Свинцово кислотный аккумулятор: устройство и принцип работы

Правила эксплуатации и хранения, обслуживание

Срок службы свинцового аккумулятора во многом зависит от правильности его эксплуатации.

Дополнительные рекомендации:

Запускайте двигатель при отключенном сцеплении.
Во время пуска прокручивайте стартер продолжительностью до 5-7 секунд и делайте перерыв не более 60 секунд.
Своевременно выявляйте и устраняйте неисправности в системе пуска мотора, ведь они могут привести к перегрузке АКБ.
Раз в квартал проверяйте падение напряжения в момент пуска мотора. Измеренный параметр не должен снижаться ниже отметки в 11 В.
Уровень напряжения должен соответствовать требованиям производителя грузового автомобиля. Чаще всего требуется установка двух АКБ напряжением 12 В для получения 24 В.
Запрещена эксплуатация в режиме недозаряда (напряжение меньше 13,9 В) или перезаряда (напряжение от 14,4 В и выше)

При использовании необслуживаемого АКБ особенно важно исключить перезаряд.
Проверяйте объем электролитической жидкости для обслуживаемых АКБ и используйте дистиллят для доливки.
Контролируйте работу электрического оборудования автомобиля и своевременно устраняйте поломки. Периодических проверяйте систему на факт наличия тока утечки

Если он превышает 0,5 А, источник питания будет разряжаться при выключенном моторе.
Поддерживайте АКБ в заряженном состоянии. Выполняйте зарядку свинцового аккумулятора раз в квартал, в первую очередь, при появлении трудностей с пуском.

Для продления ресурса при хранении требуется отбросить «минус», а потом «плюс», почистить корпус АКБ от загрязнений, протереть клеммы и глянуть на уровень заряда (от 12,4 до 12,7 В) и плотность электролита (от 1,26 до 1,28 г/см3.

При обратной установке необходимо снова почистить корпус и клеммы, а также осушить контакты, после чего подключить «плюс», а потом «минус». Для поддержания АКБ в рабочем состоянии рекомендуется хотя бы раз в месяц выполнять подзарядку.

Устройство корпуса

У большинства аккумуляторов корпус состоит из ударопрочного полипропилена. Он характеризуется как легкий материал, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен имеет весьма хорошую стойкость к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, где нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Известными типами аккумуляторов, обладающих спросом являются: американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейский тип корпуса характерен тем, что АКБ клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. В некоторых случаях клеммы дополнительно защищаются от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке. Верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора.

Российский стандарт АКБ

Обозначение	Описание букв
А	АКБ имеет общую крышку для всего корпуса
З	Корпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально
Э	Корпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита
Т	Корпус-моноблок АБК выполнен из термопластика
М	В корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ
П	В конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты

Аккумулятор (АКБ) ALPHALINE 60 Ач

Тип крепления аккумулятора

Особое внимание при выборе АКБ следует уделять типу крепления АКБ, при котором батарея может крепиться снизу или сверху. С помощью специальной монтажной рамки, которая охватывает аккумулятор, элемент крепится вверху

Крепление аккумулятора происходит с помощью планки и двух шпилек. Чаще всего такой вид установки и фиксации аккумуляторной батареи встречается на автомобилях китайского или корейского производства.

Тип крепления на АКБ

Нижнее крепление применимо на европейских автомобилях. На нижней части корпуса АКБ находится выступ. За этот выступ аккумулятор прижимается к платформе с помощью пластины и винта.

Выступ для фиксации АКБ

История применения аккумуляторных батарей

Свинцово-кислотная батарея – первая перезаряжаемая батарея, разработанная для коммерческого использования в 1850-х годах. Несмотря на довольно приличный возраст в более чем 150 лет, они по-прежнему активно применяются в современных устройствах. Более того, они активно применяются в приложениях, где, казалось бы, вполне возможно обойтись современными технологиями. Некоторые распространенные устройства вполне активно применяют СКБ, такие как источники бесперебойного питания (ИБП), гольфкары или вилочные погрузчики. Удивительно, но рынок свинцово-кислотных аккумуляторов по-прежнему растет для определенных ниш и проектов.

Первое, довольно ощутимое нововведение в свинцово-кислотную технологию пришло в 1970-е годы, когда были изобретены герметичные СКБ или необслуживаемые СКБ. Данная модернизация состояла в появлении специальных клапанов для стравливания газов при зарядке/разрядке аккумуляторов. Кроме того, применение увлажнённого сепаратора сделало возможным эксплуатировать аккумулятор в наклонном положении без протеканий электролита.

СКБ, или англ. SLA, часто классифицируют по типу или применению. В настоящее время наиболее распространенными являются два типа: гель, известный также как свинцово-кислотная батарея с регулируемым клапаном (valve-regulated lead acid (VRLA)) и абсорбирующий стеклянный мат (absorbent glass mat AGM). Аккумуляторы AGM используются для небольших ИБП, аварийного освещения и инвалидных колясок, в то время как VRLA предназначается для приложений более крупного формата, таких как резервное питание для сотовых ретрансляционных мачт, интернет-центров и вилочных погрузчиков. Свинцово-кислотные аккумуляторы также можно классифицировать по следующим признакам: автомобильные (стартер или SLI — запуск, освещение, зажигание); тяговые (тяга или глубокий цикл); стационарные (источники бесперебойного питания). Основным недостатком SLA во всех этих приложениях является жизненный цикл — если они многократно разряжаются, они сильно повреждаются.

Удивительно, но свинцово-кислотные аккумуляторы были бесспорными лидерами рынка аккумуляторных батарей в течении многих десятилетий, вплоть до появления литий-ионных батарей в 1980-х годах. Литий-ионная батарея представляет собой перезаряжаемую ячейку, в которой ионы лития движутся от отрицательного электрода к положительному во время разряда, и наоборот во время заряда. Литий-ионные аккумуляторы используют интеркалированные литиевые соединения, но не содержат металлического лития, который используется в одноразовых батареях.

Литий-ионный аккумулятор впервые был изобретен в 1970-х годах. В 1980-х на рынок была выпущена первая коммерческая версия батареи с катодом на основе оксида кобальта. Данный тип устройств имел значительно большие возможности по весу и емкости, по сравнению с системами на никелевой основе. Новые литий-ионные аккумуляторы способствовали огромному росту рынка мобильных телефонов и ноутбуков. Первоначально, из-за соображений безопасности, вводились более безопасные варианты, которые включали добавки на основе никеля и марганца в кобальт-оксидный материал катода, в дополнение к инновациям в строительстве клеток.

Первые литий-ионные элементы, представленные на рынке, были в жестких алюминиевых или стальных банках, и, как правило, имели только несколько форм-факторов цилиндрической или призматической (форма кирпича) формы. Однако, с расширением спектра применения литий-ионной технологии начали изменяться и их габаритные размеры.

Например, менее дорогие версии более старой технологии применяются в ноутбуках и сотовых телефонах. Современные тонкие литий-полимерные элементы используются в смартфонах, планшетах и носимых устройствах. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы используются в электроинструментах, электрических велосипедах и других устройствах. Такая вариация предвещает полную замену свинцово-кислотных устройств во все новых и новых приложениях, направленных на улучшение габаритных и силовых показателей.

Заряд батареи

Свинцово-кислотная батарея заряжается путем подачи на нее постоянного тока любой величины (с учетом технологических ограничений, связанных с самой батареей или ее соединениями), при условии, что это не приводит к появлению на клеммах батареи напряжения, превышающего 2,35 В на элемент (значение при 25 ° C ) .

Авто зарядное устройство. Сила тока уменьшается по окончании зарядки

Применение этого правила приводит к соблюдению на практике двух последовательных фаз зарядки:

Так называемая фаза «CC» ( постоянный ток или постоянный ток ), во время которой напряжение элемента составляет менее 2,35 В, несмотря на приложение максимальной токовой нагрузки зарядного устройства: ток определяется зарядным устройством, а напряжение — от аккумулятора. . Напряжение на выводах каждой ячейки увеличивается по мере перезарядки батареи;
Фаза известна как «CV» ( Постоянное напряжение или «TC» Постоянное напряжение ), также называемая «фаза поглощения» начинается , как только напряжение на элемент достигает значения 2.35 V на элемент после применения заданного значения CI выше , приводит к зарядное устройство (его сервосистема, преобразующая его в генератор напряжения), чтобы отрегулировать ток так, чтобы напряжение оставалось равным 2,35 В на элемент, в то время как аккумулятор продолжает заряжаться. Следовательно, ток во время этой фазы является убывающей функцией времени. Теоретически он стремится к 0 асимптотически.

В конце зарядки ток в фазе CV не отменяется. Он стабилизируется на низком, но не нулевом значении, что больше не увеличивает степень заряда, а электролизует воду из электролита . Поэтому рекомендуется прервать заряд или, если мы хотим применить постоянный заряд (называемый поддерживающим или « плавающим », чтобы компенсировать явление саморазряда ), снизить заданное напряжение до значения порядка 2,3 В на элемент.

Зарядка CC / CV получила широкое распространение, потому что только она позволяет заряжать большим током (и, следовательно, быстро), не повреждая аккумулятор. Этот режим зарядки используется во всех автомобилях: в фазе постоянного тока зарядный ток существенно зависит от скорости вращения генератора (и, следовательно, двигателя). В фазе CV заданное напряжение поддерживается сервоуправлением, образованным регулятором напряжения. Это фактически снижает ток возбуждения генератора переменного тока, так что выходной ток генератора никогда не приводит к напряжению выше 2,35 В на элемент (с небольшой коррекцией в зависимости от температуры).

Когда в случае недорогих зарядных устройств зарядное устройство, способное ограничить его напряжение до эталонного значения, соответствующего 2,35 В на элемент, недоступно, рекомендуется ограничить значение зарядного тока (в амперах), например, до 10% от значения емкости аккумулятора (в ампер-часах), чтобы минимизировать разрушительные последствия скачка напряжения, который может произойти в конце зарядки (а также вредные последствия для срока службы электродов) .

Напряжение 2,34 В на ячейку называется « _газ V ». Это соответствует напряжению, при котором электролит в жидкой форме подвергается электролизу ( 2 H ₂ + O ₂).

Аккумулятор никогда не должен разряжаться менее чем на 20% от его номинальной емкости. Напряжение не является надежным эталоном с течением времени, так как чем старше батарея, тем сильнее падает напряжение.

Cистематизируем знания, обретаем навыки: дистанционное обучение

Итак, вы познакомились с теорией, касающейся АКБ, классификацией, способами восстановления, зарядкой, но хотите изучить тему глубже, максимально систематизировать знания по этому вопросу, научиться на практике работать с батареей, протестировать свои знания? Отлично! Вам поможет система онлайн-обучения механиков, электриков и диагностов ELECTUDE. Огромное преимущество онлайн -платформы состоит в том, что она максимально ориентирована на комплексный подход (основы физики + практикоориетированные материалы), и вы сможете получить не просто знания, но и конкретные умения, навыки, а система оценки знаний в виде тестов поможет реально оценить, над какими темами темами еще стоит поработать, в каком темпе двигаться дальше.

Далее мы приводим скриншоты и описания переведённых нами на русский язык модулей, которые непосредственно касаются рассматриваемой выше темы.

Изучайте, присматривайтесь к системе ELECTUDE и находите для себя новый источник не просто для получения знаний, а для пошагового развития практических навыков. Ведь кроме базовых модулей в системе есть специальный виртуальный тренажёр. Он и поможет «прокачаться» по полной. Система отлично подходит для обучения в дистанционном формате, самообучения.

Основные технические характеристики аккумуляторов

Технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.

Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке. Именно по этому критерию, большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Это величину, характеризующая параметр тока, который протекает в стартере автомобиля в момент пуска силового узла. Пусковой или стартерный ток возникает в тот момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Тот же ток холодной прокрутки является показателем поведения аккумулятора в морозную погоду и сможет запускать двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.

Полярность

Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Имеет два полюса – положительный и отрицательный и варианты расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Дла ее определения нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что АКБ с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.

Прямая и обратная полярность АКБ

Устройство свинцово-кислотного аккумулятора

Конструкция батареи свинцово-кислотного типа кардинально отличается от других устройств, предназначенных для выработки пускового тока и питания электроприборов. Хотя в самой сути лежат химические процессы и электролиз. Диоксид свинца и чистый свинец вступают во взаимодействие с раствором серной кислоты.

Устройство АКБ такого типа можно описать химическими процессами: в ходе нагрузки происходит образование сульфата свинца. В это время этот металл окисляется на аноде, а на катоде восстанавливается его диоксид. В процессе заряда протекают противоположные реакции. На пластинах располагается сульфат свинца: он распадается, а на аноде снова восстанавливается чистый свинец. Благодаря этим несложным химическим процессам есть возможность многократно использовать батарею, то разряжая, то заряжая её повторно.

Но в составе каждого автомобильного аккумулятора присутствует такой рабочий элемент, как электролит — это жидкость, пропускающая электрический ток. Если зарядка длится слишком долго, то сульфата свинца становится всё меньше, и начинается процесс электролиза. Обилие пузырьков приводит к закипанию дистиллированной воды внутри батареи. Допускать такое явление не рекомендуется, потому что возрастает угроза взрыва.

Производители закладывают такую опцию, как постепенное снижение величины заряда на клеммах по мере возрастания напряжения. Также существует угроза потери дистиллята, но её восполняют периодической доливкой. Одним из самых важных критериев аккумуляторных батарей выступает их ёмкость. Аккумулятор устроен таким образом, чтобы отдавать электрическую энергию, и в этом его самое главное предназначение. Чем больше ёмкость, тем большим количеством энергии он делится с потребителями тока.

Измеряется ёмкость в ампер-часах и зависит от активной площади электродов каждой батареи. Чтобы добиться увеличения этого критерия, можно использовать несколько соединённых между собой пластин, выполняющих роль электродов. Их могут изготавливать из пористых материалов, что тоже приносит положительный эффект. Проводить ток в этом случае может не только поверхность, но и внутренняя структура. Ёмкость не является постоянным фактором, она зависит от других обстоятельств: силы разрядного тока, состояния, в котором находятся пластины, температуры рабочей жидкости. Если температура понижается, ёмкость автоматически тоже уменьшится, поскольку вязкость электролита будет снижена, и электрохимические реакции протекают в таких условиях труднее.

Определяем тип и режим работы аккумулятора

Во-первых, чтобы понять, какой алгоритм зарядки подойдет конкретной АКБ, требуется определиться с классом батареи, чей принцип работы базируется на реакциях свинца в растворе серной кислоты. Она может быть либо обслуживаемой (то есть легко заряжаемой аналоговой зарядкой), либо необслуживаемой (требующей для подзарядки подключения специальных зарядных приспособлений).
Во-вторых, аккумулятор может эксплуатироваться в 2-х режимах: буферном (будучи постоянно подключенным к сети и периодически активируемым для самостоятельной) и циклическом (использование такого АКБ состоит из постоянной смены циклов «разрядка-подзарядка»).

Среди обслуживаемых SLA числятся, преимущественно, классические автомобильные аккумуляторы. Основная масса свинцово-кислотных источников тока, используемых в мото транспорте, лодках, катерах, Станциях без перебойного питания и т.д. принадлежит к герметичным, необслуживаемым, буферным и гелевым.

Разновидности и особенности свинцовых АКБ

На практике сейчас можно встретить самые разные батареи. Это позволяет решать самые разные задачи по энергообеспечению самых разных устройств. Разберем наиболее популярные виды аккумуляторов.

Lead-Acid. Требуют обслуживания. Считаются классическими автомобильными стартерными батареями. Сюда входят сурьмянистые, малосурьмянистые, гибридные и кислотно-кальциевые аккумуляторы. Обычно используют для двигателей внутреннего сгорания, но это не единственный вариант использования. Бывают варианты на 6v и 12v. Основной недостаток – высокий уровень саморазряда.

AGM VRLA. Современные необслуживаемые батареи. Могут иметь вольтаж – 2v, 4v, 6v и 12v. Основная отличительная особенность – сепараторы выполнены из стекловолокна. Также обычно используется абсорбированный электролит. Это позволяет увеличить срок эксплуатации АКБ в полтора раза. Использование технологии сепараторов из стекловолокна сделало возможным увеличивать зарядный ток, что ускоряет зарядку. Обычно AGM батареи допускается заряжать током в 25-30% от емкости. Разработано несколько разновидностей, подходящих для разных буферных и циклических режимов.

VRLA. Необслуживаемые АКБ с герметичным корпусом (необслуживаемые кальциевые и EFB). Могут иметь вольтаж – 2V, 4V, 6V и 12V. Предназначены для эксплуатации в буферном режиме. Не требуют дополнительной вентиляции при использовании в помещениях.

GEL VLRA. Одна из самых современных модификаций. Тут применяется геле образный электролит. Однообразная консистенция, позволяет добиваться наиболее эффективного контакта электролита с электродом, что увеличивает емкость. Также гель позволяет продлить срок службы батареи. Является необслуживаемой батареей. Требует периодической зарядки, для продления срока эксплуатации нужно использовать только высокоточное зарядное устройство, оно должно обеспечивать точный уровень силы тока. Существует несколько разновидностей, отличающихся особенностями электродов. Обозначение каждого из них позволяет определить возможность использования АКБ в определенных условиях. Есть батареи 2v, 4v, 6v, 12v, 24v, 36v и 48v.

OPzV. Это необслуживаемые АКБ 2V. Имеют трубчатые пластины электродов. Отличаются устойчивостью к глубокому разряду и продолжительностью службы до 22 лет.

Разберемся в конструкции АКБ подробней

Устройство автомобильного аккумулятора простое: ёмкость для размещения электродов, пластин, сепараторов и крышки. В обслуживаемых в крышке предусмотрены горловины для заливки электролита и закручивающиеся пробки. Они позволяют при необходимости доливать дистиллированную воду.

Корпуса батарей изготавливают из прочного полипропилена.

Материал корпуса не токопроводящий и химически стоек к серной кислоте. По нижнему краю корпуса предусмотрена отбортовка для жесткого крепления в автомобиле, чтобы исключить удары и падения.

Вентиляционные (лабиринтные) пробки используются в обслуживаемых батареях. Они предохраняют от выноса и выплескивания электролита, но обеспечивают свободный выход газа. В качестве лабиринтного наполнителя могут использоваться гранулы полиэтилена.

Чтобы исключить неправильное подключение батареи к бортовой сети автомобиля, свинцовые клеммные выводы отличаются по размерам, и чём вкратце описано в статье про виды аккумуляторов.

Практически все виды свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов неремонтопригодны.

Преимущества и недостатки

Популярность кислотно-свинцовых устройств легко объяснить множеством факторов.

Низкой себестоимостью и, соответственно, доступной ценой.
Надёжностью.
Малой саморазрядностью.
Простотой в обслуживании (не нужно доливать электролит),а для некоторых моделей, как, например, решений по технологии AGM, и вовсе отсутствие необходимости в сервисе.

Тем не менее, человечество постоянно ищет альтернативу, в ряде случаев использует щелощные устройства. Почему? Это связано с тем, что у кислотного оборудования есть и недостатки:

Трудности с организацией хранения. Хранение возможно исключительно в заряжённом виде.
Плохая переносимость переразрядов. Правила эксплуатации ограничивают количество циклов заряда- разряда.
Вред для окружающей среды (выделение испарений).
Высокие риски перегрева при неправильной зарядке.
Нестабильная работа в условиях низких температур. Иногда из-за этого возникают проблемы с запуском мотора в зимнее время.
Слабые возможности на протяжении длительного времени в тяговом режиме эксплуатации выдавать электрический ток.

Понятие аккумулятор и его устройство

В общем понимании этого слова в технике под термином «Аккумулятор» подразумевается устройство, позволяющие при разных условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, либо же — расходовать ее для человеческих нужд.

Применимы в тех ситуациях, когда необходимо собрать энергию за определенное время, после чего использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Так — гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по такому же принципу: когда вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а после отдают его подключенным приборам для совершения дальнейшей работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

В процессе работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

На рисунке ниже изображена схема устройства аккумулятора. Изображен тот вид, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Устройство аккумулятора

Плюсы и минусы

Как и любое другое устройство, данные батареи имеют свои плюсы и минусы. При выборе той или иной модели это необходимо учитывать в зависимости от технических требований и условий эксплуатации.

Преимущества

Простота и неприхотливость в использовании.
Применение стекловолоконных матов находящихся между пластинами, а так же гелеобразного электролита, препятствует разрушению пластин от вибрации. Это дает преимущество этим батареям при использовании на грузовой технике, мототехнике, катерах. За счет того что, они не боятся встряски.
Отсутствие необходимости проверки и контроля.
Увеличенный срок службы.
Пониженный саморазряд.
Повышенный пусковой ток.

Недостатки

Необходимость использования зарядного устройства автоматически понижающего силу тока в зависимости от степени зарядки батареи.
Невозможность в случае неисправности оценить уровень и плотность электролита.
Более высокая цена, обусловленная применением более сложных сплавов и электролитов с измененной формулой.

Устройство кислотного аккумулятора и принцип его действия

Во время разрядки кислотных батарей на пластинах образуется сернокислый свинец, способствующий короблению и изгибу пластин, а также «высыпанию» активной массы.

Более того, выделенный свинец преобразуется в вещество, не растворяющееся в электролите, покрывающее пластины (полностью или частично).

Закристаллизованные части пластин не принимают участие в химических реакциях, в результате чего емкость аккумулятора становится значительно ниже. Концентрация электролита во время разрядки тоже уменьшается.

Во избежание таких последствий аккумуляторные батареи не хранятся незаряженными, также недопустима и неполная зарядка батареи.

Заряжаются аккумуляторные батареи от генераторов постоянного тока или от выпрямителя. Во время зарядки, свинец расщепляется на исходные продукты и концентрация электролита восстанавливается.

Если продолжать зарядку батареи после восстановления электролита, то в помещение начнет испаряться водород. Подтверждением этому будут служить пузырьки, появившиеся на поверхности электролита. А водород при взаимодействии с воздухом образует взрывчатый отравляющий газ, что очень опасно для жизни человека. Поэтому помещения, где проходит зарядка батарей, должны быть хорошо проветриваемыми.

Устройство и принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Данный тип стационарного АКБ довольно тяжёлый, так как состоит из плотно параллельно упакованных плёнок свинца и оксида свинца. И те и другие в аккумуляторе расположены очень густо. Свинцовые пластины тёмно-серого цвета с синим оттенком, оксидно-свинцовые – тёмно-коричневые с рыжим оттенком.

Обе пластины находятся в серной кислоте, из-за чего в названии АКБ есть соответствующее слово. При включении аккумулятора ток протекает от оксидно-свинцового катода к свинцовому аноду. При этом свинец выделяет электроны, которые оксид свинца принимает.

В результате изменения заряда двух пластин они вступают в реакцию с серной кислотой вокруг и превращаются в сульфаты свинца.

Pb + HSO4– => PbSO4 + H+ + 2e–

PbO2 + HSO4– + 3H+ + 2e– => PbSO4 + 2H2O

Пара пластин производит 2 вольта, поэтому, чтобы увеличить количество вольт, которое может дать аккумулятор, пластины соединяют параллельно во множество пар слоёв. Они упаковываются плотно в банку, чтобы уменьшить объём батареи. Но так как электроны должны передаваться через терминалы, то пары пластин разъединяются специальными изоляционными плёнками.

При этом аккумулятор может иметь либо высокую плотность энергии, либо мощности. То есть аккумулятор или сохраняет большое количество энергии и отдаёт её в течение длительного времени, или он отдаёт огромный заряд очень быстро. В автомобилях используется второй вариант, так как надо отдать более 400 ампер, чтобы завести двигатель.

При глубокой разрядке батареи на пластинах образуется налёт сульфата свинца. Именно из-за этого если посадить аккумулятор до нулевого заряда несколько раз, то можно просто уничтожить его. Сульфат свинца полностью покрывает поверхность пластин, после чего его уже невозможно будет зарядить.

Несколько исторических данных

Первым создателем свинцово-кислотной АКБ считается француз Г. Планте. Он был заинтересован в создании такой батареи, которая подавала бы нужный ток и при этом не требовала больших финансовых затрат. Ему удалось создать новую конструкцию, в которую входили свинцовые электроды, погруженные в серную кислоту.

Недостатком такой инновации считалось большое число циклов зарядки-разрядки, пока кислотная батарея не будет заряжена полностью. Надо сказать, что количество таких циклов могло достигать огромных значений. Чтобы достичь полной зарядки, требовался не один год. Причиной стали сепараторы и свинцовые электроды.

Такой срок никого не устраивал. Поэтому многие учёные стремились спроектировать и создать другую конструкцию АКБ. Это удалось в 1900 году. Была спроектирована новая модель. Вместо целых свинцовых пластин использовался только окисел свинца. Он совместно с сурьмой наносился на особые пластины. Позднее в конструкцию была добавлена металлическая решётка, покрытая сурьмой и свинцовыми окислами. В результате:

Ёмкость АКБ стала больше.
Появился коммерческий интерес.
Произошёл эволюционный скачок.

В конце XX века аккумуляторные батареи стали герметизировать. Это стало возможным благодаря замене электролита на специальные гели и усовершенствованные газы. Но добиться полной герметичности не удалось. Во время зарядки начинали образовываться газы, которые должны были покинуть внутреннюю часть батареи.

Электролит

Электролит в тяговых аккумуляторах играет ключевую роль. Заливают его один раз, при вводе в эксплуатацию, и от его качества зависит стабильность эксплуатации батареи на протяжении ее срока службы (именно поэтому лучше приобретать батареи, залитые и заряженные в заводских условиях). При эксплуатации АКБ во время заряда в результате электролиза вода разлагается на кислород и водород (визуально это выглядит как кипение электролита), вот почему требуется периодически доливать воду. Уровень электролита, как правило, определяют по меткам min и max на заливной пробке. Кроме того, существует система автоматического долива воды Aquamatic, которая существенно ускоряет этот процесс.