Аккумуляторы: химические реакции в них
Содержание
Введение 2
Назначение АКБ 3
Работа АКБ 7
Ремонт АКБ 10
Свинцово-кислотный аккумулятор при низких температурах 14
Никель-кадмиевый аккумулятор 16
Заключение 19
Список используемой литературы 20
Введение
На автомобилях и автобусах применяются стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Батареи служат для питания всех потребителей электрической энергии систем зажигания, пуска, освещения, сигнализации и т. д. при неработающем двигателе, а также для питания потребителей совместно с генератором, когда потребляемая ими сила тока превышает максимальную для генератора величину.
Аккумуляторные батареи при малых габаритах, массе и стоимости должны обладать большой ёмкостью, малым сопротивлением и саморазрядом, большими сроком службы и прочностью, быть надежными в эксплуатации. При пуске холодного двигателя стартером аккумуляторные батареи должны обеспечивать отдачу большой силы тока при малом падении напряжения.
О том как работают автомобильные аккумуляторы и какие химические реакции происходят внутри самого аккумулятора рассмотрено мною в данном реферате.
Назначение АКБ
Свинцовая аккумуляторная
На дне
бака выполнены четыре ребра, на которые
ножками опирается каждая положительная
и отрицательная пластины. Во избежание
замыкания ножки положительных
и отрицательных пластин
В пространстве между ребрами
скапливается осыпающая с течением
времени активная масса
Внутрь каждого отсека бака устанавливается блок разноименных пластин с сепараторами.
Решетки
пластин отливают из
Для
увеличения емкости
Для
увеличения срока службы
В
активную массу отрицательных
пластин при ее изготовлении
добавляют до 2% расширителей (сернокислый
барий и дубитель БНФ),
Активная масса пластин
В
конце формирования большая
Минимальный
срок службы аккумуляторной
Аккумуляторные
батареи имеют на перемычках
обозначения, характеризующие:
Примерно
условно обозначения батареи
с шестью последовательно
Пример
условного обозначения батареи
для тяжелой службы с тремя
последовательно соединенными
Cтартёрные батареи при небольших габаритных размерах обладают малым внутренним сопротивлением и большой емкостью.2
В аккумуляторных батареях 6СТ-75, 6СТ-55(новой конструкции)моноблок закрывается одной, общей для всех аккумуляторов , пластмассовой крышкой, приваренной по периферии к наружным стенкам блока. Крышка закрывает меж аккумуляторные перемычки и имеет над каждым аккумулятором отверстие, закрываемое пробкой. Соединения крышки с торцами стенок моноблока при сборке уплотняются эпоксидной смолой, что предотвращает переливание электролита из одного аккумулятора в другой.
Электролит
в карманы поступает из
Нагревательные
элементы соединены параллельно
и подключены через
Электроподогреватель используют только в зимнее время при хранении автомобиля на открытых площадках .Для уменьшения сопротивления аккумуляторных батарей 6СТ-190ТР-Н и 6СТ-190ТР в меж аккумуляторных перемычках и выводах полу блоков пластин при изготовлении их заливают медные пластины.
Работа АКБ
В заряженном аккумуляторе активная масса положительных пластин состоит из перекиси свинца PbO2 темно-коричневого цвета а активная масса отрицательных пластин- из губчатого свинца Pb серого цвета. 3При этом плотность электролита в зависимости от времени года и района эксплуатации колеблется в пределах 1,25-1,31 г/см .
При разряде аккумулятора активная масса отрицательных пластин преобразуется из губчатого свинца Pb в сернокислый свинец PbSO4 c изменением цвета из серого в светло-серый.
Активная масса положительных пластин аккумулятора преобразуется из перекиси свинца PbO2 в сернокислый свинец PbSO4 с изменением цвета из темно- коричневого в коричневый .
Анод:
Катод:
Сернокислый свинец PbSO4 принято называть сульфатом свинца .Практически при допустимом разряде аккумулятора в химических реакциях участвует не более 40-50 % активной массы пластин , так как к глубоким слоям активной массы вследствие недостаточной ее пористости электролит в необходимом количестве не поступает .Отложение кристаллов PbSO4 на поверхности стенок пор сужает и даже закупоривает поры активной массы, что затрудняет проникновение электролита к ее внутренним, более глубоким слоям. В виду этого часть химической энергии ,запасенной в виде PbO2 и Pb во внутренних слоях активной массы, не будет вступать в контакт с электролитом, что уменьшит емкость каждого аккумулятора батареи.
Так как в процессе разряда серная кислота идет на образование сернокислого свинца PbSO4 при одновременном выделении воды H2O, то плотность электролита соответственно уменьшается с 1,25-1,31 до 1,09-1,15 г/см.
Таким образом , плотность электролита при 100%-ном разряде уменьшается на 0,16 г/см, следовательно, в период разряда аккумулятора уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см соответствует снижению емкости аккумулятора на 6%.
Изменение плотности электролита является одним из основных показателей степени разряда аккумулятора.
Состояние
разряженного аккумулятора
Положительные пластины ……………………PbSO4
Отрицательные пластины ……………………PbSO4
Электролит………………………………………H2SO4
При этом плотность электролита равна 1,09-1,15г/см.
Для заряда аккумулятор включает в цепь параллельно источнику постоянного тока (генератору, выпрямителю),напряжение которого должно превышать э.д .с заряжаемого аккумулятора.
При заряде активная масса отрицательных пластин постепенно превращает из сернокислого свинца PbSO4 в губчатый свинец Pb(серого цвета ), а активная масса положительных пластин превращается из PbSO4 в перекись свинца PbO2(темно-коричневого цвета) 4.При этом вследствие образования H2SO4 при одновременном уменьшении H2Oплотность электролита увеличивается с 1,09-1,15 до 1,25-1,31 г/см .
Состояние
заряженного аккумулятора
Положительные пластины……………………PbO2
Отрицательные пластины……………………Pb
2H2SO4
Электролит…………………………………….H2O
Как только активная масса пластин преобразуется в PbO2 и Pb,плотность электролита при дальнейшем заряде аккумулятора перестает повышаться, что служит признаком конца заряда аккумулятора .При дальнейшем заряде будет происходить только разложение воды на водород и кислород, которые, выделяясь в воздух, вызывают сильное бурление электролита.
Ремонт АКБ
Короткое замыкание в АКБ:
Короткое
замыкание внутри АКБ
Для
устранения короткого
Коробление электродов:
Коробятся электроды из-за большой силы зарядного и разрядного тока, повышенной температуры электролита, нарушение правил пуска двигателей стартером(часты и длительны его включения).Признаками коробления являются изменения внешней их формы и уменьшения емкости АКБ из-за сокращения количества активного вещества вследствие его выведения .Покоробленные электроды при ремонте АКБ заменяют.
Сульфитация электродов:
Сульфитация(образование на поверхности активного вещества электродов кристаллов сульфата свинца) возникает при длительных и глубоких разрядах и ускоряется при снижении уровня электролита (оголение верхней части электродов), наличие в электролите органических примесей , повышение плотности и температуры электролита, наличии ускоренного саморазряда. Признаки сульфитации электродов АКБ: уменьшение емкости батареи; снижение плотности электролита быстрое повышение при заряде напряжение батареи и температуры; преждевременное бурное газовыделение ; при запуске двигателя резкий спад напряжения вследствие малой емкости батареи.
Существует несколько
способов восстановления
Если процесс сульфитации
не слишком глубок, электроды
АКБ можно восстановить, разрядив
батарею током 0,05 от ее емкости
до напряжения 1,7 В. После этого
слить электролит, и залить дистиллированную
воду и заряжать током 0,03 от
емкости. При достижении
Для восстановления электродов с глубокой ,но не застарелой , сульфитацией из разряженных до 1,7 В сливают электролит и заливают в них дистиллированную воду. Через час аккумуляторы заряжают, установив ток с таким расчетом, чтобы напряжением на выводах 12-вольтовой батареи было 13,8 В .Когда плотность электролита повысится до 1,12г/см, устанавливают зарядный ток, соответствующий 0,2 от емкости батареи .Зарядку ведут до начала газовыделения во всех аккумуляторах и прекращения увеличения плотности электролита .Затем АКБ включают на1,5-2-часовую разрядку примерно таким же током. Разрядку и зарядку продолжают до тех пор, пока повышается плотность электролита .
Трещины в моноблоках:
Трещины в стенках и перегородках моноблока(банки)заделывают композицией на основе эпоксидной смолы или расплавленным хлорвинилом. Перед заделкой трещину обрабатывают по всему контуру. Снимают фаски под углом 45-60 на глубину , равную 2/3 толщины стенки. Поверхность вокруг трещины зачищают и обезжиривают ацетоном.
Приготовление электролита и зарядка АКБ:
Электролит готовят из аккумуляторной серной кислоты (плотность1,83г/см)и дистиллированной воды. В пластмассовый, керамический, эбонитовый или свинцовый сосуд сначала наливают воду, затем при непрерывном перемешивании кислоту.
Аккумулятор, собранные после
ремонта из разряженных
В качестве источника тока
для зарядки АКБ используют
выпрямители типа ВСА или
Проверка уровня электролита:
При эксплуатации аккумуляторных батареи уровень электролита постепенно понижается, так как вода испаряется.
Не следует допускать
Если точно установлено, что причиной низкого уровня является выплескивание электролита, то необходимо электролит той же плотности ,что оставшийся в элементе батарею
Нормальный уровень
Уровень не должен быть
больше нормального, так как
электролит будет
Зарядка с помощью внешних средств:
Учитывая вышеуказанное, операция зарядки внешними средствами (выпрямителями постоянного тока)является необходимой только в случае длительных простоев автомобиля или ненормальных условии работы.
Рекомендуется придерживаться следующих правил:
Сняв батарею с автомобиля, очистить ее (особенно верхнюю часть) и проверить уровень электролита;
Включить батарею в цепь зарядки ;во время зарядки рекомендуется систематически контролировать степень заряженности батареи с помощью автомобильного денсиметра;
После зарядки батареи снова очистить ее, протереть от попавшего на ее поверхность электролита и смазать выводы техническим вазелином.
Свинцово-кислотный аккумулятор
при низких температурах
По мере снижения окружающей температуры,
параметры аккумулятора ухудшаются,
однако в отличие от прочих типов
аккумуляторов, свинцово-кислотные
снижают их относительно медленно,
что не в последнюю очередь
обусловило их широкое применение на
транспорте. Очень приблизительно можно
считать, что емкость снижается
вдвое при снижении окружающей температуры
на каждые 15°С начиная от +10°С, то есть,
при температуре -45°С свинцово-кислотный
аккумулятор способен отдать лишь несколько
процентов первоначальной емкости.
Снижение емкости и токоотдачи при низких
температурах обусловлено, в первую очередь,
ростом вязкости электролита, который
уже не может в полном объеме поступать
к электродам, и вступает в реакцию лишь
в непосредственной близости от них, быстро
истощаясь.
Еще быстрее снижаются зарядные параметры.
Фактически, начиная с, примерно -15°С, заряд
свинцово-кислотного аккумулятора почти
прекращается, что приводит к быстрой
прогрессирующей разрядке аккумуляторов
при эксплуатации в режиме коротких частых
поездок (так называемый, "режим доктора").
В этих поездках аккумулятор практически
не заряжается, его необходимо регулярно
заряжать внешним зарядным устройством.
Считается, что не полностью заряженный
аккумулятор в мороз может растрескаться
из-за замерзания электролита. Однако
раствор серной кислоты в воде замерзает
совсем не так, как чистая вода - он постепенно
густеет, плавно переходя в твердую форму.
Такой режим замерзания вряд ли способен
вызвать разрыв стенок незамкнутого сосуда
(а банка аккумулятора - незамкнутый объем).
Электролит, в массовой литературе называемый
"замерзшим" фактически еще можно
перемешивать.
Растрескивание стенок аккумулятора при
морозах действительно бывает, но в основном
является следствием изменения свойств
применяемого для стенок материала, а
не расширением электролита при замерзании.
Никель-кадмиевый аккумулятор
(NiCd) — вторичный химический
источник тока, в котором анодом является гидрат закиси никеля Ni(OH)2 сграфитовым порошком (около
5–8 %) , электролитом — гидроксид калия KOH плотностью
1,19-1,21 с добавкой гидроксида лития LiOH (для образования никелатов лития
и увеличения ёмкости на 21–25 %), катод — гидрат закиси кадмия Cd(OH)2 или металлический кадмий Cd (в виде порошка). ЭДС никель-
В настоящее
время использование никель-
В отличие от обычных, одноразовых, элементов
питания, NiCd-аккумулятор держит напряжение
«до последнего», а затем, когда энергия
аккумулятора будет исчерпана, напряжение
быстро снижается. Это приводит к проблемам
при использовании батарей, состоящих
из большого количества элементов. Недорогой
контроллер аппаратуры, использующей
аккумуляторы, может "не заметить"
переразряда одного элемента, в результате
чего резко падает ресурс батареи в целом.
Электроды никель-кадмиевых аккумуляторов
изготавливаются как штамповкой из листа,
так и прессованием из порошка. Прессованные
электроды технологически дешевле и обладают
более высокими показателями заявленной
емкости, в связи с чем все аккумуляторы
"бытового" назначения — прессованные.
Однако прессованные системы подвержены
так называемому "эффекту памяти".
Эффект памяти проявляется, когда аккумулятор
подвергают зарядке раньше, чем он реально
разрядится. В электро-химической системе
аккумулятора появляется "лишний"
двойной электрический слой и его напряжение
снижается на 0.1В. Типичный контроллер
аппарата, использующего аккумулятор,
интерпретирует это снижение напряжения
как разрядку батареи и сообщает, что батарея
"плохая". Реального снижения энергоемкости
при этом не происходит, и хороший контроллер
может обеспечить полное использование
емкости аккумулятора. Тем не менее, в
типичном случае, контроллер побуждает
пользователя производить все новые и
новые циклы зарядки. А это и приводит
к тому, что пользователь своими руками,
из лучших побуждений, "убивает" батарею.
То есть, можно сказать, что батарея выходит
из строя не столько от "эффекта памяти"
прессованных электродов, сколько от "эффекта
беспамятства" недорогих контроллеров.
Аккумулятор, разряжаемый и заряжаемый
слабыми токами (например, в пульте дистанционного
управления телевизором), быстро теряет ёмкость
и пользователь считает его вышедшим из
строя. Так же и аккумулятор, длительное
время стоявший на подзарядке (например,
в системе бесперебойного питания) потеряет
емкость, хотя напряжение будет правильным.
То есть, использовать никель-кадмиевый
аккумулятор в буферном режиме нельзя.
Тем не менее, один цикл глубокой разрядки
и последующая зарядка полностью восстановят
ёмкость аккумулятора.
При систематических недозарядках NiCd
аккумуляторы теряют первоначальную ёмкость,
но перезарядов они не боятся, а наоборот,
повышают свою активность. Поэтому их
лучше перезаряжать, чем недозаряжать.
При хранении NiCd аккумуляторы также теряют
ёмкость, хотя и сохраняют выходное напряжение.
Чтобы избежать неверной разбраковки
при снятии аккумулятора с хранения, рекомендуется
хранить их в разряженном виде, тогда после
первой же зарядки аккумулятор будет полностью
готов к использованию.
Заключение
В этой работе были рассмотрены такие
вопросы как назначение, устройство,
принцип действия, неисправности, основные
регулировки и техническое
Безотказная работа приборов электрооборудования достигается всесторонней их диагностикой и комплексом регулировочных и профилактических воздействий при техническом обслуживании автомобиля. От исправного состояния аккумулятора, генератора, реле-регулятора и других приборов зависит работоспособность всей системы электрооборудования и в конечном счете всего автомобиля.
Список используемой литературы
1. «Химические источники тока» Багоцкий В.С., Скундин А.М. 1981г., 360 стр.
2. Большая Российская энциклопедия
3.«Химические источники тока: Справочник» Под ред. Н. В. Коровина и А. М. Скундина., 2003., 740 стр.
4. «Современная теория свинцового аккумулятора» Дасоян М. А., 1975 г. 315 стр.
5.«Аккумуляторы» Хрусталёв Д. А., 2003 г.,224 стр.
6. systemsauto.ru
7. wikipedia
1 «Аккумуляторы» Хрусталёв Д. А., 2003 г
2 «Современная теория свинцового аккумулятора» Дасоян М. А., 1975 г
3 «Химические источники тока: Справочник» Под ред. Н. В. Коровина и А. М. Скундина., 2003.,
4 «Химические источники тока» Багоцкий В.С., Скундин А.М. 1981г.

- Аккустические колебания
- Аккустический каротаж
- Акмеизм
- Акмеизм в поэзии
- Акмеизм как литературное направление
- Акмеограмма педагога
- Акмеологические основы профессионального развития
- Аккумуляторные батареи: принцип работы и конструкция
- Аккумуляторные батареи – проблемы утилизации и методы решения
- Аккумуляторы
- Аккумуляторы
- Аккумуляторы
- Аккумуляторы и принцип их работы
- Аккумуляторы тепловой энергии