Щелочные аккумуляторы.

Наиболее распространены никель-железные (НЖ) и никель-кадмиевые (НК) щелочные аккумуляторы. В тех и других активная масса положительного электрода в заряженном состоянии состоит из гидрата окиси никеля NiOOH, к которому добавляют графит и окись бария.

Графит увеличивает электропроводность активной массы, а окись бария – срок службы. Активная масса отрицательного электрода никель-железного аккумулятора состоит из порошкового железа с добавками, а никель-кадмиевого аккумулятора из смеси порошкового кадмия и железа. Электролитом служит раствор едкого калия с примесью моногидрата лития, которая увеличивает срок службы аккумулятора.

Электрохимические реакции, протекающие при заряде и разряде щелочного аккумулятора, можно представить следующими уравнениями:

2Ni(OOH)+2KOH+Fe 2Ni(OH)₂+2KOH+Fe(OH)₂

2Ni(OOH)+2KOH+Cd 2Ni(OH)₂+2KOH+Cd(OH)₂

Ni(OОH) –гидрат окись никеля;

КОН – едкий калий.

Рисунок 4.3. Полублоки отрицательных и положительных пластин (а) и общий вид (б)

никель-железного аккумулятора ТПНЖ, применяемого на тепловозах:

1 – выводной штырь; 2 – шпилька; 3 – положительные пластины; 4 – стальные никелерованные рамки (ламели); 5 – сепараторы; 6 – отрицательные пластины; 7 – корпус;

8 – резиновый чехол; 9 – отверстие с пробкой для заливки электролита

Полностью заряженный аккумулятор имеет э.д.с. приблизительно 1,45 В. Вследствие большого внутреннего сопротивления его напряжение при разряде значительно меньше этого значения. При разряде напряжение быстро падает до 1,3 В, затем медленно до 1 В. Разряжать ниже этого напряжения запрещается.

Преимущества щелочных аккумуляторов:

· при их изготовлении не используется дефицитный свинец;

· они обладают большей выносливостью и механической прочностью, не боятся сильных токов разряда, тряски, ударов и даже коротких замыканий;

· при длительном бездействии несут малые потери на саморазряд и не портятся, имеют большой срок службы;

· при работе выделяют меньшее количество вредных газов и испарений;

· имеют меньший вес;

· менее требовательны в отношении постоянного квалифицированного ухода.

Недостатками являются:

· меньшая э.д.с;

· более низкий к.п.д.

· более высокая стоимость.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение аккумулятора?

2. Принцип работы кислотного аккумулятора.

3. Принцип работы щелочного аккумулятора.

4. Достоинства щелочных аккумуляторов.

5. Недостатки щелочных аккумуляторов.

6. Чему равна э.д.с. полностью заряженного аккумулятора?

7. Из чего состоит простейший кислотный аккумулятор?

8. Как называются устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую?

9. Что такое электролит?

10. Что такое электролиз?

11. На какие составляющие распадается молекула серной кислоты?

12. Из чего состоит гальванический элемент Вольта?

13. Как происходит поляризация элемента?

14. Какое воздействие оказывают ионы водорода на работу аккумуляторной батареи?

15. Что такое сухой гальванический элемент?

16. Как проходит электрический ток в жидких проводниках?

17. Какова конструкция кислотных аккумуляторов?

18. Расскажите об устройстве щелочных аккумуляторов.

19. Каким образом заряжают аккумуляторы?

20. Что служит признаком конца заряда у кислотного аккумулятора?

21. Что служит признаком конца заряда у щелочного аккумулятора?

22. Как соединяют аккумуляторы в батарею?

4.3. Способы соединения аккумуляторов в батарею

Последовательное: когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего. По второму закону Кирхгофа результирующая э.д.с. равна сумме э.д.с. отдельных аккумуляторов. Чем больше аккумуляторов в цепи, тем больше напряжение на приёмниках.

Е_б=Е₁+Е₂+… = nЕа; Ro=R₁+R₂+…= nRoa;

Если батарея будет замкнута на внешнее сопротивление R, то

I=nEa/Ron+R.

Последовательно соединяют аккумуляторы, когда напряжение потребителя выше напряжения одного аккумулятора.

Параллельное: когда положительные зажимы нескольких аккумуляторов соединяют между собой и выводят на общий плюс, и отрицательные зажимы соединяют между собой и выводят на общий минус.

Еб=Е₁=Е₂=…=Еа; Ro=Roa/n; I=Ea/(Ro/n+R).

Параллельное соединение применяют, когда напряжение потребителя равно напряжению одного аккумулятора, а ток, необходимый потребителю, больше разрядного тока одного аккумулятора.

Рисунок 4.6. Последовательное (а) и параллельное (б) соединение аккумуляторов

Смешанное соединение применяется, когда аккумуляторы не обеспечивают возможности получения необходимого тока и напряжения. На рис. 4.7 в каждой из двух параллельных групп аккумуляторной батареи имеется по два последовательно соединённых аккумулятора.

Аккумуляторные батареи в большинстве случаев составляются из последовательно соединённых аккумуляторов. Смешанное и параллельное соединение аккумуляторов применяют редко, т.к. трудно обеспечить равномерное распределение тока между параллельными ветвями.

Контрольные вопросы

1. Какие виды соединения аккумуляторов Вы знаете?

2. В чём суть последовательного соединения аккумуляторов?

3. Какое соединение аккумуляторов называется параллельным?

4. Какое соединение аккумуляторов называется смешанным?