Химические источники тока

Для питания аварийных и переносных радиостанций и радиоэлектронной, аппаратуры требуются автономные источники электроэнергии. В качестве таких источников широкое распространение получили гальванические элементы (батареи) и аккумуляторы, называемые химическими источниками тока. Электрический ток в них образуется в результате электрохимического процесса взаимодействия двух активных веществ (электродов), помещенных в кислотную или щелочную среду (электролит), при подключении к ним электрической нагрузки. Электроды и электролит составляют электрохимическую систему, являющуюся основой химического источника тока.

Токообразующий процесс, происходящий в электрохимической системе, называют разрядом. Если происходящие при разряде изменения веществ в электрохимической системе необратимы, то такие системы (устройства) называют гальваническими элементами, а несколько последовательно или параллельно соединенных элементов - батареей. Если происходящие при разряде изменения веществ могут быть восстановлены путем пропускания электрического тока в направлении, обратном току заряда, то такие системы (устройства) многоразового действия называют аккумуляторами. Они бывают кислотными и щелочными.

Щелочные (кадмиево- и железоникелевые) аккумуляторы состоят из корпуса, электродов - положительных и отрицательных пластин с активной массой и электролита - водного раствора едкого калия или едкого натрия. Активной массой положительных пластин является гидрат окиси никеля, в который для увеличения проводимости добавлено около 20% порошкообразного графита, а активной массой отрицательных пластин-механическая смесь порошкообразного железа или кадмия.

При разомкнутой внешней цепи, когда обмен электрическими зарядами между электродами отсутствует, ионы или электроны, перешедшие с электродов в электролит, располагаются вблизи границы раздела электрод - электролит. Взаимодействуя с электролитом гидрат окиси никеля отдает электроны и заряжается положительно, а металлический кадмий (железо) захватывает электроны и заряжается отрицательно.

При замыкании внешней цепи электроны, протекая через электрическую нагрузку, обеспечивают непрерывность окислительно-восстановительного процесса. Этот процесс восстановления продуктов разряда путем сообщения им электрической энергии называют зарядом.

При заряде в результате электролиза активная масса пластин восстанавливается, а напряжение аккумулятора увеличивается. При заряде и разряде количество едкого кали в электролите остается неизменным. ЭДС заряженного аккумулятора равна 1,35 В.

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов в четыре-пять раз больше кислотных и достигает десятых долей ома.

Кислотный аккумулятор состоит из электродов - положительных и отрицательных пластин, соединенных в блоки, и электролита. Блоки расположены так, что пластины одного блока чередуются с пластинами другого блока, не соприкасаясь с ними, при этом крайние блоки всегда включают отрицательные пластины. Положительные и отрицательные пластины изолированы друг от друга специальными кислотостойкими прокладками - сепараторами. В качестве электродов в аккумуляторах применяют пластины решетчатого типа, основанием которых служит решетка из сплава свинца и сурьмы. Ячейки решеток заполняют пастой из порошкообразных окислов свинца на слабом растворе серной кислоты: положительные пластины - свинцовым суриком, отрицательные - свинцовым глетом. После просушки пластины приобретают пористость, что способствует достижению большой емкости аккумулятора.

В разряженном состоянии обе свинцовые пластины покрыты налетом сернокислого свинца. При заряде аккумулятора через пластины пропускают постоянный электрический ток, который вследствие электролиза вызывает поляризацию пластин и восстановление сернокислого свинца в чистый свинец, при этом образуются молекулы серной кислоты, поступающие в раствор. В положительном электроде под воздействием протекающего тока происходит реакция, в результате которой сернокислый свинец превращается в двуокись свинца и образуются молекулы серной кислоты, также поступающие в раствор. Таким образом, при заряде аккумуляторов активная масса положительных пластин превращается в чистый свинец, а активная масса отрицательных пластин - в двуокись свинца, происходит электролиз воды, в результате которого выделяются кислород и водород. Между положительным и отрицательным электродами возникает ЭДС, равная 2 В.

При разряде в аккумуляторе происходят обратные процессы. К концу разряда плотность электролита понижается. Разряд кислотных аккумуляторов допускается до напряжения не ниже 1,8 В. Так как напряжение одного аккумулятора невелико, для питания корабельной аппаратуры применяют так называемые аккумуляторные батареи, представляющие собой моноблок с ячейками, в которых размещены аккумуляторы (в каждой ячейке один аккумулятор). Все аккумуляторы соединены между собой последовательно толстыми свинцовыми пластинами, а каждая ячейка закрыта пластмассовой крышкой с тремя отверстиями. Для герметизации стыки между крышками и моноблоком залиты специальной мастикой.

На кораблях применяют главным образом стартерные аккумуляторные батареи напряжением 24 - 27 В.

Для питания переносных радиостанций, электромагнитофонов и измерительных приборов применяют марганцово-цинковые химические источники тока, в которых химическая энергия окислительно-восстановительных процессов непосредственно превращается в электрическую. В таких источниках тока положительным электродом служит двуокись марганца, отрицательным - металлический цинк, а электролитом - раствор солей и щелочей. Так как химическая реакция протекает при участии кислорода воздуха, такие источники называют воздушно-марганцово-цинковыми.

Для маркировки первичных элементов и батарей марганцово-цинковой системы используют буквенно-цифровое обозначение по специальной таблице, например батареи 3363 (КБС-Л-0,5) и «Крона-1».

Марганцово-цинковый элемент имеет ЭДС 1,48 - 1,55 В, конечное напряжение 0,85 - 1 В и срок хранения от 3 до 18 месяцев.

Для питания переносимой радиоаппаратуры иногда применяют ртутно-цинковые элементы и батареи (РЦ), которые по сравнению с марганцово-цинковыми обладают более высокой стабильностью ЭДС, значительно большей энергоемкостью и герметичностью; они имеют ЭДС 1,350 - 1,354 В и срок хранения до 5 лет.

Дата добавления: 2015-08-18