Кислотні акумулятори
20.09.2015

Кислотні акумулятори

СВИНЦЕВО-КИСЛОТНІ АКУМУЛЯТОРИ: ПРИЗНАЧЕННЯ, ВИЗНАЧЕННЯ, СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ, ПРИНЦИП ДІЇ
Свинцево-кислотні акумуляторні батареї застосовуються у системах безперебійного живлення (ДБЖ), телекомунікацій, приймально-передавальному устаткуванні зв'язку, системах аварійної подачі електроенергії, аварійного освітлення та сигналізації, охоронних і протипожежних системах, електронних касових апаратах, автономному устаткуванні тощо як резервне джерело електроживлення.
Здавалося б, усе гранично ясно, адже існує величезна кількість брендів, що виготовляють акумуляторні батареї, і краще всього довіритися відомому (розкрученому) бренду, оскільки їхні акумулятори кращі, проте, насправді, усе не так просто.
Акумулятором називається хімічне джерело електричного струму багаторазової дії, основна специфіка якого полягає в зворотності внутрішніх хімічних процесів.

Свинцево-кислотна акумуляторна батарея RL 12-50

Акумулятор здатний накопичувати (акумулювати) в собі електричну енергію і в міру необхідності віддавати її в зовнішню мережу.
Принцип дії: Накопичування в акумуляторі електричної енергії відбувається під час проходження по ньому струму від стороннього джерела. Цей процес, званий заряджанням акумулятора, супроводжується перетворенням електричної енергії на хімічну. Під час розряджання акумулятора відбувається зворотне перетворення хімічної енергії на електричну.

БУДОВА, ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ
Будова. Найпростіший свинцевий акумулятор складається з позитивного електрода, активною речовиною якого є двоокис свинцю (темно-коричневого кольору), і негативного електрода, активною речовиною якого є губчастий свинець (сірого кольору). Якщо обидва електроди помістити в посудину з електролітом (розчин сірчаної кислоти у дистильованій воді), то між електродами виникне різниця потенціалів. Електродами в сучасних акумуляторах є свинцеві решітки з нанесеною на них активною масою (пластини). Спочатку активна маса решіток є порошком з дрібнорозмеленого свинцю з додаванням легуючих матеріалів, що надають пластинам необхідні технологічні властивості.
Якщо до акумулятора під’єднати навантаження, то свинцеві пластини з активною масою разом з електролітом і навантаженням утворюють замкнутий електричний ланцюг. Усередині акумулятора почнеться хімічна реакція, в результаті якої активна маса обох електродів мінятиме первинний склад, а щільність електроліту почне падати. У результаті, в ланцюзі з’явиться електричний струм. Такий процес є розрядом акумулятора. При під’єднанні до акумулятора зовнішнього джерела струму почнеться зворотний процес – заряджання. Під час заряджання активна маса пластин відновлює свій первинний склад, щільність електроліту зростає.
Однією з основних характеристик свинцево-кислотного акумулятора є його ємність.
Ємністю акумулятора називається максимально можливий корисний заряд, що віддається повністю зарядженим акумулятором під час його розряджання до допустимої кінцевої розрядної напруги. Ємність акумулятора вимірюється в ампер-годинах і визначається як результат множення величини розрядного струму (в амперах) на тривалість розряду (в годинах).
Оскільки струм, що віддається акумулятором, виробляється в результаті хімічної реакції, ємність батареї не є величиною постійною.
Розрядна ємність акумулятора залежить від цілої низки конструктивних і технологічних параметрів, а також від умов експлуатації акумулятора. Найбільш значущими конструктивними параметрами є кількість активної маси і електроліту, товщина і геометричні розміри акумуляторних електродів. Головними технологічними параметрами, що впливають на ємність акумулятора, є рецептура активних матеріалів та їхня пористість. Експлуатаційні параметри – температура електроліту і сила розрядного струму – також істотно впливають на розрядну ємність.
Хімічна реакція між активною масою та електролітом відбувається на поверхні часток активної маси, тому її роблять пористою, щоб матеріал добре просочувався електролітом, і в реакції брав участь його максимальний об'єм.
Із зростанням величини розрядного струму розряджання поверхневих шарів активної маси прискорюється більшою мірою, ніж глибинних. У результаті збільшення сірчанокислого свинцю на поверхні виникає швидше, ніж в глибині, і поверхня закупорюється сульфатом швидше, ніж встигає відреагувати її внутрішній шар (питомий об'єм сульфату свинцю більше питомих об'ємів свинцю і двоокису свинцю). Унаслідок зупинки дифузії електроліту всередину пористого матеріалу реакція в ньому припиняється. Отже, чим вищий розрядний струм, тим нижча ємність акумулятора. Як приклад можна привести розрядні характеристики акумулятора SV12500 (С – 50 А • год., ємність батареї).

З наведеного графіка видно, що при струмі розряджання 0,05С (0,05 × 50 = 2,5 А для цієї батареї), акумулятор розряджатиметься 20 годин і віддасть в навантаження 2,5 × 20 = 50 А • год. (50 А • год. – номінальна ємність акумулятора). Розрядна ємність, на яку розрахований акумулятор і яку вказано виробником, називається номінальною ємністю.
Номінальною місткістю свинцево-кислотного акумулятора прийнято вважати ємність, отриману під час розряджання протягом 20 годин, тобто струмом 0,05С (С – ємність акумулятора А • год.).
У разі збільшення розрядного струму до 50 А, акумулятор пропрацює 30 хвилин (0,5 години) і віддасть в навантаження 50 × 0,5 = 25 А • год. Ємність акумулятора при такому розрядному струмі буде в два рази меншою.

ТЕХНОЛОГІЇ
З точки зору хімії усі процеси в усіх свинцевих кислотних акумуляторах ідентичні. Відмінності в експлуатаційних характеристиках акумуляторів обумовлені конструкцією і вживаною технологією. Автомобільні акумулятори зазвичай дешевші за інші.
Слід зазначити, що автомобільні акумулятори малопридатні для використання як резервного джерела електроживлення.
Конструкція автомобільного акумулятора передбачає відносно велику кількість вільного електроліту (через особливості експлуатації: потужні розрядні струми стартерів, робота в зимовий період). За такої конструкції складно забезпечити яку-небудь фіксацію пакету пластин.
Під час глибокого розряджання акумулятора відбувається розпушування активних мас позитивного електроду, яке в автомобільному акумуляторі стартера призведе до сповзання активної маси і втрати ємності. Розряджання автомобільних батарей нижче за рівень залишкової напруги 11,2 В є небажаним. Більшість побутових приладів з живленням від акумуляторних батарей вимикають батарею при рівні залишкової напруги 9,5–10,5 В.
Для таких приладів як резервне джерело електроживлення значно краще підходять герметичні свинцево-кислотні акумулятори (VRLA), що виготовляються за двома технологіями.
Перша, найпоширеніша технологія – Absorptive Glass Mat (AGM) є підвидом свинцево-кислотних герметичних необслуговуваних акумуляторів, в яких застосовано пористий заповнювач-сепаратор із скловолокна, просочений рідким електролітом. Така конструкція надає можливість утримувати електроліт усередині пір сепаратора подібно до губки.
Друга, Gelled Electrolite (GEL), або гелеві акумулятори (електроліт в яких має гелевидний стан) гелів – підвид свинцево-кислотних необслуговуваних герметичних акумуляторів, в яких іммобілізація (нерухомість) електроліту досягається шляхом додавання до сірчаної кислоти з'єднань кремнію.
Пластини в обох підвидів однакові, але фізична природа рекомбінації (завдяки чому досягається герметичність) різна. Акумулятори AGM дешевші за гелеві, вони надають змогу розвивати великі струми розряджання і заряджання, менш критичні до умов заряджання, не бояться короткочасного короткого замикання. Це й зумовило ширше застосування AGM-акумуляторів. Гелеві акумулятори доцільно застосовувати там, де їх переваги – більший ресурс в циклічному режимі (гель ефективніше фіксує матеріал пластин, знижуючи їхнє зношування в режимах глибоких розрядів, тому циклічний ресурс гелевих акумуляторів вищий, ніж у АGM) – є потрібнішими (наприклад, у системах автономного живлення на сонячних батареях). У більшості інших пристроїв, де застосовується режим буферного заряджання з рідкісними розрядами, гелеві акумулятори застосовуються украй рідко.

ВИБІР
Слід зазначити, що реальний термін служби акумуляторних батарей визначається максимальним числом циклів заряджання/розряджання і в умовах реальної роботи рідко доходить до номінального терміну експлуатації в 5-10 років (термін служби в роках – умовна величина).
Необхідно також розуміти, що напруга 12 В на клемах жодним чином не гарантує наявності номінальної ємності у батареї, а отже за напругою не можна визначити здоров'я самої батареї.
Під час купівлі акумуляторної батареї слід керуватися рекомендаціями виробника того приладу, для якого вона призначена.
Для джерел безперебійного живлення (ДБЖ), що мають відносно велику вихідну потужність і невеликий період автономної роботи (до 30 хвилин), здійснювати заміну батарей слід тільки на однотипні моделі (однакового типу, ємності та напруги).
При виборі акумуляторів для джерел безперебійного живлення тривалої дії (наприклад, для забезпечення живлення газових котлів) також слід керуватися рекомендаціями виробника приладу. Очевидно, що чим більшою є ємність акумулятора, тим довший час автономної роботи ДБЖ.
Величина струму, необхідного для заряджання акумулятора пропорційна його ємності. Приблизне співвідношення – 1 до 10. Тобто для заряджання акумулятора ємністю 100 А • год. потрібний струм заряджання приблизно 10 А.
Більшість ДБЖ мають вмонтовані зарядні пристрої, розраховані на роботу з акумуляторами певної ємності. Використання акумуляторів більшої або меншої (як вказано) ємності небажане.
Усі виробники вказують ємність акумулятора, який підходить до конкретної моделі ДБЖ. Якщо до ДБЖ підходять різні за ємністю акумулятори, у складі приладу має бути блок управління струмом заряджання. Зрозуміло, подібні ДБЖ коштують істотно дорожче. Проте у будь-якому випадку, навіть у таких ДБЖ є свій діапазон ємності тих акумуляторів, що заряджаються.
Слід також пам'ятати, що акумулятори мають обмежений термін зберігання, тому необхідно обов’язково звертати увагу на дату виготовлення.

Акции Видео Гарантия и сервис Поддержка