Гальванічні елементи та акумулятори
Малопотужні джерела електричної енергії
Найбільш поширені гальванічні елементи марганцево-цинкової, марганцево-повітряної, повітряно-цинкової і ртутно-цинкової систем з сольовим і лужним електролітами. Сухі марганцево-цинкові елементи з сольовим електролітом мають початкова напруга від 1,4 до 1,55 В, тривалість роботи при температурі навколишнього середовища від -20 до -60 ° С від 7 ч до 340 ч.
Сухі марганцево-цинкові і повітряно-цинкові елементи з лужним електролітом мають напругу від 0,75 до 0,9 В і тривалість роботи від 6 год до 45 год.
Сухі ртутно-цинкові елементи мають початкова напруга від 1,22 до 1,25 В і тривалість роботи від 24 год до 55 год.
Найбільший гарантійний термін зберігання, що досягає 30 місяців, мають сухі ргутно-цинкові елементи.
Акумулятори - це вторинні гальванічні елементи. Від звичайних гальванічних елементів акумулятори вигідно відрізняються тим, що після розряду вони знову можуть бути заряджені. При гарному догляді за ними і при нормальних умовах експлуатації акумулятори витримують до декількох тисяч зарядів і розрядів.
В даний час на практиці застосовують свинцеві і кадмієво-нікелеві акумулятори. У перших електролітом служить розчин сірчаної кислоти, а у других - розчин лугів у воді. Свинцеві акумулятори називають також кислотними, а кадмієво-нікелеві - лужними.
Принцип роботи акумуляторів заснований на поляризації електродів при електролізі. Найпростіший кислотний акумулятор влаштований таким чином: це дві свинцеві пластини, опущені в електроліт (рис. 1). В результаті хімічної реакції заміщення пластини покриваються слабким нальотом сірчанокислого свинцю PbSO4, як це випливає з формули Pb + H2 SO4 = PbSO4 + Н2.
Мал. 1. Пристрій кислотного акумулятора
Такий стан пластин відповідає розрідженому внутрішньому акумулятора. Якщо тепер акумулятор включити на заряд, т. Е. Під'єднати його до генератора постійного струму, то в ньому внаслідок електролізу почнеться поляризація пластин. В результаті заряду акумулятора його пластини поляризуються, т. Е. Змінюють речовина своїй поверхні, і з однорідних (PbSO4) перетворюються в різнорідні (Pb і Р b О 2).
Акумулятор стає джерелом струму, причому позитивним електродом у нього служить пластина, покрита двоокисом свинцю, а негативним - чиста свинцева пластина.
До кінця заряду концентрація електроліту підвищується внаслідок появи в ньому додаткових молекул сірчаної кислоти.
В цьому одна з особливостей свинцевого акумулятора: його електроліт не залишається нейтральним і сам бере участь в хімічних реакціях при роботі акумулятора.
До кінця розряду обидві пластини акумулятора знову покриваються сірчанокислим свинцем, в результаті чого акумулятор перестає бути джерелом струму. До такого стану акумулятор ніколи не доводять. Внаслідок освіти сірчанокислого свинцю на пластинах, концентрація електроліту в кінці розряду знижується. Якщо акумулятор поставити на заряд, то знову можна викликати поляризацію, щоб знову поставити його на розряд і т. Д.
Як зарядити акумулятор
Існує кілька способів заряду акумуляторів. Найбільш простий - нормальний заряд акумулятора, який відбувається в такий спосіб. Спочатку протягом 5 - 6 ч заряд ведуть подвійним нормальним струмом, поки напруга на кожній акумуляторній банку не досягне 2,4 В.
Нормальний зарядний струм визначають за формулою I зар = Q / 16
де Q - номінальна ємність акумулятора, Ач.
Після цього зарядний струм зменшують до нормального значення і продовжують заряд і протягом 15 - 18 год, до появи ознак кінця заряду.
Кадмієво-нікелеві, або лужні акумулятори, з'явилися значно пізніше свинцевих і в порівнянні з ними є більш досконалі хімічні джерела струму. Головна перевага лужних акумуляторів перед свинцевими полягає в хімічній нейтральності їх електроліту по відношенню до активних мас пластин. Завдяки цьому саморозряд у лужних акумуляторів виходить значно менше, ніж у свинцевих. Принцип дії лужних акумуляторів також заснований на поляризації електродів при електролізі.
Для живлення радіоапаратури випускають герметичні кадмієво-нікелеві акумулятори, які працездатні при температурах від -30 до +50 о С і витримують 400 - 600 циклів заряд-розряд. Ці акумулятори виконують у формі компактних паралелепіпедів і дисків з масою від декількох грамів до кілограмів.
Випускають нікель-водневі акумулятори для енергопостачання автономних об'єктів. Питома енергія нікель-водневого акумулятора складає 50 - 60 Вт ч кг -1.