Кислотные и щелочные аккумуляторы кратко

Обновлено: 04.07.2024

Что такое аккумулятор и как он устроен, вопросы и ответы по теле аккумуляторных элементов и батарей.

Что называется вторичным элементом?

Вторичным гальваническим элементом или аккумулятором называется такой элемент, который, не производя сам электрической энергии, обладает способностью накоплять (аккумулировать) энергию, производимую другим каким-либо источником электрической энергии и затем по мере надобности отдавать, т. е. расходовать, эту энергию.

Какие типы аккумуляторов известны в настоящее время?

В настоящее время наиболее распространены аккумуляторы двух типов: кислотные и щелочные (железоникелевые). Известны ещё и другие типы аккумуляторов (ртутные, солевые и т. д.), но в промышленном масштабе эти аккумуляторы не производятся.

Как устроен кислотный аккумулятор?

Кислотные аккумуляторы в основном состоят из двух групп свинцовых пластин, погружённых в разведённую серную кислоту. Свинцовые пластины - электроды - обычно делаются решётчатыми.

Клетки положительной пластины набиваются свинцовым суриком, а клетки отрицательной - свинцовым глётом.

Рис. 1. Как устроен кислотный аккумулятор.

Как устроен щелочной аккумулятор?

Существует несколько конструкций щелочных аккумуляторов, но в основном все они состоят из железных пластин, погружённых в раствор едкого калия.

Пластины обычно делаются из тонкого никелированного железа со множеством отверстий.

В пластины соответствующим образом набивается активная масса, которая у положительных пластин состоит из гидрата окиси никеля, а у отрицательных - из порошкообразного железа, иногда с различными примесями вроде кадмия.

Рис. 2. Как устроен щелочной аккумулятор.

Чему равен разрядный ток аккумулятора?

Предельным разрядным током аккумулятора считается ток (в амперах), равный 1/10 ёмкости аккумулятора, выраженной в ампер-часах. Например, аккумулятор ёмкостью в 40 А-ч имеет предельный разрядный ток в 4 А.

Практически рекомендуется разряжать аккумулятор током несколько меньшим, чем наибольший разрядный, так как это увеличивает долговечность аккумулятора.

Что называется наибольшим зарядным током?

Наибольшим зарядным током называется тот предельный ток, которым можно заряжать аккумулятор. Численно этот ток равен 1/10 ёмкости аккумулятора.

Так, например, если аккумулятор имеет ёмкость 40 А-ч, то его наибольший зарядный ток будет 4 А. Практически лучше заряжать аккумулятор несколько меньшим током, чем наибольший зарядный ток, так как это обеспечит более продолжительный срок службы аккумулятора.

Какие аккумуляторы лучше - кислотные или щелочные?

Как у кислотных, так и у щелочных аккумуляторов имеются свои достоинства и недостатки. Основное преимущество кислотных аккумуляторов - меньшая стоимость, большее напряжение - 2 В; щелочной даёт только 1,25 В.

Зато щелочной гораздо легче кислотного, долговечнее, не боится коротких замыканий, может долго находиться без зарядки и т. д. Поэтому щелочной аккумулятор обыкновенно предпочитают кислотному.

Какие основные правила ухода за кислотными аккумуляторами?

При заряде и разряде аккумулятора руководствоваться теми указаниями, которые даны в паспорте аккумулятора.
После зарядки и доливки аккумуляторов дистиллированной или профильтрованной кипячёной водой - тщательно протереть тряпкой аккумуляторы, во избежание саморазряда.
Аккумулятор нельзя оставлять в незаряженном состоянии более, чем на одни сутки.
Для хранения аккумулятора в бездействующем состоянии следует его слегка зарядить, затем вылить электролит и промыть пластины дистиллированной водой.
Раствор серной кислоты берётся в 22° по Боме.
Заливка аккумуляторов производится холодным раствором перед зарядкой. Уровень электролита должен быть выше пластин примерно на 10 мм.
Разряжать аккумулятор ниже 1,8 В нельзя.
Зарядка аккумуляторной батареи производится с открытыми пробками и должна происходить до тех пор, пока кипение во всех аккумуляторах не будет одинаковым.
Если заряженный аккумулятор долго не был в употреблении, то через 15-20 дней его следует подзарядить.
Выводы аккумуляторов и клеммы, во избежание окисления, смазывать вазелином.

Какие основные правила ухода за щелочными аккумуляторами?

Пробки с аккумуляторных банок при зарядке снимаются. По прошествии 12-15 часов после окончания зарядки пробки ставятся на место.
Температура электролита при зарядке и усиленной разрядке не должна превышать 45°.
Разряд аккумулятора не должен падать ниже 1,1 В.
Аккумуляторные банки не должны касаться друг друга, так как у щелочных аккумуляторов отрицательный полюс соединён с банкой, и точно также провода не должны касаться банок.
При испарении электролита в банки надо доливать дистиллированную воду и раз в течение года менять электролит. Перед сменой электролита аккумулятор необходимо разрядить до напряжения 0,8 В и тщательно прополоскать.
Плотность электролита (калий-гидрат) должна быть 25° по Боме.
Для приготовления электролита куски едкого калия кладут в стеклянную, эмалированную или железную посуду и растворяют в дистиллированной воде (две весовых части на одну часть едкого калия). Во время растворения калия температура жидкости повышается. В аккумулятор вливается остывший раствор.
При обращении с калием-гидратом следует соблюдать большую осторожность, так как он едок. Пятна от калия-гидрата смываются 10 % раствором борной кислоты.

Как определить плюс и минус у элементов, аккумуляторов, сети постоянного тока?

Наиболее простым способом является следующий. Надо опустить концы проводов, соединённых с аккумулятором, с батареей или сетью постоянного тока, в слегка подкислённую воду (серной кислотой, уксусом и т. п.).

Отрицательный провод можно узнать по большому количеству пузырьков, выделяющихся у одного из опущенных в воду проводов.

Как зарядить высоковольтный аккумулятор от низковольтной динамо-машины?

Надо разделить высоковольтный аккумулятор на секции с таким напряжением, которое будет несколько меньше, чем у данной динамо-машины, и заряжать эти секции или по отдельности, или соединив параллельно, если мощность машины это допускает.

Ниже представлена схема зарядки аккумулятора от динамо-машины.

Рис. 3. Схема зарядки аккумулятора от динамо-машины.

Что значит “включить аккумулятор буфером”?

Включение аккумулятора буфером обозначает включение аккумулятора на работу параллельно с выпрямителем, от которого аккумулятор одновременно заряжается.

Такое включение аккумулятора при питании радиоустановки от постоянного тока в значительной степени сглаживает пульсацию.

Почему пластины аккумуляторов иногда покрываются белым налётом?

Причиной покрывания пластин аккумулятора белым налётом (сульфатация пластин) является:

разряд аккумулятора ниже нормы,
нахождение аккумуляторов в течение продолжительного времени в разряженном состоянии,
применение раствора серной кислоты большей крепости, чем необходимо,
работа в жарком помещении.

Для этого прежде всего следует убедиться в том, что между пластинами аккумулятора нет короткого замыкания. Затем надо заменить электролит сульфатированного аккумулятора раствором серной кислоты плотностью 3-5° по Боме и поставить аккумулятор под зарядку током от четверти до половины величины максимального зарядного тока, нормального для данного аккумулятора.

Зарядка продолжается до тех пор, пока плотность электролита не перестанет повышаться. Разряжать и заряжать аккумулятор придётся неоднократно, пока пластины не примут свой нормальный цвет.

Как заделать трещины в эбонитовых банках?

Заделку незначительных трещин в эбонитовых сосудах можно произвести при помощи специального клея из киноплёнки. Разрезанная на мелкие куски киноплёнка (после удаления с неё эмульсии) растворяется в ацетоне.

Получившейся киселеобразной массой промазываются несколько раз, с последующим высушиванием, трещины в эбонитовых банках. Края трещин предварительно должны быть зачищены наждачной шкуркой.

По окончании последней проклейки банка должна сохнуть в течение нескольких дней.

Можно ли использовать старые аккумуляторы?

Обычно в аккумуляторах положительные пластины приходят в негодность раньше, чем отрицательные. Если этих пластин имеется достаточное количество, то из них можно собрать аккумулятор, используя одну часть этих пластин в качестве положительных электродов, а другую в качестве отрицательных.

Такие аккумуляторы, собранные из отрицательных пластин, работают в общем удовлетворительно.

Как обращаться с серной кислотой при изготовлении раствора для амальгамирования, электролита для аккумуляторов ит. д.?

При изготовлении такого рода растворов следует осторожно вливать серную кислоту в воду, хорошенько перемешивая её стеклянной палочкой.

Поступать наоборот (т. е. лить воду в кислоту) нельзя, так как в этом случае вода, быстро обращаясь в пар, будет разбрызгиваться вместе с кислотой, в результате чего можно получить ожог.

АККУМУЛЯТОР — химический источник тока, который после разряда обладает возможностью заряда (преобразования электрической энергии в химическую) путем пропускания через него электрического тока обратного направления. Мы рассматриваем две электрохимические системы аккумуляторов, свинцовую (кислотную) и никель-железную (щелочную):

Свинцовый аккумулятор состоит из двух блоков пластин погруженных в электролит (25-29%-ный водный раствор серной кислоты). Положительные пластины представляют собой трубчатые цилиндры из нетканых материалов, заполненных активной массой — диоксидом свинца PbO₂ (панцирный электрод) или свинцовые каркасы, заполненные активной массой, также диоксидом свинца PbO2 (намазной электрод), отрицательные — представляют собой свинцовые каркасы, заполненные активной массой, состоящей из губчатого свинца (намазной электрод). После изготовления пластины подвергаются электролитической обработке — формовке. При разряде происходит химическая реакция, в результате которой активная масса положительной и отрицательной пластин переходит в сернистое соединение свинца PbSO4 с выделением воды, что уменьшает концентрацию электролита, его проводимость и снижает э. д. с. аккумулятора. При снижении плотности электролита до 1.14-1.13 г/см 3 разряд следует прекратить во избежание сульфитации пластин — образования на них нерастворимого сернистого свинца.

При заряде через аккумулятор проходит ток, имеющий направление, противоположное току разряда. Происходит обратная химическая реакция и на электродах восстанавливается диоксид свинца и губчатый свинец. Во избежание сульфитации аккумулятор необходимо содержать в заряженном состоянии, периодически проверять уровень, плотность электролита, напряжение под нагрузкой. Токообразующий процесс в свинцовом аккумуляторе описывается реакцией: Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ — 2PbSO₄ + 2H₂O. Увеличив плотность электролита, можно повысить емкость аккумулятора, но при этом ресурс аккумулятора резко снижается. КПД кислотного аккумулятора составляет 0,75-0,8.

Никель-железный аккумулятор состоит из двух блоков, расположенных в сосуде с электролитом (водный раствор едкого калия КОН или едкого натра NaOH, с добавлением едкого лития LiOH). Пластины представляют собой стальные рамки с вставленными в них стальными перфорированными коробочками, заполненными активной массой (ламельный тип электродов). Активная масса отрицательных пластин состоит из губчатого железа, положительных пластин — из гидрата окиси никеля Ni(OH)₃. Гидрат окиси никеля при разряде переходит в гидрат закиси никеля, а губчатое железо — в гидрат закиси железа. При заряде реакция идет в обратном направлении — происходит восстановление массы электродов. Концентрация электролита в процессе разряда и заряда остается неизменной. 2NiOOH + Fe + 2H₂O — 2Ni(OH)₂ + Fe(OH)₂. КПД щелочного аккумулятора составляет 0,5-0,6.

Для более наглядного сравнения эксплуатационных характеристик свинцовых и никель-железных аккумуляторных батарей возьмем две батареи близкие по параметрам, применяемые на самом распространенном Российском электропогрузчике ЭП-103КО: 36ТНЖ-300ВМП У2 и 40V5PzS350Ah. Щелочная батарея производится на Великолукском и Курском аккумуляторных заводах, кислотная – на заводе Elhim-Iskra JSC (Болгария), под торговой маркой Елхим-Искра. Стоимость щелочной батареи 36ТНЖ-300 составляет в среднем 160 000,00 рублей, а кислотной батареи 40V5PzS350Ah в среднем 100 000,00 рублей. Цены как правило меняются в течение времени, но кислотная батарея в любом случае будет дешевле щелочной.

Стоимость любой аккумуляторной батареи находится в прямой зависимости от стоимости сырья, из которого производятся элементы ее конструкции и компоненты активной массы. Для заливки щелочной АКБ потребуется 140кг калиево-литиевого электролита, плотностью 1,19-1,21 г/см 3 . Стоимость электролита составляет, в среднем, 75,0 руб./кг. Итого в сумме 10 500,00 руб.

Для заливки кислотной АКБ потребуется 110кг сернокислотного электролита, плотностью 1,28 г/см 3 . Стоимость электролита составляет около 45,0 руб./кг. Итого в сумме 4 950,00 руб. При этом следует учитывать, что щелочной электролит подлежит полной замене не реже одного раза в год, поскольку он теряет свои электролитические свойства в процессе эксплуатации. Кислотный электролит заливается один раз и на весь срок эксплуатации батареи. Кислотные аккумуляторы имеют меньшее внутреннее сопротивление, и, следовательно, более высокий КПД, чем щелочные. Поэтому, при ее зарядке расходуется меньше электроэнергии. Что бы зарядить кислотную батарею, требуется отдать ей количество электричества, эквивалентное 130% емкости, для щелочной батареи, ввиду более высокого внутреннего сопротивления, этот показатель составляет 170%. Справедливости ради надо отметить, что с другой стороны высокое внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов делает их более устойчивыми к коротким замыканиям.

При сравнении щелочной и кислотной батареи одинаковой емкости (350А*ч) экономия электроэнергии составляет ~54% на одну батарею за смену. Вывод, чем интенсивнее используется техника с кислотными АКБ, тем более ощутимой будет экономия. Для заряда щелочных батарей необходимо использовать устройства с зарядной характеристикой IU, т. е., со стабилизированной токовой характеристикой. Такой профиль заряда требует применения сложных электронных схем и более мощного трансформатора. Как следствие, такие агрегаты стоят в несколько раз дороже, чем устройства с зарядной характеристикой Wa, применяемой для тяговых кислотных батарей с жидким электролитом. Конкретная цена на зарядные устройства ЕлПулскКар для различных типов батарей зависит от мощности силы тока заряда, но, в любом случае зарядные устройства ЕлПулсКар для кислотных батарей стоят дешевле.

Щелочной аккумулятор имеет ряд положительных по сравнению с кислотным аккумулятором отличий:

он отличается высокой выносливостью;
он сохраняет работоспособность в течение длительного срока;
он не восприимчив к физическому воздействию;
он сохраняет работоспособность даже при очень длительных простоях при отрицательных температурах;
он хорошо держит неожиданные нагрузки;
он хорошо переносит короткие замыкания;
он может очень большой промежуток времени храниться абсолютно разряженным, что категорически недопустимо в случае с кислотными батареями.

ВЫВОД: в качестве тяговых аккумуляторов, в подавляющем большинстве случаев, свинцовые батареи имеют неоспоримые преимущества перед щелочными.

Основное различие между Свинцово-кислотными батареями и Щелочными батареями заключается в том, что Свинцово-кислотные батареи являются перезаряжаемыми, в то время как Щелочные батареи в основном не перезаряжаемые.

Аккумуляторная батарея — это устройство с одним или несколькими электрохимическими элементами. Она имеет внешние соединения, которые подключают к потребителям электричества, к таким устройствам, как смартфоны, фонарики и т.д. Она имеет положительный вывод — катод и отрицательный вывод — анод. Свинцово-кислотная батарея и Щелочная батарея — это две такие батареи, которые могут обеспечить работу этих устройств необходимым электричеством.

Содержание

Обзор и основные отличия
Что такое Свинцово-кислотный аккумулятор
Что такое Щелочная батарея
В чем разница между Свинцово-кислотной батареей и Щелочной батареей
Заключение

Что такое Свинцово-кислотная батарея?

Свинцово-кислотная батарея является одной из самых первых из перезаряжаемых батарей и до сих пор широко используется. Она имеет очень низкое соотношение энергии к весу. Кроме того, она имеет низкое соотношение энергии к объему. Кроме того, эта батарея способна обеспечить высокий импульсный ток, таким образом, Свинцово-кислотная батарея имеет очень хорошее соотношение мощности и веса. Эти батареи являются недорогими устройствами.

Свинцово-кислотная батарея

В полностью заряженном состоянии в этой батарее ее отрицательно заряженная пластина является свинцовой, а положительно заряженная пластина — оксидом свинца. в качестве электролита тут используется концентрированная серная кислота. Электролит хранит большую часть химической энергии. Однако при избыточной зарядке происходит образование газов кислорода и водорода из-за электролиза воды. От этого разрушаются ячейки сепаратора батареи.

Устройство Свинцово-кислотной батареи

Во время разрядки батареи ионы водорода образуются на отрицательной пластине, и эти ионы переходят в раствор электролита и расходуются на положительной пластине. Ионы HSO₄ расходуются на обеих пластинах. В процессе зарядки происходит обратная реакция.

В разряженном состоянии батареи положительные и отрицательные пластины превращаются в сульфат свинца(II). Электролит теряет большую часть растворенной серной кислоты и становится водой.

Что такое Щелочная батарея?

Щелочная батарея (еще её называют Алкалиновой — от англ. Alkaline) является наиболее распространённым типом аккумуляторной батареи, и ее энергия генерируется в результате реакции между металлическим цинком и оксидом марганца. Название щелочной аккумулятор происходит от его щелочного электролита: гидроксида калия. Некоторые из этих батарей являются перезаряжаемыми, но попытка перезарядить батарею часто приводит к ее разрыву.

Разорванная Щелочная батарея

В этой батарее отрицательный электрод представляет собой металлический цинк, а положительный электрод представляет собой оксид марганца (MnO₂). Однако щелочной электролит не участвует в реакции. Он остается неизменным, потому что равные количества гидроксид-ионов потребляются и образуются во время разряда. Здесь химическая энергия хранится в металлическом цинке.

В чем разница между Свинцово-кислотной батареей и Щелочной батареей?

Свинцово-кислотная батарея является одной из самых первых широко используемых аккумуляторных батарей. Между тем, щелочная батарея является наиболее распространённым типом аккумуляторной батареи, и ее энергия генерируется в результате реакции между металлическим цинком и оксидом марганца. Основное различие между свинцово-кислотными и щелочными батареями заключается в том, что свинцово-кислотные батареи являются перезаряжаемыми, в то время как щелочные батареи в основном не перезаряжаемые.

Более того, большая часть химической энергии аккумуляторной батареи накапливается в электролите свинцово-кислотного аккумулятора, а в щелочных аккумуляторах энергия накапливается в металлическом цинке. Еще одно различие между свинцово-кислотной батареей и щелочной батареей состоит в том, что свинцово-кислотная батарея потребляет электролит во время разряда, а щелочная батарея — нет.

Заключение — Свинцово-кислотная батарея против Щелочной батареи

Свинцово-кислотная батарея является одной из самых первых широко используемых аккумуляторных батарей. Тогда как щелочная батарея является наиболее распространённым типом аккумуляторной батареи, и ее энергия генерируется посредством реакции между металлическим цинком и оксидом марганца. Основное различие между свинцово-кислотными батареями и щелочными батареями заключается в том, что свинцово-кислотные батареи являются перезаряжаемыми, в то время как щелочные батареи в основном не перезаряжаемые.

Своё название щелочные аккумуляторы получили от вида электролита, необходимого для их работы. Основными разновидностями электролита, используемыми в щелочных аккумуляторах, являются едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH). При сравнении щелочных аккумуляторов с кислотными батареями, очевидно, что аккумуляторы, работающие на электролите, имеют некоторые преимущества. Однако недостатки у них также существуют. Особенности работы щелочных аккумуляторов делают их незаменимыми в некоторых производственных отраслях.

Устройство щелочных аккумуляторов

Среди аккумуляторов, работающих при помощи щелочного раствора (электролита), наиболее часто используются два их вида – никель-кадмиевый и никель-металлогидридный. В каждом них положительный электрод состоит из гидроокиси никеля (NiOOH), с добавками графита и окиси бария. Каждая из добавок улучшает качество работы аккумулятора. Графит увеличивает электропроводность электрода, а окись бария увеличивает срок работы аккумулятора.

Массы отрицательных электродов каждого вида щелочного аккумулятора имеют различный состав. У металлогидридного аккумулятора отрицательный электрод изготовлен из порошкообразного железа и его окислов. В основной состав отрицательного электрода входит также сернистое железо и сернокислый никель. Если батарея никель-кадмиевая, то отрицательный электрод состоит из смеси порошков железа и кадмия.

В качестве электролита преимущественно используют раствор едкого калия (20 %), в который добавлен моногидрат лития, увеличивающий срок эксплуатации щёлочного аккумулятора. Необходимое количество – 20-30 г/литр раствора.

Химические процессы, происходящие при работе щелочного аккумулятора

При использовании щелочного аккумулятора, то есть, при его разряде, гидроокись никеля положительного электрода вступает в реакцию с ионами электролита. Результатом данной реакции становится образование Ni(OH)2 — гидрата закиси никеля

Одновременно подобный процесс происходит на отрицательном электроде, только на нём образуются гидраты окисей кадмия и железа. Разность потенциалов, составляющая около 1,45 вольта, обеспечивается протеканием тока по контурам внешней и внутренней сети. Таков принцип работы щелочного аккумулятора.

При зарядке щелочного аккумулятора происходит обратный химический процесс – при воздействии тока положительные электроды окисляются, превращая гидрат закиси никеля в гидроокись никеля. Отрицательный электрод при этом восстанавливается, в его массе образуется кадмий и железо.

Главная особенность этих процессов в том, что вещества, образующиеся в процессе электрохимических реакций, в реакцию друг с другом не вступают. Они практически не растворяются в электролите. Благодаря такому поведению веществ расход электролита отсутствует, а его плотность не изменяется.

Особенности эксплуатации щёлочных аккумуляторов

Начиная с момента, когда аккумулятор начинает использоваться по назначению, то есть, к батарее подключается нагрузка, напряжение весьма быстро падает до 1,3 вольта, а затем продолжает снижаться уже медленно. В момент, когда оно уменьшается до 1 вольта, его работу необходимо останавливать.

Далее батарею эксплуатировать не следует, так как её использование при напряжении ниже 1 вольта, приводит к потере ёмкости аккумулятора. Уменьшится и срок его эксплуатации. Повседневный уход за щелочными аккумуляторами ничем не отличается от их кислотных аналогов. Необходима систематическая подзарядка и контроль уровня электролита.

Применение щёлочных аккумуляторов, их достоинства и недостатки.

Щёлочные аккумуляторы находят применение в устройствах систем аварийного электроснабжения, в оборудовании локомотивов и вагонов для пассажиров. Их используют в устройствах электропогрузчиков, электроинструментах и портативных электроинструментах. Телефоны и фотоаппараты также оборудуются щёлочными батареями. Правильно выбрать аккмуляторную батарею можно, протитав статью на нашем сайте.

Основными достоинствами батарей данной конструкции считают:

— Длительный срок службы;

Существенным минусом щелочных аккумуляторов является небольшой КПД – всего 55%. Наличие эффекта памяти, приводящего к потере ёмкости.

Читайте также: