Совершенствование свинцовых аккумуляторов идет по пути изыскания новых сплавов для решеток, облегченных и прочных материалов корпусов (сополимер пропилена и этилена) и улучшения качества сепараторов.
2.1.1. СЕПАРАТОРЫ
Во всех аккумуляторах между электродами устанавливаются изолирующие пластины. Они выполняются в виде:
разделителей;
пористых сепараторов;
мембран.
Разделители используются для отделения электродов друг от друга. Они изготавливаются в виде прокладок или решеток из перфорированного или гофрированного синтетического диэлектрика (рис. p009). Разделители имеют отверстия диаметром от 1 до 5 мм.
Пористые сепараторы, кроме непосредственного разделения пластин, удерживают активную массу электродов и препятствуют росту дендритов (дендриты -- незавершенные в своем развитии кристаллы, по форме напоминающие ветвистое дерево, папоротник, хвою и т.п.) при заряде аккумулятора.
В некоторых типах аккумуляторов пористый сепаратор удерживает электролит за счет капиллярных сил вблизи поверхности электродов. Диаметр пор таких сепараторов находится в интервале от 0,001 до 200 мкм. Такой вид сепараторов имеет наибольшее распространение в современных моделях аккумуляторов.
Мембраны (набухающие сепараторы) изготавливаются из материалов без геометрически четко выраженной системы пор. В отличие от пористых сепараторов в них ярко выражены силы взаимодействия между определенными видами ионов и молекул.
Сепараторы изготавливают из диэлектрических материалов с ребрами, гофрированными или тиснеными для предупреждения плотного прилегания к электродам. Размер сепаратора всегда больше размера пластины аккумулятора. В первых аккумуляторах в качестве сепараторов использовались керамические сосуды или перегородки. До второй мировой в качестве сепараторов использовался шпон (шпон -- тонкий лист древесины, получаемый лущением кряжей различных пород дерева).
Длительное время сепараторы изготавливали из мипора -вулканизированного натурального каучука с присадками. В современных аккумуляторах широкое применение нашел мипласт, получаемый спеканием порошкообразной поливинилхлоридной смолы.
В Англии разработан материал порвик, изготавливаемый из поливинилхлоридной смолы. Отечественный аналог -- поровинил. Юмикрон -- материал для сепараторов разработанный в Японии -выпускается в виде тонкой пленки или тисненых "вафлеобразных листов" (рис. p010).Наиболее дешевыми материалами для сепараторов являются картон и бумага на основе целлюлозы и асбеста (асбест [гр. asbestos] -- группа минералов (серпентин, амфиболы) волокнистого строения; огнестойкий, кислотостойкий, и неэлектропроводный материал).
В качестве дополнительных разделителей, в комбинации с сепараторами, применяются нетканные маты. Они изготавливаются из полипропилена или стекловолокна с добавлением связующих веществ.
В современных моделях аккумуляторов используют многослойные сепараторы. Использование нескольких слоев одного вида сепараторов более выгодно, так как в этом случае дефекты в одном из слоев защищены другими и рост дендритов затруднен при переходе от слоя к слою.
Если в аккумуляторах используются многослойные сепараторы из разных материалов, то каждый из них выполняет определенную функцию. Так же используются сочетания простых разделителей с мембранами.
В ряде случаев в аккумуляторах используют конверты-сепараторы. Конверт-сепаратор полностью окружает один из электродов аккумулятора для ограничения возможного проникновения нежелательных веществ или распространения дендритов в обход сепаратора по краям электродов.
2.1.2. ЭЛЕКТРОЛИТ
В качестве электролита для аккумуляторных батарей применяют раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Для различных климатических и температурных условий, в которых батарее предстоит работать, используют электролит различной плотности.
Плотность электролита зависит от концентрации раствора серной кислоты -- чем больше концентрация раствора, тем больше плотность электролита и от температуры раствора -- чем выше температура, тем ниже плотность.
Концентрация или плотность электролита является точным критерием степени разряженности аккумулятора. В качестве точки отсчета, для определения текущей степени разряженности аккумулятора, принимается нормативная плотность электролита, т.е. плотность, приобретенная после первого полного заряда.
Для уравнивания плотности электролита, т.е. доведения ее до плотности, равной плотности в начале эксплуатации, следует измерить фактическую плотность и температуру. Уравнивание можно проводить только в полностью заряженном аккумуляторе, когда электролит имеет плотность, не искаженную недозаряженностью последнего.
Для свинцовых аккумуляторов характерно сильное разбавление электролита во время разряда из-за участия в реакции серной кислоты с образованием воды. В заряженных аккумуляторах концентрация кислоты равна 30...40%.
Чем меньше объем электролита, в сравнении с массой электродов, тем быстрее снижается концентрация кислоты при разряде. В конце разряда она составляет от 10 до 25%.
Многие вещества, например, незначительное количество солей железа попадая в электролит ускоряют выделение водорода и увеличивают саморазряд аккумулятора. Поэтому при приготовлении электролита следует использовать только дистиллированную воду и использовать неметаллическую посуду.
2.2. СТАЦИОНАРНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ VARTA
Применение различных типов положительных пластин отражается на электрических характеристиках аккумуляторов. В первую очередь это связано с внутренним сопротивлением, которое состоит из омического внутреннего сопротивления аккумулятора и сопротивления поляризации.
Поляризацией называется изменение электродных потенциалов под влиянием прохождения постоянного тока вызывающего изменения концентрации электролита, химического состава активных веществ и поверхности электродов.
В зависимости от причин вызывающих поляризацию, она делится на концентрационную, химическую и электрохимическую, а в зависимости от того, исчезает или остается поляризация при отключении тока, последнюю делят на устранимую и неустранимую.
Химическая поляризация и частично концентрационная относятся к неустранимой поляризации не исчезающей при прекращении тока [6].
Сопротивление поляризации является мерой увеличения внутреннего сопротивления химического источника тока обусловленного поляризацией. Оно имеет размерность сопротивления, но не подчиняется закону Ома, так как зависит от величины проходящего тока. Значения внутреннего сопротивления 100 Ач пластин различных типов аккумуляторов приведены на рис. p073.
При высокой скорости разряд реально оказывается ограниченным, поскольку из-за наличия внутреннего сопротивления аккумулятора напряжение уменьшается ниже напряжения отсечки (напряжением отсечки называется минимальное напряжение, при котором аккумулятор способен отдавать полезную энергию).
При времени разряда свыше трех часов отличие внутренних сопротивлений не сказывается на разрядных характеристиках различных типов пластин. Для более короткого времени разряда величина внутреннего сопротивления в значительной степени влияет на разрядные характеристики (рис. p074):
100 Ач аккумулятор OPzS за 10 минут отдает ток 100 А;
100 Ач аккумулятор Vb за то же время отдает 170 А.
2.2.1. ТИПЫ ПЛАСТИН АККУМУЛЯТОРОВ
Пластины аккумуляторов бывают поверхностные и пастированные.
Поверхностный электрод состоит из свинцовой пластины на поверхности которой электрохимическим способом формируется слой активной массы (рис. p012).
Аккумуляторы с поверхностными пластинами содержат относительно большую долю свинца по отношению к активной массе. Они используются в моделях GroE фирмы VARTA.
Пастированные электроды подразделяются на решетчатые (намазные), коробчатые, стержневые (рис. p079) и панцирные (рис. p078). Основой пастированных пластин является решетка-токовод.
