Принцип работы аккумулятора. О принципе работы аккумуляторов

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Актюбинский государственный университет им. К. Жубанова

Факультет: технический.

Специальность: металлургия.

Реферат.

По дисциплине: Физическая химия.

На тему: Аккумуляторы и принцип их работы.

Выполнил: студент Тихонов Тимур

Проверил(а):Байманова

Актобе 2010.

1. Свинцово-кислотный аккумулятор

2.Принцип действия

3. Устройство

4. Физические характеристики

5. Эксплуатационные характеристики

6. Эксплуатация

7. Свинцово-кислотный аккумулятор при низких температурах

8. Хранение

9. Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

10. Электри́ческий аккумуля́тор

11. Принцип действия

12. Никель-ка́дмиевый аккумуля́тор

13. Параметры

14. Области применения

Свинцово-кислотный аккумулятор - наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартерные батареи в автомобильном транспорте, аварийные источники электроэнергии.

Принцип действия

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода - на отрицательном.

Химическая реакция (слева-направо - разряд, справа-налево - заряд):

В итоге получается, что при разрядке аккумулятора расходуется серная кислота с одновременным образованием воды (и плотность электролита падает), а при зарядке, наоборот, вода «расходуется» на образование серной кислоты (плотность электролита растет). В конце зарядки, при некоторых критических значениях концентрации сульфата свинца у электродов, начинает преобладать процесс электролиза воды. При этом на катоде выделяется водород, на аноде - кислород. При зарядке не стоит допускать электролиза воды, в противном случае необходимо ее долить.

Устройство

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из положительных и отрицательных электродов, сепараторов (разделительных решеток) и электролита. Положительные электроды представляют собой свинцовую решётку, а активным веществом является перекись свинца (PbO 2). Отрицательные электроды также представляют собой свинцовую решётку, а активным веществом является губчатый свинец (Pb). На практике в свинец решёток добавляют сурьму в количестве 1-2 % для повышения прочности. Сейчас в качестве легирующего компонента используются соли кальция, в обеих пластинах, или только в положительных (гибридная технология). Электроды погружены в электролит, состоящий из разбавленной серной кислоты (H 2 SO 4). Наибольшая проводимость этого раствора при комнатной температуре (что означает наименьшее внутреннее сопротивление и наименьшие внутренние потери) достигается при его плотности 1,26 г/см³. Однако на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29 −1,31 г/см³. (Это делается потому, что при разряде свинцово-кислотного аккумулятора плотность электролита падает, и температура его замерзания, т.о, становится выше, разряженный аккумулятор может не выдержать холода.)

В новых версиях свинцовые пластины (решетки) заменяют вспененным карбоном, покрытым тонкой свинцовой пленкой, а жидкий электролит может быть желирован силикагелем до пастообразного состояния. Используя меньшее количество свинца и распределив его по большой площади, батарею удалось сделать не только компактной и легкой, но и значительно более эффективной - помимо большего КПД, она заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов.

Физические характеристики

· Теоретическая энергоемкость: около 133 Вт·ч/кг.

· Удельная энергоемкость (Вт·ч/кг): 30-60 Вт·ч/кг.

· Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около 1250 Вт·ч/дм³.

· ЭДС заряженного аккумулятора = 2,11 В, рабочее напряжение = 2,1 В (6 секций в итоге дают 12,7 В).

· Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75 - 1,8 В (из расчета на 1 секцию). Ниже разряжать их нельзя.

· Рабочая температура: от минус 40 до плюс 40

· КПД: порядка 80-90%

Напряжение	~ Заряд
12.70 V	100 %
12.46 V	80 %
12.24 V	55 %
12.00 V	25 %
11.90 V	0 %

Эксплуатационные характеристики

· Номинальная ёмкость , показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной емкости, выраженной в а/ч).

· Стартерный ток (для автомобильных). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев замеряется при -18°С (0°F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются, главным образом, допускаемым конечным напряжением.

· Резервная емкость (для автомобильных). Характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25А. Обычно составляет порядка 100 минут.

Эксплуатация

Ареометр может быть использован для проверки удельного веса электролита каждой секции

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми крышками над банками) на автомобиле при движении по неровностям неизбежно происходит просачивание проводящего электролита на корпус акуумулятора. Во избежание сильного саморазряда необходимо периодически нейтрализовывать электролит протиранием корпуса, например слабым раствором пищевой соды. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита, что увеличивает его плотность и может оголить свинцовые пластины. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и своевременно доливать дистиллированную воду.

Такие нехитрые операции вместе с проверкой автомобиля на утечку тока и периодической подзарядкой аккумулятора могут на несколько лет продлить срок эксплуатации батареи.

Свинцово-кислотный аккумулятор при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры, параметры аккумулятора ухудшаются, однако в отличие от прочих типов аккумуляторов, свинцово-кислотные снижают их относительно медленно, что не в последнюю очередь обусловило их широкое применение на транспорте. Очень приблизительно можно считать, что емкость снижается вдвое при снижении окружающей температуры на каждые 15°С начиная от +10°С, то есть, при температуре -45°С свинцово-кислотный аккумулятор способен отдать лишь несколько процентов первоначальной емкости.
Снижение емкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, ростом вязкости электролита, который уже не может в полном объеме поступать к электродам, и вступает в реакцию лишь в непосредственной близости от них, быстро истощаясь.
Еще быстрее снижаются зарядные параметры. Фактически, начиная с, примерно -15°С, заряд свинцово-кислотного аккумулятора почти прекращается, что приводит к быстрой прогрессирующей разрядке аккумуляторов при эксплуатации в режиме коротких частых поездок (так называемый, "режим доктора"). В этих поездках аккумулятор практически не заряжается, его необходимо регулярно заряжать внешним зарядным устройством.
Считается, что не полностью заряженный аккумулятор в мороз может растрескаться из-за замерзания электролита. Однако раствор серной кислоты в воде замерзает совсем не так, как чистая вода - он постепенно густеет, плавно переходя в твердую форму. Такой режим замерзания вряд ли способен вызвать разрыв стенок незамкнутого сосуда (а банка аккумулятора - незамкнутый объем). Электролит, в массовой литературе называемый "замерзшим" фактически еще можно перемешивать.
Растрескивание стенок аккумулятора при морозах действительно бывает, но в основном является следствием изменения свойств применяемого для стенок материала, а не расширением электролита при замерзании.

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C заряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,275 В/секцию, 1 раз в год, в течение 48 часов. При комнатной температуре - 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/секцию в течение 6-12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи и накипи на поверхности аккумулятора создает проводник для тока от одного контакта к другому и приводит к саморазряду аккумулятора, после чего начинается преждевременная сульфатизация пластин и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте (то есть его надо мыть перед хранением) Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные (лечебные) циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазрядка, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение емкости аккумуляторной батареи.

Автомобильный аккумулятор выполняет три функции. Основанная функция АКБ - это запуск двигателя. Также, батарея питает бортовые электрические устройства - при неработающем двигателе. Вторая важная функция - возможность аварийного питания, источником которого аккумулятор выступает в случае поломки генератора. Третья функция - это достижение баланса напряжения, которое поступает от генератора. Эта функция характерна для инжекторных двигателей.

Устройство аккумулятора автомобиля существенно не меняется уже много десятилетий. Хотя развитие технологий и появление новых материалов более высокого качества способствует более надежной конструкции и работе АКБ.

Основу работы аккумулятора составляет принцип возникновения разности потенциалов - то есть, напряжения. Оно возникает между пластинами, которые погружены в раствор электролита.

АКБ - устройство, которое, в зависимости от типа и производителя, имеет определенные конструктивно-технологические различия. Но общий принцип - одинаков: все аккумуляторные батареи содержат электроды, разделенные сепараторами, и помещенные в пространство, заполненное электролитом.

Корпус

Корпус аккумулятора состоит из двух частей: основной глубокой емкости и закрывающей крышки. Она может быть оснащена горловинами с пробками или системой, при помощи которой стабилизируется давление внутри батареи, и отводится образующийся газ. Конструкция корпуса зависит от типа АКБ.

Сам корпус изготовлен из материала, к которому предъявляются большие требования прочности и безопасности. Он должен быть устойчив к воздействию агрессивных химических реагентов, переносить колебания температуры и сильную вибрацию. В большинстве современных аккумуляторов корпус сделан из полипропилена.

Внутренние отсеки

Стандартное устройство аккумуляторной батареи представляет собой контейнер, состоящий из шести секций (или, как их называют, «банок»). Каждая секция - это отдельный источник питания. Она вырабатывает порядка 2 - 2,1 В. Стандартная АКБ рассчитана на 12 В.

В каждой из ячеек находится набор (или пакет) из отдельных пластин с чередующейся полярностью. То есть, одна пластина положительная, другая отрицательная. Причем, пластины отделены друг от друга. Пластины сделаны из свинца и имеют решетчатую структуру в виде прямоугольных сот. Это облегчает нанесение них активной массы - основного рабочего реагента.

Пластины

Для увеличения прочности пластин в них добавляют сурьму. У этой технологии есть и свои недостатки: присутствие сурьмы способствует выкипанию воды из электролита. Это - основная причина, по которой практически во все типы АКБ необходимо доливать воду. Но технологии не стоят на месте. Устройство автомобильных аккумуляторов совершенствуется. Количество сурьмы в свинцовых пластинах значительно уменьшилось, благодаря чему появились малообслуживаемые и гибридные аккумуляторы.

На положительный электрод наносится двуокись свинца, на отрицательный - губчатый свинец. Внутрь заливается электролит, который является водным раствором серной кислоты.

Каждая чередующаяся пластина является электродом, имеющим противоположную полярность. Таким образом, с целью предотвращения замыкания, между каждой парой пластин располагается сепаратор. Он изготовлен из пористого пластика и не создает препятствий для циркуляции электролита внутри ячейки.

Пластин с отрицательной полярностью больше на 1 единицу, так как каждая пластина с положительным зарядом помещена между двумя отрицательными (минусовыми).

Пакет с пластинами надежно фиксируется, чтобы предотвратить смещение и деформацию. Фиксация осуществляется при помощи специального бандажа. Токовыводы пластин (плюсовые и минусовые) объединены в пары. Концентрация энергии происходит при помощи токосборников - на выводные борны аккумулятора. К ним токоприемные клеммы.

Устройство АКБ обеспечивает максимальную надежность. Современные аккумуляторы - это качественные устройства, выступающие источниками питания даже для самых мощных автомобилей.

Виды современных аккумуляторов

Современные АКБ подразделяются на два основных вида: классические и необслуживаемые. Классические существуют уже больше ста лет и описаны выше. Необслуживаемые аккумуляторные батареи были созданы всего несколько десятилетий назад. Они эффективно работают в любом, даже перевернутом, положении. Вместо жидкого электролита в них применяется гелиевый, или адсорбированный сепараторами. Устройство автомобильного аккумулятора, который является необслуживаемым, подразумевает максимальную герметичность. Для отвода газов, которые выделяются при заряде и разряде, предусмотрен специальный клапан.

Главное различие необслуживаемых АКБ от классических - в более низких разрядных и зарядных токах. Причина - в конструкции необслуживаемых батарей. При больших токах классическая АКБ активно выделяет газ и «закипает». У необслуживаемых и герметизированных батарей этого нет.

Аккумуляторная батарея – основной элемент бытовых приборов, садовых агрегатов, автомобилей, некоторой спецтехники. Хотя для техники, отличающейся функционалом, применяются разные аккумуляторы, их принципы работы схожи, подобны они и комплектацией.

Изучение базовых элементов АКБ, особенностей их взаимодействия дает возможность избавиться от проблем, возникающих в процессе использования, во время восстановления, замены отдельных компонентов. Разобравшись в том, как устроен аккумулятор, как он функционирует, несложно поддерживать его в работоспособном виде 3–5 лет.

Аккумуляторная батарея, работающая в связке с генератором, представляет собой основной источник электроэнергии. Она предназначена для выполнения таких функций:

• Быстрый запуск двигателя. В момент запуска посредством АКБ на стартер подается питание.
• Подпитка основных элементов в тот момент, когда двигатель в автомобиле не функционирует.
• Постоянная подача питания в тот момент, когда наступает перегрузка генератора. Такое возможно только при условии, что генератор практически вышел из строя.
• Сглаживания скачков электрического тока, которые возникают в бортовой сети. Это способствует тому, что автомобильный аккумулятор функционирует лучше.

Принимая во внимание назначение аккумуляторной батареи, выполняя основные рекомендации, можно увеличить срок ее использования.

Просмотрите видео про устройство аккумуляторы и для чего он нужен.

Основные характеристики аккумуляторной батареи

Изучение характеристики аккумулятора дает возможность понять, в каких условиях можно эксплуатировать устройство, какие параметры нужно поддерживать.

• Емкость стандартного автомобильного аккумулятора. Данная характеристика позволяет установить, какое количество энергии может отдать устройство. Для отслеживания данной величины можно использовать нагрузочную вилку или же иные приборы, работающие автономно. И такую проверку необходимо периодически осуществлять, чтобы понимать, в каком состоянии агрегат.
• Пусковой ток. На все аккумуляторные батареи производители наносят этот параметр. Зная, какой ток в аккумуляторе, владельцы автомобилей поддерживают заданный показатель.
• Электродвижущая сила. Отображает напряжение в определенный момент времени на клеммах. Для установления характеристики аккумуляторных батарей применяются мультиметры. ЭДС во многом зависит от плотности, состава электролита.
• Уровень сопротивления. Эта характеристика зависит от температуры, величины заряда, состояния пластин и крепежных деталей. Для автомобиля технические характеристики эти не менее значимы.
• Полярность. Автомобили комплектуются аккумуляторами, которые имеют обратную (европейские модели) или прямую (российские модели) полярность. Определить тип автомобильных источников питания несложно. Для этого нужно обратить внимание на расположение клемм.
• Период хранения и эксплуатации. В технической документации фиксируются сроки. Для того чтобы их немного увеличить, нужно ответственно подходить к процессу использования, соблюдать правила обслуживания. От точности выполнения установленных правил зависит, в каком состоянии будут аккумуляторы и характеристики.

Все вышеперечисленные характеристики аккумуляторов необходимо учитывать при подборе нового устройства.

Особенности технологического исполнения

Изучая характеристики аккумуляторов, нужно обратить внимание и на технологическое исполнение. Все АКБ разделены на такие модели:

1. Обслуживаемые. Допускается замены банок, других элементов. Сейчас их не выпускают.
2. Необслуживаемые. Они выделяются повышенной силой пускового тока, продолжительностью использования. Потребности в их обслуживании нет.
3. Минимально обслуживаемые. К данному типу относят большую часть представленных на рынке источников питания. Такие устройства выделяются идеальной ценой и оптимальными для использования характеристиками.

Саморазряд АКБ

Процесс снижения емкости во время простоя источника питания называется саморазрядом. Основная причина его возникновения – окислительно-восстановительные процессы, которые протекают на электродах. Спровоцировать саморазряд может и загрязнение.

Саморазряд имеет определенные особенности:

• Вероятность его возникновения при низкой температуре минимальна. Поэтому для хранения источника питания лучше использовать сухие и прохладные места.
• Активность саморазряда повышается при ухудшении работы аккумулятора.

Устройство аккумулятора автомобиля

Большинство легковых автотранспортных средств оснащено свинцово-кислотными батареями. При этом устройство автомобильного аккумулятора постоянно модернизируется, совершенствуется. Изучение основных компонентов агрегата избавит от сложностей.

Основой любой АКБ является гальванический элемент, состоящих из двух электродов, отличающихся полярностью. Для подготовки электродов, включенных в состав источника питания, применены решетчатые свинцовые пластины.

Не менее важный компонент – электролит, включающий серную кислоту, дистиллированную воду. Электродный блок омывается этим составом.

Сепаратор, сосредоточенный между электродами, предназначен для предотвращения их соприкосновения. Для его подготовки использовано пористое сырье. Сепаратор не влияет на циркуляцию электролитной смеси, поэтому и параметры автомобильной акб не меняются.

Для соединения отдельных компонентов источника питания, создания выводов используются подготовленные из свинца перемычки. Их включают в устройство батареи практически все изготовители. Полярные выводы отличаются габаритами, поэтому и вероятность неправильного подключения снижается.

Корпус предназначен для создания целостной конструкции и обеспечения удобства эксплуатации аккумулятора автомобиля. Для его изготовления применяют сырье, обладающее определенными качествами:

• Стойкость. Состояние корпуса не меняется под действием химических веществ, влаги, температуры.
• Надежность.
• Прочность. Корпус, как и радиаторы, выдерживает определенные нагрузки.

Компании, модернизирующие устройство аккумулятора автомобиля, пользуются полипропиленом и другими синтетическими материалами, которые обладают схожими свойствами, во время изготовления основы.

Из чего состоит корпус? В его состав включен моноблок, в котором располагаются все компоненты, а также герметичная крышка.

Устройство старой аккумуляторной батареи отличалось тем, что гальванические компоненты были дополнены пробками. Для добавления дистиллированной воды они изымались.

В современных устройствах такие действия осуществляются по-другому. Ведь устройство и принцип работы отличается.

Дополнительные элементы

В работающих источниках питания протекают химические реакции, способствующие образованию газа. Для того чтобы снизить его негативное влияние, некоторые производители оснащают батарею газоотводом. Отвод выполняется в определенную сторону. Все зависит от того, какой тип источника питания использован для комплектации авто, где он сосредоточен.

Изучая устройство автомобильного аккумулятора, проверяя его состояние, автомобилисты предотвращают появление проблем. Отслеживание состояния пластин, электролита – задача ответственных водителей.

Принцип работы аккумулятора в автомобиле

Ознакомившись со строением, необходимо изучить и принцип работы аккумулятора. Только выполнение установленных правил обеспечит продолжительную эксплуатацию.

Основные моменты

Как только к АКБ подключаются потребители, свинец, из которого изготовлены пластины, вступает в реакцию с электролитом (серной кислотой). В итоге, формируется вода, а также сульфат свинца. Из-за того, что образуется вода, электролит становится менее плотным.

При подключении кислотных аккумуляторов к источнику питания вода постепенно испаряется, а плотность электролита возрастает. Поскольку сульфат свинца растворяется не полностью, пластины окисляются постоянно.

От того, насколько большое количество энергии отдается, зависит толщина формирующегося свинцового налета. Со временем толщина налета начинает влиять на количество вырабатываемой энергии, работу автомобильной аккумуляторной батареи. Поэтому допускать разрядку не стоит.

Для зарядки применяют специальное сетевое устройство или же генератор. Второй вариант используется чаще, поскольку посредством генератора поддерживается максимальный ток разряда, приемлемая мощность. Применяя для зарядки сетевое оборудование, необходимо следить за температурными показателями, уровнем влажности, величиной тока и напряжения.

Разряд АКБ

Процесс разрядки источника питания заключается в передаче электроэнергии бортовой сети. Параллельно процент воды, присутствующий в электролите, увеличивается, а уровень серной кислоты снижается. Разряд новой аккумуляторной батареи занимает больше времени, чем разряд старой.

Заряд АКБ

Процесс зарядки автомобильной батареи – накопление определенного количества электрической энергии, которая в дальнейшем преобразуется в химическую.

Зарядка АКБ начинается с того момента, как запускается двигатель автотранспортного средства и начинает работать генератор. Современные машины оснащаются высоковольтными батареями, от которых и заряжаются аккумуляторы. И это нужно учитывать, изучая принцип действия аккумулятора.

Процесс зарядки, разрядки влияет на то, как работает автомобильный аккумулятор, насколько быстро запускается двигатель.

Правила эксплуатации автомобильного аккумулятора

Выполнение нескольких правил позволит эксплуатировать АКБ дольше.

1. Не допускается полная разрядка аккумулятора автомобильного. Нормальная эксплуатация источника питания заключается в постоянной подзарядке. Если полной разрядки АКБ избежать не удалось, приступать к зарядке необходимо быстро. В противном случае, емкость начнет стремительно снижаться.
2. Поступающее от генератора напряжения варьируется в диапазоне 13–14В, какой бы режим работы ни был выбран. На клеммах источника питания напряжение – 13В и выше. Уровень заряда неэксплуатируемых автоаккумуляторов не менее значим.
3. Подключаться к источнику питания при неработающем моторе нежелательно. Это способствует быстрой разрядке автомобильного аккумулятора. К потребителям причислен климат-контроль, фары, акустика.
4. С источника питания обязательно удаляется пыль, грязь, дабы исключить быстрый саморазряд. С клемм нужно убирать окислы, которые затрудняют процесс запуска мотора. Они способствуют снижению напряжения, появлению проблем с мощностью.
5. Вибрация наносит вред аккумуляторной батареи. Поэтому периодически должна выполнять проверка крепежа. Минимальные смещения провоцируют нарушения, появление дефектов.
6. Техническое обслуживание, изучение принципа работы современного автомобильного аккумулятора выполняется только при отключенной «массе».
7. Полностью или частично разряженный аккумулятор нельзя оставлять при отрицательной температуре на улице. Ведь в состав электролита входит дистиллированная вода, которая замерзает в мороз.
8. Ежегодно источник питания передается в сервисный центр. Здесь проводятся проверки, ремонтные работы.

Продолжительность эксплуатации щелочного, кислотного автомобильного аккумулятора зависит от:

• Правильности выполнения внесенных в техническую документацию требований.
• Поддержания требуемого заряда.
• Своевременности очистки, профилактического осмотра.

Только у автомобилистов, уделяющих внимание вышеперечисленным правилам, нет никаких проблем с автоаккумуляторами в течение установленного изготовителями срока. Ведь они соблюдают рекомендации, проходят ежегодный техосмотр, проверяют источник питания.

Интересное видео по устройству аккумулятора

Аккумулятор служит для накопления электрической энергии, выступая автономным источником электропитания. В основу действия аккумулятора положена обратимость химических процессов, которые происходят внутри него. Именно эта особенность позволяет использовать устройство многократно и циклически (постоянный заряд и разряд). Разряженный аккумулятор заряжают методом пропускания электрического тока в таком направлении, которое противоположно направлению тока при разряде аккумулятора. АКБ в процессе работы мотора заряжается от генератора прямо в подкапотном пространстве автомобиля.

Аккумуляторная батарея имеет корпус. В данном корпусе расположены перегородки, разделяющие батарею на ячейки (банки). Аккумулятор на 12 вольт, который чаще всего устанавливается на легковых автомобилях, включает в себя 6 ячеек. В каждой банке имеются небольшие блоки, которые соединены друг с другом.

В отдельном блоке имеются положительные и отрицательные электроды. Указанные электроды представляют собой пластины (решетки), которые изготовлены из свинца (на примере свинцового аккумулятора). Данные пластины покрыты особым активным составом. Между пластинами с положительными и отрицательными полюсами также находится разделитель (сепаратор). Сепараторы изготовлены из материалов, которые не пропускают электрический ток.

Правильная зарядка автомобильного аккумулятора зарядным устройством. Проверка перед зарядкой, каким током заряжать аккумулятор. Как зарядить АКБ без ЗУ.

Когда нужно заряжать необслуживаемый автомобильный аккумулятор. Как заряжать необслуживаемую АКБ зарядным устройством: сила тока, время зарядки. Советы.

Как измеряется плотность электролита в АКБ, от чего зависит данный показатель. Доступные способы повышения плотности в "банках" аккумулятора своими руками.

Аккумуляторные батареи (АКБ) используются повсюду в качестве мобильных и стационарных источников питания: в подъемно-транспортном оборудовании, как элементы аварийного и резервного энергоснабжения, являются основой для автономности огромного разнообразия портативных устройств. Понимание того, как работает аккумулятор, поможет правильно заряжать смартфон и продлить срок службы батареи автомобиля.

Исторический обзор

Разработку первого гальванического элемента приписывают итальянскому физику Алессандро Вольта. Он проводил серию экспериментов с электрохимическими явлениями в течение 1790-х годов и примерно в 1800-м создал первую батарею, которую современники назвали «вольтовым столбом». Устройство состояло из чередующихся цинковых и серебряных дисков, разделённых слоями бумаги или ткани, которые были смочены в растворе натрия гидроксида.

Эти эксперименты стали основой работы над количественными законами электрохимии для Майкла Фарадея. Он описал принцип действия аккумулятора и на основе работ учёного были созданы первые коммерческие электрические элементы. Дальнейшая эволюция выглядела так:

Устройство и принцип работы

Батареей называют устройство, которое преобразует энергию химических реакций в электрическую. Хотя термин «батарея» и обозначает сборку из двух или более гальванических элементов, способных к такому преобразованию, в широком смысле он применяется и к единичному элементу такого типа.

Каждый такая ячейка имеет катод (положительный электрод) и анод (отрицательный). Эти электроды разделены электролитом, обеспечивающим обмен ионами между ними. Электродные материалы и состав электролита подбираются таким образом, чтобы обеспечить достаточную электродвижущую силу между клеммами батареи.

Поскольку электроды содержат ограниченный потенциал химической энергии, батарея во время работы будет истощена. Тип гальванических элементов, который приспособлен для пополнения после частичного или полного разряда, называется аккумуляторами. Сборка из таких соединённых между собой ячеек - аккумуляторной батареей. Работа АКБ предполагает циклическую смену двух состояний:

• Зарядка - батарея работает в качестве приёмника электроэнергии, внутри ячеек электрическая энергия реализуется в химические изменения.
• Разрядка - устройство функционирует как источник электрического тока благодаря преобразованию энергии химических реакций в электрическую.

Особенности зарядки и разрядки

Энергия, используемая для восстановления ёмкости АКБ, поступает из зарядных устройств, подключённых к электрической сети. Чтобы заставить ток протекать внутри элементов, напряжение источника должно быть выше, чем у батареи. Значительное превышение расчётного зарядного напряжения может привести к выходу АКБ из строя.

Алгоритмы зарядки напрямую зависят от того, как устроен аккумулятор и к какому типу он относится. Например, некоторые батареи могут безопасно пополнять свою ёмкость от источников постоянного напряжения. Другие работают только с регулируемым источником тока, способными менять параметры в зависимости от уровня заряда.

Неверно организованный процесс заряда может повредить батарею. В крайних случаях возможно возгорание АКБ или взрыв её содержимого. Существуют интеллектуальные аккумуляторы, оснащённые устройствами контроля напряжения. Основными параметрами, которые следует учитывать при эксплуатации обращаемых гальванических батарей:

Типы аккумуляторов

Конструктивно батареи различаются в зависимости от назначения и от типа протекающих в них электрохимических реакций. По способу их применения АКБ можно разделить на две основные категории:

В дополнение к способности перезаряжаться, аккумуляторные батареи, в сравнении с обычными гальваническими элементами, характеризуются высокой плотностью мощности и хорошей производительностью даже при низких температурах. В зависимости от состава электролита, материалов электродов и особенностей конструкции можно выделить три распространённых типа аккумуляторов.

Свинцово-кислотные

Эти АКБ имеют самую долгую историю популярности в качестве автономных источников питания. Большинство таких батарей изготовлены из свинцовых пластин или сеток, где одна из решёток (положительный электрод) покрыта диоксидом свинца в кристаллической форме. Электролит, состоящий из серной кислоты, участвует в реакциях свинца и диоксида свинца с образованием сульфата свинца. Перемещение ионов последнего образует ток разряда. Заряд происходит при помощи восстановления током заряда диоксида свинца на катоде.

Этот тип батарей был востребован на протяжении более чем сотни лет благодаря следующим особенностям:

• широкому диапазону возможностей как при производстве сильных, так и слабых токов;
• надёжностью в течение сотен циклов в присутствии контроля заряда;
• относительно низкой стоимости (свинец дешевле в пересчёте на ёмкость чем никель, кадмий, литий или серебро);
• большой срок годности при хранении для перезаряжаемого устройства;
• высокое напряжение единичной ячейки;
• простотой изготовления (литьё, сварка, прокатка).

Автомобильный аккумулятор - наиболее известный свинцово-кислотный перезаряжаемый источник питания. Широко их применение в качестве тяговых в автофургонах, погрузчиках и других транспортных средствах. Хотя большинство их портативны, некоторые могут весить несколько тонн.

Щелочные батареи

В этом типе батарей электрическая энергия генерируется в результате химических реакций в щелочном растворе с использованием различных электродных материалов. Наиболее известные из них:

Литиевые перезаряжаемые устройства

К ним относятся аккумуляторы с литиевым анодом или использованием в электрохимической реакции ионов лития. На момент появления батареи на основе металлического лития были многообещающими благодаря впечатляющему потенциалу к миниатюризации, но оказались крайне нестабильны из-за риска протекания бурных химических реакций на аноде. Поэтому основной коммерческий успех этого типа АКБ состоялся с применением литий ионных технологий, суть которых заключалась в том, что вместе с отказом от металлического анода роль электролита взяли на себя сложные соли лития.

Благодаря высокой плотности накапливаемой энергии и ничтожному саморазряду, этот тип АКБ популярен как источник питания потребительской электроники. Главный недостаток литиевых батарей - риск неожиданного возгорания от перегрева. Даже самые современные из них оснащаются дополнительным электронным контролем процессов зарядки-разрядки в целях безопасности. Литий полимерные батареи - более совершенные в своём классе. В них вместо жидкого электролита используют твёрдый полимерный. Эти батареи легче обычных литий ионных , но из-за высокой цены не смогли полностью их заменить.

Прогресс не стоит на месте. Сейчас инженеры и технологи разрабатывают модели принципиального устройства аккумуляторов будущего, которые придут на смену литий-ионным аккумуляторам.

Появление наноматериалов способно дать толчок новому витку эволюции батарей с такими удивительными для современных устройств свойствами, как мгновенная зарядка, эластичность, сверхкомпактность и экологическая безопасность.