Аккумулятор принцип работы: Принцип работы и устройство аккумулятора

Содержание

Принцип работы аккумулятора физика

Содержание

Работа аккумулятора при заряде

В широком смысле слова в технике под термином «Аккумулятор» понимается устройство, которое позволяет при одних условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, а при других — расходовать ее для нужд человека.

Их применяют там, где необходимо собрать энергию за определенное время, а затем использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Например, гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по этому же принципу: вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а затем отдают его подключенным потребителям для совершения работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

Во время работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

Принципиальную схему устройства аккумулятора можно представить рисунком упрощенного вида, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Работа аккумулятора при разряде

Когда к электродам подключена нагрузка, например, лампочка, то создается замкнутая электрическая цепь, через которую протекает ток разряда. Он формируется движением электронов в металлических частях и анионов с катионами в электролите.

Этот процесс условно показан на схеме с никель-кадмиевой конструкцией электродов.

Здесь в качестве материала положительного электрода используют окислы никеля с добавками графита, которые повышают электрическую проводимость. Металлом отрицательного электрода работает губчатый кадмий.

Во время разряда частицы активного кислорода из окислов никеля выделяются в электролит и направляются на отрицательные пластины, где окисляют кадмий.

Работа аккумулятора при заряде

При отключенной нагрузке на клеммы пластин подается постоянное (в определенных ситуациях пульсирующее) напряжение большей величины, чем у заряжаемого аккумулятора с той же полярностью, когда плюсовые и минусовые клеммы источника и потребителя совпадают.

Зарядное устройство всегда обладает большей мощностью, которая «подавляет» оставшуюся в аккумуляторе энергию и создает электрический ток с направлением, противоположным разряду. В результате внутренние химические процессы между электродами и электролитом изменяются. Например, на банке с никель кадмиевыми пластинами положительный электрод обогащается кислородом, а отрицательный — восстанавливается до состояния чистого кадмия.

При разряде и заряде аккумулятора происходит изменение химического состава материала пластин (электродов), а электролита не меняется.

Способы соединения аккумуляторов

Величина тока разряда, которую может выдержать одна банка, зависит от многих факторов, но в первую очередь от конструкции, примененных материалов и их габаритов. Чем значительнее площадь пластин у электродов, тем больший ток они могут выдерживать.

Этот принцип используется для параллельного подключения однотипных банок у аккумуляторов при необходимости увеличения тока на нагрузку. Но для заряда такой конструкции потребуется поднимать мощность источника. Этот способ используется редко для готовых конструкций, ведь сейчас намного проще сразу приобрести необходимый аккумулятор. Но им пользуются производители кислотных АКБ, соединяя различные пластины в единые блоки.

В зависимости от применяемых материалов, между двумя электродными пластинами распространенных в быту аккумуляторов может быть выработано напряжение 1,2/1,5 или 2,0 вольта. (На самом деле этот диапазон значительно шире.) Для многих электрических приборов его явно недостаточно. Поэтому однотипные аккумуляторы подключают последовательно, причем это часто делают в едином корпусе.

Примером подобной конструкции служит широко распространенная автомобильная разработка на основе серной кислоты и свинцовых пластин-электродов.

Обычно в народе, особенно среди водителей транспорта, принято называть аккумулятором любое устройство, независимо от количества его составных элементов — банок. Однако, это не совсем правильно. Собранная из нескольких последовательно подключенных банок конструкция является уже батареей, за которой закрепилось сокращенное название «АКБ» . Ее внутреннее устройство показано на рисунке.

Любая из банок состоит из двух блоков с набором пластин для положительного и отрицательного электродов. Блоки входят друг в друга без металлического контакта с возможностью надежной гальванической связи через электролит.

При этом контактные пластины имеют дополнительную решетку и отдалены между собой разделительной пластиной — сепаратором.

Соединение пластин в блоки увеличивает их рабочую площадь, снижает общее удельное сопротивление всей конструкции, позволяет повышать мощность подключаемой нагрузки.

С внешней стороны корпуса такая АКБ имеет элементы, показанные на рисунке ниже.

Из него видно, что прочный пластмассовый корпус закрыт герметично крышкой и сверху оборудован двумя клеммами (обычно конусной формы) для подключения к электрической схеме автомобиля. На их выводах выбита маркировка полярности: «+» и «-». Как правило, для блокировки ошибок при подключении диаметр положительной клеммы немного больше, чем у отрицательной.

У обслуживаемых аккумуляторных батарей сверху каждой банки размещена заливная горловина для контроля уровня электролита или доливки дистиллированной воды при эксплуатации. В нее вворачиваются пробка, которая предохраняет внутренние полости банки от попадания загрязнений и одновременно не дает выливаться электролиту при наклонах АКБ.

Поскольку при мощном заряде возможно бурное выделение газов из электролита (а этот процесс возможен при интенсивной езде), то в пробках делаются отверстия для предотвращения повышения давления внутри банки. Через них выходят кислород и водород, а также пары электролита. Подобные ситуации, связанные с чрезмерными токами заряда, желательно избегать.

На этом же рисунке показано соединение элементов между банками и расположение пластин-электродов.

Стартерные автомобильные АКБ (свинцово-кислотные) работают по принципу двойной сульфатации. На них во время разряда/заряда происходит электрохимический процесс, сопровождающийся изменением химического состава активной массы электродов с выделением/поглощением в электролит (серную кислоту) воды.

Этим объясняется повышение удельной плотности электролита при заряде и снижение при разряде батареи. Другими словами, величина плотности позволяет оценивать электрическое состояние АКБ. Для ее замера используют специальный прибор — автомобильный ареометр.

Входящая в состав электролита кислотных батарей дистиллированная вода при отрицательной температуре переходит в твердое состояние — лед. Поэтому, чтобы автомобильные аккумуляторы не замерзали в холодное время, необходимо применять специальные меры, предусмотренные правилами эксплуатации.

Какие существуют типы аккумуляторов

Современное производство для различных целей выпускает более трех десятков разнообразных по составу электродов и электролиту изделий. Только на основе лития работает 12 известных моделей.

В качестве металла электродов могут встретиться:

Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными электролит. При подключении нагрузки (электротехнических устройств) к клеммам аккумулятора в реакцию вступают электролит и активные элементы электродов. Происходит процесс перемещения электронов, который, по сути, и является электротоком.

Принцип действия аккумуляторов

Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными электролит. При подключении нагрузки (электротехнических устройств) к клеммам аккумулятора в реакцию вступают электролит и активные элементы электродов. Происходит процесс перемещения электронов, который, по сути, и является электротоком.

При разряде аккумулятора (подключении нагрузки) губчатый свинец анода выделяет положительные двухвалентные ионы свинца в электролит. Избыточные электроны перемещаются по внешней замкнутой электрической цепи к катоду, где происходит восстановление четырехвалентных ионов свинца до двухвалентных.

При их соединении с отрицательными ионами серного остатка электролита, образуется сульфат свинца на обоих электродах.

Ионы кислорода от диоксида свинца катода и ионы водорода из электролита соединяются, образуя молекулы воды. Поэтому плотность электролита понижается.

При заряде происходят обратные реакции. Под воздействием внешнего напряжения ионы двухвалентного свинца положительного электрода отдают по два электрона и окисляются в четырехвалентные. Эти электроны движутся к аноду и нейтрализуют ионы двухвалентного свинца, восстанавливая губчатый свинец. На катоде, путем промежуточных реакций, снова образуется двуокись свинца.

Химические реакции в одной ячейке вырабатывают напряжение 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

Из видео Вы сможете более подробно узнать, как работает аккумулятор:

Аккумуляторные батареи, как и любая другая техника, имеют свое оригинальное устройство, структуру. В современных аккумуляторах используются определенные материалы, внедряются системы, основанные на физических и химических свойствах конкретных веществ и металлов. Рассмотрим принцип работы аккумуляторной батареи на примере свинцово-кислотных.

История аккумуляторов

Первый аккумулятор по официальным данным изобрел в 1798 году Алессандро Вольт – итальянский ученый, разработавший первый химический источник тока.

С 1820 ряд мировых ученых (Ампер, Фарадей, Дэниэл и другие) разрабатывал новые концепции, физические и химические законы, связанные с аккумуляторами.

1899 – Вальдмар Юнгнер разрабатывает батарею, где электродами выступали пластины из кадмия и никеля.

1901 – известный ученый Томас Эдисон изобретает бюджетную по стоимости модель железно-никелевого аккумулятора.

1947 – благодаря ученому Нойману батарея стала полностью герметичной.

1970-е – разработаны первые модели популярных свинцово-кислотных аккумуляторов.

В 1990-х начинается разработка и производство новых моделей аккумуляторов на основе металлгидрида и никеля.

Первый аккумулятор, то есть гальванический элемент многоразового использования, появился, по официальным данным, в 1803 году. Его создал немецкий физик и химик Иоганн Вильгельм Риттер. Друг Эрстеда, Риттер, не будучи ученым, изучал химическое действие света, проводил эксперименты с электролизом, ему, кстати, принадлежит открытие ультрафиолетовой части электромагнитного спектра.

Электрическим аккумулятором называют химический источник тока многоразового действия. Химические процессы внутри аккумулятора, в отличие от оных в одноразовых гальванических элементах, таких как щелочные или солевые батарейки, обратимы. Циклы заряда-разряда, накопления и отдачи электрической энергии, могут многократно повторяться.

Так, сам принцип действия аккумулятора позволяет циклически использовать его для автономного электроснабжения разнообразных устройств, портативных приборов, транспортных средств, медицинского оборудования и т. д. в совершенно различных сферах.

Произнося слово «аккумулятор», имеют ввиду или сам аккумулятор или аккумуляторную ячейку. Несколько последовательно или параллельно соединенных друг с другом аккумуляторных ячеек образуют аккумуляторную батарею, как и несколько соединенных аккумуляторов.

Первый аккумулятор, то есть гальванический элемент многоразового использования, появился, по официальным данным, в 1803 году. Его создал немецкий физик и химик Иоганн Вильгельм Риттер. Друг Эрстеда, Риттер, не будучи ученым, изучал химическое действие света, проводил эксперименты с электролизом, ему, кстати, принадлежит открытие ультрафиолетовой части электромагнитного спектра.

Однажды экспериментируя с вольтовым столбом, Риттер взял пятьдесят кружков из меди, куски влажного сукна, и составил столб из пятидесяти таких кружков и влажного сукна между ними. Пропустив через конструкцию ток от вольтова столба, Риттер обнаружил, что его столб зарядился и сам стал источником электричества. Это и был первый аккумулятор.

Обратимость химической реакции в электролите и на электродах аккумулятора позволяет восстанавливать работоспособность аккумулятора — заряжать его после разряда. Ток в процессе заряда пропускается через аккумулятор в направлении, противоположном разряду.

Так например, свинцово-кислотный аккумулятор работает благодаря электрохимическим реакциям свинца и диоксида свинца в серной кислоте. Формулы ниже отражают обратимые реакции, протекающие на аноде и на катоде: слева направо — реакция при разряде, справа налево — заряд.

Рассмотрим теперь устройство аккумулятора на примере автомобильной стартерной батареи. Ее напряжение 12 вольт. Состоит батарея из шести соединенных последовательно гальванических элементов, разделенных перегородками.

Последовательное соединение в данном случае обозначает, что отрицательный вывод одной ячейки подключен к положительному выводу следующей ячейки.

Каждый элемент включает в себя пару решетчатых электродов из свинцово-сурьмянистого сплава, погруженных в электролит, представляющий собой 38% водный раствор серной кислоты. Пористый сепаратор изолирует электроды друг от друга, предотвращая замыкания между ними, но свободно пропускает через себя электролит. То есть жидкость заполняет как ячейки свинцовых пластин, так и поры сепараторов.

Одноименные пластины соединены между собой свинцовыми перемычками, как и разделенные перегородками пакеты пластин, составляющие отдельные элементы, и выводы аккумулятора — тоже изготовлены из свинца.

Выводы автомобильного аккумулятора всегда немного отличаются в размере друг от друга — плюсовая клемма больше в диаметре чем минусовая, чтобы не ошибиться при подключении.

Корпус аккумулятора изготавливается из диэлектрического материала устойчивого к агрессивным средам, к перепадам температур и к вибрациям. Сегодня корпусы стартерных АКБ делают из полипропилена.

Корпус представляет собой герметично закрытую емкость с крышкой, оснащенную отбортовками для прочного крепления. В корпусах старых аккумуляторов всегда предусматривались пробки над каждым из гальванических элементов, составляющих батарею, чтобы можно было при необходимости доливать в них дистиллированную воду. Современные необслуживаемые аккумуляторы пробок на корпусах не имеют.

Другие статьи про аккумумляторы и их использование:

1. Принцип действия

Главная > Доклад >Физика

Принцип действия и использование аккумуляторов

1. Принцип действия

2. Промышленные аккумуляторы

Итальянский ученый Луиджи Гальвани (1737–1798) открыл возможность получения электрического тока иным, чем электризация трением, способом. Однажды, когда он проводил исследование лягушек, он заметил, что при прикосновении стальным скальпелем к нерву лапка мёртвой лягушки пришла в движение. В дальнейшем Гальвани поставил несколько опытов по обнаружению причины возникновения электрического тока

Аккумулятор – прибор для накопления электрической энергии с целью её дальнейшего использования.

1. Принцип действия

Принцип действия аккумуляторов основан на явлении электролиза.

Электролиз заключается в изменение химического состава раствора при прохождении через него электрического тока, обусловленное потерей или присоединением электронов ионами. Важным свойством электролиза является его обратимость

Аналогично гальваническому элементу можно изготовить и аккумулятор. Для этого используют две свинцовые пластины, погруженные в раствор, содержащий одну часть серной кислоты и пять частей воды. Чтобы зарядить аккумулятор, его соединяют последовательно с амперметром и пропускают через цепь ток

Процесс зарядки состоит в том, что две идентичные пластины аккумулятора вследствие электролиза становятся различными; одна из них, отрицательная, по-прежнему остаётся свинцовой, а материал другой (положительной), превращается в перекись свинца

В аккумуляторе протекают следующие химические реакции (в процессе зарядки реакции идут слева направо, при разрядке – в обратном направлении):

4 + 2H 2 O PbO 2 + Pb + H 2 SO 4

2. Промышленные аккумуляторы

Положительные пластины при производстве промышленных аккумуляторов покрывают толстым слоем перекиси свинца. Отрицательные пластины изготавливаются из пористого губчатого свинца

У обычной аккумуляторной батареи, состоящей из трех последовательно соединенных аккумуляторных элементов, напряжение составляет немногим более 6 вольт. Коэффициент полезного действия аккумуляторной батареи – примерно 75%. На аккумуляторной батарее ставят число, которое показывает количество запасенной в аккумуляторе электроэнергии, выраженной в ампер-часах

Например, 120 ампер-часов означает, что при полной разрядке аккумулятор сможет давать ток в 1 ампер в течение 120 часов, или ток в 2 ампера в течение 60 часов

Необходимо постоянно поддерживать аккумулятор в заряженном состоянии. Даже если батарея не находится в эксплуатации, ее следует регулярно подзаряжать. Необходимо содержать зажимы батареи в чистоте и предохранять от возникновения коррозии. Ни следует допускать замерзания батарей

В основном аккумуляторные батареи используются для запуска двигателей автомобилей и других машин. Возможно так же и применение в качестве временных источников электроэнергии в местах, удаленных от населенных пунктов. Необходимо помнить, что аккумуляторы следует поддерживать в заряженном состоянии, применяя для этого, к примеру, солнечную энергию

В будущем аккумуляторы рассчитывают применять для питания экологически чистых электромоторов

1. Кабардин О. Физика: справочные материалы. М.: Просвещение, 1991, 164 с.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1999. 542 с.

3. Эллиот Л., Уилкокс У. Физика. М.: ГИФМЛ, 1963, 495 с.

Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартерные батареи в автомобильном транспорте, аварийные источники электроэнергии.

Главная > Реферат >Химия

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Актюбинский государственный университет им. К. Жубанова

По дисциплине: Физическая химия.

На тему: Аккумуляторы и принцип их работы.

Выполнил: студент Тихонов Тимур

1. Свинцово-кислотный аккумулятор

4. Физические характеристики

5. Эксплуатационные характеристики

7. Свинцово-кислотный аккумулятор при низких температурах

9. Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

10. Электри́ческий аккумуля́тор

11. Принцип действия

12. Никель-ка́дмиевый аккумуля́тор

14. Области применения

Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартерные батареи в автомобильном транспорте, аварийные источники электроэнергии.

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода — на отрицательном.

Химическая реакция (слева-направо — разряд, справа-налево — заряд):

В новых версиях свинцовые пластины (решетки) заменяют вспененным карбоном, покрытым тонкой свинцовой пленкой, а жидкий электролит может быть желирован силикагелем до пастообразного состояния. Используя меньшее количество свинца и распределив его по большой площади, батарею удалось сделать не только компактной и легкой, но и значительно более эффективной — помимо большего КПД, она заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов. [1]

Теоретическая энергоемкость: около 133 Вт·ч/кг.

Удельная энергоемкость (Вт·ч/кг): 30-60 Вт·ч/кг .

Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около 1250 Вт·ч/дм³.

ЭДС заряженного аккумулятора = 2,11 В, рабочее напряжение = 2,1 В (6 секций в итоге дают 12,7 В).

Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75 — 1,8 В (из расчета на 1 секцию). Ниже разряжать их нельзя.

Рабочая температура: от минус 40 до плюс 40

КПД: порядка 80-90%

Номинальная ёмкость , показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной емкости, выраженной в а/ч).

Стартерный ток (для автомобильных). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев замеряется при -18°С (0°F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются, главным образом, допускаемым конечным напряжением.

Резервная емкость (для автомобильных). Характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25А. Обычно составляет порядка 100 минут.

Ареометр может быть использован для проверки удельного веса электролита каждой секции

Такие нехитрые операции вместе с проверкой автомобиля на утечку тока и периодической подзарядкой аккумулятора могут на несколько лет продлить срок эксплуатации батареи.

Свинцово-кислотный аккумулятор при низких температурах

Свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C заряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,275 В/секцию, 1 раз в год, в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/секцию в течение 6-12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи и накипи на поверхности аккумулятора создает проводник для тока от одного контакта к другому и приводит к саморазряду аккумулятора, после чего начинается преждевременная сульфатизация пластин и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте (то есть его надо мыть перед хранением) Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные (лечебные) циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

[2]

Всем этим параметрам и соответствует кислотно-свинцовый аккумулятор, об устройстве которого поговорим ниже.

Обычно для автомобилей применяются кислотно-свинцовые аккумуляторы , которые имеют напряжение 12 вольт и различаются только по емкости заряда. Автомобильный аккумулятор должен обладать несколькими важными параметрами.

Иметь малое внутренне падение напряжения
Иметь небольшой саморазряд во время эксплуатации
Иметь способность выдавать большие токи
Иметь небольшие габариты и минимальное обслуживание.

Всем этим параметрам и соответствует кислотно-свинцовый аккумулятор, об устройстве которого поговорим ниже.

Элемент Даниэля-Якоби за прошедшие столетия был значительно улучшен и модернизирован. Выработка электричества стала производиться более компактными и производительными устройствами, которые к тому же теперь восстанавливают свой ресурс. Но общий принцип работы аккумулятора остался тот же и сегодня.

Общие сведения

Невозможно представить работу множества современных приборов и механизмов, без аккумулятора – компактного источника жизненной энергии для нашпигованных электроникой и автоматикой всяческих устройств.

Автомобильная стартерная аккумуляторная батарея (АКБ) – так официально называется подобное устройство в транспортных средствах. Хотя принцип работы и конструкцию аккумулятора изучают ещё в средней школе на уроках физики, но многие успевают к началу самостоятельной жизни автолюбителя изрядно забыть столь ценные знания.

Давайте немного оживим наши познания и вспомним, что за штука такая – аккумулятор, как ему удается сохранять и отдавать накопленное электричество. Основной принцип работы аккумулятора – использование эффекта возникновения разности потенциалов (напряжения) между двумя погруженными в раствор электролита металлическими пластинами. Работающий на этом эффекте элемент впервые был сделан в 1836-1838 годах. Одна из пластин в нем была медной, другая цинковой, но она быстро растворялась в электролите.

Элемент Даниэля-Якоби за прошедшие столетия был значительно улучшен и модернизирован. Выработка электричества стала производиться более компактными и производительными устройствами, которые к тому же теперь восстанавливают свой ресурс. Но общий принцип работы аккумулятора остался тот же и сегодня.

Устройство аккумуляторной батареи

Следует уточнить, что французский физик Гастон Плант в 1859 г. создал свинцово-кислотную батарею, площадь которой была всего 10 кв. м. Современный аккумулятор является копией батареи Планта, но только уменьшенной во много раз.

Все детали конструкции батареи объединены в корпусе, который можно видеть как единый элемент аккумулятора под капотом автомобиля.

Конечно, правильно было бы называть аккумулятором лишь одну, отдельно взятую ячейку. Несколько таких ячеек должны быть названы аккумуляторной батареей. Так, каждый из шести отдельных аккумуляторов («банок») в стандартной аккумуляторной батарее легкового автомобиля (12 В) вырабатывает напряжение в 2 В.

Крайне серьезные и даже жесткие требования предъявляются к корпусу батареи, который должен обладать достаточной виброустойчивостью, справляться со значительными изменениями температур, а так же выдерживать воздействие агрессивных химических реагентов. Всем этим запросам удовлетворяет современный синтетический материал – полипропилен, именно поэтому в большинстве случаев при изготовлении корпуса используется именно этот материал.

Основная глубокая емкость и закрывающая её крышка – это те части, из которых состоит корпус. Крышка может быть оснащена либо дренажной системой, которая выводит вырабатывающийся газ и стабилизирует давление внутри батареи, либо горловинами с пробками. Вид крышки зависит от типа АКБ.

Каждая из отдельных ячеек аккумуляторной батареи оснащена одним скомбинированным пакетом, который состоит из большого количества пластин с чередованием их полярности. Пластины изготовляются из свинца. Они имеют структуру решеток, состоящих из прямоугольных сот. Именно благодаря такой конструкции можно нанести на пластины активную массу – основной рабочий реагент. Так как данную массу наносят посредством намазывания на пластины, то они так и называются – пластины намазного типа.

При изготовлении автомобильных аккумуляторов применяются только намазные пластины, хотя существуют и другие типы аккумуляторов. К примеру, в некоторых аккумуляторах устанавливаются пластины с увеличенной площадью, а также пластины из панцирной сетки.

Каждая из пластин в аккумуляторе – это электрод с противоположной полярностью. Именно поэтому может произойти короткое замыкание. Для его предотвращения между каждой парой пластин вставлен, изготовленный из пористого пластика сепаратор, который не препятствует циркуляции электролита внутри ячейки. Чтобы избежать коробления, каждая положительно заряженная пластина помещается между двумя «минусовыми» пластинами. Именно поэтому отрицательных пластин в ячейке всегда на одну больше.

Дабы предотвратить всевозможные деформации и смещения, весь собранный пакет зафиксирован специальным бандажом. При помощи токосборников, плюсовые и минусовые токовыводы пластин концентрируют свою энергию на выводных борнах аккумулятора. К данным борнам подключаются клеммы автомобиля, принимающие ток.

Принцип работы

Двуокись свинца на пластине с положительным зарядом, раствор серной кислоты в воде (электролит, с плотностью 1,28 г/см3), а так же губчатый свинец на отрицательном электроде – это активные элементы, вступающие в реакцию инициирования нагрузки на клеммы аккумулятора. В результате данной реакции происходит процесс вырабатывания электротока, с последующим образованием сульфата свинца на отрицательно заряженной пластине. Так же снижается плотность электролита, так как из него выделяется вода.

К ак известно, аккумуляторы большой емкости больше и массивнее аккумуляторов малой емкости. У них больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости.

П адение напряжения на свинцовом аккумуляторе не пропорционально разрядному току. При больших разрядных токах, диффузия ионов электролита происходит в свободном пространстве, а при маленьких токах разряда аккумулятора — сильно ограничивается порами активного вещества пластин аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора при больших токах в несколько раз (для свинцового аккумулятора) меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах.

К ак известно, аккумуляторы большой емкости больше и массивнее аккумуляторов малой емкости. У них больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости.

И змерения внутреннего сопротивления аккумуляторов на постоянном и переменном токе показывают, что внутреннее сопротивление аккумулятора сильно зависит от частоты. Ниже приводится график зависимости проводимости аккумуляторов от частоты, который взят из работы австралийских исследователей.

И з графика следует, что внутреннее сопротивление свинцового аккумулятора имеет минимум при частотах порядка сотен герц.

П ри высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше, чем при низкой. Эта зависимость имеет линейный характер. Она и определяет зависимость внутреннего сопротивления аккумулятора от температуры. При более высокой температуре, внутреннее сопротивление аккумулятора ниже, чем при низкой температуре.

В о время разряда аккумулятора, количество активной массы на пластинах аккумулятора уменьшается, что приводит к уменьшению активной поверхности пластин. Поэтому внутреннее сопротивление заряженного аккумулятора меньше, чем внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора.

Отправить заявку

Аккумуляторы по новым технологиям

При всех этих конструктивных отличиях общий принцип работы и протекания электрохимических процессов внутри батарей остается прежним.

Но, к сожалению, все эти разработки крайне медленно приближаются к коммерческому уровню поскольку все они пока не вышли в массовое производство, не доказали свои практические преимущества, а пробные партии имеют несравнимо высокую цену по сравнению с традиционными, проверенными временем, выпускаемых серийно промышленных образцов аккумуляторных батарей.

Чем больше объем двигателя, тем более емкий аккумулятор требуется;
В дизельных моторах используются АКБ с большей емкостью, чем в бензиновых, того же объема;
Если вы эксплуатируется автомобиль в условиях сильных морозов, нельзя покупать гелиевые АКБ.

Приобретая аккумулятор для своего автомобиля, не обязательно знать все параметры и характеристики, указываемые на батарее, а только к какой категории принадлежит ваш ДВС и какой объем двигателя у вашего автомобиля. Из особенностей которые нужно учитывать при выборе АКБ можно выделить следующее:

Чем больше объем двигателя, тем более емкий аккумулятор требуется;
В дизельных моторах используются АКБ с большей емкостью, чем в бензиновых, того же объема;
Если вы эксплуатируется автомобиль в условиях сильных морозов, нельзя покупать гелиевые АКБ.

Конечно многие обращают внимание и на другие параметры, указанные на аккумуляторе, что не обязательно. Обычно на самой батарее или в ее названии указывают какого типа батарея (например стартерная), ее емкость, мощность, время заряда, масса залитой батареи, параметры согласно стандартов других стран.

Перед тем как покупать АКБ, изучите технический паспорт своего транспортного средства, либо ознакомьтесь с параметрами старой батареи – это поможет не ошибиться с выбором и правильно сделать выбор с учетом особенностей вашего автомобиля. Если самостоятельно выбрать аккумулятор не получается, можно обратиться за консультацией к специалисту, например, к продавцу в автомобильном магазине.

Источники

http://electricalschool.info/spravochnik/eltehustr/1521-kak-ustroen-i-rabotaet-akkumuljator.html
http://pue8.ru/elektricheskie-seti/805-kak-rabotaet-akkumulyator-i-iz-chego-on-sostoit.html
http://kwatt.com.ua/chto-takoe-akkumulyator-osnovnye-ponyatiya-printsip-raboty-i-nemnogo-istorii/
http://electrik. info/device/1297-ustroystvo-i-princip-raboty-akkumulyatora.html
http://works.doklad.ru/view/1VR7KGsSkvI.html
http://works.doklad.ru/view/CDmtTwVmOa0.html
http://autoustroistvo.ru/elektrooborudovanie/akb/
http://akkumulyatorov.net/ustrojstvo-i-princip-raboty-akkumulyatora/
http://www.at-systems.ru/quest/new-quest/battery-resistance-y.shtml
http://wybor-battery.com/stati/tendencii-razvitiya-akkumulyatornyh-batarej/
http://vtorbaza.com/spravka/iz-chego-sostoit-avtomobilnyj-akkumulyator/

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора.

Принцип работы свинцового аккумулятора

Источником электроэнергии на автомобиле при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе является аккумуляторная батарея. В настоящее время на автомобилях наиболее широко применяются свинцовые аккумуляторные батареи, состоящие из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов. Применение кислотных аккумуляторов объясняется тем, что они обладают небольшим внутренним сопротивлением и способны в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) отдавать ток силой в несколько сотен ампер, что необходимо для питания стартера при пуске двигателя.

Свинцовый аккумулятор электрической энергии был изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. В последующие годы конструкция аккумулятора, особенно – химический состав его электродов (пластин) постоянно совершенствовалась. В настоящее время свинцовые аккумуляторы и аккумуляторные батареи широко применяются в разных областях техники в качестве накопителей электроэнергии (стартерные батареи, аварийные и резервные источники энергии и т. п.).

Конструктивно аккумулятор представляет собой емкость, наполненную электролитом, в которой размещены свинцовые электроды. В качестве электролита используется раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, а вторая – из диоксида свинца PbO₂. При взаимодействии электродов с электролитом между ними возникает разность потенциалов.

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца.

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на положительном электроде (аноде) и окисление свинца на отрицательном электроде (катоде). При пропускании через электроды аккумулятора зарядного тока в нем протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца начинается электролиз воды, при этом на аноде выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

Реакции на аноде:

PbO₂ + SO₄^2- + 4H⁺ + 2e^— ↔ PbSO₄ + 2H₂O;

Реакции на катоде:

Pb + SO₄^2- — 2e^— ↔ PbSO₄.

Физические процессы, происходящие в аккумуляторе, объясняются свойством электролитического растворения металлов, которое заключается в переходе положительно заряженных ионов металла в раствор. Легкоокисляющиеся металлы (например, свинец) обладают этим свойством в большей степени, чем инертные металлы.
При погружении свинцового электрода в раствор электролита от него начнут отделяться положительно заряженные ионы свинца и переходить в раствор, при этом сам электрод будет заряжаться отрицательно.

По мере протекания процесса растет разность потенциалов раствора и электрода, и переход положительных ионов в раствор будет замедляться.
При какой-то определенной разности потенциалов электрода и раствора наступит равновесие между силой электролитической упругости растворения свинца, с одной стороны, и силами электростатического поля и осмотического давления — с другой.
В результате переход ионов свинца в электролит прекратится.

При погружении электрода, изготовленного из двуокиси свинца, в раствор серной кислоты наблюдается такой же процесс, но результат получается иной. Двуокись свинца в ограниченном количестве переходит в раствор, где при соединении с водой ионизируется на четырехвалентные ионы свинца Рв4+ и одновалентные ионы гидроксила ОН.
Четырехвалентные ионы свинца, осаждаясь на электроде, создают положительный потенциал относительно раствора. Серная кислота образует в воде практически только на ионы НO⁺ и HSO₄.
Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная кислота, образуется вода, а на обоих электродах — сульфат свинца. При заряде процессы протекают в обратном направлении.

При подключении потребителей в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы сернокислотного остатка SO₄ соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbSO₄, а ионы водорода соединяются с кислородом, выделяясь на положительной пластине в виде воды.
В результате электроды покрываются сернокислым свинцом, а серная кислота разбавляется водой, т. е. при разряде аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно судить о степени заряженности аккумуляторной батареи.

При прохождении электрического (зарядного) тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с сернокислым свинцом электродов.
Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец. Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца.
В результате этих процессов содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, что приводит к повышению плотности электролита.

По завершению процессов восстановления свинца на электродах заряд аккумулятора прекращается. При дальнейшем прохождении электрического тока через электролит начинается процесс электролиза (разложения) воды, при этом аккумулятор «закипает», и выделяющиеся пузырьки образуют смесь водорода и кислорода. Смесь этих газов является взрывоопасной, поэтому следует избегать перезаряда до появления электролизных явлений по разложению воды.

Кроме того, длительный перезаряд приводит к потере электролитом воды (испарению), в результате чего его плотность повышается и для корректировки требуется доливка дистиллированной воды.
При доливке воды необходимо помнить, что вода, попадающая в концентрированную серную кислоту, закипает и сильно разбрызгивает кислотные капли, что при попадании на открытое тело или одежду может привести к ожогам кожи, слизистых оболочек, прожигу одежды и другим неприятным последствиям.

При постоянном напряжении источника зарядного тока по мере увеличения степени заряженности аккумулятора повышается его ЭДС и, следовательно, уменьшается сила зарядного тока. Когда напряжение на клеммах источника тока будет равно ЭДС полностью заряженного аккумулятора плюс ЭДС поляризации, зарядный ток прекратится.

Среднее значение напряжения аккумулятора – 2 В. Поскольку электрооборудование современных автомобилей рассчитано для работы при напряжении в бортовой сети 12 или 24 В, аккумуляторы соединяют в батареи (по 6 или 12 шт.).

Важным параметром аккумулятора является его емкость, т. е. количество электрической энергии, которую способен отдать аккумулятор. Емкость – это произведение силы разрядного тока на продолжительность разрядки до предельно допустимого разряженного состояния. Измеряется емкость аккумулятора в ампер-часах (А×ч). Емкость аккумулятора зависит, в первую очередь, от активной площади его электродов.
Поэтому повышения емкости можно достичь увеличением поверхности электродов, что достигается использованием нескольких параллельно соединенных между собой пластин, а также применением пористого материала для их изготовления, что позволяет использовать в качестве активной массы не только поверхность, но и внутренний объем пластин.

Емкость аккумулятора не постоянна, она зависит от силы разрядного тока, температуры электролита и состояния активной поверхности пластин. При увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумулятора уменьшается, что объясняется неполным протеканием электрохимических реакций разрядки в этих условиях, вследствие сокращения времени разрядки и повышения вязкости электролита при низких температурах.

***

Устройство аккумуляторной батареи и ее маркировка

Главная страница

Страничка абитуриента

Дистанционное образование

Группа ТО-81
Группа М-81
Группа ТО-71

Специальности

Ветеринария
Механизация сельского хозяйства
Коммерция
Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

Инженерная графика
МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
Карта раздела
Общее устройство автомобиля
Автомобильный двигатель
Трансмиссия автомобиля
Рулевое управление
Тормозная система
Подвеска
Колеса
Кузов
Электрооборудование автомобиля
Основы теории автомобиля
Основы технической диагностики
Основы гидравлики и теплотехники
Метрология и стандартизация
Сельскохозяйственные машины
Основы агрономии
Перевозка опасных грузов
Материаловедение
Менеджмент
Техническая механика
Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

«Инженерная графика»
«Техническая механика»
«Двигатель и его системы»
«Шасси автомобиля»
«Электрооборудование автомобиля»

Как работает аккумулятор — принцип работы АКБ простыми словами

Содержание

Понятие аккумулятор и его устройство
Как работает аккумулятор (АКБ) при разряде
Работа аккумулятора при заряде
Способы соединения аккумуляторов (как работает аккумулятор)
Параллельное соединение (как работает аккумулятор)
Последовательное соединение (как работает аккумулятор)
Компоновка АКБ
Виды аккумуляторов
Классификация АКБ по составу активного вещества
Виды АКБ
Классификация батарей по типу электролита
Как работает аккумулятор — АКБ
Материалы АКБ
Пластины
Сепараторы
Литий-ионные аккумуляторы
Электролит
Гелевые электролиты
Графен-полимерные аккумуляторы
Основные технические характеристики аккумуляторов
Номинальная емкость аккумулятора
Пусковой ток
Полярность
Устройство корпуса
Тип крепления аккумулятора
Заключение

Аккумулятор или сокращённо (АКБ), это основное и необходимое устройство в любом автомобиле. Каждый водитель знает, что серце его машины — это конечно же аккумулятор, и нет таких машин с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было. Как бы это устройство не менялось за 150 лет с момента его изобретения, принцип работы аккумуляторной батареи остался низменным. Однако, современность внесла серьёзные коррективы в технологические процессы их изготовления. В этой статье вы ознакомитесь с и используемыми материалами, из чего состоит аккумулятор и как он работает. Итак, как работает аккумулятор (АКБ)?

Как работает аккумулятор (АКБ)

Понятие аккумулятор и его устройство

В общем понимании этого слова в технике под термином «Аккумулятор» подразумевается устройство, позволяющие при разных условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, либо же — расходовать ее для человеческих нужд.

Хотите узнать, как построить энергосберегающий дом? Смотрите секреты строительства дома , который сам экономит

Применимы в тех ситуациях, когда необходимо собрать энергию за определенное время, после чего использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Так — гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по такому же принципу: когда вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а после отдают его подключенным приборам для совершения дальнейшей работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

В процессе работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

На рисунке ниже изображена схема устройства аккумулятора. Изображен тот вид, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Устройство аккумулятора

Как работает аккумулятор (АКБ) при разряде

В момент, когда к электродам подключена нагрузка в виде лампочки, создается замкнутая электрическая цепь, через которую протекает ток разряда. Его формированию способствует движение электронов в металлических частях и анионов с катионами в электролите.

Этот процесс условно показан на схеме с никель-кадмиевой конструкцией электродов.

Заряд и разряд аккумулятора

В данном примере в качестве материала положительного электрода используют окислы никеля с добавками графита, которые повышают электрическую проводимость. Металлом отрицательного электрода работает губчатый кадмий.

Общее устройство и маркировка аккумуляторных батарей

Работа аккумулятора при заряде

Беря за основу отключенную нагрузку на клеммы пластин, подаем постоянное (в определенных ситуациях пульсирующее) напряжение большей величины, чем у заряжаемого аккумулятора с той же полярностью, когда плюсовые и минусовые клеммы источника и потребителя совпадают.

Таким образом мощность зарядного устройства всегда больше, чем та, которая «подавляет» оставшуюся в аккумуляторе энергию и создает электрический ток с направлением, противоположным разряду. Это приводит к изменениям внутренних химических процессов между электродами и электролитом. К примеру на банке с никель кадмиевыми пластинами положительный электрод обогащается кислородом, а отрицательный — восстанавливается до состояния чистого кадмия.

Способы соединения аккумуляторов (как работает аккумулятор)

Параллельное соединение (как работает аккумулятор)

Величина разряда тока, зависит от многих факторов, хотя в первую очередь от конструкции, примененных материалов и их габаритов. Чем значительнее площадь пластин у электродов, тем больший ток они могут выдерживать.

Этот принцип используется для параллельного подключения однотипных банок у аккумуляторов при необходимости увеличения тока на нагрузку. Чтобы зарядить такую конструкцию потребуется поднять мощность источника. Этот способ используется редко для готовых конструкций, в настоящее время куда проще сразу приобрести необходимый аккумулятор. Но им пользуются производители кислотных АКБ, соединяя различные пластины в единые блоки.

Последовательное соединение (как работает аккумулятор)

В зависимости от применяемых материалов, между двумя электродными пластинами распространенных в быту аккумуляторов может быть выработано напряжение 1,2/1,5 или 2,0 вольта. На самом деле этот диапазон гораздо шире. И многим электрическим приборов его явно недостаточно. Поэтому однотипные аккумуляторы подключают последовательно, делают это зачастую в едином корпусе.

Часто среди водителей транспорта, под понятием «аккумулятор» принято понимать любое устройство, независящее от количества его составных элементов — банок. Это не является правильным. Собранная из нескольких последовательно подключенных банок конструкция считается уже батареей, за которой закрепилось сокращенное название «АКБ». Ее внутреннее устройство показано на рисунке.

Устройство кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

Любая банка состоит из двух блоков с набором пластин для положительного и отрицательного электродов. Блоки входят друг в друга без металлического контакта с возможностью надежной гальванической связи через электролит.

Благодаря соединению пластин в блоки увеличивается их рабочая площадь. Это снижает общее удельное сопротивление всей конструкции, позволяет повышать мощность подключаемой нагрузки.

Компоновка АКБ

С внешней стороны корпуса такая АКБ имеет элементы, показанные на рисунке ниже.

Компоновка кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

Из него видно, что прочный пластмассовый корпус закрыт герметично крышкой и сверху оборудован двумя клеммами. Они обычно имеют конусную форму, для подключения к электрической схеме автомобиля. На их выводах выбита маркировка полярности: «+» и «-». При этом есть одно правило: во избежании ошибок при подключении, диаметр положительной клеммы немного больше, чем у отрицательной.

У обслуживаемых аккумуляторных батарей сверху каждой банки помещена заливная горловина, чтобы контролировать уровень электролита либо доливки дистиллированной воды при эксплуатации. В нее вворачиваются пробка, предохраняющая внутренние полости банки от попадания загрязнений и одновременно не дает выливаться электролиту при наклонах АКБ.

Для того, чтобы предотвратить бурное выделение газов из электролита, который возможен при интенсивной езде, в пробках делаются отверстия для предотвращения повышения давления внутри банки. И через эти отверстия выходят кислород и водород, а также пары электролита. Такие ситуации, связанные с чрезмерными токами заряда, желательно избегать.

На том же рисунке выше показано соединение элементов между банками и расположение пластин-электродов.

Стартерные автомобильные АКБ (свинцово-кислотные) работают по принципу двойной сульфатации. На них во время разряда/заряда происходит электрохимический процесс, что сопровождается изменением химического состава активной массы электродов с выделением или поглощением в электролит (серную кислоту) воды.

Этим явлением можно объяснить повышение удельной плотности электролита при заряде, а так же снижение при разряде батареи. Иными словами, величина плотности дает возможность оценивать электрическое состояние АКБ. Для ее замера используют специальный прибор — автомобильный ареометр.

В состав электролита кислотных батарей входит дистиллированная вода. Она же при отрицательной температуре переходит в твердое состояние — лед. Поэтому, чтобы автомобильные аккумуляторы не замерзали в холодное время, необходимо применять специальные меры, предусмотренные правилами эксплуатации.

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Таким образом, возникала необходимость по улучшению качества работы АКБ. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, характерной чертой которых является более редкий процесс долива воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт нуждались в постоянном доливе, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов и использовать герметичный, неразборной корпус.

Виды АКБ

Сурьмянистые батареи. Этот вид относится к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
АКБ со свинцом. В малосурьмянистых АКБ материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
Калициевые источники. При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. При их производстве, две объединенные основные технологии имеют конструктивные отличия: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая платина закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Суть такой технологии в том, что она позволяет снизить текучесть электролита, который содержит агрессивную серную кислоту.
В литиевых АКБ используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
AGM имеет отличительную особенность в электролите, где с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными и щелочными.

Щелочные растворы применяются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости этот такие жидкости, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Составы этого типа легко можно приобрести в специализированных магазинах либо, при желании, приготовить самостоятельно на дому. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке его приготовление так же возможно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности. Для этого нужно смешать кислоту с дистиллированной водой.

Как работает аккумулятор — АКБ

Как работает аккумулятор (АКБ)

Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.

При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, в то время, как на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.

При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.

Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. А при зарядке происходит обратный процесс.

Материалы АКБ

Пластины

На данный момент наиболее качественные батареи потерпели небольшие изменения. И связаны эти изменения с материалом пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом удалось снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

Сепараторы

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Когда из пластин осыпается активная зона внизу банок происходит замыкание. Чтобы этого не случилось на помощь приходят сепараторы, которые делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

Литий-ионные аккумуляторы

Эти батареи получили широкое распостранение благодаря мобильным телефонам и иным гаджетам. Сегодня же, существуют разработки и для автомобилей. Однако, невзирая на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.

Литий-ионные аккумуляторы

Они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
Для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, а это требует переделки электронной части генераторов.
И самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.

Электролит

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, известно, что вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но тем не менее она заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

Гелевые электролиты

Их по праву можно считать вершиной эволюции кислотных батарей. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. В итоге батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Графен-полимерные аккумуляторы

Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.

Графен-полимерные аккумуляторы

Принцип работы этих поистине чудесных аккумуляторов заключается в следующем: их ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом имеет меньшую стоимость, поскольку в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.

Основные технические характеристики аккумуляторов

Технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.

Важно! Полностью емкость не характеризует энергию аккумулятора, то есть энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.

Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке. Именно по этому критерию, большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Это величину, характеризующая параметр тока, который протекает в стартере автомобиля в момент пуска силового узла. Пусковой или стартерный ток возникает в тот момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Тот же ток холодной прокрутки является показателем поведения аккумулятора в морозную погоду и сможет запускать двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.

Полярность

Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Имеет два полюса – положительный и отрицательный и варианты расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Дла ее определения нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что АКБ с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.

Прямая и обратная полярность АКБ

Устройство корпуса

У большинства аккумуляторов корпус состоит из ударопрочного полипропилена. Он характеризуется как легкий материал, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен имеет весьма хорошую стойкость к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, где нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Известными типами аккумуляторов, обладающих спросом являются: американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейский тип корпуса характерен тем, что АКБ клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. В некоторых случаях клеммы дополнительно защищаются от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке. Верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора.

Российский стандарт АКБ

Обозначение	Описание букв
А	АКБ имеет общую крышку для всего корпуса
З	Корпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально
Э	Корпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита
Т	Корпус-моноблок АБК выполнен из термопластика
М	В корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ
П	В конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты

Аккумулятор (АКБ) ALPHALINE 60 Ач

Тип крепления аккумулятора

Особое внимание при выборе АКБ следует уделять типу крепления АКБ, при котором батарея может крепиться снизу или сверху. С помощью специальной монтажной рамки, которая охватывает аккумулятор, элемент крепится вверху. Крепление аккумулятора происходит с помощью планки и двух шпилек. Чаще всего такой вид установки и фиксации аккумуляторной батареи встречается на автомобилях китайского или корейского производства.

Тип крепления на АКБ

Нижнее крепление применимо на европейских автомобилях. На нижней части корпуса АКБ находится выступ. За этот выступ аккумулятор прижимается к платформе с помощью пластины и винта.

Выступ для фиксации АКБ

Заключение

Теперь вы знаете, как работает аккумулятор. Его роль в работе приборов трудно оспорить. Данный источник энергии применяться почти во всех отраслях. Что доказывает его значимость и необходимость знаний о принципе работы АКБ. А также ее внутреннем содержимом. Аккумуляторы широко используются в автомобилях, разнообразных электроприборах, кондиционерах, мультимедийных центрах. Там, где, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. И тогда в «игру» вступает АКБ, которая кроме подпитки энергией еще и выполняет основную функцию, обеспечивая электроэнергией стартер двигателя. Водителю необходимо знать, как устроен аккумулятор. Ведь в нужное время придется устранять сбои в работе источника энергии. К тому же, важно иметь представление о назначении и видах аккумулятора, чтобы правильно использовать ресурс, подобрать батарею к условиям эксплуатации и автомобилю.

Как работает аккумулятор (АКБ)

Принципы работы, хранение и старение аккумуляторов Аккумулятор Greenway

0769-27282088

Сервисный центр

Dongguan Greenway Battery Co.,Ltd.

ФАКС：(+86) 769 2229 0098

粤ICP备11070025号
Эл.

Аккумулятор — это устройство, которое накапливает энергию в виде химического вещества и при необходимости преобразует ее в электрическую энергию. А это обычные батарейки — те, что очень знакомой цилиндрической формы. Не существует батареи, которая хранит электрическую энергию, и каждая батарея хранит энергию в какой-то другой форме. Чтобы узнать больше о том, как работают батареи, мы рекомендуем вам продолжить чтение, чтобы узнать об этом и узнать все, что вам нужно знать о работе батареи.

Каков принцип работы батареи?

+Когда два разнородных металла, называемых электродами, помещают в разбавленный электролит, в электродах происходят реакции окисления и восстановления в зависимости от электронного контакта металла электродов. В результате реакции окисления один электрод получает отрицательный заряд, называемый катодом. Другой электрод получает положительный заряд, называемый анодом, благодаря реакции восстановления. Катод образует отрицательную клемму, а анод — положительную клемму элемента или батареи.

Чтобы понять фундаментальный принцип батареи, вам необходимо понять основную концепцию сродства к электронам. Когда два, в отличие от металлов, помещаются в электролит, между этими металлами возникает разность потенциалов.

Обнаружено, что при добавлении в воду определенных соединений они растворяются и образуют положительные и отрицательные ионы. Этот тип соединения известен как электролит. Энергия, возникающая при принятии электрона нейтральным атомом, называется сродством к электрону. Если два разных типа металлов поместить в один и тот же раствор электролита, то один получит электроны, а другой в конечном итоге отдаст электроны. И какой металл получит электроны, а какой потеряет, зависит от сродства к электрону. Металл с меньшим сродством будет приобретать электроны от -ve ионов раствора электролита.

С другой стороны, металл с высоким сродством к электрону в конечном итоге высвобождает электроны. Следовательно, между этими двумя металлами будет ключевая разница в концентрации электронов. Эта разница приводит к разнице электрических потенциалов, образующейся между металлами. Эту разность или ЭДС можно использовать в качестве источника напряжения в любой электрической цепи. Это общий принцип работы аккумулятора.

Как батарея сохраняет энергию?

Существует два основных типа химических аккумуляторов: перезаряжаемые или вторичные элементы, первичные элементы и неперезаряжаемые. Что касается хранения энергии, а также разрядки электричества, они идентичны. Вопрос только в том, допускают ли используемые химические процессы многократную зарядку и разрядку.

Все гальванические элементы имеют два электрода. Область между электродами заполнена электролитом — ионной жидкостью, проводящей электричество. Электрод — анод — позволяет электронам выходить из него. Другой — катод — их принимает. Энергия запасается в специальных соединениях, входящих в состав анода, катода и электролита, например, цинка, меди и SO4.

Анод подвергается реакции окисления: во время разряда два или более ионов соединяются с анодом, образуя соединение, а также высвобождают 1 или более электронов. А катод подвергается реакции восстановления, при которой материал, из которого сделан катод, образует соединения с ионами и свободными электронами.

Как умирает батарея?

Когда активное вещество в пластинах не может поддерживать поток разряда, аккумулятор «умирает». Как правило, автомобильный (или ранний) аккумулятор «стареет» по мере того, как активный материал положительной пластины осыпается (или отслаивается) из-за нормального расширения и сжатия, которые происходят во время циклов разрядки и зарядки. Это приводит к тому, что пластина теряет емкость, и коричневый осадок, называемый шламом или «грязью», накапливается на дне корпуса, а также замыкает пластину ячейки. Это повредит аккумулятор как можно быстрее.?

В жаркую погоду дополнительными причинами выхода из строя являются положительный рост решетки, повреждение металла положительной сетки, отрицательная усадка сетки, коробление пластины или потеря воды. Глубокие разряды, вибрация, нагрев, быстрая зарядка и перезарядка — все это стимулирует процесс «старения». Около 50% преждевременных отказов автомобильных аккумуляторов вызваны отсутствием технического обслуживания, испарением из-за сильного геотермального тепла или потерей воды для нормальной подзарядки из-за перезарядки. Положительный рост сетки и недозарядка, вызванная сульфатацией, могут привести к преждевременным отказам.

Срок службы батареи зависит от ее химического возраста, который превышает время после сборки батареи. Химический возраст батареи определяется сложной комбинацией нескольких факторов, включая температурную историю и режим зарядки. Все перезаряжаемые батареи годны к употреблению и химически не эффективны с возрастом. По мере химического старения литий-ионных аккумуляторов объем удерживаемого ими заряда уменьшается, сокращается срок службы аккумулятора и снижается максимальная производительность.

Заключение

Вот и все. Здесь мы рассмотрели основную идею о том, как работают батареи. Энергия запасается в специальных соединениях, из которых состоят анод, катод и электролит. Аккумулятор достигает заряженного состояния во время перезарядки или сборки устройства. Во время разряда химическое вещество на аноде высвобождает электроны, а ионы в электролите подвергаются реакции окисления. Многие электрохимические и термические процессы происходят одновременно, и даже самые практичные комбинации элементов, упакованные в виде аккумуляторов, не могут полностью отразить все процессы. Таким образом, приближение основных реакций является лишь кратким описанием того, что происходит на самом деле, но также помогает объяснить основной принцип работы батареи.

литий-ионный аккумулятор аккумулятор для электровелосипеда литиевый аккумулятор

Предыдущая статья：

Как восстановить пробитые аккумуляторы — лечение Хранение и восстановление

Следующая статья：

Угольно-цинковая батарея – преимущества и ограничения

Литий-ионная батарея Принцип работы и применение — StudiousGuy

Литий-ионная батарея — это тип перезаряжаемой батареи, в которой используются заряженные частицы лития для преобразования химической энергии в электрическую. М. Стэнли Уиттингем, британо-американский химик, известен как отец-основатель литий-ионных аккумуляторов. Он разработал концепцию перезаряжаемых батарей в конце 19 века.70-е годы. В 2019 году М. Стэнли Уиттингем, Джон Гуденаф и Акира Йошино были удостоены Нобелевской премии по химии за свою работу. По способности к перезарядке литий-ионные аккумуляторы можно разделить на две большие категории, а именно первичные и вторичные. Первичные литий-ионные аккумуляторы не подлежат перезарядке, а вторичные литий-ионные аккумуляторы можно перезаряжать.

Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)

Принцип работы литий-ионной батареи

Литий-ионные батареи работают по принципу кресла-качалки. Здесь преобразование химической энергии в электрическую происходит с помощью окислительно-восстановительных реакций. Обычно литий-ионный аккумулятор состоит из двух или более электрически соединенных гальванических элементов. Когда батарея заряжена, ионы стремятся двигаться к отрицательному электроду или аноду. Когда аккумулятор полностью разряжается, ионы лития возвращаются обратно к положительному электроду, то есть к катоду. Это означает, что во время процесса зарядки и разрядки ионы лития перемещаются между двумя электродами батареи, поэтому принцип работы литий-ионной батареи называется принципом кресла-качалки.

Работа литий-ионной батареи

Батарея обычно состоит из двух электродов, а именно анода и катода. Катод образует положительную клемму батареи, а анод предназначен для отрицательной клеммы. Катод литий-ионной батареи в основном состоит из соединения лития, а основным элементом анода является графит. Когда батарея подключена к источнику питания, ионы лития имеют тенденцию перемещаться от катода к аноду, то есть от положительного электрода к отрицательному электроду. Это называется зарядкой аккумулятора. Во время фазы разрядки батареи движение ионов лития меняется на противоположное от анода к катоду, то есть от отрицательного электрода к положительному, и электрическая энергия передается на подключенную нагрузку.

Использование литий-ионных аккумуляторов

Сотовые устройства

Почти все сотовые устройства, такие как мобильные телефоны, ноутбуки, беспроводные телефоны и т. д., используют литий-ионные аккумуляторы. Это связано с тем, что литий-ионные аккумуляторы компактны, легки и пригодны для повторного использования. Следовательно, они идеально подходят для портативных устройств. Кроме того, такие типы батарей обеспечивают быструю скорость зарядки, что позволяет пользователю часто получать доступ к устройствам без помех.

Power Banks

Power Bank — это портативный гаджет, который помогает пользователю удобно заряжать электронные устройства, такие как мобильные телефоны, смарт-часы и т. д., в любом месте и в любое время. Для этой цели в Power Bank обычно используются литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы.

Электромобили

Ряд электромобилей, таких как электромобили, электрические велосипеды, электрические скутеры, электрические велосипеды и т. д., используют для своей работы литий-ионные батареи. Это связано с тем, что литий-ионные аккумуляторы имеют высокое отношение мощности к весу, большую устойчивость к колебаниям температуры и давления и более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотные аккумуляторы. Кроме того, они легкие, портативные, эффективные и более безопасные, чем традиционные батареи.

Медицинские устройства

Медицинские устройства, такие как слуховые аппараты, хирургические инструменты, диагностические аппараты, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, роботы-помощники, инфузионные насосы, мониторы частоты сердечных сокращений и пульса и т. д., используют литий-ионные батареи для различных диагностических и цели лечения. К преимуществам использования литий-ионных аккумуляторов в медицинских гаджетах можно отнести высокое быстродействие, быструю скорость зарядки, малый вес, безопасность и др.

Камеры

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в цифровых зеркальных фотокамерах, поскольку они способны обеспечивать большую мощность в течение сравнительно более длительного времени, чем традиционные аккумуляторы. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы предпочтительнее, потому что они легкие, а значит, не делают гаджет громоздким. В некоторых камерах также используются перезаряжаемые литий-ионные батареи, что позволяет пользователю повторно использовать их и повышает надежность.

ИБП

ИБП (система бесперебойного питания) — это устройство, обеспечивающее резервное питание в течение определенного периода времени в случае отключения или сбоя питания. В таких устройствах обычно используется комбинация литий-ионных аккумуляторов. Это связано с тем, что использование литий-ионных аккумуляторов в устройствах ИБП уменьшает занимаемую площадь на 50-80%. Кроме того, система ИБП на основе литий-ионных аккумуляторов весит на 60–80 % меньше, чем обычное устройство ИБП на основе свинцово-кислотных батарей.

Роботы

Литий-ионные аккумуляторы пользуются большим спросом в области робототехники и автоматизации. Они используются для питания роботов-гуманоидов, а также промышленных роботов.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

1. Литий-ионные аккумуляторы имеют значительно более низкую скорость саморазряда по сравнению с другими типами аккумуляторов.

2. Обладают высокой плотностью энергии.

3. В литий-ионных батареях отсутствует эффект памяти.

4. Средний срок службы литий-ионных аккумуляторов в десять раз больше, чем у традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов.

5. Высокая скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов.

6. Литий-ионные аккумуляторы эффективно работают в экстремальных условиях, таких как высокое давление и колебания температуры.

7. Литий-ионные аккумуляторы легкие и компактные. Как правило, вес литий-ионных аккумуляторов примерно на 50-60% меньше, чем у стандартных свинцово-кислотных аккумуляторов.

8. Установка литий-ионных аккумуляторов сравнительно проста.

9. Эти типы батарей гибкие, менее громоздкие и безопасные в использовании.

10. Литий-ионные аккумуляторы доступны в различных формах и размерах.

11. Уровень напряжения литий-ионного аккумулятора не падает и поддерживается постоянно на протяжении всего использования.

12. Емкость литий-ионного аккумулятора примерно на 25-50% больше, чем у свинцово-кислотного аккумулятора.

13. Требуют минимального обслуживания.

14. Литий-ионные аккумуляторы неопасны, так как не выделяют ядовитых газов.

Недостатки литий-ионной батареи

1. Зарядная емкость литий-ионной батареи со временем снижается из-за потери ионов лития на границе твердого электролита и на границе катод-электролит.

2. Повреждение сепаратора литий-ионных аккумуляторов может привести к пожару.

3. Они относительно дорогие.

4. Если в аккумуляторе закончились ионы лития, его нельзя заменить. Таким образом, батарея не может быть использована по истечении ориентировочного срока службы.

Принцип работы свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов

Свинцово-кислотные и литиевые аккумуляторы в настоящее время широко используются в быту. Давайте посмотрим на принципы работы свинцово-кислотных аккумуляторов и литиевых аккумуляторов.

Как работает свинцово-кислотный аккумулятор

Когда серная кислота растворяется, ее молекулы распадаются на положительные ионы водорода (2H+) и сульфатные отрицательные ионы (SO4—) и свободно перемещаются. Если два электрода погружены в растворы и подключены к источнику постоянного тока, то ионы водорода заряжаются положительно и перемещаются к электродам и подключаются к отрицательной клемме источника питания. Отрицательно заряженные ионы SO4- перемещались к электродам, подключенным к положительной клемме питающей сети (т. е. к аноду).

Каждый ион водорода забирает один электрон с катода, а каждый сульфат-ион забирает два отрицательных иона с анода и вступает в реакцию с водой, образуя серную и водородную кислоты.

Кислород, полученный в результате приведенного выше уравнения, реагирует с оксидом свинца и образует пероксид свинца (PbO2). Таким образом, во время зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов свинец-катод остается свинцом, а свинцовый анод превращается в пероксид свинца шоколадного цвета. .

Если источник питания постоянного тока отключен и вольтметр подключен между электродами, он покажет разность потенциалов между ними. Если провод соединяет электроды, то ток будет течь от положительной пластины к отрицательной через внешнюю цепь, т. е. ячейка способна поставлять электрическую энергию.

Химическое действие во время разрядки

Когда элемент полностью разряжен, анод изготавливается из перекиси свинца (PbO2), а катод из металлического губчатого свинца (Pb). Когда электроды соединены через сопротивление, ячейка разряжается, и электроны текут в направлении, противоположном тому, что происходит во время зарядки.

Ионы водорода движутся к аноду и, достигая анодов, получают один электрон от анода и становятся атомом водорода. Атом водорода вступает в контакт с PbO2, поэтому он атакует и образует сульфат свинца (PbSO4), беловатого цвета и воду согласно химическому уравнению.

Каждый ион сульфата (SO4—) движется к катоду и, достигая там, отдает два электрона, становится радикалом SO4, атакует катод из металлического свинца и образует сульфат свинца беловатого цвета в соответствии с химическим уравнением.

Химическое действие во время перезарядки

Для перезарядки анод и катод подключаются к положительной и отрицательной клемме сети постоянного тока. Молекулы серной кислоты распадаются на ионы 2Н+ и SO4—. Ионы водорода, будучи положительно заряженными, движутся к катодам, получают оттуда два электрона и образуют атом водорода. Атом водорода реагирует с катодом сульфата свинца с образованием свинца и серной кислоты в соответствии с химическим уравнением.

SO4— ион движется к аноду, отдает два дополнительных электрона, становится радикалом SO4, реагирует с анодом из сульфата свинца и образует пероксид свинца и серную кислоту в соответствии с химическим уравнением.

Зарядка и разрядка представлены одним обратимым уравнением, приведенным ниже.

Уравнение должно читаться вниз для разряда и вверх для перезарядки.

Химия литий-ионных аккумуляторов

Как следует из названия, ионы лития (Li+) участвуют в реакциях, приводящих в действие аккумулятор. Оба электрода в литий-ионном элементе изготовлены из материалов, которые могут интеркалировать или «поглощать» ионы лития (немного похоже на гидрид-ионы в NiMH-батареях). Интеркаляция — это когда заряженные ионы элемента могут «удерживаться» внутри структуры материала-хозяина, не нарушая ее существенно. В случае литий-ионного аккумулятора ионы лития «привязаны» к электрону внутри структуры анода. Когда батарея разряжается, интеркалированные ионы лития высвобождаются из анода, а затем проходят через раствор электролита, чтобы поглощаться (интеркалироваться) катодом.

Литий-ионный аккумулятор начинает свою жизнь в состоянии полного разряда: все его ионы лития интеркалированы внутри катода, а его химический состав еще не способен производить электричество. Прежде чем вы сможете использовать аккумулятор, его необходимо зарядить. Когда аккумулятор заряжается, на катоде происходит реакция окисления, а это означает, что он теряет часть отрицательно заряженных электронов. Для поддержания баланса зарядов на катоде в раствор электролита растворяют равное количество части положительно заряженных интеркалированных ионов лития. Они перемещаются к аноду, где внедряются в графит. Эта реакция интеркаляции также откладывает электроны в графитовый анод, чтобы «связать» ион лития.

Во время разряда ионы лития отделяются от анода и возвращаются через электролит к катоду. Это также высвобождает электроны, которые привязывали их к аноду, и они текут по внешнему проводу, обеспечивая электрический ток, который мы использовали для выполнения работы. Именно соединение внешнего провода позволяет протекать реакции — когда электроны могут свободно перемещаться, то и положительно заряженные ионы лития уравновешивают движение своего отрицательного заряда.

Когда катод заполняется ионами лития, реакция прекращается и батарея разряжается. Затем мы снова перезаряжаем наши литий-ионные батареи, и внешний электрический заряд, который мы прикладываем, выталкивает ионы лития обратно в анод от катода.

Электролит в литий-ионном элементе обычно представляет собой раствор солей лития в смеси растворителей (таких как диметилкарбонат или диэтилкарбонат), разработанный для улучшения характеристик аккумулятора. Наличие солей лития, растворенных в электролите, означает, что раствор содержит ионы лития. Это означает, что отдельные ионы лития не должны совершать полный путь от анода к катоду, чтобы замкнуть цепь. По мере того как ионы выбиваются из анода, другие, которые уже находятся в электролите, вблизи поверхности электрода, могут легко поглощаться (интеркалироваться) катодом. Обратное происходит во время перезарядки.

Будучи маленьким и легким, большое количество лития может храниться (интеркалироваться) в обоих электродах. Поэтому литиевые батареи часто используются в ховер-картах. Именно это придает литий-ионным батареям высокую плотность энергии. Например, один ион лития может храниться на каждые шесть атомов углерода в графите, и чем больше ионов лития участвует в путешествии от анода к катоду (и обратно во время циклов перезарядки), тем больше электронов остается на пути. уравновешивают их движение и обеспечивают электрический ток.

Перенос ионов лития между электродами происходит при гораздо более высоком напряжении, чем в батареях других типов, и, поскольку они должны быть уравновешены равным количеством электронов, один литий-ионный элемент может производить напряжение 3,6 вольта или выше. , в зависимости от материалов катода. Типичный щелочной элемент выдает всего около 1,5 вольт. Для стандартного свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора требуется шесть 2-вольтовых элементов, соединенных вместе, чтобы получить 12 вольт.

Из-за их высокой плотности энергии и их сравнительной легкости установка большого количества литий-ионных элементов вместе в одном месте позволяет получить аккумуляторную батарею намного легче и компактнее, чем стек, изготовленный из других типов батарей. Если мы сложим вместе достаточное количество литий-ионных элементов, мы сможем достичь довольно высокого напряжения, например, необходимого для запуска электромобиля. Конечно, во всех наших автомобилях уже есть аккумуляторы, но они нужны только для того, чтобы запустить бензиновый или дизельный двигатель, тогда всю работу делает топливо. Аккумулятор электромобиля — это его источник энергии и то, что дает ему возможность подняться на крутой холм. Таким образом, он обычно будет иметь 96 вольт или даже больше, что даже при высоком напряжении литий-ионного элемента требует довольно много элементов, сложенных вместе.

Принцип работы аккумулятора физика

Принцип действия аккумуляторов

История аккумуляторов

Главная > Доклад >Физика

Главная > Реферат >Химия

Аккумуляторы по новым технологиям

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора.

Принцип работы свинцового аккумулятора

Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Как работает аккумулятор — принцип работы АКБ простыми словами

Понятие аккумулятор и его устройство

Как работает аккумулятор (АКБ) при разряде

Параллельное соединение (как работает аккумулятор)

Последовательное соединение (как работает аккумулятор)

Компоновка АКБ

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

Виды АКБ

Классификация батарей по типу электролита

Как работает аккумулятор — АКБ

Материалы АКБ

Пластины

Сепараторы

Литий-ионные аккумуляторы

Гелевые электролиты

Графен-полимерные аккумуляторы

Основные технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Пусковой ток

Полярность

Устройство корпуса

Тип крепления аккумулятора

Заключение

Принципы работы, хранение и старение аккумуляторов Аккумулятор Greenway

Литий-ионная батарея Принцип работы и применение — StudiousGuy

Принцип работы литий-ионной батареи

Работа литий-ионной батареи

Использование литий-ионных аккумуляторов

Сотовые устройства

Power Banks

Электромобили

Медицинские устройства

Камеры

ИБП

Роботы

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Недостатки литий-ионной батареи

Принцип работы свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов

Как работает свинцово-кислотный аккумулятор

Добавить комментарий Отменить ответ