Акумулятор. Історія винаходу і вдосконалення

Відкриття акумулюючого ефекту відноситься до числа найважливіших і найзначніших винаходів у галузі електротехніки.

Ще в 1802 році Г. Ріттер відкрив, що дві мідні пластини, опущені в кислоту і з'єднані з гальванічною батареєю, заряджаються і їх потім можна протягом короткого часу використовувати як постійне джерело струму. Це явище пізніше вивчалося багатьма іншими вченими.

В 1854 німецький військовий лікар Вільгельм Зінстеден спостерігав наступний ефект: при пропущенні струму через свинцеві електроди, занурені в розведену сірчану кислоту, позитивний електрод покривався двоокисом свинцю PbO2, в той час як негативний електрод не піддавався ніяким змінам. Якщо такий елемент замикали потім накоротко, припинивши пропускання через нього струму від постійного джерела, то в ньому з'являвся постійний струм, який виявлявся до тих пір, поки вся двоокис свинцю не розчинялася в кислоті. Таким чином, Зінстеден впритул наблизився до створення акумулятора, проте він не зробив ніяких практичних висновків зі свого спостереження.

Тільки п'ять років потому, у 1859 році, французький інженер Гастон Планте випадково зробив те ж саме відкриття і побудував перший в історії свинцевий акумулятор. Цим було покладено початок акумуляторної техніки.

Акумулятор Планте складався з двох однакових свинцевих пластин, навитих на дерев'яний циліндр. Один від одного вони відокремлювалися тканинної прокладкою. Влаштований таким чином прилад поміщали в посудину з підкисленою водою і з'єднували з електричної батареєю. Через кілька годин, відключивши батарею, можна було знімати з акумулятора достатньо сильний струм, який зберігав протягом деякого часу своє постійне значення.

Істотним недоліком акумулятора Планте була його невелика ємність - він занадто швидко розряджався. Незабаром Планте зауважив, що ємність можна збільшити спеціальної підготовкою поверхні свинцевих пластин, які повинні бути по можливості більше пористими. Щоб досягти цього, Планте розряджали заряджений акумулятор, а потім знову пропускав через нього струм, але в протилежному напрямку. Цей процес формування пластин повторювався багато разів протягом приблизно 500 годин і мав на меті збільшити на обох пластинах шар окису свинцю.

До тих пір, поки не була винайдена динамо-машина, акумулятори становили для електротехніків мало інтересу, але коли з'явилася можливість легко і швидко заряджати їх за допомогою генератора, акумулятори отримали найширше поширення.

В 1882 Камілл Фор значно вдосконалив техніку виготовлення акумуляторних пластин. В акумуляторі Фора формування пластин відбувалося набагато швидше. Суть удосконалення Фора полягала в тому, що він придумав покривати кожну пластину суриком або іншим окислом свинцю. При заряджання шар цієї речовини на одній з пластин перетворювався на перекис, тоді як на іншій пластині внаслідок реакції виходила низький ступінь оксиду. Під час цих процесів на обох пластинах утворювався шар оксидів з пористим будовою, що сприяло скупченню виділяються газів на електродах.

В початку XX століття удосконаленням акумулятора зайнявся Томас Едісон, який хотів зробити його більш пристосованим для потреб транспорту. У результаті були створені залізно-нікелеві акумулятори з електролітом у вигляді їдкого калію, т.зв. лужні акумулятори. У 1903 році починається виробництво нових портативних акумуляторів, які набули широкого поширення в транспорті, на електростанціях і в невеликих судах.

Спочатку корпуси акумуляторів були дерев'яними, потім ебонітових. Акумуляторні батареї формувалися з кількох елементів, кожен з яких мав робоче напруга близько 2,2 вольт. Для шестівольтових акумуляторів в одному корпусі послідовно з'єднувалися три елементи, для 12-вольтів - шість, для 24-вольтів - дванадцять.

Для легкових автомобілів 6-вольтова електросистема була загальноприйнятою майже півстоліття, і лише в 50-х роках стався масовий перехід на 12 вольт. Ебонітові корпусу батарей з стирчать назовні або залитими мастикою перемичками між елементами поступово поступилися місцем більш легким і міцним поліпропіленовим. Піонером у застосуванні синтетичних матеріалів для корпусів акумуляторів виступила в 1941 році австрійська фірма Baren, а поліпропілен початку використовувати американська фірма Johnson Controls в середині 60-х. У конструкції свинцево-кислотних акумуляторів відбулися й інші зміни, що вплинули на їх параметри і термін служби.

Проблеми зберігання свинцево-кислотних акумуляторів

Ступінь активності газовиділення при збереженні акумуляторів залежить від обраних способів їх збереження або консервації, що впливають, у свою чергу, на працездатність акумуляторів при їх подальшої експлуатації.

Встановлено [1], що в процесі зберігання, особливо при позитивних температурах, залитих свинцево-кислотних акумуляторів спостерігається саморозряд акумуляторів і корозія струмовідводів, в основному, позитивного електроду та інтенсивне виділення в атмосферу О2 і Н2. Це призводить до втрати ємності акумулятора, а отже, і скоротити термін його служби.

Встановлено також, що інтенсивність газовиділення в деякій мірі залежить від конструктивних особливостей струмовідводів, частково від сплаву, з якого вони виготовлені. Так, з акумуляторів з струмовідводу зі сплаву Pb + 3,8% Sb виділяється газу в 1,5-2 рази менше, а з струмовідводу зі сплаву Pb + 0,085% Ca -- в 8-11 разів менше в порівнянні з серійними акумуляторами (Pb + 6,3% Sb 0,17% As).

Автором на основі спостережень за довгостроковим збереженням свинцевих кислотних акумуляторів систематизовано практичні рекомендації, які сприяють як зниження рівня газовиділення, так і забезпечення подальшої працездатності. [2].

Нові акумулятори бувають: незаряджені, з електролітом, сухозаряженні.

незаряджені акумулятори - велика рідкість. При маркуванні незаряджені акумулятори мають букву "Н". Такі батареї збирають у блок, не піддаючи пластини формуванні, тобто заряду в спеціалізованих ваннах. Зберігатися вони можуть без особливої шкоди для себе п'ять-шість і більше років. Обов'язковим у таких випадках є щільне загвинчування пробок, повинна бути забезпечена герметичність внутрішнього об'єму акумулятора.

Акумулятори нові з залитим електролітом можна ставити на автомобіль і відразу їхати, але для продовження працездатності акумулятора рекомендується провести для нього контрольно-тренувальний цикл: спочатку розрядити струмом, рівним 0,1 ємності, до напруги 10,4 В при щільності електроліту 1,24 г/см3, а потім зарядити звичайним способом.

Самое корисне - придбати залитий акумулятор. Як правило, він заряджається по всіх правилами в заводських умовах. Електроліт в ньому чисте, перевірений. Перед відправленням із заводу солідний виробник ще в заводських умовах кожну батарею пропускає через так звану камеру "ПІТОК". Для цієї мети придатну для експлуатації батарею замикають накоротко на 200 мс. Ток при цьому досягає великої величини - до 800 А. Але треба зазначити, що ГОСТ 959-91 такий перевірки не передбачає. Однак зібраний з недоробками акумулятор (наприклад, з погано пропаяннимі контактами перемичок) з заводського цеху після таких випробувань не вийде. Зрозуміло, що акумулятори багатьох закордонних фірм не витримають таких випробувань, так як ці акумулятори, як правило, мають тонкі пластини (тонше 1 мм). Товсті пластини (перетином 1,4 мм і більше) здатні витримувати істотні перевантаження: пуск двигуна взимку або виїзд на стартер з болота або калюжі не завдасть особливої шкоди такому акумулятора.

Слід пам'ятати, що зберігання залитого електролітом, не зарядженого акумулятора більше 1 року без роботи є "глибокою старістю", а два роки зберігання без роботи - "вірна смерть". Це означає, що з електролітом, доведеним до норми, зберігати акумулятор можна тільки в зарядженому стані для усунення згубного впливу сульфатаціі. Сульфатація електродів прискорюється при довгостроковому збереженні без підзарядки.

Для запобігання цьому обов'язковою умовою нормального зберігання кислотних акумуляторів з електролітом є їх систематична заряджання. Ця підзарядка проводиться один раз на місяць: для невеликих акумуляторів струмом 10-годинного режиму, для великих акумуляторів (Q> 30 Ач) струмом, відповідним другого ступеня зарядної кривої, до появи ознак закінчення заряду протягом 2 годин. На довгострокове зберігання з електролітом можна ставити акумулятори, які дають не менш 90% номінальної ємності.

Заряджені батареї з електролітом потрібно зберігати в прохолодному приміщенні при температурі не більше 0 ° С. Це уповільнює саморозряд, газовиділення й корозію пластин за час їх бездіяльності.

Максимальний строк зберігання батарей з електролітом, які не дають негативного впливу на місткість та термін служби акумуляторів з електролітом, становить: при температурі не вище 0 ° С - до 1,5 років, при температурі не менше 20 ° С - до 9 місяців.

Мінімальна температура повинна бути не більше 30 ° С. Батареї, поставлені на збереження при температурі, яка становить 0 ° С і нижче, можна перевіряти не частіше 1 рази на місяць, при цьому необхідно контролювати щільність електроліту і його температуру.

сухозаряджений акумулятори відрізняються від інших тим, що їх пластини перед складанням заряджають (формують), потім промивають і сушать гарячим повітрям з температурою від 60 до 180 ° С при швидкості потоку повітря від 2 до 6 м/с.

сухозаряджений акумулятори можна зберігати в сухому закритому приміщенні при t = 5 ... 30 ° С з щільно завінченнимі глухими пробками на протязі 1 року без шкоди, 2 роки - терпимо, а більше - не рекомендується. Слід звернути увагу на особливості підготовки сухозаряджений акумуляторів до заряду після тривалого зберігання. Для цього акумулятори заливають електролітом, щільність якого на 0,02 г/см3 менше експлуатаційним. Не раніше ніж через 20 хв і не пізніше ніж через 2 год після заливання електроліту потрібно провести контроль його щільності. Якщо щільність електроліту зменшиться не більше ніж на 0,03 г/см3 від щільності заливається електроліту, то батарею можна здавати в експлуатацію без заряду, якщо щільність електроліту зменшиться більш ніж на 0,03 г/см3, то для батареї потрібно провести первинний заряд.

Список літератури

1. Барковський В.І. та ін Вплив річного зберігання на параметри необслуговуваних свинцево-кислотних акумуляторів// Електротехніка. - 1988. - № 8. - С.6-9.

2. Марфін М.І., Залізняк І.Б., Іноземцев А.В. Зниження рівня газовіділення хімічних джерел струму. Міжнародна науково-практична конференція "Екологічні проблеми довкілля та шляхи їх вирішення". ПДПУ ім. В.Г. Короленка. - Полтава, 2002. - С.36-37.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.newtehno.by.ru/