Алавяна-кіслотны акумулятар

Алавяна-кіслотны акумуля́тар — тып акумулятараў, які атрымаў шырокае распаўсюджаньне з прычыны мернай цаны, някепскага рэсурсу (ад 500 цыкляў і болей), высокай спэцыфічнай магутнасьці. Асноўныя галіны прымяненьня: стартарныя акумулятарныя батарэі транспартных сродкаў, аварыйныя крыніцы электраэнэргіі, рэзэрвовыя крыніцы энэргіі. Строга кажучы, акумулятарам называецца адзін элемэнт акумулятарнай батарэі, аднак часьцей за ўсё пад «акумулятарам» маюць на ўвазе сукупнасьць усіх элемэнтаў акумулятарнай батарэі.

Схема алавяна-кіслотнага акумулятара пры зарадцы (зьлева) і падлучэньні спажыўца электрычнага току

Схема разьмяшчэньня электродаў у алавяна-кіслотным акумулятары, пласьціны катоду й аноду разьмешчаныя наперамену з праслойкай ізалятара і токанясучай палоскай аб’ядноўваюцца ў вывады акумулятара

Будова алавяна-кіслотнага акумулятара: зьлева — пласьціны дадатнага электроду, ізалятара з шклаваты, адмоўнага электроду; справа — акумулятар у зборы (выцягнуты з корпусу з электралітам). Пласьціны электродаў уяўляюць зь сябе алавяную (часьцей стопак волава і антымону дзеля павелічэньня мэханічнай трываласьці) кратку, ячэйкі якое запоўненыя сульфатам волава з зьвязваючым матэрыялам, токанясучыя палоскі і вывады акумулятара вырабленыя з волава

Варыянты электрода алавяна-кіслотнага акумулятара

Алавяна-кіслотны акумулятар у зборы

Мінуўшчына

Алавяны акумулятар вынайшаў у 1859—1860 роках Гастон Плянтэ, супрацоўнік лябараторыі Аляксандра-Эдмона Бэкэрэля. У 1878 року Каміль Фор удасканаліяў ягоную канструкцыю, прапанаваўшы пакрываць пласьціны акумулятара валавяным сурыкам. Расейскі вынаходнік Мікалай Бэнардос выкарыстаў пакрыцьцё губчастым волавам дзеля павелічэньня магутнасьці батарэяў, якія выкарыстоўваў у сваіх работах з зваркай.

Прынцып дзеяньня

Прынцып работы алавяна-кіслотных акумулятараў заснаваны на электрахімічных рэакцыях волава і дыяксыду волава ў воднай расчыне серчанай кісьлі.

Пры падлучэньні да электродаў акумулятара зьнешняй нагрузкі пачынаецца электрахімічная рэакцыя ўзаемадзеяньня аксыду волава і серчанай кісьлі, пры гэтым мэталічнае волава акісьляецца да сульфату волава (у клясычным варыянце акумулятара).

У часе разрадкі адбываецца аднаўленьне дыяксыду волава на катодзе і акісьленьне волава на анодзе. Пры зарадцы адбываюцца адваротныя рэакцыі. Пры перазарадцы акумулятара, пасьля вычарпаньня сульфату волава, пачынаецца электроліз вады, пры гэтым на анодзе (дадатны электрод) вылучаецца тлен, а на катодзе — вадарод.

Электрахімічныя рэакцыі (зьлева направа — пры разрадцы, справа налева — пры зарадцы):

• Рэакцыі на катодзе:

$PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O$

• Рэакцыі на анодзе:

$Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}$

Пры разрадцы акумулятара з электраліту выдаткоўваецца серчаная кісьля і вылучаецца адносна лягчэйшая вада, шчыльнасьць электраліту зьмяншаецца. Пры зарадцы адбываецца адваротны працэс. У канцы зарадкі, калі колькасьць сульфату волава на электродах падае менш пэўнага крытычнага значэньня, пачынае пераважаць працэс электролізу вады. Газападобныя вадарод і тлен вылучаюцца з электраліту ў выглядзе бурбалак — гэтак званае «кіпеньне» пры перазарадцы. Гэта непажаданая зьява, якой варта пазьбягаць, бо пры гэтым вада выдаткоўваецца незваротна, нарастае шчыльнасьць электраліту і прысутнічае рызыка выбуху ўтвораных газаў. Таму большасьць зарадных прыладаў зьніжае зарадны ток пры павелічэньні напружаньня акумулятара. Страты вады кампэнсуюць даліваньнем дыстыляванай вады пры абслугоўваньні акумулятарнай батарэі.

Будова

Элемэнт алавяна-кіслотнага акумулятара складаецца з электродаў і разьдзяляльных сітаватых пласьцінаў, вырабленых з матэрыялу, які не ўзаемадзейнічае з кісьляй; пласьціны замінаюць замыканьню электродаў (сэпаратараў), пагружаных у электраліт. Электроды ўяўляюць зь сябе плоскія краткі з мэталічнага волава. У ячейкі гэтых кратак запрэсаваныя парашкі дыяксыду волава (PbO₂) — у анодных пласьцінах — і мэталічнага волава — у катодных пласьцінах. Прымяненьне парашкоў павялічвае паверхню разьдзелу электраліт — цьвёрдае рэчыва, тым самым павялічваючы электрычную ёмістасьць акумулятара.

Электроды разам з сэпаратарамі пагружаныя ў электраліт, які ўяўляе зь сябе водную рошчыну серчанай кісьлі. Для прыгатаваньня рошчыны кісьлі прымяняюць дыстыляваную ваду.

Электрычная праводнасьць электраліту залежыць ад канцэнтрацыі серчанай кісьлі і пры пакаёвай тэмпэратуры максымальная пры масавай долі кісьлі 35%, што адпавядае шчыльнасьці электраліту 1,26 г/см³. Чым большая праводнасьць электраліту, тым меншы ўнутраны супор акумулятара, і, адпаведна, ніжэй страты энэргіі на ім. Аднак на практыцы ў раёнах з халодным кліматам прымяняюцца і вышэйшыя канцэнтрацыі серчанай кісьлі, да 1,29−1,31 г/см³, што зьвязана з тым, што пры зьніжэньні канцэнтрацыі з-за разрадкі электраліт можа замёрзнуць, а пры замярзаньні ўтвараецца лёд, які можа разарваць банкі акумулятара і пашкодзіць губчасты матэрыял пласьцінаў.

У акумулятарах, якія выкарыстоўваюцца ў побытавых КБС, сыстэмах ахоўнай сыгналізацыі й іншых, вадкі электраліт загушчаюць воднай лугавай рошчынай сылікатаў натру (Na₂Si₂O₄) да пастападобнага стану. Гэта так званыя гелевыя акумулятары (GEL), якія маюць працяглы рэсурс. Іншы варыянт выкананьня — зь сіткаватымі сэпаратарамі з шклотканіны(en), якія дапускаюць больш жорсткія рэжымы зарадкі.