Реферат: Установки постоянного тока с аккумуляторными батареями
Наличие примесей различных металлов на поверхности отрицательного электрода оказывает весьма значительное влияние (каталитическое) на увеличение скорости саморастворения свинца (вследствие снижения перенапряжения выделения водорода). Практически все металлы, встречающиеся в виде примесей в аккумуляторном сырье, электролите и сепараторах, или вводимые в виде специальных добавок, способствуют повышению саморазряда. Попадая на поверхность отрицательного электрода, они облегчают условия выделения водорода.
Часть примесей (соли металлов с переменной валентностью) действуют как переносчики зарядов с одного электрода на другой. В этом случае ионы металлов восстанавливаются на отрицательном электроде и окисляются на положительном (такой механизм саморазряда приписывают ионам железа).
Саморазряд положительного активного материала обусловлен протеканием реакции.
2РЬО2 + 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + О2 Т.
Скорость данной реакции также возрастает с ростом концентрации электролита.
Так как реакция протекает с выделением кислорода, то скорость ее в значительной степени определяется кислородным перенапряжением. Поэтому добавки, снижающие потенциал выделения кислорода (например, сурьма, кобальт, серебро), будут способствовать росту скорости реакции саморастворения двуокиси свинца. Скорость саморазряда положительного активного материала в несколько раз ниже скорости саморазряда отрицательного активного материала.
Другой причиной саморазряда положительного электрода является разность потенциалов материала токоотвода и активной массы этого электрода. Возникающий вследствие этой разности потенциалов гальванический микроэлемент превращает при протекании тока свинец токоотвода и двуокись свинца положительной активной массы в сульфат свинца.
Саморазряд может возникать также, когда аккумулятор снаружи загрязнен или залит электролитом, водой или другими жидкостями, которые создают возможность разряда через электропроводную пленку, находящуюся между полюсными выводами аккумулятора или его перемычками. Этот вид саморазряда не отличается от обычного разряда очень малыми токами при замкнутой внешней цепи и легко устраним. Для этого необходимо содержать поверхность батарей в чистоте.
Саморазряд батарей в значительной мере зависит от температуры электролита. С понижением температуры саморазряд уменьшается. При температуре ниже 0 °С у новых батарей он практически прекращается. Поэтому хранение батарей рекомендуется в заряженном состоянии при низких температурах (до -30 °С).
В процессе эксплуатации саморазряд не остается постоянным и резко усиливается к концу срока службы. Снижение саморазряда возможно за счет повышения перенапряжения выделений кислорода и водорода на аккумуляторных электродах. Для этого необходимо, во-первых, использовать возможно более чистые материалы для производства аккумуляторов, уменьшать количественное содержание легирующих элементов в аккумуляторных сплавах, использовать только чистую серную кислоту и дистиллированную (или близкую к ней по чистоте при других методах очистки) воду для приготовления всех электролитов, как при производстве, так и при эксплуатации. Например, благодаря снижению содержания сурьмы в сплаве токоотводов с 5 % до 2 % и использованию дистиллированной воды для всех технологических электролитов, среднесуточный саморазряд снижается в 4 раза. Замена сурьмы на кальций позволяет еще больше снизить скорость саморазряда.
Снижению саморазряда могут также способствовать добавки органических веществ - ингибиторов саморазряда. Применение общей крышки и скрытых межэлементных соединений в значительной степени снижает скорость саморазряда от токов утечки, так как значительно снижается вероятность гальванической связи между далеко отстоящими полюсными выводами.
Иногда саморазрядом называют быструю потерю емкости вследствие короткого замыкания внутри аккумулятора. Такое явление объясняется прямым разрядом через токопроводящие мостики, образовавшиеся между разноименными электродами.
Применение сепараторов-конвертов в необслуживаемых аккумуляторах исключает возможность образования коротких замыканий между разноименными электродами в процессе эксплуатации. Однако такая вероятность остается вследствие возможных сбоев в работе оборудования при массовом производстве. Обычно такой дефект выявляется в первые месяцы эксплуатации и батарея подлежит замене по гарантии.
Обычно степень саморазряда выражают в процентах потери емкости за установленный период времени. Действующими в настоящее время стандартами саморазряд характеризуется также напряжением стартерного разряда при -18 °С после испытания: бездействия в течение 21 суток при температуре +40 °С.
1.6 Понятие сульфатации и ненормальная сульфатация пластин аккумулятора
В основу работы аккумуляторных батарей заложен принцип двойной сульфатации. При разряде батареи происходит взаимодействие активной массы положительных и отрицательных пластин с электролитом, в результате чего образуется сульфат свинца, осаждающийся на поверхности отрицательно заряженной пластины и вода. В итоге плотность электролита падает. Образующийся при этом сульфат свинца отличается тонкокристаллической структурой и легко восстанавливается во время заряда в свинец и двуокись свинца. Образование сульфата (сернокислого свинца) является обязательным и естественным процессом при разряде.
При зарядке батареи происходят обратные электрохимические процессы. Это приводит к восстановлению на отрицательных электродах чистого свинца и на положительных - диоксида свинца. Одновременно с этим повышается плотность электролита.
Ненормальная (глубокая) сульфатация аккумуляторов
Сульфатация это нормальный процесс работы акумуляторной батареи.
Другой вид сульфатации, так называемая глубокая или ненормальная сульфатация может сделать аккумулятор неработоспособным.
Эта сульфатация отличается образованием крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца (сульфата) на поверхности пластин и стенках пор активной массы. Кристаллы с течением времени растут, образуя сплошной слой (корку), изолируют пластины и закупоривают поры активной массы положительных и отрицательных пластин, препятствуют проникновению электролита вглубь пластин. Из-за этого не вся активная масса участвует в работе и заряд аккумулятора сильно затрудняется.
При глубокой сульфатации аккумулятор может стать неработоспособным имея под коркой свинца имея две трети неиспользованной активной массы, к которой невозможен нормальный доступ электролита, и она не может учавствовать в электрохимических реакциях.
Ненормальная сульфатация возникает при неправильно организованном режиме работы аккумуляторов или при плохом обслуживании. Такая сульфатация устраняется с большим трудом и может привести к значительной потере емкости или к полному выходу из строя аккумуляторов.
Признаки глубокой сульфатации
Положительные пластины приобретают светло-коричневую окраску, на поверхности пластины возникают белые пятна. Отрицательные пластины становятся беловато-серыми и набухают.
Так как сульфат занимает значительно больший объём, чем активная масса у не разряженных пластин, то с увеличением количества сульфата (когда не принимаются меры к его устранению) возникает выпучивание ячеек отрицательных пластин, а положительные пластины вследствие возникающих и неравномерно прогрессирующих механических напряжений внутри пластины начинают коробиться.
Сульфатация аккумулятора вызывает значительное повышение сопротивления активной массы пластин и, следовательно, общего сопротивления аккумулятора. Вследствие этого напряжение засульфатированного аккумулятора в начале заряда может повыситься даже до 3В и более при нормальном зарядном токе. При этом аккумулятор сразу начинает «кипеть».
При очень глубокой сульфатации, когда сульфат образует сплошную корку на поверхности пластин, аккумулятор может полностью потерять проводимость, поскольку сам сульфат – непроводник.
Процесс сульфатации усугубляется, когда несколько причин действуют одновременно.