Свинцово-кислотные аккумуляторы

Этот тип аккумулятора, созданный свыше 130 лет назад, продолжает доминировать среди промышленных типов благодаря, в основном двум преимуществам: низкой стоимости и простой эксплуатации. Основные токообразующие процессы, сопровождающие токообразование в свинцово-кислотном аккумуляторе, записываются следующим образом:

Таким образом, в результате заряда имеет место выделение, а при разряде – потребление кислоты. Исходная концентрация кислоты составляет 35 %, что соответствует плотности 1,265 г/см3. Изменение концентрации кислоты в процессе заряда-разряда можно использовать как тест на степень заряженности в соответствии с табл. 2.1, заимствованной из работы.

Таблица 2.1. Изменение плотности кислоты со степенью заряженности

При перезаряде аккумулятора на отрицательном электроде выделяется водород, на положительном электроде – кислород. Потенциал свинцового электрода составляет –0,3 В против стандартного водородного электрода, потенциал двуокисносвинцового электрода +1,63 В, что соответствует ЭДС аккумулятора Е0 = 1,93 В и стандартной свободной энергии Аст = 371,7 кДж/моль (161 Вт • ч/кг – теоретическая удельная энергия).

Можно отметить, что фактическая удельная энергия аккумулятора, равная 20-30 Вт-ч/кг, составляет 10-20 % от теоретической; причём это значение было получено в результате длительной эволюции свинцово-кислотного аккумулятора. Особенно интенсивное развитие аккумуляторов этого типа относится к началу нынешнего столетия при использовании его для электрического стартёра на автомобилях массового производства. Динамика технологических достижений в области свинцово-кислотных аккумуляторов за период с 1920 по 1960 гг. приведена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Динамика изменения срока службы и расхода активных масс по годам для свинцово-кислотного аккумулятора

Свинцовые аккумуляторы для электротяги выполняются в основном в двух вариантах: панцирными и намазными. Конструкция аккумулятора с панцирными электродами состоит из набора перфорированных пластмассовых панцирей, набитых активной массой. Внутри панциря помещаются свинцовые токоотводы. Для увеличения срока службы панцири с крупной сепарацией, выполняющие функции армирования, содержат панцири с мелкой сепарацией, набитые активной массой. Намазные пластины изготовляют намазкой свинцовой пасты определённого состава (оптимальной является паста состава 4PbO*PbS04).

Поскольку срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов ограничивается явлением оплывания активной массы положительного электрода, то аккумуляторы с панцирными электродами имеют ресурс существенно больший (1500 циклов), чем аккумуляторы с намазными электродами (500-600 циклов). За рубежом панцирные аккумуляторы получили широкое развитие несмотря на то, что процесс набивки панцирей свинцовыми порошками (смесью свинца и окислов свинца) связан с большой запылённостью и требует введения комплекса строгих экологических мероприятий.