Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока

Подождите немного. Документ загружается.

щере

один и3 элементов

ра3рядится

до

конца

рань1ше

друг}!х.

||оскольку

этому

моменту

остальнь|е элементь|

еще

ра6ото-,

способны,

батарея

продол>т{ает

разрях{аться.

1аким

образом,

чере3

<<слабый>

элемент продол}кается прохо>л{дение

тока

ра3-

ряда

да>ке

том случае'

когда

и3-за

полного

израсходования

компонентов

|4л|т

|13-за

|1х пассивации

напря)кение

этого

эле_

мента

упадет

до

нуля.

.[,альнейтшее

прохоя{дение

тока

сопро-

вождается протеканием

новь|х

электроднь|х

реакций.

9'ще

всего это

реакции

электролитического

ра3ло>кения

растворителя

или

электролутта'

т. е.

реакции'

аналогичнь1е

тем'

которь]е

про_

текают при

г!ерезаряде

аккумуляторов.

Ёапример,

водньтх

рас_

творах

начинаются

реакции

вь1-

деления

водорода

[реакция

(1.5)]

кислорода

[реакция

(1.4)].

од_

нако

при таком переразря0е

ка-

тодное

вь|деление

водорода

про-

исходит

на

бьтв:пем поло)китель_

ном

электроде'

11а

котором

Рнс. 6.2.

€хематическое

изобрах<ение

и3менения

напряя{ения

и потенциалов

катода Ё^

п аноАа Ёа

пРи перера3ряде.

::16

область нормального

разряда;

на_

чало

переразряда

катода

(выделение

водо-

рода);

в_начало

перера3ряда

анода

(выде-

ление

кислороАа);

|',0,

_о6ласть

полного

перера3ряда

(перепол|осовки)

элемента

(0,_

напря}(е||пе

прн

переполюсовке).

!',в

1.1

''-__-

;'.'[

в.

[г

рань1|1е

катодно

восстанавливался

окислитель'

анодное вь|деле-

ние

кислорода

на

бывгшем

отрицательном

электроде. в

реауль_

тате при

переразряде

меняется

пол'|рность

электродов

бывц*ий

|}0ложительный

электрод

становится

отрицательным

и наоборот'

т.

€. происходт

переполюсовка

элемента

(рнс.

6.2).

|!ри переполюсовке

отдельного

элемента напря}|(ение

бата-

реи

сних(ается

на 2_4

(напряжение

ра3ряда

9лемента

до

переполюсовкн

плюс

напря'(ение

включенной

навстречу

элек-

троли3ной

ячейки),

что

случае высоковольтной

6атаре|{ ||е

всегда

заметно.

Фднако

переполюсовка

м0х(ет вн3вать

нех(е.'|а-

тельные

последствия:

во3мохс|ый

Ра3ршв

элемента

и3_3а

насту_

пающего

обильного

га3овыделеЁйя,

-отсюда

повре}кдение

со-

седних

элементов

или' что

ху}|(е'

питаемой

батареей аппара_

туры;

невозмо}кность

последующего

заряда аккумулятора'

т.

е.

практически

полный

вь|ход

его и3

строя.

Фсобенно неприятна

переполюсовка

элементов

пологой

разрядной

кривой' напря_

}кение

которь|х

резко

падает

только

конце

равряда.

|1о этой

-причине

стараются

ра3рях(ать

высоковольтные

ба-

тареи'

особ_е-нно

аккумуляторные'

не

до

конца'

а примерно

только на 80

0/0

их

емкости.

3то

огра1{ичение

не

распростра_

няется

на

низковольтнь|е

батареи,

при

ра3ряде

которьтх

пере-

120

подюсовка

сра3у

3аметна'

так как приводит

к 3начительному

относительному

сних(ению

напря)кения.

Б ответственных

и3де"

лиях

мо'{ет

быть

использован метод 1|]унтирования

ка)кдого

элемента диодом.

||ри падении напря}1(ения

одного

из

элемен_

тов

до

нуля

ток

ответвляется

чере3

параллельно

включеннь1й

диод'

обход

ра3рях(енного

элемента.

5| 0со6онности

ра6отн

аккуАулятоРной

6атвреи

!{асто

аккумуляторы

заря}!(ают

до

некоторого определен-

ного

конечного

напРя)кения заряда

0',*'".

Фбщее напрях(ение

батареи

по3воляет судить

только

о среднем

напрях{енки

акку-

муляторов'

но

'не

фактическом

3начен|111

для

ках<дого }{3

ник.

момент

дости)|{ения

конечного

напря}кения

всей батареи

от-

дельные

аккумуляторы могут

оказаться

недозарях(енкыми'

то

время

как

другие

пере3арях(ены.

|1ри эксцлуатацик аккумуляторной

батареи

степень

3аря;

}кенности

всех аккумуляторов

в принципе

всегда

долх(на

6шть

одикаковой'

так

как

чере3 них проходит

один

тот

)!(е ток

3аряда

или

ра3ряда.

Ёа практике'

однако,

при

храненин

3аря-

}|{ек[{ой батареи ск0рость

самора3ряда

в отдельных

аккуп}уля-

торах

мо)!(ет

быть

различной'

вследствие

чего одни

аккумуля-

торы ока3ываютея

более

ра3ря)|(енными'

чем

другие.

||ри

дли-

тельном

циклирова!1ии

такой

ра3баланс.мох(ет

накапливаться.

8се эти особенноети

услох(няют

эксплуатацию

аккумудя-

тор1!ых

батарей.

€цособш

преодоления

этих тру,д||оетей'"буяут

описанн в

7.2.

}{(;дпостшно

с0эахнош1'

[Ри последовательном

соединен!{и

элементов

электродит

в ка}|(дом

н3 них }!цеет

разлннннй

потенцнал;

для

дву)(

сосед-

ник

элем€нтоь

разность

потенциалов

соответствует

напрях(ен

ию

одного 9лемента. 8слн

мех<ду

электролптами

ра3ных

элементов

существует

х{идкостное соед}|непие

(рис. 6.3)'

то

чере3 него

протекает

так

на3нваемый

ток

утецкш,

приводящий

постепен'

цоху

ра3ряду

9лементов.

14нтенсивность

такого саморазряда

батареи 3ависит

от сопротивления

}!(ндкостного соедине}{|{я.

Бслк

это соединение

обусловлено

тонкой

х(идкостной пленкой

боль1шим

сопротивлением'

скорость

самора3ряда невелика;

других

случаях

х(идкостное

соединение мох{ет

привести

бьт_

строму

самора3ряду.

|1рошесс

самора3ряда почти

не зависит

от того'

ра3рях(ается

л||

батарея

на вне!пнюю

цепь

или [{ет.

связи с

этим явлением

электролит

в ках(дом

отдельном

эле-

менте

дол)кен

быть тщательно

и3олирован

от

контакта с элек-

трол!{том

других

элементов.

Бывают

случаи'

при

которых

}к!|дкостнь|е

контактьт

неиз-

бе>кны,

например

наливных

или ампульных батареях

\2\

биполярттьтми

электродами,

когда

электролит из общего

резер_

вуара

одновременно

поступает

во все элементь1.

Фбьтчно

поеле

окончания

заливки

)кидкостньте

контакты

ра3рьтваются

или

ос-

таются

виде

очень

тонких

пленок с

большим сопротивлением.

Рис. 6.3.

||римеры>:<идкостных

-соединений.

через

пленку элек'гролита

в местах

герметизации

биполярных

электродов;

пе.

рез

электролитнь!й

канал

фнльтр-прессной

6атарее.

||остоянные'(идкостные

соединения

встРечаются

батареях'

в которых

для

отвода

тепла

или

продуктов

реакции

исполь3у-

ется

принудительная

циркуляция

х(идкого

электролита

чере3

общий

вне!пний

контур.

этих

случаях

вн3ванн;я

этими

сое_

дннениями'.

потФя

емкости

дблхша

-{;ь!;:-|;н_!:г

Б;;';;;;,.

Расчет

токов

утечки

чере3 ]хидко-

стные

.соеди1!ения

предсгавляет

3на-

чит-ельные

трудности

[6.2].

}х<е

в пРо_

стен|шем

случае

цепи

и3

двух

после-

Ё#;':#';*"*;};;}ж;

;;;;;;";;'_;,;;;';;

ъъ;"икают

межэлементным

соедине-

трудности

из-3а

того'

что вследствие

нием. несимметричного

располох(ения

)кид-

пл

отн

с ст

то к

а по,,.*,,Ё!Ё}а"',":1"##":"Ё

}

т".Р#ж:}:

стеме

распределеннь1ми

параметрами'

степень

этой

неравно-

мерности

зависит

от

относительного

вклада

поляри3ации

и оми-

ческого

падения

напря}кения.

||о

мере

увеликения

числа

.А/ последовательно

соединеннь1х

элементов

задача

усло)княется'

так

как

во3мох<но взаимодей-

ствие не

только

соседних

элементов'

но и любых

комбинаций

элементов

мех(ду

с_обой.

@бшую

схему

процессов

мох(но

пРед_

ставить

упрощенн^ой

электринеской

схемой

замещения,

изо6ра-

>кенной

на

рис.

6.4. в

ряде

случаев общие

токи

утечк|т

для

122

123

отдельного

элемента

во3растают

пропорционально

!'{2, т' е.

батарее

из

элементов

они в 100

раз

боль:пе, чем в бата-

рее

из

четь1рех

элементов.

1о:<и

у-}енк]{

распределяются

нерав_

номерно

по

длине

батареи. Ёаиболее

3начителен

самора3ряд

крайних

элементов в последовательной

цепи;

по

мере

прибли-

)кения

к средним

элементам

самора3ряд

умень1пается.

6.5. |ернети3ация

а| @6цие вопросы

Ё[аиболее

распространеннь1е

в про1шлом

веке

хит имели

вид

открь|ть|х

стеклянных сосудов'

которых

ра3мещал|{сь

электродь|

х<идкий электролит. 1акие

источники

практически

могли

эксплуатироваться

только

стационарнь|х

условиях.

[11и-

рокое

распространен!{е

переносной

аппаратурь1,

так)ке

со3да-

ние

новых типов

малогабаритнь|х источников

тока потребовали

разработки

более

уАобньтх

в эксплуатации герметичных вариан_

тов конструкции.

[ерметизация

[}41

затрудняется тем' что при

работе

и"1и

хра!{ении мох{ет

происходить

выделение га3ов

чаще

все}о

водорода вследствие

самора3ряда

отрицательного электрода.

Фсобенно

интенсивное выделение газов

водорода

(или)

кис-

лорода-наблюдается

в конце

заряда

и при пере3аряде акку-

муляторов

с вод}{шмн электролитами'

а так>!(е при переполю_

совке отдельнцх

первичннх

элементов

ил}|

аккумуляторов

при

глубоком

разряде'6атарей

(см.

6.4).

Аля

вшпуска

образу_

ющихся

,газов

камера

9лектродам*| и электролитом

дол}к[!а

сооб*цаться

с окружающей атмосферой.

!|оиимо неприят.ных последстзий

от газовыделения

необ-

ходгмости

пернодпнеской

доливки

водн

1{з-3а

ее

разло:кени!т,

возмох(ност$

8оадан!|я

в3рнвоопасной концентрацнн

водоРода

окружающ€}'' простра['ётве,Ё-в

результатЁ

свободно[!

ко[{-

такта

9лектрол!|та п

электРодов

окружающей

,атмосферой

во3мох(нн

нех(елательнше

процессь[:'

] '

::''

окио1е|{и€

восста||овитедп к1|олородом

во3духа;

поглощение

щелочным

растворош

двуокиси

углерода

и3 воз-

духа

йразованием

растворе

углекислтдх

солей

(карбониза-

ция

электролита);

попаданиё

влаг!{ в неводный

электролит;'

высыхание

электролита

из-3а

улетучивания

растворителя;

выделение

вместе с

газами

тумана

из

мельчай|1]их капель

раствора

(нто

вредно

для

обслух<ивающего

персонала' повьт_

шает

коррозионную активность

атмосферьт

и приводит к посте_

пенной

потере

электролита);

вь|деление

окру}кающее

пространство

токсичных

веществ'

например

двуокиси

серь1,

гидразина'

паров

органических

рас_

творителей

и т.

д.

в хит применяют

как

частичную гермети3ацию'

обеспечи-

вающую непроливаемость

электролита и

сни}|(ение

вредного

вл'1ян|4я отдельных

и3

упомянутых

процессов'

так и полную

герметизацию'

при

которой

прекращается

всякое

взаимодей-

ствие

с окру>|(ающей

атмосферой,

в том

числе выделение

га3ов'

:!астиввая

г€Рметизация

первиннь|х

элементах

невыливаемость

раствора

электро-

лита

достигается

исполь3ованием

3агущенного или матр!|чного

электролита.

аккумуляторах

применение

загущенного

элек_

тролита

3атруднено

из_за

больтцого

га_

зовьтделения в конце

заряда.

Ёепроливаемость

х(идкого

электро-

лита

(отсутствие

расплескивания

пРи

небольц:их

наклонах'

при

транспорт-

ной вибра:1|\|1

|\ т.

д.) достигается

ис_

пользованием

специальных клапанов'

выпуска|ощих

га3ы'

но

задер)|(иваю-

щих

)!(идкость.

Ёанболее

распросща-

нены

резиновые

клапаны' котоРше в

нормальном состоянип 3акрыты п

не

пропускают >|шдкость. ||ри

во3никно-

Рис. 6.5. ||ример

устройст'

:-::1"-::11Ри

аккумулятора

повы|пен'

ва

'е"тиляйионЁо{

прФки

ного

да&'|ения

га3ов на кэроткое

вре'

пРух{п|{ншм

клапаном.

мя

кл'апан открнвается.

Более

совер'

.,-кор!ус

пробкц;

'-кршш_

[ценный

ва!иант*пру,х(и'н.ные к]1а|]а-

;ь;;^#*;1"'Б"1,?:-%"]

ны

(рис.

б.5}.

|]р:{йеняются такх(е

всвтпляцко!пое

отвеРстве.

клапаны с грузикои' открь|тне

при

нормальном поло}*ев|}и'аккумулятора

и закрывающиеся

при

его наклонах.,

Ёакопец, ]догут

быть'ис"

пользова|'ть!

гидрофобные пориегые

фильтры,

свободно

пропу_

скающие

газы' но и3-за своих водоотталкивающих

свойств :те

пропускающие

водный электролит. {аще всего

ука3анные

кла_

паны

фильтры

выполняются

в виде

ввпнчнвающихся пробок'

закрывающих

3аливочное

отверстие.

8сли

требуется

полная певыливаемость электРолита

(при

длительнь[х наклонах

или

работе

в перевернутом полох<ении),

то

используют

специальпую

лову[шку

невъгливайку.

Акщму-

ляторный

сосуд

имеет

в верхней

части

достаточно

6оль:шуто

газовую камеру'

которая

соединяется с

окру}|(ающей

атмосфе.

рой

нерез

удлиненнь|й

патру6ок

отверстием

них<ней части

(рис.

6.6).

||ри

любом

пространственном

поло)кении

аккуму-

лятора отверстие в патрубке

находится

выше

уровня

я(идкости'

т.

е.

х{идкость

не

вь1ливается'

9тот

вариант

используется не

часто' так как он

связан

увеличением

вь|сотьт

и объема

ак-

кумулятора.

124

6писаннь:е

устройства

вь1полняют

другие

функшии.

Резтт-

ттовь:й

клапан

достаточно

эффективно

3ащищает электродь|

электролит

от воздействия

окру)кающей

среды. |[ористьтй

фильтр

какой-то мере 3адер)*<ивает капельки

>|(идкости'

т. е.

защищает

от вь|носа га3ами электролитного тумана.

йногда

для

повь11пения

эффективности

отделения

капель

на

путн

га3а

помещают

дополнительные

отбойники.

!,ля

умень1шения

га3овыдедения при

пере3аряде аккумуля-

тора

последнее время

исполь3уют

специальнь|е пробки

с ка-

Рвс..6.6,

€хеша констРукцщ аккумулятора

про6кой_невшднва&|ко&

норш8льное

по'ох(е,|}|е;[яй"ъ}?-ъът'"'",

,ч:т#;;"-':

** эдектРодов;

тали3аторош

(например'

пл&т1{новой,чернью),.

котбрый

способ-

ствует

протека'|*ию

химцч€ской

реа|{ции

соед1{нения водоРда

кислородом

[6:3].

0бразуюшаяся вода

стекает обратно

элек-

тролит.,9тн

устройства

не обеепечявают пол]ного прекращен}|я

вь|деления

га3ов'

частности' если

газн'образуются

н€ Б

€?€-

хиометрическом.соотно[цени1+

(из-за

более

раннего

окончанвя

заряда

одного

из электродов).

в|

!1опная

г€рмети3ация

!1олная

гермети3ация

во3мох(на в

таких источниках тока'

которь|х

газовь|деление

отсутствует.

||римером такого

нсточ_

ника

является нормальный элемент Бестона' в котором выде_

''|ение

га3ов

термодинамически

невозмо'{но

который нзго-

тавливается

запаянной

стеклянной ячейке. [азовьтделение

126

практически

не

происходит

и' в

ряде

[Ё1

(в

том

числе

акку-

муляторов) с

неводными

электролитами.

малогабаритных

первичных элементах

(например,

дис-

ковь1х

ртутно-цинковых

элементах)'

которых

скорость

выде-

ления водорода

очень

мала' водород

удаляется

путем

диффу-

зии через

ра3личные

прокладочные

материаль1'

частности

чере3

резину

'\л|1

пластмассу.

|1оскольку

коэффишиент

диффу-

зии

газообразного

водорода

в таких

материалах

больтше

коэф-

фттциента

диффузии

других

веществ'

такие

элементь|

прак-

тически

могут

рассматриваться

как полностью

3агермети3и-

рованные.

Аля

!,141 со

значительнь]м

газовь|делениеш1

полная герме-

ти3ация

во3мо}кна'

если образующиеся га3ь1

не накапливаются'

со3давая больгпие

давления'

вступают внутри

источника тока

в какую-либо

химическую

реакцию.

Бсли бы,

например'

конце

3аряда аккумулятора водород

и кислород

любой момент

выделялись

в строго

стехиометри_

ческом соотно|шении,

то было

бы возмох<но их каталитическое

взаимодействие

с образованием воды. Ёа

самом

деле'

однако,

стехиометрического

выделения

га3ов

при

заряде аккумулято-

ров

нет и

указанный

метод

при полной

герметизации аккуму-

лятора не мох(ет

быть

реали3ован:

тот

га3' который в

смеси

ока3ывается в избытке' накапливается

до

боль:пнх

давлений,

и в

конце концов вы3ывает

ра3рыв

сосуда.

настоящее

время ваибол9е

распространен

другой

принцип,

впервые

ра3Работанпнй

ддд

гернетнчных никедь_кадмиевых

аккумуляторов.

€оотноцления

Реагентов

в аккумуляторе

рас-

счнтывают

таким

образом,

что прп

3аряде анодное

выделен|{е

кшслорода

на полох(ительном

(окнсноникелевом)

9лектроде на_

чтднается

задолго

до

пачала катоднок)

выде]1ення водород{

на

отрйцательном

(кадмиевом)

электроле.

'[,ля

этого в отр'{ца_

тельный

электрод 3акдадывают

избыт9к

не3арях(енного компо_

пента_окиси

кадмия

с6о

(рис.

6.7). Аккумулятор

устроеп

таким

о6разом,

что

выделяющпйся

на

.аноде

кислород

легко

подходит'

]поверхпости

катода

(отрншательного

9лектрода}'и

там

химячески

взаимодействует с образовавш[{мся

при 3аряде

металлическим

кадмием.

9той

реакшией

достигается

двойной

ре3ультат_газообразннй

кислород

вступает в

реакцию'

т. е.

не-

накапливается

в акщмуляторе'

а металлический

кадмий

отрицательном

электроде

частично

окисляется.

8следствие

этого

степень

3арях(енности

отрицательного

электрода

растет

не бьтстрее,

чем

полох<ительного.

|1осле полного 3аряда

поло-

)кительного

электрода

степень 3аря)!(енности

отрицатель}того

электрода

больтше

не

увеличивается'

так

как

скорости

образо-

вания и окисления

металлического кадмия становятся

Ф[|{}{2:

ковь|ми;

таким

образом,

не

во3никает

опасности

вь1деления

во-

дорода

на кадмиевом

электроде.

|1ри

продол>кающемся про_

пускании

тока заряда

никаких

дополнительньтх

химических

и3-

126

менений..

аккумуляторе

не

происходит

кислород

совер1пает

круговой

процесс'

выделяясь

на

аноде

реаги$уя

на катоде.

|1р;т

этом-вся энергия

при

заряде выделяется

в-

виде

тепловой!

энергии.

||о

этой

причине

1онцу

3аряда

герметичнь1х

акку_

муляторов

начинается

интенсивное

тепловыделение

повы1ше-

ние

температурь1. Б

герметичном

аккумуляторе

при

3аряде

пере3аряде

устанавливается

несколько

повьт|шенное

давление

к!.!слорода.

!оступ

га3а

кадмиевому

электроду

облегнается

тем'

что

в аккумуляторе

исполь3уется

небольтпой

объем

элек_

тро'т]ита;

электролит

находится

в порах

тканевого

сепаратора'

г1ричем часть

пор

остается

незаполненной

обеспечивает

пе_

ренос

га3а.

Бсли

ток

3аряда

мень1|]е

некоторого

критического

3начения

1,.т'

герметичнь]е

никель_кадмиевьте

акку},луляторь|

допускают

Рис.

6.7.

€хема процессов

при

пере_

3аряде

и переразряде

герметичнь|х

никель_кадмиевь|х

аккумуляторов.

окислы

никеля, 2

кадмутй,

окись

кадмия;

3_полезная

емкость;

4_пере_

заряд;

5_перера3ряд;

6_антиполярная

добавка

длительный

(неограниненный)

пере3аряд'

что

особенно

вал(но

при

эксплуатации

необслу:киваемых

аппаратах

}

автомати-

ческим!|

зарядными

устройствами.

критическое

-3наченне

тока

определяется

скоростью

пРоникновения

кислорода

к поверхно_

сти

кадмиевого

электРоАа]

обычно

]*-$,$2.

|1ри

больших

зна_

чениях-

тока

3аряда

допустимая

длительность

пеРезаряда'

9гРз_

нич}|вается

3место

описанного

'кшелоро0яоео

ц1'кя^

для

со3дания

гер-

метичнЁх

аккумуляторов

можно

было

бш

использовать

.анало-

гичный

во0оро0ньсё

цшкл:

избнток

Реагента

на

поло}!(ительном

электродч

начало

вь}деления

водорода'на

отриц'*гельйом,

вза;т_

модействие

водорода

с окислителем.

Адя

никель-кадииевых

аккумуляторов

более

удоб1{ым

оказался''*ислоропнь!й

цнкл.

()пасность

газовыделения

возникает

не

только

в конце

3а-

ряда'

но и при переразряде

отдельного

аккумулятора'

находя_

щегося в составе

6атареи

6.4). |1ри

перера3ряде

никель-кад_

миевого

аккумулятора

3ависимости

от того'

какой

элёктрод

ограничивает

емкость'

сначала либо

выделяется

кислород на

кад1\1иевом

электроде (аноле),

либо

водород

на

окиснойикеле-

вом

электроде (катоде).

€

влиянием

этих

процессов

мох<но

бо-

роться

так }|{е,

как

и с

га3овь1делением

при пере3аряде.

€оот_

ношения

активнь|х

масс и

степени

их

3арях{енности

выбирают

так|1м

образом,

что

при

ра3ряде

ограничителем

емкости

ста-

}тов].1тся

отрицательньтй (кадмиевьтй)

электрод,

т.

е. |1'а нем

127

;

о,5

1.о

6топень заряженности

выделен}[е газа нач!1нается

рань1ше'

чем на поло}кительном

(окисноникелевоьп)

(см.

рис.

6.7).

Фбразу:ощийся па аноде

кис_

лород отводят

катоду

(окисноникелевому

электроду)'

где

он

восстанавливается.

(

сох<алению'

потенциал окисноникелевого

электрода

сли1пком

полох(ителен

для

катодного

восстановле!{ия

кислорода.

||оэтому

активную

массу

этого

электрода

добав-

ляют

некоторое

количество

окиси

кадмия

(так

на3ываемую

антшполярнуто

0обавку)'

|1осле полного

разряда

окиси кикеля

прн

дальнейгшем

перера3ряде начинается

не

выделение

водо_

рода,

восстановление

окиси кадмия

до

металлического

кад-

мия. |1отенциал

этого процесса значительно

более отрицате-

ле1{,

чем

потенциал

восстановления окиси }{икеля.

(оличества

компонентов

рассчитывают

таким образом,

что

переход

от вос-

ст8новления

ок!]си никеля к

восстановлению

окиси

кадмия

до-

стигается

рань1ше

начала

выделения кислорода на кадмиевом

электроде. |(огда

последний

процесс начинается'

кислород,

!ФА-

ходящий

к катоду' легко

восстанавливается при потенциале

кадмкевого

электрода.

1ак

как при

этом

масса катода

даль-

ттей:шем не меняется,

такой

аккумулятор при

неболь:шом токе

мох(ет

переразря)каться

неограниченно

долго.

.[ля

лругих

типов

аккумуляторов

иногда исполь3уют

спе-

циальные

вспомогательные

электроды'

облегчающие

реакции

выделяющихся

газов. Ёапр:тмер,

в гермети3ированном

свин-

цовош

аккумуляторе

моя(ет

быть использован

небольтцой пори_

стый водородный

электрод

(такой

)1{е'

как водородный

эдек-

трод топл}!в'*шх,€л€ш€|{тов

х(идким

электрол!{том'

см.

гл. 17),

который

частично

погрух(ен.в

раствор

электролита

электри-

чески

соед1{нен

!|о.,|ох1|тельным

электродом

[6.4].

Бслп

ре-

зультате

самораствоРення

св}|нца в

газовой

камере

появляется

водород'

то он

сразу окнсляется на

вспомогательном

9лектроде

до

воды. |[ри

этом

восетанавливается

эквивалентное колнче-

ство

двуокиси.свпнца,

потери

емкости на

обоих эдектро-

18х

одннаковы.

г| ко|

стРушт'||нцо

то|шопо]'чоспгсэ

про6пэшн

г!Рл*этосз.ц}н

}словнем

хороше*

герметизации

являегся плотное (по

оъ

но[шению

х(идкостям

газам)

соединенне

отдельннх

кон-

структпвных

элементов

источника

тока_коРпуса'

крн[цк[{'

зы-.

водов,

клапанов

т.

д.

зависимости

о1, применяемых

м8те-

ркалов

их

соединяют

путем скленвания,

спаивания'

сварки'

заливки

герметизирующими

составами

и т.д.|1ри

этом

дол)кна

оыть

ооеспечена

химическая

стойкость, а

такх<е термостой-

кость

мест сочленения

(например,

отсутствие

растрескивания

ц3-_щ

ра3:пичных

коэффишиентов

теплового

рас|ширения).

Аля'

хит,

ра6отающих

пр!!

обычных

температурах'

эти

вопрось|

о6ычно

ре1паются

без

особого

труда.

Ёо

для

высокотемпера-

турнь|х

источников

тока

(особенно

с электролитом в

виде

хи_

|28

мически

очень

агрессивнь1х

расплавов)

они

часто

превраща-

ются

крупную

проблему,

3атрудняющую

ра3работку

новь1х

вариантов

[141.

-Фсобую

трудность

представляет

герметизация

выводов.

Рсли

корпус

металлический,

по

крайней

мере-один из-вь|водов

дол-

а<ен

6ьтть электрически

и3олированнь1м.

1аким

образом,

всегда

возникают

вопросьт

герметического

сочленения

металлических

токовь1водящих

деталей

и изоляционных

неметаллических

ма'

,"риалов.

Б низкотемпературных

ист6чниках тока

обычно

та-

кие

места заливают

мастикой

или

применяют

вь|воды

гер-

метизируюшей

резиновой

|\л|1

пластмассовой

прокладкой

(рис. 6.8).

|1ри определенной

степени

сжатия такие

прокладки

обеспечивают

достаточную

герметичность

места

сочленения.

1рулности наблюдаются в

источниках

тока с

щелочнь1м

элек'

Рис.

6.8.

Разные варианть|

гермети3ации выводов свипцового аккумулятора-

тролитом.

9тот электролит о6ладает свойством

<ползучести)

чере3

мельчай:пие

щели

пл|1 через места при>кима

ре3инн

к металлической

поверхности

[6.5].

Распространение

щелоч1{

вдоль.поверх1!ости металла приводит

к ее выпол3анию и

об-

ра3ованию

боль:ших

белых налетов

из

углекислых

солей

(в

ре_

3ультате поглощения

щелочью

углекислотш

из

воздуха).

3тот

процесс

выпол3ания

щелочи

сильной степепи 3ависит

от по-

тенциала

электрода. Ф6ьгчно он

зн6чительно

сильпее

'выражен

на

отрицательном в}#воде

[[4?,

ием на'

поло)китедьном'

что

связано с зависимостью смачиваемости от 3начения

потенциала.

высокотемператур||ых

)(й1 использование

упругих

про-

кладок

для

гермети3ации и

изоляции нево3мох<но. |[оэтому

выводы

выполняют

с использованием

керамических

изоляцион-

ных

материалов.

6.6. 1епловь|е

процессь!

химических

источниках

тока

||ри

разряде

хит

наряду с

электрической

вьтделяется п

тепловая

энергия. 3ьтделение

теплоты

происходит и при заряде

аккумуляторов.

€

учетом

уравнения

(1.16) ($

1.5)

мощностъ

3аказ

]ф

!561

129

тепловь1деления'

т.

е. количество

теплоть!' вь]деляющееся в

еди-

ницу

времени'

п1о)кет

бь:ть

представлена в

в].1де:

при

разряде

при

заряде

ц:

,-0

,);

|"(0"-0

,).

(6.2)

(6.2',)

{,отя

теоретически

для

некоторь1х электрох|-]мических

систем

во3мох(ен

разряд

при напря}кении 0,}0,

пл14

заряд

при на_

прях{ении

0"1[)ч,

что привело

бьт

к поглощению'

а не к выде_

лению теплоты, практически

такие

случаи

встреча1отся крайне

редко.

|[ри

разряде

в обь:чнь!х

условиях

отно|пение

тепловой мощ-

ности к

электрической

}',ч-Рч| Р:(цч-цр)|(]р

Аля

больтшиц_

ства типов

{{{41 колеблется

от

0,2

до

0,4. Фсобённо велико

теп-

ловь|деление при

ра3ряде

!,й1

отрицательнь1ми

электродами

и3

магния

|тлп

алюм!1ния'

так как

для

этих

электродов поля-

ризационньте

потери

велики

ука3ан1{ое

отно1пе}1ие стано_

вится

больтше

единицы.

Ёсли

процессе

ра3ряда

или

заряда

меняется

токообразу-

ющая

реакция'

то

соответственно

меняется

и значение

0,, 1ри

пере-3аряде

герметичных

никель-кадмиевых

аккумуляторов

(см.

6.5)

нет

суммарной

химической

Реакции,

так

!<ак

образую-

щиеся

кислород

металлический

кадмий тут х(е

взаимодей-

9твуют

с образованием

исходной

окиси кадмия;

следовательно'

!,:0

и вся

электрическая

энергия

превращаегся

в теплоц.

9нтальпия

побочных

процессов

-(напринер'

коРро3ионных), йе

связанных

образованием

электривёского

тока'

для

которых

0ф:0,

тох(е полностью

выделяется

в виде

теплоты. Фченьсиль-

ное тепдовь1деление'

естественно'

может

происходить

пР1{

внут_

рен|{ем

коротком замыкании,

особенно

случае энергоемких

источников

тока

с активными.реагентами

(например'

в сере-

бряно-цинковых

аккумуляторах)

-8

Результате

тепловыделения

температура

)(й1

во вРемя

работы

постепенно

повышается.

8 конце

концов.достигается

стационарное

температурное

состояние,

при

котором

тепловы_

деление

компенсируется

теплоотдачей

в окру}'(ающее

простран_

ство-

(рис.

6.9,

кривая

/).

-(.тационарное

превы!шение

температурь| [й1

над

окрух(аю_

щеи

^/о:,{с-1'окр

3ависит

от интенсивности

тепловыделения

от габаритньтх

ра3п{еров.

Бсли

сравнивать

ме)кду

собой

одно"

типньте источники

тока

разного

объема 7,

работающие

оди_

наковом

ре)киме'

т'

е. при

одинаковом

нормированном

токе

то

уАобно

Р.ч9с1и-

рассмотрение

удельную_объемную

плотность

тока

!,:|/7. }1опцность

тепловйделенйя тогда

равна

|уу^ц

(^(]:0,_0р).

Фбщая

интенсивность

охла)кдения'

очевидно'

130

равна

с5'*''А7",

где

сй

коэффишиент теплоотда'{и,5'*''-

вне1п-

няя

поверхность.

|[риравнивая

эт11 величины'

находим:

А7"

а-|}

у[[0

(6.3)

где

[-7/5'',-характерньтй

линейный

размер

источника

тока"

1аким

образом,

при

аналогичных

условиях работь:

повы1пе-

ние

температуры

пропорционально

линейньтм

ра3мерам:

в мало-

габаритных

{й1 оно

мало'

в крупных

образт:,ах

вели-ко.

|1о

этой-

принине

повь11пение

температуры лри

ра3ряде

батарей

всегда

больгше, чем при

ра3ряде

отдельнь|х элементов,

входя_

щих

их состав.

3ависимость

(6.3)

лишь

приблих<енно

опись1вает

работу

реальньтх

хит. в ней не

учить|ваются'

в частности,

неравно_

а)

б)

Рис.

6.9.

|4змёвеяие темпеРатуРц

)0{1 прн

работе

разных рех(имах

и прп

температур€

окрух<аюшей

.'.*"'3#*!'(#,

и.

ни'(е

(6)

мпнпмальной

рабовей

мерность тепловыделения

по

о6ъему

и свя3анная с

этим не_

равномеРность

рас||Редедения

темпеРатуРш

внутРи источн!ка

тока.

€крытая

теплота

4автр

п теплота и9-3а поляри3ац}|онных'

потерь

внделя}отся в

реакционно*

3оне'

т. е.

на поверхност!{

электродов;

дж@улева

теплота и9-3а омическшх потеРь выделя_'

ется

в основном

в электролите.

.[|,аже

'в

стационаРном состоя_

ни!'

1!а поверхности

электродов мо)!(ет

наблюдаться'местный

перегрев.

3то, с одпой

стороны' способствует

улуч|шению

харак_

тер!1егик'

лругой-мох(ет

привести к

усилению

корро3}|и

электр0дов. Ёаличие х(идкого электролита

большой

тепло-

емкостЁю,

свободно

циркулирующего

мех(электродном

про-

странстве'

несколько

выравнивает температуру.

ка>кдого

!,й1

существует

некоторая

максимально

Аоп}_

стимая

температур?

|тпах, вы[ше

которой

процессы

ра3ру[шения

(коррозия,

старение)

резко

ускоряются.

|[оэтому и

существует

некот'орь:й

критический

стационарньтй

ток /^',

вь1тпе которого

наступает

перегрев

(максимально

допустимый

ток

1доп

йФ}|(01

быть

мень1пе

1*,,

если

он лимитируется

другими

прининами).

чем

вьт1пе

окрух(ающая температура'

т'

е. чем

мень1пе

допу-

13||

стимь|й

рост

температуры

А73,

тем мень|ше

/*'. €

целью

уве-

личения

^/^,

мо>кно

использовать

ра3нь|е

приемы:

оставлять

ме>кду

отдельными элементами

батареях

3а3орьт^для

свободного

доступа

циркуля1\и1.]

во3духа

(увели-

чение

5''')

]

обдувать

[|41 возлухом

помощью вентилятора

(уве-

линение

с);

снаб>кать хит

вне1пними

теплообменнь1ми

ребрами

(увелинение

5'*,);

4) использовать

принудительную

цирк}ляцию

х(идкого элек-

тролита

чере3

вне|пний

контур

охлах{дающим

устройством;

5) использовать

встроенные

холодильники

)кидким

теп-

лоносителем.

Фбь:чно

такие мерь1

применяются

только

для

{,й1

сравни-

тельно

больтших

ра3меров' ра3вивающих

при

разряде

стацио-

нарную электри.тескую

мощность

1 кБт

вы1пе.

[ипдические источники тока

эксплуатируются такх{е в

не-

стационарньтх

тепловьтх

ре)кимах.

Ёаиболее

часто

используют

кратковременнь1е

ра3рядь|

токами'

превь11|]ающими

1кр. 3то,

частности'

имеет место при

запуске

двигателей

внутреннего

сгорания

с помощью

стартерных

аккумуляторных батарей.

момент

3апуска автомобильного

двигателя

ток

ра3ряда

бата-

реи

соответствует 3начениям

|р:3+5,

по

длительность

запуска

не превы[шает 20 с. 9ем больгце ток' тем

меньше максимально

допустимая

длительность

ра3рядА

||тпа*

(рис.

6.9, крпвая

2).

Ёеобходимо'

однако' иметь

виду' что в случае

больтцих то-

ков ограничения

длительности

ра3ряда

во3мо)!{ны не только

из-3а

повы1||ения

температуры'

но

и3_за

других

причин.

Б определенных

(правда'

редких)

слупаях

нестационарность

теплового

рех(има

во

вРемепи

усиливается.

примфом

мох(ет

елу}!(ить

пРо1{есс

3аряда герметичных аккумуляторов

при

по-

стоянном 3арядном

напрях(ении.

Фбычно в таких слутаях

ток

в начале

заряда велик'

но

потом

падает

до

безопасного

для

аккумуляторов 3начения

7.2\.

@лнако

в.конце

3аряда гер-

метичных акщмуляторов тепловыделение

резко увеличивается

6.5);

в свя3и с наступающим повы|цением

температуры

электродные

реакции

ускоряются

(уменьшается

поляризашия)

увеличивается

проходящий чере3

акщмудятор

ток 3аряда.

результате

наступает тепловой

раваон_роет

тока вы3ывает

дальнейтпее

увеличение

температуры,

рост

температурь|

увели-

чивает

ток

т.

д.'

вплоть

до

теплового

взрь|ва

аккумулятора

[6.6].

1акие }ке

явления'

встречающиеся'

правда'

еще

ре)ке'

мо_

гут наблюдаться при

разряде

[141'на постоянное'

причем ни3-

кое'

вне!шнее

сопротивление.

Б батареях

могут

возникать и

цеп-

нь1е

тепловь!е

процессь1:

сильньтй

разогрев

из-3а

внутреннего

короткого

замь|кания

одном

и3 элементов

мо)кет

передаваться

на соседние,

вь]зь1вая

их

вьтход

и3 строя

усиление

тепловь1_

деления.

\32

Фсобые

вопросы

во3никают'

когда

окружающая

темлература

/окр

1{}[8ё

минимальной

рабоней

темпфтуры [!41

[^с,.

9то

имеет

место

при

эксплуатац|ти

источника

тока

в зимних

усл-о__

виях,

так'(е

при использовании

вь1сокотемпературных

{1'11

(с

ра6оней

температурой

выгпе

б0'с).

Б этих

условиях

источ'

цик

тока

перед

началом

ра3ряда

доводят

до

рабочей

темпера-

турь:

7,"'. 6ушествуют

ра3личные

способы

предварительного

обогрева:

выдер)кка

теплом

помещении'

3аливка

источника

тока

подогретьтм

>кидким электролитом'

использование

горю1их

составов

(см.

16.5)

др.

в отдельных

случаях

допускается

исполь3ование

нагревателёй,

присоединяемых

к электритеской

сети.

Р1нтенсивность

нагрева

не

долх(на

быть слитшком

высо-

кой,

так

как в конструкции

\А1

применяются

материалы'

не

выдер)кивающие

высоких

температур

(пластмассы и

др.).

Бследствие

этого

для

дости)кения

рабоней

температурь1

тре'

буется

некоторое

время-от

мин

до

3 ч.

3 последнее

время

разработаны

индукционные

нагреватели'

повы1||аю:{ие

пер'

вую

очередь

температуру

металлических

электродов'

а не

пласт-

массовых

конструкционных

деталей'

в свя3и

чем

длительность

выхода на

ре}ким

сокращается.

Разогрев аккумуляторов

возмо_

'{ен

так)ке

путем

пропускания

переменного

тока не6ольц:ой

ам_

плитуды

(вьтзываюшего попеременный

заряд

Ра3ряд

пла-

стин),

но и3-за

возмох{ного

влияния

на срок

слух<бы

этим

способом

следует

поль3оваться с

осторохшостью.

(огда

нет

других

средств

разогрева'

иногда

-исполь3уют

так

цазываемый-автора3огрев

-хит

замыкают

небольшим со'

противлением' в

результате

чего'

несмотря

на низкую

темпера-

туру'

возникает

некоторый

ток

разряда.

Аз'за

тепловыделения

температура

постепенно

увеличивается;

при этом

увеличива_

ется ток и

процесс самоускоряется.

Азтора3огРев продолх{а!от

до

дости}1(ения

рабоней

температуРы.

Фн

применим

не

для

всех

вариантов \А|, п им

такх(е следует

поль3оватьс8 с

осторо>|('

ностью.

||осле

окончан}!я

разогрева

и нач&па

рабочего. ра9ряда

во3-

никает задача

поллерх<ания

темпеРат)|Ры:

Ёсли ток

ра3ряда

вы!ше некоторого

минималь|!ого

3начен!1А

|11'

тепловыделение

частично

компевсирует

тепловые

потери

^ра6отоспособность

},141

сохраняется

длительное

время

(рйс.

6.9, кривая

8). БслЁ

значение

тока

'меньше

!тп'п, температура

чере3 некоторое время

'Фпох

ё[1|9|ится

ниже

до3воленного

уровня

(кривая 4).

Аля

умень1шения

тепловых

потерь

и сни)|(.ения

значения

[тпи

\4€[1Ф{\Б-

зуют

ра3личнь|е

спосо6ы

термииеской

изоляшии

[й1,

например'

с помощью сукна'

пет{оплас-та_и

других

материалов._

€редняя

|еплоемкость

{,Р11 составляет

0,8-1

к[:к/(кг'().

3начение теплоемкости

не

влияет на

тепловые

процессы

в ста'

ционар[{ом

состоянии'

т. е.

на 3начения величин

|^р,

|^;'

и [[",

но

оно

влияет

на

кинетику

переходннх

тепловь1х

процес-

сов'

1з3

6.7. Рсзер:нь!о

хи^^ические

источники

тока

1ермин

<резервный

хит>

относят обычно

только к элемен*

там или

батареям

однора3ового

исполь3ования

со сравнитель_

но активнь1ми

реагентами.

Б это понятие

не входят сухо3аря-

0|сенно[е

аккул|уляторь['

которьте

вь1пускаются

незалитом

состоянии

дол)кнь1

бьтть

заполненьт

электролитом

перед на-

чалом

эксплуатации;

после заливки

такие

аккумуляторьт

допу-

скают

длительное циклирование

практически

1{е

отличатотся

от

аккумуляторов'

выпускае_

мьтх

в 3алитом

состоянии.

зависимости

от

способа

приведения

действие

(от

спо-

соба

активации)

различают

следующие

варианты

ре3ерв-

ньтх

!,141.

[!аливнь:е

водоактивиру-

емь|е

химические

источники

тока.

|]алшвньс.е

|Р|7

и3готав_

ливают

без

электролита.

||е-

ред

использованием

через

3а-

ливочное

отверстие

в крьт.пке

!водят

)кидкий

электролит.

3аливку

производят

вручну1о

|1лу|

с помощью

вспомогатель_

ного

до3ирующего приспособ*

ления.

некоторых

с]|учаях

источ*

ник

тока

заливают

не

9лект_

ролитом'

водой

(во0оактшвш-

руемь[е

х|4т''. 8

одних

вари_

антах

твердая

безводная

ще-

лочь

или

соли

закладываются

электродь|

или

специаль-

ные

ме|дочки

в мех(электрод_

Рис.

6.10.

€хема

-устройства

ампуль-

ной

батарен.

корпус

6атарев; 2

элешент;

_:иа-

тан

дл!

вцхода.

воздуха;

ашпула

9лектро]!итош;

баллов

со

с:катым

газом;

-6-клапав

с-пв9о3апальвыи

уст-

ропством; 7_обратный

клапан.

ке

источника

тока

водой

быстро

ъ"*#Ёж;Ё;т'#й:з"''т;11;

электролита

ну)кной

концентр1ции.

Ёру."1

"1йй!й.й*

хит

:.]_'{*-

реакции

образуются

растворенные

-соли,

к6торые

слу*

}31_?].*'ролитом;

самом

началё

разряда

из-за

высокого

со_

противления

воды

!оо1чо

использу|т.}

йор.йй

йй')^'*'р'*_

теристики

несколько^сни}кены.

п^Ёц"9р''

водоактивируемых

[й1

могут

слух{ить

описанные

:+.#6а'';;;";';;!#й.',,*,*

анодами.

Ампульньле

химические

источники

тока

[6.7).

Ампульнь[е

1Р17

отлпчаются

от

наливных

тем'

что

х<и}дки}|

элек}ролит

хранится

специалъ-ном

резервуаре

(ампуло)

""у'рй_

хит.

момент

приведения

р'аоой"

с6."'"",.

с помощью

специ*

134

альных

приспособлений

раствор

перекачивается

в электроднь]е

!{амерьт.

Баиболее

распространенный

способ активации

таких

бата-

рей_пневматический

(рис.

6.10).

с помощью

пирозапала от_

крь]вается

мембранный

клапан,

3апирающий

баллон

со с)ка-

тым

га3ом.

|1од

влиянием

давления

га3а

с:л(имается

гутбкая

ампула с

электролитом'

прорывается

мембрана,

перекрываю-

щая

горловину

ампулы'

раствор

электролита

выталкивается

эле[(тродную

камеру. Фписаньт

конструкции

ампульньтх

ба-

тарей, в

которых

общее время

приведения

рабонее

состояние

11е

превь|1пает

0,1

[в.9].

Аругой

вариант исполь3уется во взрь1вателях

артиллергтй-

ских снарялов

[8.9].

Б момент выстрела

разбивается

стекля[{-

ная ампула

электролитом' которая

находится

шентральной

части },й1,

имеющего

цилиндрическую

форму.

|1од

влиянием

т{ентробе>кной

силы из-3а

вращения

снаряда вокруг проАольной

'оси

электролит мгновенно

отбрась|вается к

электродному блоку,

располо)кенному

концентрически

вокруг

ампулы.

Ампульньте )(|41

лороги

в и3готовлении;

они

используются

разньтх

областях военной

техники'

где

требуется

сочетание

споеобности

длительному

хранению

постоянной

готовностью

к быстрому

(менее

с)

приведению

в о_абочее

состояние.

'['епловь|е

химические

источники

тока.

(онструкция

тепловь|х

1й?

булет

рассмотрена

16.5.

;

вопРосы эксплуАт^ции

химичБских

источников

токА

7.|.

9ксплу!т!ци' ||еР.и|ш.[ц

ш,нич0сш,х

!{сто|ш',!(ов

ток!

одно

из

важнь[х

преииуществ

пФвичных

)(Ё1

состоит

в про_

стоте

их эксплуатаций.

Больш:днств6 таких

источников

не тре-

бует

никакого

обслу}киванпя.

||одготовка к

работе

заключа-

ется

щоверке

внешнего вида

срока годности'

иногда

фактитёских

параметров источвика тока

(нРц'

начального

ра3-

рядного

напрях(ения).

|1ри

подключени*т \А|

необходимо

сле-

дить 3а

соблюдетлием полярности и за наде)|(ностью

контактов.

Ёесоблюдение

полярност1{

мох(ет привести

к наРушению

нор.

мальной

работы

дах(е

* выходу

из

строя

аппаратуры' в

осо_

оенности

радиоэлектронных

схем'

содерх(ащих

тран3исторы

эл

ектролитические

конденсатор

ы.

3лектринеский

рет<им

работы

источников

тока

определяется

графиком

нагрузки потре6ителя.

большинстве

случаев

пер_

вичньте

{,]:11

работают

по слох{ному

и часто произвольному

гра_

фику.

Ёапример,

мощность'

отбираемая

от батареи тран3истор_

135

ного

радиоприемника'

изменяется

при

изменении

громкости'

приемник

включается

и вь1ключается

произвольно.

электро-

часах

кардиостимуляторах

источники

то-ка

работают

непре-

рь1вно'

но график

разряда

импульсньтй.

6лунаи

непрерывной

работы

на

постоянную

нагрузку

встречаются

довольно

редко.

|1ервинньте

{Р11, как

правило,

исполь3уют

ло

вьтработки всей

емкости.

Фднако в

некоторьтх

случаях следует из6егать их пол-

ного

ра3ряда

особенно

длительного

хранения в аппаратуре

после

окончания

разряда.

Фтдельные

элементь|' в

частности

наиболее

распространеннь{е

элементь1

марганцево-цинковой

си-

стемы' после

полного

разряда

<текут>;

вь|деляющийся

электро-

лит

мох(ет

привести

корро3ии потребляющей

аппаратурь].

некоторьтх

(правда,

крайне

редких)

случаях наблюдаются

взрьтвь]

герметичнь|х

элементов, в частности элементов

ртутно_

цинковой

системь1

отдельнь|х

типов

элементов с литиевь1м

анодом

при

хранении

разрях(енном

состоянии. Фсобенно

тща-

тельно необходимо

следить

за

работой

батарей

из больгшого

ч|!сла последовательно

включенньтх

элементов.

8о избе>кание

переполюсовки

следует заблаговременно

отключать

батареи.

Больтпинство

первичных

хит характеризуется вь|соким

внутренним

сопротивлением. |[оэтому

кратковременные вне1!]-

ние короткие

замыкания

обьтчно

не

приводят к больтпим

раз-

ру|пениям..

Ёекоторые

типы

первичнь1х )(й1 требуют

более

сло}кного

обслух<ивания.

1ак, в

случае

резервных

батарей

перед

работой

необходимо

провести

определенные

операц\4п

для

их актива-

ции.

|1ри экспдуатацпп

\А|

уФ1овиях

низких температур

их

часто

пРедварительно

обогревают. 8о всех

этих

случаях пер-

вичные

элементы

батареи сна6х<аются

подробнуми

инструк-

циями.

т.2.

9ксплуатвция

акку^^уппоРо]

а|

Рож;мш

9п€плу!т!цих

Аккумуляторы

и аккумуляторные

батареи

требуют

6олее

сл0х(ного

ухода,

чем первичные

)041,

и эти

ослох(нения

3на_

чительной

степени

свя3аны

с процессом

3аряда. Ёслн

рокиш

ра3ряда

аккумуляторов

определяется

особенностью

аппаратурь1

потребителя'

то

рех(им

3аряда

зависит

основном

от особеййо-

стей

самих

аккумуляторов.

14з-за

га3овыделения

при заряде

большинство

аккумуляторов

имеет негерметичную

конструкцию'

что

влечет за

собой

дополнительнь1е эксплуатационные

осло>|(-

нения

по сравнению с

первичными

!,141.

Различают-

три

ре}кима

эксплуатац\4|4

аккумуляторов;

пере-

ключеншя,

буферньсй

п аваршйнь:й.

рех<име

переключения

ак-

кумуляторная

6атарея

ра3ря}](ается

и 3арях(ается поочередно-

1акой

режим

характерен' например,

для

|яговых

батарей'и

фо*

130

нарных

аккумудяторов.

Б 6уферном

рех(име

аккумуляторная

6а1арея

подключается

параллельно

другому

источнику

электро_

энер!ии;

при

возрастании

нагРу3ки

батарея

частично

разря>1(а_

ется,

при

сни)кении

нагру3ки

она

вновь

под3арях(ается.

Б бу_

фернот*

рех(име

работают

стартерные

батареи

на автомобилях,

аккумуляторньте

батареи

составе

космических

аппаратов

!ру1"ё.

Б аварийном

_(резервном)

рех<име

аккумуляторная

ба-

тареяпостоянноподдер>киваетсявсостоянииготовностикра-

бо1е,

но подключается

цепи

только

в аварийной

ситуации

при

прекращенииподачиэнергииотосновногоисточникаэлектро.

энергии.

1(роме

обьтчных

зарядно'разрядных

циклов

применяются

не-

которые

специальнь1е:

форлсшровоцнь[е

ццкл6,

после

и3готовления

пластин

или

т{осле3аливкиаккумулятораэлектролитомдляприведенияпла-

стин

рабонее

состояние

(иногда

ограничиваются

только

одним

формировотным

зарядом)

;

контрольно-треншровоцнь[е

цшкль!.

том

случае'

когда

ак-

кумуляторь1

эксплуатируются-

нерегулярно

14л|4

постоянно

ра3.'

ря)каются

не

на полнуБ

глубину;

эти

цикльт

включают

по.гп+ый

ра3ряд

последующий

полный

заряд

номинальным

током'

6| €посо6ш

'.ряла

!шкунулягоРов

3арядные

устройства

имеют'

ка-к правило'

падаю|цую

вольт_

амперную характеристику_чем

больтце

выдаваемый

ими

ток,

тем йейьше их

н6прях(е!!ие.

|1оэтому, если

не применять

спе'

циальншх

регулирующих

устройств'

ростом

нащях(ения

акку_

мулятора при

заряде

ток 3аряда

уменьшается.

Б ооль1цпнстве

случаев 3арядные

устройства

снаб>кены

системами'

по3воляю-

щими

регулиРовать

и поддерживать

постояннъ|м

один и3

элек'

трических паРаметров

напРя'(ение или

ток

заряда.

8 завйси-

мости

от

того' какой

электрический парацетр

регулируется'

раз'

личают

два

основных

способа

заряда:

прш постоянно'1

токе

пр

по

сто&нно

!* напр

я'|с

ен11.ш.

3арял при

постоянг|ом

токе

(рис.

7.1'с) характеризуется

сравнительной

простотой'

аппаратурного оформления'

так

как

уётройства

для

йоддерх(ания

постоянного

тока обычно

проще,

нем

устройства

для

поддерх(ания

постоянного

напрях(ения.

9добствой этого

способа

является

так}{(е

простота

расчета

ко_

личества

пропущент1ого

электричества

как прои3ведения

тока и

времени

з6ря7а.

Фднако

этот способ

заряда

имеет

и свои

недо'

статки.

|1рй

малом

токе

вРемя

заряда велико. ||ри

больтпом

токе

концу 3аряда

ухуд1шается

3аря}каемость' так

как нерав_

номерное

распределение

тока

по толщине

пористых

электродов

вьтзь[вает

нару>кных'

у:*(е

заря)кенньтх слоях

обильное

га3овы_

деление' в

то время

как

внутренние

слои ли1пь

медленно

до3а_

ря}каются.

137

Бо

время

3аряда

при

постоянном

напря)!(ении

ток"

вначале,

велик

даль1ше

непрерь|вно

умень1шается

во

времени,

(рис.7-\',б).

концу

заряда

ток

уйеньтшается

до

очень

маль1х

знанений,

вследствие

чего

время

г[олного

заряда велико.

Боль-

1пое

3начение

имеет

правильный

выбор

напрях(ения

заряда_

чем

оно

мень|пе,

тем

мень[ше

побочньте

процессь1

га3овьтделе_

{{ие

при

заряде,

но тем

больше

пРоАол)кительность

заряда. Фп-

тимальное

зарядное

напря>кение

зав|{сит

от температурьт

от

состояния

6атареп,

что

услох(няет

применение

этого

способа-

г1едостатком

этого

метода

является

такх(е

перегрев

аккумуля-

тора

из-за

больш:ого

|{ачального

тока.

в)

г)

д)

Рис.

7.1. Разгтые

спосо6ьп

3аРяда

аккушуляторов.

--Аля

пРеодоления

недостатков'

присущих

простым

способам

3аряда

при постоянном

токе-или

при

постоянном

напрях(ении'

1цироко

используются

разнообразные

комбинированные

способы

3аряда.

}'о

всех

этих

способах

целью

сок}ащения

времен|'

3аряда

ум€ньшения

газовыделения

исполЁзуют

Ёачаль-

ной

стадии

больтшие

токи

заряда'

конечной

неболь:,цие

токи.

€равнительно

пРостым

является

3аряд

ступенчатым

током

(с-тупеннатьой

эаря6):

сначал]

зйй}д-

проводят

при

номиналь-

ном

то^ке

до

заданного

конечного

напрях(ения'

затем

сни>кают

ток

2_3

раза

продол>]{ают

заряд

опять

до достих{ения

за-

данного

напряжения.

8озможны

так}|(е

трех-

четь|рехступен-

чатые

рех<имы

заряда

(рис.

7.\,

в)

|]ри

использовании

постоянного

напрях(ен|4я

для

предупрех(-

дения

перегрева

часто

ограничивают

поддерживаюЁ

п6стоян-

138

ным

начальнь:й ток

3аряда.9ерез

некоторое

время заряд

пере-

водят

ре'{им

постоянного напрях{ения

(рис.

7'|,е). Б

лругих

случаях

[{ачинают 3аряд при постоянном

напрях(ении'

после

падения

тока

до

определен1{ого

значения продол>кают

при

по-

стоянном

токе' чем сокращают

общее время

заряда

(рис.

7.1,0).

Бозмо>кньт

разноо6разнь1е

другие

комбинации этих

режимов'

|1ереклюнение

от

одного

ре)кима

(одной

ступени)

другому

проводится иногда вручную'

иногда автоматически

по истече-

нии 3аданного времени

11л|1'

по

дости)ке!]ии

определенного

тока

или напря}кения.

.[,ля

умень1пения

тока

заряда во

времени

мо-

>кет

быть

такх(е

использована

падающая вольт-амперная

кри-

вая

зарядного

устройства

при отключеннь1х

системах

регулиро-

ва11т4я; правда,

для

этого

характерист||к|1

зарядного

устройства

аккумуляторной батареи

дол}кны

бьтть согласовань|, что огра-

ничивает

универсальность

такого

способа.

Б некоторьтх

случаях

для

заряда аккумуляторов

(особенно

шеловньтх)

исполь3уют асимметриннь:й

переменный ток' полу-

ченньтй нало'(ением постоянного и переменного

токов

[Б.5].

г|ри

этом меняется

структура образующихся

при 3аряде

активньтх

масс'

что сказь|вается

на эксплуатационно-технических

харак-

теристиках

аккумуляторов_ несколько

увеличивается

ра3ряд-

ная

емкость или ста6илизируется

напрях(ение

разряда.

Ёаблю-

даемые

эффекты сильно 3ависят от соотно!цения

значений пере-

менного

постоянного токов и от частоты

переменного

тока.

|[ри

заряде. асимметрит!ным

током

усиливается

тепловыделение'

а такх(е возмо'(но

усиленное

газовыделение.

Аля

отдельнь:х

типов

аккумуляторов

(в

частности'

для

ряда

вариантов свин-

цовых

аккумуляторов)

заряд асимметричным током

сокращает

срок слух(бы и поэтому

не

применяется.

Фтрицательно влияет

на такие

акщмулятоРы

дах(е

1!едостаточно сглаженный

постоятт-

ный ток

от

выпрямителей.

Разл:тчают

полньь0 эаря0, когда аккумулятоР бь[л

в почт[{

полностью

разряя<енЁом

состоянпп,

п гто0варя0

для

восстанов-

ления

потерь е}дкости вследствие саморазряда пл'1

неглубоких

разрядов.

||олзарял мох([{о

проводить периодическ!|

или

непре-

рывно.

Ёепрернвный

подзаряд

очень

малым

током

для

ком-

пенсации-самора3ряда

при

длительном

хранении

зарях<енной

аккумуляторной

батареи

в состоянии

постоянной готовности на_

зьтв

ают ко''пенсацшоннь[м

по0зар

я0ом.

||ри эксплуатации

некоторых

типов

_аккумулятор[{ых

6атарей

иногда

проводят

!равнштельньсе

варя06,

путем продолх(итель_

ного

пропускания неболь:дого

тока заряда

(|.:0,03+0,05).

1[ель

уравнительнь|х

зарядов

полная

регенерация

активных ве_

ществ

всех электродов

во

всех аккумуляторах

для

ликвидации

возник1||их

разлиний

в степени

их 3арях{енности

(см.

6.{).

|[ри

заряде во3никает

проблема

определения

конца 3аряда

как

батареи в

целом'

так

и отдельных

аккумуляторов.

|1равиль-

ное

определение

окончания

3аряда является непременным

усло-

139