Наше предприятие "Drain" поможет тут купить металлические водостоки по доступным ценам.

Аккумуляторы: часть 1

На сегодняшний день без аккумуляторов не может обойтись ни один современный человек. Это обусловлено тем, что аккумуляторы являются очень удобными энергоносителями. Самое главное их преимущество состоит в том, что их можно заряжать, в отличие от обычных батарей. Аккумуляторы используются в самых разных устройствах: начиная от плееров и фотокамер и заканчивая автомобилями и космическими станциями. Цель данной статьи состоит в том, чтобы обьяснить читателю типы, устройство и принципы работы различных аккумуляторов. Но сначала немного истории…

Попытки создать перезаряжаемую батарею (на тот момент уже была создана обычная батарея – столб Вольта) были начаты еще в 18 веке и их результатом стало создание «лейденской банки» (рис.1). Лейденская банка была изобретена почти одновременно немецким физиком Клейстом и голландским физиком Мушенбруком в 1745 - 1746 гг. Свое название она получила по имени города Лейдена, где Мушенбрук впервые проделал с ней опыты по изучению электрических явлений. Она представляла собой стеклянную банку, обклеенную металлической фольгой. В крышку банки вставляли металлический стержень, который сверху заканчивался металлическим шариком, а нижний конец стержня при помощи металлической цепочки соединялся с внутренней обкладкой. По сути этот девайс является обычным конденсатором. Когда внешнюю обкладку ее заземляют, а металлический шарик соединяют с источником электричества, то на обкладках банки скапливается значительный электрический заряд и при ее разряде может протекать значительный ток.

Уже в начале 19 столетия Г.Риттер открыл, что две медные пластины, опущенные в кислоту и соединенные с гальванической батареей, заряжаются и их потом можно в течение короткого времени использовать как постоянный источник тока. В 1854 году немецкий военный врач Вильгельм Зинстеден наблюдал следующий эффект: при пропускании тока через свинцовые электроды, погруженные в разведенную серную кислоту, положительный электрод покрывался двуокисью свинца PbO2, в то время как отрицательный электрод не подвергался никаким изменениям. Если такой элемент замыкали потом накоротко, прекратив пропускание через него тока от постоянного источника, то в нем появлялся постоянный ток, который обнаруживался до тех пор, пока вся двуокись свинца не растворялась в кислоте. Таким образом, Зинстеден вплотную приблизился к созданию аккумулятора, однако он не сделал никаких практических выводов из своего наблюдения. Только пять лет спустя, в 1859 году, французский инженер Гастон Планте случайно сделал то же самое открытие и построил первый в истории свинцовый аккумулятор. Этим было положено начало аккумуляторной техники. Аккумулятор Планте состоял из двух одинаковых свинцовых пластин, навитых на деревянный цилиндр. Друг от друга они отделялись тканевой прокладкой. Устроенный таким образом прибор помещали в сосуд с подкисленной водой и соединяли с электрической батареей. Спустя несколько часов, отключив батарею, можно было снимать с аккумулятора достаточно сильный ток, который сохранял в течение некоторого времени свое постоянное значение.

В начале XX века усовершенствованием аккумулятора занялся Томас Эдисон, который хотел сделать его более приспособленным для нужд транспорта. В результате были созданы железно-никелевые аккумуляторы с электролитом в виде едкого калия. В 1903 году начинается производство новых портативных аккумуляторов, которые получили широкое распространение в транспорте, на электростанциях и в небольших судах. В 1912 году Г.Н.Льюисом были осуществлены первые работы по литиевым аккумуляторам были. Однако, только в 1970 году появились первые коммерческие экземпляры первичных литиевых источников тока. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые источники тока предпринимались еще в 80-е годы, но были неудачными из-за невозможности обеспечения приемлемого уровня безопасности при обращении с ними. В итоге, литиевые аккумуляторы стали доступными для массового потребителя только в 90-х годах 20 ст.

Теперь давайте остановимся на характеристиках аккумуляторов. Одной из основных характеристик является емкость. Она измеряется в мА•час и фактически показывает общий "запас тока" в батарее, который можно "получить" со скоростью, равной ее максимальному току. Например, если емкость аккумулятора составляет 100 мА•час, то устройство, потребляющее ток 10 мА, может его исчерпать за 10 часов. Емкость зависит только от состояния внутренней химической среды аккумулятора и снижается с каждым циклом зарядки/разрядки. Другим важным параметром является внутреннее сопротивление, измеряемое в омах. Чем оно больше, тем меньше будет максимальный ток аккумулятора. Если вы думаете, что чем больше сопротивление, тем лучше: меньше ток – меньше расходуется заряд, то вы ошибаетесь. Тут вступает в действие закон Ома – при невозможности удовлетворить запрос по току падает напряжение… Большое значение имеет также скорость разряда. Как видно из названия, саморазряд – самопроизвольная потеря заряда батареей.

А сейчас уже можно перейти к подробному рассмотрению типов аккумуляторов. Мы начнем рассматривать их в хронологическом порядке, то есть в том, в котором они были созданы. Начнем со свинцовых аккумуляторов.

Свинцово-кислотные аккумуляторы (SLA - Sealed Lead-Acid - герметичная свинцово-кислотная батарея). Как мы уже знаем, в 1859 году Гастон Планте построил первый в истории свинцовый аккумулятор. Современные свинцовые аккумуляторы толичатся от своего предшественника и состоят из из двух пластинчатых электродов (положительного и отрицательного), разделенных слоем, изготовленным из нетканой материи или тонкого стекловолокна. Пластины помещены в герметический корпус, снабженный клапаном безопасности, открывающимся при давлении, превышающем 43 кПа, и залиты разбавленной серной кислотой. Электроды состоят из сплава свинца, олова и кальция, причем положительный содержит PbO2 (диоксид свинца), а отрицательный – чистый свинец (Pb). При разрядке PbO2 и Pb превращаются в PbSO4 (сульфат свинца) и также происходит еще одна реакция: часть кислоты превращается в воду. Во время зарядки происходит обратная реакция. Тут существует одна важная особенность: если продолжать заряжать аккумулятор после достижения полной емкости, на положительном электроде начнет выделяться кислород. Так как корпус аккумулятора герметичен, это выделение газа может повлечь за собой взрыв девайса. Но существует выход из этого положения: отрицательный электрод делают больше положительного и он связывает выделившийся газ. В общем, происходит такая реакция:

2Pb + O2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O.

Aequalitas