Свинцово кислотный – Свинцово кислотный аккумулятор: устройство и принцип работы

Содержание

Свинцово-кислотный аккумулятор — Википедия

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 500 циклов и более), высокой удельной мощности. Основные области применения: стартерные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии. Строго говоря, аккумулятором называется один элемент аккумуляторной батареи, но в просторечии «аккумулятором» называют аккумуляторную батарею (сколько бы в ней не было элементов).

История

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля[1]. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, предложив покрывать пластины аккумулятора свинцовым суриком. Русский изобретатель Бенардос применил покрытие губчатым свинцом для увеличения мощности батарей, которые использовал в своих работах со сваркой.

Видео по теме

Принцип действия

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведенные в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита[2].

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде[2][3] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца, начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

PbO2+SO42−+4H++2e−⇆PbSO4+2h3O{\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}
Pb+SO42−−2e−⇆PbSO4{\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Поэтому большинство зарядных устройств снижает зарядный ток при повышении напряжения аккумулятора. Потери воды восполняют доливкой в аккумуляторы дистиллированной воды при обслуживании аккумуляторной батареи (некоторые автомобильные батареи не имеют открывающихся/отвинчивающихся пробок)[4].

Устройство

Brockhaus-Efron Electric Accumulators 6.jpg

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца (PbO2) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.

Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при массовой доле кислоты 35%[5], что соответствует плотности электролита 1,26 г/см³[6]. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при снижении концентрации из-за разряда электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора и повреждает губчатый материал пластин.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой пленкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов[7].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na2Si2O4) до пастообразного состояния. Это так называемые гелевые аккумуляторы (GEL), имеющие длительный ресурс. Другой вариант исполнения − с пористыми сепараторами из стеклоткани (AGM), допускающими более жёсткие режимы заряда

[8].

Электрические и эксплуатационные параметры

Brockhaus-Efron Electric Accumulators 6.jpg
  • Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
  • Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 30—40[9].
  • Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250[10].
  • ЭДС одного элемента заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В соответственно)[2].
  • Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В (на 1 элемент). Ниже разряжать их нельзя[2].
  • Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
  • КПД: порядка 80—90 % (по току). КПД по энергии 70-80%[11].

Эксплуатационные характеристики

  • Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч)[12].
  • Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты[13].
  • Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008
    [14]
    .

Эксплуатация

Ареометр может быть использован для проверки плотности электролита в каждом отдельном элементе

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную не высыхающую, из-за гигроскопичности, пленку электролита происходит постепенный саморазряд аккумулятора. Во избежание глубокого саморазряда необходимо периодически нейтрализовать электролит протиранием корпуса аккумулятора, например, слабым раствором пищевой соды или разведенным в воде до консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита; также количество воды в электролите уменьшается при перезаряде аккумулятора за счёт её электролиза. Потеря воды увеличивает плотность электролита, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды могут оголиться пластины, что одновременно увеличивает саморазряд и вызывает сульфатацию батареи. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных аккумуляторов это снижение относительно мало, что и обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % отдаваемой ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор покажет примерно 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, снижением скорости химических реакций (закон Аррениуса). Единственным способом повышения отдаваемой ёмкости является подогрев холодной батареи, как вариант — встроенным подогревателем (6СТ-190ТР-Н).

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1,10 г/см3) и образования кристаллов льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора[15]:

  • при температуре от 0 °C до −10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик несущественно влияют на работоспособность аккумулятора;
  • при температуре от −10 °C до −20 °C происходит снижение тока в стартерном режиме и ухудшение заряда;
  • при температуре ниже −20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым», герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), для них эти вопросы ещё более актуальны[16].

Для эксплуатации транспортных средств при очень низких температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом[17].

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6—12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи, солей и плёнки электролита на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается преждевременная сульфатация пластин, и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею. 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (литол, солидол и т. п.), так как плёнка электролита способна абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду. 3. Хранить аккумуляторы на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С.

В случае необходимости поездки в морозы следует перенести аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для пуска двигателя состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи[18].

При химических реакциях в аккумуляторе образуется плохо растворимое вещество — сульфит свинца PbSO3, осаждающийся на пластинах и который образует диэлектрический слой между электролитом и активной массой. Это один из факторов, снижающих срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

  • сульфатация пластин[2], заключающаяся в образовании крупных кристаллов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
  • коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
  • слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы[2][19];
  • оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности[2].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин, в домашних условиях восстановить нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния[2]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Вторичная переработка

Brockhaus-Efron Electric Accumulators 6.jpg Кодовый символ, указывающий на то, что свинцовые батареи могут быть вторично переработаны

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничьей дроби или гирь. Для безопасности из аккумулятора следует слить электролит, для нейтрализации его остатков банки заливаются раствором пищевой соды, после чего корпус батареи разрушают и извлекают свинцовые электроды, клеммы и перемычки банок. У электродов в переплавку годится только их каркас в виде решётки, прессованная в них рассыпчатая масса — смесь соединений Pb, а не металл. Перемычки и клеммы аккумулятора могут быть переплавлены целиком.[источник не указан 629 дней] Кустарное извлечение свинца из аккумуляторов серьезно вредит как окружающей среде, так и здоровью плавильщиков, поскольку свинец и его соединения с парами и дымом разносятся по всей округе[20][21].

См. также

Примечания

  1. Bertrand Gille Histoire des techniques. — Gallimard, coll. «La Pléiade», 1978, ISBN 978-2070108817.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.
  3. ↑ Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.
  4. ↑ Как отрыть автомобильный аккумулятор: делаем батарею обслуживаемой (рус.), AkkumulyatorAvto.ru (2 августа 2017). Проверено 12 августа 2018.
  5. ↑ Удельная электропроводность х водных растворов серной кислоты и температурный коэффициент аt. chemport.ru. Проверено 1 июля 2018.
  6. ↑ Концентрация и плотность серной кислоты. Зависимость плотности серной кислоты от концентрации в аккумуляторе автомобиля (рус.), FB.ru. Проверено 1 июля 2018.
  7. ↑ http://auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
  8. ↑ Аккумуляторы для бесперебойного питания. Статьи компании «ООО Новая система». aegmsk.ru. Проверено 12 августа 2018.
  9. ↑ Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Проверено 1 июля 2018.
  10. ↑ Расчет идеального свинцового аккумулятора.
  11. ↑ Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Проверено 1 июля 2018.
  12. ↑ ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых аккумуляторов
  13. ↑ Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы
  14. ↑ ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия
  15. ↑ Руководство, 1983, с. 70.
  16. ↑ Железнодорожный транспорт. — 2011. № 12. — c.35.
  17. ↑ Руководство, 1983, с. 21-23.
  18. ↑ Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов
  19. ↑ О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт Архивировано 20 сентября 2011 года.
  20. ↑ Отравление свинцом | ProfMedik Медицинский Портал (рус.). profmedik.ru (22 февраля 2016). Проверено 4 февраля 2017.
  21. Кочуров. http://echemistry.ru/assets/files/books/hit/statya-o-protivorechiyah-v-teorii-raboty-svincovogo-kislotnogo-akkumulyatora.pdf (рус.). Новости. Первоуральск.Ru (17 июля 2014). Проверено 4 февраля 2017.

Ссылки

Литература

  • Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — 148 с.

wiki2.red

Свинцово-кислотный аккумулятор — Википедия. Что такое Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 500 циклов и более), высокой удельной мощности. Основные области применения: стартерные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии. Строго говоря, аккумулятором называется один элемент аккумуляторной батареи, но в просторечии «аккумулятором» называют аккумуляторную батарею (сколько бы в ней не было элементов).

История

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля[1]. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, предложив покрывать пластины аккумулятора свинцовым суриком. Русский изобретатель Бенардос применил покрытие губчатым свинцом для увеличения мощности батарей, которые использовал в своих работах со сваркой.

Принцип действия

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведенные в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита[2].

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде[2][3] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца, начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

PbO2+SO42−+4H++2e−⇆PbSO4+2h3O{\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}
Pb+SO42−−2e−⇆PbSO4{\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Поэтому большинство зарядных устройств снижает зарядный ток при повышении напряжения аккумулятора. Потери воды восполняют доливкой в аккумуляторы дистиллированной воды при обслуживании аккумуляторной батареи (некоторые автомобильные батареи не имеют открывающихся/отвинчивающихся пробок)[4].

Устройство

Brockhaus-Efron Electric Accumulators 6.jpg

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца (PbO2) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.

Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при массовой доле кислоты 35%[5], что соответствует плотности электролита 1,26 г/см³[6]. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при снижении концентрации из-за разряда электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора и повреждает губчатый материал пластин.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой пленкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов[7].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na2Si2O4) до пастообразного состояния. Это так называемые гелевые аккумуляторы (GEL), имеющие длительный ресурс. Другой вариант исполнения − с пористыми сепараторами из стеклоткани (AGM), допускающими более жёсткие режимы заряда[8].

Электрические и эксплуатационные параметры

Brockhaus-Efron Electric Accumulators 6.jpg
  • Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
  • Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 30—40[9].
  • Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250[10].
  • ЭДС одного элемента заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В соответственно)[2].
  • Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В (на 1 элемент). Ниже разряжать их нельзя[2].
  • Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
  • КПД: порядка 80—90 % (по току). КПД по энергии 70-80%[11].

Эксплуатационные характеристики

  • Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч)[12].
  • Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты[13].
  • Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008[14].

Эксплуатация

Ареометр может быть использован для проверки плотности электролита в каждом отдельном элементе

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную не высыхающую, из-за гигроскопичности, пленку электролита происходит постепенный саморазряд аккумулятора. Во избежание глубокого саморазряда необходимо периодически нейтрализовать электролит протиранием корпуса аккумулятора, например, слабым раствором пищевой соды или разведенным в воде до консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита; также количество воды в электролите уменьшается при перезаряде аккумулятора за счёт её электролиза. Потеря воды увеличивает плотность электролита, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды могут оголиться пластины, что одновременно увеличивает саморазряд и вызывает сульфатацию батареи. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных аккумуляторов это снижение относительно мало, что и обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % отдаваемой ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор покажет примерно 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, снижением скорости химических реакций (закон Аррениуса). Единственным способом повышения отдаваемой ёмкости является подогрев холодной батареи, как вариант — встроенным подогревателем (6СТ-190ТР-Н).

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1,10 г/см3) и образования кристаллов льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора[15]:

  • при температуре от 0 °C до −10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик несущественно влияют на работоспособность аккумулятора;
  • при температуре от −10 °C до −20 °C происходит снижение тока в стартерном режиме и ухудшение заряда;
  • при температуре ниже −20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым», герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), для них эти вопросы ещё более актуальны[16].

Для эксплуатации транспортных средств при очень низких температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом[17].

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6—12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи, солей и плёнки электролита на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается преждевременная сульфатация пластин, и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею. 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (литол, солидол и т. п.), так как плёнка электролита способна абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду. 3. Хранить аккумуляторы на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С.

В случае необходимости поездки в морозы следует перенести аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для пуска двигателя состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи[18].

При химических реакциях в аккумуляторе образуется плохо растворимое вещество — сульфит свинца PbSO3, осаждающийся на пластинах и который образует диэлектрический слой между электролитом и активной массой. Это один из факторов, снижающих срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

  • сульфатация пластин[2], заключающаяся в образовании крупных кристаллов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
  • коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
  • слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы[2][19];
  • оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности[2].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин, в домашних условиях восстановить нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния[2]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Вторичная переработка

Brockhaus-Efron Electric Accumulators 6.jpg Кодовый символ, указывающий на то, что свинцовые батареи могут быть вторично переработаны

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничьей дроби или гирь. Для безопасности из аккумулятора следует слить электролит, для нейтрализации его остатков банки заливаются раствором пищевой соды, после чего корпус батареи разрушают и извлекают свинцовые электроды, клеммы и перемычки банок. У электродов в переплавку годится только их каркас в виде решётки, прессованная в них рассыпчатая масса — смесь соединений Pb, а не металл. Перемычки и клеммы аккумулятора могут быть переплавлены целиком.[источник не указан 615 дней] Кустарное извлечение свинца из аккумуляторов серьезно вредит как окружающей среде, так и здоровью плавильщиков, поскольку свинец и его соединения с парами и дымом разносятся по всей округе[20][21].

См. также

Примечания

  1. Bertrand Gille Histoire des techniques. — Gallimard, coll. «La Pléiade», 1978, ISBN 978-2070108817.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.
  3. ↑ Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.
  4. ↑ Как отрыть автомобильный аккумулятор: делаем батарею обслуживаемой (рус.), AkkumulyatorAvto.ru (2 августа 2017). Проверено 12 августа 2018.
  5. ↑ Удельная электропроводность х водных растворов серной кислоты и температурный коэффициент аt. chemport.ru. Проверено 1 июля 2018.
  6. ↑ Концентрация и плотность серной кислоты. Зависимость плотности серной кислоты от концентрации в аккумуляторе автомобиля (рус.), FB.ru. Проверено 1 июля 2018.
  7. ↑ http://auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
  8. ↑ Аккумуляторы для бесперебойного питания. Статьи компании «ООО Новая система». aegmsk.ru. Проверено 12 августа 2018.
  9. ↑ Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Проверено 1 июля 2018.
  10. ↑ Расчет идеального свинцового аккумулятора.
  11. ↑ Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Проверено 1 июля 2018.
  12. ↑ ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых аккумуляторов
  13. ↑ Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы
  14. ↑ ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия
  15. ↑ Руководство, 1983, с. 70.
  16. ↑ Железнодорожный транспорт. — 2011. № 12. — c.35.
  17. ↑ Руководство, 1983, с. 21-23.
  18. ↑ Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов
  19. ↑ О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт Архивировано 20 сентября 2011 года.
  20. ↑ Отравление свинцом | ProfMedik Медицинский Портал (рус.). profmedik.ru (22 февраля 2016). Проверено 4 февраля 2017.
  21. Кочуров. http://echemistry.ru/assets/files/books/hit/statya-o-protivorechiyah-v-teorii-raboty-svincovogo-kislotnogo-akkumulyatora.pdf (рус.). Новости. Первоуральск.Ru (17 июля 2014). Проверено 4 февраля 2017.

Ссылки

Литература

  • Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — 148 с.

wiki.sc

Свинцово-кислотный аккумулятор Википедия

Схема свинцово-кислотного аккумулятора при зарядке (слева) и при подключении потребителя электрического тока Схема расположения электродов в свинцово-кислотном аккумуляторе, пластины катода и анода располагаются попеременно с прослойкой изолятора и объединяется каждый токонесущей полоской в выводы аккумулятора Строение свинцово-кислотного аккумулятора: слева — пластины положительного электрода, изолятора из стекловаты, отрицательного электрода; справа — аккумулятор в сборе (извлечён из корпуса с электролитом). Пластины электродов представляют собой свинцовую (чаще сплав свинца и сурьмы для повышения механической прочности[1]) решётку, ячейки которой заполнены сульфатом свинца со связующим материалом, токонесущие полосы и выводы аккумулятора изготовлены из свинца Варианты электрода свинцово-кислотного аккумулятора Свинцово-кислотный аккумулятор в сборе

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 500 циклов и более), высокой удельной мощности. Основные области применения: стартерные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии. Строго говоря, аккумулятором называется один элемент аккумуляторной батареи, но в просторечии «аккумулятором» называют аккумуляторную батарею (сколько бы в ней ни было элементов).

История

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля[2]. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, предложив покрывать пластины аккумулятора свинцовым суриком. Русский изобретатель Бенардос применил покрытие губчатым свинцом для увеличения мощности батарей, которые использовал в своих работах со сваркой.

Принцип действия

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведённые в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита[3].

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде[3][4] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца, начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

PbO2+SO42−+4H++2e−⇆PbSO4+2h3O{\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}
Pb+SO42−−2e−⇆PbSO4{\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Поэтому большинство зарядных устройств снижает зарядный ток при повышении напряжения аккумулятора. Потери воды восполняют доливкой в аккумуляторы дистиллированной воды при обслуживании аккумуляторной батареи (некоторые автомобильные батареи не имеют открывающихся/отвинчивающихся пробок)[5].

Устройство

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца (PbO2) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.

Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при массовой доле кислоты 35%[6], что соответствует плотности электролита 1,26 г/см³[7]. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при снижении концентрации из-за разряда электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора и повреждает губчатый материал пластин.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой плёнкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов[8].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na2Si2O4) до пастообразного состояния. Это так называемые гелевые аккумуляторы (GEL), имеющие длительный ресурс. Другой вариант исполнения − с пористыми сепараторами из стеклоткани (AGM), допускающими более жёсткие режимы заряда[9].

Электрические и эксплуатационные параметры

  • Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
  • Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 25—40[10].
  • Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250[11].
  • ЭДС одного заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2,1 В (3 или 6 аккумуляторов в итоге дают в батарее стандартные 6,3 В или 12,6 В соответственно)[3].
  • Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В. Ниже разряжать их нельзя[3].
  • Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
  • КПД: порядка 80—90 % (по току). КПД по энергии 70-80%[10].

Применение

Чаще всего свинцово-кислотные аккумуляторы применяются в составе аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 6, 12 вольт, реже с другим кратным 2 напряжением. Промышленностью выпускаются варианты обслуживаемых (заливание электролита, дистиллированной воды, контроль плотности электролита, его замена) и не обслуживаемых в герметичном корпусе (исключается проливание электролита при изменений положения, переворачиваний) аккумуляторных батарей. Обслуживаемые аккумуляторные батареи могут выпускаться сухозаряженными (без залитого электролита), что увеличивает их срок хранения и не требует периодического обслуживания при хранении, заливка производится перед вводом в эксплуатацию[12].

  • Герметичная не обслуживаемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея напряжением 12 В и ёмкостью 4,5 А·ч бытовой электротехники

  • Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи напряжением 8 В и ёмкостью 3,5 А·ч ИБП

  • Вариант обслуживаемой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи для автомототракторной техники в эбонитовом корпусе, в подобных батареях была даже возможность заменить отдельный вышедший из строя аккумулятор

  • Вариант не обслуживаемой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи для автомототракторной техники, нет доступа к заливным горловинам банок аккумуляторов

Эксплуатационные характеристики

  • Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч)[13].
  • Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты[14].
  • Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008[15].

Эксплуатация

Ареометр может быть использован для проверки плотности электролита в каждом отдельном элементе

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную не высыхающую, из-за гигроскопичности, плёнку электролита происходит постепенный саморазряд аккумулятора. Во избежание глубокого саморазряда необходимо периодически нейтрализовать электролит протиранием корпуса аккумулятора, например, слабым раствором пищевой соды или разведённым в воде до консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита; также количество воды в электролите уменьшается при перезаряде аккумулятора за счёт её электролиза. Потеря воды увеличивает плотность электролита, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды могут оголиться пластины, что одновременно увеличивает саморазряд и вызывает сульфатацию батареи. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных аккумуляторов это снижение относительно мало, что и обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % отдаваемой ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор покажет примерно 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, снижением скорости химических реакций (закон Аррениуса). Единственным способом повышения отдаваемой ёмкости является подогрев холодной батареи, как вариант — встроенным подогревателем (6СТ-190ТР-Н).

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1,10 г/см3) и образования кристаллов льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора[16]:

  • при температуре от 0 °C до −10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик несущественно влияют на работоспособность аккумулятора;
  • при температуре от −10 °C до −20 °C происходит снижение тока в стартерном режиме и ухудшение заряда;
  • при температуре ниже −20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым», герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), для них эти вопросы ещё более актуальны[17].

Для эксплуатации транспортных средств при очень низких температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом[18].

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6—12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи, солей и плёнки электролита на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается сульфатация пластин с образованием более плотного сульфида который меньше и труднее потом вступает в реакцию , чем сульфид образующиеся при нормальном рабочем разряде, что и является причиной потери ёмкости. Поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею. 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (допускается только технический вазилин т.к. имеет нетральную кислотность, и не в коем случее не использовать литол, солидол и т. п. т.к. они имеют небольшую кислотность и со временем такие смазки попросту разьдают выводные клеммы АКБ), так как плёнка электролита способна абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду. 3. Хранить аккумуляторы на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С.

В случае необходимости поездки в морозы следует перенести аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для пуска двигателя состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи[19].


Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

  • сульфатация пластин[3], заключающаяся в образовании крупных кристаллов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
  • коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
  • слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы[3][20];
  • оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности[3].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин, в домашних условиях восстановить нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния[3]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Вторичная переработка

Кодовый символ, указывающий на то, что свинцовые батареи могут быть вторично переработаны

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничьей дроби или гирь. Кустарное извлечение свинца из аккумуляторов серьезно вредит как окружающей среде, так и здоровью плавильщиков, поскольку свинец и его соединения с парами и дымом разносятся по всей округе[21][22].

См. также

Примечания

  1. Курзуков Н. И., Ягнятинский В. М. Аккумуляторные батареи. Краткий справочник // М.: ООО «Книжное издательство „За рулём“». — 2008. — 88 с., ил. ISBN 978-5-9698-0236-0. (С. 15).
  2. Bertrand Gille Histoire des techniques. — Gallimard, coll. «La Pléiade», 1978, ISBN 978-2070108817.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.
  4. ↑ Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.
  5. ↑ Как отрыть автомобильный аккумулятор: делаем батарею обслуживаемой (рус.), AkkumulyatorAvto.ru (2 августа 2017). Дата обращения 12 августа 2018.
  6. ↑ Удельная электропроводность х водных растворов серной кислоты и температурный коэффициент аt (неопр.). chemport.ru. Дата обращения 1 июля 2018.
  7. ↑ Концентрация и плотность серной кислоты. Зависимость плотности серной кислоты от концентрации в аккумуляторе автомобиля (рус.), FB.ru. Дата обращения 1 июля 2018.
  8. ↑ http://auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
  9. ↑ Аккумуляторы для бесперебойного питания. Статьи компании «ООО Новая система» (неопр.). aegmsk.ru. Дата обращения 12 августа 2018.
  10. 1 2 Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Дата обращения 1 июля 2018.
  11. ↑ Расчет идеального свинцового аккумулятора.
  12. ↑ [1].
  13. ↑ ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых аккумуляторов
  14. ↑ Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 21 октября 2011. Архивировано 4 марта 2016 года.
  15. ↑ ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия
  16. ↑ Руководство, 1983, с. 70.
  17. ↑ Железнодорожный транспорт. — 2011. № 12. — c.35. (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 13 декабря 2015. Архивировано 22 декабря 2015 года.
  18. ↑ Руководство, 1983, с. 21-23.
  19. ↑ Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов
  20. ↑ О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт Архивировано 20 сентября 2011 года.
  21. ↑ Отравление свинцом | ProfMedik Медицинский Портал (рус.)  (неопр.) ?. profmedik.ru (22 февраля 2016). Дата обращения 4 февраля 2017.
  22. Кочуров. http://echemistry.ru/assets/files/books/hit/statya-o-protivorechiyah-v-teorii-raboty-svincovogo-kislotnogo-akkumulyatora.pdf (рус.). Новости. Первоуральск.Ru (17 июля 2014). Дата обращения 4 февраля 2017.

Литература

Ссылки

wikiredia.ru

Свинцово–кислотный аккумулятор — Help for engineer

Свинцово–кислотный аккумулятор

Свинцово–кислотный аккумулятор – на данный момент, этот тип аккумуляторов считается наиболее распространённым, нашел широкую область применения как автомобильный аккумулятор.

Принцип действия аккумулятора

Принцип действия, как говорилось ранее в статье про аккумуляторы, основан на окислительно-восстановительной электрохимической реакции. В данном случае на реакции свинца с диоксидом свинца, находящихся в сернокислотной среде. Во время использования аккумулятора, происходит разряд – на аноде будет происходить восстановление диоксида свинца, а на катоде – окисление свинца.

Окислительно-восстановительная химическая реакция на аноде:

Окислительно-восстановительная химическая реакция на аноде

Окислительно-восстановительная химическая реакция на катоде:

Окислительно-восстановительная химическая реакция на катоде

Во время зарядки аккумулятора, будут проходить ровно обратные реакции, с выделением кислорода на положительном электроде, и выделением водорода на отрицательном. Следует учесть, что на критических значениях, когда происходит зарядка и аккумулятор почти заряжен, может начать преобладать реакция электролиза воды, что приведет к её постепенному исчерпанию.

В итоге, можно сказать, что при заряде серная кислота будет выделяться в электролит, что влечет за собой повышение плотности электролита, а при разряде серная кислота будет расходоваться, и плотность будет падать.

Устройство аккумулятора

Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из электродов, разделительных сепараторов (ячеек, изоляторов), которые находятся в электролите. Сами электроды на вид – это свинцовые решетки, только с разным активным веществом, положительный электрод имеет активное вещество – диоксид свинца (PbO2), отрицательный электрод – свинец.

Общий вид свинцово-кислотного аккумулятора

Рисунок 1 – Общий вид свинцово-кислотного аккумулятора

Ячейка аккумулятора с положительными и отрицательными электродами, разделёнными сепараторами

Рисунок 2 – Ячейка аккумулятора с положительными и отрицательными электродами, разделёнными сепараторами

На рисунке 1 вы можете видеть в моноблоке отдельные ячейки подробно рассмотренные на рисунке 2 – в которых находятся положительные и отрицательные электроды, разделённые сепараторами.

Эксплуатация свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

В отличии от других типов аккумуляторов, свинцово-кислотные более-менее устойчивы к холоду, как мы видим в последствии – широкое применение на автотранспорте. Свинцово-кислотный аккумулятор теряет 1% своей ёмкости на каждый градус отличный от +20°C, что говорит о том, что при 0°C ёмкость свинцово-кислотного аккумулятора будет составлять лишь 80% его ёмкости. Это обусловлено увеличением вязкости электролита при низких температурах, из-за чего он не может поступать в нормальной степени к электродам, а тот электролит что поступает, быстро истощается.

Зарядка аккумулятора

Для большинства аккумуляторов ток зарядки должен быть написан на корпусе, примерно, он может находиться в пределах от 0.1 до 0.3 емкости аккумулятора. Вообще, общепринятым считается зарядка аккумулятора 10% током от его ёмкости, на протяжении 10 часов. Максимальное напряжение при зарядке не должно превышать 2.3 ± 0.023 В на каждый из элементов аккумулятора. То есть, можно сказать что для свинцового аккумулятора с напряжением в 12 В, напряжение во время зарядки не должно превышать 13.8 ± 0.15 В.

Хранение свинцово кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы хранятся только в заряженном состоянии. Хранение их в разряженном состоянии приводит к потере работоспособности.

Недостаточно прав для комментирования

h4e.ru

Глава 3 свинцово-кислотные батареи

3.1. Особенности конструкции свинцово-кислотных батарей

Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте. Его конструкция представляла собой электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10 % раствором сер­ной кислоты.

Недостатком первых свинцово-кислотных аккумуляторов была их низкая емкость. Первоначально для ее увеличения про­водили большое число циклов заряда-разряда. Для достижения существенных результатов требовалось до двух лет таких трени­ровок. Причина недостатка была явной — конструкция пластин. Поэтому дальнейшее совершенствование конструкции свинцо­во-кислотных аккумуляторов было направлено на совершенство­вание конструкции используемых в них пластин и сепараторов.

В 1880 г. К. Фор предложил технологию изготовления намаз-ных электродов путем нанесения на пластины окислов свинца. Такая конструкция электродов позволила значительно увеличить емкость аккумуляторов. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил ис­пользовать в качестве электродов намазную решетку. В том же году ученому Селлону был выдан патент на технологию изготов­ления решеток из сплава свинца и сурьмы.

Первоначально практическое применение свинцово-кислот­ных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств — для заряда использовали первичные элементы кон­струкции Бунзена. То есть химический источник тока заряжался от другого химического источника — батареи гальванических

46

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи

47

элементов. Положение кардинально изменилось с появлением недорогих генераторов постоянного тока.

Именно свинцово-кислотные батареи первыми в мире из ак­кумуляторных батарей нашли коммерческое применение. К 1890 году во многих процышленно развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 году немецкая фирма Varta выпустила первые стартерные аккумуляторы для автомобилей.

В 70-х годах прошлого, XX века были созданы необслуживае­мые свинцово-кислотные батареи, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них заменили гелевым или аб­сорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, бата­реи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при за­ряде или разряде, установили безопасные клапаны. Были разра­ботаны новые конструкции пластин на основе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, на основе титановых, алю­миниевых и медных решеток.

Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электро­лите и положительных и отрицательных электродах, а совокуп­ность этих веществ называется электрохимической системой. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты, активным веществом положи­тельных пластин — двуокись свинца РЬО2, отрицательных плас­тин — свинец РЬ.

Для того чтобы было легче разобраться в многообразии свинцово-кислотньис аккумуляторных батарей, следует знать об их делении на группы по режиму их эксплуатации и по техноло­гии изготовления. Это поможет понять, как правильно подо­брать аккумуляторную батарею для решения конкретных задач, как правильно выбрать режимы заряда и разряда, какие внеш­ние факторы и как будут влиять на ее работу в процессе эксплу­атации.

По режиму эксплуатации аккумуляторные батареи делятся на три группы:

1. Батареи для работы в буферном режиме, когда батарея ра­ботает в буфере с основным источником напряжения, например, сетевым блоком питания. При этом основное ее назначение — резервный источник питания. Периоды разряда батареи по срав­нению с периодами заряда непродолжительны. Большую часть времени она постоянно подзаряжается. В буферном режиме ра­ботают батареи резервного питания базовых станций мобильной

связи, АТС, сетевые коммутаторы провайдеров Интернет, источ­ники бесперебойного питания персональных компьютеров и серверов (UPS) и т. д.

  1. Батареи для работы в циклическом режиме, который ха­ рактерен их разрядом в течение какого-то времени и последую­ щим зарядом. Циклический режим работы аккумуляторных ба­ тарей используется гораздо реже, чем буферный. Примером та­ кого режима можно назвать работу электротранспорта и устройств с автономным питанием: в течение рабочего дня про­ исходит разряд тяговых батарей или батарей питания, а после его окончания эти батареи ставят на заряд.

  2. Батареи для работы в смешанном режиме, например авто­ мобильные батареи.

По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторные бата­реи можно разделить на батареи с жидким электролитом — об­служиваемые и необслуживаемые — и батареи с регулируемыми клапанами (VRLA — Valve Regulated Lead Acid batteries) — с увлажненными сепараторами и с гелевым электролитом. На рис. 3.1 такое разделение представлено схематично.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Для работы в циклическом режиме.

Для работы в буферном режиме

Для работа в смешанном режиме

Герметичные с регулируемыми клапанами (VRLA)

С жидким электролитом

С абсорбированным сепараторами электролитом

С гелевым электролитом (Gel)

Обслуживаемые

Необслуживаемые

С гелеобразным электролитом (Dryfit)

Рис. 3.1. Виды свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

В различной технической литературе можно встретить такие названия батарей, как SLA — Sealed Lead Acid batteries — герме­тичные свинцово-кислотные батареи, относящиеся к VRLA ба­тареям (фото 3.1). Хотя это не вполне соответствует истине: аб­солютно герметичных батарей не существует по той причине, что во всех них используются клапаны для снижения внутрикор-пусного давления. Очень часто, подчеркивая это, вместо терми­на «герметичные батареи» употребляют термин «герметизиро­ванные батареи». Встречается также название Gelcell — торговая марка гелевых батарей. Стартерные батареи иногда сокращенно

48

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи

49

Фото 3.1. SLA батареи производства компании Panasonic

называют SLI, что расшифровывается как Start, Light, Ignition — пуск, освещение, зажигание.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи до сих пор остаются самыми надежными, долговечными и не требующими высоких эксплуатационных затрат химическими источниками тока. В настоящее время производятся и активно эксплуатиру­ются аккумуляторные батареи трех поколений:

1. Батареи первого поколения — батареи с жидким электро­литом открытого или закрытого типа, имеющие емкость от 36 до 5328 А-ч и срок службы от 10 до 20 и более лет. Батареи откры­того типа не имеют крышек, и электролит непосредственно со­прикасается с открытым воздухом. Основные затраты при их эк­сплуатации — это затраты на обслуживание, связанные с необ­ходимостью частой доливки дистиллированной воды, и расходы на содержание хорошо вентилируемых помещений, в которых их устанавливают. Батареи закрытого типа имеют специальные пробки, обеспечивающие задержку аэрозоли серной кислоты. Пробки для заливки электролита и добавления воды при эксплу­атации вывинчиваются. Батареи закрытого типа могут быть и необслуживаемыми: от производителя они поставляются залиты­ми и заряженными, и в течение срока службы нет необходимо­сти доливки воды, т. к. конструкция пробок таких батарей обес­печивает удержание ее паров в виде конденсата. Кроме исполь-

зования в качестве стационарных, батареи закрытого типа являются основным типом батарей, используемых в автотрак­торной технике в качестве стартерных и тяговых.

  1. Батареи второго поколения, которыми являются гермети­ зированные гелевые батареи. В них вместо жидкого электролита используется гелеобразный, представляющий собой желе, полу­ ченное в результате смешивания раствора серной кислоты с за­ густителем (обычно это двуокись кремния SiO2 — силикагель). Технология производства гелевых батарей получила название GEL. Гелевые батареи в течение всего срока эксплуатации не нуждаются в обслуживании, их нельзя вскрывать. Для их подза- ряда необходимо использовать зарядные устройства, обеспечива­ ющие нестабильность напряжения заряда не хуже ±1 % для предотвращения обильного газовыделения. Такие аккумулятор­ ные батареи критичны к температуре окружающей среды.

  2. Батареи третьего поколения — это герметизированные ба­ тареи с абсорбированным сепараторами электролитом. Часто их называют батареями, собранными по AGM-технологии. AGM — Absorbed in Glass Mat, т. е. технология, при которой электролит абсорбирован в сепараторах из стекловолокна, размещенных между электродами. Такой сепаратор представляет собой порис­ тую систему, в которой капиллярные силы удерживают электро­ лит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободны­ ми для свободной циркуляции выделяющихся газов. По своим свойствам AGM батареи подобны гелевым, за исключением того, что газообразование в них существенно меньше, и меньшее влияние на их работу оказывает температура окружающей среды. Как и для гелевых аккумуляторных батарей, для них требуются зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряже­ ния заряда не хуже ±1 %.

К сожалению, в России герметизированные свинцово-кис­лотные аккумуляторы не производятся.

При заряде свинцово-кислотных батарей протекают реакции:

• у положительных пластин:

PbSO4 + Н2О + О -> РЬО2 + H2SO4;

• у отрицательных пластин:

PbSO4 + 2Н -> Pb + H2SO4.

50

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи

51

Ручка для переноски

Выводы батареи

Противопожарная защита от выброса водорода

Выводы элемента

Микропористый карман сепаратора с позитивными пластинами

Выступы для крепления

Негативные пластины

Рис. 3.3. Устройство автомобильной батареи Varta

При разряде свинцово-кислотных батарей протекают реак­ции:

• у положительных пластин:

РЬО2 + Н2О -> PbSO4 + Н2О + О;

• у отрицательных пластин:

РЬ + H2SO4 -> PbSO4 + 2Н.

На рис. 3.2 и 3.3 в качестве примера показано устройство свинцово-кислотных VRLA батарей для систем бесперебойного питания производства компании Panasonic и автомобильных свинцово-кислотных VRLA батарей производства компании Var-ta. Выводы автомобильных батарей имеют стандартную форму в виде конуса. Выводы же батарей другого назначения могут иметь различную конструкцию. Более подробная информация о конст­рукции выводов свинцово-кислотных батарей и их расположе­нии приведена в приложениях.

Плюсовой вывод

Верхняя крышка

Перемычка

Нижняя крышка

Клапан

Минусовый вывод

Плюсовой электрод

Минусовой электрод

Сепаратор

Позитивные пластины

Негативные пластины

Корпус батареи

Рис. 3.2. Устройство VRLA батареи Panasonic

На рис. 3.4. показан типовой цикл производства свинцо­во-кислотных батарей на примере компании Varta.

Рис. 3.4. Цикл производства автомобильных свинцово-кислотных батарей (пример)

Конструкция батарей различных фирм, их выпускающих, может иметь свои особенности, например, особую конструкцию сепараторов или решеток или применение специфических доба­вок при изготовлении пластин. Часто при обозначении типа ак­кумуляторной батареи указывают ее маркировку, которая опре­деляется конструкцией положительных пластин (табл. 3.1).

52

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи

53

Таблица 3.1

Маркировка

Особенности конструкции

Стандарт

GroE

Стационарные батареи с поверхностными положительными пластина­ми в традиционной компоновке

DIN 40732

Стационарные батареи с поверхностными положительными пластина­ми в узкой компоновке

DIN 40738

OPzS

Стационарные батареи с панцирными положительными пластинами и разделителями

DIN 40736 DIN 40737

OGi

Стационарные батареи с решетчатыми положительными пластинами

DIN 40734 DIN 40739

GiV

Моноблочные батареи с решетчатыми положительными пластинами

DIN 43534

При изготовлении свинцово-кислотных аккумуляторных ба­ тарей применяют химические добавки. Например, к свинцу до­ бавляют сурьму (доля в сплаве 1 10 %), которая обеспечивает

более прочный электрический контакт активного материала с решеткой, предотвращает его осыпание, что позволяет увеличить срок службы аккумуляторных батарей. Кроме свинцово-сурьмя-ных, используют также свинцово-кальциевые сплавы, позволяю­щие сделать пластины более легкими и прочными при сохране­нии высоких электрических и механических характеристик.

Правильный подбор металлов, химикатов и добавок помога­ет достичь компромисса и баланса между высокой энергетиче­ской плотностью, длительностью срока хранения, увеличением срока службы и безопасностью при эксплуатации. Высокой энергетической плотности можно достичь сравнительно легко, например, добавив вместо кобальта никель. Емкость батареи при этом возрастет, снизится ее стоимость, но при этом ухудшится и безопасность ее эксплуатации. Начинающие свой бизнес компа­нии могут во главу угла поставить максимально возможную ем­кость выпускаемых батарей, пренебрегая всем остальным. Но производители с высокой репутацией на рынке, такие, как EXIDE, FIAMM, HOPPECKE, Panasonic, Varta и другие, на пер­вое место всегда ставят безопасность своей продукции и прода­ют только безопасные и надежные аккумуляторные батареи.

Пример конструкции предохранительного клапана свинцо-во-кислотной VRLA батареи показан на рис. 3.5. Обычно его из­готовляют из неопрена. В результате нарушения режима заряда,

Рис. 3.5. Пример конструкции предохранительного клапана

неисправности зарядного устройства, когда заряд протекает при повышенном токе, в батарее происходит активное газообразова­ние. Когда давление газов достигнет величины 7,1…43,6 кПа (0,7…4,45 кгс/м2), клапан откроется для обеспечения вентиляции батареи, и благодаря этому устраняется опасность ее взрыва. Другая роль клапана — не допустить попадания внутрь корпуса атмосферного кислорода во избежание его реакции с активным материалом негативных пластин.

Большинство типов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей имеют элементы призматической формы. Поэтому пря­моугольные корпуса для них изготавливаются из пластмасс. Хотя некоторые типы батарей VRLA производятся на основе ци­линдрических элементов, сохраняя все преимущества последних. Они обеспечивают более высокую стабильность работы элемен­тов, больший ток разряда, лучшую температурную стабильность по сравнению с батареями, собранными из призматических эле­ментов.

Напряжение на элементе свинцово-кислотной батареи со­ставляет 2,2 В. Среди всех типов аккумуляторов свинцово-кис­лотные отличаются наименьшей энергетической плотностью. В них отсутствует «эффект памяти». Их продолжительный заряд не станет причиной выхода батареи из строя.

Способность сохранять заряд у этих батарей наилучшая из всех типов аккумуляторных батарей. Если никель-кадмиевые ба­тареи в течение трех месяцев теряют 40 % сохраненной энергии, то свинцово-кислотные батареи теряют 40 % энергии только за год. Они недороги, но эксплуатационные расходы на них выше, чем на те же никель-кадмиевые батареи.

Время заряда свинцово-кислотных батарей составляет 8…16 часов. Они всегда должны храниться в заряженном состоянии, так как хранение в незаряженном состоянии приведет к сульфа-

54

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи

55

тации пластин — причине потери емкости, а в перспективе и к тому, что батарею впоследствии зарядить не удастся вообще.

В отличие от никель-кадмиевых свинцово-кислотные бата­реи не любят глубоких циклов заряд/разряд. Полный разряд мо­жет стать причиной деформации пластин, и каждый цикл заря­да/разряда батареи впоследствии ведет к снижению ее емкости. Такие потери относительно невелики, пока батарея работает в нормальных условиях, но даже единственный случай ее пере­грузки и, как результат, глубокого разряда приведет к потере ее емкости примерно на 80 %. Для предупреждения таких случаев рекомендуется использовать батареи повышенной емкости.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры ресурс или срок службы свинцово-кислотной батареи может составлять от 1 года до 20 и более лет. Кроме того, в значи­тельной мере срок службы определяется конструкцией элемен­тов батареи.

Существует несколько способов увеличения емкости и срока службы свинцово-кислотных батарей. Оптимальная рабочая тем­пература для таких батарей составляет 25 °С, и ее увеличение на каждые 10 °С сокращает срок службы батареи наполовину. На­пример, VRLA батарея при температуре 25 °С может работать 10 лет, а при температуре 33 °С — только 5 лет, ну а при температу­ре 42 °С — всего лишь 1 год.

Преимущества свинцово-кислотных батарей:

  • дешевизна и простота производства — по стоимости 1 Вт • ч энергии эти батареи являются самыми дешевыми;

  • отработанная, надежная и хорошо понятная технология обслуживания;

  • малый саморазряд — самый низкий по сравнению с акку­ муляторными батареями других типов;

  • низкие требования по обслуживанию — отсутствует «эф­ фект памяти», не требуется доливки электролита;

Недостатки свинцово-кислотных батарей:

  • допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда;

  • кислотный электролит и свинец оказывают вредное воз­ действие на окружающую среду;

• при неправильном заряде возможен перегрев. Свинцово-кислотные батареи имеют настолько низкую

энергетическую плотность по сравнению с другими типами ба­тарей, что это делает нецелесообразным использование их в ка­честве источников питания переносных устройств. Хотя приме­ры их применения в портативной электронной технике есть. Кроме того, при низких температурах их емкость существенно снижается.

studfile.net

Свинцово-кислотный аккумулятор — Википедия

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — наиболее распространенный и широко применяемый на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартёрные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии.

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, покрыв пластины аккумулятора свинцовым суриком.

Принцип действия[править]

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Вообще говоря, электрохимические процессы в аккумуляторе сложны. Проведенные в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита (нехимические реакции)[1]

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на аноде[1][2] и окисление свинца на катоде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде (отрицательный электрод) — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует, по-возможности, избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Потери воды в результате электролиза восполняют доливкой в банки аккумулятора дистиллированной воды. Необходимо помнить, что вода, попадающая в концентрированную серную кислоту, закипает и сильно разбрызгивает кислотные капли.

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов (положительных и отрицательных) и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, невзаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В эти решётки запрессованы порошки диоксида свинца (PbO2) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

В современных аккумуляторах электродные решётки изготавливаются не из чистого свинца, а из сплава свинца с сурьмой с содержанием её 1—2 % для повышения прочности и эксплуатационных характеристик. Иногда в сплав добавляют металлический кальций, для изготовления анодных и катодных электродных решёток, или только для анодных решёток. Добавление кальция имеет как преимущества, так и недостатки. Например, у аккумулятора с пластинами, легированными кальцием при глубоких разрядах существенно и необратимо снижается ёмкость.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты(H2SO4). Соли кальция и магния (жесткая вода), всегда присутствующие в обычной воде ухудшают параметры аккумулятора и снижают срок его службы. Поэтому для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду. Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при плотности электролита 1,23 г/см³. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери.

Однако, на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при низких концентрациях электролит может замёрзнуть, при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой пленкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов[3].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит сгущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na2Si2O4) до пастообразного состояния.

Электрические и эксплуатационные параметры[править]

Аккумулятор электромобиля.
  • Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
  • Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 30-60.
  • Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250[4].
  • ЭДС заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В соответственно)[1].
  • Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В (из расчета на 1 элемент). Ниже разряжать их нельзя[1].
  • Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
  • КПД: порядка 80—90 %.

Эксплуатационные характеристики[править]

  • Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде[5] малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч).
  • Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев замеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики[6] замера отличаются, главным образом, допускаемым конечным напряжением, поэтому дают различные результаты.
  • Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008[7].
Ареометр может быть использован для проверки плотности электролита каждой секции.

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную невысыхающую пленку электролита происходит саморазряд аккумулятора. Во избежание сильного саморазряда необходимо периодически нейтрализовывать электролит протиранием корпуса, например слабым раствором пищевой соды или разведенным в воде до состояния консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита, или количество воды в электролите уменьшается при перезаряде за счёт электролиза, что увеличивает его плотность, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды уровень электролита в банках может упасть ниже верха электродов, что снижает ёмкость. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах[править]

По мере снижения окружающей температуры, параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных это снижение относительно мало, что не в последнюю очередь обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор будет иметь 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, ростом вязкости электролита, при этом ухудшается омывание электродов свежими порциями электролита и концентрация серной кислоты в непосредственной близости от них снижается.

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1.10) и образования льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора[8]:

  • при температуре от 0 °C до -10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик влияют не существенно на работоспособность аккумулятора;
  • при температуре от -10 °C до -20 °C происходит снижение отдаваемой мощности в стартерном режиме и ухудшение заряда;
  • при температуре ниже -20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым» аккумуляторам: герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), эти вопросы ещё более актуальны[9].

Для эксплуатации при низких отрицательных температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом[10].

Хранение[править]

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряжённом состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6-12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи и солей на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается преждевременная сульфатация пластин и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею; 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (литол, солидол и т. п.), так как «+» борн способен абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду; 3. Оставить на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С;

В случае необходимости поездки зимой — перенесите аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для использования состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов[править]

При использовании технической серной кислоты и не дистиллированной воды, ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи[11].

При реакциях в аккумуляторе образуется нерастворимое вещество — сульфит свинца PbSO3, осаждающийся на пластинах, который образует диэлектрический слой между токоотводами и активной массой. Это один из факторов, влияющий на срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

  • сульфатация пластин[1], заключающаяся в образовании крупных кристаллитов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
  • коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
  • слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы[1][12];
  • оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности[1].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин в домашних условиях отремонтировать нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния[1]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Вторичная переработка[править]

Кодовый символ указывающий, что свинцовые батареи могут быть вторично переработаны.

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны на специальных предприятиях для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов часто используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничей дроби или гирь. Для безопасности из аккумулятора следует слить электролит, для нейтрализации его остатков банки заливаются раствором какого-либо безвредного основания (например, питьевой соды), после чего корпус батареи разрушают и извлекают свинцовые электроды, клеммы и перемычки банок. У электродов в переплавку годится только их каркас в виде решётки, напрессованная на них рассыпчатая масса — это смесь соединений Pb, а не металл. Перемычки и клеммы аккумулятора могут быть переплавлены целиком.

  1. 1,01,11,21,31,41,51,61,7 Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.
  2. ↑ Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.
  3. ↑ http://auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
  4. ↑ Расчет идеального свинцового аккумулятора.
  5. ↑ ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых АКБ
  6. ↑ Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы
  7. ↑ ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия
  8. ↑ Руководство, 1983, с. 70
  9. ↑ Железнодорожный транспорт. – 2011. №12. – c.35.
  10. ↑ Руководство, 1983, с. 21-23
  11. ↑ Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов
  12. ↑ О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт
  • Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — 148 с.

phys.wiki-wiki.ru

Свинцово-кислотный аккумулятор — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — наиболее распространенный и широко применяемый на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартёрные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии.

История

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, покрыв пластины аккумулятора свинцовым суриком.

Принцип действия

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Вообще говоря, электрохимические процессы в аккумуляторе сложны. Проведенные в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита (нехимические реакции)[1]

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде[1][2] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде (отрицательный электрод) — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

<math>PbO_2 + SO_4^{2-} + 4 H^+ + 2 e^- \longrightarrow PbSO_4 + 2 H_2O</math>
<math>Pb + SO_4^{2-} — 2 e^- \longrightarrow PbSO_4 </math>

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует, по-возможности, избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Потери воды в результате электролиза восполняют доливкой в банки аккумулятора дистиллированной воды. Необходимо помнить, что вода, попадающая в концентрированную серную кислоту, закипает и сильно разбрызгивает кислотные капли.

Устройство

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов (положительных и отрицательных) и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, невзаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В эти решётки запрессованы порошки диоксида свинца (PbO2) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

В современных аккумуляторах электродные решётки изготавливаются не из чистого свинца, а из сплава свинца с сурьмой с содержанием её 1—2 % для повышения прочности и эксплуатационных характеристик. Иногда в сплав добавляют металлический кальций, для изготовления анодных и катодных электродных решёток, или только для анодных решёток. Добавление кальция имеет как преимущества, так и недостатки. Например, у аккумулятора с пластинами, легированными кальцием при глубоких разрядах существенно и необратимо снижается ёмкость.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты(H2SO4). Соли кальция и магния (жесткая вода), всегда присутствующие в обычной воде ухудшают параметры аккумулятора и снижают срок его службы. Поэтому для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду. Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при плотности электролита 1,23 г/см³. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери.

Однако, на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при низких концентрациях электролит может замёрзнуть, при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой пленкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов[3].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит сгущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na2Si2O4) до пастообразного состояния.

Электрические и эксплуатационные параметры

  • Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
  • Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 30-60.
  • Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250[4].
  • ЭДС заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В соответственно)[1].
  • Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В (из расчета на 1 элемент). Ниже разряжать их нельзя[1].
  • Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
  • КПД: порядка 80—90 %.

Эксплуатационные характеристики

  • Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде[5] малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч).
  • Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев замеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики[6] замера отличаются, главным образом, допускаемым конечным напряжением, поэтому дают различные результаты.
  • Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008[7].

Эксплуатация

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную невысыхающую пленку электролита происходит саморазряд аккумулятора. Во избежание сильного саморазряда необходимо периодически нейтрализовывать электролит протиранием корпуса, например слабым раствором пищевой соды или разведенным в воде до состояния консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита, или количество воды в электролите уменьшается при перезаряде за счёт электролиза, что увеличивает его плотность, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды уровень электролита в банках может упасть ниже верха электродов, что снижает ёмкость. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры, параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных это снижение относительно мало, что не в последнюю очередь обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор будет иметь 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, ростом вязкости электролита, при этом ухудшается омывание электродов свежими порциями электролита и концентрация серной кислоты в непосредственной близости от них снижается.

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1.10) и образования льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора[8]:

  • при температуре от 0 °C до -10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик влияют не существенно на работоспособность аккумулятора;
  • при температуре от -10 °C до -20 °C происходит снижение отдаваемой мощности в стартерном режиме и ухудшение заряда;
  • при температуре ниже -20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым» аккумуляторам: герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), эти вопросы ещё более актуальны[9].

Для эксплуатации при низких отрицательных температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом[10].

Хранение

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряжённом состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6-12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи и солей на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается преждевременная сульфатация пластин и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею; 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (литол, солидол и т. п.), так как «+» борн способен абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду; 3. Оставить на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С;

В случае необходимости поездки зимой — перенесите аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для использования состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и не дистиллированной воды, ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи[11].

При реакциях в аккумуляторе образуется нерастворимое вещество — сульфит свинца PbSO3, осаждающийся на пластинах, который образует диэлектрический слой между токоотводами и активной массой. Это один из факторов, влияющий на срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

  • сульфатация пластин[1], заключающаяся в образовании крупных кристаллитов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
  • коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
  • слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы[1][12];
  • оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности[1].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин в домашних условиях отремонтировать нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния[1]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Вторичная переработка

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны на специальных предприятиях для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов часто используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничей дроби или гирь. Для безопасности из аккумулятора следует слить электролит, для нейтрализации его остатков банки заливаются раствором какого-либо безвредного основания (например, питьевой соды), после чего корпус батареи разрушают и извлекают свинцовые электроды, клеммы и перемычки банок. У электродов в переплавку годится только их каркас в виде решётки, напрессованная на них рассыпчатая масса — это смесь соединений Pb, а не металл. Перемычки и клеммы аккумулятора могут быть переплавлены целиком.

См. также

Напишите отзыв о статье «Свинцово-кислотный аккумулятор»

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 [electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,2103.0.html Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.]
  2. [retrolib.narod.ru/books1/sam_akk.djvu Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.]
  3. auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
  4. [electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,2103.msg103673.html#msg103673 Расчет идеального свинцового аккумулятора.]
  5. [www.elec.ru/library/gosts_e51/gost_26881-86.pdf ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых АКБ]
  6. [chs.com.ua/files/Obz.pdf Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы]
  7. [protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=174450 ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия]
  8. Руководство, 1983, с. 70.
  9. [transport-techno.ru/gallery/article_01.pdf Железнодорожный транспорт. – 2011. №12. – c.35.]
  10. Руководство, 1983, с. 21-23.
  11. [electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,2103.msg27972.html#msg27972 Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов]
  12. [www.mami.ru/science/autotr2009/scientific/article/s01/s01_24.pdf О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт]

Ссылки

  • [protect.gost.ru/v.aspx?control=7&id=146532 ГОСТ 15596-82 ] «Источники тока химические. Термины и определения» [protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=146532 Источники тока химические. Термины и определения]
  • ГОСТ Р 53165-2008 [protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=174450 Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия.] Взамен ГОСТ 959—2002 и ГОСТ 29111-91
  • [www.mami.ru/science/autotr2009/scientific/article/s01/s01_24.pdf О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт]
  • [science.snauka.ru/2013/03/4181 ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ Гумелёв Василий Юрьевич, Кочуров Алексей Алексеевич]
  • [youtube.com/watch?v=4IgHj2Uim_0 Видео, демонстрирующее принцип работы аккумулятора] на YouTube
  • [electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,2103.0.html Форум «Электротранспорт.ру»]

Литература

  • Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — 148 с.

Отрывок, характеризующий Свинцово-кислотный аккумулятор

Вечером этого дня Николай никуда не поехал в гости и остался дома, с тем чтобы покончить некоторые счеты с продавцами лошадей. Когда он покончил дела, было уже поздно, чтобы ехать куда нибудь, но было еще рано, чтобы ложиться спать, и Николай долго один ходил взад и вперед по комнате, обдумывая свою жизнь, что с ним редко случалось.
Княжна Марья произвела на него приятное впечатление под Смоленском. То, что он встретил ее тогда в таких особенных условиях, и то, что именно на нее одно время его мать указывала ему как на богатую партию, сделали то, что он обратил на нее особенное внимание. В Воронеже, во время его посещения, впечатление это было не только приятное, но сильное. Николай был поражен той особенной, нравственной красотой, которую он в этот раз заметил в ней. Однако он собирался уезжать, и ему в голову не приходило пожалеть о том, что уезжая из Воронежа, он лишается случая видеть княжну. Но нынешняя встреча с княжной Марьей в церкви (Николай чувствовал это) засела ему глубже в сердце, чем он это предвидел, и глубже, чем он желал для своего спокойствия. Это бледное, тонкое, печальное лицо, этот лучистый взгляд, эти тихие, грациозные движения и главное – эта глубокая и нежная печаль, выражавшаяся во всех чертах ее, тревожили его и требовали его участия. В мужчинах Ростов терпеть не мог видеть выражение высшей, духовной жизни (оттого он не любил князя Андрея), он презрительно называл это философией, мечтательностью; но в княжне Марье, именно в этой печали, выказывавшей всю глубину этого чуждого для Николая духовного мира, он чувствовал неотразимую привлекательность.
«Чудная должна быть девушка! Вот именно ангел! – говорил он сам с собою. – Отчего я не свободен, отчего я поторопился с Соней?» И невольно ему представилось сравнение между двумя: бедность в одной и богатство в другой тех духовных даров, которых не имел Николай и которые потому он так высоко ценил. Он попробовал себе представить, что бы было, если б он был свободен. Каким образом он сделал бы ей предложение и она стала бы его женою? Нет, он не мог себе представить этого. Ему делалось жутко, и никакие ясные образы не представлялись ему. С Соней он давно уже составил себе будущую картину, и все это было просто и ясно, именно потому, что все это было выдумано, и он знал все, что было в Соне; но с княжной Марьей нельзя было себе представить будущей жизни, потому что он не понимал ее, а только любил.
Мечтания о Соне имели в себе что то веселое, игрушечное. Но думать о княжне Марье всегда было трудно и немного страшно.
«Как она молилась! – вспомнил он. – Видно было, что вся душа ее была в молитве. Да, это та молитва, которая сдвигает горы, и я уверен, что молитва ее будет исполнена. Отчего я не молюсь о том, что мне нужно? – вспомнил он. – Что мне нужно? Свободы, развязки с Соней. Она правду говорила, – вспомнил он слова губернаторши, – кроме несчастья, ничего не будет из того, что я женюсь на ней. Путаница, горе maman… дела… путаница, страшная путаница! Да я и не люблю ее. Да, не так люблю, как надо. Боже мой! выведи меня из этого ужасного, безвыходного положения! – начал он вдруг молиться. – Да, молитва сдвинет гору, но надо верить и не так молиться, как мы детьми молились с Наташей о том, чтобы снег сделался сахаром, и выбегали на двор пробовать, делается ли из снегу сахар. Нет, но я не о пустяках молюсь теперь», – сказал он, ставя в угол трубку и, сложив руки, становясь перед образом. И, умиленный воспоминанием о княжне Марье, он начал молиться так, как он давно не молился. Слезы у него были на глазах и в горле, когда в дверь вошел Лаврушка с какими то бумагами.
– Дурак! что лезешь, когда тебя не спрашивают! – сказал Николай, быстро переменяя положение.
– От губернатора, – заспанным голосом сказал Лаврушка, – кульер приехал, письмо вам.
– Ну, хорошо, спасибо, ступай!
Николай взял два письма. Одно было от матери, другое от Сони. Он узнал их по почеркам и распечатал первое письмо Сони. Не успел он прочесть нескольких строк, как лицо его побледнело и глаза его испуганно и радостно раскрылись.
– Нет, это не может быть! – проговорил он вслух. Не в силах сидеть на месте, он с письмом в руках, читая его. стал ходить по комнате. Он пробежал письмо, потом прочел его раз, другой, и, подняв плечи и разведя руками, он остановился посреди комнаты с открытым ртом и остановившимися глазами. То, о чем он только что молился, с уверенностью, что бог исполнит его молитву, было исполнено; но Николай был удивлен этим так, как будто это было что то необыкновенное, и как будто он никогда не ожидал этого, и как будто именно то, что это так быстро совершилось, доказывало то, что это происходило не от бога, которого он просил, а от обыкновенной случайности.
Тот, казавшийся неразрешимым, узел, который связывал свободу Ростова, был разрешен этим неожиданным (как казалось Николаю), ничем не вызванным письмом Сони. Она писала, что последние несчастные обстоятельства, потеря почти всего имущества Ростовых в Москве, и не раз высказываемые желания графини о том, чтобы Николай женился на княжне Болконской, и его молчание и холодность за последнее время – все это вместе заставило ее решиться отречься от его обещаний и дать ему полную свободу.
«Мне слишком тяжело было думать, что я могу быть причиной горя или раздора в семействе, которое меня облагодетельствовало, – писала она, – и любовь моя имеет одною целью счастье тех, кого я люблю; и потому я умоляю вас, Nicolas, считать себя свободным и знать, что несмотря ни на что, никто сильнее не может вас любить, как ваша Соня».
Оба письма были из Троицы. Другое письмо было от графини. В письме этом описывались последние дни в Москве, выезд, пожар и погибель всего состояния. В письме этом, между прочим, графиня писала о том, что князь Андрей в числе раненых ехал вместе с ними. Положение его было очень опасно, но теперь доктор говорит, что есть больше надежды. Соня и Наташа, как сиделки, ухаживают за ним.
С этим письмом на другой день Николай поехал к княжне Марье. Ни Николай, ни княжна Марья ни слова не сказали о том, что могли означать слова: «Наташа ухаживает за ним»; но благодаря этому письму Николай вдруг сблизился с княжной в почти родственные отношения.
На другой день Ростов проводил княжну Марью в Ярославль и через несколько дней сам уехал в полк.

Письмо Сони к Николаю, бывшее осуществлением его молитвы, было написано из Троицы. Вот чем оно было вызвано. Мысль о женитьбе Николая на богатой невесте все больше и больше занимала старую графиню. Она знала, что Соня была главным препятствием для этого. И жизнь Сони последнее время, в особенности после письма Николая, описывавшего свою встречу в Богучарове с княжной Марьей, становилась тяжелее и тяжелее в доме графини. Графиня не пропускала ни одного случая для оскорбительного или жестокого намека Соне.
Но несколько дней перед выездом из Москвы, растроганная и взволнованная всем тем, что происходило, графиня, призвав к себе Соню, вместо упреков и требований, со слезами обратилась к ней с мольбой о том, чтобы она, пожертвовав собою, отплатила бы за все, что было для нее сделано, тем, чтобы разорвала свои связи с Николаем.
– Я не буду покойна до тех пор, пока ты мне не дашь этого обещания.
Соня разрыдалась истерически, отвечала сквозь рыдания, что она сделает все, что она на все готова, но не дала прямого обещания и в душе своей не могла решиться на то, чего от нее требовали. Надо было жертвовать собой для счастья семьи, которая вскормила и воспитала ее. Жертвовать собой для счастья других было привычкой Сони. Ее положение в доме было таково, что только на пути жертвованья она могла выказывать свои достоинства, и она привыкла и любила жертвовать собой. Но прежде во всех действиях самопожертвованья она с радостью сознавала, что она, жертвуя собой, этим самым возвышает себе цену в глазах себя и других и становится более достойною Nicolas, которого она любила больше всего в жизни; но теперь жертва ее должна была состоять в том, чтобы отказаться от того, что для нее составляло всю награду жертвы, весь смысл жизни. И в первый раз в жизни она почувствовала горечь к тем людям, которые облагодетельствовали ее для того, чтобы больнее замучить; почувствовала зависть к Наташе, никогда не испытывавшей ничего подобного, никогда не нуждавшейся в жертвах и заставлявшей других жертвовать себе и все таки всеми любимой. И в первый раз Соня почувствовала, как из ее тихой, чистой любви к Nicolas вдруг начинало вырастать страстное чувство, которое стояло выше и правил, и добродетели, и религии; и под влиянием этого чувства Соня невольно, выученная своею зависимою жизнью скрытности, в общих неопределенных словах ответив графине, избегала с ней разговоров и решилась ждать свидания с Николаем с тем, чтобы в этом свидании не освободить, но, напротив, навсегда связать себя с ним.
Хлопоты и ужас последних дней пребывания Ростовых в Москве заглушили в Соне тяготившие ее мрачные мысли. Она рада была находить спасение от них в практической деятельности. Но когда она узнала о присутствии в их доме князя Андрея, несмотря на всю искреннюю жалость, которую она испытала к нему и к Наташе, радостное и суеверное чувство того, что бог не хочет того, чтобы она была разлучена с Nicolas, охватило ее. Она знала, что Наташа любила одного князя Андрея и не переставала любить его. Она знала, что теперь, сведенные вместе в таких страшных условиях, они снова полюбят друг друга и что тогда Николаю вследствие родства, которое будет между ними, нельзя будет жениться на княжне Марье. Несмотря на весь ужас всего происходившего в последние дни и во время первых дней путешествия, это чувство, это сознание вмешательства провидения в ее личные дела радовало Соню.
В Троицкой лавре Ростовы сделали первую дневку в своем путешествии.
В гостинице лавры Ростовым были отведены три большие комнаты, из которых одну занимал князь Андрей. Раненому было в этот день гораздо лучше. Наташа сидела с ним. В соседней комнате сидели граф и графиня, почтительно беседуя с настоятелем, посетившим своих давнишних знакомых и вкладчиков. Соня сидела тут же, и ее мучило любопытство о том, о чем говорили князь Андрей с Наташей. Она из за двери слушала звуки их голосов. Дверь комнаты князя Андрея отворилась. Наташа с взволнованным лицом вышла оттуда и, не замечая приподнявшегося ей навстречу и взявшегося за широкий рукав правой руки монаха, подошла к Соне и взяла ее за руку.
– Наташа, что ты? Поди сюда, – сказала графиня.
Наташа подошла под благословенье, и настоятель посоветовал обратиться за помощью к богу и его угоднику.
Тотчас после ухода настоятеля Нашата взяла за руку свою подругу и пошла с ней в пустую комнату.
– Соня, да? он будет жив? – сказала она. – Соня, как я счастлива и как я несчастна! Соня, голубчик, – все по старому. Только бы он был жив. Он не может… потому что, потому… что… – И Наташа расплакалась.
– Так! Я знала это! Слава богу, – проговорила Соня. – Он будет жив!
Соня была взволнована не меньше своей подруги – и ее страхом и горем, и своими личными, никому не высказанными мыслями. Она, рыдая, целовала, утешала Наташу. «Только бы он был жив!» – думала она. Поплакав, поговорив и отерев слезы, обе подруги подошли к двери князя Андрея. Наташа, осторожно отворив двери, заглянула в комнату. Соня рядом с ней стояла у полуотворенной двери.
Князь Андрей лежал высоко на трех подушках. Бледное лицо его было покойно, глаза закрыты, и видно было, как он ровно дышал.
– Ах, Наташа! – вдруг почти вскрикнула Соня, хватаясь за руку своей кузины и отступая от двери.
– Что? что? – спросила Наташа.
– Это то, то, вот… – сказала Соня с бледным лицом и дрожащими губами.
Наташа тихо затворила дверь и отошла с Соней к окну, не понимая еще того, что ей говорили.
– Помнишь ты, – с испуганным и торжественным лицом говорила Соня, – помнишь, когда я за тебя в зеркало смотрела… В Отрадном, на святках… Помнишь, что я видела?..
– Да, да! – широко раскрывая глаза, сказала Наташа, смутно вспоминая, что тогда Соня сказала что то о князе Андрее, которого она видела лежащим.
– Помнишь? – продолжала Соня. – Я видела тогда и сказала всем, и тебе, и Дуняше. Я видела, что он лежит на постели, – говорила она, при каждой подробности делая жест рукою с поднятым пальцем, – и что он закрыл глаза, и что он покрыт именно розовым одеялом, и что он сложил руки, – говорила Соня, убеждаясь, по мере того как она описывала виденные ею сейчас подробности, что эти самые подробности она видела тогда. Тогда она ничего не видела, но рассказала, что видела то, что ей пришло в голову; но то, что она придумала тогда, представлялось ей столь же действительным, как и всякое другое воспоминание. То, что она тогда сказала, что он оглянулся на нее и улыбнулся и был покрыт чем то красным, она не только помнила, но твердо была убеждена, что еще тогда она сказала и видела, что он был покрыт розовым, именно розовым одеялом, и что глаза его были закрыты.
– Да, да, именно розовым, – сказала Наташа, которая тоже теперь, казалось, помнила, что было сказано розовым, и в этом самом видела главную необычайность и таинственность предсказания.
– Но что же это значит? – задумчиво сказала Наташа.
– Ах, я не знаю, как все это необычайно! – сказала Соня, хватаясь за голову.
Через несколько минут князь Андрей позвонил, и Наташа вошла к нему; а Соня, испытывая редко испытанное ею волнение и умиление, осталась у окна, обдумывая всю необычайность случившегося.
В этот день был случай отправить письма в армию, и графиня писала письмо сыну.
– Соня, – сказала графиня, поднимая голову от письма, когда племянница проходила мимо нее. – Соня, ты не напишешь Николеньке? – сказала графиня тихим, дрогнувшим голосом, и во взгляде ее усталых, смотревших через очки глаз Соня прочла все, что разумела графиня этими словами. В этом взгляде выражались и мольба, и страх отказа, и стыд за то, что надо было просить, и готовность на непримиримую ненависть в случае отказа.
Соня подошла к графине и, став на колени, поцеловала ее руку.
– Я напишу, maman, – сказала она.
Соня была размягчена, взволнована и умилена всем тем, что происходило в этот день, в особенности тем таинственным совершением гаданья, которое она сейчас видела. Теперь, когда она знала, что по случаю возобновления отношений Наташи с князем Андреем Николай не мог жениться на княжне Марье, она с радостью почувствовала возвращение того настроения самопожертвования, в котором она любила и привыкла жить. И со слезами на глазах и с радостью сознания совершения великодушного поступка она, несколько раз прерываясь от слез, которые отуманивали ее бархатные черные глаза, написала то трогательное письмо, получение которого так поразило Николая.

На гауптвахте, куда был отведен Пьер, офицер и солдаты, взявшие его, обращались с ним враждебно, но вместе с тем и уважительно. Еще чувствовалось в их отношении к нему и сомнение о том, кто он такой (не очень ли важный человек), и враждебность вследствие еще свежей их личной борьбы с ним.
Но когда, в утро другого дня, пришла смена, то Пьер почувствовал, что для нового караула – для офицеров и солдат – он уже не имел того смысла, который имел для тех, которые его взяли. И действительно, в этом большом, толстом человеке в мужицком кафтане караульные другого дня уже не видели того живого человека, который так отчаянно дрался с мародером и с конвойными солдатами и сказал торжественную фразу о спасении ребенка, а видели только семнадцатого из содержащихся зачем то, по приказанию высшего начальства, взятых русских. Ежели и было что нибудь особенное в Пьере, то только его неробкий, сосредоточенно задумчивый вид и французский язык, на котором он, удивительно для французов, хорошо изъяснялся. Несмотря на то, в тот же день Пьера соединили с другими взятыми подозрительными, так как отдельная комната, которую он занимал, понадобилась офицеру.
Все русские, содержавшиеся с Пьером, были люди самого низкого звания. И все они, узнав в Пьере барина, чуждались его, тем более что он говорил по французски. Пьер с грустью слышал над собою насмешки.
На другой день вечером Пьер узнал, что все эти содержащиеся (и, вероятно, он в том же числе) должны были быть судимы за поджигательство. На третий день Пьера водили с другими в какой то дом, где сидели французский генерал с белыми усами, два полковника и другие французы с шарфами на руках. Пьеру, наравне с другими, делали с той, мнимо превышающею человеческие слабости, точностью и определительностью, с которой обыкновенно обращаются с подсудимыми, вопросы о том, кто он? где он был? с какою целью? и т. п.
Вопросы эти, оставляя в стороне сущность жизненного дела и исключая возможность раскрытия этой сущности, как и все вопросы, делаемые на судах, имели целью только подставление того желобка, по которому судящие желали, чтобы потекли ответы подсудимого и привели его к желаемой цели, то есть к обвинению. Как только он начинал говорить что нибудь такое, что не удовлетворяло цели обвинения, так принимали желобок, и вода могла течь куда ей угодно. Кроме того, Пьер испытал то же, что во всех судах испытывает подсудимый: недоумение, для чего делали ему все эти вопросы. Ему чувствовалось, что только из снисходительности или как бы из учтивости употреблялась эта уловка подставляемого желобка. Он знал, что находился во власти этих людей, что только власть привела его сюда, что только власть давала им право требовать ответы на вопросы, что единственная цель этого собрания состояла в том, чтоб обвинить его. И поэтому, так как была власть и было желание обвинить, то не нужно было и уловки вопросов и суда. Очевидно было, что все ответы должны были привести к виновности. На вопрос, что он делал, когда его взяли, Пьер отвечал с некоторою трагичностью, что он нес к родителям ребенка, qu’il avait sauve des flammes [которого он спас из пламени]. – Для чего он дрался с мародером? Пьер отвечал, что он защищал женщину, что защита оскорбляемой женщины есть обязанность каждого человека, что… Его остановили: это не шло к делу. Для чего он был на дворе загоревшегося дома, на котором его видели свидетели? Он отвечал, что шел посмотреть, что делалось в Москве. Его опять остановили: у него не спрашивали, куда он шел, а для чего он находился подле пожара? Кто он? повторили ему первый вопрос, на который он сказал, что не хочет отвечать. Опять он отвечал, что не может сказать этого.

wiki-org.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *