Свинцовый аккумулятор.

Пластины свинцового аккумулятора отливают из свинца. Количество энергии, которое можно накопить в аккумуляторе, пропорционально размерам поверхности его пластин, омываемой электролитом. Для увеличения этой поверхности аккумулятор имеет по нескольку положительных и отрицательных пластин. Все положительные и отрицательные пластины объединены в два отдельных полублока. Пластины изготовляют в виде решеток с ячейками. Ячейки заполняют пористой активной массой. Благодаря этому еще больше увеличивается поверхность соприкосновения пластин с электролитом.

При сборке аккумулятора после каждой отрицательной пластины вставляется положительная. По краям с двух сторон стоят отрицательные пластины, так как положительные пластины склонны к короблению. Поэтому в свинцовом аккумуляторе отрицательных пластин всегда на одну больше, чем положительных. Во избежание касания пластины в процессе сборки аккумулятора отделяют друг от друга прокладками-сепараторами. Сепараторы должны обеспечивать свободный доступ электролита к пластинам (за счет пористости), обладать высокой химической стойкостью и большой механической прочностью.

Для изготовления сепараторов используют полихлорвинил, стекловойлок и др.

Собранный блок положительных и отрицательных аккумуляторных пластин опускают в сосуд, называемый баком или банкой. Эти сосуды изготовлены из кислотоупорных материалов, чаще всего из эбонита или специальных пластмасс. Во избежание расплескивания электролита аккумуляторная банка сверху закрыта крышкой. В крышке имеются отверстия, через которые выводятся наружу контактные штыри-выводы аккумулятора.

Электролитом в свинцовых аккумуляторах служит раствор чистой серной кислоты (ее химическая формула H2SO4) в дистиллированной воде. Плотность электролита обычно находится в пределах 1,2— 1,4 г/см3.

Полностью собранный и заполненный электролитом аккумулятор подключают для заряда к источнику электрической энергии. В процессе первого специального заряда нового аккумулятора, который называют формовкой аккумулятора, в результате электрических процессов активная масса положительных пластин превращается в перекись свинца РЬО2, т. е. соединение свинца с кислородом, богато насыщенное последним. Активная масса отрицательных пластин переходит в чистый пористый свинец РЬ, называемый губчатым. Кроме того, при этих процессах выделяется серная кислота H2SO4, поэтому плотность электролита повышается.

Когда необходимо использовать энергию, накопленную в аккумуляторе, его включают в соответствующую электрическую цепь. Аккумулятор отдает энергию, вырабатываемую за счет химических процессов, в результате которых активная масса положительных и отрицательных пластин превращается в сернокислый свинец PbSO4, называемый также сульфатом свинца. При этих реакциях выделяется вода, разбавляющая электролит, поэтому его плотность падает.

Напряжение на зажимах аккумулятора в начале разряда составляет 2,1—2 В. Измерять напряжение аккумулятора нужно под нагрузкой с помощью специальной нагрузочной вилки с вольтметром. Лишь в этом случае мы определим действительное его значение. По мере разряда оно медленно снижается до 1,8—1,7 В. Дальнейший разряд аккумулятора должен быть прекращен, хотя при этом будет использовано лишь около 1/3 активной массы пластин. Более глубокие разряды аккумулятора губительно отзовутся на нем вследствие сульфатации пластин. Образование сульфата свинца на поверхности, в порах активной массы положительных и отрицательных пластин аккумулятора при его разряде является естественным химическим процессом, в результате которого происходит отдача электрической энергии. В первый период разряда аккумулятора образуются мелкие кристаллы сульфата свинца. Такие кристаллы не закупоривают поры в активной массе пластин. При последующем заряде аккумулятора они полностью превращаются в двуокись свинца на положительных пластинах и губчатый свинец на отрицательных пластинах. В случае глубоких разрядов аккумуляторов, а также при систематических недозарядах, загрязнении электролита, хранении в незаряженном состоянии и вследствие некоторых других причин сульфат свинца перекристаллизовывается и приобретает крупнокристаллическое строение. Пластины сульфатируются — покрываются белым слоем крупнокристаллического сульфата свинца, который имеет плохую электропроводность. Крупные кристаллы сульфата свинца закупоривают поры в активной массе пластин. В результате прекращается доступ электролита во внутренние слои активной массы пластин, повышается внутреннее сопротивление аккумулятора, снижается его емкость. Образование крупнокристаллического сульфата, занимающего большой объем, приводит также к разбуханию, выпучиванию и выпадению активной массы пластин. При заряде аккумулятора крупнокристаллический сульфат медленно и не полностью превращается в исходную активную массу пластин. Поэтому необходим своевременный заряд аккумуляторов. После включения на заряд напряжение на выводах аккумулятора быстро повышается с 1,7 — 1,8 до 2,1— 2,2 В и затем очень медленно до 2,3 В. В конце заряда происходит повышение напряжения до 2,6 — 2,8 В и начинается «кипение» аккумулятора, т. е. бурное выделение газов (водорода и кислорода) вследствие разложения воды электрическим током. Резкое повышение напряжения и «кипение» аккумулятора свидетельствуют об окончании заряда. После отключения аккумулятора от источника электрической энергии его напряжение почти сразу падает приблизительно до 2,1 В.

Выделение водорода и кислорода, хотя и менее интенсивное, происходит и при других режимах работы аккумуляторов. Известно, что водород и кислород образуют взрывчатую смесь, называемую гремучим газом. Поэтому категорически запрещается входить с огнем в аккумуляторные помещения.

Количество электричества, которое отдает в цепь аккумулятор при разряде, всегда меньше, чем полученное им при заряде, так как часть энергии теряется на нагревание электролита и побочные химические процессы. Отношение количества электричества в ампер-часах, отданного при разряде аккумулятора (емкости), к полученному при заряде количеству электричества называется коэффициентом отдачи аккумулятора по емкости. Для кислотных аккумуляторов эта величина достигает 90—95%.

Коэффициентом отдачи аккумулятора по энергии, т. е. коэффициентом полезного действия, называется отношение количества энергии в киловатт-часах, отданной при разряде, к количеству энергии, затраченной при заряде аккумулятора. КПД. кислотных аккумуляторов составляет 70—80%.