Особенности работы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцовый аккумулятор – такой тип химического источника тока, который основан на реакции свинца и серной кислоты. Его изобретателем считается Гастон Планте, а первое появление датируется 1859-1860 годами. В 1878 году устройство аккумулятора было усовершенствовано изобретателем Камиллом Фором, который предложил наносить на пластины свинцовый сурик – красно-оранжевый порошок, представляющий собой ортоплюмбат свинца. В том же веке Николай Николаевич Бенардос – русский инженер и изобретатель – покрыл пластины батареи губчатым свинцом, добившись увеличения мощности.

Чтобы узнать, какой процесс происходит в аккумуляторе во время его работы, необходимо подробно рассмотреть его устройство. Конструкция современного кислотного аккумулятора включает в себя:

• корпус из кислотоупорного материала;
• электролит, представляющий собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде;
• анодные – положительные – решетчатые свинцовые пластины, в ячейках которых запрессован порошок диоксида свинца;
• катодные – отрицательные – решетчатые свинцовые пластины, в ячейках которых – губчатый свинец;
• сепараторы, выполненные из пористого, не контактирующего с кислотой материала и предназначенные для разделения положительно и отрицательно заряженных пластин и предупреждения короткого замыкания между ними
• крышку (обычно встречается в переносных батареях), для достижения герметичности упаковки залитая мастикой;
• бареток, соединяющих одноимённые пластины и служащих в качестве токоотвода;
• крепёжные и соединительные элементы.

Принцип действия свинцового аккумулятора заключается в следующем. Положительные и отрицательные электроды опущены в электролит, и при подключении источника тока к внешней цепи оксид свинца вступает в химическую реакцию с серной кислотой. По мере разрядки батареи на аноде окисляется свинец, а на катоде происходит процесс восстановления диоксида свинца. Также при уменьшении заряда в АКБ плотность электролита снижается из-за расхода серной кислоты и выделения воды. Но стоит учитывать, что в процессе зарядки устройства запускаются обратные процессы.

Кислотные аккумуляторные батареи
Классификация	Вид
По конструкции анодов	· Поверхностные · Панцирные, трубчатые · Стержневые намазные · Решётчатые
По агрегатному состоянию электролита	· Жидкостный · Гелевый · Абсорбированный
По возможности обслуживания	· Обслуживаемый · Необслуживаемый · Малообслуживаемый
По назначению	· Стартерные · Тяговые · Промышленные

Параметры батареи, тип, страну-производителя и прочую необходимую информацию пользователь может узнать через маркировку, не прибегая к техническому паспорту устройства.

В источниках тока, сделанных в России, обозначение происходит согласно ГОСТ, и шифр обязательно включает в себя (по порядку):

• количество банок в корпусе;
• обозначение типа, например, «СТ» – стартерная;
• ёмкость, измеряемая в А∙ч;
• материал и особенности конструкции.

Что называют аккумулятором

Аккумулятором в самом общем значении этого понятия называется техническое приспособление, которое используется для накопления какого-либо вида энергии с целью её последующей равномерной отдачи в течение достаточно длительного периода времени (в отличие от конденсатора, который отдаёт накопленный заряд моментально). Конденсатор сохраняет непосредственно электрический заряд, в отличие от аккумулятора, который при зарядке преобразует электрическую энергию в энергию химической реакции, а когда будет работать под нагрузкой, превратит накопленную химическую энергию в электрическую.

Принцип работы аккумуляторной батареи заключается в том, что постоянно происходит химическая реакция между жидкостью-электролитом и металлическими пластинами-электродами. Единичные аккумуляторы очень слабы и не могут давать ток, достаточный для работы большинства устройств. Поэтому чаще всего они объединяются в аккумуляторные батареи, в которых используется последовательное или параллельное соединение отдельных элементов питания.

Основные характеристики

1. Плотностью называют характеристику соотношения количества энергии к объему или весу аккумулятора.
2. Емкостью именуют значение максимального заряда аккумулятора, которое он может отдать во время процесса разряда, пока не будет достигнуто наименьшее напряжение. Данный показатель выражается в ампер-часах или кулонах. Также может указываться энергетическая емкость. Она измеряется в ватт-часах или джоулях. Задача такой емкости – сообщать о количестве энергии, что отдаётся во время разряда до достижения минимального допустимого напряжения.
3. Температурный режим оказывает влияние на электрические свойства аккумуляторной батареи. Когда есть серьезные отклонения от рекомендованного производителем диапазона эксплуатации, то существует высокая вероятность выхода источника питания из строя. Это объясняется тем, что холод и жара влияют на интенсивность протекания химических реакций, а также на внутреннее давление.
4. Саморазрядом именуют потери емкости, которые происходят после заряда батареи, когда отсутствует нагрузка на клеммах. Во многом этот показатель зависит от конструктивного исполнения и может увеличиваться, если нарушилась изоляция.

Вот такие характеристики аккумуляторных батарей и предоставляют для нас наибольший интерес. Конечно, если придётся делать что-то новое и эксклюзивное, ранее невиданное, то может понадобиться и что-то ещё. Но это весьма маловероятно.

Аккумуляторы в системах автономного энергоснабжения

Характер и режим эксплуатации аккумуляторов в разных системах, выявляют их преимущества и недостатки для конкретных условий. Например, для мобильных устройств, одним из доминирующих требований к батарее, является малый вес и герметичность в любом положении. Для автомобиля, масса устройства не является определяющей, а более важна возможность выдавать сильный ток на морозе (стартерная нагрузка). В системах альтернативного энергоснабжения дома, вес и размеры аккумулятора имеют такое же значение, как поросячий визг при дегустации шашлыка из свинины, а количество циклов зарядки/разрядки ставится во главу угла.

Аналогичный подход следует применять при сопоставлении более актуальных параметров.

Особенности эксплуатации аккумуляторов в энергонезависимом доме

В полноценном жилом доме электричество требуется 24 часа в сутки и 365 дней в году. Разумеется, есть какие-то исключения, но они только подтверждают правила. Этим отличается эксплуатация аккумуляторов в автономных домах.

Ещё одно отличие в цикличности зарядки.

Сам принцип энергонезависимого дома базируется на использовании альтернативных источников энергии: Солнце, ветер, течение воды и частично геотермальные технологии. При этом первые два варианта, занимают около 95% в частном секторе. И именно для них характерна цикличность! Если для ветра она слабо предсказуема, то для солнечного света циклы день/ночь, определены на миллионы лет вперёд.

Другими словами, каждый день аккумулятор будет заряжаться, а ночью отдавать энергию. За один год пройдёт 365 циклов. В идеальных условиях эксплуатации, при скрупулёзном соблюдении глубины и скорости разряда, а также режима зарядки, 1500 циклов для хорошего свинцово-кислотного аккумулятора можно растянуть на 4 года.

Важно отметить, что из блока свинцово-кислотных аккумуляторов нельзя заменять какую-то одну батарею!

Например, в энергонезависимом доме система хранения энергии обеспечена блоком из 4 АКБ по 200 А*ч каждый. В сумме они дают 800 А*ч. Если через полтора – два года эксплуатации один из аккумуляторов выйдет из строя, то заменить его таким же новым невозможно! Ведь за время работы, все аккумуляторы в системе равномерно снижали ёмкость, что влияло на прочие характеристики. Интеллектуальное зарядное устройство подстраивает режим заряда под эти параметры. А у нового элемента характеристики эксплуатации «паспортные», выделяющиеся из общей системы.

Стоимость же всего блока аккумуляторов, при грамотном проектировании, приближается к цене генерирующих элементов, в данном случае солнечных панелей.

Требования к аккумуляторам в системе альтернативного энергоснабжения

Идеальный аккумулятор для домашней системы хранения энергии должен:

• Выдерживать максимально возможное количество циклов зарядки;
• Обладать высокой энергоёмкостью;
• Быть неприхотливым в обслуживании и эксплуатации;

И особенно важно, что эти параметры должны коррелироваться со стоимостью батареи. Например, есть два типа аккумуляторов емкостью 100 А*ч и напряжением 12 V:

1. Свинцово-кислотный;
2. Литий-железо-фосфатный аккумулятор(LiFePO₄).

В идеальной системе при лабораторном соблюдении режима эксплуатации, каждая из батарей сможет выдать:

1 Допустимая глубина разряда 80%, потребитель получает 20% указанной ёмкости. Для вычисления объёма запасённой мощности, умножаем 20 А*ч на среднее напряжение 12 V, и получаем 144 Вт*ч.

Количество циклов 1500, суммарно за время работы батарея выдаст 216 кВт*ч

2  Допустимая глубина разряда 20%, потребитель получает 80% указанной ёмкости. 80 А*ч Х 12 V = 960 Вт*ч.

Количество циклов от 2 до 7 тысяч, возьмём среднее 4500 циклов, и получим: 960 Вт*ч Х 4500 = 4320 кВт*ч

ВАЖНО: для упрощения в описанном сравнении, не принимались в расчёт постепенное снижение ёмкости и скорость разряда!

Разница в объёме накопленной энергии 20 раз. Стоимость LiFePO₄ АКБ ёмкость 100 А*ч около 45 т.р., а обычный свинцово-кислотный с такой же ёмкостью обойдётся в 10 т.р.

Но при этом, LiFePO₄ АКБ полностью заряжается всего за 1 час, а при отдаче энергии, выходное напряжение остаётся стабильным до полной разрядки. Т.е. в эксплуатации очень неприхотливый.

Общая формула выбора оптимального аккумулятора для энергонезависимого дома выглядит так: Покупная цена ÷ (Полезная емкость × Жизненный цикл).

Типы источников тока

АКБ различаются по своему предназначению, характеристикам, тому как устроен аккумулятор и материалам, используемым при их изготовлении. На сегодняшний день в мире производится более трёх десятков типов различных аккумуляторов, основное различие между которыми заключается в химическом составе электродов, а также используемым видом электролита. Так, к примеру, в группу литий-ионных аккумуляторов входит двенадцать различных моделей. Наиболее популярными из всех производимых являются следующие типы:

• свинцово-кислотные;
• литиевые;
• никель-кадмиевые.

На них приходится значительная часть рынка элементов питания. Для лучшего представления о том, из каких материалов могут изготавливаться современные аккумуляторы стоит привести их полный список:

• железо;
• свинец;
• титан;
• литий;
• кадмий;
• кобальт;
• никель;
• цинк;
• ванадий;
• серебро;
• алюминий;
• целый ряд прочих металлов, которые, правда, используются крайне редко.

Применение при производстве различных материалов оказывает значительное влияние на итоговые эксплуатационные показатели и, как следствие, на область возможного использования. Например, литий-ионные АКБ часто устанавливаются в мобильные компьютеры и другие гаджеты.

Признаки и причины неисправности аккумуляторной батареи

Производственные дефекты

Разрушение электрода от короткого замыкания в результате повреждения сепаратора при сборке.

Низкие сепараторы-конверты, приводящие к короткому замыканию.

Не полностью формированная активная масса электрода.

Электрод без осыпавшейся активной массы

Дефект	Признаки	Возможная причина
Разрыв электрической цепи внутри АКБ	Напряжение на выводах батареи есть, но стартер не вращается	Разрушение мостиков* между банками. Плохая сварка полюсных клемм и т. п.
Короткое замыкание между положительными и отрицательными электродами (пластинами)	В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде зарядным устройством дефектная банка не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение	Повреждение сепаратора или неправильное его размещение в процессе сборки (фото 5). Низкое качество материала сепаратора или отклонение его размеров от допустимых (фото 6). Перекос электродов
Недоформованная активная масса электродов	Полностью заряженная батарея не может обеспечить более двух – трех пусков двигателя, а при заряде и разряде интенсивно «кипит»	Нарушена операция формования – процесс заряда электродов
Отрыв электродов (пластин) от соединительных мостиков	При работе стартера электролит в такой банке «кипит». При бездействии батареи плотность электролита не снижается

Если гарантийный срок не истек и есть подозрение, что неисправность батареи появилась по вине производителя, необходимо обратиться в специализированную мастерскую. При этом надо иметь кассовый или товарный чек, а также гарантийный талон с датой продажи и наименованием организации-продавца. К тому же обязательно, чтобы в нем были указаны характеристики батареи на момент продажи — плотность электролита, напряжение на выводах без нагрузки и т. д. Это поможет проведению экспертизы. В мастерской должны установить причину неработоспособности АКБ или снижения ее характеристик. Результаты исследования батареи заносят в гарантийный талон, и если дефект производственный — АКБ подлежит замене на новую.

Какой выбрать импортный аккумулятор

 Аккумулятор не имеет национальности, но все же попробуем выделить лидеров с иностранным происхождением или хотя бы с псевдоиностранным. Самыми недорогими являются малообслуживаемые гибридные батареи корейского завода DONG AH (марки Dong AH, SIGMA, Lights of Nord, Power Bronze). Качество — вполне приличное. Это разумный выбор для владельцев старых автомобилей, автомобилей «на продажу» и всех, для кого цена — определяющий фактор.

 Наилучшими по соотношению цена-качество будут кальциевые батареи. Также их принято маркировать — MF или CMF. Здесь можно остановиться все на тех же корейских производителях.

1. Компании ATLASBX (ранее — KOREA STORAGE BATTERY): марки батарей ATLAS, KOBA, HANKOOK2. Компании Hyundai Enercell: марки Solite, IndigoStar3. Корпорации DELKOR: MEDALIST, DAEWOO.

 Всем названным маркам можно смело доверять. Качество — отличное, гарантия — до двух лет.  В принципе, эти аккумуляторы должны понравиться любому автомобилю. Выбор из них — дело вкуса. Конечно, хороши японские аккумуляторы (Panasonic, Supernova, VARTA, BOSH (Германия), но это уже совсем другая ценовая категория.

Развитие и практическое применение свинцово-кислотных аккумуляторов.

Именно свинцово-кислотные аккумуляторы первыми в мире из аккумуляторных батарей нашли коммерческое применение. К 1890 году во многих промышленно развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 году немецкая фирма Varta выпустила первые стартерные свинцово-кислотные аккумуляторы для автомобилей.

В 70-х годах прошлого, XX века были созданы необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них заменили гелевым или абсорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при заряде или разряде, установили безопасные клапаны.

Были разработаны новые конструкции пластин на основе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, на основе титановых, алюминиевых и медных решеток. Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электролите и положительных и отрицательных электродах, а совокупность этих веществ называется электрохимической системой.

В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты, активным веществом положительных пластин — двуокись свинца, отрицательных пластин — свинец.

Маркировка аккумуляторных батарей

Рисунок 15 – Маркировка аккумуляторных батарей: 1 – обозначение типа батареи, 2 – товарный знак завода-изготовителя, 3 – номинальная емкость, А·ч, 4 – ток холодной прокрутки, А, 5 – номинальное напряжение, В, 6 – дата изготовления, 7 – масса батареи, кг, 8 – обозначение полярности, 9 – знаки безопасности, 10 – уровень электролита

Согласно ГОСТ Р 53165-2008 обозначение типа батареи включает:

1. – цифра, указывающая число последовательно соединённых аккумуляторов в батарее (3, 6 или 12)
2. – буквы, характеризующие назначение батареи по функциональному признаку (СТ – стартерная)
3. – число, указывающее номинальную ёмкость батареи в ампер-часах (55)
4. – буквы, обозначающие конструкторско-технологическое исполнение (N – с нормальным расходом воды, L – с малым расходом воды, VL – с очень малым расходом воды, VRLA – с регулирующим клапаном)

На батареи наносят символы безопасности (таблица 1).

Таблица 1 — Символы безопасности

Символ	Расшифровка
	Соблюдайте инструкцию
	Опасно. Едкие и коррозионные вещества
	Запрещается пользоваться открытым огнем и курить
	Пользуйтесь защитными очками
	Хранить вдали от детей
	Взрывоопасно
	Запрещается выбрасывать с бытовыми отходами
	Символ переработки

Состав электролита и как его приготовить в домашних условиях

Обычно электролит заливают в батарею при ее изготовлении, но в некоторых случаях, к примеру, при покупке сухозаряженного обслуживаемого аккумулятора, раствор кислоты заливается самим покупателем, то есть нами. Прежде чем электролит залить, его нужно приготовить.

То, что в свинцовом аккумуляторе серная кислота, мы выяснили, что ее нужно разбавить водой – тоже. Знаем даже пропорции, но очень примерные. То, какой плотности электролит заливать, будет зависеть от климатических условий, в которых будет эксплуатироваться батарея, и от плотности исходного электролита. Поэтому с понятием плотности придется познакомиться поближе.

Итак, плотность чистой серной кислоты равняется 1.83 г/см3. То есть один миллилитр концентрированной серной кислоты будет весить 1.83 грамма. Плотность воды – 0.998 г/см3 (цифры для температуры +20 °С). Если смешать кислоту с водой, то плотность электролита будет зависеть от соотношения компонентов. Таким образом, совсем не нужно отмерять нужное количество жидкостей, достаточно во время приготовления электролита контролировать его плотность.

Заряд и разряд аккумуляторной батареи

Активными материалами в свинцово ­кислотной аккумуляторной батарее являются диоксид свинца (РbO₂) на положительных пластинах, губчатый высокопористый свинец (Рb) на отрицательных пластинах и электро­лит-водный раствор серной кислоты (H₂S0₄), который одновременно является ионным проводником. По сравнению с электролитом РbO₂ и Рb принимают типичные напряжения (индивидуальные потенциалы). Их величины (независимо от полярности) равны сумме на­пряжений гальванических элементов, изме­ряемых снаружи (рис. «Электрические параметры аккумуляторной батареи» ). Это приблизительно 2 В в режиме ожидания. Когда гальванический элемент разряжается, РЬO₂ и РЬ реагируют с H₂SO₄, образуя PbSO₄ (сульфат свинца). Электролит отдает ионы SO₄ и его плотность уменьшается. Во время зарядки активные компоненты РbO₂ и РЬ восстанавливаются из PbSO₄ (см. главу «Электрохимия»).

Когда на аккумуляторную батарею подается разрядный ток, на ней создается напряжение в зависимости от величины тока и длительности разряда (рис. «Кривые напряжения АКБ в зависимости от времени разряда при разных разрядных токах» ). Из рисунка также видно, что отбираемый у аккумуляторной батареи заряд зависит от величины тока.

Поведение аккумуляторной батареи при низких температурах

В принципе, при низких температурах химиче­ские реакции в аккумуляторной батарее проис­ходят медленнее. Поэтому пусковая мощность даже полностью заряженной аккумуляторной батареи снижается при падении температуры. Чем больше аккумуляторная батарея разряжа­ется, тем ниже плотность электролита. Так как плотность электролита уменьшается, то его точка замерзания повышается. Аккумулятор­ная батарея, электролит которой имеет низкую температуру замерзания, способна обеспечи­вать низкое значение тока, которого бывает недостаточно для пуска двигателя автомобиля.

Несколько исторических данных

Первым создателем свинцово-кислотной АКБ считается француз Г. Планте. Он был заинтересован в создании такой батареи, которая подавала бы нужный ток и при этом не требовала больших финансовых затрат. Ему удалось создать новую конструкцию, в которую входили свинцовые электроды, погруженные в серную кислоту.

Недостатком такой инновации считалось большое число циклов зарядки-разрядки, пока кислотная батарея не будет заряжена полностью. Надо сказать, что количество таких циклов могло достигать огромных значений. Чтобы достичь полной зарядки, требовался не один год. Причиной стали сепараторы и свинцовые электроды.

Такой срок никого не устраивал. Поэтому многие учёные стремились спроектировать и создать другую конструкцию АКБ. Это удалось в 1900 году. Была спроектирована новая модель. Вместо целых свинцовых пластин использовался только окисел свинца. Он совместно с сурьмой наносился на особые пластины. Позднее в конструкцию была добавлена металлическая решётка, покрытая сурьмой и свинцовыми окислами. В результате:

• Ёмкость АКБ стала больше.
• Появился коммерческий интерес.
• Произошёл эволюционный скачок.

В конце XX века аккумуляторные батареи стали герметизировать. Это стало возможным благодаря замене электролита на специальные гели и усовершенствованные газы. Но добиться полной герметичности не удалось. Во время зарядки начинали образовываться газы, которые должны были покинуть внутреннюю часть батареи.

Выбор типа устройства

В настоящее время в продаже около 80% всех АКБ относятся именно к необслуживаемому типу, и если рассматривать вопрос в общем случае, какой АКБ лучше — обслуживаемый или необслуживаемый, то для всех категорий водителей рекомендуется выбирать именно последний тип, поскольку правильная его эксплуатация обеспечивает длительный срок службы.

В среднем, обслуживаемый аккумулятор работает без перебоев около 2−3 лет, если с ним правильно обращаться. Необслуживаемый вариант может выполнять с успехом свои функции в течение 5−7 лет. На такие АКБ гарантия дается от 24 до 36 месяцев, однако если выбирать именно необслуживаемый тип батареи, то следует остановить свой выбор на известных фирмах.

На дешевые приборы обычно распространяется гарантия до 1 года.

Конструкция аккумуляторов

Перед тем как выбрать обслуживаемый и необслуживаемый АКБ, следует определиться с типом его конструкции. По этому показателю можно выделить 3 варианта:

1. Батареи, состоящие из свинцовых пластин и электролита на основе серной кислоты. Это наиболее популярный вид АКБ, который распространен из-за невысокой цены. Перезаряжать эти приборы можно, но вот глубокий разряд часто приводит к необратимым отрицательным последствиям для них.
2. Гелиевые батареи. В них рабочий раствор представляет собой кислоту с растворенными в ней соединениями кремния для поддержания нужной консистенции. Такие аккумуляторы всегда производятся в герметичном корпусе, могут работать под любым углом наклона и спокойно переносят глубокий разряд. Недостатки: сравнительно высокая цена по отношению к сернокислотным приборам, а также жесткие требования в процессе зарядки.
3. Еще одним видом батарей являются AGM приборы. Их можно назвать гибридами между гелиевыми и стандартными аккумуляторами. Между их пластинами присутствует наполнитель, как правило, это стекловолокно, которое пропитано жидким рабочим раствором. Такие электроприборы работают под абсолютно любым углом наклона, кроме вертикального положения вверх дном, стойки к любого рода вибрациям и механическому воздействию. Самый главный их недостаток заключается в том, что они требуют еще более бережного отношения, чем гелиевые батареи, поскольку их можно повредить как при перезаряде, так и при глубоком разряде.

Если у водителя старые Жигули, то лучшим решением станет приобретение стандартного кислотного аккумулятора. Для нового автомобиля предпочтительнее брать батареи AGM, которые способны на старте выдавать ток большей величины. Что касается гелиевых батарей, то их можно считать роскошью из-за высокой цены. Также эти надежные приборы используются для питания мощных аудиосистем или для приведения в движения лебедки на оборудованных ею транспортных средствах. В последнем случае помимо гелиевого используется еще один аккумулятор, который питает электронную начинку автомобиля.

Другие показатели

При выборе АКБ следует обращать внимание и на другие свойства. Одним из них является пусковой ток, который указывается на этикетке корпуса устройства. Он измеряется по следующим стандартам:

Он измеряется по следующим стандартам:

• EN: европейский стандарт, показывающий максимальный ток в Амперах, который может выдавать устройство при температуре -18˚С в течение 10 сек., при этом напряжение не должно падать ниже 7,5 В.
• SAE: это американский стандарт, по которому определяют тот же ток при той же температуре, но в течение 30 сек. при напряжении не ниже 7,2 В.
• DIN: это промышленный немецкий стандарт, согласно которому ток измеряется при тех же условиях, что и в стандарте SAE, только напряжение должно не упасть ниже 9 В.

Именно стандарт DIN является предпочтительным при выборе мощного аккумулятора, поскольку он проходит более жесткое тестирование по сравнению с европейским и американским стандартами. Например, 360 А по немецкому стандарту соответствуют около 600 А по EN. Именно на этот показатель рекомендуется ориентироваться, если аккумулятор приобретается для эксплуатации в суровых зимних условиях.

Наиболее распространенными моделями являются те, которые имеют эту характеристику между 55 и 70 А/ч.

Электролит

Рассматриваем все те же свинцово-кислотные батареи. В качестве электролита, в который они помещаются, чаще всего выступает серная кислота. Она обладает определённой плотностью, которая может меняться в зависимости от уровня заряда батареи. В данном случае действует принцип: чем больше, тем выше. Со временем электролит улетучивается, и емкость аккумуляторной батареи падает. На сроке службы сказываются особенности эксплуатации (соблюдение техники безопасности). В батареях электролит может быть двух типов:

• жидким;
• в виде пропитанного специального материала.

На данный момент наиболее распространён первый тип.

Устройство аккумуляторной батареи

Компоненты аккумуляторной батареи

Автомобильные аккумуляторные батареи напря­жением 12 В содержат шесть последовательно соединенных и отделенных перегородками галь­ванических элементов в полипропиленовом кор­пусе (рис. «Необслуживаемая стартерная аккумуляторная батарея» ). Каждый гальванический элемент включает наборы положительных и отрицатель­ных пластин. Эти наборы, в свою очередь, со­стоят из пластин (свинцовая решетка и активная масса) и микропористого материала (сепаратор), который изолирует пластины противоположных полярностей. Сепараторы образуют карманы, в которые погружаются пластины. Электролит представляет собой раствор серной кислоты, который проникает в поры пластин и сепараторы, а также в пустоты гальванических элементов. Полюсные выводы, соединительные элементы гальванических элементов и перемычки пластин выполнены из свинца; щели в перегородках межэлементных соединений тщательно уплотнены. Для обеспечения герметичной связи цельной крышки с корпусом аккумуляторной батареи используется процесс горячей опрессовки. На стандартных аккумуляторных батареях каждый элемент закрывается собственной пробкой с вентиляционным отверстием. Вентиляционные отверстия с закрученными пробками позволяют образующимся при зарядке аккумуляторной батареи газам улетучиваться. У необслуживае­мых аккумуляторных батарей, выполненных в герметичном исполнении, нет пробок заливных горловин, однако они также имеют вентиляци­онные отверстия.

Материал решетчатых пластин аккумуляторной батареи

Пластины аккумуляторной батареи состоят из свинцовых решеток и активного материала, которым покрываются свинцовые решетки во время производствен­ного процесса. Активный материал положи­тельной пластины содержит пористый диоксид свинца (РbO₂, оранжево-коричневого цвета), а отрицательной пластины — чистый свинец в виде «губчатого свинца» (РЬ, серого-зеленого цвета). Другими словами, чистый свинец также имеет крайне пористую форму.

По разным причинам (жидкотекучесть, об­работка, механическая прочность, стойкость к коррозии), для решеток используется сплав свинца с сурьмой. Стандартные способы из­готовления решеток — отливка, прокатка и штамповка.

Свинцово-сурьмяный сплав (PbSb)

Сурьма добавляется для придания твердости. Однако в течение срока службы аккумулятор­ной батареи из-за коррозии положительной решетки сурьма все больше отделяется. Она мигрирует к отрицательной пластине, проходя через электролит и сепараторы, и «отравляет» ее, образуя локальные гальванические пары. Эти гальванические пары повышают самораз­ряд отрицательной пластины и уменьшают на­пряжение газовыделения. Все это вызывает повышенный расход воды при перезарядке, что способствует высвобождению сурьмы. Этот механизм самовозбуждения приводит к постоянному снижению мощности на про­тяжении всего срока службы аккумуляторной батареи. Она становится неспособной достичь необходимого заряда, и электролит прихо­дится часто проверять.

Свинцово-кальциевый сплав (РbСа)

Кальций используется для повышения твердости отрицательных пластин. Кальций электрохимически неактивен при потенциальных условиях, существующих в свинцовых аккумуляторных батареях. Это означает, что предотвращается «отравление» отрицательной пластины и саморазряд.

Еще одним преимуществом является высо­кое напряжение газообразования, стабильное в течение срока службы, и связанный с этим расход воды (меньший по сравнению со спла­вом свинца с сурьмой).

Свинцово-кальциевые сплавы с добавлением серебра (РЬСаAg)

Помимо снижения содержания кальция и уве­личения содержания олова этот сплав также имеет определенный процент серебра (Ag). Он имеет более тонкую структуру решетки и показал себя крайне стойким даже при высо­ких температурах, ускоряющих коррозию. Это сказывается, когда происходит деструктивный перезаряд при высокой плотности электролита и (что в равной степени нежелательно) в пере­рывах в эксплуатации при высокой плотности электролита.

Свинцово-кальциево-оловянные сплавы (PbCaSn)

Этот сплав используется для решеток, изго­тавливаемых непрерывной прокаткой и штам­повкой, и содержит гораздо больше олова, чем РЬСаAg. Он отличается крайне высокой стойкостью к коррозии при небольшой массе решетки.

Где применяют Li-ion аккумуляторные батареи?

Технология Li-ion может использоваться в самых разных приборах, от аккумулятора ноутбука или сотового телефона до аккумулятора шуруповерта. Литиевым, как правило, является внешний аккумулятор для смартфона или другого электронного устройства.

Советуем изучить — Влагомеры для контроля влажности сыпучих материалов

Внешний аккумулятор в последнее время стал популярным, когда выяснилось, что встроенные накопители в бытовой электронике последних моделей не позволяют держать заряд длительное время. Тогда получили распространение дополнительные приспособления, которые накапливают гораздо больший заряд и могут впоследствии работать вдали от розеток для подзарядки меньших по размеру, но слабых встроенных батарей. Такое приспособление и называется внешний аккумулятор.

Он работает точно так же, как и все остальные АКБ: накапливает заряд, а потом отдает электроэнергию. Только она используется не напрямую для работы каких-либо устройств, а для зарядки других батарей. Иногда внешний аккумулятор приобретают не только для мобильников, но и для аккумулятора ноутбука, фотоаппарата или других устройств.

Внешний аккумулятор может иметь различные размеры, форму и емкость. От этих параметров, соответственно, зависит его цена. Так что для каждого из множества смартфонов можно подобрать портативное зарядное устройство, соответствующее потребностям. Если у вас несколько электронных приборов, которым может потребоваться зарядка «в полях», рекомендуется подбирать универсальный портативный зарядник: для аккумулятора ноутбука, телефона, плеера и всего остального.

Правила установки АКБ в машину

Перед установкой аккумулятора рекомендуется всегда очищать клеммы и основание крепления АКБ теплой водой. Сам монтаж должен обеспечивать устойчивую и надежную фиксацию аккумулятора, чтобы во время движения или возможного столкновения это не представляло угрозы для путешественников.

После успешной установки АКБ в машину, а также клемм на наконечники полюсов, зажимы следует смазать чистым, не содержащим кислоты вазелином или предназначенной для этих целей смазкой. Это поможет избежать появления коррозии на контактах, а также других проблем.

В случае некоторых автомобилей при замене аккумулятора не забудьте обеспечить систему альтернативным источником питания. Поскольку в электронике некоторых машин при слишком длительном отключении от питания могут произойти некоторые изменения, которые приведут к затруднению последующего запуска двигателя.

История применения аккумулятора в автомобиле

 Первый работоспособный аккумулятор был изобретен в 1859 году французом Гастоном Планте. Естественно, что первый аккумулятор не задумывался как автомобильный, а был лишь еще одним шагом на пути к прогрессу. Основными недостатками первых аккумуляторов была их маленькая емкость. Связано это было с несовершенством технологий изготовления деталей и чистотой химических реагентов, входящих в состав аккумулятора. Пластины свинца были цельные, а не решетчатые, что значительно сокращало площадь контакта с кислотой, а кроме того, в свинце было много примесей.  На настоящий момент прогресс изготовления аккумуляторов «шагнул» далеко вперед. Применяются не только различные по емкости аккумуляторы, для конкретных случаев и моделей автомобилей, но и разные по принципу работы аккумуляторы. Обо всем по порядку мы и расскажем далее.

Принцип работы автомобильного аккумулятора

Популярность кислотных аккумуляторов основывается на особенностях их работы и эксплуатационных характеристиках. Небольшое внутреннее сопротивление позволяет им выдавать ток на несколько сотен ампер, а именно это требуется стартеру для того, чтобы запустить двигатель внутреннего сгорания. Постоянное совершенствование автомобильного аккумулятора, который был изобретён ещё в 19-м веке, привело к тому, что в настоящее время он широко применяется в различных областях машиностроения.

В основе конструкции такой батареи лежит комплект свинцовых электродов. Все они расположены в одном и том же рабочем корпусе, залитом электролитом. Основу электролита составляет раствор на основе серной кислоты и дистиллированной воды. Для устройства пластин используется губчатый свинец, а также диоксид этого металла. Между пластинами возникает электрический разряд при взаимодействии электродов и жидкости-электролита.

Свинец с диоксидом свинца находятся в водяном растворе серной кислоты и вступают в реакцию друг с другом — на этом основывается принцип работы всех батарей этого типа. Сначала чистый свинец окисляется до сульфата этого металла. В процессе работы АКБ происходит её разряд — в химической реакции это находит своё отражение следующим образом: на аноде диоксид свинца восстанавливается, а на катоде происходит окисление свинца. Как только через электроды начинает проходить ток, химические реакции будут обратно противоположными.