0

Химические источники тока

Химические источники тока (ХИТ) — это такие источники тока, в которых химическая энергия активных веществ при протекании пространственно разделенных окислительно-восстановительных процессов превращается непосредственно в электрическую. Сово­купность активных веществ, на основе которых работает химиче­ский источник тока, называется электрохимической системой. Она может быть обратимой, когда образовавшиеся в процессе разряда вещества могут быть превращены в первоначальные, и необрати­мой. когда обратное превращение невозможно.

Химические источники тока делятся на первичные, вторичные и топливные элементы. Источники тока, действие которых осно­вано на использовании энергии необратимых химических систем, называют первичными, одноразовыми элементами. Такие гальвани­ческие элементы и их комбинации в обиходе называют батарейка­ми, хотя в технической литературе этот термин относится к бата­рее из нескольких элементов (англ. cell — элемент, baterry cell — батарея элементов).

Вторичные многоразовые источники тока работают за счет обратимых химических реакций, которые могут происходить в цикле «зарядка — разрядка» до тысячи раз. Одиночные вторич­ные аккумуляторные элементы и их комбинации обычно назы­вают аккумуляторами. Кроме того, используются аккумулятор­ные батареи.

Каждый элемент состоит из корпуса электродов и загущенного или твердого электролита. Химические процессы, обеспечивающие образование тока, протекают в электролите (загущенный раствор хлорида аммония) между анодом и катодом.

Системы, образующие анод — катод, могут быть марганцево­-цинковыми, воздушно-цинковыми, ртутно-цинковыми (с твер­дым электролитом). У марганцево-цинковых элементов анодом является цинковый сосуд, а катодом — угольный стержень с вы­водом наружу, вокруг которого уложен деполяризатор из смеси графита и диоксида марганца. В воздушно-цинковых элементах от­рицательным электродом является цинк, положительным — кис­лород воздуха. Ртутно-цинковые элементы, у которых анодом является оксид ртути, а катодом цинковый порошок, обладают боль­шей емкостью и величиной разрядного тока, чем марганцево-цин­ковые и воздушно-цинковые элементы.

Ассортимент химических источников тока является вторичным по отношению к рынку аппаратов-потребителей, что привело к возникновению множества типов и видов химических источников тока.

Химический источник тока характеризуется электрохимической системой; начальным и конечным напряжениями; емкостью; количеством циклов «зарядка – разрядка; интервалом температур, в котором они сохраняют заданные показатели; формой (цилиндрические разных диаметров и длин, квадратные, прямо­угольные, в виде галет, круглые плоские); размерами; номиналь­ным током разряда, А; гарантийным сроком хранения; продол­жительностью работы.В настоящее время широко используются 11 систем первичных и 12 систем вторичных ХИТ.

Классификация химических элементов предусматривает три группы. Первая группа — простые элементы Лекланше напряжением 1,5 В. Отрицательными полюсами являются дно цинкового стаканчика, положительный латунный колпачок иа конце графитового стержня. Они имеют простой солевой электролит, малую емкость и не имеют специального защитного корпуса; стаканчик обернут кабельной бумагой. В процессе работы элемент быстро раз­рушается, электролит через бумажную оболочку протекает внутрь аппарата.

Вторая группа — конструктивно усовершенствованные эле­менты Лекланше. Изделия характеризуются плотной набивкой активных элементов, что увеличивает их емкость иа 30%, и на­личием более эффективного хлоридного электролита. Показателем качества является внешний вид дна. Если дно отрицательного вывода элемента плоское, то его следует отнести к первой или второй группе. Конструкция дна, выполненная в виде штампо­ванной фасонной шайбы, позволяет отнести элемент к третьей группе.

Третья группа — это элементы с хлоридным электролитом и специальными добавками в активные материалы. Их конструкция более герметична, а между цинковым стаканчиком и металлическим или пластмассовым корпусом есть особая прокладка Элементы третьей труппы бывают двух разновидностей: емкость у первых увеличена на 60-70%, у вторых — почти вдвое. Их срок годности увеличен до 24 мес. Отсутствие единых требований к маркировке элементов на международном уровне не позволяет точно определить их принадлежность к группам.

Цилиндрические алкалические элементы, использующие щелочной электролит и металлический стакан, отличаются высокой степенью герметичности и емкостью, в три раза большей, чем у цементов с хлоридным электролитом. Ил срок службы состав­ляет до 5 лет, а масса на 15-20% больше, чем у предыдущих цементов. В маркировку этих изделий дополнительно вносится буква L.

К вторичным источникам тока относят аккумуляторы. В них в качестве электролита используют раствор серной кислоты (кис­лотные аккумуляторы с положительным электродом из диоксида свинца и отрицательным — из губчатого свинца) и раствор гид­роксида калия (щелочные аккумуляторы систем гидроксида ни­кель-железа, гидроксида никель-кадмия и др.). Их ассортимент под­разделяется по числу элементов, емкости, напряжению и по фор­ме.

Номинальная емкость аккумулятора (А*ч) — количество электричества, которое он может отдать при разряде до определен­ного снижения напряжения. На количество циклов и емкость аккумулятора влияют характер подключения нагрузки (непре­рывный, переменный или импульсный), отбираемая мощность (максимальная, средняя, минимальная), режим заряда (нор­мальный, ускоренный, быстрый/форсированный), постоянный режим подзаряда. Зарядные и разрядные характеристики опреде­ляют время стандартного или быстрого заряда и допустимые при этом напряжение и токи. При стандартном времени заряда ем­кость аккумулятора больше, чем при быстром, что позволяет обеспечить большие разрядные токи и время работы. При им­пульсной (повторно-кратковременной) нагрузке, когда время рабочего цикла меньше следующей за ним паузы, величина раз­рядного тока может быть в несколько раз больше, чем при обыч­ном разряде. Учитывая эти обстоятельства, выпускаются отдель­ные группы аккумуляторов с одним профилирующим парамет­ром. В конструкции аккумуляторов в виде элементов или батарей предусмотрено наличие встроенного или автономного зарядного устройства.     .

В бытовой радиоэлектронной аппаратуре широко применяются никель-кадмиевые аккумуляторы. По сравнению с кислотными ак­кумуляторами щелочные аккумуляторы лучше переносят тряску, короткие замыкания и при равных электрических показателях в три раза легче.

Кислотные аккумуляторы отличаются большой емкостью, способностъю подзаряжаться от генератора во время использования, значительным током разряда. В то же время они способны терять свои свойства при хранении и несвоевременной зарядке. Их применяют в автомобилях, например для питания термоэлектриче­ских холодильников. За по­следние годы конструкция кислотных аккумуляторов существенно изменилась.

Появились необслуживаемые или малообслуживаемые аккуму­ляторы. обеспечена иммобилизация («неподвижность») электро­лита, выпушены герметизированные модели, улучшена работа в буферных режимах со сроком службы до 25 лет и увеличением ре­сурса до 800 циклов. Сформирована единая стандартизация кис­лотных аккумуляторов.

К преимуществам литиевых аккумуляторов относятся высокое рабочее напряжение 3,6 В, малые габаритные размеры, наличие встроенных микропроцессорных устройств в зарядных системах.

Для удобства потребителей в конструкции химических источ­ников тока (например, алкалические элементы Duracell, Energizer) предусмотрены электрохимические индикаторы, позволяющие оценить величину электрической энергии по интенсивности ок­раски полосы тестера, появлению надписей или др.

По оценке экспертов, на рынке химических источников тока представлены 24 отечественные и 71 зарубежная торговые марки. На упаковке качественных ХИТ (прозрачная полимерная по­требительская тара (блистер), наклеенная на картонную основу, содержащую 1-4 элементов) должны быть указаны страна — производитель товара; название торговой марки со знаком регистрации, например Duracell R; адрес фирмы и ее представительства в России; срок годности; сертификат соответствия; типоразмер по 2-4 стандартам (например ANSI, DIN, NEDA); краткие рекомендации по эксплуатации. Кроме блистеров для упаковки батареек используют прозрачную термоусадочную пленку, или пленку в виде мешочка (у батареек напряжением 9 В), и коробки для батареек на 24 шт., не имеющих или имеющих индивидуальную упаковку. Кроме обязательной информации, производитель указывает особые свойства источника тока, как правило, на английском языке (Extra Power, Heavy Duly, Super Heavy Duty, Nothing Last Longer, 0%, Mercury — без ртути).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *