Принцип действия АБ

Принцип действия аккумуляторов основан на поляризации свинцовых электродов. Под действием постоянного тока зарядного агрегата электролит (раствор серной кислоты) разлагается на кислород и водород. Продукты разложения вступают в химическую реакцию со свинцовыми электродами: на положительном электроде, т. е. на электроде, присоединенном к плюсу зарядного агрегата, образуется двуокись свинца (Рb0₂), а на отрицательном электроде, присоединенном к минусу зарядного агрегата — губчатый свинец.

В результате образуется гальванический элемент с напряжением около 2 В. Анодом в нем является двуокись свинца, а катодом — губчатый свинец. При разряде такого элемента в нем произойдет обратный химический процесс: химическая энергия превращается в электрическую. Под влиянием разрядного тока из электролита выделяются кислород и водород.

Поскольку разрядный ток внутри аккумулятора идет в направлении, обратном направлению тока заряда, кислород будет выделяться на отрицательном электроде, водород — на положительном.

Кислород и водород, вступая в реакцию с двуокисью свинца и губчатым свинцом, восстанавливают первую и окисляют второй. По достижении равновесного состояния разряд прекращается. Такой элемент обратимый и может быть повторно заряжен.

С момента создания свинцово-кислотного аккумулятора (1869 г. Офицер российского ВМФ лейтенант Тверитинов) было предложено много теорий, объясняющих процессы его заряда и разряда. Однако лишь одна теория, «теория двойной сульфатации» (Гладстон и Трайб, 1882 г.), несмотря на выдвигавшиеся против нее возражения, является общепринятой. Теория «двойной сульфатации» означает, что при разряде аккумулятора активная масса обоих электродов превращается в сульфат свинца (сернокислый свинец). Основные положения этой теории состоят в следующем.

Процесс разряда

В заряженном аккумуляторе положительный электрод (анод) состоит из двуокиси свинца (РbО₂), отрицательный—из губчатого свинца (РЬ), Электролит— раствор серной кислоты с удельным весом от 1,18 до 1,32 в зависимости от типа аккумулятора.

При включении аккумулятора на разряд ток внутри аккумулятора протекает от катода к аноду, при этом серная кислота частично разлагается, и на положительном электроде выделяется водород. Совершается химическая реакция, при которой двуокись свинца превращается в сульфат свинца (PbSO4) и выделяется вода. Остаток SO4 частично разложившейся серной кислоты вступает в соединение с губчатым свинцом катода, также образуя сульфат свинца.

Таким образом, во время разряда активная масса обоих электродов превращается в сульфат свинца. На эту реакцию расходуется серная кислота, и образуется вода. Благодаря этому удельный вес электролита по мере разряда снижается.

Химические реакции, происходящие в аккумуляторе во время разряда, приближенно описываются уравнениями:

Электролиз электролита:

H₂SO₄=H₂+ SO₄.

Реакция у положительного электрода:

РЬО₂ + Н₂ + H₂SO₄ = 2Н₂О + PbSO₄.

Реакция у отрицательного электрода:

Pb + SO₄ = PbSO₄.

Общее уравнение разряда:

РЬО₂ + РЬ + 2Н₂ SO₄ = 2PbSO₄ + 2Н₂О.

Процесс заряда

В разряженном аккумуляторе оба электрода состоят в основном из сульфата свинца PbSO₄. Электролит — раствор серной кислоты со сниженным удельным весом. Постоянный ток от зарядного агрегата проходит от положительного электрода через электролит к отрицательному электроду. Электролит частично разлагается на водород Н₂ и радикал SO4. Водород переносится к отрицательному электроду, восстанавливает на нем сульфат свинца до губчатого свинца и образует серную кислоту. На положительном электроде происходит сложная реакция. Две части воды, образовавшиеся при разряде, отдают свой водород Н₂ на образование двух частей серной кислоты из радикала SO4, выделяющегося на положительном электроде, и радикала SO4 сульфата свинца положительного электрода. Кислород О₂ двух частей воды, потерявших водород, соединяется со свинцом сульфата свинца положительного электрода, образуя двуокись свинца РЬО₂. К концу заряда сульфат свинца на отрицательном электроде восстанавливается до губчатого свинца, а на положительном электроде превращается в двуокись свинца. При этом образуется серная кислота и расходуется вода. Удельный вес электролита повышается.

Химические реакции, происходящие в аккумуляторе при заряде, приближенно описываются уравнениями:

Электролиз серной кислоты:

H₂SO₄ = Н₂ + SO₄

Реакция у положительного электрода:

PbSO₄ + 2Н₂О + SO₄ = РЪО₂ + 2H₂SO₄.

Реакция у отрицательного электрода:

PbSO₄+ Н₂ = РЬ + H₂SO₄.

Общее уравнение заряда:

2PbSO₄. + 2Н₂О = РЬО₂ + Pb + 2H₂SO₄.

Сравнивая общие уравнения разряда и заряда, можно установить, что они тождественны, но идут в разных направлениях. Это тождество можно изобразить следующим уравнением:

РЬО₂ + Pb + 2H₂SO₄ 2PbSO₄+ 2H₂O.

Знак → соответствует реакции разряда, а знак ← реакции заряда.

Рисунок 38.10. Иллюстрация химических реакций во время разрядки и зарядки АБ

На рисунке 38.10 показана иллюстрация химических реакций во время заряда и разряда АБ.

Батареи типа СК

Устройство АБ

АБ набираются путем последовательного соединения аккумуляторов. Аккумулятор состоит из блока положительных и отрицательных электродов, помещенных в стеклянный бак. Разрез АБ типа СК показан на рисунке 38.11., а общий вид на рисунке 38.12.

В стеклянных баках электроды подвешиваются ушками на верхние кромки бака. Ушки электродов привариваются к соединительным полосам, с помощью которых аккумуляторы соединяются в батарею. Для изоляции электродов друг от друга применяются сепараторы из мипласта.

В качестве электролита применяется раствор серной кислоты плотностью 1,18 г\см³ (при температуре +20°С).

Для уменьшения выноса электролита пузырьками газа баки аккумуляторов закрываются стеклами.

Рисунок 38.12 Общий вид АБ типа 2СК-16

Режимы работы АБ

АБ эксплуатируются в режиме постоянного подзаряда. Напряжение

подзаряда должно составлять 2,2 ± 0,05 В на аккумулятор для компенсации саморазряда и поддержания батарей в полностью заряженном состоянии.

Дополнительные (хвостовые) элементы, как и основная батарея. должны поддерживаться в режиме постоянного подзаряда.

Напряжение на батарее, содержащейся в состоянии постоянного подзаряда, должно поддерживаться стабильным автоматически. Точность стабилизации должна быть в пределах ±2%.