Ім'я файлу: Записка.docx
Розширення: docx
Розмір: 1033кб.
Дата: 14.06.2021
скачати
Пов'язані файли:
Записка Багач.docx
Розширення: docx
Розмір: 1033кб.
Дата: 14.06.2021
скачати
Пов'язані файли:
Записка Багач.docx
РЕФЕРАТ
ЗМІСТ
ВСТУП
За останні десятиліття автомобіль став невід’ємною частиною життя людини. Хоча на даний момент існує тенденція до розробки і переходу на електромобілі, їх відсоток у загальному обсязі автомобільного транспорту дуже малий, через високу вартість створення та недосконалість як обладнання електромобiлiв, так і мережі станцій підзарядки. Тому, в основному, використовуються автомобілі с двигунами внутрішнього згоряння. Незважаючи на те, що автомобілі з ДВЗ використовуються людством вже більше століття, є чимало проблем пов’язаних з їх безвідмовною експлуатацією. Однією з найчастіше турбуючих є проблеми повя’зані з акумуляторною батареєю(АКБ). Справа у тому, що вона постійно повинна бути зарядженою інакше пуск двигуна і подальше використання автомобіля стає неможливим. Звичайно, у автомобілі є генератор, що позбавляє від необхідності кожного дня підзаряджати АКБ. Генератор може самостійно, або, при великому навантаженні у бортовій мережі, сумісно з АКБ живити всі споживачі електричної енергії у автомобілі. Та є моменти, коли запуск двигуна унеможливлюється через низький заряд акумуляторної батареї або через низьку температуру навколишнього середовища. Саме для таких випадків існують пускові та пуско-зарядні пристрої акумуляторних батарей. Останні є ще й універсальними бо, окрім того, що дозволяють здійснити пуск при розрядженій акумуляторній батареї, ще можуть під заряджати її при низькому рівні заряду, а деякі пуско-зарядні пристрої також можуть проводити десульфатацію електродів акумулятора, тим самим «реанімувати» деякі непрацюючі АКБ.
1 Технологічна частина
1.1 Класифікація хімічних джерел струму
Хімічними джерелами струму називаються пристрої, в яких хімічна енергія при розряді за рахунок окислювально-відновних процесів перетворюється в електричну. За характером роботи хімічні джерела струму діляться на дві групи: гальванічні елементи або первинні джерела струму і електричні акумулятори або вторинні джерела струму. До групи первинних хімічних джерел струму відносяться пристрої, в яких активні матеріали можуть бути використані лише одноразово.
До групи вторинних хімічних джерел струму відносяться джерела струму, які можуть відновлювати свою працездатність після розряду шляхом подальшого заряду. Ці джерела струму називаються електричними акумуляторами, т. Е. Накопичувачами електричної енергії (у вигляді хімічної енергії) для її подальшого використання.
Конструкція хімічних джерел струму може бути сама різна, але в принципі і гальванічні елементи та акумулятори складаються з двох електродів - провідників першого роду, розділених шаром електроліту - провідником другого роду. Знаки електродів і їх назва - анод і катод - відповідають протікає на них окислювально-відновним процесам. Так, при розряді хімічні джерела струму негативним електродом або анодом називається той електрод, на якому протікає процес окислення, а позитивним чи катодом - електрод, на якому йде процес відновлення.Звільнитися на аноді електрони зважаючи різниці електродних потенціалів даного джерела струму направляються по зовнішньому ланцюзі джерела до катода. Таким чином, розрядний струм джерела по зовнішньому ланцюзі буде направлений від катода до анода. Напрямок струму заряду протилежно напрямку струму розряду, отже, і процеси, що протікають при заряді хімічних джерел струму, за своєю природою протилежні тим, які протікають при розряді.
1.2 Схеми з'єднання елементів
У більшості випадків акумулятори використовуються групами або батареями, кількість елементів в батареї і їх величина залежать від вимог, що пред'являються експлуатацією. Акумулятори в батареї можна з'єднати декількома способами, але кожного разу потрібно вибирати саме економічне для даного випадку рішення. Два фактори диктують вибір схеми з'єднання елементів з одного боку, необхідний рівень напруги, з іншого - необхідна ємність. Коли елементи з'єднані послідовно, т. Е. Коли позитивний полюс одного елемента з'єднується з негативним полюсом іншого елемента, як показано на рис.1.1, то напруга всіх елементів складається. Два елементи, з'єднаних послідовно, дають напругу, в 2 рази більше напруги одного елемента, п'ять елементів дають напругу, в 5 разів більше, і т. Д.
Послідовне з'єднання елементів
Паралельне з'єднання елементів
Ємність ж батареї послідовно з'єднаних елементів не перевищує ємності одного елемента. Елементи можуть бути з'єднані паралельно, т. Е. Однойменними полюсами (рис. 1.2). Напруга батареї паралельно з'єднаних елементів не вище напруги одного елемента, але ємність такої батареї еквівалентна сумі ємностей окремих елементів. Така схема з'єднання акумуляторів не знайшла широкого розповсюдження, оскільки доцільніше брати один акумулятор необхідної ємності, а не з'єднувати паралельно кілька акумуляторів меншої потужності.
При необхідності змішаного з'єднання елементи з'єднують, як показано на рис. 1.3 і 1.4. Елементи можуть бути зібрані в послідовні ряди, а ці ряди потім з'єднуються паралельно (рис. 1.3). Можна елементи зібрати в паралельні групи, а потім групи з'єднати послідовно (рис. 1.4). Напруга і ємність батареї в обох випадках однакові. Перший спосіб з'єднання кращий для акумуляторів. Для сухих елементів краще другий спосіб.
Паралельне з'єднання груп послідовно з'єднаних акумуляторів застосовується у випадках, коли потрібно дуже велика ємність або коли зарядний пристрій не може забезпечити заряд батареї, якщо всі елементи будуть з'єднані послідовно.
У деяких установках з великим числом елементів зі змішаним з'єднанням з'єднують електрично всі крапки рівного потенціалу. Це сприяє уравниванию навантажень окремих акумуляторів і знижує загальний опір межелементних і міжгрупових з'єднань.
Паралельне з'єднання Послідовне з'єднання
Рис. 1.3. Паралельне з'єднання
послідовних груп елементів
Рис. 1.4. Послідовне з'єднання
паралельних груп елементів
1.3 Основні електричні характеристики акумуляторних батарей
Електрорушійна сила і напруга. Електрорушійної силою (ЕРС) називається різниця потенціалів позитивного і негативного електродів акумулятора при розімкнутому зовнішньому ланцюзі.
Величина ЕРС залежить, головним чином, від електродних потенціалів, т. Е. Від фізичних і хімічних властивостей речовин, з яких виготовлені пластини і електроліт, але не залежить від розмірів пластин акумулятора.
ЕРС кислотного акумулятора залежить також від щільності електроліту. Теоретично і практично встановлено, що ЕРС акумулятора з достатньою для практики точністю можна визначити за формулою
Е = 0,85 + g,
де g- щільність електроліту при 15 ° С, г / см3.
Для кислотних акумуляторів, в яких щільність електроліту коливається в межах від 1,12 до 1,29 г / см3, ЕРС змінюється відповідно від 1,97 до 2,14 В.
Виміряти ЕРС з абсолютною точністю майже неможливо. Однак для практичних цілей ЕРС приблизно і досить точно можна виміряти вольтметром, які мають високу внутрішній опір (не менше 1000 Ом на 1 В). При цьому через вольтметр буде проходити струм незначної величини.
Напругою акумулятора називається різницю потенціалів позитивних і негативних пластин при замкнутої зовнішньої ланцюга, в яку включений який-небудь споживач струму, т. Е. При проходженні струму через акумулятор. При цьому показання вольтметра при вимірюванні напруги завжди будуть меншими, ніж при вимірі ЕРС, і ця різниця буде тим більше, чим більший струм проходить через акумулятор.
ЕРС і напругу залежать від ряду факторів. ЕРС змінюється від щільності і температури електроліту. Напруга в свою чергу залежить від ЕРС, величини розрядного струму (навантаження) і внутрішнього опору акумулятора.
Залежність ЕРС акумулятора від щільності електроліту (концентрації розчину Н2SО4) наведена нижче:
Щільність електроліту при 25 ° С,г / см3 ............................ 1,05 1,10 1,15 1, 20 1,25 1,28 1,30
Н2SО4,% ............................. 7,44 14,72 21,68 27,68 33,8 37,4 39,7
ЕРС акумулятора, в .......... 1,906 1,960 2,005 2,048 2,095 2,125 2,144
З цієї залежності видно, що зі збільшенням концентрації сірчаної кислоти ЕРС також збільшується. Звідси, однак, не випливає, що для отримання більшої ЕРС можна надмірно збільшувати щільність електроліту. Встановлено, що стартерні акумуляторні батареї досить добре працюють тоді, коли щільність електроліту в них становить 1,27 - 1,29 г / см3.Кроме того, електроліт щільністю 1,29 г / см3імеет найнижчу точку замерзання.
При зміні температури електроліту ЕРС акумулятора також змінюється. Так, зі зміною температури електроліту від + 20 ° С до -40 ° С ЕРС акумулятора знижується з 2,12 до 2,096 в. В значно більшій мірі зі зміною температури електроліту змінюється напруга, оскільки воно залежить не тільки від ЕРС, а й від внутрішнього опору акумулятора, яке з пониженням температури значно зростає.
Між ЕРС, напругою, внутрішнім опором і величиною розрядного струму існує наступна залежність:
U = Е-Ir,
де U - напруга;Е - е. д. с. акумулятора;I - величина розрядного струму;r - внутрішній опір акумулятора.З цієї формули видно, що при постійному значенні ЕРС, вимірюваної при розімкнутому ланцюзі, напруга акумулятора падає в міру збільшення отдаваемого в процесі розряду струму.
Внутрішній опір. Внутрішній опір акумулятора порівняно мало, але в тих випадках, коли акумуляторна батарея розряджається силою струму великої величини, наприклад, при пуску двигуна стартером, внутрішній опір кожного акумулятора має дуже істотне значення.
Внутрішній опір складається з опору електроліту, сепараторів і пластин. Головною складовою є опір електроліту, яке змінюється зі зміною температури і концентрації сірчаної кислоти.
Залежність питомого опору електроліту щільністю 1,30 г / см3 від температури показана нижче:
Температура, ° С Питомий опір електроліту Ом · см
+ 40 0,89
+ 25 1,28
+ 18 1,46
0 1,92
- 18 2,39
Як видно з наведених даних, з пониженням температури електроліту від + 40 ° С до -18 ° С питомий опір зростає в 2,7 рази. Найменше значення питомої опору має електроліт щільністю 1,223 г / см3прі 15 ° С (30% -ний розчин Н2SО4 по вазі).
Другим складовим опору в акумуляторі є опір сепараторів. Воно залежить в основному від їх пористості. Сепаратори виготовляють з електроізолюючого матеріалу, пори якого заповнені електролітом, що й обумовлює електропровідність сепаратора.
У зв'язку з цим можна було б припустити, що зі зміною температури опір сепаратора буде змінюватися в тій же пропорції, що і опір електроліту, але це не зовсім так. Деякі види сепараторів, наприклад, сепаратори з мікропористого ебоніту (мипора) не чутливі до зміни температури.
Третім фактором, що входять в загальну суму внутрішнього опору елемента, служить активна маса і решітки позитивних і негативних пластин.
Опір губчастого свинцю негативної пластини незначно відрізняється від опору матеріалу решітки, в той час як опір перекису свинцю позитивної пластини перевищує опір решітки в 10000 разів. На відміну від опору електроліту опір решітки зменшується з пониженням температури. Але зважаючи на те, що опір електроліту в багато разів більше опору пластин, то зменшення їх опору з пониженням температури досить незначно компенсує загальне зниження опору електроліту.
На опір пластин впливає ступінь заряженноcті акумуляторної батареї. В процесі розряду опір пластин зростає, оскільки сірчанокислий свинець, що утворюється на позитивних і негативних пластинах, майже не проводить електричний струм.
У порівнянні з іншими типами акумуляторів кислотні акумулятори мають порівняно малий внутрішній опір, що і визначає їх широке застосування в якості стартерних батарей на автомобільному транспорті.
Ємність. Ємністю акумулятора називається кількість електрики, яка може віддати повністю заряджений акумулятор при заданому режимі розряду, температурі і кінцевому напрузі. Ємність вимірюють в ампер-годинах і визначають за формулою
C = Iptp,
де С - ємність, а · год;
Ip - сила розрядного струму, а;
tp - час розряду, ч.
Величина ємності акумуляторної батареї в основному визначається наступними факторами: режимом розряду (величиною розрядного струму), концентрацією електроліту і температурою. Акумулятори при форсованих режимах розряду віддають ємність менше, ніж при розряді більш тривалими режимами (невеликою величиною струму).
Зниження ємності при форсованих режимах розряду відбувається з наступних причин.
В процесі розряду перетворення активної маси пластин сірчанокислий свинець відбувається не тільки на поверхні пластин, але і всередині них. Якщо розряд здійснюють струмом невеликої сили і повільно, то електроліт встигає проникати в глибокі шари активної маси, а вода, що утворюється в результаті реакції в порах, встигає змішатися з основною масою електроліту. При форсованих режимах розряду концентрація сірчаної кислоти в електроліті всередині пластин значно знижується, свіжий електроліт не встигає проникнути в глиб активної маси, реакція йде в основному на поверхні пластин, так як пори закупорюються і внутрілежащіе шари активної маси майже не беруть участі в реакції. При цьому в результаті значного збільшення внутрішнього опору акумулятора напруга на його затискачах різко падає.
Однак після того як акумулятор буде розряджений при форсованому режимі, після невеликої перерви його знову можна розряджати. Це служить наочним підтвердженням того, що зниження ємності в акумуляторі при розряді великою величиною сили струму відбувається в результаті неповного використання активної маси пластин.
Крім величини розрядного струму, на ємність акумулятора значно впливає концентрація електроліту, яка визначає потенціал пластин, електричний опір електроліту і його в'язкість, яка впливає в свою чергу на здатність проникнення електроліту в глибокі шари активної маси пластин.
В процесі розряду щільність електроліту зменшується і в кінці розряду до активної масі пластин надходить недостатня кількість кислоти, в результаті чого напруга акумулятора падає і подальший його розряд стає неможливим. Чим більше різниця між концентраціями електроліту, що знаходиться поза пластин, і електроліту, що знаходиться в порах активної маси, тим інтенсивніше відбувається процес проникнення кислоти в пори пластин. У цьому відношенні застосування електроліту з більшою щільністю, здавалося б, має збільшити ємність. Але насправді надмірно велика щільність не веде до збільшення ємності, так як збільшення щільності електроліту неминуче призводить до підвищення в'язкості електроліту, внаслідок чого процес проникнення електроліту в глибину активної маси пластин погіршується, і напруга на затискачах акумулятора падає.
Встановлено, що найбільшу ємність має акумуляторна батарея з щільністю електроліту 1,27 - 1,29 г / см3.
Ємність акумуляторної батареї залежить також від температури. Зі зниженням температури ємність знижується, а з підвищенням збільшується. Це пояснюється тим, що зі зниженням температури збільшується в'язкість електроліту, в результаті чого він надходить до пластин в недостатній кількості.
Значення в'язкості електроліту щільністю 1,223 г / см3 в залежності від температури наведені нижче:
Температура, ° С ............ +30 +25 +20 +10 0 - 10 - 20 - 30
Абсолютна в'язкість,
пз (пуаз) ....................... 1,596 1,784 2,006 2,600 3,520 4,950 7,490 12,200
Ємність позитивних і негативних пластин із зміною температур змінюється не в однаковій мірі. Якщо при звичайній температурі ємність елемента лімітується позитивними пластинами, то при низьких температурах - негативними, так як при зниженні температури ємність негативної пластини зменшується в значно більшій мірі, ніж позитивною.
Останнім часом ємність акумуляторних батарей при низьких температурах вдалося значно підвищити за рахунок застосування більш тонких синтетичних сепараторів з високою пористістю (до 80%) і присадок, так званих розширювачів, до активної масі негативних пластин, які надають їй більшу пористість.
Крім режиму розряду, концентрації електроліту і температури ємність акумуляторної батареї залежить від терміну її служби, від терміну зберігання, протягом якого батарея не діяла, від наявності шкідливих домішок і т. Д. Ємність нової акумуляторної батареї, що надходить в експлуатацію, перший час (протягом гарантійного терміну служби) підвищується, так як відбувається формування пластин, після чого протягом певного періоду залишається постійною і потім починає поступово падати. Втрата ємності акумуляторною батареєю в кінці терміну служби пояснюється зменшенням пористості негативних пластин і випаданням активної маси позитивних пластин.
Якщо заряджена батарея тривалий час діяла, то при її розряді віддана ємність буде значно менше. Це пояснюється природним явищем саморазряда при бездіяльності батареї.
1.4. Принцип дії акумулятора
В даний час випускаються наступні типи електричних акумуляторів: свинцево-кислотні, лужні залізо-нікелеві, кадмій-нікелеві і срібно-цинкові акумулятори.
Найбільш масовими типами акумуляторів є свинцево-кислотні автомобільні батареї і тягові лужні залізо-нікелеві акумулятори. Срібно-цинкові акумулятори знаходять обмежене застосування через дорожнечу і дефіцитності вихідних матеріалів і порівняно малого терміну служби.
Кислотні акумулятори являють собою посудину, заповнений електролітом відповідної щільності, т. Е. Розчином сірчаної кислоти H2SO4 в дистильованої води, в який занурений блок пластин з чистого свинцю РЬ і блок пластин з перекису свинцю РЬО2 (рис. 1.7). Внаслідок постійно відбувається дисоціації молекул кислоти в електроліті зарядженого акумулятора є іони водню Н2 (катіони) і іони кислотного залишку SO4 (аніони). Якщо пластини акумулятора замкнути на деякий опір, то через нього потече струм. Негативно заряджені іони SO4 будуть прагнути до пластин з чистого свинцю, зарядженим позитивно. Іони водню, що мають позитивний заряд, будуть прагнути до негативних пластин, що містить двоокис свинцю. Пластини зі свинцю прийнято називати негативними, а з двоокису свинцю - позитивними.
При розрядці кислотного акумулятора відбуваються наступні хімічні реакції:
у негативної пластини
Pb + SO4 = PbS04;
у позитивної пластини
РЬО2 + H2 + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O.
Рис. 1.7. Пристрій і принцип дії кислотного акумулятора.
З розглянутих хімічних реакцій видно, що при розрядці кислотних акумуляторів на всіх пластинах виділяється сірчанокислий свинець PbSO4 і зменшується концентрація електроліту (внаслідок дисоціації кислоти і виділення води).
Сірчанокислий свинець володіє двома недоліками. По-перше, при інтенсивному освіті сірчанокислого свинцю можливо жолоблення або випинання пластин, а також «висипання» з пластин активної маси, так як обсяг сірчанокислого свинцю більше обсягу вихідних продуктів, з яких він утворюється. По-друге, сірчанокислий свинець після закінчення деякого часу кристалізується в нерозчинний речовина. Частина пластини, яка виявилася покритою кристалізувався сірчанокислим свинцем, не бере участі в хімічних реакціях. Внаслідок цього знижується корисна ємність акумулятора. Таке явище носить назву сульфатации кислотних акумуляторів. Для того щоб уникнути явища сульфатации, кислотні акумулятори не слід зберігати в незарядженому стані, не можна допускати недозарядке акумуляторів. При короткому замиканні в результаті бурхливої хімічної реакції та інтенсивного виділення сірчанокислого свинцю відбувається викривлення пластин кислотного акумулятора.
Зарядка акумуляторів здійснюється від зовнішнього джерела електроенергії, генератора постійного струму або випрямляча. При зарядці до негативних пластин направляються іони водню, а до позитивних - іони кислотного залишку. В результаті виникають наступні хімічні реакції:
у негативної пластини
PbS04 + H2 = Pb + H2S04;
у позитивної пластини
PbS04 + 2 Н20 + S04 = Рb02 + 2 Н2 + 2 H2SO4.
Отже, при зарядці акумуляторів відбувається розкладання сірчанокислого свинцю на вихідні продукти, а також відновлення концентрації електроліту. Очевидно, що закінченням зарядки акумуляторів можна вважати такий момент, коли весь сірчанокислий свинець розклався і концентрація електроліту відновилася до нормальної. При подальшій зарядці споживана акумулятором електрична енергія буде витрачатися на розкладання води, наявної в електроліті. Вода розкладається на водень і кисень. Кисень, як найбільш активний газ, виробляє окислення металів, наявних в акумуляторі. Водень виділяється в атмосферу. Тому на поверхні електроліту з'являються бульбашки, що створюють враження «кипіння» електроліту. У суміші з повітрям водень утворює вибуховий гримучий газ, який повинен бути негайно видалений з акумуляторного приміщення.
ЕРС, не вiднесеного на розрядку кислотного акумулятора, приймається в середньому рівний 2,1 В незалежно від розмірів акумулятора.
Напруга, що створюється акумулятором на затисках, визначається рівняннями:
при розрядці
U = E-IPr;
при зарядці
U = E + Iзар r
де Е - ЕРС акумулятора;
Ip, Iзар - відповідно струм розрядки і зарядки акумулятора;
r - внутрішній опір акумулятора.
Кислотні акумулятори мають невелике внутрішній опір, тому напруга на затискачах акумулятора незначно знижується навіть при великих струмах навантаження. В середньому опір кислотного акумулятора складає 0,005 Ом і є величиною, яка від щільності електроліту, а також від габаритів акумуляторів (чим більше габарити, тим менше опір). Зі зменшенням щільності електроліту, т. Е. Зі збільшенням ступеня розряду, ЕРС кислотних акумуляторів зменшується, а внутрішній опір збільшується. Внаслідок цього напруга акумулятора на початку розрядки знижується незначно, а до кінця падає швидко.
В даний час застосовуються в основному два різновиди лужних акумуляторів: кадмієво-нікелеві і залізо-нікелеві.
Електролітом їх є розчин їдкого калію КОН в дистильованої води (щільність електроліту 1,19-1,21). В якості активної маси позитивних пластин служить гідрат окису нікелю Ni (OH) 3, а активної маси негативних - губчастий кадмій Cd (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Пристрій і принцип дії лужного кадмиево-нікелевого акумулятора
При розрядці акумулятора аніони лужного залишку ОН прагнуть до пластин з чистого кадмію. Надлишкові електрони кислотного залишку направляються в зовнішній ланцюг і до пластин з гідрату окису нікелю, де вони нейтралізуються катіонами калію. Таким шляхом створюється розрядний струм акумулятора.
При розрядці лужного акумулятора відбуваються наступні хімічні реакції:
у негативної пластини
Cd + 20H = Cd (OH) 2;
у позитивної пластини
Ni (ОН) 3 + К = Ni (OH) a + КОН.
З даних реакцій видно, що при розрядці лужного акумулятора кадмій переходить в гідроокис кадмію Cd (OH) 2, а трьохатомний гідрат окису нікелю Ni (OH) 3 - в двоатомної гідроокис нікелю Ni (ОН) 2. Ці речовини не володіють негативними властивостями, тому лужні акумулятори не вимагають ретельного догляду в експлуатації, можуть бути тривало незарядженими, мало руйнуються при коротких замиканнях.
При зарядці лужних акумуляторів катіони калію рухаються до негативних пластин, а аніони лужного залишку - до позитивних. При зарядці відбуваються наступні хімічні реакції:
у негативної пластини
Cd (OH) 2 + 2K = 2KOH + Cd;
у позитивної пластини
Ni (OH) 2 + OH = Ni (OH) 3.
При розрядці, і при зарядці лужних акумуляторів щільність електроліту залишається постійною, так як дисоціація їдкого калію на іони К і ОН компенсується утворенням КОН.
Після переробки всіх речовин, що беруть участь в хімічних реакціях, при зарядці лужних акумуляторів відбувається розкладання води електроліту і «кипіння» акумулятора.
3. Лужні акумулятори
3.1. Залізо - нікелеві акумуляториПозитивні пластини. Позитивна пластина
зображена на рис. 3.1.
Позитивні пластини залізо-нікелевих акумуляторів заповнюються гідратом окису нікелю, який в процесі формування перетворюється у вищий оксид нікелю. Так як цей матеріал погано проводить струм, то до нього додають пелюстки нікелю або графіт з метою забезпечення необхідної провідності. У ранньому типі акумулятора для цієї мети застосовувався графіт, але зі зміною конструкції елементів графіт був замінений пелюстковим нікелем. У ряді інших типів лужних акумуляторів застосування графіту збереглося.
Рис.3.1. Позитивна пластина залізо-нікелевого акумулятора типу А.
Електролітом для всіх лужних акумуляторів служить розчин гідроксиду калію у воді. У залізо-нікелевих елементах до нього додається невелика кількість гідроокису літію.
Приготування гідроксиду нікелю. Тонкоподрібнений нікель розчиняється в сірчаної кислоти. Вирізняється під час цього процесу водень збирається і зберігається з метою використання для інших процесів, пов'язаних з виробництвом акумуляторів. У розчині зазвичай знаходяться деякі домішки, як-то: мідь, цинк, сурма, залізо, які повинні бути усунені. Отриманий розчин сульфату нікелю потім впорскується в гарячий розчин їдкого натру. В результаті відбувається хімічної реакції випадає гідроокис нікелю. Осад відділяється і висушується, але так як він містить значну кількість гідрату окису натрію, карбонатів і сульфатів, то вони повинні бути вилучені шляхом промивання гарячою водою. Після цього гідроокис нікелю висушується знову і піддається випробуванню на якість. Якщо вона знайдена задовільною, її розмелюють і просівають через сита (30-190 меш).
Приготування пелюсткового нікелю. Пелюсткові нікель, що додається до гідроксиду нікелю при виготовленні пластин, необхідний для того, щоб повідомити активному матеріалу достатню електричну провідність. Пелюсткові нікель являє собою квадратики зі стороною 1,6 мм і товщиною близько 0,001 мм. Готується він способом електролітичного осадження нікелю. Пристрій для отримання електролітичних оса; ков складається з обертових мідних циліндрів, які підтримуються краном і занурюються по черзі в мідну і нікелеву електролітичні ванни на час, до тнього для осадження тонких шарів необхідних металів
Циліндри промиваються водяними струменями в проміжках між кожним зануренням в електролітичну ванну. Цей процес поперемінного осадження міді та нікелю повторюється багато разів, так що шар відклався на циліндрах металу складається з багатьох шарів міді і стількох же шарів нікелю. Мідно-нікелевий лист знімається після цього з циліндра і розрізається на квадрати 1,6 мм2. Мідь розчиняється хімічним шляхом, залишаючи нікель у вигляді тонких пелюсток. Пелюсткові нікель потім промивається, пропускається через центрифуги висушується над паровими змійовиками. Пелюсткові нікель має дуже малий насипний вагу. Один кубометр пелюсток важить всього близько 56 кг.
Рис. 3.2. Трубка позитивної пластини залізо-нікелевого акумулятора.
Трубки для активного матеріалу. Активний матеріал позитивних пластин залізо-нікелевих акумуляторів поміщається в сталеві трубки (рис. 3.2). Трубки виготовляються із стрічки вуглецевої сталі, прокатаної в холодному стані і перфорованої шляхом пропускання через спеціальні валики, що пробивають 80-90 отворів на 1 см2. Грат віддаляється за допомогою наждакових кіл, а потім стрічка очищається обертовими дротяними щітками так, щоб всі отвори для забезпечення вільного доступу електроліту до пластин були відкриті. Після цього сталева стрічка нікелюється шляхом послідовного і безперервного проходження її через ряд ванн, що містять необхідні розчини для очищення стрічки, нікелювання і промивки. Перша з ванн складається з розчину для видалення жиру зі сталевої стрічки. Потім слід ванна з гарячої води, що змиває луг. Наступна ванна містить розчин сірчанокислого нікелю, в якому проводиться нікелювання. Потім слідують дві промивні ванни з гарячою і холодною водою, і, нарешті, сталева стрічка пропускається через ванну зі слабким розчином гідроксиду амонію.
Час, необхідний для проходження кожної ділянки стрічки через всю серію ванн, складає всього близько 8 хв. Після закінчення процесу нікелювання стрічка висушується і прожарюється в атмосфері водню. Метою прожарювання є зрощування нікелевої плівки зі сталевою основою для уникнення можливого відставання нікелю.
Робиться це в атмосфері водню, щоб уникнути окислення і потемніння.
Трубки, містять активний матеріал позитивних пластин, виготовляються з нікельованої сталевої стрічки шляхом скручування її у вигляді спіралі. Шви трубок загинаються і згладжуються. Трубки виготовляються правого і лівого спрямування витка. При складанні пластин праві і ліві спіралі чергуються з метою вирівнювання напружень, які могли б викривити трубки. Трубки робляться довжиною 11,5 см і діаметром 6,3 мм.
Наповнення трубок. На дно кожної трубки вкладається ковпачок, і серія трубок поміщається потім в машину, набивають в них активний матеріал. Трубки вкладаються у форми, розташовані внизу ряду важких пуансонів. Ударне зусилля становить приблизно 140 кг / см2. Кожна форма містить вісім трубок. Набивальна машина забезпечена двома бункерами, з яких один подає в кожну трубку певні порції гідрату окису нікелю, а інший відповідну кількість пелюсткового нікелю. Після засипання гідроксиду і пелюсток слід удар пуансона. Процес повторюється 315 разів, даючи, таким чином, 630 чергуються шарів гідроксиду нікелю і пелюсткового нікелю (рис. 3.3). Шар нікелю тонше, ніж шар гідрату, тому нікель складає всього 14% від вмісту трубочки. Після наповнення трубок кінці їх щільно стискаються так, щоб їх було зручно закріпити в сталевих рамках. Однак перед тим як зміцнити трубки в рамках, кожну з трубок підсилюють вісьмома цільними нікельованими сталевими кільцями, щоб попередити можливість розриву трубки від розширення активного матеріалу в процесі формування. Активний матеріал позитивної пластини дещо скорочується в обсязі при розряді.
Позитивні рамки. Позитивні рамки штампуються із сталевих листів (рис. 3.4), нікелюється і прогартовуються, як це було описано вище. Обтиснуті кінці трубок затискаються вушками, виступаючими з горизонтальних бічних ребер рамки. Трубки закріплюються за допомогою гідравлічного преса.
Рис. 3.3. Збільшений вертикальний розріз трубки позитивної пластини, що показує чергування шарів гідроксиду нікелю і пелюсткового нікелю
Рис. 3.4. Ґрати залізо-нікелевих акумуляторів: зліва - негативна, справа - позитивна.
Негативні пластини. Негативні пластини залізо-нікелевих акумуляторів заповнювалися спочатку тонко подрібненими металевим залізом, оксидами заліза і оксидами ртуті. Негативні пластини юнгнеровскіх акумуляторів містять суміш заліза і кадмію. Один час намагалися застосовувати один кадмій. Однак виявилося, що суміш більш придатна для цієї мети. Негативна пластина зображена на рис. 3.5.
Активний матеріал. Чисте залізо розчиняється в сірчаної кислоти. Під час цього процесу виділяється водень, що збирається для інших потреб при виробництві акумуляторів. Залізо піддається кілька разів повторної кристалізації і потім центрифугируется з метою звільнення від маточного розчину. Після цього воно висушується при температурі 5000C і потім прожарюється в окислювальному атмосфері до окисного стану (Fe2O3). Сліди купоросу в цій окису видаляються промиванням, після чого окис висушується і відновлюється в муфельній печі в атмосфері водню. Потім матеріал, частково окислений до закісного стану, сушиться і розмелюється.
Рис. 3.5. Негативна пластина залізо-нікелевого акумулятора.
Ламелі негативних пластин. Активний матеріал для негативних пластин поміщається в сталевих коробочках, або ламелях, з перфорованими стінками. Виготовляються вони з нікельованої стрічки, такою ж, яка застосовується для виготовлення позитивних трубок, тільки з більш тонкої перфорацією. Стрічка нарізається смужками належної довжини і пресується у вигляді коробочки, причому один кінець коробочки залишається відкритим. Набивання коробочок активним матеріалом проводиться через цей відкритий кінець.
Ламелі зміцнюються в негативній решітці, штампованої із сталевих листів і потім нікельованою. Решітка має ряд паралельних отворів належних розмірів, розрахованих на зміцнення в них ламелей з активним матеріалом. Ламелі закріплюються в решітці за допомогою гідравлічного преса, спресовувати ламелі і гофрують їх поверхню.
1 2 3 4 5 6 7 8