Bateria elementów galwanicznych. Ogniwa galwaniczne

Ogniwo galwaniczne to chemiczne źródło prądu elektrycznego, w którym zachodzi bezpośrednia konwersja. energia chemiczna na elektryczne. Dlatego jest. Wygląd zewnętrzny Najczęściej używane baterie pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Wygląd ogniw galwanicznych typu palcowego

Występują pierwiastki soli (suche), alkaliczne i litowe. Ogniwa galwaniczne są często nazywane bateriami, ale ta nazwa jest niepoprawna, ponieważ. bateria to połączenie kilku identycznych urządzeń. Na przykład, gdy trzy ogniwa galwaniczne są połączone szeregowo, powstaje powszechnie stosowana bateria 4,5 woltowa.

Zasada działania ogniwa galwanicznego opiera się na interakcji dwóch metali przez elektrolit, co prowadzi do pojawienia się prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym. Napięcie zależy od użytych metali. Niektóre z tych chemicznych źródeł prądu przedstawiono w tabeli 1.

Rodzaj źródeł prądu	Katoda	Elektrolit	Anoda	Napięcie, W
mangan-cynk	MnO2	KOH	Zn	1,56
cyna manganowa	MnO2	KOH	sn	1,65
Mangan-magnez	MnO2	MgBr2	mg	2,00
Ołów-cynk	PbO2	H2SO4	Zn	2,55
Ołów kadm	PbO2	H2SO4	płyta CD	2,42
chlorek ołowiu	PbO2	HClO 4	Pb	1,92
rtęć-cynk	HgO	KOH	Zn	1,36
kadm rtęciowy	HgO 2	KOH	płyta CD	1,92
Tlenek rtęci i cyny	HgO 2	KOH	sn	1,30
chrom cynk	K2Cr2O7	H2SO4	Zn	1,8-1,9

W sprzedaży znajdują się głównie pierwiastki manganowo-cynkowe, które nazywane są solą. Producenci baterii zwykle nie podają ich składu chemicznego. Są to najtańsze ogniwa galwaniczne, które można stosować tylko w urządzeniach z: niska konsumpcja takie jak zegarki, elektroniczne termometry czy piloty zdalne sterowanie. Rysunek 2 przedstawia wygląd i strukturę wewnętrzną baterii solnej.

Rysunek 2. Wygląd i konstrukcja „suchego” ogniwa galwanicznego

Równie popularną baterią są alkaliczne baterie manganowe. W sprzedaży nazywane są alkalicznymi, bez zawracania sobie głowy tłumaczeniem nazwy na język rosyjski. Wewnętrzna organizacja alkaliczne ogniwo galwaniczne pokazano na rysunku 2.

Rysunek 3. Wnętrze i budowa alkalicznego ogniwa galwanicznego

Te źródła chemiczne obecne mają większa pojemność(2...3 A/h) i mogą dostarczać więcej prądu przez długi czas. cynk stosuje się nie w postaci szkła, ale w postaci proszku o większej powierzchni kontaktu z elektrolitem. Jako elektrolit stosowany jest wodorotlenek potasu. Wynika to ze zdolności tego typu ogniw galwanicznych przez długi czas do oddawania znacznego prądu (do 1 A), co jest obecnie najczęściej spotykane.

Innym dość powszechnym typem ogniw galwanicznych są batony litowe. Dzięki zastosowaniu metalu alkalicznego mają dużą różnicę potencjałów. Napięcie ogniw litowych wynosi 3 V. Na rynku jest jednak również 1,5 V baterie litowe. Baterie te mają najwyższą pojemność na jednostkę wagi i długi okres trwałości. Służą głównie do włączania zegarów płyty główne komputery i sprzęt fotograficzny. Wadą jest to, że: wysoki koszt. Wygląd baterii litowych pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4. Wygląd baterii litowych

Należy zauważyć, że prawie wszystkie ogniwa galwaniczne można ładować z źródła sieciowe odżywianie. Wyjątkiem jest Baterie litowe, które mogą wybuchnąć przy próbie naładowania.

Używane w różne urządzenia baterie zostały znormalizowane. Najczęstsze typy obudów do ogniw galwanicznych przedstawiono w tabeli 2.

Do mocowania baterii wewnątrz obudowy urządzeń elektronicznych aktualnie oferowane są gotowe przegrody bateryjne. Ich zastosowanie pozwala znacznie uprościć zabudowę kadłuba. radio elektroniczne urządzenie i obniżyć koszty jego produkcji. Wygląd niektórych z nich pokazano na rysunku 5.

Rysunek 5. Widok z zewnątrz przegródek do mocowania baterii galwanicznych

Pierwszym pytaniem, które niepokoi nabywców baterii, jest ich żywotność. Zależy to od technologii produkcji ogniwa galwanicznego. Wykres typowej zależności napięcia wyjściowego od technologii produkcji baterii przedstawiono na rysunku 5.

Rysunek 6. Wykres żywotności baterii w zależności od technologii produkcji przy prądzie rozładowania 1 A

Wyniki testów akumulatorów różnych firm przeprowadzonych na stronie http://www.batteryshowdown.com/ przedstawia rysunek 7.

Rysunek 7. Wykres czasu pracy akumulatorów różnych firm przy prądzie rozładowania 1 A

I na koniec wyciągnijmy wnioski, gdzie jaki rodzaj baterii ma sens, ponieważ kupując baterie zawsze staramy się uzyskać maksymalne korzyści przy najniższych kosztach.

1. Nie należy kupować baterii w kioskach ani na rynku. Zwykle leżą tam przez długi czas i dlatego na skutek samorozładowania praktycznie tracą swoją pojemność. Może to być nawet niebezpieczne dla sprzętu, ponieważ. przy stosowaniu tanich ogniw galwanicznych (akumulatorów) może z nich wyciekać elektrolit. Spowoduje to uszkodzenie sprzętu! Lepiej kupować w sklepach z dobrym obrotem towarami.
2. Baterie alkaliczne (alkaliczne) należy stosować w urządzeniach pobierających odpowiednio duży prąd, takich jak latarki, odtwarzacze czy aparaty fotograficzne. W urządzeniach małej mocy ich żywotność nie różni się od baterii solnych.
3. Sól („zwykłe”, węglowo-cynkowe ogniwa galwaniczne) doskonale sprawdzi się w zegarkach, pilotach IR i innych urządzeniach zaprojektowanych do pracy na jednym komplecie baterii przez rok lub dłużej. Nie mogą jednak pracować na mrozie.
4. Obecnie najbardziej opłacalne baterie to baterie AA. Droższe są zarówno małe palce (AAA), jak i duże (R20), o tej samej pojemności. Pojemność nowoczesnych akumulatorów R20 jest prawie taka sama jak Baterie AA AA, a to jest trzy razy większe!
5. Nie zwracaj uwagi na nieskręcone marki. Ogniwa galwaniczne Duracell i Energizer są półtora do dwóch razy droższe niż akumulatory innych firm, a jednocześnie działają mniej więcej tak samo

Elementy galwaniczne. Ogniwa galwaniczne są podstawowymi źródłami prądu chemicznego (CPS), które wykorzystują procesy nieodwracalne konwersja energii chemicznej na energię elektryczną. Są szeroko stosowane jako zasilacze prądu stałego do małych i przenośnych urządzeń radiowych.

Po połączeniu równoległym ogniw, pojemność akumulatora jest równa sumie pojemności ogniw w nim zawartych oraz w połączeniu szeregowym- najmniejsza pojemność zawartego w niej elementu.

Element pojemności a to ilość energii elektrycznej oddanej przez element podczas rozładowania i jest określana w amperogodzinach.

Szeroko stosowane są pierwiastki manganowo-cynkowe i rtęciowo-cynkowe.

Baterie. Baterie, podobnie jak ogniwa galwaniczne, są urządzeniami do bezpośredniego przekształcania energii chemicznej w energię elektryczną. W przeciwieństwie do ogniw galwanicznych, akumulatory są w stanie przywrócić sprawność przez odrzut. energia elektryczna odbiorniki poprzez ładowanie ich z zewnętrznego źródła energii elektrycznej. Dlatego bateria nazywana jest urządzeniem o powtarzalnym działaniu, zdolnym do gromadzenia i magazynowania energii elektrycznej przez pewien czas. Jest to wtórne źródło prądu chemicznego. Zapas energii chemicznej w nim powstaje podczas ładowania ze źródła zewnętrznego. Podczas ładowania akumulatora materiały wchodzące w jego skład przekształcają się w stan, w którym mogą wejść ze sobą w reakcję chemiczną z wydzieleniem energii elektrycznej. W ten sposób akumulatory magazynują energię elektryczną podczas ładowania i zużywają ją, gdy są rozładowywane.

Baterie charakteryzują się następującymi głównymi parametrami.

SEM baterii E, która zależy od składu masy czynnej płytek, temperatury i stężenia (gęstości) elektrolitu. EMF akumulatora jest mierzony woltomierzem o dużej rezystancji wejściowej (ponad 1000 omów / V). Ponieważ pole elektromagnetyczne naładowanego i częściowo rozładowanego akumulatora może być takie samo, nie można ocenić stopnia rozładowania akumulatora na podstawie wartości pola elektromagnetycznego.

Napięcie baterii jest różnicą potencjałów między płytą dodatnią i ujemną przy włączonym obciążeniu. Napięcie podczas ładowania U Z \u003d E + I Z r 0 i podczas rozładowywania U P \u003d E - I R r 0,

gdzie I Z, I R - prądy ładowania, rozładowania w A; r 0 to rezystancja wewnętrzna akumulatora, Ohm (określa ją konstrukcja elektrod, gęstość elektrolitu, stopień rozładowania akumulatora i temperatura otoczenia).

Pojemność znamionowa akumulatora to ilość energii elektrycznej w Ah, jaką może oddać w dziesięciogodzinnym trybie rozładowania, stałym prądzie i temperaturze elektrolitu +25 ° C. Aktualna wartość 10-godzinnego trybu rozładowania wynosi równa pojemności nominalnej (C 10) podzielonej przez 10 .

Możliwość wykorzystania baterii samorozładowanie, tj. zmniejszyć jego pojemność, gdy obwód obciążenia jest otwarty. Intensywność samorozładowania zależy od temperatury otoczenia, składu elektrolitu i materiału elektrody.

W zależności od składu elektrolitu baterie mają odczyn kwaśny i zasadowy.

Akumulatory kwasowe. W obudowie (wykonanej z ebonitu lub tworzywa sztucznego) umieszcza się elektrody dodatnie i ujemne zamontowane w blokach. Masą aktywną płyty dodatniej jest dwutlenek ołowiu (PbO 2), a ujemną ołów (Pb). Elektrolit jest wodnym roztworem kwasu siarkowego. Napięcie znamionowe akumulatora kwasowego wynosi 2,0 V. Podczas ładowania napięcie dochodzi do 2,6 - 2,8 V. Na początku rozładowania napięcie szybko spada do 2,2 V. Należy pamiętać, że rozładowywanie akumulator kwasowy poniżej 1,8 V jest niemożliwe, ponieważ w tym przypadku trudno rozpuszczalny biała powłoka(występuje zasiarczenie baterii). W celu ochrony akumulatora przed zasiarczeniem zaleca się ładowanie akumulatora co 30 dni, niezależnie od pozostałej pojemności.

Wady akumulatorów kwasowych: złożoność pielęgnacji i niska wytrzymałość, zwiększona wrażliwość na zwarcia i przeciążenia, nie można ich umieścić wewnątrz REU (parowanie psuje części).

Przemysł produkuje akumulatory kwasowe typu SK o pojemności nominalnej od 36 do 5328 Ah, na przykład SK-148 (jeśli liczbę 148 pomnożyć przez 36, to pojemność nominalna wyniesie 5328 Ah).

Baterie alkaliczne. Są łatwe w utrzymaniu, można je ładować szybciej (4-7 godzin zamiast 10-12 godzin w przypadku kwaśnych), można je umieścić w REU bez szkody dla nich. Najczęściej używane baterie alkaliczne to niklowo-kadmowe (NC), niklowo-żelazne (NJ) i srebrno-cynkowe (SC). Jako elektrolit stosuje się wodny roztwór kaustycznego potasu.

W przypadku baterii alkalicznych EMF wynosi 1,5 V (w rozładowanym akumulatorze E \u003d 1,3 V). Średnia gęstość elektrolitu w bateriach alkalicznych podczas ładowania i rozładowywania jest w przybliżeniu stała. Dlatego ich stan charakteryzuje się głównie wartością pola elektromagnetycznego.

Baterie alkaliczne są produkowane fabrycznie bez elektrolitu. Podczas przygotowywania elektrolitu należy zachować szczególną ostrożność, ponieważ podczas mieszania kaustycznego potasu z wodą uwalniana jest duża ilość ciepła. Stałe zasady są rozbijane na małe kawałki, przy czym przykrywają je materiałem, aby fragmenty nie dostały się do oczu i skóry. Alkalia zanurza się w wodzie w kawałkach, ciągle mieszając roztwór szklanym lub stalowym prętem.

BATERIE GALWANICZNE - grupy elektrycznie połączonych ogniw galwanicznych, które wytwarzają energię elektryczną w wyniku działania chemicznego. reakcja zachodząca między aktywnymi materiałami elektrod. W akumulatorze galwanicznym najczęściej stosuje się ogniwa galwaniczne, w których elektroda dodatnia wykonana jest z mieszaniny dwutlenku manganu i grafitu, a elektroda ujemna wykonana jest z cynku. Jako elektrolit zwykle stosuje się roztwór chlorku amonu (amoniak) i innych soli chlorkowych. Takie pierwiastki nazywane są manganem-cynkiem.

Ryż. 1. Ogniwo suche typu miseczkowego: 1 - elektroda ujemna (cynk), 2 - obudowa kartonowa, 3 - przewody odprowadzające, 4 - nasadka, 5 - elektroda dodatnia, 6 - warstwa elektrolitu (pasta), 7 - żywica, 8 - tektura podkładka, 9 - uszczelka izolująca, 10 - szklana rurka(wylot gazu)

Czasami w skład elektrody dodatniej oprócz dwutlenku manganu i grafitu dodaje się Węgiel aktywowany, który pochłania tlen z otaczającej atmosfery, co pozwala na zastosowanie go w chemii. reakcje. Takie pierwiastki nazywane są manganem-powietrzem-cynkiem. Charakteryzują się większą wydajnością i niższym kosztem. Do specjalnych celów stosuje się elementy masowe węgiel-cynk i żelazo-węgiel, które mają stałość wysokiego napięcia. Ze względu na niewygodę stosowania elementów z ciekłym elektrolitem, ten ostatni za pomocą mąki, skrobi, kartonu lub innych wypełniaczy zamieniany jest w stan lepki, przez co traci płynność i nie wylewa się z elementu w żadnej pozycji. Takie elementy nazywane są suchymi.

Istnieją dwa główne rodzaje suchych elementów: szkło i herbatniki. Na elemencie kielichowym (rys. 1) elektroda ujemna (biegun cynkowy) wykonana jest w postaci cylindrycznej bezszwowej lub ze szwem podłużnym (lutowane, spawane, walcowane) prostokątnej miseczki. Elektroda dodatnia to cylinder lub pryzmat dociśnięty do pręta węglowego, który służy jako kolektor prądu. Elektroda dodatnia umieszczona jest wewnątrz elektrody ujemnej, a przestrzeń między nimi wypełniona jest skondensowanym elektrolitem. W elemencie biszkoptowym (ryc. 2) elektrody wyglądają jak płytki, które są oddzielone tekturową przesłoną nasączoną elektrolitem. Wszystkie części są spięte elastyczną obręczą (pierścieniem) z chlorku winylu. Kolektor prądu jest nieprzepuszczalną dla elektrolitów warstwą masy przewodzącej prąd elektryczny osadzonej na na zewnątrz elektroda cynkowa. Elementy manganowo - powietrzno - cynkowe produkowane są wyłącznie w wersji kubkowej.

Ryż. 2. Ogniwo suche typu biszkoptowego: 1 - elektroda ujemna (cynk) z warstwą przewodzącą elektrycznie, 2 - elektroda dodatnia, 3 - przesłony kartonowe impregnowane elektrolitem, 4 - papier do owijania elektrod dodatnich, 5 - pierścień z chlorku winylu

Głównymi wskaźnikami elementu są jego siła elektromotoryczna (emf) i napięcie, którego wartość mierzy się woltomierzem (patrz), w pierwszym przypadku - przy braku rezystancji obciążenia, w drugim - przy określonej rezystancji obciążenia standardowo jest podłączony. E. d. s. mangan - pierwiastki cynkowe wahają się od 1,5 do 1,8 V, np. s.s. mangan - powietrze - ogniwa cynkowe to 1,4 V. Wartość napięcia elementu jest zawsze mniejsza niż e. s.s., różnica między nimi rośnie wraz ze zmniejszaniem się rezystancji obciążenia. Najważniejsze parametry Baterie galwaniczne to także ilość wydzielanej przez nie energii elektrycznej oraz możliwość jej przechowywania przez długi czas (bezpieczeństwo). Ilość oddanej energii jest mierzona czasem trwania elementu w godzinach lub jego pojemnością elektryczną w ciągu godziny. Skoro napięcie elementu podczas rozładowania spada, to w tech. dokumentacja jest zawsze określona dolna granica napięcie (napięcie końcowe), które określa dolną granicę jego wydajności. Przy danym napięciu końcowym pojemność elektryczna elementu, a tym samym czas jego pracy, zależy również od temperatury i wielkości rezystancji obciążenia (patrz Tabela 1), a także od częstotliwości wyładowania.

Pojemność akumulatorów galwanicznych wzrasta wraz ze wzrostem rezystancji obciążenia i wzrostem temperatury. Najniższa temperatura w jakiej mogą pracować elementy: dla manganu-cynku -20°, dla manganu -powietrza -cynk -5°. Okresowość wyładowania charakteryzuje się zmiennością i czasem trwania okresów wyładowania i spoczynku elementu. Z reguły ogniwa manganowo - cynkowe z przerywanym wyładowaniem dają większą pojemność niż w przypadku ogniw ciągłych, a manganowo - cynkowo - cynkowych, wręcz przeciwnie.

Bezpieczeństwo baterii galwanicznych (ogniwa) to okres od momentu wyprodukowania do rozpoczęcia eksploatacji, podczas którego produkt zachowuje swoje właściwości. Wartość pozostałej pojemności (lub czasu pracy) jest określona w normie i zwykle wynosi 60-75% oryginału.

Okres przechowywania wskazany na etykiecie jest minimalny i prawie zawsze baterie i ogniwa galwaniczne mogą być używane przez pewien czas. O ich przydatności w tym przypadku decyduje napięcie.

Łączenie elementów w bateriach galwanicznych może być szeregowe, równoległe i mieszane. W połączeniu szeregowym biegun dodatni jednego elementu jest połączony z biegunem ujemnym następnego elementu itd. (rys. 3).

Ryż. 3. Schemat połączenia szeregowego elementów

Ryż. 4. Schemat połączenia równoległego ogniw baterii

Ryż. 5. Mieszane połączenie ogniw baterii

Ta kombinacja elementów służy do tworzenia więcej Wysokie napięcie bateria galwaniczna, która w tym przypadku jest wprost proporcjonalna do liczby ogniw połączonych szeregowo. Pojemność baterii galwanicznej nie zmienia się i jest równa pojemności pojedynczy element. Połączenie równoległe odbywa się poprzez połączenie ze sobą z jednej strony wszystkich dodatnich biegunów elementów, z drugiej - ujemnych (ryc. 4). Jednocześnie zwiększa się pojemność akumulatora galwanicznego, a jego napięcie pozostaje równe napięciu pojedynczego ogniwa. W przypadku połączenia mieszanego stosuje się obie powyższe metody: kilka identycznych grup jest montowanych z szeregowym połączeniem elementów połączonych ze sobą równolegle (ryc. 5). Jednocześnie odpowiednio wzrasta zarówno napięcie, jak i pojemność.

W zależności od przeznaczenia baterie galwaniczne dzielą się na baterie anodowe, siatkowe, żarowe i lampowe.

Baterie anodowe galwaniczne (rys. 6) przeznaczone są do zasilania obwodów anodowych odbiorników radiowych.

Ryż. 6. Bateria BS-G-70

Ich napięcie jest stosunkowo wysokie - od 60 do 120 V. Stosowane są na niewielki prąd - od 3 do 12 mA. Zazwyczaj te akumulatory galwaniczne mają dodatkowe przewody odprowadzające w postaci gniazda w panelu lub miękkich drutów, które pozwalają najpierw wykorzystać część akumulatora galwanicznego, a resztę podłączyć w miarę spadku napięcia. Ten tryb nazywa się wyładowaniem odcinkowym i pozwala, w pewnych granicach, wydłużyć żywotność baterii galwanicznej.

baterie sieciowe galwaniczne są przeznaczone do wytworzenia napięcia polaryzacji na siatkach lamp radiowych.

Ryż. 7. Akumulator BSG-60-S-8

Używają połączenia szeregowego. Napięcie od 4,5 do 12,0 V. Pobór prądu nie przekracza 3 mA. Montowane są w jednej obudowie z bateriami galwanicznie anodowymi (rys. 7) i składają się z nich z tych samych elementów.

Baterie żarowe galwaniczne (rys. 8) są przeznaczone do zasilania żarników lamp radiowych.

Ryż. 8. Akumulator BNS-MVD-500

W radiotelefonach stacjonarnych ("Rodina", "Iskra" itp.) baterie żarowe galwaniczne, w celu uzyskania większej pojemności, składają się z czterech połączonych równolegle ogniw manganowo-powietrzno-cynkowych duży rozmiar. Ich napięcie jest równe napięciu jednego elementu, a pobór prądu wynosi od 0,3 do 0,5 a. Baterie żarowe w przenośnych radiotelefonach galwanicznych wykorzystują równoległe i mieszane połączenie małych ogniw. Dla odbiornika radiowego na baterie Tula przemysł produkuje zestaw zasilający w specjalnej obudowie, składający się z anody i żarowej baterii galwanicznej (rys. 9).

Ryż. 9. Zestaw - zasilacz do odbiornika radiowego "Tula"

Baterie do latarni galwaniczne przeznaczony do zasilania żarówek latarek. Charakteryzują się dużym poborem prądu (od 150 do 280 A) przy niskim napięciu (3,0-4,5 V) oraz małymi wymiarami. Najbardziej rozpowszechniony otrzymał baterie galwaniczne typu KBS-L-0.50 (rys. 10), składające się z trzech połączonych szeregowo ogniw. Do lampionów okrągły przekrój oraz urządzenia pomiarowe(omomierze, avometry itp.) kształt cylindryczny Typ FBS, połączenie szeregowe pomiędzy którymi w razie potrzeby odbywa się bezpośrednio po włożeniu ich do korpusu lampy (urządzenia).

Ryż. 10. Bateria do latarki KBS-L-0,50

Symbole elementów zwykle składają się z czterech części. Początkowa liczba wskazuje wymiary (w mm): nr 2 - 40x40x100, nr 3-55x55x130, nr 6 - 80x80x175; litery - C - suche, L - letnie, X - odporne na zimno; kolejne liczby wskazują pojemność elementu. Czyli 3S-L-30 oznacza: element nr 3, suchy, letni, o wydajności 30 godzin. Nazwa baterii galwanicznych, zaczynając od listy, składa się z 4-5 części o następujących znaczeniach: B - bateria, A - anoda, H - żarówka, C - sucha, G - biszkoptowa, F - latarnia, K - kieszeń. Liczba po literach dla baterii z anodą galwaniczną oznacza napięcie, dla baterii żarowych - pojemność. Czasami jednak w oznaczeniu baterii galwanicznych anodowych pomija się literę A, a na końcu oznaczenia dodaje się drugi wskaźnik liczbowy - pojemność baterii galwanicznej. Nazwy akumulatorów galwanicznych, zaczynając od cyfr, mają następujące znaczenie: liczba początkowa oznacza napięcie, liczba końcowa pojemność, litery: MTs - układ cynkowo-manganowy, V - oznacza użycie tlenu atmosferycznego, H - żarowe, A – anoda, T – telefon, C – do aparatów słuchowych, P – panel. Baterie galwaniczne przeznaczone do zasilania odbiorników radiowych również otrzymują nazwy handlowe. Baterie galwaniczne są oznaczane poprzez naklejenie etykiety zawierającej: nazwę lub znak towarowy producenta, symbol baterie galwaniczne, napięcie znamionowe, pojemność początkowa, gwarantowany okres trwałości i pojemność na końcu okresu trwałości.

Określono przydatność baterii i ogniw galwanicznych inspekcja zewnętrzna i pomiar napięcia na przewodach odprowadzających. Podczas kontroli należy upewnić się, że przewody odprowadzające są nienaruszone i nie ma wad zewnętrznych: pęknięć, zniszczenia żywicy wypełniającej (mastyks), uszkodzenia i zamoczenia obudowy. Napięcie sprawdzane jest woltomierzem; nie powinna być niższa niż wartości podane w tabeli. 2. Baterie są pakowane w drewniane pudełka waga brutto 65-80 kg, wyłożone wewnątrz papierem odpornym na wilgoć i oddzielone od ich ścian warstwą suchych wiórów lub innego materiału opakowaniowego. Baterie galwaniczne należy przechowywać w suchym i chłodnym miejscu. wysoka wilgotność w pomieszczeniu magazynowym, a także podwyższona temperatura, znacznie skracają ich trwałość. Niska temperatura nie jest niebezpieczna dla akumulatorów galwanicznych: po rozgrzaniu całkowicie przywracają swoje właściwości. Baterie galwaniczne są produkowane przez przedsiębiorstwa Glavakkumulyatorprom Ministerstwa Przemysłu Elektrycznego ZSRR.

Lit.: Sochevanov V.G., Elementy galwaniczne, M., 1951; Morozow GG. i Gantmav SA, Chemiczne źródła prądu do zasilania urządzeń komunikacyjnych, M., 1949; Skonsolidowany katalog źródeł prądu chemicznego, M., 1950.

Źródła energii elektrycznej małej mocy

Do zasilania przenośnych urządzeń elektrycznych i radiowych wykorzystywane są ogniwa galwaniczne i baterie.

Ogniwa galwaniczne są źródłami jednorazowymi akumulatory- źródła działania wielokrotnego użytku.

Najprostszy element galwaniczny

Najprostszy element można wykonać z dwóch pasków: miedzi i cynku, zanurzonych w wodzie lekko zakwaszonej kwasem siarkowym. Jeśli cynk jest wystarczająco czysty, aby nie powodować lokalnych reakcji, nie nastąpi żadna zauważalna zmiana, dopóki miedź i cynk nie zostaną ze sobą połączone.

Jednak paski mają różne potencjały jeden względem drugiego i gdy zostaną połączone przewodem, to się pojawi. W miarę postępu tej czynności pasek cynkowy będzie się stopniowo rozpuszczał, a w pobliżu miedzianej elektrody utworzą się pęcherzyki gazu, gromadzące się na jej powierzchni. Ten gaz to wodór, który powstaje z elektrolitu. Prąd elektryczny płynie z taśmy miedzianej przez drut do taśmy cynkowej, a następnie przez elektrolit z powrotem do miedzi.

Stopniowo kwas siarkowy elektrolitu jest zastępowany siarczanem cynku, który powstaje z rozpuszczonej części elektrody cynkowej. Dzięki temu zmniejsza się napięcie elementu. Jednak jeszcze większy spadek napięcia spowodowany jest powstawaniem na miedzi pęcherzyków gazu. Oba te działania powodują "polaryzację". Takie elementy nie mają prawie żadnej wartości praktycznej.

Ważne parametry ogniw galwanicznych

Wielkość napięcia podawanego przez ogniwa galwaniczne zależy tylko od ich typu i urządzenia, tj. od materiału elektrod i skład chemiczny elektrolit, ale nie zależy od kształtu i wielkości elementów.

Siła prądu, który może dać ogniwo galwaniczne, jest ograniczona przez swój wewnętrzny opór.

Wysoko ważna cecha Ogniwo galwaniczne to . Przez pojemność elektryczną rozumie się ilość energii elektrycznej, jaką ogniwo galwaniczne lub akumulatorowe jest w stanie dostarczyć przez cały czas swojej pracy, to znaczy do momentu ostatecznego rozładowania.

Pojemność podaną przez element określa się przez pomnożenie natężenia prądu rozładowania wyrażonego w amperach przez czas w godzinach, w którym element był rozładowywany do początku całkowitego rozładowania. Dlatego pojemność elektryczna jest zawsze wyrażana w amperogodzinach (A x h).

Przez wartość pojemności elementu można również z góry określić, ile godzin będzie pracował w przybliżeniu przed nadejściem pełnego rozładowania. Aby to zrobić, musisz podzielić pojemność przez siłę prądu rozładowania dozwolonego dla tego elementu.

Jednak pojemność elektryczna nie jest ściśle stałą wartością. Zmienia się w dość dużych granicach w zależności od warunków (trybu) elementu i końcowego napięcia rozładowania.

Jeżeli element jest rozładowywany z maksymalną siłą prądu, a ponadto bez przerw, to będzie wydzielał znacznie mniejszą pojemność. Wręcz przeciwnie, gdy ten sam element będzie rozładowywany prądem o mniejszej sile iz częstymi i stosunkowo długimi przerwami, element straci pełną pojemność.

Jeśli chodzi o wpływ na pojemność elementu napięcia końcowego rozładowania, należy pamiętać, że w procesie rozładowywania ogniwa galwanicznego jego napięcie robocze nie pozostaje na tym samym poziomie, ale stopniowo spada.

Popularne typy ogniw galwanicznych

Najczęściej spotykanymi ogniwami galwanicznymi są układy manganowo-cynkowe, manganowo-powietrzne, powietrzno-cynkowe i rtęciowo-cynkowe z elektrolitami solnymi i alkalicznymi. Suche ogniwa manganowo-cynkowe z elektrolitem solnym mają napięcie początkowe od 1,4 do 1,55 V, czas pracy w temperaturze środowisko od -20 do -60°C od 7 godzin do 340 godzin.

Suche ogniwa manganowo-cynkowe i powietrzno-cynkowe z elektrolitem alkalicznym mają napięcie od 0,75 do 0,9 V i czas pracy od 6 do 45 godzin.

Suche ogniwa rtęciowo-cynkowe mają początkowe napięcie od 1,22 do 1,25 V i czas pracy od 24 do 55 godzin.

Największa okres gwarancji przechowywania, dochodzącego do 30 miesięcy, mają suche elementy rtęciowo-cynkowe.

Są to wtórne ogniwa galwaniczne.W przeciwieństwie do ogniw galwanicznych, bezpośrednio po montażu w akumulatorze nie zachodzą żadne procesy chemiczne.

Aby w akumulatorze rozpoczęły się reakcje chemiczne związane z ruchem ładunki elektryczne, należy odpowiednio zmienić skład chemiczny elektrod (i części elektrolitu). Ta zmiana składu chemicznego elektrod następuje pod wpływem prądu elektrycznego przepływającego przez akumulator.

Dlatego, aby akumulator mógł wytwarzać prąd elektryczny, należy go najpierw „naładować” stałą wstrząs elektryczny z jakiegoś zewnętrznego źródła zasilania.

Baterie wypadają również korzystnie w porównaniu z konwencjonalnymi ogniwami galwanicznymi, ponieważ można je ponownie naładować po rozładowaniu. Na dobra opieka za nimi iw normalnych warunkach pracy akumulatory mogą wytrzymać nawet kilka tysięcy ładowań i rozładowań.
Urządzenie bateryjne

Obecnie w praktyce najczęściej stosowane są akumulatory ołowiowe i kadmowo-niklowe. W pierwszym przypadku roztwór kwasu siarkowego służy jako elektrolit, aw drugim - roztwór zasad w wodzie. Akumulatory kwasowo-ołowiowe są również nazywane kwasowymi, a akumulatory kadmowo-niklowe nazywane są alkalicznymi.

Zasada działania baterii opiera się na polaryzacji elektrod. Najprostszy akumulator kwasowy ma następującą budowę: są to dwie płytki ołowiane zanurzone w elektrolicie. W wyniku reakcji chemicznej wymiany płytki pokrywa się lekką powłoką siarczanu ołowiu PbSO4, jak wynika ze wzoru Pb + H 2 SO 4 \u003d PbSO 4 + H 2.

Urządzenie z akumulatorem kwasowym

Taki stan płytek odpowiada rozładowanemu akumulatorowi. Jeśli teraz akumulator jest włączony do ładowania, czyli podłącz go do generatora prąd stały, to w nim, z powodu elektrolizy, rozpocznie się polaryzacja płytek. W wyniku ładowania akumulatora jego płytki ulegają polaryzacji, to znaczy zmieniają substancję swojej powierzchni, a z jednorodnej (PbSO 4) zamieniają się w niejednorodne (Pb i Pb O 2).

Akumulator staje się źródłem prądu, a elektroda dodatnia to płyta pokryta dwutlenkiem ołowiu, a ujemna to czysta płytka ołowiana.

Pod koniec ładowania stężenie elektrolitu wzrasta z powodu pojawienia się w nim dodatkowych cząsteczek kwasu siarkowego.

To jedna z cech akumulator ołowiowy: jego elektrolit nie pozostaje obojętny i sam bierze udział w reakcje chemiczne podczas pracy na baterii.

Pod koniec rozładowania obie płyty akumulatora są ponownie pokryte siarczanem ołowiu, w wyniku czego akumulator przestaje być źródłem prądu. Akumulator nigdy nie jest doprowadzany do takiego stanu. Ze względu na powstawanie siarczanu ołowiu na płytach zmniejsza się stężenie elektrolitu na końcu wyładowania. Jeżeli akumulator zostanie naładowany, to znowu można spowodować polaryzację w celu ponownego rozładowania itp.

Jak naładować baterię?

Istnieje kilka sposobów ładowania akumulatorów. Najprostsze to normalne ładowanie baterii, które przebiega w następujący sposób. Początkowo przez 5 - 6 godzin ładowanie odbywa się podwójnym prądem normalnym, aż napięcie na każdym banku akumulatorów osiągnie 2,4 V.

Normalny prąd ładowania jest określony wzorem I ładuję \u003d Q / 16

Gdzie Q - nominalna pojemność akumulatora, Ah.

Następnie prąd ładowania zostaje zredukowany do normalnej wartości i ładowanie jest kontynuowane przez 15-18 godzin, aż do pojawienia się oznak zakończenia ładowania.

Nowoczesne baterie

Baterie kadmowo-niklowe, czyli alkaliczne, pojawiły się znacznie później niż ołowiowe iw porównaniu z nimi są bardziej zaawansowanymi źródłami prądu chemicznego. Główną przewagą baterii alkalicznych nad ołowianymi jest chemiczna neutralność ich elektrolitu w stosunku do aktywnych mas płytek. Z tego powodu samorozładowanie baterii alkalicznych jest znacznie mniejsze niż baterii kwasowo-ołowiowych. Zasada działania baterii alkalicznych opiera się również na polaryzacji elektrod podczas elektrolizy.

Do zasilania urządzeń radiowych produkowane są szczelne akumulatory kadmowo-niklowe, które działają w temperaturach od -30 do +50 ° C i wytrzymują 400 - 600 cykli ładowania-rozładowania. Akumulatory te wykonane są w postaci zwartych równoległościanów i dysków o wadze od kilku gramów do kilogramów.

Produkują akumulatory niklowo-wodorowe do zasilania obiektów autonomicznych. Specyficzna energia akumulator niklowo-wodorowy 50 - 60 Wh kg -1.