Акумулаторите са устройства, в които електрическата енергия се преобразува в химическа и обратно за разлика от обикновените батерии, при които след разреждане не могат да бъдат заредени отново. Когато включим полюсите на акумулатора към източник на постоянен ток започва неговото зареждане. Акумулира се химична енергия. При експлоатация на акумулатора химичната енергия се превръща в електрическа посредством токообразуващи процеси и акумулатора се разрежда, т.е. работи като галваничен елемент. След това може да бъде зареден отново. Всеки акумулатор се състои от положителни и отрицателни плочи поместени в съд, в който е налят електролит. Акумулатора работи като химически източник на ток с обратимо многоразово действие. Максимално възможният полезен заряд на акумулатора се нарича негов заряден капацитет или просто капацитет. В международната система за означения на електрическите величини капацитета на акумулаторите се измерва в кулони С, но в ежедневието популярност е намерила извънсистемната единица амперчас. Връзката между двете е 1 С = 1/3600 амперчаса или 1Ah=3600C. Независимо, че по определение акумулатора е многократно зареждаща и разреждаща се батерия с течение на времето неговият ток и напрежение постепенно падат с изчерпване на химическата енергия, производима от неговите клетки, защото знаем, че акумулаторите са вторични източници на електричество. В края на своя експлоатационен живот акумулатора просто спира да действа. При зареждане трябва да се отчитат няколко фактора. Най разпространеното правило е, че зарядният ток трябва да е една десета от капацитета на акумулатора в амперчаса. Пример: ако акумулатора е 62Ah, а тока на зарядното е 1А, времето за пълно зареждане е 62 часа. Вторият фактор е, че не трябва зарядният ток да е по-голям от 6.2А за случая от примера. Напрежението на зареждане трябва да е по-голямо с няколко волта от номиналното напрежение на акумулатора в покой. Ако е с малко по-голямо, зареждането ще протича по-бавно, но насищането на клетките ще е по-пълно. Вредно е за акумулатора както презареждането така и недозареждането. Няма да се спирам подробно на всички подробности, защото има страшно много неща писани по темата. Основни параметри на акумулаторите са ЕДН (електродвижещо напрежение), капацитет, КПД, дълготрайност, време на саморазреждане, вътрешно съпротивление, напрежение на клемите, тегло и размери.
Видове акумулатори Основни видове
1. Оловни (киселинни) акумулатори.
2. Алкални акумулатори
-желязно-никелови акумулатори
-кадмиево-никелови
-сребърно-цинкови
-никел-метал-хидрат
-литиево-йонни
-литиево-полимерни
-никел-цинкови
Допълнителни видове
1. На основа – литий (освен основните):
литиево-хлоренлитиево-серенлитий-желязо-фосфатенлитий-желязо-сулфиден
2. На основа – никел (освен основните):
никел-цинковнатрий-никел-хлориденникел-кадмиевникел-солевникел-метал-хидридниникел-водороден
3. На основата на олово (освен основния):
4. На основата на цинк:
цинк-броменцинк-въздушенцинк-хлорен
5. На основата на сребро:
сребърно-кадмиевсребърно-цинков
и т.н. Всеки от видовете акумулатори има своите предимства и недостатъци. Ще се спрем на най-разпространените видове акумулатори: оловно-киселинен и алкален.
Оловно-киселинните акумулатори се състоят от положителни и отрицателни оловни плочи с примес от антимон, разположени в подходящ съд запълнен с електролит, в чиито състав влиза, разредена с дестилирана вода, сярна киселина. В плочите са оформени килийки, запълнени с оловна паста, която при отрицателните е оловен окис, а при положителните е миний. След запълването на килийките, всяка плоча търпи допълнителна обработка превръщаща я в монолитно цяло. Можете да различите положителната от отрицателната плоча на оловно-киселинният акумулатор по техния цвят: положителната е тъмнокафява, отрицателната – сива. За намаляване на габаритите на акумулатора, както и съпротивлението, плочите се поставят много близо една до друга, което може да доведе до къси съединения. За да се избегне този проблем се поставят изолационни сепаратори с пореста структура, киселинно и температуроустойчиви. Електролитът се произвежда от химически (а не технически) чиста концентрирана сярна киселина (92-94%), която бавно се излива в дестилирана вода (а не обратно) при постоянно разбъркване на разтвора. При заливането на плочите, електролита трябва да е залял напълно всички плочи най-малко с 10 mm над най-високата им точка. Корпуса на акумулатора се изработва от рубелит, децилит, миполан и др. Процесите протичащи при работа (разреждане) на акумулаторите са следните: електролита се разпада на йони – Н2 и SO4, като Н2 отива на положителната плоча и образува оловен сулфат, SO4 отива на отрицателната плоча и също образува оловен сулфат, а електролита се разрежда и се образува вода. При зареждане имаме следните процеси: SO4 отива към положителната плоча свързва се с водорода от водата и се образува сярна киселина. Положителната плоча отново е от оловен двуокис. Съответно Н2 тръгва към отрицателната плоча съединява се с SO4 и образува сярна киселина, активната маса на плочата е отново чисто Pb. Гъстотата на електролита нараства. Всеки акумулатор оставен без включен към изводите му товар се саморазрежда с течение на времето поради следните причини: възникването на вътрешни паразитни токове между плочите от разликата в гъстотата на електролита в горната и долната част на акумулатора получено от утаяване; наличие на метални и други примеси в електролита и плочите; при повишена температура се увеличава саморазреждането. Друг проблем при оловните акумулатори е възникването на сулфатизация. Процесът започва при експлоатацията на акумулатора. Активната част на плочите чрез химична реакция, произвеждаща електроенергия, се преобразува в оловен сулфат във вид на малки кристали. При повторно зареждане, този сулфат лесно се разлага, но ако не последва зареждане, или зареждането е непълно, кристалите на сулфата наедряват и полепват по плочите. Сулфатизиралите плочи имат по-високо съпротивление, по-бързо се разреждат, капацитета им се понижава и напрежението на полюсите им намалява.
Алкалните акумулатори имат определени предимства пред оловните и те са: електролита е химически неутрален към материала, от който са направени плочите, поради което саморазреждането е значително по-малко; не са чувствителни към претоварвания, къси съединения, повишаване на работната температура; отделяните газове са значително по-малко вредни, отколкото при оловните акумулатори; по-малко дефицитни материали се влагат за тяхното изработване. Имат и някои недостатъци като: по-малък капацитет; по-малко вътрешно съпротивление и др. Наричат се алкални, защото електролитът им има алкален характер. Той е 21% разтвор на калиева основа с дестилирана вода, като към разтвора се добавя около 20g/l литиева основа . Активната маса е в железни перфорирани пакети изолирани помежду им от никелови пластини. Алкалните акумулатори при правилна експлоатация имат много дълъг живот (десетилетия).
Най-новото приложение на акумулаторните батерии е в електрическите коли, където поради нарастващата конкуренция в тази област, качествата на батериите им се подобряват непрекъснато, като основният показател е пробег на автомобила с едно зареждане, брой зареждания, както и бързина на зареждането. Друга област на приложение на акумулаторите е за съхранение на произведена от соларни панели, енергия, която да се използва по-късно, както и при локално парно, за осигуряване на безаварийна работа на системата при внезапно отпадане на захранването. Приложението на акумулаторите в бъдеще ще нараства с навлизане на възстановяемите източници на енергия в ежедневието и изчерпване на фосилните източници на енергия.
Коментари от Google+
