Электрические характеристики аккумулятора

1.4.1 ЭДС аккумулятора

ЭДС аккумулятора называется разность его электродных потенциалов, измеренную при разомкнутой внешней цепи, т.е.

Е = j+ - j-, (1.1)

где j+ и j- соответственно потенциалы положительного и отрицательного электродов при разомкнутой внешней цепи.

ЭДС батареи, состоящей из n последовательно соединенных аккумуляторов

Еб= nЕ (1.2)

В свою очередь, электродный потенциал при разомкнутой цепи в общем случае состоит из равновесного электродного потенциала jо, характеризующего равновесное состояние электрода (при отсутствии переходных процессов в электрохимической системе), и потенциала поляризации j.

Этот потенциал в общем случае определяется как разность между потенциалом электрода при разряде или заряде и его потенциалом в равновесном состоянии в отсутствии тока. Однако состояние аккумулятора сразу после включения тока не является равновесным вследствие различия концентрации электролита в порах электродов и в межэлектродном пространстве. Поэтому электродная поляризация сохраняется в аккумуляторе длительное время и после отключения зарядного или разрядного тока и характеризует в этом случае отклонение электродного потенциала от равновесного значения за счет переходного процесса, т. е. в основном вследствие диффузионного выравнивания концентрации электролита в аккумуляторе от момента размыкания внешней цепи до установления равновесного стационарного состояния в аккумуляторе:

j = j0 + j (1.3)

Если «+» в этом случае уравнение соответствует остаточной поляризации после окончания зарядного процесса, знак «-» после окончания разрядного процесса.

Таким образом, следует различать равновесную ЭДС аккумулятора Еои неравновесную в течение времени о размыкания цепи до установления равновесного состояния Е.

Равновесная ЭДС отличается от ЭДС в неравновесном состоянии Е на разность потенциалов поляризации, т.е.

Dj = E - Eо (1.4)

Параметр Dj будет положительным после выключения зарядного тока (Е>Ео) и отрицательным после выключения разрядного тока (Е < Ео).

Равновесная ЭДС свинцового аккумулятора зависит от физических свойств веществ, принимающих участие в токообразующем процессе, и совершенно не зависит от размеров и формы электродов, а также от количества активных масс и электролита.

Приближенно равновесная ЭДС может быть вычислена по эмпирической формуле

Eо= 840 + ¡э, (1.5)

где ¡о– плотность электролита при 15оС, кг¤м3.

1.4.2 Внутреннее сопротивление

Сопротивление, оказываемое аккумулятором протекающему внутри его току, принято называть внутренним сопротивлением.

Полное внутреннее сопротивление

R_вн = r₀ + r_п, (1.6)

где r_o - омическое сопротивление электродов, электролита, сепараторов, вспомогательных токоведущих деталей; r_п – сопротивление поляризации, которое появляется вследствие изменения электродных потенциалов при прохождении тока.

Сопротивление активных материалов, а также электролита изменяются в зависимости от степени заряженности аккумулятора. Кроме того, сопротивление электролита зависит от температуры. Поэтому омическое сопротивление также зависит от степени заряженности батареи и ее температуры. Полное внутреннее сопротивление аккумулятора при разряде и заряде можно определить по формулам

R_вн.р = R_вн.з = , (1.7)

где U_р и U_з – соответственно напряжения на полюсных выводах при разряде и заряде; I_р и I_з – сила соответственно разрядного и зарядного тока, протекающего через аккумулятор.