Безуходные (герметизированные) свинцовые аккумуляторы

На рис. 7 приведены разрядные характеристики герметизированного (безуходного) свинцово-кислотного аккумулятора при различных токах разряда [1]. Разряд допускается токами до 3C, но до разного конечного напряжения.

Рис. 7. Разрядные характеристики герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи Casil CA632

Условия создания герметизированных аккумуляторов.Принцип герметизации свинцовых аккумуляторов основан на создании замкнутого кислородного цикла, который может быть реализован при выполнении следующих условий.

1. Необходимо, чтобы весь кислород, выделяющийся на положительных пластинах, восстанавливался на отрицательных электродах. Так как скорость восстановления кислорода лимитируется скоростью молекулярной диффузии, которая в растворе сернокислого электролита мала, необходимо создание в межэлектродном зазоре газовых каналов, через которые кислород сможет перемещаться от положительного электрода к отрицательному. Ускоренного переноса кислорода можно достигнуть путем правильного выбора сепараторного материала, степени его сжатия, дозировки электролита. Увеличение реакционной поверхности отрицательных электродов, на которой протекает процесс восстановления кислорода, возможно за счет частичной гидрофобизации, подбора ПАВ, улучшающих токораспределение в объеме активных масс электрода.

2. Выделение водорода на отрицательном электроде при заряде должно быть минимальным, поэтому ограничителем емкости аккумулятора должен быть положительный электрод. В этом случае, когда на положительном электроде уже выделяется кислород, отрицательный еще продолжает восстанавливаться PbSO₄→Pb. Использование токоведущих решеток на основе сплава Pb-Ca(0,1%) или легированного алюминием сплава Pb-Sn(0,5–2,5%) с высоким перенапряжением водорода уменьшает вероятность его выделения.

3. Необходимо использовать ограниченное количество загущенного электролита, размещаемого в порах электродов и сепараторов, через которые может осуществляться перенос кислорода. Наиболее часто в качестве загустителя сернокислотных растворов применяется аморфный диоксид кремния – аэросил, имеющий высокую удельную площадь поверхности (300-400 м²/г). Другим способом уменьшения подвижности электролита является использование сепаратора из стекловолокна с высокой объемной пористостью и хорошей смачиваемостью в растворе серной кислоты (технология AGM). Такой сепаратор обеспечивает удержание электролита в порах и высокую скорость переноса кислорода.

4. Безуходные свинцово-кислотные аккумуляторы должны быть снабжены клапаном, который при необходимости сбрасывает излишнее количество газа, главным образом водорода. Именно поэтому аккумулятор называется не герметичным, а герметизированным (VRLA – аккумулятор с регулируемым клапаном).

Реализация аналогичного водородного цикла в свинцовом аккумуляторе практически не возможна из-за крайне низкой скорости окисления молекулярного водорода на положительном электроде. Однако с термодинамической точки зрения водород на отрицательном электроде может выделяться при любом режиме работы аккумулятора. Поэтому свинцовый аккумулятор не может быть полностью герметичным.

Одной из проблем герметизированных аккумуляторов является отвод тепла от аккумулятора. Если для обычных аккумуляторов источниками тепла служат тепловой эффект основного токообразующего процесса и тепло, выделяемое при прохождении электрического тока через токопроводящие элементы, то для герметизированных аккумуляторов появляются дополнительные источники тепла – реакция восстановления кислорода; реакция рекомбинации газов.

Заряд. Герметизированные АБ должны заряжаться при таких режимах заряда, которые обеспечивают минимальное газовыделение.

Наиболее предпочтителен заряд при постоянном значении тока не более 0,3С с переходом на второй этап с постоянным напряжением при достижении примерно 2,40 В на аккумулятор.

Классический вид зарядной кривой безуходного аккумулятора приведен на рис. 8. Зарядная емкость батареи приводится в % по отношению к разрядной (C_зар/С_разр∙100%).

1 напряжение, 2 зарядная емкость, 3 ток заряда

Рис. 8. Зарядные кривые герметизированной свинцово-кислотной

аккумуляторной батареи напряжением 6,5 В

Хранение. Герметизированные свинцово-кислотные батареи необходимо хранить в заряженном состоянии, т. к. в разряженных батареях быстрее происходит процесс сульфатации пластин, которая снижает их емкость. Каждые шесть месяцев ГАБ необходимо подзаряжать. Для этого применяют цикл основного заряда, цель которого не допустить падения напряжения на батарее менее 2,10 В на элемент. В течении цикла заряда следует выдерживать рекомендуемые временные интервалы, необходимые для остывания батареи.

Для предотвращения пассивации электродов наиболее целесообразно хранить герметизированные АБ при постоянном подзаряде малыми нормированными токами (0,005-0,01)С.

Факторами, ограничивающими срок службы герметизированных АБ, являются: потеря воды электролитом, коррозия положительных токоотводов при повышенном зарядном напряжении, повышенная температура электролита при эксплуатации.

Срок службы герметизированных свинцовых аккумуляторов составляет 300-500 циклов.

Конструкция. Усовершенствование конструкции при создании необслуживаемых аккумуляторных батарей заключается в том, что для увеличения запаса электролита без изменения высоты батареи, один из аккумуляторных электродов помещают в сепаратор-конверт, который изготовлен из микропористого полиэтиленового материала с низким электросопротивлением. В этом случае замыкание электродов различной полярности, при отсутствии сбоев в работе сборочного оборудования, практически исключено. Поэтому опорные призмы становятся ненужными, и блок электродов можно установить прямо на дно ячейки моноблока (рис. 9). В результате та часть электролита, которая раньше находилась в шламовом пространстве между призмами и не принимала участия в работе аккумулятора, теперь находится над электродами и пополняет его запас, расходуемый при эксплуатации батареи.

Рис. 9. Пример конструкции безуходного свинцово-кислотного аккумулятора

Диагностика. Путем измерения напряжения разомкнутой цепи можно примерно оценить степень разряда батареи. Например, напряжение 2,11 В на элементе при комнатной температуре свидетельствует о степени ее заряда не менее чем на 50%. Если НРЦ превышает этот порог, то батарея находится в хорошем состоянии, и для ее ввода в эксплуатацию необходим всего лишь один цикл заряда. При падении напряжения разомкнутой цепи до 2,10 В, для восстановления емкости потребуется провести несколько циклов заряд-разряд. Измеряя НРЦ, следует учитывать температуру хранения батареи, т. к. при более низких температурах напряжение незначительно возрастает, при более высоких - наоборот, снижается.

Условное обозначение стартерных и некоторых герметизированных свинцовых аккумуляторных батарей приведено в Приложении (с. 222).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: