Зависимость плотности электролита от разряда АБ

Опыт эксплуатации показывает, что при полном разряде кислотной аккумуляторной батареи плотность электролита в ней изменяется на 0,16 г/см³ независимо от первоначальной плотности электролита в полностью заряженной батарее. Исходя из этого зависимость плотности от степени разряда может быть выражена так:

,

(60)

где δ_р, δ₀ – плотность электролита в частично разряженной и полностью заряженной батарее;

р – степень разряда аккумуляторной батареи, %.

По плотности электролита можно определить степень разряда аккумуляторной батареи, %:

Электродвижущая сила аккумуляторного элемента в общем случае зависит от химических свойств активных веществ электродов и концентрации их ионов в электролите и не зависит от размеров электродов. На практике, когда состав активных веществ электродов установлен заводом-изготовителем, необходимо учитывать зависимость ЭДС только от плотности электролита. Значение ЭДС E_э в вольтах численно равно величине, определяемой следующим выражением:

где δ₁₅ – плотность электролита, приведенная к температуре +15°С, г/см³.

Значения ЭДС аккумуляторного элемента при различной плотности электролита приведены ниже:

ЭДС от температуры незначительна (0,04 В на 100°С), и поэтому ее можно не учитывать. ЭДС аккумуляторной батареи, состоящей из п последовательно соединенных аккумуляторных элементов,

Измерить ЭДС достаточно точно можно вольтметром с высоким внутренним сопротивлением (не менее 1000 Ом на 1 В), а по изменению ЭДС определить степень разряда аккумуляторного элемента.

Действительно, из выражения (59) плотность электролита связана с ЭДС как δ = Е – 0,84, поэтому можно записать:

Средняя степень разряда аккумуляторной батареи, состоящей из последовательно соединенных элементов,

рср = (Еб0 – Ебр),

(65)

где Е_б, Е_бр – ЭДС соответственно полностью заряженной и частично заряженной батарей;

п – число последовательно соединенных аккумуляторных элементов.

При разряде аккумулятрной батареи напряжение U_б на ее выводах будет, естественно, меньше ЭДС Е_бна значение потери напряжения внутри аккумуляторной батареи:

где E_п– ЭДС поляризации;

R_в– внутреннее сопротивление батареи;

I_б – сила тока при разряде.

Внутреннее сопротивление батареи складывается из сопротивления электродов с полюсными выводами и сопротивления электролита. Существенную долю в сопротивление электродов вносит оксид свинца РbO₂, входящий в состав положительных пластин. Его сопротивление примерно в 10⁴ раз превышает сопротивление свинцовой решетки и губчатого свинца. Значительно увеличивает сопротивление электродов выделяющийся в процессе разряда сульфат свинца PbSO₄, который, являясь плохим проводником, отлагается внутри пор, уменьшает их сечение, затрудняя тем самым диффузию кислоты в поры. Все это приводит к двух-, трехкратному увеличению сопротивления батареи в конце разряда.

Большое влияние на внутреннее сопротивление батареи оказывает электролит, сопротивление которого в значительной мере зависит от температуры и плотности. Электролит является проводником второго вида, то есть проводником, сопротивление которого с увеличением температуры уменьшается. При температуре +15°С наименьшее сопротивление электролита будет при плотности 8 = 1,225 г/см³.

Поляризация в аккумуляторных элементах возникает при наличии тока от изменения зарядов на электродах и электролите, а также от концентрации электролита. Поляризация может быть оценена сопротивлением поляризации R_п = Е_п /I_б, которое будет зависеть от тока аккумуляторной батареи. При выключении тока поляризация с течением времени исчезает, и потенциалы электродов приобретают первоначальные значения.

Полное сопротивление батареи

Номинальная емкость кислотной аккумуляторной батареи определяет тот электрический заряд, который отдает батарея при разряде неизменным током I_р = 0,05 С_ном при 20-часовом режиме разряда и постоянной температуре электролита до конечного напряжения 1,75 В на один аккумуляторный элемент.

При увеличении разрядного тока фактическая емкость аккумуляторной батареи уменьшается (рис. 49), так как по мере разряда на поверхности активного вещества пластин отлагаются кристаллы сульфата свинца.

Быстрый расход серной кислоты в порах активного вещества не успевает пополниться из-за диффузии электролита, поры закупориваются, и внутренний слой активного вещества из реакции исключается. Во время бездействия аккумуляторная батарея также теряет часть запасенного в ней заряда в результате саморазряда.

Различают естественный и ускоренный саморазряды. Естественный саморазрядявляется следствием «нормальных» процессов, происходящих в исправной аккумуляторной батарее, например, из-за разной плотности электролита по высоте банки и т. д. Ускоренный саморазрядявляется неисправностью, возникшей вследствие нарушения технологии произ-

Рис. 49. Кривые заряда и разряда кислотно-свинцовой аккумуляторной батареи

водства или правил эксплуатации. Попадание на электроды различных металлов или их соединений приводит к образованию гальванических пар, разряжающих батарею. Сильно повышают саморазряд утечки, вызванные загрязнением внешних поверхностей крышек. Степень саморазряда можно оценить по снижению плотности неработающего аккумулятора.