Суммарная химическая реакция, протекающая в гальваническом элементе, называется токообразующей реакцией. При помощи гальванического элемента можно получать электрическую работу за счет энергии химической реакции.
Таким образом, при работе элемента Якоби-Даниэля протекают следующие процессы:
1) реакция окисления цинка 
. Процессы окисления в электрохимии получили название анодных процессов, а электроды, на которых идут процессы окисления, называют анодами;
2) реакция восстановления ионов меди 
Процессы восстановления в электрохимии получили название катодных процессов, а электроды, на которых идут процессы восстановления, называют катодами;
3) движение электронов во внешней цепи;
4) движение ионов в растворе анионов (
) к аноду, а катионов (Cu2+, Zn2+) к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента.
1.3. Концентрационные элементы
Гальванический элемент, в котором источником энергии является не химическая реакция, а работа выравнивания концентраций (активности) ионов, называется концентрационным. Он состоит из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы различных концентраций (активности) ионов, например
Cu|CuSO4||CuSO4|Cu,
a1 a2
где a1 < a2.
Электрод, находящийся в более разбавленном растворе, является анодом, он растворяется и его ионы переходят в раствор. На электроде, погруженном в более концентрированный раствор, осаждаются ионы металла и он является катодом.
Таким образом, на обоих электродах идут процессы, приводящие к выравниванию концентраций ионов в растворах.
Потенциалы электродов анода и катода равны
где aA и aK | - | активности ионов анода и катода соответственно; |
R | - | газовая постоянная, равная 8,314 Дж/К· моль; |
T | - | температура, K; |
F | - | число Фарадея 96500 Кл; |
n | - | валентность металла. |
Вычитая первое уравнение из второго, получаем уравнение для электродвижущей силы концентрационного элемента
или
Концентрационный элемент будет работать до тех пор, пока активности ионов в растворах на аноде и катоде не будут равны.
Измерение электродвижущей силы. Электродвижущую силу гальванических элементов измеряют компенсационным методом, при котором сила тока, протекающего через элемент, близка к нулю, что нельзя получить при прямом измерении обычным вольтметром из-за поляризации электродов и омических потерь. Схема установки показана на рис. 7. Источником постоянного тока является аккумулятор, который подключают к концам реохорда «ab». Измеряемый элемент подключают к реохорду в точке «a» и к подвижному контакту «c». Аккумулятор и измеряемый элемент включают таким образом, чтобы их токи шли навстречу друг другу и компенсировали их электродвижущие силы Еакк и Ех. Перемещая подвижный контакт «с» реохорда «ab», находят положение, когда гальванометр покажет отсутствие тока. В этом случае падение потенциала на отрезке «ас» равно электродвижущей силе измеряемого элемента, т. е.
ЕХ/Eакк = ac/ab.
Электродвижущая сила аккумулятора является постоянной величиной, однако точное ее значение не известно. Поэтому для компенсационных измерений обязательно требуется эталон, электродвижущая сила которого известна и постоянна. Таким элемен
Р и с. 7. Схема установки для измерения эдс компенсационным методом
Р и с. 8. Нормальный элемент Вестона:
1 - ртуть; 2 - сульфат ртути; 3 - насыщенный раствор сульфата кадмия; 4 - кристалы сульфата кадмия; 5 - амальгама кадмия
том является нормальный элемент Вестона. Его включают в компенсационную установку вместо измеряемого элемента или параллельно ему и определяют «асН» - отрезок на реохорде, когда электродвижущая сила нормального элемента ЕН будет компенсирована. Это выражается формулой
ЕН/Eакк = acH/ab.
Разделив это отношение и сократив «ab» и Еакк, получим:
ЕН/EХ = acH/aс,
откуда
ЕХ = ЕН ac/aсН.
Длины отрезков «ас» и «асН» отсчитываются по реохорду. Схема нормального элемента Вестона показана на рис. 8.
Отрицательным электродом этого элемента служит насыщенный раствор кадмия в ртути (амальгама кадмия), а положительный электрод состоит из ртути, покрытой слоем Hg2SO4. Электролитом служит насыщенный раствор сульфата кадмия с кристаллами твердой соли. Все растворы в этом элементе насыщенные, и поэтому его электродвижущая сила постоянна и не изменяется при кратковременных включениях.
1.4. Топливные элементы
и электрохимические генераторы
Топливный элемент представляет собой химический источник электрической энергии (ХИЭЭ), в котором электрическая энергия возникает за счет химического взаимодействия между топливом и окислителем, т. е. за счет процесса сгорания топлива. В том случае, когда окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, элемент может работать длительное время. Такие элементы получили название топливных элементов. Химическая энергия восстановителя (топлива) и окислителя, непрерывно и раздельно подаваемых к электродам, непосредственно превращается в электрическую энергию. Удельная энергия топливных элементов значительно выше гальванических элементов. В топливных элементах используются жидкие или газообразные восстановители (водород, гидразин, метанол, углеводороды) и окислители (кислород и пероксид водорода).
Для практических целей используются кислородно-водородный, кислородно-гидразиновый, воздушно-алюминиевый и др. топливные элементы.
На примере кислородно-водородного топливного элемента рассмотрим схему его работы (рис. 9).
В таком элементе происходит превращение химической энергии реакции окисления водорода H2 + ЅO2 = H2O в электрическую энергию. Топливный элемент состоит из анода 1, катода 3 и ионного проводника 2. К аноду подводится топливо (восстановитель - водород), к катоду - окислитель (кислород или кислород воздуха). Между электродами находится ионный проводник, в качестве которого для кислородно-водородного элемента используется раствор щелочи.
Схема кислородно-водородного топливного элемента:
H2M|KOH|M, O2,
где М - проводник первого рода, играющий роль катализатора электродного процесса и токоотвода.
На аноде элемента протекает реакция окисления водорода по уравнению:
На катоде протекает восстановление кислорода:
Во внешней цепи происходит движение электронов от анода к катоду, а в растворе - движение ионов ОН - от катода к аноду. Суммированием уравнений анодной и катодной реакций получаем уравнение токообразующей реакции:
H2 + ЅO2 = H2O.
В результате этой реакции в цепи генерируется постоянный ток и химическая энергия непосредственно превращается в электрическую.
Топливные элементы характеризуются эдс, напряжением, мощностью и кпд. Для большинства топливных элементов эдс составляет 1,0 - 1,5 В.
Р и с. 9. Схема кислородно-водородного топливного элемента
Р и с. 10. Cхема установки с электрохимическим генератором (ЭХГ)
Для уменьшения омического сопротивления элемента применяют электроды с высокой электрической проводимостью. Для уменьшения явления поляризации используют электроды с высокоразвитой поверхностью, на которые наносят различные катализаторы: платину, палладий, серебро, борид никеля и др.
В отличие от гальванических элементов топливные элементы не могут работать без вспомогательных устройств. Для увеличения напряжения и тока элементы соединяют в батареи. Для обеспечения непрерывной работы батареи топливных элементов необходимы устройства для подвода в элемент топлива и окислителя, вывода продуктов реакций и тепла из элемента. Система, состоящая из батареи топливных элементов, устройств для подвода топлива и окислителя, вывода из элемента продуктов реакции, поддержания и регулировки температуры, получила название электрохимического генератора (ЭХГ). Схема ЭХГ с регенерацией продуктов реакции показана на рис. 10.
Кислородно-водородные генераторы применяют на космических кораблях. Они обеспечивают космический корабль и космонавтов не только электроэнергией, но и водой, которая является продуктом реакции в топливном элементе. Удельная энергия этих генераторов составляет 400-800 Вт·ч/кг, а кпд - 60-70%.
При продолжительности полета космического корабля около месяца и мощности до 10 кВт ЭХГ является наиболее оптимальной энергетической установкой космического корабля. ЭХГ пока еще относительно дороги, однако сейчас ведутся интенсивные работы по их удешевлению с целью широкого использования экологически чистой энергии.
Большой практический интерес представляет собой кислородно-гидразиновый топливный элемент.
Электрохимическая схема его имеет вид
(-)Ni, N2H4|KOH|O2, (C)(+).
Анодом является никелевый электрод с высокоразвитой поверхностью, на которой нанесен катализатор, а в качестве катода применяют графитовый стержень. Электролитом является раствор щелочи КОН.
При работе такого топливного элемента протекают следующие процессы:
на аноде внутренней цепи происходит процесс окисления гидразина с образованием азота
на катоде внутренней цепи происходит процесс восстановления кислорода
Суммарный электрохимический процесс, за счет которого в цепи возникает электрический ток, выражается уравнением
N2H4 + O2 = N2 + H2O.
Достоинством рассматриваемого элемента является значительная электрохимическая активность гидразина, вследствие чего такой элемент может работать при комнатной температуре.
В настоящее время созданы кислородно-гидразиновые электрохимические генераторы, имеющие мощность 50 кВт, при удельной мощности 40 Вт/кг. Срок службы таких ЭХГ достигает 2000 ч. Их достоинством является способность производить электроэнергию в любое время суток, надежность в эксплуатации, малые размеры и способность выдерживать различные перегрузки. Энергоустановки на основе ЭХГ снабжали энергией во время полетов американские космические корабли «Джемени» и «Аполлон».
Топливным элементам придается большое значение в связи с тем, что их кпд близки к 100%, и они могут применяться во многих отраслях народного хозяйства, сохраняя экологически чистую окружающую среду. Кроме космических кораблей, они используются в электромобилях и на стационарных энергоустановках.
Дальнейшее совершенствование топливных элементов является одним из самых перспективных направлений в развитии энергетики.
1.5. Аккумуляторы
Аккумуляторами называются устройства, которые служат для накопления химической энергии, превращаемой по мере необходимости в электрическую энергию. Они характеризуются многократностью использования и обратимостью, т. е. электрическая энергия превращается в химическую, а химическая - в электрическую. Иначе говоря, после работы аккумулятора в режиме разрядки он может быть приведен в исходное состояние путем пропускания через него постоянного электрического тока от внешнего источника.
Аккумуляторы отличаются друг от друга как химической природой электродов и электролита, так и своей конструкцией. Основным классификационным признаком служит тип электролита. Различают аккумуляторы с кислотным, щелочным, твердым и расплавленным электролитом (рис. 11).
Р и с. 11. Классификация вторичных ХИТ
Изобретателем первого в мире аккумулятора является Г. Планте, который в 1860 г. продемонстрировал свинцово-кислотную батарею. В дальнейшем аккумуляторы многократно совершенствовались. Новые электрохимические системы были реализованы в серебряно-цинковом аккумуляторе, изобретенным Г. Андре в 1943 г., а также в металло-газовых и других новейших аккумуляторах.
1.5.1. Свинцовые аккумуляторы
Кислотные свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди вторичных химических источников тока. Их широко применяют из-за сравнительно низкой стоимости, высокой удельной мощности (150 - 300 Вт/кг), высокому напряжению (в среднем 2 В) и коэффициенту полезного действия (~80%).
Своей популярностью они обязаны, прежде всего, стартерным батареям, предназначенным для различных средств передвижения. Они применяются для запуска двигателей внутреннего сгорания и являются тяговыми устройствами на маневровых электровозах, электрокарах и т. п.
Свинцовые аккумуляторы бывают закрытыми и открытыми. Закрытые аккумуляторы обозначаются АБН-72 и АБН-80 (АБ - автоблокировочные, намазанные). Они используются в стационарных и напольных условиях для питания устройств железнодорожной автоматики, телемеханики, связи, а также на железнодорожных путях и сортировочных горках, имеющих электрическую и диспетчерскую централизацию. На базе свинцовых аккумуляторов комплектуется большинство стационарных и значительная часть вагонных батарей.
На тепловозах серии 2-ТЭ-101 применяются кислотные свинцовые аккумуляторы с емкостью 450 А/ч и напряжением 64 В.
К стартерным батареям относятся такие типы батарей как 3-СТ-60 или 6-СТ-42. В стартерных батареях цифры «3» или «6» обозначают число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее; буквы «СТ» означают - «батарея стартерная», а число после букв - номинальная емкость при 10-часовом непрерывном режиме разряда.
В простейшем виде свинцовый аккумулятор состоит из двух перфорированных свинцовых электродов (анода и катода), соединенных между собой ионным проводником (рис. 12). Для увеличения емкости электродов они отливаются в виде решетчатых пластин (рис. 13). Один из электродов (отрицательный) заполняется губчатым металлическим свинцом, а другой (положительный) является диоксидом свинца PbO2. Таким образом, составная часть электрохимической системы свинцовых аккумуляторов выражается формулой:
(+)PbO2|H2SO4|Pb(-).
Обе пластины погружаются в электролит, представляющий собой 25-30%-ный раствор серной кислоты (плотность 1,18-1,22
Р и с. 12. Свинцовый аккумулятор
Р и с. 13. Решетчатая пластинка для свинцового аккумулятора
г/см3). Следует иметь в виду, что концентрация кислоты может изменяться в зависимости от условий работы аккумулятора. В частности, ее концентрация зимой бывает выше, чем летом. Так как эдс аккумулятора зависит от концентрации серной кислоты, которая при зарядке аккумулятора возрастает, то растет и эдс аккумулятора. Можно было бы увеличивать эдс аккумулятора путем заливки его концентрированной серной кислотой, однако при повышении концентрации H2SO4 свыше 30% падает ее электрическая проводимость и растет растворимость свинца, что ведет к негативным последствиям - порче аккумулятора.
В аккумуляторах под воздействием внешнего источника тока накапливается химическая энергия, которая затем переходит в электрическую. Процессы накопления химической энергии получили название зарядка аккумулятора, а процессы превращения химической энергии в электрическую - разрядка аккумулятора. При зарядке аккумулятор работает как электролизер, при разрядке - как гальванический элемент.
Зарядка аккумулятора происходит по следующим реакциям:
на аноде наблюдается окисление иона двухвалентного свинца до четырехвалентного в диоксиде свинца PbO2
на катоде происходит восстановление иона двухвалентного свинца с образованием чистого губчатого металла
Суммарный электрохимический процесс, протекающий при работе аккумулятора в режиме зарядки (процесс электролиза), выражается уравнением
Разрядка аккумулятора происходит во время его работы (идентичной работе гальванического элемента) по следующей схеме:
на аноде
Суммарный процесс
на катоде
Процессы, происходящие при зарядке и разрядке аккумулятора, выражаются в следующем виде:
Схема свинцового аккумулятора до зарядки показана на рис. 14, а заряженного - на рис. 15.
При работе аккумулятора происходит постепенное падение эдс. Когда напряжение достигает 1,85 В, дальнейшую разрядку производить нельзя, так как в этом случае электроды покрываются толстым слоем труднорастворимого сульфата свинца и аккумулятор портится.
К электрическим характеристикам аккумуляторов относятся: электродвижущая сила, напряжение, мощность, емкость, вольтамперная кривая, саморазряд.
Электродвижущей силой аккумулятора ЕАк называется разность его электродных потенциалов катода и анода, измеренная при разомкнутой внешней цепи:
ЕАк = ЕК - ЕА,
где ЕК и ЕА | - | соответственно равновесные потенциалы положительного и отрицательного электродов, В. |
Электродвижущая сила батареи Е, состоящая из последовательно соединенных аккумуляторов, равна сумме эдс этих аккумуляторов
Е = nЕАк.
Значение эдс обычно измеряют вольтметром с большим внутренним сопротивлением не менее 300 Ом, подключая его к выводам батареи или аккумулятора. При этом через аккумулятор не должен протекать зарядный или разрядный ток.
Мощность аккумулятора P равна произведению напряжения и силы тока:
P = UIS,
где U | - | напряжение; |
I | - | сила тока; |
S | - | поверхность элек трода. |
Р и с. 14. Схема свинцового аккумулятора до зарядки
Р и с. 15. Схема заряженного свинцового аккумулятора
Для сравнения характеристик различных аккумуляторов пользуются величиной удельной мощности, которая представляет собой мощность элемента, отнесенную к единице массы или объема
где m и V | - | соответственно масса и объем аккумулятора. |
Емкостью аккумулятора называется такое количество электричества, которое можно получить при работе элемента в режиме разряда до тех пор, пока напряжение не достигнет максимально допустимого значения. Емкость аккумулятора выражается в ампер-часах. Реальную величину емкости при разряде током постоянной силы рассчитывают по уравнению:
C = It,
где I | - | сила тока; |
t | - | время разряда. |
Основными факторами, оказывающими существенное влияние на емкость аккумуляторных батарей, являются количество активного материала в электродах, конструкция электродов и их состояние, ток разряда, концентрация электролита, пористость электродной массы.
Отношение числа ампер-часов, полученных при разрядке аккумуляторной батареи, к числу ампер-часов, сообщенных ей при зарядке, выраженное в процентах, называется отдачей по емкости:
где hC | - | отдача по емкости, %; |
CР, CЗ | - | емкость при разрядке и зарядке. |
Отдача по емкости в большей степени зависит от полноты зарядки батареи. При зарядке часть зарядного тока теряется на газообразование, что снижает коэффициент отдачи, который характеризует полезность разрядки аккумуляторной батареи в целом.
Энергия аккумулятора равна произведению:
W = CU,
где C | - | емкость аккумулятора; |
U | - | напряжение. |
Она определяет то количество энергии, которое при разряде передается во внешнюю цепь. Для сравнения качества аккумуляторов пользуются удельной энергией, полученной с единицы массы или объема:
Для современных стартерных батарей удельная энергия при 20 - часовом режиме работы составляет 28 - 43 Вт·ч/кг.
Зависимость напряжения аккумулятора от плотности тока изображают вольтамперной кривой, показанной на рис. 16. С ростом плотности тока происходит уменьшение напряжения. Резкое снижение значения эдс на участках АВ и СД обусловлено преимущественно электрохимической поляризацией электродов. Изменение напряжения в области ВС близко к линейному, его падение на этом участке обусловлено еще и омическими потерями. Поэтому, чем меньше падение напряжения с ростом плотности тока, тем лучше работает аккумулятор.
Р и с. 16. Вольтамперная кривая
Саморазряд представляет собой уменьшение емкости аккумулятора в единицу времени, обычно за сутки, при хранении. Такой процесс происходит при разомкнутой внешней цепи за счет возможного протекания различных побочных процессов: растворения электродов в электролите, взаимодействия электродов друг с другом, утечки тока через локальное замыкание, температуры электролита.
Саморазряд свинцового аккумулятора определяется скоростью саморастворения свинца по реакции
Pb + H2SO4 ® PbSO4 + H2.
В отсутствии посторонних примесей реакция протекает медленно. В присутствии различных металлов, являющихся легирующими добавками или встречающихся в качестве примесей, саморазряд увеличивается. С ростом температуры и концентрации электролита саморазряд также усиливается.
На практике негативные действия, оказываемые многими примесями, исправляются добавлением сурьмы, содержание которой в аккумуляторном сплаве достигает 6%. Кроме того, введение органических веществ, например, a-нафтола на отрицательном электроде, также приводит к снижению саморазряда за счет адсорбции его на свинце.
1.5.2. Стартерные батареи
и основные их неисправности
Батареи обычно собирают в одном многоячеечном эбонитовом или пластмассовом корпусе - моноблоке (рис. 17). На дне ячеек моноблока имеются опорные призмы 2, на которые опирается электродный блок. Пространство, ограниченное опорными призмами, служит для накапливания шлама, что предотвращает замыкание разноименных электродов.
В каждой ячейке моноблоков помещены пастированные намазанные отрицательные 5 и положительные 7 электроды аккумулятора, разделенные сепаратором 6 и собранные в блок электродов 3. Каждый электрод состоит из активной массы и металлической решетки, которая служит каркасом и токоотводом. В верхней части решетки имеется токоотводящее ушко. Одноименные электроды сварены между собой посредством мостика 11, образующего вместе с выводом борна 15 баретку. Решетки и баретка изготовлены из свинцово-сурьмяного сплава. Число отрицательных электродов на
Р и с. 17. Устройство стартерной аккумуляторной батареи:
1 - моноблок; 2 - опорные призмы; 3 - блок электродов; 4 - полублок положительных электродов; 5 - отрицательный электрод; 6 - сепаратор;
7 - положительный електрод; 8 - полублок отрицательных электродов;
9 - баретка; 10 - щиток; 11 - мостик; 12 - крышка; 13 - пробка;
14 - перемычка; 15 - борн
один больше, чем положительных. Отрицательные электроды имеют меньшую толщину. Микропористые сепараторы 6 изготовлены из кислотостойкого материала: микропористого эбонита или микропористой пластмассы. Обычно сепараторы имеют с одной стороны ребристую поверхность, которая для лучшего доступа электролита обращена к положительному электроду. В качестве дополнительного крупнопористого сепаратора, прижатого к положительному электроду, применяют листы из стеклянного волокна, пропитанные кислотостойким связующим. Такие комбинированные сепараторы обеспечивают более длительный срок службы батареи. Сверху над сепараторами устанавливается эбонитовый или пластмассовый перфорированный щиток 10, предохраняющий верхние кромки сепараторов от механических повреждений при замере температуры, уровня и плотности электролита.
Каждый аккумулятор закрывается отдельной крышкой 12, изготовляемой из эбонита или пластмассы. В крышке имеются три отверстия: два крайних для вывода и среднее для залива электролита. В крайних отверстиях запрессованы свинцовые втулки. Отверстие для заливки электролита закрывается резьбовой пробкой 13, имеющей вентиляционное отверстие для выхода газов из работающего аккумулятора и отражатель для предотвращения выплескивания электролита при эксплуатации батареи. Аккумуляторы соединяются последовательно посредством перемычек 14. При сварке борна с перемычкой одновременно сваривается верхняя часть свинцовой втулки, запрессованной в крышке, обеспечивая надежное уплотнение крышки в месте выхода борна.
В последнее время многими зарубежными фирмами и у нас в стране освоено массовое производство малообслуживаемых стартерных батарей. Они отличаются от традиционных применением мало-сурьмяных или свинцово-кальциевых сплавов. Низкий уровень газовыделения на решетках из этих сплавов при заряде и многократное снижение скорости саморазряда обусловливает незначительные потери электролита. Благодаря этому отпадает необходимость в частой доливке воды и корректировке концентрации серной кислоты при эксплуатации батарей.
Основные неисправности стартерных батарей. В процессе эксплуатации стартерные батареи подвергаются воздействию различных факторов: механических, температурных, электрохимических, которые при определенных условиях могут привести к ухудшению их работы. В процессе эксплуатации в батареях возникают неисправности, которые или снижают электрические характеристики батарей, или полностью выводят их из строя.
Основные неисправности стартерных батарей делятся на внешние и внутренние.
К внешним относятся трещины в моноблоках и крышках, повреждение заливочной мастики и пробок, окисление или механический излом полюсных выводов.
К внутренним - разрушение электродов, коррозия токоотводов положительных электродов, оплывание активной массы, коробление электродов, короткое замыкание положительных и отрицательных электродов, их переполюсовка, отрыв электродов от мостика борна, сульфатация, повышенный саморазряд и др.
Технический ресурс стартерных аккумуляторов имеет 250-300 циклов, тяговых с намазанными пластинами - 1000 циклов, с панцирными пластинами - не менее 1500 циклов. Соответственно срок службы этих аккумуляторов составляет от двух до пяти лет. Для стартерных батарей основными неисправностями являются коррозия решетки токоотводных положительных электродов (около 42%) и оплывание активной массы положительных пластин (около 36%).. Остальные 22% приходятся преимущественно на необратимую сульфатацию и короткие замыкания в результате повреждения сепаратора. Признаком негодности аккумулятора к дальнейшей работе считается снижение емкости до 40%.
Коррозия токоотводов является одной из наиболее распространенных неисправностей свинцовых аккумуляторов, ограничивающих их срок службы. В процессе эксплуатации токоотвод положительного электрода, состоящий из свинца с различными добавками сурьмы, мышьяка, кадмия и др., окисляется, теряя механическую прочность. При этом происходит анодная коррозия свинцового сплава за счет постепенного внедрения кислорода, выделяющегося на поверхности пленки PbO2 в кристаллическую решетку сплава за счет диффузии через окисную пленку в более глубокие слои токоотвода. Скорость коррозии токоотводов положительных электродов тесно связана с явлением деформации роста этих токоотводов, что приводит к увеличению их линейных размеров. Наиболее вероятными причинами этого являются разбухание активной массы и образование на поверхности токоотвода окисной пленки PbO2 из-за коррозии металла токоотвода. Вследствие того, что объем пленки значительно больше объема свинца, происходят разрывы жилок токоотводов положительных электродов, в результате чего преждевременно выходят из строя аккумуляторы. Это можно наблюдать по положению отдельных крышек (герметизированных пластиком), которые в этом случае приподнимаются над моноблоком.
Для предотвращения ускоренной коррозии токоотводов положительных электродов необходимо избегать частых и длительных перезарядов аккумуляторных батарей и не допускать зарядного напряжения генератора на машине выше 2,4 В на один аккумулятор батареи, соблюдать требуемую плотность электролита, не допуская вредных примесей в нем. Хранить заряженные аккумуляторные батареи с электролитом рекомендуется в прохладных помещениях по возможности при постоянной температуре.
Оплывание активной массы может происходить как из-за некачественного изготовления пластин (излишний слой пасты, неправильный режим сушки), так и из-за неправильной эксплуатации аккумуляторов. Во время работы аккумуляторной батареи активная масса в положительных электродах при зарядке и разрядке постоянно изменяет свой объем, сцепление частичек активной массы между собой ослабевает, в результате чего они выкрашиваются. Этот процесс ускоряется при систематической перезарядке аккумуляторной батареи большим током и под воздействием резких механических толчков.
При длительных перезарядках оплывание активной массы еще более усиливается, так как перезаряд сопровождается разложением воды с выделением кислорода на положительном электроде и водорода на отрицательном. Выделяющиеся пузырьки газов повышают давление внутри пор активной массы, вызывая ее разрыхление и выпадение. Помимо этого, выделяющийся на поверхности положительного электрода кислород окисляет материал токоотвода и разрушает его. Активная масса положительных электродов, вследствие меньшей механической прочности, при перезарядке разрушается значительно быстрее, чем активная масса отрицательных электродов.
Внешние признаки оплывания активной массы положительного электрода следующие: малая продолжительность ее разряда и быстрый рост плотности электролита при заряде. Кроме того, электролит становится мутным и приобретает коричневую окраску за счет взвешенных частиц активной массы.
Для борьбы с оплыванием применяют дополнительные сепараторы из стекловолокна, которые механически препятствуют разрушению электрода. При этом возрастает срок службы и одновременно несколько снижается емкость электрода, поскольку затрудняется диффузия кислоты в поры активной массы.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
