислорода    в    щелочном

электролите .

Батарейки компании Duracell (США)

 

     Фирма  Duracell -- признанный лидер в мире  по производству

щелочных  гальванических  источников   одноразового   действия.

История фирмы  насчитывает более 40 лет.

     Сама  фирма  расположена  в  Соединенных Штатах Америки. В

Европе ее заводы находятся в Бельгии.  По  мнению  потребителей

как  у нас, так и за рубежом по популярности, продолжительности

использования и соотношению цены  и  качества  батарейки  фирмы

Duracell занимают ведущее место.

     Появление  Duracell  на  рынке  Украины  привлекло внимание

наших потребителей.

     Плотности  разрядного тока в литиевых  источниках не  велики

(по  сравнению   с  другими ХИТ), порядка 1 мА/см. При гарантированном сроке хранения 10 лет и разряде малым током рационально   использовать   литиевые   элементы   Duracell   в высокотехнологичных системах.

     Запатентованная   в США технология EXRA-POWER с применением

двуокиси титана (TiO2) и  других  технологических  особенностей

способствует  повышению  мощности и эффективности  использования

марганцево-цинковых ХИТ фирмы Duracell.

     Внутри  стального  корпуса  щелочных  элементов  "Duracell"

расположен   цилиндрический  графитовый  коллектор,  в  котором

находится пастообразный  электролит  в  контакте  с  игольчатым

катодом.

     Гарантированный   срок хранения элементов 5 лет,  и при этом

-- емкость элемента, указанная  на  упаковке,  гарантируется  в

конце срока  хранения.

    

Батарейки концерна Varta (Германия)

 

     Концерн  Varta -- один из мировых лидеров   по  производству

ХИТ.  25  заводов  концерна расположены в более  чем 100 странах

мира  и  выпускают  более  1000  наименований  аккумуляторов  и

батареек.

     Основные  производственные  мощности  занимает  Департамент

стационарных  промышленных  аккумуляторов.  Однако  порядка  600

наименований  гальванических элементов от батареек для часов до

герметичных  аккумуляторов  производятся  на  заводах  концерна

Департаментом  приборных батарей в США, Италии, Японии, Чехии и

т.д., при гарантии  неизменного  качества  вне  зависимости  от

географического  расположения  завода. В фотографической  камере

первого  человека,  ступившего  на   Луну,   были   установлены

батарейки концерна Varta.

     Они   достаточно  хорошо  известны  нашим  потребителям  и

пользуются  устойчивым спросом.

ГЛАВА 2

АККУМУЛЯТОРЫ

 

     Аккумуляторы      являются     химическими     источниками

электрической энергии многоразового действия.  Они  состоят  из

двух  электродов (положительного и отрицательного), электролита

и корпуса. Накопление энергии  в  аккумуляторе  происходит  при

протекании    химической    реакции    окисления-восстановления

электродов.  При  разряде  аккумулятора   происходят   обратные

процессы.  Напряжение  аккумулятора -- это разность потенциалов

между полюсами аккумулятора при фиксированной  нагрузке.

     Для  получения достаточно больших  значений  напряжений  или

заряда   отдельные   аккумуляторы   соединяются   между   собой

последовательно  или  параллельно  в  батареи.  Существует  ряд

общепринятых  напряжений  для  аккумуляторных батарей: 2; 4; 6;

12; 24 В.

     Количество  аккумуляторов, необходимое для  укомплектования

батареи   при   последовательном  соединении,  определяется  по

формуле:

     N = Uп / Uа, где

     N -- число аккумуляторных батарей,

     Uп  -- напряжение питания потребителя,

     Uа   --   напряжение    одного    полностью    заряженного

аккумулятора.

     Под   отдаваемой  емкостью  следует   понимать  максимальное

количество  электричества в кулонах (ампер  часах) ( 1 Ач =  3600

Кл),  которое  аккумулятор  отдает  при  разряде  до выбранного

конечного напряжения. В условном обозначении типа  аккумулятора

приводится  номинальная  емкость,  т.е.  емкость  при нормальных

условиях разряда (при разряде номинальным током  и, обычно,  при

температуре 20^oС).

     Аккумуляторы  следует выбирать по следующим  параметрам:

     коэффициент    отдачи    --   это   отношение   количества

электричества в кулонах (Ач)* [3], отданного аккумулятором  при

полном  разряде,  к  количеству  электричества, полученному  при

заряде;

     коэффициент   полезного  действия   аккумулятора   --   это

отношение количества электричества, Кл (Ач)*, которое он отдает

потребителю,   разряжаясь   до   установленного   предела   для

продолжения  нормальной  работы   последнего,   к   количеству,

полученному им при заряде, Кл (Ач)*.

     Значение  коэффициента  полезного  действия  всегда меньше

значения коэффициента отдачи.

     При   параллельном  соединении  аккумуляторов,   т.е.   при

соединении  между  собой  положительных и  отрицательных полюсов

всех элементов  соответственно, можно составить  батарею  большой

емкости  с  напряжением,  равным номинальному напряжению одного

аккумулятора  и емкостью, равной сумме емкостей составляющих  ее

аккумуляторов.

     Для  облегчения выбора соответствующего  потребителю энергии

аккумулятора  сравним некоторые характеристики.

     Очень   важной   характеристикой   аккумуляторов   является

ориентировочная   относительная   стоимость   1   Втч  энергии,

полученной  от различных типов аккумуляторов  одинаковой емкости.

Дороже  всего  обходится  энергия, получаемая  от  серебряно-цинковых и кадмиевых аккумуляторов, и дешевле от свинцово-кислотных,  принятых  в  данном  случае  за единицу.

     При    выборе    аккумуляторной     батареи     необходимо

спрогнозировать  режим  работы,  характер  изменения  нагрузки,

диапазон  изменения  силы  тока   и   напряжения,   температуру

окружающей  среды и др.

     Ограничимся  рассмотрением следующих аккумуляторов:

     кислотных   аккумуляторов,  выполненных   по   традиционной

технологии;

     стационарных   свинцовых   и  приводных  (автомобильных  и

тракторных);

    герметичных необслуживаемых аккумуляторов,   герметичных

никель-кадмиевых  и кислотных "dryfit" А400 и А500 (желеобразный

электролит).

     Они   удовлетворяют  любые требования  по емкости батарей от

0,3 до 200 Ач.

2.1. КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

 

     Аккумулятор состоит  из  положительного  и  отрицательного

электродов,  раствора  серной  кислоты (27...39%-ный  раствор) и

сепаратора,   разделяющего   положительные   и    отрицательные

пластины.

     Батареи  состоят из последовательно соединенных  между собой

секций    (аккумуляторов).   Номинальное   напряжение   каждого

аккумулятора  составляет 2 В. Обычно  батареи  состоят  из  трех

(общее  напряжение  батареи  6  В) и шести аккумуляторов  (общее

напряжение  батареи 12 В).  Количество  батарей  в  аккумуляторе

обозначается N.

     Применяются   два   типа   электродов:   поверхностные   и

пастированные.  Поверхностный  электрод  состоит  из  свинцовой

пластины,  на  поверхности  которой  электрохимическим  способом

формируется  слой  активной  массы.   Пастированные   электроды

подразделяются   на   решетчатые   (намазные),   коробчатые   и

панцирные.

     В   решетчатых   (намазных)   электродах   активная   масса

удерживается  в  решетке из свинцово-сурьмяного сплава толщиной

1...4 мм. В коробчатых  пластинах  решетки  с  активной  массой

закрываются с  двух сторон перфорированными свинцовыми листами.

     Панцирные   пластины  состоят из свинцово-сурьмяных  штырей,

которые помещаются внутри пластмассовых перфорированных  трубок,

заполненных активированной массой. Для отрицательных электродов

используются  намазные и коробчатые пластины, для  положительных

-- поверхностные,  намазные и панцирные. В качестве  сепараторов

применяют микропористые  пластины из вулканизированного  каучука

(мипор), поливинилхлорида (мипласт) и стекловолокна.

     Свинцовые  аккумуляторы обычно соединяют  в батарею, которую

помещают  в  моноблок  из  эбонита, термопласта, полипропилена,

полистирола, полиэтилена, асфальтопековой композиции,  керамики

или стекла.

     Одной   из  важнейших  характеристик  аккумулятора является

срок службы  или  ресурс-наработка  (число  циклов).  Ухудшение

параметров  аккумулятора  и выход из строя  обусловлены в первую

очередь  коррозией  решетки   и   оползанием   активной   массы

положительного  электрода. Срок службы аккумулятора определяется

в  первую  очередь  типом  положительных  пластин  и  условиями

эксплуатации.

     Аккумуляторы  и батареи  имеют  условное  буквенно-цифровое

обозначение.  Первая  цифра  (для  отечественных  аккумуляторов)

указывает число  последовательно соединенных аккумуляторов.  Так

как  номинальное  напряжение свинцового аккумулятора равно  двум

вольтам, то номинальное  напряжение аккумуляторной батареи  равно

числу последовательно  соединенных  элементов,  умноженному  на

два.

     Для   некоторых  аккумуляторов  указываются  климатическое

исполнение и размещение. Например, стартерная батарея из  шести

аккумуляторов  емкостью  55  Ач  в  моноблоке  из  эбонита  и с

сепаратором  из  стекловолокна  имеет   условное   обозначение:

батарея 6СТ-55ЭС, ГОСТ 959.0-79.

     Свинцовые   аккумуляторы имеют высокие разрядные  напряжения

и  удельную  мощность  (до  100...150   Вт/кг)   и относительно   недороги.  К  основным  их  недостаткам  следует отнести низкую удельную энергию и относительно малый ресурс.

     Буква  после первой цифры  обозначает  тип  или  назначение

аккумулятора  или батареи:

     С  стационарные

     СТ  стартерные

     А авиационные

     В  вагонные

     Совершенствование   свинцовых  аккумуляторов   идет  по пути

изыскания    новых    сплавов     для     решеток     (например

свинцово-кальциевых), облегченных и прочных материалов корпусов

(например, на  основе сополимера пропилена и этилена), улучшения

качества сепараторов.

.

2.1.1. СТАЦИОНАРНЫЕ СВИНЦОВЫЕ  АККУМУЛЯТОРЫ

 

     Предназначены  для эксплуатации на постоянном  месте  или  в

условиях,  исключающих  перемещение  аккумуляторов или  машин, в

которых   они   установлены.    В    большинстве    выпускаемых

аккумуляторов   (типов   С,   СЗ,   СК  и  СКЭ)  положительными

электродами служат поверхностные  пластины,  отрицательными  --

коробчатые   пластины.   Корпуса   стационарных   аккумуляторов

изготавливают из стекла, эбонита и дерева (выложенного  изнутри

свинцом).

     Максимальный  ток  заряда аккумуляторов  с N = 1 равен 9 А.

Емкости и токи заряда и разряда  для  батарей  аккумуляторов  с

соответствующим   N  можно  найти,  перемножив  соответствующие

значения, на   N   аккумулятора. Саморазряд аккумуляторов не более 23% при хранении в течение 29 суток.  Удельная  энергия стационарных аккумуляторов составляет10...12 Втч/кг. Гарантийный срок хранения  1  год.  Гарантийныйсрок службы 4 года, наработка 200...1000 циклов.

     Стационарные   аккумуляторы  с  поверхностными  пластинами

содержат  относительно  большую  долю  свинца  по  отношению  к

активной  массе.  Большинство  из  них не имеет  крышек, поэтому

требуют частой заливки воды и хорошо вентилируемого помещения.

     Указанные    недостатки    устранены    в     стационарных

аккумуляторах  с намазными пластинами типа СН. Эти аккумуляторы

собираются  на заводах и имеют крышки.

     Буквенные  обозначения аккумулятора:

     С  стационарный

        длительный разряд

    К короткий разряд

     З  закрытое исполнение

     Э  эбонит (материал корпуса)

     На  базе аккумуляторов СН созданы  аккумуляторы СНУ емкостью

от 80  до   2240   Ач,   обладающие   повышенной   механической

прочностью.  К  стационарным  также относятся  автоблокировочные

свинцовые  аккумуляторы   АБН-72-УХЛ2   и   АБН-80-УХЛ2   (ГОСТ

21728-76).

     Аккумуляторы  АБН  применяются  на  железных  дорогах  для