44. Қышқылды аккумуляторды түсіндіріңіз.

Қышқылды аккумуляторларда электрод ретінде активті массалармен жабылған қорғасын пластиналары қолданылады. Активті массалар заряд-разряд процесінде болатын электрохимиялық реакцияларда электролитпен байланысады. Оң зарядталған электродтың, яғни анодтың активті массасы ретінде қорғасын диоксиді PbO₂, ал теріс зарядталған электрод – катодтың активті массасы ретінде таза қорғасын Pb қолданылады. Электролит ретінде 25-34%-ды күкірт қышқылының судағы ерітіндісі алынады. Олардың жұмыс істеу принципі күкірт қышқылы ортасында болатын қорғасын мен қорғасын диоксиді арасындағы электрохимиялық реакцияға негізделген. Қорғасын оксиді мен күкірт қышқылының әрекеттесуі нәтижесінде энергия пайда болады. Разрядталу процесінде анодта қорғасын диоксидінің қалпына келу реакциясы, ал катодта қорғасынның қышқылдану реакциясы жүреді. Зарядталу процесінде кері реакциялар, сондай-ақ зарядталудың соңында анодта оттегінің, катодта сутегінің бөлінуімен жүретін су электролизі болады. Әдетте температураның төмендеуімен аккумулятордың параметрлері нашарлайды, бірақ басқа аккумуляторларға қарағанда қышқылды аккумуляторлар төмен температураларда жақсы жұмыс істейді. +20 °C-тан бастап төмендеген әрбір температураға өзінің сыйымдылығының 1%-ын жоғалтады. Аккумулятордың пластиналары конструкциясы бойынша беттік немесе жақпа типті болуы мүмкін. Беттік типті пластиналарды қорғасыннан құяды. Оларды стационарлы аккумуляторлы батареялар мен кейбір жолаушы вагондарындағы батареяларда қолданады. Тепловоздардың аккумуляторлы батареяларында жақпа типті пластиналар қолданылады. Мұндай пластиналарда қорғасын мен сурьманың ерітіндісінен тұратын негіз болады. Олар пасталармен толығатын ұяшықтардың қатарынан тұрады. Пластиналардың ұяшықтары пасталармен толғаннан кейін көптеген саңылаулар болатындай етіп қорғасынмен жабылады. Қорғасын пластиналардағы активті массаларды берік ұстап тұрады, сондай-ақ электролиттің келіп тусуіне кедергі жасамайды. Оң зарядталған пластиналар үшін пастаны қорғасын ұнтағынан Pb, ал теріс зарядталған пластиналар үшін пастаны қорғасын диоксидінің PbO₂ ұнтағын күкірт қышқылының судағы ерітіндісіне араластыру арқылы жасайды. Мұндай пластиналардың активті массалары борқылдақ болып келеді, сол себептен электрохимиялық реакцияларға аккумулятор электродтарының тек беткі қабаттары ғана емес, сондай-ақ төменгі қабаттары да қатысады. Активті массадағы ақауларды азайтып, оның борқылдығын арттыру үшін пастаға кеңейткіштер деп аталатын: графит, кремний, шыны ұнтақ, күкірт қышқылды барий және т.б. инертті материалдар қосады. Олар электрохимиялық реакцияларға қатыспайды, бірақ қорғасын бөлшектері мен оның оксидтерінің бір-біріне жабысып қалуын тежейді. Қышқылды аккумуляторлардың кернеуі сілтілі аккумуляторларға қарағанда 1,5 есе көп болады, осыған орай олардың бірлік масса мен бірлік көлемдегі меншікті сыйымдылығы мен қуаты да көп болады.

45. Сілтілі аккумуляторды түсіндіріңіз.

Сілтілі аккумуляторлар деп – электролит ретінде сілтінің судағы ерітіндісін қолданатын аккумуляторларды айтады. Сілтілі аккумуляторларда сирек кездесетін және денсаулыққа зиянды қорғасын болмайды, транспортты құрылғылардағы динамикалық әсерлерге тұрақты, қайта зарядталу мен қысқа тұйықталуларға сезімтал емес, қолданғанға ыңғайлы және заряд-разряд циклі мен жұмыс істеу жарамдылығы 2,5-3 есе көп. Сілтілі аккумуляторлардың ең негізгі ерекшелігі – жиналған зарядты жеткілікті ұзақ уақыт аралығында беру қасиеті, сол себептен олар көптеген әр түрлі құрылғыларды үздіксіз энергия көзімен қамтамасыз ете алады. Қазіргі кезде ең көп тараған сілтілік аккумуляторларға: никель-кадмийлі, никель-металл-гидридті және литий-ионды аккумуляторлар жатады. Никель-кадмийлі аккумуляторда анод ретінде ұнтақ түрдегі металл кадмий, катод ретінде графит ұнтағы қосылған никель оксидінің гидраты, электролит ретінде литий гидроксиді қосылған калий гидроксиді қолданылады. Литий гидроксидін сыйымдылықты 21-25%-ға үлкейту үшін қосады. Никель-кадмийлі аккумулятордың ЭҚК-і 1,45 В шамасында. Олардың жарамдылық мерзімі конструциясына, жұмыс істеу режиміне (ұзақ немесе қысқа разрядты) және қолданылатын материалдардың тазалығына байланысты 100-ден 3500 заряд-разряд цикліне дейін болады. Бір элементтен алатын кернеуді, ток күшін немесе сыйымдылықты арттыру үшін аккумуляторларды батареяға біріктіреді. Теңіз және өзен флоттарында көптеп қолданылатын никель-кадмилі аккумуляторлы батареялардың типтеріне 3НКГ-10Д, 10НКГ-10Д, 5НК-55, 5НК-80, 5НК-125 жатады. Бұл белгіледің мағынасы: 1) 3, 5, 10 – аккумуляторлы батареядағы аккумуляторлар саны; 2) НК – никель-кадмилі аккумулятор; 3) Г – герметикалық түрде жасалған; 4) 10, 55, 80, 125 – аккумуляторлы батареяның сыйымдылығы А*сағ. Никель-металл гидридті аккумуляторларда анод ретінде сутекті металл-гидридті, әдетте, никель-лантан немесе никель-литий гидриді, электролит ретінде калий гидроксиді, катод ретінде никель оксиді қолданылады. Никель-металл-гидридті аккумуляторлардың сыйымдылығы өлшемі бірдей никель-кадмийлі аккумуляторлардың сыйымдылығынан 30%-ға үлкен. Басқа энергия көздеріне қарағанда никель-кадмилі және никель-металл-гидридті аккумуляторлар кернеуді соңына дейін ұстап тұрады, ал аккумулятордағы энергия біткен кезде кертеу тез түседі. Никель-кадмийлі аккумуляторларды разрядталған түрде, никель-металл-гидридті аккумуляторларды зарядталған түрде сақтау керек.

46.Аккумулятордың жұмыс істеу принципін түсіндіріңізАккумулятор - бұлэлектрлік қуатты химиялық қуатқа түрлендіретін токтын химиялық көзі. Сонымен, ол қуатты біраз уақытқа дейін сақтап, ағымында оны электроқұрылымға беруге қабілетті.Әдеттегі 12-вольттық АКБ алты 2-вольттық аккумуляторлардан құралады, әрқайсысы оң және теріс электродтардан тұрады. Оң электрод қосқышқылды қорғасынмен(PbO2) қапталған қорғасын тілік пакеті болып ұсынылады,ал терісі – кеуекті қорғасыннан(Pb) тұратын белсенді салмақты қорғасын тіліктері.Бір – біріне «айқастырылған саусақтар» ұстамы бойынша салынған оң және теріс электродтарын электролитке орналастырады (күкірт қышқыл ерітіндісінің нығыздығы – 1,27-1,29г/см3). Арасында қысқа тұйықталу болмас үшін жіңішке ток өткізбейтін материалдардан жасалған сепаратор қондырылады. Электродтың пакеттері бір – біріне жабыстырылады, шеткі элементтердің полюстары оң және теріс сыртқы АКБ корпусына шығарылады.Егер аккумуляторға жүктемені қоссаң, батареяның ішінде химиялық реакция жүре бастайды – кеуекті қорғасынның және қосқышқылды қорғасынның белсенді салмағы күкірт-қышқылды қорғасын күйіне көшеді, электролиттің нығыздығы азаяды, ал иондар орын алмастыра бастайды. Осы үдерістің салдарынан батареяда электрлік ток пайда болады. АКБ зарядының процесінде барлық үдеріс кері қарай жүреді, аккумулятор бастапқы қалпына келеді.

Аккумулятордың сыйымдылығы, ең алдымен, элетрод тілігіндегі белсенді салмақтын көлеміне және электролиттің мөлшеріне байланысты. Бұл көрсеткіштерге түрлі конструктивтік және технологиялық факторлар және өндірушіге аккумуляторлық батареяның жұмыс істеуін ылғи жетілдіре отыруы үшін эксплуатация шарттары да әсер етеді.

47.Заряд – разряд циклін түсіндіріңіз. Оқтаулы қорғасын-қышқылдық аккумуляторының токшығаратын процесіне қатысатын белсенді заттар:

- қара-қоңыр түстіқосқышқылды қорғасын оң электродта;

- сұр түстікеуекті қорғасын теріс электродта;

- сулы күкірт қышқылы ерітіндісі 1,28(+/- 0.01) г/см3нығыздығымен - электролит

Белсенді салмақ оң және теріс электродтарының дәреже процесінде ақ түсті қорғасын сульфатына айналады. Осылай электролиттің нығыздылығы дәреженің соңына дейін төмендетіледі (1,10-1,14 г/см3)Электролитте екі электродта да аз мөлшерде қорғасын сульфаты және су ионы бар. Тізбекке зарядталатын аккумулятор қосылатын орнықты ток көзі кернеу арқылы сыртқы тізбекке аккумулятордың теріс шығарылымын қосады.Қорғасынның еківаленттік ионы екі электронмен тотықтырылады, теріс электродтың теріс салмағын металлдық кеуекті қорғасынға айналдырады. Қалған бос иондар күкірт қышқыл шығарады.Оң электродтің зарядтық ток әрекетінің астында қорғасынның еківаленттік иондары екі электронды шығарады, төртвалентке дейін тотығады. Соңғысы, оттектің екі ионы арқылы кезеңдік реакциялармен қосылып, электродта шығатын қосқышқылды қорғасын шығарады. Иондар және де сол сияқты және теріс электродтің, күкірт қышқылымен қосыладыі, нәтижесинде электролиттің нығыздығы өседі.Заттың өзгеріс процестері оң және теріс электродтердің белсенді салмақтарындабітсе, электролиттің нығыздығы өзгереді, бұл аккумулятордың зарядының біту белгісімен қызмет етеді. Зарядтың одан әрі келе жатқан екінші процесі болады - су оттекке және сутекке электролиттік бөлінеді. Газдың көпіршіктері электролиттен ажыратылса, олар оның интенсивтік қайнау эффектісін пайда қылады, бұл да заряд процесінің біту белгісімен қызмет етеді.

аккумулятордаөтетін заряд/разрядреакциялары

Негізгі ток шығаратын реагенттің шығыны

Аккумулятордың дәрежесінің бір ампер-сағ сыйымдылықты алу үшін, реакцияда қатысуы қажет:

- қосқышқылды қорғасынның 4,463 г

- кеуекті қорғасынның 3,886 г

- күкірт қышқылының 3,660г

Материалдың сомалық теортетикалық шығыны электрдің 1 А-ч(материалдың үлесті шығыны) 11,989 г/А-ч болады, ал қағидалы үлесті сыйымдылық - 83,41 А-ч/кг.Аккумулятордың номиналды кернеуінің аумағында 2В материалдың теоретикалық үлесті шығыны 5,995 г/Втч, ал аккумулятордың үлесті энергиясы 166,82 Вт-ч/кг тең.Алайда тәжірибеде белсенді материалдың токшығарупроцесінде араласатын толық игерушілігін іске асыру мүмкін емес,. Шамалы белсенді салмақтынжартысыныңбеті электролит үшін ақиық, себебі материалдың механикалық беріктігін қамсыздандыратын көлемді болпылдақ қаңқаның құрылысы үшін қызмет етеді. Сол себептен оң электродтің белсенді салмағының игерушілігінің шынайы коэффициенті 45-55 %, ал терістікі- 50-65 %. Сонымен қатар, электролиттін орнына 35-38% күкірт қышқылының ерітіндісі пайдаланылады. Сол себептен материалдың шынайы үлесті шығынының аумағы үлкен, ал үлесті сыйымдылықтың және үлесті энергияныңшынайы маңыздылығы теоретикалықтан төмен.