Как работают батарейки?

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 10.10.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Как работает холодильник?
Как работает микроволновка?
Почему мы видим лучи звезд?
Какого цвета нужно делать противотуманные фары?


Введение:

Нет электричества, то для питания электроприборов используются гальванические элементы и батареи, иначе называемые химическими источниками тока. Рассмотрим принцип их работы на примере первого простейшего элемента элемента Вольта. Он состоит из медных (Cu) и цинковых (Zn) пластин, погруженных в раствор серной кислоты (H2SO4). Из-за химической реакции между цинком и серной кислотой на цинке образуются избыточные электроны. Цинк заряжен отрицательно и является отрицательным полюсом. Раствор и погруженная в него медная пластина заряжены положительно. В результате возбуждается ЭДС, равная примерно одному вольту, которая поддерживается все время до замыкания цепи.

Если вы закроете цепь, ток будет течь, и водород начнет эволюционировать внутри элемента, покрывая поверхность пластин слоем пузырьков. Этот слой снижает напряжение на полюсах элемента. Это явление называется поляризацией. Чем выше ток, тем сильнее поляризация и тем быстрее уменьшается напряжение элемента. 

Простейший гальванический элемент Вольта

Для устранения поляризации в элемент вводятся вещества, способные поглощать водород и называемые деполяризаторами. Чтобы напряжение на полюсах оставалось постоянным, деполяризатор должен быстро поглощать водород, образующийся во время работы элемента. Поглощая водород, деполяризатор постепенно становится непригодным для использования. Но обычно до этого электролит портится и цинк поглощается электролитом. Как правило, электрическая энергия получается в элементе за счет потребления цинка, электролита и деполяризатора; следовательно, каждый элемент имеет определенное количество энергии и может работать только в течение ограниченного времени. 

Работа гальванических элементов объясняется с помощью теории электролитической диссоциации, согласно которой молекулы растворенного в воде вещества распадаются (диссоциируют) на ионы. Это явление характерно для всех электролитов, представляющих собой растворы кислот, щелочей и солей. В ячейке Вольта молекула серной кислоты (H2SO4) в водном растворе разлагается на отрицательный ион кислотного остатка (SO4) и положительный ион водорода (H2).

Химическая реакция между цинком и серной кислотой состоит в том, что положительные ионы цинка переходят в раствор, притягиваясь к отрицательным ионам электролита. В этом случае сам цинковый электрод заряжается отрицательно. Между ним и электролитом возникает разность потенциалов и, следовательно, электрическое поле, которое препятствует дальнейшему переходу положительных ионов цинка в раствор. Следовательно, создается определенное равновесие с определенной разностью потенциалов между цинком и раствором. Для других металлов и растворов значение разности потенциалов будет другим. 

Чтобы использовать полученную разность потенциалов, в электролит помещают второй электрод, изготовленный из другого металла. Если вторым электродом является цинк, то между ним и растворами будет получена такая же разность потенциалов, что и для первого электрода, но он будет действовать противоположно, и результирующая разность потенциалов между электродами будет равна нулю. Для клеток отрицательным электродом обычно является цинк, а положительным электродом обычно является медь или углерод. 

Если соединить электроды элемента с проводником, то есть создать замкнутый контур, то под действием разности потенциалов электроны будут двигаться из цинка по внешней цепи. Поскольку они покидают цинковый электрод, его отрицательный потенциал начинает уменьшаться, и электрическое поле между ним и раствором ослабевает. Но затем новые положительные ионы цинка переходят в раствор. Это поддерживает определенный отрицательный потенциал цинкового электрода. 

Во время работы ячейки цинк непрерывно растворяется в электролите, который постепенно превращается в раствор сульфата цинка (ZnSO4). Положительные ионы цинка, которые все время попадают в электролит, привлекают отрицательные ионы кислотного остатка. Эти ионы в электролите направляются от медной пластины к цинковой пластине. Но положительные ионы водорода отталкиваются положительными ионами цинка и движутся в противоположном направлении, то есть от цинка к меди. Таким образом, если во внешней цепи током является движение электронов (как всегда в металлических проводниках), то в электролите током является движение положительных и отрицательных ионов в противоположных направлениях. Ионы водорода приближаются к медной пластине и отнимают от нее электроны, превращаясь в нейтральные атомы. В результате на медной пластине сохраняется определенный положительный потенциал, несмотря на то, что электроны поступают на нее из внешней цепи. Однако медная пластина постепенно покрывается слоем водорода. Разность потенциалов возникает между этим слоем и электролитом, действуя в направлении основной разности потенциалов между электродами. Появление такой противоэлектродвижущей силы называется поляризацией элемента. Из-за поляризации результирующая разность потенциалов уменьшается, а производительность ячейки ухудшается. 

Гальванические элементы характеризуются различными параметрами и, в первую очередь, электродвижущей силой, внутренним сопротивлением, максимально допустимым током разряда и емкостью.

Электродвижущая сила определяется типом элемента, то есть материалом его электродов, веществом электролита и деполяризатором. Это вообще не зависит от размера элемента (размера его электродов), количества электролита и количества деполяризатора. 

Внутреннее сопротивление элемента зависит не только от его типа, но и от его размера, а также от того, как долго элемент работал. Чем больше размер элемента, тем меньше его внутреннее сопротивление. Когда элемент работает, внутреннее сопротивление увеличивается. Особенно резко возрастает у истощенных элементов. Внутреннее сопротивление элементов в начале их работы обычно составляет от единиц до десятых долей Ом. Когда элемент подключен к замкнутой цепи, напряжение на его клеммах всегда немного меньше, чем ЭДС, и уменьшается с увеличением тока, поскольку потери части ЭДС на внутреннем сопротивлении элемента возрастают. Иногда напряжение указано для элементов с максимальным током разряда в начале работы элемента (начальное напряжение). 

Каждый элемент может быть разряжен с током до определенного значения. Чрезмерный ток вызовет ускоренную поляризацию, и напряжение быстро станет неприемлемо низким. Подобное явление, но в еще большей степени, происходит, когда элемент закорочен. Большинство ячеек имеют максимально допустимый разрядный ток в долях ампер. Чем больше размеры элемента, тем больше этот ток. Чрезмерный ток также приводит к быстрому истощению элемента. 

Емкость элемента это количество электричества, которое он может выделять при разряде с током, не превышающим максимально допустимый. Как правило, емкость элемента измеряется в ампер-часах (Ач), то есть на произведение тока разряда в амперах на количество часов работы элемента. Ячейка считается разряженной, если ее напряжение снизилось примерно на 50% по сравнению с ее первоначальным значением. 

Время работы элемента можно определить, поделив емкость в амперах на ток разряда в амперах. В этом случае ток не должен превышать максимально допустимое значение. 

Емкость ячейки зависит от количества цинка, электролита и деполяризатора. Чем больше размер элемента, тем больше количество веществ, входящих в его состав, и тем больше емкость. Кроме того, емкость зависит от тока разряда, а также от прерываний во время разряда и их продолжительности. Нормальная емкость ячейки соответствует максимально допустимому току разряда для непрерывного разряда. Если ток меньше максимального и разряд происходит периодически, то емкость увеличивается, а когда ток превышает максимум, емкость уменьшается, поскольку часть деполяризатора не участвует в реакциях. Емкость также уменьшается с понижением температуры. Поэтому расчет времени работы элемента в соответствии с его номинальной емкостью и током разряда является приблизительным. 

Марганцово – цинковые и оксидно – ртутные элементы

Популярны марганцево-цинковые (МС) сухие клетки с деполяризатором диоксида марганца.

Сухая ячейка чашечного типа имеет цинковый сосуд прямоугольной или цилиндрической формы, который является отрицательным электродом. Внутри это положительный электрод в форме углерода палочки или тарелка, которая находится в пакете, заполненном смесью диоксида марганца с углем или графитовым порошком. Уголь или графит добавляется для снижения сопротивления. Углеродный стержень и мешок с деполяризующей массой называются агломератом. В качестве электролита используется паста, состоящая из аммиака (NH4Cl), крахмала и некоторых других веществ. Для чашечных элементов центральная клемма является положительным полюсом. 

Рабочее напряжение сухого элемента немного ниже его ЭДС, равного 1,5 В, и составляет приблизительно 1,3 или 1,4 В. При длительном разряде напряжение постепенно уменьшается, поскольку деполяризатор не успевает поглотить весь выделяющийся водород и к концу разряда серии он достигает 0,7 В.

Другая конструкция сухого элемента, так называемого бисквитного типа. Положительный электрод в нем представляет собой деполяризующую массу (углеродного электрода нет). Элементы Galette имеют значительно лучшие характеристики, чем стеклянные. 

В каждой ячейке с электролитом, даже с открытой внешней цепью, происходит так называемый саморазряд, в результате которого цинковый электрод подвергается коррозии, а электролит и деполяризатор истощаются. Поэтому при хранении сухой элемент постепенно портится, и его электролит высыхает. 

Когда сухие клетки полностью разряжаются, их агломераты все еще функционируют и могут быть использованы для изготовления домашних наполнителей. Такие элементы имеют агломерат и листовой электрод из цинка в растворе аммиака в стеклянной, керамической или пластиковой чашке. При отсутствии аммиака можно использовать раствор обычной поваренной соли с небольшим добавлением сахара с несколько худшими результатами. Помимо сухих клеток типа MC, широко используются клетки с деполяризацией марганцево-воздушной среды (MVC). Они сконструированы аналогично элементам МС, но имеют положительный электрод, выполненный таким образом, что наружный атмосферный воздух поступает в диоксид марганца через специальные каналы. Кислород воздуха заменяет потерю кислорода диоксидом марганца во время деполяризации. Следовательно, деполяризация может занять гораздо больше времени, а емкость клетки возрастает. 

Физико-химические процессы в элементах с диоксидом марганца происходят следующим образом. Соль, то есть хлорид аммония (NH4Cl), в водном растворе образует положительные ионы аммония (NH4) и отрицательные ионы хлора (Cl). Положительные ионы цинка переходят в раствор, а цинк приобретает отрицательный потенциал. Когда цепь замкнута, когда электроны во внешней цепи движутся в направлении от цинка к углю, цинк все время растворяется. Его ионы переносятся в электролит, благодаря чему сохраняется отрицательный потенциал цинка. Ионы цинка соединяются с ионами хлора с образованием раствора хлорида цинка (ZnCl2). В то же время ионы NH4 движутся к углеродному электроду, отнимают от него электроны и распадаются на аммиак (NH3) и водород. Это происходит согласно уравнению 

2NH4 = 2NH+ H2.

Выделенный водород входит в соединение с деполяризатором, то есть диоксидом марганца, образуя оксид марганца и воду:

H+ MnО= MnО+ Н2О.

В последние годы были изготовлены сухие герметичные ячейки МС со щелочным электролитом (KOH). Они цилиндрические, дисковые и бисквитные, их емкость в три-пять раз больше, чем у ячеек с аммиачным электролитом. Кроме того, они допускают несколько циклов зарядки током с возвратом в 10% от емкости. В таких элементах центральным электродом является цинк, и он представляет собой минус, то есть полярность выводов противоположна полярности выводов обычных элементов МС. Клетки со щелочным электролитом используются для длительной эксплуатации, например, в электронных часах. В обозначениях таких элементов буква А расположена спереди. 

Все элементы имеют начальное напряжение приблизительно 1,3–1,5 В и конечное напряжение 0,7–1 В. Сухие элементы или батареи не должны храниться в нерабочем состоянии перед использованием в течение периода, указанного на них; в противном случае производительность не гарантируется. Однако при хранении в течение указанного периода наблюдается незначительное снижение емкости, но не более чем на треть. 

В последнее время были получены малогабаритные оксидно-ртутные (ртутно-цинковые) герметичные элементы, которые обладают более высокими качествами, чем элементы типа МС. Устройство из оксидно-ртутных элементов. Элемент имеет стальной корпус, состоящий из двух половинок, отделенных друг от друга изолирующей резиновой уплотнительной прокладкой. 

Важной особенностью элементов из оксида ртути является стабильность напряжения при разряде. Только в самом конце разряда напряжение резко падает до нуля. 

Соединение элементов в аккумуляторе

Выше было сказано, что ЭДС обычного химического элемента приблизительно равна 1,5 В. Для увеличения ЭДС используется батарея с последовательным соединением элементов. В этом случае «+» одного элемента соединяется с «-» другого и т. д. «Минус» первого и «плюс» последнего являются полюсами всей батареи. 

Когда элементы соединены последовательно, ЭДС увеличивается столько раз, сколько элементы связаны.

Менее распространенным является параллельное соединение ячеек, в котором положительные полюса всех ячеек соединены вместе, чтобы сформировать положительный полюс батареи, а отрицательный полюс батареи получается путем соединения отрицательных полюсов ячеек. При параллельном соединении элементов ЭДС батареи не увеличивается, но увеличивается емкость и максимальный ток разряда. Поэтому параллельное соединение используется, когда необходимо получить более высокий ток разряда и большую емкость, чем у одного элемента. 

Гораздо чаще они прибегают к смешанному соединению, при котором увеличивается как ЭДС, так и мощность, а также максимальный ток разряда. В этом случае несколько групп элементов обычно соединены параллельно, и в каждой группе столько элементов соединено последовательно, сколько необходимо для получения необходимой ЭДС. 

Количество параллельных групп определяется требуемым значением максимального тока разряда. Обычно желательно формировать батареи из последовательно соединенных элементов с достаточным током разряда. И только в том случае, когда необходимо получить больший ток или увеличенную емкость, они прибегают к смешанному соединению. Включение дополнительных элементов по принципу смешанного соединения также используется для увеличения напряжения, если элементы сильно разряжены. 

Во время неактивности батареи параллельные группы элементов должны быть отсоединены друг от друга, поскольку из-за даже небольшого различия в ЭДС одна группа может быть разряжена в другую.

Кислотные аккумуляторы

По сравнению с гальваническими элементами батарея имеет более постоянное напряжение и может генерировать высокие токи разряда. Недостатком аккумуляторов является необходимость периодически заряжать их от любого источника постоянного тока. 

Срок службы батареи намного дольше, чем у гальванических элементов. При надлежащем уходе аккумуляторы могут работать несколько лет и обеспечивать до нескольких сотен циклов зарядки-разрядки. 

Простейшая кислотная батарея состоит из двух свинцовых пластин, погруженных в раствор серной кислоты. В этой форме это не дает никакой разницы потенциалов. Чтобы ЭДС появилась в батарее, она должна быть заряжена, то есть через нее должен проходить постоянный ток от какого-либо источника. Во время зарядки серная кислота химически разлагается в батарее, а водород выделяется на катоде, а кислород на аноде. Последний окисляет поверхность анодной пластины и покрывается коричневым слоем диоксида свинца; катодная пластина остается чисто свинцовой. В результате получается элемент с двумя разными пластинами в кислотном растворе. Если мы теперь отключим источник зарядки, то получится, что батарея имеет некоторую ЭДС и при включении может подавать ток на внешнюю цепь. 

Во время разряда батареи направление тока противоположно направлению зарядного тока, и химические процессы во время разряда происходят в обратном порядке: водород выделяется на положительной пластине, а кислород выделяется на отрицательной пластине. В результате через некоторое время обе пластины становятся одинаковыми, а ЭДС батареи уменьшается до нуля. Если аккумулятор заряжается снова, он будет подавать ток снова, пока не разрядится. 

При зарядке аккумулятор накапливает энергию, а при разряде отдает ее. Само слово «батарея» означает диск. Однако электрическая энергия не накапливается непосредственно в батарее. Энергия зарядного тока расходуется на создание новых химических веществ, а когда они разряжаются, они разлагаются и почти полностью отдают энергию, затрачиваемую на их образование. При нормальной работе аккумулятор отдает около 75% энергии, получаемой во время зарядки. 

Свинцовая батарея имеет ЭДС около 2 В. Его внутреннее сопротивление очень низкое, рабочее напряжение можно считать равным ЭДС. К концу зарядки ЭДС батареи увеличивается до 2,7 В, но во время разряда она сначала быстро уменьшается до 2 В, а затем остается практически постоянной. Только в конце разряда ЭДС быстро снижается до 1,8 В. Ниже этого напряжения батарея не должна разряжаться. 

Рассмотрим процессы, происходящие в свинцово-кислотной батарее. Свинцовые пластины на воздухе всегда покрыты пленкой оксида свинца PbO. Под действием серной кислоты оксид свинца превращается в сульфат свинца (сульфат свинца) PbSO4 в соответствии с уравнением 

PbO+ Н2 SO= PbSO4 + Н2О.

При зарядке серная кислота разлагается на ионы Н2 и SO4. Отрицательные ионы SO4 подходят к аноду и превращают сульфат свинца в диоксид свинца PbO2

PbSO4 + SO2 + 2Н2О = PbO2 + 2Н2 SO4 .

Во время зарядки ионы водорода приближаются к катоду и восстанавливают чистый свинец на его поверхности:

PbSO4 + Н2 = Pb + Н2 SO4 .

Как видно, при зарядке образуется серная кислота, то есть ее концентрация в растворе увеличивается. Поскольку ток разряда противоположен току зарядки, то все реакции во время разряда происходят в противоположном направлении (уравнения, приведенные выше, следует читать в противоположном направлении). Поэтому в конце разгрузки пластины снова будут покрыты сульфатом свинца. Концентрация серной кислоты уменьшается при разряде. 

Батарея из двух свинцовых пластин не очень подходит для практического использования. Он имеет слишком малую емкость и может обеспечивать ток в течение очень короткого времени, поскольку во время зарядки образуется небольшое количество диоксида свинца. 

Пластины современных батарей изготовлены с решеткой и заполнены активной массой, состоящей из диоксида свинца для положительного пластика и губчатого (тонко измельченного) свинца для отрицательных.

Использование пластин с активной массой значительно увеличивает емкость аккумулятора. Кроме того, для увеличения емкости в аккумуляторе установлены не две пластины, а большее их количество (например, пять семь или девять). Количество отрицательных тарелок на один больше положительного. Каждая положительная пластина находится между двумя отрицательными. Поэтому поверхность пластин используется с обеих сторон; только на крайних плитах задействована только одна поверхность. Для предотвращения короткого замыкания пластин, пористые изолирующие сепараторы. Аккумуляторные емкости чаще всего изготавливаются из кислотостойкого пластика. 

Электролит готовят из химически чистой серной кислоты и дистиллированной или снежной воды. Недостаточно чистая кислота или содержащие воду примеси могут повредить аккумулятор. Электролит должен иметь плотность 1,25-1,26 при температуре выше нуля и 1,30-1,35 при температуре ниже нуля. Если температура выше 30 °, то плотность электролита снижается до 1,20 1,21. Для измерения плотности электролита используется ареометр, представляющий собой герметичную стеклянную трубку, в нижней части которой размещена нагрузка, а выше находится бумажная шкала с делениями, соответствующими разным плотностям. Чем ниже плотность раствора, тем глубже погружается ареометр в раствор. Плотность рассчитывается в соответствии с уровнем решения. 

При приготовлении электролита кислоту тонкой струей выливают в дистиллированную воду, непрерывно перемешивая раствор чистой стеклянной палочкой. Не лейте воду в кислоту, так как это вызывает сильный нагрев и даже кипение, брызги кислоты, которые могут испортить одежду и вызвать ожоги. При работе с кислотой у вас должен быть раствор щелочи, например, соды, под рукой. Если кислота попадает на тело или одежду, этот раствор следует немедленно смочить в месте попадания кислоты и тем самым нейтрализовать ее. Электролит заливается в аккумулятор так, что его уровень немного выше, чем у пластин. Плотность электролита, заливаемого в новую батарею, должна составлять 1,12. Отверстия для заливки электролита выполнены в крышке аккумуляторного отсека, закрытой заглушками. В заглушках имеются отверстия для выхода газа. После заливки электролита в новую батарею его оставляют на шесть часов, чтобы активная масса насыщалась электролитом. 

Как работают батарейки?

При зарядке положительный полюс батареи подключается к положительному полюсу источника зарядки, напряжение которого должно быть немного выше, чем ЭДС батареи. Чтобы установить необходимый ток, используется реостат, который подключен к одному из проводов, ведущих к батарее. Для контроля тока иногда включается амперметр. Ток зарядки (в ампер-часах) не должен превышать емкость аккумулятора (в ампер-часах). Например, максимальный ток зарядки аккумулятора 40Ач составляет 4А. Обычный заряд аккумулятора обычно длится 12 часов. При более высоком токе батарея перегревается и активная масса пластин разрушается. Если зарядка осуществляется с более низким током, что вполне приемлемо и даже желательно, продолжительность заряда соответственно увеличивается. Когда заряжается новая, еще не работающая батарея, зарядка выполняется в течение более длительного времени, повторяя ее несколько раз и разряжая батарею в промежутках между такими зарядками. Правила зарядки подробно описаны в инструкциях, прилагаемых к батарее. 

Когда батарея полностью разряжена, то в начале зарядки ее ЭДС составляет 1,8 В, а в конце зарядки она поднимается, как вы знаете, до 2,7 В. В конце зарядки происходит быстрое освобождение пузырьков газа в электролите, который как бы «кипит» ... Если есть вольтметр, то конец заряда можно также определить, увеличив ЭДС батареи до 2,7 В. Обычно батарея заряжается Допускается «кипение» в течение часа или двух, после чего заряд считается завершенным. 

Следует помнить, что водород и кислород выделяются из батареи, смесью которой является так называемый детонирующий газ, легко взрывающийся от искры или пламени. Поэтому не подносите к аккумулятору освещенные предметы. 

При разряде батарей необходимо соблюдать следующие правила. Максимальный ток разряда не должен превышать емкость батареи. Необходимо остерегаться короткого замыкания в батарее, при котором возникает очень большой ток. Это приводит к повреждению батареи: ее пластины деформируются и из них выпадает активная масса, что может привести к короткому замыканию пластин. Не пытайтесь зарядить аккумулятор "от искры", замкнув его полюса. 

Как только ЭДС во время разряда падает до 1,8 В, необходимо заряжать батарею не позднее, чем через день, в противном случае пластины батареи будут покрыты белым слоем сульфата свинца (сульфата). Этот депозит значительно уменьшает емкость батареи. Очень трудно удалить сульфат из пластин. 

Аккумулятор постепенно теряет заряд, даже когда он неактивен. Каждый день из-за саморазряда теряется примерно 1% емкости. Такой саморазряд увеличивается, если в электролите и в пластинах есть вредные примеси. Кроме того, батарея может разрядиться из-за плохой изоляции между ее клеммами. Необходимо тщательно протереть сосуды и следить за изоляцией между клеммами. Быстрый саморазряд также происходит при коротком замыкании между пластинами батареи. Чтобы предотвратить полный саморазряд, аккумулятор необходимо заряжать раз в месяц, даже если он не был полностью разряжен или не работал вообще. Обычно не рекомендуется оставлять заряженный аккумулятор на длительное время в режиме ожидания. Лучше разгрузить его, вылить кислоту и промыть несколько раз водой. 

Если уровень электролита падает из-за испарения воды, необходимо долить дистиллированную, а не кислотную воду. Все выступающие выводы от пластин и зажимов должны быть смазаны вазелином, предварительно удалив с них оксидный слой. Не допускайте загрязнения или запыления аккумулятора. Свинцово-кислотные аккумуляторы подвержены сильным ударам и ударам. Во время зарядки аккумулятор выделяет пары, вредные для дыхания; поэтому батареи не должны заряжаться в жилом районе. 

Промышленность производит много типов кислотных аккумуляторов для различных емкостей и аккумуляторов для различных напряжений, состоящих из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов.

Щелочные аккумуляторы

По сравнению с кислотными батареями щелочные батареи имеют следующие преимущества: они намного легче, не боятся ударов и ударов, не портятся от коротких замыканий, а также от высоких токов зарядки и разрядки и могут оставаться в разряженном состоянии для долго. Но щелочные батареи дороже свинцовых и имеют более низкую ЭДС. При разряде они отдают не более 65% энергии, получаемой во время зарядки. Электролит в щелочных батареях представляет собой щелочной раствор (едкий калий или едкий натр) с небольшим добавлением едкого лития, что несколько увеличивает емкость. Для этих батарей используются никелированные железные сосуды. Пластины представляют собой железные рамы с коробками из тонкого листового железа с множеством отверстий. Эти коробки заполнены активной массой, состоящей из гидрата оксида никеля и графита для положительных пластин и кадмия и железа для отрицательных пластин. Аккумуляторы с такими пластинами называются никель-кадмиевыми. Кроме того, используются железо-никелевые батареи, в которых активная масса имеет несколько иной состав и не содержит кадмия. Свойства обоих типов батарей примерно одинаковы. 

Положительные пластины обычно соединяются с аккумуляторным сосудом, а отрицательные пластины изолируются от него. У каждой батареи есть еще одна положительная пластина, чем отрицательная.

ЭДС щелочных батарей ниже, чем у кислотных и менее постоянна. Рабочим значением можно считать 1,2 В. В начале разряда ЭДС достигает 1,4 В, а когда напряжение падает до 1 В, разряд следует считать завершенным, и аккумулятор должен быть заряжен. Обычная зарядка щелочных батарей длится шесть часов, а ток должен быть равен емкости батареи. 

Предполагается, что номинальный ток разряда равен емкости. Повышенная зарядка допускается при необходимости. 

«Кипение» электролита в щелочных батареях происходит в течение всего заряда и поэтому не может служить признаком его конца. Последнее определяется в основном продолжительностью заряда и величиной ЭДС каждого элемента. Следует иметь в виду, что лучше перезаряжать щелочную батарею, чем недозаряжать ее. 

Во время зарядки и в течение двух-трех часов после этого пробки должны быть удалены из батареи. Электролит в щелочных батареях имеет неприятную особенность: он образует мелкие кристаллы, которые покрывают все стенки сосуда внутри и «выползают» наружу, загрязняя выводы от пластин. Чтобы устранить это явление, необходимо добавить несколько капель вазелинового масла в каждый элемент, а также смазать все детали на верхней крышке вазелином. Желательно менять электролит каждые шесть месяцев. Срок службы щелочных батарей составляет не более 1000 циклов зарядки-разрядки. 

При работе при низких или высоких температурах щелочные батареи заметно снижают емкость. Чтобы уменьшить эту потерю емкости, при температуре выше + 20°С в качестве электролита следует использовать раствор каустической соды с плотностью 1,16-1,18. Зарядка в жаркую погоду рекомендуется вечером или ночью. В зимнее время , при температуре от -15°, следует использовать едкое кали с плотностью 1,3. При температурах от –15° до + 20° используется раствор едкого калия с плотностью 1,18 1,20. Помните, что едкие щелочи, такие как кислота, могут повредить одежду и вызвать ожоги. Чтобы нейтрализовать щелочь, вам нужно иметь под рукой раствор борной кислоты или уксус. 

Промышленность выпускает герметичные щелочные (никель-кадмиевые) батареи двух типов, дисковые и цилиндрические. Дисковые аккумуляторы по внешнему виду похожи на герметичные маленькие сухие ячейки. Они имеют никелированный стальной корпус, который состоит из двух частей, между которыми имеется уплотнительная резиновая прокладка. Положительный и отрицательный электроды, расположенные внутри корпуса, отделены друг от друга разделителем. Самая маленькая дисковая батарея имеет диаметр 11,6 мм, высоту 5,5 мм и весит 2г. 

Цилиндрические малогабаритные батареи отличаются от дискообразных батарей формой корпуса и наличием нескольких положительных и отрицательных пластин, для крепления которых имеются кольцевые канавки в корпусе.

Все герметичные батареи имеют напряжение 1,3 В в начале разряда и 1 В в конце разряда. Рекомендуется заряжать их в течение 15 часов с силой тока 0,1. Эти батареи могут работать при температуре от –10 ° до + 50 ° C. Если рабочая температура ниже нуля, то емкость значительно снижается. При –10 ° емкость в два раза меньше, чем при +20 ° С. После 500 циклов зарядки-разрядки емкость уменьшается на 50%. Саморазряд при хранении заряженных аккумуляторов довольно высок. За тридцать дней хранения емкость уменьшается на 40%. 

В дополнение к одиночным элементам памяти, были произведены батареи от нескольких дисковых или цилиндрических аккумуляторов, помещенных в пластиковый корпус.

Заключение

Много лет использовались только эти типы батарей: кислотные и щелочные (кадмиево-никелевые или железо-никелевые). Недавно были произведены серебряно-цинковые щелочные батареи. 

По сравнению со старыми типами, эти новые типы батарей имеют значительно большую емкость, небольшой объем и вес, очень низкий саморазряд и низкое внутреннее сопротивление. Они допускают количество циклов зарядки-разрядки до 500. Их производительность возвращается до 100%, а с точки зрения энергии до 85%. 

Серебряно-цинковые аккумуляторные положительные пластины выполнены из серебра и оксида серебра. Отрицательные пластины прессуются из цинкового порошка в оксид цинка. Пластины в пластиковом контейнере. Электролит представляет собой раствор гидроксида калия с плотностью 1,4. Рабочее напряжение составляет 1,5 В, а в самом начале разряда оно достигает 2 В. В конце разряда напряжение начинает резко падать, после чего батарею следует поставить на зарядку. Напряжения является стабильным в течение всего разряда , и поэтому этот тип батареи может быть использован в качестве источника опорного напряжения. 

Серебряно-цинковые батареи допускают очень высокие токи разряда. В течение 15 минут аккумулятор можно разрядить почти до полной емкости. Номинальная рабочая температура составляет от –30 ° до + 70 ° С. Недостатком этих батарей является их большая стоимость.