Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Аккумуляторные батареи

Свинцово-кислотные аккумуляторы - Аккумуляторные батареи

Оглавление
Аккумуляторные батареи
Электрические характеристики аккумуляторных батарей
Принцип действия аккумулятора
Свинцово-кислотные аккумуляторы
Пластины аккумуляторов
Сепараторы для свинцово-кислотных аккумуляторов
Сосуды для свинцово-кислотных аккумуляторов
Сборка для свинцово-кислотных аккумуляторов
Железо–никелевые аккумуляторы
Никель-кадмиевые аккумуляторы
Серебряно-цинковые аккумуляторы
Электролит для свинцовых аккумуляторов
Свойства щелочных электролитов
Приготовление электролита
Источники повреждений аккумуляторных батарей
Заряд аккумуляторных батарей
Зарядные устройства
Ремонт аккумуляторных батарей
Оборудование мастерской по ремонту аккумуляторных батарей
Ремонт
Сборка аккумуляторных батарей
Охрана труда и техника безопасности
Особенности эксплуатации аккумуляторных батарей на электростанциях и подстанциях
Основные сведения по монтажу
Порядок эксплуатации аккумуляторных батарей
Техническое обслуживание аккумуляторных батарей

2. Свинцово-кислотные аккумуляторы

2.1. Материалы для производства аккумуляторов

Свинец. Залогом высокого качества аккумуляторов является надежный выбор исходных материалов и совершенная технология изготовления. Характерной особенностью производства свинцово-кислотных батарей является применение в качестве основного сырья, используемого для изготовления деталей, дорогих и дефицитных цветных металлов - свинца, сурьмы и их сплавов.
Физические свойства свинца. Свинец  (Рb) – химический элемент четвертой группы периодической системы Д.. И. Менделеева, порядковый номер 82, атомный вес 207,21, валентность 2 и 4. Свинец – синевато-серый металл, удельный вес его, в твердом виде составляющий 11,3 г/см3, уменьшается при расплавлении в зависимости от температуры.
Свинец очень жидкотекучий металл, его вязкость лишь в два раза   превышает вязкость воды. Самый пластичный среди металлов, он хорошо прокатывается до тончайшего листа и легко куется. Свинец легко подвергается  механической обработке,  относится  к числу легкоплавких металлов, при сравнительно низкой температуре обладает заметной летучестью, которая возрастает при ее повышении. Чистый свинец плавится при температуре 327,40C температура кипения 15250C, удельная теплоемкость 133 Дж/кг, теплота плавления 23,6 кДж/кг. При переходе из жидкого состояния в твердое свинец сокращается в объеме на 3,5 % и поэтому плохо заполняет форму. При температуре, близкой к точке плавления, свинец делается очень хрупким и легко крошится. Пары свинца, свинцовая пыль и оксиды его имеют сладковатый вкус и действуют на организм человека как медленный яд.
Важнейшие свойства этого элемента - весьма малые тепло- и электропроводимость, составляющие 7,5 и 10 % от аналогичных характеристик серебра, принимаемых за 100 %. По сравнению с медью тепло- и электропроводимость свинца меньше в 10 раз.
В свинце всегда находится некоторое количество примесей: медь, мышьяк, сурьма, олово, железо, висмут и натрий. Большинство этих примесей являются нежелательными, так как уменьшают срок службы и емкость  аккумуляторных  батарей. Поэтому свинец, применяемый для  изготовления деталей аккумуляторных батарей, должен содержать как можно меньше загрязняющих примесей. В аккумуляторной промышленности применяют свинец марок С0, С1 и С2.
Химические свойства свинца.  В сухом  воздухе свинец не изменяет химические свойства и сохраняет металлический блеск. Во влажном и содержащем углекислый газ  воздухе он тускнеет, покрываясь пленкой оксидов. Расплавленный свинец в присутствии воздуха медленно окисляется, превращаясь в РbО (глет). Известны и другие соединения свинца с кислородом, в частности Рb2Оз и РbзО4. Все оксиды, кроме РbО, при повышенных температурах разлагаются на оксид свинца и кислород. Свинец - химически стойкий элемент. Чистая вода, не содержащая кислород, не действует на свинец. Обычная вода, в составе которой находятся кислород и различные соли, образуют на его поверхности плотную корку нерастворимых осадков.
Соляная и серная кислоты воздействуют только на поверхность свинца, так как образующиеся РbСl2 и PbSO4 нерастворимы и предохраняют металл от дальнейшего разрушения.
Свинец очень стоек по отношению к серной кислоте, центрированная H2SO4 растворяет его лишь при температуре выше 200°С. Сернокислые соли калия, натрия, железа и меди не оказывают на него заметного действия. Не разрушается свинец также в растворах соды, цианистого калия, в минеральных маслах. Свинец весьма устойчив по отношению к сернистому газу  (SO2). Лучшим растворителем его является азотная кислота, особенно разбавленная.
Сурьма. Сурьма представляет собой металл серебристо-белого цвета с сильным  блеском, кристаллического строения. В противоположность свинцу - это твердый металл, но очень хрупкий и легко дробящийся на куски. Сурьма значительно легче свинца, ее удельный вес 6,7 г/см3. Температура плавления 630,5°С, теплота плавления 101,3 кДж/кг, а температура кипения 1440°С. При обычной температуре сурьма не окисляется на воздухе, если же нагреть ее выше точки плавления (630,5°С), то она горит синеватым пламенем,   образуя белый дым, состоящий из оксидов сурьмы.
С кислородом сурьма образует несколько соединений, которые в зависимости от количества кислорода, связанного с одинаковым количеством сурьмы, называются: трехокись, четырехокись и пятиокись сурьмы.  Вода и слабые кислоты на сурьму не действуют. Она медленно растворяется в крепкой соляной и серной кислотах. Важной особенностью сурьмы является ее способность образовывать сплавы с большинством металлов, особенно с тяжелыми металлами, например, свинцом. Сплавы сурьмы со свинцом имеют повышенную твердость, но при слишком высоком содержании сурьмы они становятся хрупкими. В аккумуляторных батареях в качестве добавки к сплаву токоотводов примет сурьму марок СуО, Cyl, Су2.
Сплавы для токоотводов свинцовых аккумуляторных батарей. Сплавы, предназначенные для изготовлю токоотводов свинцовых батарей, должны удовлетворять ряду требований: они должны прежде всего обеспечивать минимальное газовыделение при заряде и хранении аккумулятора, а также малую скорость саморазряда. Сплавы должны обладать достаточно высокими механическими характеристиками и высокой технологичностью, позволяющей осуществлять отливку токоотводов сложной конфигурации при сравнительно малой толщине. Сплавы, как и во всех других случаях, дол характеризоваться достаточной коррозионной стойкостью, отличаться низкой стоимостью, недефицитностью исходных материалов и достаточной электропроводностью. Чистый свинец не вполне отвечает этим требованиям, так как имеет низкие механические характеристики и литейные свойства.
Добавка сурьмы к свинцу существенно изменяет некоторые физические свойства сплава, а именно: повышает механическую прочность и коррозионную стойкость. Для отливки аккумуляторных токоотводов используют сплав, в котором сурьмы содержится от 5,0 до 7,0 %. Тонкие токоотводы отливают из сплава с большим содержанием сурьмы. Остальные детали аккумуляторных батарей (МЭС, баретки, выводные клеммы и так далее) отливают обычно из свинцово-сурьмянистого сплава с содержанием сурьмы от 3,0 до 5,0 %. Свинцово-сурьмянистый сплав меньше подвержен электрохимической коррозии. Он более тверд, чем чистый свинец, обладает лучшими литейными свойствами. Поэтому для отливки токоотводов и деталей применяют не чистый свинец, а сплав его с сурьмой.
Однако свинцово-сурьмянистый сплав не свободен от ряда существенных недостатков. Так, в процессе эксплуатации свинцовых аккумуляторных батарей имеет место повышенный саморазряд аккумуляторов, связанный с переносом сурьмы с положительного электрода на поверхность отрицательного и вызывающий некоторое повышение электрического сопротивления. Недостатки свинцово-сурьмянистого сплава, обусловленные влиянием сурьмы на поведение электродов (саморазряд), привели к разработке, созданию и внедрению в производство малосурьмянистых и бессурьмянистых свинцово-кальциевых сплавов.
В настоящее время для отливки токоотводов стартерных батарей в большинстве случаев вместо обычного свинцово-сурьмянистого сплава, содержащего 5,0 -7,0 % сурьмы, применяют малосурьмянистые сплавы, содержащие 3,0 - 5,0% сурьмы, легированные мышьяком. Эти сплавы изготавливают централизованным путем и поставляют на аккумуляторные заводы. Такие сплавы отличаются более высокой коррозионной стойкостью и применяются в аккумуляторах, где срок службы ограничивается преждевременным разрушением токоотводов положительного электрода. Свинцово-кальциевые сплавы, содержащие 0,06 - 0,1 % кальция, нашли применение, главным образом, в герметизированных конструкциях свинцово-кислотных батарей и стационарных аккумуляторах. Они имеют определенные преимущества в условиях, где требуется работа в режиме подзаряда с очень малым пределом допустимых колебаний напряжения. Саморазряд таких аккумуляторов очень низкий, и ток подзаряда, необходимый для поддержания полной заряженности батареи при нормальном подзаряде, должен быть около 2,5 мА на каждые 100 А·ч емкости батареи. В стартерных свинцово-кислотных батареях свинцово-кальциевый сплав нашел применение только при изготовлении токоотводов отрицательных электродов.
При создании необслуживаемых свинцово-кислотных батарей применяются  низколегированные свинцово-сурьмянистые сплавы, содержащие 1,5—2,0 % сурьмы и добавки кадмия, селена, мышьяка, олова, меди и др. Однако следует иметь в виду, что компенсирование снижения сурьмы в сплаве путем введения значительных количеств остродефицитных металлов олова и кадмия для нас не приемлемо.  Поэтому представляется  целесообразным, наряду с использованием  низколегированных свинцово-сурьмянистых сплавов, применять в необслуживаемых стартерных батареях сплав с содержанием только 1,5—2,0 %  сурьмы, а сообщения материалу токоотводов необходимой механической прочности применять метод просечно-вытяжной технологии.

2.2. Основные детали  свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из следующих основных деталей:
а) положительных электродов (электрод-проводник с активным материалом, находящийся в контакте с электролитом, на котором происходят электрохимические реакции);
б) отрицательных электродов;
в) сепараторов, пористых прокладок из диэлектрического материала, отделяющих электроды друг от друга;
г) сосуда, в полость которого устанавливаются электроды, и заливается электролит;
д) токоведущих деталей: борнов, перемычек, втулок и т. д.;
е) деталей крепления: зажимов, наконечников и т. д.
Аккумуляторы отличаются друг от друга конструкцией применяемых в них электродов. Конструкция электродов определяется условиями эксплуатации аккумуляторов. Положительные электроды свинцово-кислотных аккумуляторов бывают трех типов: поверхностные, панцирные и намазные (пастированные).
Поверхностные электродыизготавливают из чистого свинца путем отливки. Панцирные электродысостоят из штыревой рамки, отливаемой из свинцово-сурьмяного сплава, окислов свинца и панциря, выполняемого из электроизоляционных материалов. Штыревая рамка помещается в панцирь, куда набивают окислы свинца, служащие в качестве активного материала. Намазные электроды,состоят из решеток, отлитых из свинцово-сурьмяного сплава, в которые вмазывается паста, изготовленная из свинцового порошка.
Решетки намазных электродов конструируют таким образом, чтобы помимо удовлетворения требований, предъявляемых со стороны эксплуатации аккумуляторов, они были удобны в отливке. В частности, необходимо предусматривать такой профиль жилок и ребер, который допускает легкое извлечение отлитой решетки из формы. Отрицательные электроды изготавливаются двух типов: коробчатые и намазные.
Коробчатые электроды отличаются от намазных конструкцией решетки, изготавливаемой из двух половин (по толщине), каждая из которых закрыта с одной стороны листом перфорированного свинца толщиной около 0,25 мм. Паста вмазывается внутрь решетки, после чего обе половины соединяются в электрод.



 
« Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности   Аппараты распределительных устройств низкого напряжения »
электрические сети