Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Аккумуляторные батареи

Пластины аккумуляторов - 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

2.3. Формирование пастированных пластин

Пластины электрохимически окисляются и восстанавливаются в обыкновенной разбавленной серной кислоте или в сульфатном растворе. Пластины положительные ставятся в формировочных баках анодами, а отрицательные катодами. Формирование в приложении к поверхностным пластинам обозначает образование слоя губчатого свинца на поверхности отрицательных пластин и двуокиси свинца на положительных. Эти активные материалы образуются из свинца самой же пластины серией зарядов и разрядов. С другой стороны, формирование пастированных пластин обозначает окисление или восстановление свинцовых окислов или других материалов, вмазанных в решетки.
Положительные и отрицательные пластины формируются вместе в баках, приспособленных для удобного размещения пластин и изоляции между пластинами разной полярности.
Формировочные баки могут быть стеклянными, эбонитовыми или деревянными, выложенными свинцом. Некоторые заводы предпочитают собирать пластины до формировки в блоки и формировку производить в сосудах самих элементов. В этом случае предполагается, что время, необходимое для формирования положительных и отрицательных пластин, примерно одинаково. Время формирования может регулироваться составом пасты и в некоторой степени крепостью формировочного раствора. Положительные пластины более чувствительны к вредным воздействиям перезаряда, чем отрицательные пластины. Поэтому желательно, чтобы процесс формирования отрицательных пластин заканчивался раньше. Некоторые особенности процесса формирования пластин описаны ниже. Количество кислоты; расходуемой при формировании, и ее крепость зависят от предыдущей обработки пластин. Обычно применяются растворы удельного веса 1,050—1,150. Увеличение крепости раствора увеличивает время, потребное для формирования положительных пластин. Поэтому растворы удельного веса 1,200 и выше нормально не должны применяться за исключением специальных процессов, требующих повышенную крепость раствора.
Сухие пластины, а также влажные пластины после намазки, погруженные в формировочный раствор, начинают сульфатироваться, и крепость раствора быстро понижается. Вода, содержащаяся во влажных пластинах, обусловливает дальнейшее разжижение раствора. Сухие пластины перед началом формировочного заряда должны довольно длительное время выдерживаться в растворе, чтобы последний мог проникнуть в поры пластин.
При заполнении пластинами большого количества формировочных баков пластины, помещенные в баки первыми, естественно, будут находиться в растворе дольше, чем пластины, загружаемые последними. Некоторые заводы поэтому после заполнения пластинами последнего бака дают «выстояться» всей группе баков в течение часа или более.
Пластины, подвергавшиеся перед формированием обработке серной кислотой, содержат сравнительно большое количество сульфата. Поэтому они в начале формирования не вызывают значительного изменения крепости формировочного раствора; в процессе же формирования этих пластин крепость раствора за счет восстановления сульфата заметно повышается. В силу этого начальная крепость формировочного раствора не должна быть высокой. Формировочный ток может включаться немедленно после заполнения баков пластинами.
Формирование, несомненно, начинается с области, где плохо проводящая паста граничит с хорошо проводящими ребрами решетки. Поэтому активная масса ячеек, в особенности у пластин, подвергавшихся обработке в сернокислотном растворе, быстро формируется по краям ячейки, в то время как центральная часть еще содержит белую твердую сердцевину.
Для предупреждения переформовки и размягчения активной массы положительных пластин следует формирование прерывать и перед его возобновлением разряжать пластины. Аналогичный эффект обеспечивается снижением крепости раствора и уменьшением плотности формировочного тока.
Окончание процесса формирования пластин определяется по следующим признакам:
1) цвет активной массы делается чистым и однородным;
2) пластины нормально газируют;
3) замеры с кадмиевым электродом дают постоянные значения напряжений, нормальные по величине.

2.4. Поверхностные пластины

а) Производство поверхностных пластин. Существенное различие между этими пластинами и пастированными пластинами состоит в том, что активные материалы первых образуются из тела самой пластины, тогда как последние готовятся из окислов или других паст, которые вносятся в решетку механически. Активные материалы поверхностных пластин получаются окислением поверхности свинца или же восстановлением окисленного материала до губчатого свинца. Есть тип пластин промежуточный между пастированными и поверхностными пластинами. Этот тип состоит из мягкой свинцовой решетки, пастированной окислами и формированной. Активный материал постепенно опадает, но емкость поддерживается за счет коррозии решетки. В этом случае пластина, по существу, становится поверхностной. Поверхностные пластины обыкновенно гораздо больше и тяжелее, чем пластины пастированные, и имеют относительно- меньшую емкость. Они применяются главным образом для стационарных батарей, в которых соображения пространства и веса имеют меньшее значение, чем продолжительность службы.
Поверхностная пластина состоит из сердечника и многочисленных выступов, назначение которых - увеличить поверхность пластины и тем повысить ее емкость. Действительная поверхность такой пластины в 6—8 раз больше кажущейся поверхности. Гладкие свинцовые листы, поверхность которых затем увеличивается, изготовляются отливкой чистого свинца в форме слитков, которые затем прокатываются до требуемой толщины. Для этой цели требуется мягкий свинец очень высокой степени чистоты. В соответствии с размерами и назначением пластин форматы из прокатных листов вырезаются или выштамповываются.
Для увеличения развитой поверхности этих пластин применялось множество различных методов; один из них - так называемый бороздильный процесс. В этом процессе форматы пластин закладываются в станок, подобный шепингу, применяемому в механических мастерских. Резец шепинга предназначен производить выступы надлежащей формы и ширины. При движении вперед и назад свинцовой пластины, укрепленной на подвижном столе шепинга, резец прорезает мягкий свинец, делая борозды требующейся глубины, и поднимает ряды параллельных друг другу выступов. При каждом ходе резца получается один выступ. Чтобы сделать пластину более жесткой, делают усиливающие ребра, для чего дают резцу проскакивать в определенных участках.
Второй метод развития поверхности пластин осуществляется путем штампования. Пуансон штампа имеет приспособление для разрезания поверхности пластин; выступающие ребра на пуансоне образуют соответственные углубления в готовой пластине.
В третьем процессе развитие поверхности этих пластин достигается вращательным движением. Пластины из мягкого свинца укрепляются в раме, которая движется взад и вперед между вращающимися оправками с большим количеством стальных дисков, которые постепенно впрессовываются в пластину с обеих сторон. Свинцовая пластина движется между этими стальными дисками, образующими ребра с углублениями между ними. Глубина, до которой стальной диск может проникать в тело пластины, регулируется с таким расчетом, чтобы оставить тонкую стенку сердечника в середине пластины. Горизонтальные ребра получаются прорезанием поверхности пластин дисками по секциям. Вертикальные ребра получаются при помощи вставных шайб, которые помещаются между дисками.
Изготовляется также другой тип пластин - с высокоразвитой поверхностью по способу отливки, под давлением на специальных полуавтоматах.
Один из типов поверхностных пластин называется сборный. Тяжелые решетки из свинцово-сурьмянистого сплава отливаются с большим количеством круглых отверстий, в которые впрессовываются спирали из мягкого свинца с гофрированной поверхностью. Эти спирали, или розетки, изготовляются из свинцовой ленты, которая протягивается гидравлическим прессом. Свинцовая лента проходит через гофрировочную машину, которая гофрирует поверхность, разрезает ленту на отрезки требующейся длины и скручивает эти отрезки спиралями в виде решеток или розеток.
Чтобы закрепить спирали, отверстия делаются с легким скосом, так что когда свинцовая спираль увеличивается в объеме в процессе работы, то она закрепляется в поддерживающей решетке еще больше.
б) Формирование поверхностных пластин. Электрохимический процессе, протекающий при формировании этих пластин, требует много времени и расхода больших количеств электрической энергии. Требование большой эффективности процесса формирования привело к применению формирующих реагентов, которые добавлялись к раствору серной кислоты с целью ускорить процесс химическим воздействием на свинец пластин. В настоящее время этот способ наиболее распространен. Формирование пластин положительных проводится также погружением пластин в растворы, которые имеют сильное разъедающее действие на свинец; в результате такой обработки получается слои материала тонкозернистого строения, который затем может быть восстановлен до губчатого свинца или окислен до двуокиси.
Когда две свинцовые пластины погружены в раствор серной кислоты и между ними проходит электрический ток, то на пластине, служащей анодом, образуется очень тонкий слой двуокиси свинца; на другой же пластине, служащей катодом, покрывающая ее поверхность, окись свинца, восстанавливается в очень тонкий слой губчатого свинца. Выделение кислорода на аноде и водорода на катоде начинается почти тотчас же. Если зарядный ток прерван, двуокись свинца на поверхности анода образует с свинцовой основой, лежащей под ней, множество малых первичных элементов, которые обусловливают энергичные местные реакции. На поверхности свинцовой основы образуется сернокислый свинец, и через несколько минут пластина полностью теряет свой заряд. Губчатый свинец на поверхности пластины, которая была катодом, не дает практической разности потенциалов с основой самой пластины, и поэтому энергичных местных действий на этой пластине не происходит. Если зарядный ток возобновляется снова, то на аноде образуется большее количество двуокиси свинца благодаря превращению свинцового сульфата, образовавшегося на этой пластине в результате местных действий. С каждым разом при повторении этого процесса количество двуокиси свинца возрастает, но чтобы достигнуть увеличения количества губчатого свинца, а поверхности отрицательной пластины, необходимо время от времени изменять направление тока, с тем чтобы перенести на нее процесс, который нормально протекает на положительной пластине. Количество кислорода, связывающегося на поверхности анода, в некоторой степени зависит от крепости применяемого раствора серной кислоты.
По общепринятому методу, применяющемуся в настоящее время для формирования поверхностных пластин, в состав ванны вводятся разъедающие вещества. В качестве таких реагентов применяются обычно соли некоторых кислот, например, азотной, хотя кроме них применялось и множество других соединений, как хлораты, перехлораты, соли фтористой кислоты, бихроматы, перманганаты, муравьиная кислота, щавелевая, алкоголь, гидроксиламин и сернистая кислота.
Один из лучших методов формирования поверхностных пластин - перхлоратный. По этому методу формирование производится в электролите, содержащем H2SO4–90 г/л, КСIО4 –10 г/л. Главное преимущество этого метода заключается в том, что ион хлорной кислоты на катоде не восстанавливается и поэтому отпадает необходимость в частой корректировке электролита.
Формировочный процесс с этими добавочными реагентами практически протекает на положительных пластинах, служащих в формировочной ванне анодами. Отрицательные пластины получаются из положительных последующим восстановлением двуокиси до губчатого свинца. В общем действие разъедающих веществ состоит в замедлении образования двуокиси свинца на аноде, так как иначе двуокись образовала бы защитную пленку, на которой выделялся бы кислород. Анионы, выделяющиеся на поверхности свинца, образуют относительно растворимые свинцовые соли и увеличивают концентрацию свинцовых ионов, из которых мог бы образоваться свинцовый сульфат. Последний и окисляется в конечном итоге до двуокиси свинца. Относительная крепость серной, азотной или другой формирующей кислоты имеет большое значение как в отношении глубины формирования, так и в отношении его окончательного результата. Плотность тока и температура также влияют на глубину формирования. Так как азотная кислота, если применяются ее соли, восстанавливается на отрицательной пластине, служащей катодом в формировочной ванне, то увеличение плотности тока или увеличение температуры, которые ускоряют восстановление азотной кислоты, уменьшают ее эффективные количества в формировочной ванне. Увеличение температуры ускоряет восстановление азотной кислоты повышением скорости, с которой совершается диффузия. Количество разъедающих веществ в ванне в течение формировочного процесса постоянно уменьшается. Необходимо, чтобы к концу формирования это количество уменьшилось бы до нуля во избежание загрязнения готовых пластин следами реагентов, которые в будущем в процессе работы послужили бы причиной роста и искривления пластин.
К концу формировочного периода электрохимический процесс образования двуокиси свинца должен доминировать над химическими действиями добавочных реагентов, с тем чтобы свинцовая основа пластины была вполне закрыта пленкой двуокиси, которая служит одновременно и активным материалом и защитным покровом. Формировочная ванна обычно состоит из раствора серной кислоты удельного веса от 1,050 до 1,150, к которому время от времени по мере течения формировочного процесса могут быть добавлены те или другие реагенты.
К концу формировочного процесса плотность тока обычно повышается; пластины по извлечении из формировочной ванны моются, и затем им дается дальнейший заряд в растворе чистой серной кислоты, свободной от соединений азота или других добавочных реагентов. Другой метод окончательного формирования положительных пластин состоит в том, что они восстанавливаются в растворе чистой кислоты до губчатого свинца с последующим возвращением в двуокисное состояние. Этот процесс освобождает пластины от добавленных примесей.
В некоторых случаях пластины погружают в крепкий раствор азотной кислоты; этот способ применяется, как предшествующий формировочному процессу. Поверхность пластин при этом разъедается, в особенности если кислота концентрированная; в результате образуются комплексные соединения нитратов и нитритов свинца, очень мало растворимые в воде. Свинцовые пластины, покрытые слоем этих соединений, могут быть сформированы в двуокись или губчатый свинец обычным формировочным процессом. Другой похожий метод заключается в получении на поверхности свинцовой пластины карбоната.



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