Рис. 7.2. Конструкция окиснортутного элемеита,

; - крышка; 2 - цинковый порошок с ртутью; 3 - бумага; 4 - окись ртути; 5 - корпус.

ства активных материалов электродов и электролита), от температуры окружающей среды (с понижением температуры емкость уменьшается) и от тока нагрузки (при увеличении тока нагрузки емкость уменьшается, так как часть активных материалов не успевает участвовать в реакциях). Удельная емкость элементов МЦ системы, т. е. количество ампер-часов на килограмм массы, составляет 35-40. Удельная энергия элементов МЦ, т. е. количество ватт-часов на килограмм массы составляет 45-50, а для ВМЦ-55-60.

Промышленностью выпускается широкий ассортимент элементов и батарей, составленных из элементов галетной конструкции, системы МЦ и ВМЦ.

Недостатками сухих элементов и батарей системы МЦ и ВМЦ являются саморазряд их в процессе хранения, большие пределы изменения напряжения при разряде, низкая удельная энергия на единицу массы и объема.

Значительно лучше по своим техническим и эксплуатационным характеристикам окиснортутные элементы (рис. 7.2), у которых отрицательным электродом является смесь порошка цинка с ртутью, а положительным - окись ртути. В качестве электролита используют раствор едкого кали. ЭДС такого элемента составляет 1,35 В. Удельная энергия на единицу массы-68 Вт-ч/кг, удельная энергия на единицу объема - 300 Вт-ч/дм (вместо 105 Вт-ч/дм для элементов ВМЦ). Эти элементы имеют значительно меньшее внутреннее сопротивление, однако значительно дороже элементов МЦ и ВМЦ.

Ввиду дефицитности и высокой стоимости цинка желательно использовать в качестве отрицательного электрода какой-либо другой металл, например железо. Железо-угольные щелочные элементы типа ВДЖ при.меня-ются для питания радиоустройств в труднодоступных для обслуживания местностях. Однако замена цинка железом приводит к уменьшению ЭДС элемента. Начальное напряжение элемента ВДЖ 0,75 В, напряжение в конце разряда 0,45 В. Элементы ВДЖ допускают дли-

тельное хранение и норнально работают при температурах выше 0° С. Удельная энергия на единицу объема и массы элементов ВДЖ выше, чем у элементов ВМЦ.

7.2. КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Аккумулятором называют прибор многократного действия, обладающий способностью накапливать и сохранять в течение некоторого времени электрическую энергию. .

В зависимости от состава электролита аккумуляторы бывают кислотными и щелочными. В кислотных аккумуляторах электролитом служит водный раствор серной кислоты (H2SO4), в котором некоторая часть молекул последней распадается на положительные ионы водорода (Н+) и отрицательные ионы кислотного остатка. Этот процесс распада молекул серной кислоты (электролитическая диссоциация) на ионы присущ самому раствору. При этом раствор в целом остается электрически нейтральным.

При погружении в электролит пластины из чистого свинца положительные ионы (РЬ++) переходят в раствор электролита. Часть этих ионов, вступая в реакцию с ионами кислотного остатка, образует нейтральные молекулы сульфата свинца (PbS04), оседающего на пластине, что приводит к повышению концентрации положительных ионов водорода в электролите. Сама пластина ввиду избытка электронов заряжается отрицательно (отрицательный электрод).

Если в электрод погрузить вторую пластину из двуокиси свинца (РЬОа), то ввиду повышенной концентрации ионов водорода двуокись свинца переходит в раствор и образует положительные четырехвалентные ионы свинца (РЬ++++) и отрицательные ионы гидроксила (ОН-). Сама пластина из-за избытка положительных ионов свинца заряжается положительно (положительный электрод).

Повышение концентрации серной кислоты вызывает увеличение потенциалов положительного и отрицательного электродов относительно электролита.

Электродвижущая сила, создаваемая таким простейшим аккумулятором, определяется разностью потенциалов отрицательного и положительного электродов отно-

сительно электролита и не зависит от размеров и кон-струкции самих электродов.

При подключении к аккумулятору нагрузки под действием ЭДС во внешней цепи будет протекать ток, обусловленный пере.мещением электронов от отрицательного электрода к положительному. При этом четырехвалентные ионы свинца положительного электрода, присоединяя на свой внешний энергетический уровень по два электрона, становятся двухвалентными ионами, которые, вступая в реакцию с отрицательными ионами кислотного остатка, образуют молекулы сульфата свинца на положительном электроде. Ток внутри аккумулятора обусловлен перемепхением положительных ионов водорода к положительному электроду. При этом в результате взаимодействия ионов водорода с отрицательными ионами гидроксила образуются молекулы воды.

В процессе разряда аккумулятора происходит выделение сульфата свинца на обоих электродах и уменьшение удельной плотности электролита.

Так как ЭДС аккумулятора зависит от плотности электролита, то в процессе разряда ЭДС уменьшается. При плотности электролита в пределах 1050-1300 кг/м ЭДС (Е) кислотных акку.муляторов

£ = 0,85+ р-10-3,

где р -плотность раствора серной кислоты при температуре г = -Ь25°С.

При этом изменение температуры незначительно влияет на величину ЭДС. Повышение температуры на lO°C вызывает увеличение ЭДС на 0,002-0,003 В.

При разряде аккумулятора напряжение на его зажимах быстро падает до 2,0-1,95 В, затем медленно понижается до 1,85-1,8 В и после этого резко уменьшается до нуля (рис. 7.3, кривая 2).

Понижение напряжения при разряде объясняется уменьшением ЭДС за счет понижения плотности электролита и увеличением внутреннего сопротивления аккумулятора. Уменьшение плотности электролита непосред-ственно у пластин тем больше, чем больше разрядный ток.

Предельное напряжение, до которого можно разряжать аккумулятор стационарного типа, составляет 1,8 В для режимов разряда. Дальнейший разряд приводит к образованию крупнокристаллического сернокислого