TO Turkum:

Avtomobil elektr jihozlari

Batareyadagi kimyoviy jarayonlar

Zaryadlangan akkumulyatorda musbat plitalarning faol massasi to'q jigarrang qo'rg'oshin peroksid Pb02 dan, manfiy plitalarning faol massasi esa kulrang shimgichli qo'rg'oshin Pb dan iborat. Shu bilan birga, elektrolitlar zichligi yil vaqtiga va ish maydoniga qarab 1,25-1,31 g / sm3 orasida o'zgarib turadi.

Batareya zaryadsizlanganda, manfiy plitalarning faol massasi gubka qo'rg'oshin Pb dan qo'rg'oshin sulfat PbSO4 ga rang o'zgarishi bilan kul rangdan och kul ranggacha aylanadi.

Ijobiy akkumulyator plitalarining faol massasi qo'rg'oshin peroksid Pb02 dan qo'rg'oshin sulfat PbSO4 ga rang o'zgarishi bilan to'q jigarrangdan jigarranggacha aylanadi.

Qo'rg'oshin sulfat PbSO4 qo'rg'oshin sulfat deyiladi.

Amalda, batareyaning maqbul zaryadsizlanishi bilan plitalarning faol massasining 40-50% dan ko'pi kimyoviy reaktsiyalarda qatnashmaydi, chunki kerakli miqdordagi elektrolitlar etarli darajada g'ovakligi tufayli faol massaning chuqur qatlamlariga kirmaydi. . PbSO4 kristallarining g'ovak devorlari yuzasida cho'kishi faol massaning teshiklarini toraytiradi va hatto yopib qo'yadi, bu elektrolitning uning ichki, chuqur qatlamlariga kirib borishini qiyinlashtiradi. Buni hisobga olgan holda, faol massaning ichki qatlamlarida PbO2 va Pb shaklida saqlanadigan kimyoviy energiyaning bir qismi elektrolitlar bilan aloqa qilmaydi, bu har bir akkumulyatorning quvvatini kamaytiradi.

Bo'shatish jarayonida sulfat kislota H20 suvining bir vaqtning o'zida chiqishi bilan qo'rg'oshin sulfat PbSO4 hosil bo'lishiga o'tganligi sababli, elektrolitlar zichligi mos ravishda 1,25 - 1,31 dan 1,09 - 1,15 g / sm3 gacha kamayadi.

Shunday qilib, 100% zaryadsizlanganda elektrolitning zichligi 0,16 g / sm3 ga kamayadi, shuning uchun batareya zaryadsizlanishi davrida elektrolitlar zichligi 0,01 g / sm3 ga kamayishi batareya quvvatining 6% ga kamayishi bilan mos keladi.

Elektrolitlar zichligining o'zgarishi batareyaning zaryadsizlanish darajasining asosiy ko'rsatkichlaridan biridir.

Zaryad qilish uchun batareya to'g'ridan-to'g'ri oqim manbai (generator, rektifikator) bilan parallel ravishda kontaktlarning zanglashiga olib, kuchlanishi e dan oshishi kerak. d.s. qayta zaryadlanuvchi batareya.

Zaryad olayotganda salbiy plitalarning faol massasi asta-sekin qo'rg'oshin sulfat PbSO4 dan shimgichli qo'rg'oshin Pb (kulrang) ga aylanadi va musbat plitalarning faol massasi PbSO4 dan qo'rg'oshin peroksid PbO2 ga (to'q jigarrang) aylanadi. Bunda H20 ning bir vaqtda kamayishi bilan H2SO4 hosil bo`lishi hisobiga elektrolitlar zichligi 1,09 - 1,15 dan 1,25 - 1,31 g/sm3 gacha oshadi.

Starter akkumulyatorlarining maqsadi
Kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantirishning nazariy asoslari
Batareyaning zaryadsizlanishi
Batareya zaryadi
Asosiy tok hosil qiluvchi reagentlarning sarflanishi
Elektromotor kuch
Ichki qarshilik
Zaryadlash va tushirish paytida kuchlanish
Batareya quvvati
Energiya va batareya quvvati
Batareyaning o'z-o'zidan zaryadsizlanishi

Starter akkumulyatorlarining maqsadi

Batareyaning asosiy vazifasi vositani ishonchli ishga tushirishdir. Yana bir funktsiya vosita ishlayotgan paytda energiya tamponidir. Axir, iste'molchilarning an'anaviy turlari bilan bir qatorda, haydovchining qulayligi va harakat xavfsizligini yaxshilaydigan ko'plab qo'shimcha xizmat ko'rsatish moslamalari paydo bo'ldi. Batareya shahar tsiklida tez-tez va uzoq to'xtashlar bilan harakatlanayotganda energiya etishmasligini qoplaydi, agar generator har doim ham barcha iste'molchilarni to'liq ta'minlash uchun zarur bo'lgan quvvatni ta'minlay olmasa. Uchinchi ish funktsiyasi - vosita o'chirilgan paytda quvvat manbai. Biroq, dvigatel o'chirilgan (yoki dvigatel bo'sh turgan) holatda elektr jihozlaridan uzoq vaqt foydalanish batareyaning chuqur zaryadsizlanishiga olib keladi va uning ishga tushirish samaradorligini keskin kamaytiradi.

Batareya favqulodda elektr ta'minoti uchun ham mo'ljallangan. Jeneratör, rektifikator, kuchlanish regulyatori ishlamay qolganda yoki generator kamari singan bo'lsa, u eng yaqin xizmat ko'rsatish stantsiyasiga xavfsiz harakatlanish uchun zarur bo'lgan barcha iste'molchilarning ishlashini ta'minlashi kerak.

Shunday qilib, boshlang'ich batareyalar quyidagi asosiy talablarga javob berishi kerak:

Starterning ishlashi uchun zarur bo'lgan tushirish oqimini ta'minlang, ya'ni batareya ichidagi minimal ichki kuchlanish yo'qotishlari uchun past ichki qarshilikka ega bo'ling;

Dvigatelni belgilangan muddat bilan ishga tushirish uchun kerakli miqdordagi urinishlarni ta'minlang, ya'ni starterning zaryadsizlanishi uchun zarur energiya zaxirasiga ega bo'ling;

Mumkin bo'lgan eng kichik o'lcham va vazn bilan etarlicha katta quvvat va energiyaga ega bo'ling;

Dvigatel ishlamay qolganda yoki favqulodda vaziyatda iste'molchilarni quvvatlantirish uchun energiya zaxirasiga ega bo'ling (zaxira quvvati);

Harorat belgilangan chegaralarga tushganda (sovuq aylanish oqimi) starterning ishlashi uchun zarur bo'lgan kuchlanishni saqlang;

Ko'tarilgan (70 "C gacha) atrof-muhit haroratida uzoq vaqt ishlashni saqlang;

Dvigatelni ishga tushirish uchun sarflangan quvvatni tiklash uchun to'lovni olish va dvigatel ishlayotgan holda generatordan boshqa iste'molchilarni quvvatlantirish (zaryadni qabul qilish);

Ish paytida foydalanuvchining maxsus ta'limini, texnik xizmat ko'rsatishni talab qilmang;

Ish sharoitlariga mos keladigan yuqori mexanik kuchga ega;

Ishlash vaqtida ko'rsatilgan ishlash ko'rsatkichlarini uzoq vaqt davomida saqlab turish (xizmat muddati);

Bir oz o'z-o'zidan tushirishga ega;

Kam narxga ega bo'ling.

Kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantirishning nazariy asoslari

Kimyoviy oqim manbai - fazoviy ravishda ajratilgan oksidlanish-qaytarilish kimyoviy reaktsiyalarining paydo bo'lishi tufayli ularning erkin energiyasi elektr energiyasiga aylanadigan qurilma. Ishning tabiatiga ko'ra, bu manbalar ikki guruhga bo'linadi:

Birlamchi kimyoviy oqim manbalari yoki galvanik hujayralar;

Ikkilamchi manbalar yoki elektr akkumulyatorlar.

Birlamchi manbalar faqat bir marta foydalanishga imkon beradi, chunki ularni chiqarish jarayonida hosil bo'lgan moddalarni asl faol moddalarga aylantirib bo'lmaydi. To'liq zaryadsizlangan galvanik hujayra, qoida tariqasida, keyingi ish uchun yaroqsiz - bu qaytarib bo'lmaydigan energiya manbai.

Ikkilamchi kimyoviy oqim manbalari qaytariladigan energiya manbalari - o'zboshimchalik bilan chuqur zaryadsizlangandan so'ng, ularning ishlashi zaryadlash orqali to'liq tiklanishi mumkin. Buni amalga oshirish uchun elektr tokini ikkilamchi manba orqali oqim paytida oqayotganiga teskari yo'nalishda o'tkazish kifoya. Zaryadlash jarayonida tushirish jarayonida hosil bo'lgan moddalar asl faol materiallarga aylanadi. Kimyoviy oqim manbaining erkin energiyasi qayta-qayta elektr energiyasiga (batareyaning zaryadsizlanishi) va elektr energiyasining kimyoviy oqim manbaining erkin energiyasiga teskari aylanishi (batareya zaryadi) shunday bo'ladi.

Elektrokimyoviy tizimlar orqali oqimning o'tishi bu holda sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalar (transformatsiyalar) bilan bog'liq. Shuning uchun elektrokimyoviy reaktsiyaga kirgan va o'zgarishlarga uchragan moddaning miqdori va bu holda sarflangan yoki chiqarilgan elektr miqdori o'rtasida Maykl Faraday tomonidan o'rnatilgan bog'liqlik mavjud.

Faradayning birinchi qonuniga ko'ra, elektrod reaktsiyasiga kirgan yoki uning paydo bo'lishi natijasida hosil bo'lgan moddaning massasi tizimdan o'tgan elektr miqdoriga mutanosibdir.

Faradayning ikkinchi qonuniga ko'ra, tizimdan teng miqdordagi elektr energiyasi o'tishi bilan reaksiyaga kirgan moddalarning massalari ularning kimyoviy ekvivalentlari sifatida bir-biriga bog'liqdir.

Amalda Faraday qonunlariga qaraganda kamroq miqdordagi modda elektrokimyoviy o'zgarishlarga uchraydi - tok o'tganda asosiy elektrokimyoviy reaktsiyalardan tashqari mahsulotlar massasini o'zgartiruvchi parallel yoki ikkilamchi (yon) reaktsiyalar ham sodir bo'ladi. Bunday reaksiyalarning ta'sirini hisobga olish uchun joriy ishlab chiqarish tushunchasi kiritiladi.

Joriy chiqish - bu tizimdan o'tgan elektr energiyasi miqdorining bir qismi, bu ko'rib chiqilayotgan asosiy elektrokimyoviy reaktsiyaga to'g'ri keladi.

Batareyaning zaryadsizlanishi

Tok hosil qilish jarayonida ishtirok etadigan zaryadlangan qo'rg'oshin batareyasining faol moddalari:

Ijobiy elektrodda - qo'rg'oshin dioksidi (to'q jigarrang);

Salbiy elektrodda - shimgichli qo'rg'oshin (kulrang);

Elektrolit sulfat kislotaning suvdagi eritmasi.

Suvli eritmadagi ba'zi kislota molekulalari doimo musbat zaryadlangan vodorod ionlariga va manfiy zaryadlangan sulfat ionlariga dissotsilanadi.

Salbiy elektrodning faol massasi bo'lgan qo'rg'oshin elektrolitda qisman eriydi va ijobiy ionlar hosil qilish uchun eritmada oksidlanadi. Bir vaqtning o'zida chiqarilgan ortiqcha elektronlar elektrodga manfiy zaryad beradi va tashqi zanjirning yopiq qismi bo'ylab musbat elektrodga harakat qila boshlaydi.

Ijobiy zaryadlangan qo'rg'oshin ionlari manfiy zaryadlangan sulfat ionlari bilan reaksiyaga kirishib, qo'rg'oshin sulfatini hosil qiladi, u kam eruvchanlikka ega va shuning uchun manfiy elektrod yuzasiga yotqiziladi. Batareyani zaryadsizlantirish jarayonida salbiy elektrodning faol massasi gubka qo'rg'oshindan qo'rg'oshin sulfatiga kul rangning ochiq kul rangga o'zgarishi bilan aylanadi.

Ijobiy elektrodning qo'rg'oshin dioksidi elektrolitda salbiy elektrodning qo'rg'oshiniga qaraganda ancha kichikroq miqdorda eriydi. Suv bilan oʻzaro taʼsirlashganda u dissotsiatsiyalanadi (eritmada zaryadlangan zarrachalarga – ionlarga parchalanadi), tetravalent qoʻrgʻoshin ionlari va gidroksil ionlarini hosil qiladi.

Ionlar elektrodga ijobiy potentsial beradi va manfiy elektroddan tashqi kontaktlarning zanglashiga olib kelgan elektronlarni biriktirib, ikki valentli qo'rg'oshin ionlariga qaytariladi.

Ionlar ionlar bilan o'zaro ta'sirlanib, qo'rg'oshin sulfat hosil qiladi, bu ham yuqoridagi sababga ko'ra, salbiy elektrodda bo'lgani kabi, musbat elektrod yuzasida ham to'planadi. Ijobiy elektrodning faol massasi, zaryadsizlanganda, qo'rg'oshin dioksididan qo'rg'oshin sulfatiga aylanadi, uning rangi to'q jigarrangdan och jigarranggacha o'zgaradi.

Batareyaning zaryadsizlanishi natijasida ijobiy va salbiy elektrodlarning faol materiallari qo'rg'oshin sulfatiga aylanadi. Bu holda sulfat kislota qo'rg'oshin sulfatini hosil qilish uchun sarflanadi va chiqarilgan ionlardan suv hosil bo'ladi, bu esa bo'shatish vaqtida elektrolitlar zichligining pasayishiga olib keladi.

Batareya zaryadi

Ikkala elektrodda elektrolitda oz miqdorda qo'rg'oshin sulfat va suv ionlari mavjud. Akkumulyator batareyasi ulangan doimiy oqim manbai kuchlanishining ta'siri ostida tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektronlarning batareyaning salbiy terminaliga yo'naltirilgan harakati o'rnatiladi.

Salbiy elektroddagi ikki valentli qo'rg'oshin ionlari kiruvchi ikkita elektron tomonidan neytrallanadi (qayta tiklanadi), salbiy elektrodning faol massasini shimgichli metall qo'rg'oshinga aylantiradi. Qolgan erkin ionlar sulfat kislota hosil qiladi

Ijobiy elektrodda zaryadlovchi oqim ta'sirida ikki valentli qo'rg'oshin ionlari ikkita elektronni beradi va to'rt valentlilarga oksidlanadi. Ikkinchisi ikkita kislorod ionlari bilan oraliq reaktsiyalar orqali bog'lanib, elektrodda chiqariladigan qo'rg'oshin dioksidini hosil qiladi. Ionlar va xuddi manfiy elektrodda bo'lgani kabi, sulfat kislota hosil qiladi, buning natijasida zaryadlash paytida elektrolitlar zichligi ortadi.

Ijobiy va manfiy elektrodlarning faol massalarida moddalarni aylantirish jarayonlari tugagach, elektrolitlar zichligi o'zgarishni to'xtatadi, bu batareya zaryadining tugashining belgisidir. Zaryadning keyingi davom etishi bilan ikkilamchi jarayon - suvning kislorod va vodorodga elektrolitik parchalanishi sodir bo'ladi. Elektrolitdan gaz pufakchalari ko'rinishida ajralib, ular uning qizg'in qaynashi effektini yaratadilar, bu ham zaryadlash jarayonining tugashining belgisi bo'lib xizmat qiladi.

Asosiy tok hosil qiluvchi reagentlarning sarflanishi

Batareya zaryadsizlanganda bir amper-soat quvvatga ega bo'lish uchun reaktsiyada quyidagilar ishtirok etishi kerak:

4,463 g qo'rg'oshin dioksidi

3,886 g shimgichli qo'rg'oshin

3,660 g sulfat kislota

1 Ah (materiallarning o'ziga xos iste'moli) elektr energiyasini olish uchun materiallarning umumiy nazariy iste'moli 11,989 g / Ah, nazariy o'ziga xos quvvati esa 83,41 Ah / kg ni tashkil qiladi.

Akkumulyatorning nominal kuchlanishi 2 V bo'lsa, energiya birligi uchun materiallarning nazariy o'ziga xos iste'moli 5,995 g / Vt, batareyaning o'ziga xos energiyasi esa 166,82 Vt / kg ni tashkil qiladi.

Biroq, amalda joriy ishlab chiqarish jarayonida ishtirok etadigan faol materiallardan to'liq foydalanishga erishish mumkin emas. Faol massa sirtining taxminan yarmi elektrolitga etib bo'lmaydi, chunki u materialning mexanik kuchini ta'minlaydigan uch o'lchamli gözenekli ramka qurish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Shuning uchun musbat elektrodning faol massalaridan real foydalanish darajasi 45-55%, salbiy esa 50-65% ni tashkil qiladi. Bundan tashqari, elektrolit sifatida 35-38% sulfat kislota eritmasi ishlatiladi. Shuning uchun materiallarning haqiqiy o'ziga xos iste'moli qiymati ancha yuqori va o'ziga xos quvvat va o'ziga xos energiyaning haqiqiy qiymatlari nazariy jihatdan ancha past.

Elektromotor kuch

E akkumulyatorining elektromotor kuchi (EMF) ochiq tashqi kontaktlarning zanglashiga olib o'lchanadigan elektrod potentsialidagi farqdir.

N seriyali ulangan batareyalardan tashkil topgan batareyaning EMF.

Zanjirni ochishdan muvozanat holatini o'rnatishga qadar (o'tish jarayoni davri) batareyaning muvozanat EMF va batareyaning muvozanatsiz EMF o'rtasidagi farqni aniqlash kerak.

EMF yuqori qarshilikli voltmetr bilan o'lchanadi (ichki qarshilik 300 Ohm / V dan kam bo'lmagan). Buning uchun akkumulyator yoki batareyaning terminallariga voltmetr ulanadi. Bunday holda, akkumulyator (batareya) orqali hech qanday zaryadlash yoki tushirish oqimi oqmasligi kerak.

Qo'rg'oshin batareyasining muvozanat EMF, har qanday kimyoviy oqim manbai kabi, oqim hosil qilish jarayonida ishtirok etadigan moddalarning kimyoviy va fizik xususiyatlariga bog'liq bo'lib, elektrodlarning o'lchami va shakliga, shuningdek faol massalar va elektrolitlar miqdori. Shu bilan birga, qo'rg'oshin akkumulyatorida elektrolitlar akkumulyator elektrodlarida oqim hosil qilish jarayonida bevosita ishtirok etadi va batareyalarning zaryadlanish darajasiga qarab uning zichligini o'zgartiradi. Shuning uchun, muvozanat emf, bu o'z navbatida zichlikning funktsiyasidir

Harorat bilan batareyaning EMF o'zgarishi juda kichik va ish paytida e'tiborsiz qolishi mumkin.

Ichki qarshilik

Batareyaning uning ichida oqayotgan oqimga (zaryadlash yoki zaryadsizlanish) nisbatan ko'rsatadigan qarshilik odatda batareyaning ichki qarshiligi deb ataladi.

Ijobiy va salbiy elektrodlarning faol materiallarining qarshiligi, shuningdek elektrolitning qarshiligi batareyaning zaryadlangan holatiga qarab o'zgaradi. Bundan tashqari, elektrolitning qarshiligi haroratga juda bog'liq.

Shuning uchun ohmik qarshilik ham batareyaning zaryad holatiga va elektrolitlar haroratiga bog'liq.

Polarizatsiya qarshiligi tushirish (zaryadlash) oqimining kuchiga va haroratga bog'liq va Ohm qonuniga bo'ysunmaydi.

Bitta batareyaning va hatto bir nechta ketma-ket ulangan batareyalardan tashkil topgan batareyaning ichki qarshiligi ahamiyatsiz va zaryadlangan holatda ohmning bir necha mingdan bir qismini tashkil qiladi. Biroq, tushirish jarayonida u sezilarli darajada o'zgaradi.

Faol massalarning elektr o'tkazuvchanligi ijobiy elektrod uchun taxminan 20 marta, salbiy elektrod uchun esa 10 marta kamayadi. Elektrolitning elektr o'tkazuvchanligi uning zichligiga qarab ham o'zgaradi. Elektrolitlar zichligi 1,00 dan 1,70 g / sm3 gacha ortishi bilan uning elektr o'tkazuvchanligi birinchi navbatda maksimal qiymatga oshadi, keyin esa yana kamayadi.

Batareya zaryadsizlanishi bilan elektrolitning zichligi 1,28 g / sm3 dan 1,09 g / sm3 gacha kamayadi, bu uning elektr o'tkazuvchanligini deyarli 2,5 barobarga pasayishiga olib keladi. Natijada, batareyaning ohmik qarshiligi zaryadsizlanishi bilan ortadi. Zaryadlangan holatda qarshilik zaryadlangan holatdagi qiymatidan 2 baravar yuqori bo'lgan qiymatga etadi.

Zaryad holatidan tashqari, harorat batareyalarning qarshiligiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Haroratning pasayishi bilan elektrolitning o'ziga xos qarshiligi ortadi va -40 ° C haroratda +30 ° C dan taxminan 8 baravar ko'p bo'ladi. Separatorlarning qarshiligi ham haroratning pasayishi bilan keskin ortadi va bir xil harorat oralig'ida deyarli 4 barobar ortadi. Bu past haroratlarda batareyalarning ichki qarshiligini oshirishning hal qiluvchi omilidir.

Zaryadlash va tushirish paytida kuchlanish

Tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim mavjudligida zaryadlash yoki tushirish jarayonida batareyaning (akkumulyatorning) qutb terminallaridagi potentsial farq odatda batareyaning (batareya) kuchlanishi deb ataladi. Batareyaning ichki qarshiligining mavjudligi uning zaryadsizlanishi paytida kuchlanishi har doim EMF dan past bo'lishiga olib keladi va zaryad olayotganda u har doim EMF dan katta bo'ladi.

Batareya zaryad olayotganda, uning terminallaridagi kuchlanish ichki yo'qotishlar miqdori bo'yicha EMF dan katta bo'lishi kerak.

Zaryadlashning boshida akkumulyator ichidagi ohmik yo'qotishlar miqdori bo'yicha kuchlanishning sakrashi, so'ngra polarizatsiya potentsiali tufayli kuchlanishning keskin oshishi, asosan gözeneklerdeki elektrolitlar zichligi tez o'sishi natijasida yuzaga keladi. faol massadan. Keyin kuchlanishning sekin o'sishi kuzatiladi, bu asosan elektrolitlar zichligi oshishi tufayli batareyaning EMF ning oshishi bilan bog'liq.

Qo'rg'oshin sulfatining asosiy miqdori PbO2 va Pb ga aylantirilgandan so'ng, energiya xarajatlari tobora ko'proq suvning parchalanishiga olib keladi (elektroliz) Elektrolitda paydo bo'ladigan vodorod va kislorod ionlarining ortiqcha miqdori qarama-qarshi elektrodlarning potentsial farqini yanada oshiradi. Bu zaryadlash kuchlanishining tez o'sishiga olib keladi, bu esa suvning parchalanish jarayonining tezlashishiga olib keladi. Olingan vodorod va kislorod ionlari faol moddalar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Ular neytral molekulalarga qayta birlashadilar va elektrolitdan gaz pufakchalari shaklida ajralib chiqadilar (musbat elektrodda kislorod, manfiyda vodorod ajralib chiqadi), elektrolitning "qaynab ketishi" ni keltirib chiqaradi.

Agar siz zaryadlash jarayonini davom ettirsangiz, elektrolitlar zichligi va zaryadlash kuchlanishining oshishi amalda to'xtashini ko'rishingiz mumkin, chunki deyarli barcha qo'rg'oshin sulfat allaqachon reaksiyaga kirishgan va batareyaga etkazib beriladigan barcha energiya endi faqat yon jarayonga sarflanadi - suvning elektrolitik parchalanishi. Bu zaryadlash jarayonining tugash belgilaridan biri bo'lgan zaryadlash kuchlanishining doimiyligini tushuntiradi.

Zaryadlash to'xtatilgandan so'ng, ya'ni tashqi manba o'chirilgandan so'ng, batareya terminallaridagi kuchlanish uning muvozanatsiz EMF qiymatiga yoki ohmik ichki yo'qotishlar qiymatiga keskin pasayadi. Keyin EMFda bosqichma-bosqich pasayish kuzatiladi (faol massaning teshiklaridagi elektrolitlar zichligi pasayishi tufayli), bu batareya hajmidagi elektrolitlar kontsentratsiyasi va faol massaning teshiklari to'liq bo'lgunga qadar davom etadi. tenglashtirilgan, bu muvozanat EMFni o'rnatishga mos keladi.

Batareya zaryadsizlanganda, uning terminallaridagi kuchlanish ichki kuchlanishning pasayishi qiymati bo'yicha EMF dan kamroq bo'ladi.

Bo'shatishning boshida akkumulyator kuchlanishi faol massaning teshiklarida elektrolitlar kontsentratsiyasining pasayishi, ya'ni konsentratsiyali polarizatsiya tufayli ohmik yo'qotishlar va polarizatsiya miqdori bilan keskin pasayadi. Bundan tashqari, barqaror holatdagi (statsionar) tushirish jarayonida elektrolitlar zichligi batareyaning hajmida pasayib, tushirish kuchlanishining asta-sekin pasayishiga olib keladi. Shu bilan birga, faol massadagi qo'rg'oshin sulfat tarkibining nisbati o'zgaradi, bu ham ohmik yo'qotishlarning oshishiga olib keladi. Bunday holda, qo'rg'oshin sulfat zarralari (ular hosil bo'lgan qo'rg'oshin va uning dioksidi zarralari bilan solishtirganda taxminan uch baravar ko'p hajmga ega) faol massaning teshiklarini yopadi, bu elektrolitning elektrodlar chuqurligiga o'tishiga to'sqinlik qiladi. .

Bu konsentratsiyaning polarizatsiyasining oshishiga olib keladi, bu esa tushirish kuchlanishining tezroq pasayishiga olib keladi.

Chiqarish to'xtaganda, batareya terminallaridagi kuchlanish tezda ohmik yo'qotishlar miqdori bilan ortadi va muvozanatsiz EMF qiymatiga etadi. Faol massalarning teshiklarida va batareya hajmida elektrolitlar kontsentratsiyasining hizalanishi tufayli EMFning keyingi o'zgarishi EMF muvozanatining qiymatini bosqichma-bosqich o'rnatishga olib keladi.

Batareyaning zaryadsizlanishi paytida kuchlanishi asosan elektrolitlar harorati va tushirish oqimining kuchi bilan belgilanadi. Yuqorida aytib o'tilganidek, qo'rg'oshin akkumulyatorining (batareya) qarshiligi ahamiyatsiz va zaryadlangan holatda faqat bir necha milliohmni tashkil qiladi. Shu bilan birga, quvvati nominal quvvatning qiymatidan 4-7 baravar yuqori bo'lgan starter tushirish oqimlarida ichki kuchlanishning tushishi tushirish kuchlanishiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Haroratning pasayishi bilan ohmik yo'qotishlarning ortishi elektrolitlar qarshiligining oshishi bilan bog'liq. Bundan tashqari, elektrolitning yopishqoqligi keskin oshadi, bu uning faol massaning teshiklariga tarqalishini qiyinlashtiradi va kontsentratsiyaning polarizatsiyasini oshiradi (ya'ni elektrolitlar pasayishi tufayli batareya ichidagi kuchlanish yo'qolishini oshiradi). elektrodlarning teshiklaridagi konsentratsiya).

60 A dan ortiq oqimda tushirish kuchlanishining oqim kuchiga bog'liqligi barcha haroratlarda deyarli chiziqli.

Zaryadlash va tushirish paytida batareya kuchlanishining o'rtacha qiymati teng vaqt oralig'ida o'lchangan kuchlanish qiymatlarining o'rtacha arifmetik qiymati sifatida aniqlanadi.

Batareya quvvati

Batareya quvvati - bu o'rnatilgan yakuniy kuchlanishgacha zaryadsizlanganda batareyadan olingan elektr miqdori. Amaliy hisob-kitoblarda batareya quvvati odatda amper-soatda (Ah) ifodalanadi. Chiqarish quvvatini tushirish oqimini tushirish davomiyligiga ko'paytirish orqali hisoblash mumkin.

Batareya ishlab chiqaruvchi tomonidan ishlab chiqilgan va ishlab chiqaruvchi tomonidan ko'rsatilgan tushirish quvvati nominal quvvat deb ataladi.

Bunga qo'shimcha ravishda, muhim ko'rsatkich ham zaryad olayotganda batareyaga xabar qilingan quvvatdir.

Bo'shatish quvvati akkumulyatorning bir qator dizayn va texnologik parametrlariga, shuningdek, uning ish sharoitlariga bog'liq. Eng muhim dizayn parametrlari - faol massa va elektrolitlar miqdori, batareya elektrodlarining qalinligi va geometrik o'lchamlari. Batareya quvvatiga ta'sir qiluvchi asosiy texnologik parametrlar faol materiallarning formulasi va ularning g'ovakliligidir. Ishlash parametrlari - elektrolitning harorati va tushirish oqimining kuchi ham tushirish quvvatiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Batareyaning samaradorligini tavsiflovchi umumlashtirilgan ko'rsatkich - bu faol materiallardan foydalanish darajasi.

1 Ah quvvatni olish uchun yuqorida aytib o'tilganidek, nazariy jihatdan 4,463 g qo'rg'oshin dioksidi, 3,886 g gubka qo'rg'oshin va 3,66 g sulfat kislota kerak bo'ladi. Elektrodlarning faol massalarining nazariy o'ziga xos iste'moli 8,32 g / Ah ni tashkil qiladi. Haqiqiy akkumulyatorlarda 20 soatlik tushirish rejimida faol materiallarning o'ziga xos iste'moli va 25 ° C elektrolitlar harorati 15,0 dan 18,5 g / Ah gacha, bu faol massadan foydalanish darajasi 45-55% ga to'g'ri keladi. Shuning uchun faol massaning amaliy iste'moli nazariy qiymatlardan 2 yoki undan ko'p marta oshadi.

Quyidagi asosiy omillar faol massadan foydalanish darajasiga va, demak, tushirish quvvatining qiymatiga ta'sir qiladi.

Faol massaning g'ovakligi. G'ovaklilikning oshishi bilan elektrodning faol massasi chuqurligiga elektrolitlar tarqalishi uchun sharoit yaxshilanadi va oqim hosil qiluvchi reaktsiya davom etadigan haqiqiy sirt ortadi. G'ovaklikning oshishi bilan tushirish quvvati ortadi. G'ovaklikning qiymati qo'rg'oshin kukunining zarracha hajmiga va faol massalarni tayyorlash retseptiga, shuningdek ishlatiladigan qo'shimchalarga bog'liq. Bundan tashqari, g'ovaklikning ortishi yuqori gözenekli faol massalarni yo'q qilish jarayonining tezlashishi tufayli chidamlilikning pasayishiga olib keladi. Shuning uchun, g'ovaklik qiymati ishlab chiqaruvchilar tomonidan nafaqat yuqori sig'im xususiyatlarini hisobga olgan holda, balki ishlayotgan batareyaning zarur chidamliligini ham hisobga olgan holda tanlanadi. Hozirgi vaqtda g'ovaklik batareyaning maqsadiga qarab 46-60% oralig'ida optimal deb hisoblanadi.

Elektrodlarning qalinligi. Qalinligining pasayishi bilan elektrodning faol massasining tashqi va ichki qatlamlarining notekis yuklanishi pasayadi, bu esa tushirish quvvatining oshishiga yordam beradi. Qalin elektrodlar uchun faol massaning ichki qatlamlari juda kam ishlatiladi, ayniqsa yuqori oqimlar bilan zaryadsizlanganda. Shuning uchun, deşarj oqimining ortishi bilan turli qalinlikdagi elektrodli batareyalar quvvatidagi farqlar keskin kamayadi.

Ajratuvchi material dizaynining g'ovakligi va ratsionalligi. Separatorning g'ovakligi va uning qovurg'alarining balandligi oshishi bilan elektrodlararo bo'shliqda elektrolitlar ta'minoti kuchayadi va uning tarqalishi uchun sharoit yaxshilanadi.

elektrolitlar zichligi. Batareyaning quvvatiga va uning ishlash muddatiga ta'sir qiladi. Elektrolitlar zichligi oshishi bilan musbat elektrodlarning sig'imi ortadi va salbiy bo'lganlarning sig'imi, ayniqsa salbiy haroratlarda, elektrod yuzasining passivatsiyasining tezlashishi tufayli pasayadi. Zichlikning oshishi, shuningdek, ijobiy elektrodda korroziya jarayonlarining tezlashishi tufayli batareyaning ishlash muddatiga salbiy ta'sir ko'rsatadi. Shuning uchun elektrolitning optimal zichligi akkumulyator ishlaydigan talablar va shartlarning umumiyligi asosida o'rnatiladi. Masalan, mo''tadil iqlim sharoitida ishlaydigan boshlang'ich batareyalar uchun elektrolitlarning ish zichligi 1,26-1,28 g / sm3, issiq (tropik) iqlimi bo'lgan hududlar uchun esa 1,22-1,24 g / sm3 tavsiya etiladi.

Batareyani ma'lum vaqt davomida doimiy ravishda zaryadsizlantirish kerak bo'lgan tushirish oqimining kuchi (bo'shatish rejimini tavsiflaydi). Bo'shatish rejimlari shartli ravishda uzoq va qisqa bo'linadi. Uzoq muddatli rejimlarda tushirish bir necha soat davomida kichik oqimlar bilan sodir bo'ladi. Masalan, 5, 10 va 20 soatlik razryadlar. Qisqa yoki boshlang'ich zaryadsizlanishi bilan, oqim kuchi batareyaning nominal quvvatidan bir necha baravar ko'pdir va zaryadsizlanish bir necha daqiqa yoki soniya davom etadi. Chiqarish oqimining oshishi bilan faol massaning sirt qatlamlarining tushirish tezligi chuqurlarga qaraganda ko'proq darajada oshadi. Natijada, teshiklarning og'izlarida qo'rg'oshin sulfatining o'sishi chuqurlikdagiga qaraganda tezroq sodir bo'ladi va uning ichki yuzasi reaksiyaga kirishishidan oldin teshik sulfat bilan tiqilib qoladi. Teshikka elektrolitlar tarqalishining to'xtashi tufayli undagi reaktsiya to'xtaydi. Shunday qilib, tushirish oqimi qanchalik katta bo'lsa, batareya quvvati shunchalik past bo'ladi va shuning uchun faol massadan foydalanish koeffitsienti.

Batareyalarning boshlang'ich sifatini baholash uchun ularning quvvati, shuningdek, vaqti-vaqti bilan starter zaryadsizlanishi soni bilan tavsiflanadi (masalan, ular orasidagi tanaffuslar 60 soniya bilan 10-15 soniya). Vaqti-vaqti bilan zaryadsizlanish paytida batareyaning quvvati bir xil oqim bilan uzluksiz zaryadsizlanish paytida, ayniqsa starterni tushirish rejimida quvvatdan oshadi.

Hozirgi vaqtda starter akkumulyatorlarining sig'imli xususiyatlarini baholashning xalqaro amaliyotida "zaxira" quvvati tushunchasi qo'llaniladi. Batareyaning nominal quvvatidan qat'i nazar, 25 A deşarj oqimida batareyaning zaryadsizlanish vaqtini (daqiqalarda) tavsiflaydi. Ishlab chiqaruvchining ixtiyoriga ko'ra, nominal quvvatning qiymatini 20 soatlik tushirish rejimida amper-soatda yoki zaxira quvvati bo'yicha daqiqalarda belgilashga ruxsat beriladi.

elektrolitlar harorati. Uning kamayishi bilan batareyalarning tushirish quvvati kamayadi. Buning sababi elektrolitning yopishqoqligi va uning elektr qarshiligining ortishi bo'lib, bu elektrolitning faol massa teshiklariga tarqalish tezligini sekinlashtiradi. Bundan tashqari, haroratning pasayishi bilan salbiy elektrodni passivatsiya qilish jarayonlari tezlashadi.

Kapasitansning harorat koeffitsienti a haroratning 1 ° C o'zgarishi uchun sig'imning foizda o'zgarishini ko'rsatadi.

Sinovlar davomida uzoq muddatli tushirish rejimida olingan tushirish quvvati +25 ° C elektrolitlar haroratida aniqlangan nominal quvvatning qiymati bilan taqqoslanadi.

Standartlar talablariga muvofiq uzoq muddatli tushirish rejimida quvvatni aniqlashda elektrolitlar harorati +18 ° C dan +27 ° C gacha bo'lishi kerak.

Boshlang'ich deşarj parametrlari daqiqalarda tushirish davomiyligi va tushirish boshlanishidagi kuchlanish bilan baholanadi. Ushbu parametrlar birinchi tsiklda +25 ° C da (quruq batareyalar uchun sinov) va keyingi davrlarda -18 ° C yoki -30 ° C haroratda aniqlanadi.

Zaryad darajasi. Zaryadlash darajasining oshishi bilan, boshqa narsalar teng bo'lsa, batareyalar to'liq zaryadlanganda quvvat oshadi va maksimal qiymatga etadi. Buning sababi, to'liq bo'lmagan zaryad bilan ikkala elektroddagi faol moddalar miqdori, shuningdek, elektrolitlar zichligi ularning maksimal qiymatlariga etib bormaydi.

Energiya va batareya quvvati

Batareya quvvati Vt vatt-soatlarda ifodalanadi va o'rtacha zaryadsizlanish (zaryadlash) kuchlanishi bo'yicha uning tushirish (zaryadlash) quvvati mahsuloti bilan aniqlanadi.

Batareya quvvati va uning tushirish kuchlanishi harorat va tushirish rejimining o'zgarishi, haroratning pasayishi va tushirish oqimining oshishi bilan o'zgarganligi sababli, batareyaning energiyasi uning quvvatidan ham sezilarli darajada kamayadi.

Kimyoviy oqim manbalarini bir-biri bilan solishtirganda, quvvati, konstruktsiyasi va hatto elektrokimyoviy tizimda farq qiladigan, shuningdek ularni takomillashtirish yo'nalishlarini aniqlashda ular o'ziga xos energiya ko'rsatkichidan - batareyaning yoki uning birlik massasiga to'g'ri keladigan energiyadan foydalanadilar. hajmi. Zamonaviy qo'rg'oshin starterining texnik xizmat ko'rsatmaydigan akkumulyatorlari uchun 20 soatlik zaryadsizlanish uchun o'ziga xos energiya 40-47 Vt / kg ni tashkil qiladi.

Vaqt birligida batareyaning chiqaradigan energiya miqdori uning kuchi deb ataladi. Bu tushirish oqimining kattaligi va o'rtacha tushirish kuchlanishining mahsuloti sifatida aniqlanishi mumkin.

Batareyaning o'z-o'zidan zaryadsizlanishi

O'z-o'zidan zaryadsizlanish - ochiq tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan batareyalar quvvatining pasayishi, ya'ni harakatsizlik. Bu hodisa salbiy va ijobiy elektrodlarda o'z-o'zidan sodir bo'ladigan redoks jarayonlari tufayli yuzaga keladi.

Salbiy elektrod, ayniqsa, sulfat kislota eritmasida qo'rg'oshinning (salbiy faol massa) o'z-o'zidan erishi tufayli o'z-o'zidan zaryadsizlanishiga moyil.

Salbiy elektrodning o'z-o'zidan chiqishi vodorod gazining evolyutsiyasi bilan birga keladi. Qo'rg'oshinning o'z-o'zidan erishi tezligi elektrolitlar kontsentratsiyasining oshishi bilan sezilarli darajada oshadi. Elektrolitlar zichligining 1,27 dan 1,32 g / sm3 gacha oshishi salbiy elektrodning o'z-o'zidan tushirish tezligini 40% ga oshirishga olib keladi.

Salbiy elektrod yuzasida turli metallarning aralashmalari mavjudligi qo'rg'oshinning o'z-o'zidan erish tezligining oshishiga (vodorod evolyutsiyasining haddan tashqari kuchlanishining pasayishi tufayli) juda muhim ta'sir ko'rsatadi (katalitik). Batareya xom ashyosi, elektrolitlar va separatorlarda aralashmalar sifatida topilgan yoki maxsus qo'shimchalar shaklida kiritilgan deyarli barcha metallar o'z-o'zidan zaryadsizlanishning ko'payishiga yordam beradi. Salbiy elektrod yuzasiga tushib, ular vodorod evolyutsiyasi uchun sharoitlarni osonlashtiradi.

Ba'zi aralashmalar (valentligi o'zgaruvchan metallarning tuzlari) bir elektroddan ikkinchisiga zaryad tashuvchi sifatida ishlaydi. Bunday holda, metall ionlari manfiy elektrodda kamayadi va musbat elektrodda oksidlanadi (bu o'z-o'zidan tushirish mexanizmi temir ionlari bilan bog'liq).

Ijobiy faol moddaning o'z-o'zidan chiqishi reaktsiyaning rivojlanishi bilan bog'liq.

2PbO2 + 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + O2 T.

Elektrolitlar konsentratsiyasi ortishi bilan bu reaksiya tezligi ham ortadi.

Reaktsiya kislorodning chiqishi bilan davom etganligi sababli, uning tezligi asosan kislorodning ortiqcha kuchlanishi bilan belgilanadi. Shuning uchun kislorodning evolyutsiya potentsialini kamaytiradigan qo'shimchalar (masalan, surma, kobalt, kumush) qo'rg'oshin dioksidining o'z-o'zidan erishi reaktsiyasini oshiradi. Ijobiy faol moddaning o'z-o'zidan tushirish tezligi salbiy faol materialning o'z-o'zidan tushirish tezligidan bir necha baravar past.

Ijobiy elektrodning o'z-o'zidan zaryadsizlanishining yana bir sababi - joriy kollektor materiali va bu elektrodning faol massasi o'rtasidagi potentsial farq. Ushbu potentsial farq natijasida paydo bo'lgan galvanik mikroelement oqim kollektorining qo'rg'oshinini va musbat faol massaning qo'rg'oshin dioksidini oqim oqimida qo'rg'oshin sulfatiga aylantiradi.

O'z-o'zidan zaryadsizlanish batareyaning tashqi qismi ifloslangan yoki elektrolitlar, suv yoki boshqa suyuqliklar bilan to'ldirilgan bo'lsa ham sodir bo'lishi mumkin, bu batareya terminallari yoki uning o'tkazgichlari o'rtasida joylashgan elektr o'tkazuvchan plyonka orqali zaryadsizlanishi mumkin. Ushbu turdagi o'z-o'zidan tushirish odatdagi zaryadsizlanishdan yopiq tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan juda kichik oqimlari bilan farq qilmaydi va osongina yo'q qilinadi. Buning uchun batareyalar yuzasini toza tuting.

Batareyalarning o'z-o'zidan zaryadsizlanishi asosan elektrolitlar haroratiga bog'liq. Haroratning pasayishi bilan o'z-o'zidan tushirish kamayadi. Yangi batareyalar uchun 0 ° C dan past haroratlarda u amalda to'xtaydi. Shuning uchun batareyalarni past haroratlarda (-30 ° C gacha) zaryadlangan holatda saqlash tavsiya etiladi.

Ishlash vaqtida o'z-o'zidan tushirish doimiy bo'lib qolmaydi va xizmat muddatining oxiriga kelib keskin ortadi.

O'z-o'zidan zaryadsizlanishni kamaytirish batareya elektrodlarida kislorod va vodorod chiqindilarining haddan tashqari kuchlanishini oshirish orqali mumkin.

Buning uchun, birinchi navbatda, batareyalar ishlab chiqarish uchun eng toza materiallardan foydalanish, akkumulyator qotishmalarida qotishma elementlarning miqdoriy tarkibini kamaytirish, faqat

sof sulfat kislota va distillangan (yoki boshqa tozalash usullari bilan tozaligida unga yaqin) barcha elektrolitlarni ishlab chiqarish jarayonida ham, ish paytida ham tayyorlash uchun suv. Misol uchun, hozirgi qo'rg'oshin qotishmasidagi surma miqdori 5% dan 2% gacha kamayishi va barcha texnologik elektrolitlar uchun distillangan suvdan foydalanish hisobiga o'rtacha sutkalik o'z-o'zidan tushirish 4 barobarga kamayadi. Surmani kaltsiy bilan almashtirish o'z-o'zidan tushirish tezligini yanada kamaytirishga imkon beradi.

Organik moddalarning qo'shilishi - o'z-o'zidan tushirish inhibitörleri - o'z-o'zidan tushirishning kamayishiga yordam berishi mumkin.

Umumiy qopqoq va yashirin o'zaro bog'lanishlardan foydalanish oqish oqimlaridan o'z-o'zidan tushirish tezligini sezilarli darajada kamaytiradi, chunki uzoq masofali qutb terminallari orasidagi galvanik ulanish ehtimoli sezilarli darajada kamayadi.

O'z-o'zidan zaryadsizlanish ba'zan batareya ichidagi qisqa tutashuv tufayli quvvatni tez yo'qotish deb ataladi. Bu hodisa qarama-qarshi elektrodlar o'rtasida hosil bo'lgan o'tkazuvchan ko'priklar orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan izohlanadi.

Texnik xizmat ko'rsatmaydigan akkumulyatorlarda konvertli ajratgichlardan foydalanish

ish paytida qarama-qarshi elektrodlar orasidagi qisqa tutashuvlar ehtimolini yo'q qiladi. Biroq, bu ehtimollik ommaviy ishlab chiqarish jarayonida uskunaning ishlashidagi mumkin bo'lgan nosozliklar tufayli saqlanib qolmoqda. Odatda, bunday nuqson ishning birinchi oylarida aniqlanadi va batareyani kafolat ostida almashtirish kerak.

Odatda, o'z-o'zidan zaryadsizlanish darajasi ma'lum vaqt oralig'ida quvvatni yo'qotish foizi sifatida ifodalanadi.

O'z-o'zidan tushirish, shuningdek, joriy standartlar bilan sinovdan so'ng -18 ° C da starter tushirish kuchlanishi bilan tavsiflanadi: +40 ° C haroratda 21 kun davomida harakatsizlik.

Galvanik hujayralardagi zararli polarizatsiya hodisasi ham foydali dasturlarni topadi. 1895 yilda Plante shuni ko'rsatdiki, e. d.s. polarizatsiya elektr tokini amaliy ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. U sulfat kislota eritmasiga botirilgan ikkita qoʻrgʻoshin elektrodli element qurdi. Bu shakldagi element hali e ga ega emas. d.s., chunki uning ikkala elektrodi ham bir xil. Biroq, ma'lum vaqt davomida bunday element orqali oqim o'tkazilsa, uning elektrodlarida elektroliz mahsulotlari ajralib chiqadi, ular elektrodlar bilan kimyoviy reaksiyaga kirishadi. Shu sababli, elektrodlar kimyoviy tarkibida har xil bo'lib chiqadi va ma'lum bir e. d.s. - Aynan, ha. d.s. polarizatsiya, taxminan 2 V ga teng. Bu holatdagi element allaqachon oqim manbai bo'lib, har qanday kontaktlarning zanglashiga olib yopilganda, bir muncha vaqt davomida unda elektr tokini yaratishi mumkin. Shunday qilib, e ning paydo bo'lishi uchun. d.s. Plante elementida u orqali ma'lum vaqt davomida tashqi manbadan oqim o'tishi kerak. Bu jarayon hujayra zaryadlash deb ataladi.

Plante elementi va shunga o'xshashlar, qutblanish hodisasidan foydalangan holda, ikkilamchi hujayralar yoki batareyalar deb ataladi, chunki ular energiyani saqlashi (to'plashi) mumkin. Batareyaning quvvati tugagandan so'ng, uni oqim o'tkazish orqali qayta zaryadlash mumkin va bu jarayon ko'p marta takrorlanishi mumkin.

Energetik nuqtai nazardan vaziyat quyidagicha. Batareyada zaryad olayotganda sodir bo'ladigan va dastlab bir xil elektrodlarni kimyoviy jihatdan farq qiladigan reaktsiyalar faqat tashqaridan energiya oqimi bilan amalga oshirilishi mumkin bo'lgan reaktsiyalardir. Bu energiya generator tomonidan ta'minlanadi, uning yordamida biz ionlarni eritmada harakatga keltiramiz va tegishli elektrodlarda chiqariladi. Aksincha, batareya zaryadsizlanganda, unda energiya chiqishi bilan davom etadigan reaktsiyalar paydo bo'ladi. Bu reaksiyalar e ning manbai hisoblanadi. d.s. batareya. Shunday qilib, batareya zaryad olayotganda, elektr energiyasining yashirin kimyoviy energiyaga aylanishi sodir bo'ladi va u zaryadsizlanganda kimyoviy energiyaning elektr tokining energiyasiga teskari o'tishi sodir bo'ladi.

Zamonaviy qo'rg'oshin batareyasining qurilmasi rasmda ko'rsatilgan. 124. Sulfat kislotaning suvli eritmasi (15-20%) solingan idishdagi bir qancha musbat va manfiy plastinkalardan iborat. Barcha musbat plitalar, barcha manfiylar kabi bir-biriga bog'langan, shuning uchun kichik idishda elektrolitlarning yupqa qatlami bilan ajratilgan elektrodlarning katta maydoniga ega bo'lish mumkin, ya'ni juda past ichki qarshilikka ega elementga ega bo'lish mumkin.

Guruch. 124. Qo'rg'oshin batareyasi

Salbiy plitalar sof metall qo'rg'oshindan iborat bo'lib, uning yuzasi elektrodlarning samarali maydonini (gubkali qo'rg'oshin) oshirish uchun nozik gözenekli holga keltiriladi. Ijobiy plitalar shaklda ko'rsatilgan yanada murakkab tuzilishga ega. 125. Ularni ishlab chiqarishda birinchi navbatda qo'rg'oshin ramkasi quyiladi (yoki muhrlanadi), asal kabi ko'plab hujayralar bilan jihozlangan va ularga qo'rg'oshin oksidi va biriktiruvchi moddalardan iborat maxsus massa bosiladi.

Guruch. 125. Qo'rg'oshin batareyasining musbat plitasi

Zaryadlanmagan holatda ikkala elektrod ham qo'rg'oshin sulfat qatlami bilan qoplangan (). Zaryad olayotganda ionlar bir elektrodga o'tadi va uni tenglamaga muvofiq qo'rg'oshin peroksidga aylantiradi

va H+ ionlari ikkinchi elektrodni tenglamaga muvofiq metall qo'rg'oshinga aylantiradi

Murakkab anodga aylanadi, Pb esa zaryadlangan batareyaning katodiga aylanadi. Zaryadlashda tashqi kontaktlarning zanglashiga olib o'tadigan oqim Pb dan o'tadi va batareyaning ichida ionlar va zaryadlash vaqtida ularning harakatiga qarama-qarshi yo'nalishda harakatlanadi va elektrodlardagi reaktsiyalar teskari yo'nalishda boradi. To'liq zaryadsizlangan batareyada ikkala elektrod yana iborat bo'ladi. Ishlash sharoitida batareyani to'liq zaryadsizlantirmang va elektrodlardagi kuchlanish taxminan 1,8 V ga tushganda uni qayta zaryadlang. Yangi zaryadlangan qo'rg'oshin batareyasi taxminan 2,7 V kuchlanishga ega. Ammo zaryadsizlanganda bu kuchlanish tezda pasayadi. 2 V va keyin uzoq vaqt davomida doimiy bo'lib qoladi. Uzoq vaqt zaryadsizlangandan so'ng, batareyaning kuchlanishi yana pasayishni boshlaydi; kuchlanish 1,85 V ga tushganda zaryadsizlanish to'xtatilishi kerak.

Qo'rg'oshin kislotali akkumulyatorlardan tashqari, boshqalar ham bor. Hozirgi vaqtda temir-nikel batareyalari ("gidroksidi" batareyalar) keng qo'llaniladi. Ularning elektrodlari temir va nikeldir, elektrolit esa gidroksidi gidroksidi (KOH yoki NaOH) 20% eritmasidir. Zaryadlangan holatda nikel plitalari nikel oksidi () qatlami bilan qoplangan va musbat qutb, metall temir esa salbiy bo'lib xizmat qiladi; e. d.s. bu batareyalardan 1,4-1,1 V. Nikel-temir batareyalar katta barqarorlik bilan ajralib turadi: zararli kimyoviy reaktsiyalarni keltirib chiqarishi mumkin bo'lgan mexanik zarbalar va ehtiyotsizlik, bu hujayralar uchun qo'rg'oshinlarga qaraganda ancha kam xavflidir.

Turli xil batareyalar yangi zaryadsiz ulardan olinadigan maksimal elektr quvvati bilan tavsiflanadi. Ushbu elektr miqdori odatda amper-soatda (Ah) ifodalanadi va batareya quvvati deb ataladi. Misol uchun, avtomobillar uchun ishlatiladigan portativ batareyalar odatda 40 Ah quvvatga ega. Bu shuni anglatadiki, ular 40 soat davomida 1 A oqim yoki 20 soat davomida 2 A oqim berishlari mumkin va hokazo. Bu holda, albatta, tushirish oqimi ma'lum bir maksimal kuchdan oshmasligi kerak (qo'rg'oshin batareyasi uchun taxminan Ijobiy plitalar yuzasining kvadrat dekimetri uchun 1 A), aks holda plitalar tezda yo'q qilinadi. Batareya plitalarining maydoni qanchalik katta bo'lsa, plastinalarda ko'proq elektroliz mahsuloti saqlanib qolishi mumkin va shuning uchun zaryadsizlanganda batareyadan ko'proq zaryad olish mumkin, ya'ni uning sig'imi shunchalik katta bo'ladi.

79.1. 20 Ah quvvatga ega batareya 0,25 A tokni iste'mol qiladigan lampochkani oziqlantiradi. Lampochka batareyalarni zaryad qilmasdan qancha vaqt yonishi mumkin?

Zamonaviy elektrotexnikada batareyalar muhim rol o'ynaydi. Shunday qilib, masalan, notekis yuk bo'lgan elektr stantsiyalarida, DC generatorlaridan tashqari, batareyalar ham tez-tez o'rnatiladi (bufer batareyalari). Kam stantsiya yukida generatorlar tomonidan ishlab chiqarilgan energiyaning bir qismi batareyalarni zaryadlashga sarflanadi va yuqori yuklanish davrida bu batareyalar generatorlar bilan parallel ravishda tarmoqni oziqlantiradi. Shamol energiyasidan foydalanadigan elektr stantsiyalari har doim shamol bo'lgan davrlarda zaryadlangan batareyalar bilan jihozlangan va keyin zarur bo'lganda va meteorologik sharoitlardan qat'i nazar, saqlangan energiyani iste'mol qiladi.

Batareyalar barcha suv osti kemalarida keng qo'llaniladi (yadro bilan ishlaydigan suv osti kemalaridan tashqari). Yuzaki navigatsiya paytida batareyalar DC generatoridan zaryadlanadi va suv ostida sho'ng'ish paytida barcha mexanizmlar faqat batareyalardan ishlaydi. Batareyalar qisqa vaqt davomida ishlashi va tez-tez to'xtab turishi kerak bo'lgan va shuning uchun yoqilg'ini doimiy ravishda o'zlashtiradigan ichki yonuv dvigatellarini o'rnatish foydasiz bo'lgan elektromobillar deb ataladigan elektr yuk mashinalarida muvaffaqiyatli qo'llaniladi; avtomobillarda (dvigatellarda yonish, yoritish); kon lampalarini va boshqa ko'plab muhim sanoat mashinalari va qurilmalarini quvvatlantirish uchun. Batareyalar laboratoriya amaliyotida juda keng tarqalgan bo'lib, ular to'g'ridan-to'g'ri oqimning yaxshi manbalari, shuningdek, radiotexnikada.

Ko'p hollarda galvanik elementlarni almashtirgan akkumulyatorlarning katta afzalliklariga qaramay, ikkinchisi hali ham bir qator muhim qo'llanilishiga ega: kuchlanish standartlari sifatida (normal hujayralar, § 75), radio, chiroqlar, kalkulyatorlar va boshqalarni quvvatlantirish uchun.

Batareyalar ikkinchi darajali hujayralar yoki elektr energiyasining ikkilamchi manbalari deb ataladi. Ular galvanik hujayralardan farq qiladi, chunki ular ishlab chiqarilgandan so'ng darhol energiya bera olmaydi, ular birinchi navbatda zaryadlanishi kerak.

Batareya zaryadlanganda elektroliz sodir bo'ladi (elektrolit molekulalarining musbat va manfiy ionlarga bo'linishi, kationlar va anionlar deb ataladi), elektr energiyasini kimyoviy energiyaga aylantirish bilan birga keladi. Ushbu jarayon natijasida akkumulyator terminallarida emf hosil bo'ladi. Zaryadlangandan so'ng, batareya quvvat manbai bo'lib xizmat qilishi mumkin. Batareyani zaryadsizlantirish paytida saqlangan kimyoviy energiya elektr energiyasiga aylanadi. Shunday qilib, batareya zaryad olayotganda elektr energiyasini saqlaydi (to'playdi) va zaryadsizlanganda uni beradi.

Kislota akkumulyatorlari

Kislota akkumulyatorlari radio va telefon uskunalarini quvvatlantirish uchun ham, transport vositalarining elektr jihozlarini quvvatlantirish uchun ham keng qo'llaniladi.

Kislota akkumulyator elementi elektrolit bilan to'ldirilgan idishdan iborat bo'lib, unda bir-biridan ajratilgan ijobiy va salbiy elektrodlar mavjud (plitalar shaklida). Banklar deb ataladigan alohida hujayralar batareyalarga birlashtiriladi, ular qisqacha batareyalar deb ataladi. Kislota batareyasi qurilmasi shaklda ko'rsatilgan. 28. Kislota akkumulyatorining korpusi elektr izolyatsiyalovchi va kislotaga chidamli materialdan (shisha, ebonit va plastmassaning maxsus navlari) tayyorlanadi.

Kislota batareyalarining ijobiy plitalari qo'rg'oshin panjarasiga bosilgan qizil qo'rg'oshindan (kislorod miqdori biroz yuqori bo'lgan qo'rg'oshin oksidi) qilingan. Salbiy plitalar qo'rg'oshin panjarasiga bosilgan qo'rg'oshin lithargidan (qo'rg'oshin oksidi) tayyorlanadi.

Plitalar qisqa tutashuvlarning oldini olish uchun bir-biridan gözenekli izolyatsion qistirma bilan ajratilgan - ajratuvchi. Separatorlar ishlab chiqarish uchun yog'och (alder, qarag'ay, sadr), mikroskopik teshiklari bo'lgan qattiq kauchuk (mipore deb ataladi), mikroporoz plastmassa (miplast) va boshqalar ishlatiladi.

Elektrolit - bu sulfat kislotaning distillangan suvdagi eritmasi. Batareyaning ishlashi paytida atrof-muhit haroratiga qarab, elektrolitning zichligi boshqacha bo'lishi kerak.

Elektrolitning zichligi gidrometr bilan o'lchanadi, u pastga qarab kengayadigan kichik trubkadir. Gidrometrning pastki qismida og'irlikning qat'iy belgilangan miqdori, yuqori qismida esa bo'linmalari zichlikni ko'rsatadigan shkala mavjud. Gidrometr elektrolitga tushirilganda, u elektrolitning zichligiga mos keladigan bo'linmaga botiriladi.

Yangi zavod batareyalari zaryadsiz sotiladi va ularning ishlash muddati birinchi zaryadning to'g'riligiga bog'liq. Yangi batareyani +20 ° C haroratda zichligi 1,12 bo'lgan elektrolitlar bilan to'ldirish va plitalarning faol massasi elektrolitlar bilan to'yingan bo'lishi uchun besh-olti soatga qoldirilishi kerak. To'ldirish huni orqali maxsus to'ldirish teshigiga amalga oshiriladi. Elektrolitlar darajasi plitalarning yuqori chetidan 10-15 mm balandlikda bo'lishi kerak.

Elektrolitni tayyorlash uchun zichligi 1,83-1,84 bo'lgan sanoat sulfat kislotasi ishlatiladi, u distillangan suv bilan suyultiriladi. Konsentrlangan sulfat kislota juda zaharli hisoblanadi va uni ehtiyotkorlik bilan ishlatish kerak. Elektrolit quyidagi ketma-ketlikda amalga oshiriladi. Kerakli miqdorda distillangan suv shisha idishga quyiladi, so'ngra sulfat kislota suvga ingichka oqimda va shishadan kichik qismlarga quyiladi, eritma shisha tayoq bilan aralashtiriladi.

Sulfat kislotaga suv quyish qat'iyan man etiladi, chunki bu shiddatli qaynashni boshlaydi va kislota har tomonga sachraydi. Qo'l va yuzga kislota tomchilari kuchli kuyishga olib kelishi mumkin.

Batareya doimiy tarmoqdan yoki maxsus rektifikatordan to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan zaryadlanadi.

Rektifikator reostat yoki zaryadlovchi oqimining miqdorini o'zgartirish imkonini beruvchi avtotransformator bilan jihozlangan bo'lishi kerak. Batareya zaryadlash sxemasiga quyidagi tarzda kiritilgan: batareyaning musbat terminali (+) rektifikatorning (tarmoq) plyusiga va salbiy terminali (-) rektifikatorning (tarmoq) minusiga ulangan. Batareyani zaryadlash rasmda ko'rsatilgan. 29.

Oqim miqdorini nazorat qilish uchun zaryadlash pallasiga ampermetr kiritilgan.

Batareyalar oqim bilan zaryadlanadi, uning qiymati ishlab chiqaruvchi tomonidan texnik ma'lumotlar varag'ida ko'rsatilgan (statsionar batareyalar uchun zaryadlash oqimining qiymati batareya quvvatining o'n beshdan biriga teng).

Birinchi zaryad odatda 36 soat davom etadi. Shundan so'ng ular 3 soat tanaffus qilishadi va yana 12 soat davomida bir xil oqim bilan zaryadlashni davom ettiradilar. Zaryadlashning oxiriga kelib, elektrolitlar "qaynadi" (gaz pufakchalari - vodorod va kislorodning mo'l-ko'l chiqishi mavjud) va elektrolitlar darajasi sezilarli darajada oshishi mumkin. Ortiqcha elektrolitni rezina lampochka bilan so'rib olish kerak.

Bir bankning terminallaridagi kuchlanish 2,3-2,5 V ga ko'tarilganda, elektrolitning zichligini o'lchash va 1,285 qiymatiga etkazish kerak.

Zaryadlash tugallangandan so'ng, yangi akkumulyator batareya quvvatining yigirmadan bir qismiga teng bo'lgan oqim bilan har bir bankdagi kuchlanish 1,8 e ga teng bo'lguncha zaryadsizlanishi kerak. Keyin batareya 10-12 soat davomida zaryadlanadi va shundan so'ng uni batareyaga qo'yish mumkin. operatsiya. Yangi zaryadlangan batareyaning har bir qirg'og'idagi kuchlanish 2,6-2,86 V ni tashkil qiladi. Bankdagi kuchlanishni batareya probi deb ataladigan yuk qarshiligi bilan jihozlangan maxsus voltmetr bilan o'lchash kerak. Suvni elektroliz qilish natijasida zaryadlash paytida hosil bo'lgan portlovchi gazning portlashini oldini olish uchun siz zondni zaryadlangandan keyin ikki-uch soatdan kechiktirmasdan ishlatishingiz mumkin.

Batareya quvvati Vio ga teng oqim bilan yuklanganda batareya kuchlanishini an'anaviy DC voltmetri bilan o'lchash mumkin.

Maqsadga qarab, kislotali (qo'rg'oshin) akkumulyatorlarning bir nechta turlari mavjud. Statsionar qurilmalar uchun statsionar batareyalar ishlatiladi, ularning korpusi odatda qo'rg'oshin qatlami bilan qoplangan shisha yoki yog'ochdan yasalgan.

Maqolaning sarlavhasini qanday shakllantirishingizdan qat'i nazar, u baribir to'g'ri bo'ladi. Kimyo va energiya batareyani loyihalashda bir-biriga bog'langan.

Qo'rg'oshin-kislota akkumulyatorlari bir necha yil davomida zaryadsizlanish rejimlarida ishlashi mumkin. Ular tezda zaryadlanadi va saqlangan energiyani tezda chiqaradi. Ushbu metamorfozalarning siri kimyoda, chunki u elektrni aylantirishga yordam beradi, lekin qanday qilib?

Batareyada energiya konvertatsiyasining "sirli" reagentlar to'plami bilan ta'minlanadi, ular orasida oksidlovchi va elektrolitlar orqali o'zaro ta'sir qiluvchi qaytaruvchi vosita mavjud. Qaytaruvchi vosita (gubkasimon qo'rg'oshin Pb) manfiy zaryadga ega. Kimyoviy reaksiya jarayonida u oksidlanadi va uning elektronlari musbat zaryadga ega bo'lgan oksidlovchi moddaga o'tadi. Oksidlovchi vosita (qo'rg'oshin dioksidi PbO2) kamayadi va natijada elektr toki paydo bo'ladi.

Elektrolit oqimning yomon o'tkazuvchisi bo'lgan suyuqlikdir, lekin ionlar uchun yaxshi o'tkazuvchandir. Bu sulfat kislotaning suvdagi eritmasi (H2SO4). Kimyoviy reaksiyada maktabdan boshlab hammaga ma'lum bo'lgan jarayon - elektrolitik dissotsiatsiya sodir bo'ladi.

Reaksiya jarayonida - musbat zaryadlangan ionlar (H+) musbat elektrodga, manfiy zaryadlangan ionlar (SO42-) manfiyga yuboriladi. Batareya zaryadsizlangandan so'ng, reduktordan (g'ubkali qo'rg'oshin) elektrolitlar orqali musbat elektrodga Pb2 + musbat zaryadli ionlar yuboriladi.

To'rt valentli qo'rg'oshin ionlari (Pb4+) ikki valentli ionlarga (Pb4+) aylanadi. Biroq, bu barcha kimyoviy reaktsiyalar emas. Kislotali qoldiqlarning manfiy zaryadli (SO42-) ionlari musbat zaryadlangan qoʻrgʻoshin ionlari (Pb2+) bilan birlashganda ikkala elektrodda qoʻrgʻoshin sulfat (PbSO4) hosil boʻladi. Ammo bu batareya uchun allaqachon yomon. Sulfatsiya batareyaning ishlash muddatini qisqartiradi va vaqt o'tishi bilan to'planishi mumkin, bu batareyaning ishdan chiqishiga olib keladi. An'anaviy qo'rg'oshin-kislotali akkumulyatorlardagi kimyoviy reaktsiyalarning yon ta'siri gazlardir.

Batareya zaryadlanganda nima bo'ladi?

Elektronlar manfiy zaryadli elektrodga yuboriladi, ular o'z vazifasini bajaradilar - qo'rg'oshin ionlarini (Pb2+) neytrallashtiradi. Batareyalarda sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalarni quyidagi formula bilan tavsiflash mumkin:

Elektrolitning zichligi va uning batareyadagi darajasi batareyaning zaryadlangan yoki zaryadsizlanganligiga bog'liq. Elektrolitlar zichligidagi o'zgarishlarni quyidagi formula bilan tavsiflash mumkin:

Bu erda foiz sifatida o'lchanadigan batareya zaryadsizlanish darajasi Cp. To'liq zaryadlanganda elektrolitning zichligi Rz ga teng. To'liq zaryadsizlanganda elektrolitlar zichligi - Pr.

O'lchovlar amalga oshiriladigan standart harorat + 25 ° C, haroratga muvofiq elektrolitning zichligi + 25 ° C, g / sm3 - P25.
Kimyoviy reaksiya jarayonida musbat elektrodlar manfiy elektrodlarga qaraganda 1,6 baravar ko‘p kislota sarflaydi. Batareya zaryadsizlanganda elektrolitlar hajmi ortadi, zaryadlanganda esa, aksincha, kamayadi.
Shu tarzda, kimyoviy reaktsiyalar yordamida batareya elektr energiyasini oladi va keyin chiqaradi.