1   2   3   4   5   6   7   8
Ім'я файлу: Записка Багач.docx
Розширення: docx
Розмір: 1033кб.
Дата: 14.06.2021
скачати
Пов'язані файли:
Записка.docx

3.2. Нікель-кадмієві акумулятори

Кадмієво-нікелеві акумулятори відомі поряд з залізо-нікелевими. Вони застосовуються для дротового зв'язку, радіо, живлення приладів і т. П.
Кадмієві акумулятори менш схильні саморазряду, ніж залізо-нікелеві, і порівняно нечутливі до низьких температур. Середні напруги елемента при розряді 1,2 в.
Нікель-кадмієві акумулятори мають багато спільного з залізо-нікелевими. Активна маса позитивних пластин, електроліти і деякі конструктивні дані однакові для обох типів акумуляторів. Головна відмінність лежить в негативних пластинах, які в якості активної маси містять кадмій або суміш кадмію та заліза.
Основні хімічні реакції в нікель-кадмієвих акумуляторів до деякої міри невизначені, особливо щодо гідратного стану активної маси та участі заліза в реакціях, що мають місце в негативних пластинах. Кінцевий результат реакції - перехід кисню з активної маси пластини однієї полярності в пластину іншої полярності відбувається без помітної зміни електроліту в цілому. Реакція зазвичай представляється в наступному вигляді:
Cd + Ni2O3↔ CdO + 2NiO (головна реакція),
Cd + NiO2↔ CdO + NiO (вторинна реакція).
Основна частина струму обумовлюється головною реакцією, але і вторинна реакція, якщо розряд починається незабаром після закінчення заряду, сприяє більшій віддачі акумулятора.
Позитивні та негативні пластини - однакової конструкції; складаються вони з перфорованих ламелей, заповнених активною масою. Однак позитивні пластини деяких типів мають трубчасту конструкцію, дуже близьку до конструкції залізо-нікелевих акумуляторів. Ламелі для пластин обох полярностей виготовляються з перфорованої сталевої стрічки, нікельованої і отожженной в водні. Розміри ламелі вибираються із запасом для забезпечення можливості розширення активної маси. Збільшення обсягу активної маси пластин відбувається в процесі перших декількох зарядів і розрядів, в результаті чого товщина пластин може збільшитися на 35% від початкової. Пакет ламелей показаний на рис. 2.10.



Рис. 3.6 .. Один із способів з'єднання негативних ламелей в пластинах нікель-кадмієвих акумуляторів.
Активною масою для позитивних пластин служить гідроокис нікелю. Вона виходить осадженням з розчину сірчанокислого нікелю NiSO4, при додаванні розчину їдкого натру NaOH. Для отримання матеріалу належної структури процес повинен строго регулюватися. Осад виходить тонко дисперсний, що володіє високоабсорбціоннимі властивостями, він обробляється потім розчином каустику. Вміст нікелю в готовому продукті відповідно до формули зазвичай менше 63,2%.
При виготовленні пластин трубчастого типу в активну масу, як і у випадку залізо-нікелевих акумуляторів, для збільшення провідності маси додається пелюстковий нікель. В активну масу для конструкцій з ламелями додається натуральний графіт високої чистоти (зольність менше 1%).
Слід вживати застережних заходів для запобігання забруднення маси шкідливими домішками, наприклад домішка заліза може зменшити активність оксидів нікелю.
Ламелі негативних пластин заповнюються окисом кадмію CdO або гидроокисью кадмію Cd (OH) 2; під час першого заряду ці матеріали відновлюються до металевого кадмію в губчастої формі. Більшість акумуляторних заводів додає в активну масу негативних пластин залізо в кількостях від 5 до 30%. При цьому переслідується мета отримати кадмій високодисперсною структури. Доброчинна дія добавки заліза на структуру кадмію встановлено емпірично, але справжня причина такої дії повністю не встановлений. Деякі вважають, що залізо утворює сплав з кадмієм; інші, - що залізо служить як розширювача; треті думають, що залізо діє виключно як агент, що сприяє збереженню тонко-дисперсного стану електролітично обложеного кадмію. Металеве залізо, безсумнівно, збільшує провідність активної маси, а й оксиди кадмію самі є досить хорошими провідниками.
Окислюється чи залізо під час розряду, також є об'єктом різних думок. Деякі дослідники думають, що це так і що залізо в деякій малій мірі підвищує розрядну ємність. На думку інших, залізо в токообразующіх процесах участі не бере.
Електролітом для нікель-кадмієвих акумуляторів служить гідроокис калію, КОН, питомої ваги 1,190-1,250.
Частина акумуляторних заводів додає в електроліт невеликі кількості гідроксиду літію, LiOH, як і у випадку акумуляторів залізо-нікелевого типу.
Поглинання вуглекислоти з повітря або введення її в електроліт разом з долівочной водою в кінцевому результаті викликає необхідність у заміні електроліту. Межа допустимого вмісту карбонатів залежить від режиму роботи акумулятора.
В результаті експериментів було встановлено, що шкідлива дія карбонатів позначається тільки на негативних пластинах. В акумуляторах, що містять значну кількість карбонатів, на активній масі негативних пластин утворюється погано проводить шар CdCO3, що й обумовлює мляву характеристику. Для відновлення ємності акумулятора зазвичай цілком достатньо заміни електроліту.
Температура замерзання електроліту - 28 ° С не залежить від ступеня зарядженості акумулятора. Опір електроліту дещо перевищує опір електроліту свинцево-кислотних акумуляторів. Ця обставина, що ставить у невигідне становище лужні акумулятори в сенсі можливості віддачі великих струмів, може бути компенсовано збільшенням площі Пластин і зменшенням відстані між ними; з такими конструктивними змінами лужні акумулятори застосовуються як стартерних на автобусах і вантажівках.
Протягом останніх п'яти років випускалися акумулятори з пластинами завтовшки 1-2 мм і відстанню між пластинами менше 1 мм, фіксованим допомогою ебонітових смужок, службовців сепараторами.
Якщо до цього додати, що кадмієві пластини мають здатність до розрядів сильними струмами і не втрачають працездатності при низьких температурах, можливість застосування нікель-кадмієвих акумуляторів як стартерних стає очевидною.

. Електроліт і його приготування

4.1.Електроліт для свинцевих акумуляторів

Електролітом для свинцевих акумуляторів служить розчин сірчаної кислоти.
Сірчана кислота є одним з найважливіших хімічних сполук в силу великої різноманітності її застосування. У продажу вона зустрічається під різними назвами в залежності від її фортеці і чистоти. Камерна кислота являє собою водний розчин, що містить від 62 до 70% сірчаної кислоти, в баштовою кислоті відсоток кислоти коливається від 75 до 82, в купоросного маслі від 93 до 97%. Моногідрат містить 100% кислоти. Максимальна фортеця, яка може бути отримана шляхом випарювання, 98,5%. Димляча кислота містить сірчаний ангідрид, розчинений в концентрованої сірчаної кислоти. Для акумуляторів найважливіше значення має хімічна чистота розчинів купоросного масла. Однак, враховуючи, що терміном «купоросне масло» іноді позначають більш забруднені або технічні сорти кислоти, включаючи коричневе купоросне масло, більш правильно користуватися терміном «сірчана кислота», розуміючи під цим хімічно чисту кислоту.
Концентрована сірчана кислота - прозора рідина без кольору і запаху, що має консистенцію легкого масла. Питома вага дорівнює 1б84 при 15 ° С. Вміст у ній чистої кислоти близько 95%. Вона піддається змішуванню з водою у всіх пропорціях. При змішуванні кислоти з водою розвивається велика кількість тепла. Концентрована кислота кипить при 338 ° С.
Скорочення обсягу розчину.
Якщо один обсяг сірчаної кислоти змішується з одним об'ємом води, то обсяг отриманого розчину (після охолодження його до первісної температури) нічого очікувати дорівнює сумі двох початкових об'ємів, а буде дещо менше. Теж спостерігається і для будь-якої іншої пропорції суміші води з кислотою. Сума початкових об'ма води і кислоти більше, ніж обсяг розчину.
Питомий опір. Опір проходженню електричного струму через електроліт змінюється з концентрацією і температурою. Питомим опором, що є властивістю самого речовини, називається опір зразка довжиною в 1 см з поперечним перерізом в 1 см2:
,
де R- опір; ρ-питомий опір; l- довжина; s - поперечний переріз.
Залежність цю можна написати інакше:
.
Питомі опору електролітів, що застосовуються в акумуляторах, знаходяться в межах мінімальних питомих опорів розчинів сірчаної кислоти.
Відомо, що розчини, які містять приблизно 30% сірчаної кислоти (питома вага 1,223 при 15 ° С), мають найменший опір. Але тільки недавно стало відомо, що за рахунок зміни співвідношень кількості кислоти і води в розчині можна отримати мінімальні опору і при інших температурах. Наприклад, при 30 ° С розчин найменшого опору містить 31,5% сірчаної кислоти, а при -25 ° С26,5%. Питомий опір розчинів сірчаної кислоти швидко зростає при пониженнях температури, особливо коли температура нижче нуля.
Питомий опір електроліту - один з найважливіших факторів, що визначають опір акумулятора. Якщо внутрішній опір акумулятора не дуже мало, то значна частина корисної енергії втрачається всередині самого акумулятора.
Температура замерзання електроліту змінюється з його концентрацією або, інакше кажучи, вона змінюється залежно від стану заряду батареї.
Питома вага розчину - відношення ваги розчину до ваги такого ж обсягу чистої води при деякій температурі.
Питома вага електроліту переносних батарей вище, ніж стаціонарних, але вибір його визначається не тільки обсягом і вагою. Велику роль у визначенні правильної концентрації кислоти відіграють хімічні реакції, температура і характер служби батареї.
Основна вимога полягає в тому, щоб концентрація була достатньою для забезпечення необхідної кількості кислоти в даному просторі всередині елемента з тим, щоб можна було отримати необхідну ємність.
Вимоги, що пред'являються до переносних елементам щодо обсягу їх і ваги, не допускають великих кількостей електроліту. У стаціонарних елементах обсяг і вага не мають такого великого значення.
Хімічні реакції, що відбуваються в елементі протягом того періоду часу, поки він стоїть без роботи, визначають межу підвищення концентрації кислоти. Місцеві реакції швидко зростають з посиленням концентрації кислоти. Особливо це відноситься до негативної пластині. Інший хімічною реакцією, яка виникає в елементі, є дія електроліту на сепаратори, виготовлені з дерева. Занадто міцна кислота руйнує ці сепаратори. Дія на сепаратори кислоти питомої ваги 1,300 набагато більше, ніж кислоти питомої ваги 1,250 і нижче. Робота батарей, заряджати та розряджати через часті проміжки часу, як, наприклад, пускових та освітлювальних або тягових, не страждає серйозно від легких хімічних впливів, що ведуть до утворення сульфату свинцю. Що ж стосується батарей, що заряджаються менш часто, то вони повинні бути вільні від місцевих дій, наскільки це можливо.
Хімічні реакції, що відбуваються всередині елемента, практично обмежують вища межа концентрації питомою вагою 1,300, і є тенденції використовувати ще менші концентрації.
Температури, при яких батареї працюють в експлуатації, мають велике значення для вибору питомої ваги. Батареї, що працюють при низьких температурах, як, наприклад, автомобільні батареї в холодних климатах або батареї літаків, вимагають більш високих густин кислоти для того, щоб вони могли працювати без замерзання електроліту. З іншого боку, батареї, що працюють в жарких климатах або на судах, що проходять через тропіки, вимагає більш низької питомої ваги в силу того, що при високих температурах хімічна активність збільшується.
Концентрації кислоти для різних типів батарей при повному заряді повинні бути приблизно наступні:
Стаціонарні батареї ........................... Від 1,200 до 1,225
Тягові батареї ......................................... "1,260" 1,280
Пускові та освітлювальні батареї ....... "1,260" 1,300
Те ж в тропіках ........................ ..... "1,200" 1,230
Авіаційні батареї ................................ "1,265" 1,285
Освітлювальні батареї в поїздах .......... "1,210" 1,230
Переносні батареї для
залізничної сигналізації ............ ... 1,220
Контрелементи ............................................ "1,210" 1,250

4.3. Приготування електроліту для свинцевих акумуляторів

Електроліт для свинцевих акумуляторів готується шляхом розведення чистою сірчаної кислоти чистою водою. Кислота продається зазвичай концентрованою, питомої ваги від 1,835 до 1,840. При розведенні концентрованої кислоти розчин сильно нагрівається. Щоб уникнути небезпеки для особи, яка провадить змішування, завжди необхідно наливати кислоту у воду, але не навпаки.
Хоча кількість теплоти, що розвивається в обох випадках, одне і те ж, проте питомі теплоти води і концентрованої кислоти зовсім різні. Струмінь води, потрапляючи в концентровану кислоту, звільняє велику кількість теплоти, яка завдяки низькій питомій теплоті кислоти викликає сильне місцеве підвищення температури. Кислота, доливають до води, не може викликати настільки ж великого підвищення температури в силу того, що питома теплота води дуже висока. Необхідно безперервно перемішувати розчин весь час, поки кислота підливається в воду, для того, щоб перешкодити важчій кислоті опуститися на дно посудини, що не змішавшись з водою.
Для змішування та зберігання невеликих кількостей електроліту найбільш підходять судини порцелянові, гончарні або скляні; але так як вони легко дають тріщини, то їм слід віддати перевагу чани, викладені свинцем, особливо для більш значних кількостей.
Ніякі інші металеві посудини, крім свинцевих, непридатні.
Після розведення кислоти, до заливки її в батарею, необхідно почекати, поки вона охолоне, для того щоб уникнути пошкоджень пластин і сепараторів.
Охолодження можна прискорити, користуючись струменем стисненого повітря, але повітря при цьому повинен бути чистим.
Уникнути сильного підвищення температури при змішуванні кислоти з водою можна, застосовуючи замість води лід, приготований з дистильованої води. Зниження температури відбувається внаслідок того, що прихована теплота плавлення льоду приблизно дорівнює кількості теплоти, що звільняється при розчиненні сірчаної кислоти. Лід, вільний від води, можна додавати до кислоти безпосередньо. Надлишок поглиненої теплоти показує, що розчин повинен отримати температуру нижче нуля, що і спостерігалося в дійсності.
Щоб полегшити приготування електролітів будь-якої необхідної концентрації, на рис. 4.1 наведені необхідні пропорції кислоти і води. Акумуляторні заводи зазвичай подають відомості про те, який фортеці кислоту слід застосовувати для кожної даної батареї.



Рис. 4.1. Приготування електроліту будь-якого питомої ваги з концентрованої кислоти питомої ваги 1,835.
1 вміст сірчаної кислоти,%; 2 - требующаяся добавка води за обсягом; 3 - те ж по вазі.

5. Джерела пошкоджень

Найчастіше джерелами пошкоджень батарей є:
Перезаряд. Перезаряд викликає надмірне газоутворення, що руйнує активний матеріал пластин, особливо позитивних. Оползая вниз в проміжках між сепараторами і пластинами, цей матеріал осідає на дні посудини у вигляді тонкого коричневого осаду. Перезаряд підвищує також температуру батареї, яка може вирости до такої міри, що вона стає руйнівною як для пластин, так і для сепараторів. Окремі випадки жолоблення пластин також можуть бути віднесені за рахунок перезарядження, хоча останній і не є єдиною причиною викривлення.
Перезаряд, супроводжуваний надмірним виділенням газів, викликає марну втрату води, вимагаючи постійного спостереження за тим, щоб електроліт підтримувався в елементі на належному рівні. Періодичний перезаряд діє сприятливо, але коли він стає звичайним, він зменшує термін служби батареї.
Недозаряд. Постійний недозаряд батареї викликає поступову псування елементів. Це виявляється завдяки прогресуючого зменшення питомої ваги і кілька більш світлою забарвленням пластин. Матеріал, осаждающийся на дні посудини при систематичній недозарядке, являє собою зазвичай тонкий білий порошок, що складається головним чином з сульфатасвінца. Частина цієї речовини осідає всякий раз, коли елемент заряджається знову. Наслідок систематичного недозаряд зазвичай полягає в тому, що один або кілька елементів виснажуються раніше за інших і в ряді випадків можуть вивести з ладу і ці останні. Якщо це сталося, то найкращим засобом з'явиться заряд батареї, що триває до тих пір, поки всі елементи знову будуть доведені до нормального стану. Недостатній заряд є однією із самих звичайних причин викривлення пластин. Сульфат свинцю займає більший обсяг, ніж основний матеріал, і надлишок його викликає деформацію пластин.
Корозія затискачів. Ознаки корозії затискачі часто перешкоджають достатньою віддачі струму батареєю. Причиною цього є продукти корозії, що відкладаються шаром між затискачем і затиснутим з'єднанням та не проводять електричного струму. Новоутворена планка звичайно не заважає заряду батарей або використанню їх для горіння лампочок автомобіля, але вона робить дуже великий опір при проходженні сильних струмів, необхідних в період пуску. Продукти корозії повинні бути видалені промиванням відповідних частин розведеним розчином аміаку для нейтралізації кислоти з подальшою мастилом вазеліном.
Тріснуті або розбиті судини. Тріснуті або розбиті баки закритих батарей зазвичай впізнаються по витоку електроліту через ящик або ж, якщо тріщина мала, то за підвищеним порівняно з іншими елементами кількістю води, яке періодично доводиться додавати в них. У цьому випадку електроліт елемента все більш розбавляється водою, що призводить до зменшення ємності елемента. Текти баків в кінцевому підсумку призводить до руйнування дерев'яного ящика, в якому вміщені елементи. Як тільки в баку виявлено пошкодження, його слід змінити і в кінці повного заряду довести питому вагу електроліту в батареї до вимагається норми.
Тріщини в перегородках між елементами в батареях, укладених в моноблоки з пластмаси, зумовлюють постінному розряд одного або двох елементів, витік струму в цьому випадку відбувається через електроліт. Це найчастіше за все спостерігається у батарей, які пропрацювали 18 міс. і більше.
Першим симптомом такого пошкодження зазвичай є нездатність батареї тримати заряд і відмінність в ступені заряду окремих елементів. Моноблоки, що мають тріщини, повинні бути замінені.
1   2   3   4   5   6   7   8

скачати

© Усі права захищені
написати до нас