Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея – это электрическая гальваническая система, способная накапливать химическую энергию и отдавать ее в виде электрической энергии во внешнюю цепь.

История создания аккумуляторной батареи

Впервые о создании аккумуляторов и аккумуляторных батарей заговорил в начале XIX в. В. В. Петров. Позже Х. Д. Гротгус и Э. Х. Ленц изучили зависимость величины гальванической поляризации от силы зарядного тока, который возрастал до некоторых пределов. Установленные законы поляризации играли большую роль в развитии электротехники. В 1839 г. англичанин Гров построил для использования поляризационных токов первый аккумулятор. В 1860 г. французский физик У. Гастон Планте и русский физик В. С. Якоби впервые применили свинцовые пластины и показали аккумулятор с электролитом из раствора серной кислоты, но данные аккумуляторы были непрочными.

После создания электрических генераторов для заряда аккумуляторов начали использовать энергию топлива или воды. Это дало возможность апробировать аккумуляторные батареи на созданных небольших электрических станциях, а также для применения в сухопутном и морском транспорте. В 1881 г. К. Фор предложил крепление аккумулятора в виде слоя сурика на свинцовой пластине с помощью войлока и пергамента. Но данные батареи были очень малой емкости. В этот же период Е. П. Тверетиновым в Кронштадте был создан аккумулятор, работающий на растворе серной кислоты с использованием свинцовых решеток. Данный аккумулятор получил широкое распространение на всех военно-морских судах начала XX в. В 1880-е гг. Н. Н. Бенардос изготовил буферную аккумуляторную батарею для конструкции нового аппарата, помогающего проводить сварочные работы. В начале XX в. в Санкт-Петербурге на заводе фирмы «Тюдор» начинается серийное производство аккумуляторов. В 1900 г. Т. А. Эдисон создал аккумуляторные батареи щелочного типа. В России работы советских конструкторов всегда были направлены на создание аккумуляторов для аккумуляторных батарей силового назначения, а также для транспорта, связи и осветительных целей. Иногда выделяют несколько видов аккумуляторных батарей. Это батареи, состоящие из аккумуляторов тепла, гидравлических аккумуляторов или торфяных.

В состав аккумуляторной батареи входят три основные составляющие: положительный электрод, отрицательный электрод и электролит. Электроды в аккумуляторной батарее погружены в электролит. Причем электроды должны быть разными металлами, так как только в этом случае создается разность потенциалов, необходимая для появления электродвижущей силы.

Принцип работы аккумуляторной батареи

От электрода в электролит переходят ионы металла электрода для уравновешения энергетического состояния. В результате такого перехода на электроде образуются свободные электроны, заряженные отрицательно. Положительные ионы, отошедшие от электрода, притягиваются другим электродом. Результатом всех этих изменений является создание разности зарядов у электродов. Сам процесс продолжается вплоть до того, как будет уравновешено электрохимическое состояние в аккумуляторной батарее.

Технические характеристики аккумуляторной батареи

К таковым относятся емкость, которая измеряется в ампер-часах, среднее напряжение, измеряемое в вольтах, удельная энергия, измеряемая в ваттах-часах/килограмм (дм³), отдача по емкости, отдача по энергии.

Емкость – это такое количество электроэнергии, которую способна передать в цепь, к которой она присоединена, аккумуляторная батарея. Удельная энергия – это количество энергии, которое снимается в результате разряда с одного килограмма массы и 1 дм³ объема аккумуляторной батареи. Отдача по емкости – это отношение количества электричества, сообщенного аккумуляторной батарее, к количеству электричества, которое должна передать эта аккумуляторная батарея в цепь.

Для получения аккумуляторной батареи, с помощью которой получают источник тока необходимого напряжения, нужно соединить необходимое число аккумуляторов. Существуют стационарные и переносные аккумуляторные батареи. К стационарному типу относятся батареи, применяемые на телефонных станциях, телеграфах.

Переносные батареи подразделяются на стартерные, тяговые, фонарные и радиогруппы. По применению различных веществ электродов и электролитов аккумуляторные батареи делятся на свинцово-кислотные, кадмиево-никелевые и железо-никелевые системы. Кадмиево-никелевая и железо-никелевая чаще всего называются щелочными.

Свинцовые аккумуляторные батареи в положительном электроде имеют двуокись свинца, а в отрицательном электроде – губчато-металлический свинец. Электролитом является раствор серной кислоты H₂SO₄ с удельным весом 1,18—1,29. При разряде данной батареи количество серной кислоты уменьшается, что приводит к образованию воды. При заряде вода расходуется, а количество серной кислоты в электролите увеличивается, поэтому напряжение аккумуляторной батареи зависит от концентрации серной кислоты. При нормальных режимах работы среднеразрядное напряжение составляет 1,98 V, а среднезарядное напряжение 2,4 V. Для свинцовых аккумуляторных батарей электроды готовятся вмазыванием пасты, состоящей из окислов свинца, серной кислоты и воды, в свинцово-сурьмяную пастированную пластину. Данная пластина с обеих сторон закрывается перфорированным свинцовым листом.

Кадмиево-никелевая аккумуляторная батарея имеет в положительном электроде смесь окисла никеля с графитом, а в отрицательном электроде – губчатый металлический кадмий в смеси с губчатым железом. Электролитом для них служит едкий калий или едкий натр с удельным весом 1,2 с добавкой гидроокиси лития. Концентрация электролита при работе данной батареи не меняется, так как не происходит участия кадмия в химической реакции. Среднее разрядное напряжение 1,23 V, а среднее зарядное напряжение – 1,65 V.

Железо-никелевые аккумуляторные батареи имеют положительный электрод в виде смеси окисла никеля с графитом, а отрицательный электрод – в виде мелкого порошка железа.

Данная батарея имеет большой саморазряд, что приводит при изменении температуры и в период бездействия к потере емкости. Это делает железоникелевые аккумуляторные батареи дешевыми по себестоимости и с большим сроком службы по сравнению с другими аккумуляторными батареями. Дальнейшие перспективы развития железоникелевых аккумуляторных батарей состоят в разрешении проблем способности работать в широких временном и температурном режимах при минимальных нагрузках.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.