Эволюция батарей

1-й работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 году французским ученым Гастоном Планте (Gaston Plantе). Конструкция автомобильного аккумулятора представляла собой электроды из листового свинца, поделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и размещены в сосуд с 10 процентов раствором H₂SO₄.

Недостатком первых свинцово-кислотных аккумуляторов была их малая емкость. Вначале для ее увеличения проводили огромное число циклов заряда-разряда. Для достижения значительных итогов требовалось до 2-х лет таких тренировок. Причина недостатка была очевидной - конструкция пластин. Следственно последующее улучшение конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов было сконцентрировано на улучшение конструкции используемых в них пластин и сепараторов.

В 1880 год Эмил Альфонс Фор (Emile Alphonse Faure) предложил методологию производства намазных электродов путем нанесения на пластины окислов свинца. Такая конструкция электродов позволила значительно повысить емкость аккумуляторов. А в 1881 год Э. Фолькмар (E. Volkmar) предложил использовать в качестве электродов намазную решетку. В том же году (1881) ученому Селлону (Sellon) был выдан патент на спецтехнологию производства решеток из сплава свинца и сурьмы.

Изначально фактическое применение свинцово-кислотных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств - для заряда использовали первичные детали конструкции Бунзена. То есть химический источник электричества заряжался от другого химического ресурса - батареи гальванических деталей. Расположение кардинально поменялось с происхождением недорогих генераторов непрерывного электричества.

Именно свинцово-кислотные батареи первыми в мире из аккумуляторных батарей обнаружили торговое использование. К 1890 г. во многих индустриально развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 г. немецкая компания Varta произвела 1-ые стартерные автоаккумуляторы для автомашин.

В семидесятых годах 20 столетия были сделаны необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, способные трудиться в любом росположении. Жидкий электролит в них сменили гелевым либо адсорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для удаления газов, выделяющихся при зарядке либо разрядке, установили клапаны. Строго говоря, безусловная герметизация свинцово-кислотных аккумуляторов не может быть достигнута, так как невозможно гарантировать полную рекомбинацию кислорода и водорода, которые выдаются в них при зарядке и хранении. Однако особыми мерами выделение газов и потери влаги при использовании получается свести к минимуму.

Были созданы новые конструкции пластин на базе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, а также на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.

Свинцовые автоаккумуляторы являются особенно распространенными среди всех существующих в текущее время химических источников электричества. Их масштабное производство определяется как относительной дешевизной используемых материалов и высокой степени автоматизации выпуска, так и разработкой различных вариантов этих аккумуляторов, отвечающих нормам широкого круга покупателей.

Наилучшие примеры первых аккумуляторов, конца 19 столетия, имели удельную энергию по массе 7-8 Вт•ч/кг при продолжительном разрядке (у текущих примеров 40-47 Вт•ч/кг).

Теперь производятся герметизированный автомобильные аккумуляторы с иммобилизованным (гелеобразным либо абсорбированным) электролитом, данные автоаккумуляторы обеспечивают работоспособность в любом пространственном расположении и используются в системах резервного и аварийного энергоснабжения, бытовой технике и т.п.

Энергичными веществами свинцового автомобильного аккумулятора, принимающими участие в токообразующих реакциях, являются:

-   на плюсовом электроде - двуокись свинца PbO₂ (темно-каштанового цвета);

-   на минусовой электроде - губчатый свинец Pb (сероватого цвета);

-   электролит - водный раствор H₂SO₄

В ходе разряда автомобильного аккумулятора активная масса негативного электрода превращается из губчатого свинца в сульфат свинца, со сменой сероватого цвета на ясно-серый, отдавая 2 электрона в электрическую цепь.

Активная масса правильного электрода по ходу разряда превращается из двуокиси свинца PbO₂, так же как и активная масса негативного электрода, в сульфат свинца PbSO4 с изменением цвета с темно-каштанового на ясно-каштановый, поглощая 2 электрона.

В итоге разряда автомобильного аккумулятора активные материалы и правильного (PbO₂), и негативного (Pb) электродов преобразуются в сульфат свинца PbSO₄. При этом на образование сульфата свинца тратится H₂SO₄, что вызывает снижение концентрации электролита и как следствие снижение его плотности. Суммарная реакция при разрядке автомобильного аккумулятора.

При заряде автомобильного аккумулятора идут обратные в противоположную сторону, в ходе которых помимо всего прочего происходит образование H₂SO₄, в итоге чего при зарядке растет плотность электролита. Суммарное уравнение зарядного процесса:

Когда реакции реформирования веществ в энергичных массах позитивного и негативного электродов закончены, плотность электролита перестает меняться, что служит знаком завершения заряда автомобильного аккумулятора. При последующем продолжении заряда протекает так называемый вторичный процесс - электролитическое разложение влаги на кислород и водород. Выделяясь из электролита в виде пузырьков газа, они создают иллюзию кипения электролита, что тоже служит знаком заключения зарядного процесса.

Всякий аккумулятор состоит из пространственно поделенных разноименных электродов, погруженных в раствор электролита и помещенных в крепкий корпус, тот, что устойчив к химическому воздействию электролита, механическим нагрузкам и температурным колебаниям.

Активная масса электродов обладает высокой пористостью (47-60%) и у заряженных аккумуляторов на плюсовом электроде состоит в основном из двуокиси свинца PbO₂ (85-90 процентов), а на минусовой электроде - из губчатого свинца Pb (80-90 процентов).

Прежде для производства корпуса аккумуляторов применяли эбонит, тот, что обладает касательно низкой механической прочностью. Следственно стенки эбонитовых блоков имеют толщину 6-8 миллиметров для аккумуляторных батарей до 90 Ампер/часов и 9-12 миллиметров при емкости более 100 А•ч. При переходе с эбонита на сополимер полипропилена с этиленом, получается снизить толщину стенок в 2 раза и понизить массу корпусных узлов без ухудшения их безопасности.

• Курьером по Киеву:
  • 90 грн (Доставка в день заказа! 90%)
  • Экстренная доставка на такси
• По Киеву самовывоз:
  • бесплатно
• По Украине:
  • Новая почта (по тарифу НП, предоплата от 100 грн.)