Skābes akumulatori un to raksturojums

Akumulators ir enerģijas avots, kurā ķīmiskās reakcijas enerģija izlādes laikā tiek pārveidota par elektrisko enerģiju un uzlādes laikā otrādi. Tā galvenā atšķirība no parastā akumulatora ir spēja atjaunot enerģiju, atkārtoti uzlādējot. Lai uzlādētu, ir jāpieliek līdzstrāva pretējā virzienā nekā izlāde.

Svina-skābes akumulatori tika izgudroti 19. gadsimtā un joprojām ir vispopulārākie akumulatori visā pasaulē, pateicoties to zemajām izmaksām un augstajai efektivitātei. Ierīce sastāv no korpusa un diviem pretējas polaritātes elektrodiem, kas iegremdēti elektrolītā — skābes šķīdumā —, tāpēc arī nosaukums svina-skābes akumulatori (AKB — Rechargeable Acid Batteries). Svina-skābes akumulatori ir pazīstami arī kā svina-skābes akumulatori, pateicoties materiālam, no kura izgatavoti elektrodi.

Kā tie darbojas?

Akumulators darbojas ar svina un svina dioksīda reakcijas elektroķīmisko procesu sērskābes ūdens šķīdumā. Kad elektrodiem tiek pielikta slodze, notiek ķīmiska reakcija starp svina dioksīdu un sērskābi (H2).₂TĀPĒC₄, kā arī svina oksidēšanās reakcija uz svina sulfātu. Izlādes laikā svina dioksīds tiek reducēts pie katoda ("-"), un svins tiek oksidēts pie anoda ("+"). Uzlādes laikā notiek apgrieztas ķīmiskās reakcijas un ūdens elektrolīze, atbrīvojot skābekli pie anoda un ūdeņradi pie katoda.

Akumulatorā notiekošās mijiedarbības reakcijas var aprakstīt ar divām formulām:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂TĀPĒC₄ → 2PbSO4₄ + 2 stundas₂O — izlāde.
2. 2PbSO4₄ + 2 stundas₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂TĀPĒC₄ — maksa.

Izlādes laikā anoda un katoda aktīvajās masās notiek svina sulfāta veidošanās process, un sērskābes H patēriņš₂TĀPĒC₄ un elektrolīta blīvuma samazināšanās. Uzlādes laikā notiek apgrieztas reakcijas, veidojas sērskābe un palielinās elektrolīta blīvums. Uzlādes procesa beigas raksturo vielu pārveidošanās pabeigšana uz elektrodiem un elektrolīta izmaiņu pārtraukšana. Ja uzlāde turpinās, notiek nevēlama ūdens sadalīšanās reakcija (elektrolīze), kuras rezultātā elektrolītā izdalās skābekļa un ūdeņraža burbuļi, radot vārīšanās ilūziju. Ja tas notiek, akumulatoram jāpievieno destilēts ūdens, lai atjaunotu elektrolītu.

Dizains

Skābes akumulatoru pamata iekšējā konstrukcija nav mainījusies vairāk nekā simts gadus.

            Bateriju dizains ietver:

1. Elektrodi ir plakanu režģu formā, kas izgatavoti no svina, un šūnās ir iespiests svina dioksīda pulveris (PbO).₂) uz anoda, metālisks svina pulveris (Pb) uz katoda.
2. Atdalītājs ir porains dielektriķis, kas atdala elektrodus vienu no otra, novēršot īssavienojumus.
3. Elektrolīts ir sērskābe, kas atšķaidīta ar ūdeni (destilēta) H₂TĀPĒC₄, tajā ievieto elektrodus un separatoru. Maksimālā elektrovadītspēja tiek sasniegta 20 °C temperatūrā^OC, sērskābes koncentrācija ir 35%, kas atbilst elektrolīta blīvumam 1,26 g/cm³. Iekšējā pretestība ir minimāla, un zudumi ierīcē ir ievērojami samazināti. Zemas temperatūras klimatā šķīduma blīvums var palielināties līdz 1,29 g/cm³ - 1,31 g/cm³. Skābes šķīduma koncentrācijas palielināšana novērš elektrolīta sasalšanu, veidojot ledu korpusa iekšpusē, kas varētu sabojāt elektrodus un izraisīt akumulatora plīsumu.

Galvenās īpašības, parametri

1. Ietilpība (nominālais) - elektroenerģijas daudzums, ko var nodrošināt skābes akumulatori, mērījums notiek izlādes brīdī, pie slodzes ar nelielu patēriņa strāvu, mērvienības - A*h.
2. Sākuma strāva — parāda akumulatora spēju nodrošināt lielu strāvu -18 °C temperatūrā^OUz pusminūti.
3. Jauda (rezerve) — parāda laika periodu, kurā skābes akumulatori piegādā 25 A strāvu līdz 10,5 V spriegumam.
4. Izlādēta akumulatora zemākā sprieguma vērtība ir 1,75–1,8 V.
5. Darba temperatūras diapazons — — 40^Ono - + 40^OAR.

Šķirnes

Atkarībā no darbības režīma skābes akumulatorus var iedalīt trīs grupās:

1. Cikliskais režīms — darbība pilnīgas izlādes un pilnīgas uzlādes ciklā, periodiski atvienojot akumulatoru no barošanas avota. Šis ir vissmagākais režīms, kurā 100 % izlādes ciklu skaits ir ierobežots.
2. Bufera režīms ir plaši izmantots režīms, kas ir saudzīgs akumulatoram; tas neļauj pilnībā izlādēties un to raksturo pastāvīgs savienojums ar barošanas avotu.
3. Jaukts - bufera un ciklisko režīmu kombinācija, bet lielākā daļa darbības laika tiek pavadīta bufera režīmā.

Visizplatītākās tirgū pieejamās svina-skābes baterijas var iedalīt šādos veidos:

Skatīt	Pakalpojums	Apraksts	Spriegums, V
Svina-skābes akumulatori	Apkalpots	Automašīnu akumulatori ir pieejami šādos veidos: ar zemu antimona saturu, antimona, skābju-kalcija un hibrīda akumulatori.	612
AGM VRLA	Bez apkopes	Atdalītāji ir izgatavoti no stiklšķiedras, cikliskā un bufera darbības režīmā.	24612
VRLA	Bez apkopes	Noslēgts korpuss, dažreiz izgatavots no kalcija, neizdala gāzes, tiek izmantots bufera režīmā.	24612
GĒLA VLRA	Bez apkopes	Elektrolīts ir silikagels, kas pagarina akumulatora darbības laiku, un akumulators darbojas bufera režīmā.	24612243648
OPzV	Bez apkopes	Elektrodi ir cauruļveida konstrukcijas, izturīgi pret pilnīgu izlādi un to kalpošanas laiks ir aptuveni 22 gadi.	2

Pieteikums

1. Automobiļu skābes akumulatori tiek izmantoti kā startera akumulatori.
2. Datortehnika — nepārtrauktās barošanas avoti (UPS) ļauj saglabāt informāciju strāvas padeves pārtraukuma gadījumā.
3. Rūpnieciskā ražošana — kā rezerves barošanas avoti tiek izmantotas skābes baterijas.

Uzlāde un vispārīgi ieteikumi

1. Uzlāde jāveic 20 grādu temperatūrā^OAR.
2. Uzlādes strāva nedrīkst pārsniegt 10% no akumulatora nominālās ietilpības.
3. Lietošanai transportlīdzekļos skābes akumulatori Zemā temperatūrā labāk to izmantot ar iekšējo elektrisko apkures sistēmu, jo ietilpībaIerīces efektivitāte samazinās par 1%, kad temperatūra samazinās par 1^OAR.
4. Nav ieteicams uzglabāt skābes akumulatori temperatūrā virs 30^OAr vai izlādētiem akumulatoriem vispirms ir jābūt pilnībā uzlādētiem.
5. Ziemā akumulatoru labāk uzglabāt aukstā vietā, jo pašizlādes process būs minimāls, un pirms tam ir nepieciešams uzklāt smērvielu uz pozitīvā pola.
6. Pirms lietošanas, skābes akumulatori jāieved telpā ar temperatūru 20^ONo 8 līdz 10 stundām, lai nonāktu darba kārtībā.