Авиационные кислотные аккумуляторы

Простейший кислотный аккумулятор состоит из положительной и отрицательной пластин (электродов), помещенных в сосуд с электролитом (рис. 3).

Активным веществом положительной пластины заряженного аккумулятора является двуокись свинца РЬОг, а отрицательной — губчатый свинец РЬ.

Электролитом служит раствор серной кислоты H2SO4 в дистил­лированной воде (плотность электролита 1,26—1,285 г/см3).

В водном растворе молекулы серной кислоты диссоциированы на ионы водорода, несущие положительный заряд (2Н+) и суль­фат-ионы, несущие отрицательные заряды (SO"):

H2S04 Г 2Н+ + S04~

При этом электроды, будучи помещенными в раствор, приоб­ретают определенный электрический потенциал по отношению к электролиту.

С электрбда, покрытого свинцом, часть молекул свинца пере­ходит к раствор п становится положительными ионами РЬ++, осво­бождая при этом по два электрона:

РЬ ->- РЬ+ + + 2е.

Освободившиеся электроны остаются на электроде, сообщая ему отрицательный заряд. Ионы свинца РЬ++ связаны с попами сульфата SO4— диссоциированной серной кислоты.

На положительном электроде происходит обратная картина. Часть молекул двуокиси свинца переходит в раствор и становится отрицательными нонами РЬО“,захватывая при этом с электрода по два электрона:

РЬО, + 2е->■ РЮ".

(Четырехвалентнын свинец восстанавливается в двухвалент­ный.)

Электрод, лишившись электронов, приобретает положительный заряд. Отрицательные ноны двуокиси свинца РЬОг оказываются связанными с положительными нонами водорода Н+.

Итак, на электродах при погружении их в водный раствор сер­ной кислоты возникают электрические заряды разного знака. Эти заряды при разомкнутой внешней цепи аккумулятора уравновеши­ваются противоположными им зарядами, находящимися в электро­лите. Создается равновесный потенциал между электродами и электролитом.

При замыкании внешней цепи аккумулятора на некоторое на­грузочное сопротивление Rn электроны, освободившиеся на отри­цательном электроде, поступают через внешнюю цепь к положи­тельному электроду, компенсируя потерю его электронов на иони­зацию молекул двуокиси свинца.

Таким образом, при включении аккумулятора на разряд по внешней цепи течет ток, п в нем протекают электрохимические ре­акции по уравнениям:

на отрицательном электроде

Pb+ + + SO — — = PbS04;

на положительном электроде

РЬО — " + 2Н+ = РЬ+ + + 20Н-

и дальше

Pb+ + + 20Н- + 2Н++ SO — — = PbS04 + 2Н20.

Из этих уравнений видно, что при разряде аккумулятора на обоих электродах образуется сернокислый свинец (сульфат свин­ца), а у положительного электрода, кроме того, вода, и поэтому концентрация (плотность) электролита в сосуде понижается.

12

Электродвижущая сила (э. д. с.) — есть разность по­тенциалов на зажимах аккумулятора при разомкнутой внешней цепи. В основном э. д. с. зависит от плотности электролита. Зави снмость э. д. с. от плотности при температуре электролита 15°С и при изменении плотности в пределах d=l,05—1,3 г/см[1] выражает­ся эмпирической формулой: £=0,84+6?.

Уравнение разряда для аккумулятора в целом запишется в следующем виде:

РЬО, + 2Н. S04 + Pb = PbS04 +211,0 + PbS04.

Теперь обратимся к заряду аккумулятора. В этом случае во внешнюю цепь включается источник постоянного тока.

Электрохимические процессы при заряде протекают в обратном порядке:

для отрицательного электрода

PbS04 + 2ё = Pb+ + + S04- — ;

для положительного электрода

PbS04 — 2ёГ+ 2Н,0 = РЬО,- — + 4Н+ + Ю~~ .

Окончательно можно записать

Pbso4 + 2н, о + Pbso4 = рьо;+ 2h.,so4 + рь.

Суммарное уравнение процессов разряда и заряда в свинцовом аккумуляторе в общем виде может быть записано гак:

тора при замкнутой внешней цепи.

Зависимость напряжения от ве­личины тока нагрузки является внешней характеристикой аккуму­лятора (рис. 4).

При заряде U3=E+I, Ra, а при разряде £/р = £—/,,£а. где /з, /р. Ra — соответственно ток за — ряда, ток разряда, внутреннее со­противление аккумулятора. Угол наклона внешней характеристики а отражает степень разряженности аккумулятора:

о. = arctg Ra.

Разряд аккумулятора нельзя производить током, превышающим допустимую величину Для каждо­го разрядного тока устанавливает­ся конечное значение напряжения одного элемента (например, для 12-А-ЗО 1,1—1,7 в) во избежание порчи (вредной сульфатацни) аккумулятора.

Емкость аккумулятора — это количество электричества, кото­рое может отдать аккумулятор при разряде.

Если разряд производится током постоянной величины ‘р—Л>=const, то Q—Iptp. Здесь tp — время разряда.

Обычно емкость выражается в ампер-часах или в процентах от номинальной емкости, т. е. той емкости, которая получается при разряде аккумулятора номинальным током.

За номинальный ток принимается такая величина тока, при которой аккумулятор разряжается до напряжения 1,7 в (на эле­менте) в течение 5 и 10 ч (в зависимости от типа аккумуля­тора) .

Величина емкости аккумулятора главным образом зависит от количества активных масс в пластинах и интенсивности их исполь­зования. Поэтому емкость аккумулятора увеличивается с увели­чением площади, пористости, количества пластин, а также с рос­том плотности и температуры электролита и т. д.

При увеличении разрядного тока емкость будет уменьшаться в связи с ростом и отставанием процесса диффузии электролита (рис. 5).

Коэффициентом отдачи аккумулятора по емкости называется отношение разрядной емкости к зарядной:

Коэффициент отдачи всегда меньше единицы, так как при за­ряде часть емкости тратится на электролиз воды и нагрев аккуму-

Рис. 6. Конструкция кислотной аккумуляторной батареи: I. 6 — отрицательные пластины; 2 — изоляционные прокладки-сепараторы; 3. 4 — положи­тельные пластины; 5 — башмачки; 7 — баретка; 8 — блок пластин; 9 — предохранительный щиток; 10 — отрицательный щиток; II — моноблок; 12 — опорные призмы

лятора, а при разряде, хранении — на саморазряд. При нормаль­ных режимах заряда н разряда

•»] = 0,5 ч — 0,9.

Конструкция кислотной аккумуляторной батареи изображена на рис. 6. Авиационная аккумуляторная батарея состоит из следую­щих основных элементов: корпуса, положительных и отрицатель­ных пластин электродов, сепараторов, пробок.

Корпус — моноблок из эбонита, разделенный на отдельные ячейки по числу элементов в блоке. На дне каждой ячейки уста­новлены выступы (призмы, башмаки) для исключения короткого замыкания между разноименными пластинами при выпадении ак­тивной массы.

Электроды (пластины) имеют основание — решетку, отлитую из сплава свинца и 6—12% сурьмы (для увеличения механической прочности). В ячейки решеток впрессовываются исходные вещества активных масс электродов (для положительных — свинцовый су­рик РЬ304, Для отрицательных — свинцовый глет РЬО), которые после формовки и сушки преобразуются в РЬОг и РЬ.

Пластины одной полярности собираются в полублокн, которые вставляются один в другой так, чтобы разноименные пластины че­редовались. Для изоляции отрицательных пластин ог положи-

Рис. 7. Пробки аккумуляторов: а — глухая; 6 — рабочая; в, г — вентиляционные

Mj

тельных между пластинами проложены сепараторы из тонке < микропористого эбонита (толщина 0,5—1,5 мм).

В аккумуляторных батареях типа 12-Л, 12-СЛМ полож)и^зі0 ных пластин на одну меньше, чем отрицательных, в связи с меньшей механической прочностью.

Каждый собранный таким образом блок пластин помещается в ячейку корпуса и закрывается крышкой с тремя отверстиями: одно для заливки электролита, а два других для вывода штырей полублоков. Места сочленения крышки со стенками ячейки зали­ваются специальной мастикой.

Все элементы соединяются между собой последовательно меж­элементными соединениями. От двух крайних элементов выведены клеммы для присоединения к внешней цепи.

Рабочие пробки самолетных батарей служат для отвода газов, выделяющихся из электролита, и предохранения выливания элек­тролита при эволюциях самолета.

В батареях типа АСАМ применена вентиляционная пробка, клапаны которой в виде резинового кольца (рис. 7) отрегулирова­ны на определенный перепад давления между полостью элемента и внешней средой. Это предохраняет испарение электролита из элемента (особенно на высоте).

Таблица 1 Тип аккумуляторной батареи С 2 X л а X « 3 — Н А с S * £ О о н 51 Конечное зна­чение напряже­ния на элемен­те, в Внутреннее сопротив­ление, ом Плотность электролита, г/см3 Ц л н о о ж 1C +» * и о при но — мина — л ьном токе при макси­ма л ьи. токе 12-А-ЗО 3 210 1.7 1,1 0.031 1,285—1,090 % 27,8 12-САМ-28 5.6 750 1,7 1.1 0,0134 1,265—1,070 28 28,5 12-САМ-55 11 1500 1.7 1,1 0.007 1,260—1,080 53 58 12-АСАМ-23 4,1 800 1,8 1.1 0,0083 1,260—1,080 21 30 12- АО-50 4,8 360 1.7 1.1 0,024 1,285—1,090 48 52 12-АСА-140М 25 1300 1,7 1.1 — 1,265-1,070 140

Глухие пробки устанавливаются при хранении батарей без электролита.

В батареях типа АСАМ весь электролит адсорбирован в порах активной массы и сепараторов, что увеличивает их высотность. Для обеспечения надежности контакта между сепараторами и пластинами применяются гладкие сепараторы и плотная посадка блоков в ячейки корпуса.

Сепараторы толщиной 0,5 мм имеют с одной стороны (обратной к положительной пластине) пять борозд глубиной 0,2 мл и шири­ной 1 мм. В каждом полублоке положительных пластин на одну больше, чем отрицательных. Это необходимо для увеличения об­щего количества электролита в порах активных масс.

В табл. 1 приведены основные характеристики авиационных

‘лотных аккумуляторов.