Акумулятори - хімічна енциклопедія

АКУМУЛЯТОРИ електричні (від лат. Accumulator- збирач, накопичувач), хім. джерела струму багаторазової дії. При заряді від зовн. джерела елект. струму в акумуляторі накопичується енергія, к-раю при розряді внаслідок хім. р-ції безпосередньо перетворюється. знову в електричну і виділяється у зовн. ланцюг. За принципом роботи і осн. елементам конструкції акумулятори не відрізняються від гальванічних елементів, але електродні р-ції, а також сумарна токообразующая р-ція в акумуляторах оборотні. Тому після розряду акумулятора може бути знову заряджений пропусканням струму в зворотному напрямку: на покладе. електроді при цьому утворюється окислювач, на негативному-відновник.

Наїб. поширені свинцеві акумулятори, часто наз. також кислотними. Їх дія заснована на р-ції:

Електроліт - розчин H2 SO4 з концентрацією 12-24% по масі в розрядженому стані і 28-40% в зарядженому. Напруга розімкненого ланцюга (НРЦ) 1,95-2,15 В. Найчастіше застосовують електроди з пасти, що містить суміш Рb3 О4 і РbО з H2 SO4 (активна маса); цю пасту намазують на профільовану сітку-токоотвод зі сплаву Рb з 2-12% Sb. Електроди формують, пропускаючи через р-р електроліту зарядний струм в певному режимі; при цьому на одному електроді утворюється РbО2. на іншому-Рb. Потім електроди відмивають і сушать в умовах, що виключають можливість окислення Рb. Акумулятори, зібрані з таких електродів, після заливки у споживача розчином H2 SO4 готові до експлуатації без підзарядки (інші види акумуляторів вимагають доповнить. Заряду). Застосовують також панцирні електроди, в яких брало активна маса укладена в перфоровану пластмасову або тканинну трубку.

Перший свинцевий акумулятор був створений Г. Планте в 1859. Зараз більше половини світового вироб-ва Рb витрачається на виготовлення свинцевих акумуляторів з одиничною ємністю 2-5000 А * год і уд. енергією 25-40 Вт * ч / кг. Осн. гідності таких акумуляторів: відносить. дешевизна, пологі розрядна і зарядна криві, можливість працювати в разл. режимах розряду; недолік - невисокий ресурс роботи (число допустимих циклів заряд-розряд для акумуляторів 100-300, для тягових з панцирними електродами 800-1500). В кінці заряду на електродах свинцевого акумулятора спостерігається помітне виділення газів, к-які часто захоплюють за собою туман з крапель H2 SO4. У зв'язку з цим велика увага приділяється створенню герметичних свинцевих акуумуляторов.

Лужні нікель-кадмієві (НКА) і нікельжелезние (НЖА) акумулятори з розповсюдження посідають друге місце після свинцевих. Токообразующая реакція:

де M-Cd або Fe. Електроліт-водний розчин КОН, в к-рий іноді вводять LiOH для поліпшення працездатності окіснонікелевого електрода. НРЦ складає 1,30-1,34 В для НКА і 1,37-1,41 В для НЖА (через недо-рої час після закінчення заряду), уд. енергія 20-35 Вт * ч / кг. Лужні акумулятори мають, як правило, високий ресурс - 1-2 тис. Циклів. Електроди м.б. разл. конструкції: ламельні, в яких брало активна маса укладена в плоскі коробочки-ламелі з перфорованої сталевої стрічки; спечені, в яких брало активна маса вводиться в пори основи, утвореною при спіканні порошкоподібного металеві. Ni; пресовані, в яких брало активну масу під тиск. 35-60 МПа напресовують на сталеву основу (товщина пластин 0,8-1,8 мм).

НЖА використовують в осн. для виготовлення тягових акумуляторних батарей великої ємності (до 1200 А * год). Вони дешевше НКА, але характеризуються покращення. саморазрядом через корозію заліза в лужному розчині; крім того, у них більш низькі значення віддачі по току і по енергії. У НКА не спостерігається корозії Cd і пов'язаного з нею газовиділення, що обумовлює велику тривалість збереження зарядженого стану і можливість повної герметизації акумулятора. Герметичні НКА випускають ємністю від 0,01 до 160 А * год. Їх широко використовують як джерела елект. енергії в приладах побутової техніки, ср-вах зв'язку і т.п.

Срібно-цинкові акумулятори з лужним електролітом мають високу уд. енергію (до 130 Вт * год / кг) і здатні розряджатися великими струмами, але через високу вартість срібла знайшли застосування тільки в спеціальних галузях, напр. в космічній техніці. Токообразующая р-ція:

При заряді можливо також утворення AgO. Тому на зарядних і розрядних кривих спостерігаються ступені, відповідні р-ціям за участю Ag2 O і AgO. НРЦ 1,60-1,85 В, ресурс не перевищує 100-200 циклів.

Спроби заміни Ag ін. Матеріалами привели до створення нікель-цинкових акумуляторах, в яких брало використовують спечений або пресований окіснонікелевий електрод від НКА і цинковий електрод від срібно-цинкових акумуляторів. Токообразующая р-ція:

НРЦ 1,74-1,78 В, уд. енергія ок. 60 Вт * ч / кг, ресурс ок. 300 циклів. Розробляються варіанти цих акумуляторах призначені в осн. для електромобілів, але широкого використання їх заважає недостатній поки ресурс роботи.

В нікель-водневих акумуляторах протікає слід. токообразующая р-ція:

Виділяється при заряді Н2 накопичується під тиском. Тому блок з електродами поміщають в сталевий циліндр, що витримує тиску до 10 МПа. НРЦ 1,32-1,36 В, уд. енергія 50-60 Вт * ч / кг, ресурс дек. тисяч циклів. Через дорожнечу произова такі акумулятори застосовують поки тільки в космічних. техніці.

Серед перспективних конструкцій акумуляторів з неводними електролітами Наїб. інтерес представляють сірчано-натрієві з твердим керамич. електролітом з алюмінатів натрію, що володіє провідністю по іонам Na +. Робоча т-ра такого акумулятора 300-350 ° С. Токообразующая р-ція:

НРЦ 2,08 В. Осн. труднощі при розробці: створення технології виготовлення тонких, але досить стійких деталей з твердого електроліту. Розробляють також високотемпературні сульфід-залізо-літієві акумулятори; в них замість твердого електроліту застосовують розплав солей, окислювачами служать FeS або FeS2. За своїми характеристиками ці акумулятори близькі до сірчано-натрієвих.

На відміну від гальваніч. елементів акумулятори вимагають догляду при експлуатації: їх необхідно заряджати, періодично доливати електроліт і підтримувати постійною його концентрацію, проводити тренувальні та контрольні зарядно-розрядні цикли тощо Розробляють т. Зв. малообслуговувані і не обслуговуються акумулятори, догляд за якими спрощено.

===
Ісп. література для статті «АКУМУЛЯТОРИ»: Романов В. В. Хашев Ю. М. Хімічні джерела струму, 2 видавництва. М. 1978; Багоцький В.С. Скундин А. М. Хімічні джерела струму, М. 1981. B.C. Багоцький.

Сторінка «АКУМУЛЯТОРИ» підготовлена ​​за матеріалами хімічної енциклопедії.