Расход основных токообразующих реагентов
Согласно теории двойной сульфатации, для получения ёмкости в один ампер-час при разряде свинцового аккумулятора необходимо, чтобы в реакции (8) приняло участие [2]:
- 4,463 грамма двуокиси свинца PbO2;
- 3,886 граммов губчатого свинца Pb;
- 3,660 граммов серной кислоты H2SO4.
Суммарный теоретический расход материалов для получения одного ампер-часа (удельный расход материалов) электричества составит 11,989 г/А·ч, а теоретическая удельная ёмкость – 83,41 А/ч·кг.
При величине номинального напряжения свинцового аккумулятора, равной 2 В, теоретический удельный расход материалов на единицу энергии равен 5,995 г/Вт·ч, а удельная энергия свинцового аккумулятора составит 166,82 Вт/ч·кг.
Однако, на практике невозможно добиться полного использования активных материалов, принимающих участие в токообразующем процессе. Примерно половина поверхности активной массы недоступна для электролита, так как служит основой для построения объёмного пористого каркаса, обеспечивающего механическую прочность материала. Поэтому реальный коэффициент использования активных масс положительного электрода составляет 45-55 %, а отрицательного – 50-65 %. Кроме того, в качестве электролита используется 35-38 % раствор серной кислоты. Поэтому величина реального удельного расхода материалов значительно выше, а реальные значения удельной ёмкости и удельной энергии значительно ниже, чем теоретические и составляет, как упоминалось ранее, 40 – 47 Вт/ч·кг.
3.3 СОВРЕМЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ И ИХ
УСТРОЙСТВО
В устройстве современных свинцовых стартерных аккумуляторных батарей заложены единые принципы, основанные на природе вторичных химических источников тока (ХИТ). Каждый аккумулятор состоит из пространственно разделённых синтетическими сепараторами разноименных электродов (положительных и отрицательных), погруженных в электролит (водный раствор серной кислоты) и помещённых в прочный сосуд, который устойчив к химическому воздействию электролита, механическим нагрузкам и температурным колебаниям.
Вместе с тем, в зависимости от применяемых для производства материалов, различают несколько видов исполнения аккумуляторных батарей по совокупности их эксплуатационных качеств. Поэтому современные батареи подразделяются на основные классы и виды исполнения.
Классификация свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в Российской Федерации осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ Р 53165-2008, который разработан на основе документа Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) 60095-1.
В зависимости от условий применения стандартом установлены три следующие класса батарей (п. 4.1):
- Класс «А»: стартерные батареи, применяемые при обычном циклировании и механических нагрузках;
- Класс «В»: стартерные батареи, применяемые при значительно более высоких требованиях к устойчивости при циклировании и механическим нагрузкам;
- Класс «С»: стартерные батареи, предназначенные для функционирования при высоких температурах.
Кроме того, согласно этому же стандарту (п. 4.2), аккумуляторные батареи различают по их виду исполнения следующим образом:
- аккумуляторная батарея открытая, (вентилируемая, со свободным жидким электролитом): батарея, имеющая общую крышку с одним или несколькими вентиляционными отверстиями, через которые свободно могут выделяться газообразные продукты;
- аккумуляторная батарея с регулирующим клапаном (с газовой рекомбинацией, исполнение VRLA): батарея с газовой рекомбинацией, имеющая регулирующий клапан, который при нормальных условиях работы закрыт и не пропускает кислород воздуха во внутреннее пространство аккумулятора. Устройство клапана позволяет газу выходить в окружающую среду при превышении внутренним давлением заранее установленного допустимого значения. В аккумуляторную батарею исполнения VRLA в процессе эксплуатации невозможно доливать воду или электролит. В этом виде батарей электролит находится в связанном (иммобилизованном) состоянии.
Современные батареи в основном выпускаются в виде ряда открытых (вентилируемых) исполнений. Однако батареи закрытого вида в исполнении VRLA постепенно проникают во все сферы применения, традиционные для свинцовых аккумуляторов, и их доля на рынке неуклонно возрастает.