Понятие о химических источниках тока. Основные характеристики химических источников тока.

 

Понятие о химических источниках тока.

Химическими источниками тока (ХИТ) называются устройства, в которых химическая энергия активных веществ при подключении нагрузки превращается в электрическую. В современных средствах связи химические источники тока широко применяются в качестве основных и резервных источников питания.

По характеру работы все известные ХИТ делятся на две группы: первичные и вторичные.

Первичные химические источники тока предназначены для разового непрерывного или прерывистого разряда, т.е. допускают лишь однократное использование заключенных в них активных веществ. К ним относятся марганцево-цинковые и ртутно-цинковые элементы.

Марганцево-цинковые элементы и батареи имеют сравнительно малую стоимость, сохраняют работоспособность в широком диапазоне температур, просты в эксплуатации и хранении, находят широкое применение в качестве источников питания телефонной, измерительной и различного рода вспомогательной аппаратуры и приборов. К ним относятся цилиндрические солевые элементы типа «343» и «373» напряжением 1,55В; призматические солевые элементы и батареи ГБ-10У-1,3 (напр.10В), 3336У (напр.4,1В), «Крона» (напр. 9В)

Ртутно-цинковые элементы и батареи имеют высокую стоимость, хуже работают при отрицательных температурах. Они применяются в малогабаритных переносных радиостанциях (6РЦ63 напр. 7,5В).

Вторичные химические источники тока(электрические аккумуляторы) предназначены для многократного использования за счет восстановления химической энергии активных веществ путем пропускания через них электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Работоспособность аккумуляторов восстанавливается их зарядом, т.е. пропусканием постоянного тока через аккумулятор в направлении, противоположном направлению тока разряда. Работа аккумулятора состоит из чередующихся между собой зарядов и разрядов. Разрядом называют процесс превращения химической энергии в электрическую. Один заряд и один разряд составляют рабочий цикл.

Аккумуляторная батарея – два или большее число аккумуляторов, соединенных последовательно или параллельно и расположенных в одном корпусе (каркасе, отсеке).

Аккумулятор состоит из двух электродов (блоков пластин), погруженных в раствор электролита. Положительные и отрицательные пластины изолируются друг от друга сепарацией.

Электролит – вещество с активной проводимостью, в которое помещены электроды, обеспечивающие протекание на них электрохимических реакций.

По составу электролита аккумуляторы делятся на две группы: щелочные и кислотные.

Щелочные аккумуляторы – это простые, удобные и надежные в эксплуатации источники электроэнергии. Их характерной особенностью является то, что они не подвергаются разборке в течение всего срока службы. Конструкция их надежная и долговечная; срок службы при правильной эксплуатации и надлежащем уходе достигает десяти лет и более. Применяются для питания переносных радиостанций и бортовой сети КШМ.

Кислотные (свинцовые) аккумуляторы обладают малым внутренним сопротивлением, большим напряжением разряда (), относительно низкой стоимостью, меньшей механической прочностью, небольшим сроком службы, большим саморазрядом, сложны в уходе и хранении, выделяют вредные пары кислот. Применяются в основном в качестве стартерных для запуска двигателей внутреннего сгорания

 

Основные характеристики

химических источников тока.

ХИТ имеют следующие основные электрические характеристики.

Электродвижущая сила (напряжение разомкнутой цепи, E) – разность потенциалов между выводами ХИТ при разомкнутой внешней цепи. Значение ЭДС зависит только от химического состава электродов и плотности электролита и не зависит от количества активных масс. ЭДС ХИТ массового применения не превышает 1,3 В.

Внутренне сопротивление (r₀) – сопротивление, которое ХИТ оказываетпроходящему через него постоянному току. r₀ = 0,3/Q (Ом)

Напряжение (U) – разность потенциалов на выводах ХИТ при замкнутой внешней цепи.

Напряжение разряда (U_р) – напряжение, измеряемое на зажимах ХИТ при замкнутой внешней цепи. Определяется из уравнения:

U_р = Е - I _р r₀=1,25В.

где Е - э.д.с., В; I _р- ток разряда, А; r₀- внутреннее сопротивление источника, Ом. Из уравнения видно, что напряжение при разряде всегда меньше напряжения разомкнутой цепи примерно на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока. По величине напряжения разряда судят о степени заряженности ХИТ. При U_р менее 1В аккумулятор считается разряженным.

Напряжение заряда (Uз) - напряжение, которое необходимо приложить к выводам аккумулятора для его заряда. Напряжение заряда должно превышать э.д.с. аккумулятора: Uз = 1,5 Е = 1,8В.

Емкость (Q) – количество электричества, отдаваемое ХИТ при разряде до минимального допустимого напряжения. Емкость измеряется в ампер-часах и определяется по формуле:

Q = I _р t р, где I _р - ток разряда, А; t р- время разряда, ч.

Номинальная емкость Qн - емкость, которую должен отдать новый ХИТ в номинальном режиме разряда. Она зависит от количества активных веществ.

Саморазряд – потеря емкости за счет токов внутри ХИТ и между его электродами при разомкнутой внешней цепи. Оценивается уменьшением емкости ХИТ в процентах от номинальной в месяц (за сутки).

Наработкой называется продолжительность работы аккумулятора в циклах от начала его эксплуатации до возникновения первого отказа.

Срок службы аккумулятора определяется календарной продолжительностью его эксплуатации от ее начала до возникновения первого отказа или снижения емкости до 40% от номинальной.