No Image

Щелочные и кислотные аккумуляторы разница

0 просмотров
22 января 2020

Основное различие между Свинцово-кислотными батареями и Щелочными батареями заключается в том, что Свинцово-кислотные батареи являются перезаряжаемыми, в то время как Щелочные батареи в основном не перезаряжаемые.

Аккумуляторная батарея — это устройство с одним или несколькими электрохимическими элементами. Она имеет внешние соединения, которые подключают к потребителям электричества, к таким устройствам, как смартфоны, фонарики и т.д. Она имеет положительный вывод — катод и отрицательный вывод — анод. Свинцово-кислотная батарея и Щелочная батарея — это две такие батареи, которые могут обеспечить работу этих устройств необходимым электричеством.

Содержание

  1. Обзор и основные отличия
  2. Что такое Свинцово-кислотный аккумулятор
  3. Что такое Щелочная батарея
  4. В чем разница между Свинцово-кислотной батареей и Щелочной батареей
  5. Заключение

Что такое Свинцово-кислотная батарея?

Свинцово-кислотная батарея является одной из самых первых из перезаряжаемых батарей и до сих пор широко используется. Она имеет очень низкое соотношение энергии к весу. Кроме того, она имеет низкое соотношение энергии к объему. Кроме того, эта батарея способна обеспечить высокий импульсный ток, таким образом, Свинцово-кислотная батарея имеет очень хорошее соотношение мощности и веса. Эти батареи являются недорогими устройствами.

Свинцово-кислотная батарея

В полностью заряженном состоянии в этой батарее ее отрицательно заряженная пластина является свинцовой, а положительно заряженная пластина — оксидом свинца. в качестве электролита тут используется концентрированная серная кислота. Электролит хранит большую часть химической энергии. Однако при избыточной зарядке происходит образование газов кислорода и водорода из-за электролиза воды. От этого разрушаются ячейки сепаратора батареи.

Устройство Свинцово-кислотной батареи

Во время разрядки батареи ионы водорода образуются на отрицательной пластине, и эти ионы переходят в раствор электролита и расходуются на положительной пластине. Ионы HSO4 расходуются на обеих пластинах. В процессе зарядки происходит обратная реакция.

В разряженном состоянии батареи положительные и отрицательные пластины превращаются в сульфат свинца(II). Электролит теряет большую часть растворенной серной кислоты и становится водой.

Что такое Щелочная батарея?

Щелочная батарея (еще её называют Алкалиновой — от англ. Alkaline) является наиболее распространённым типом аккумуляторной батареи, и ее энергия генерируется в результате реакции между металлическим цинком и оксидом марганца. Название щелочной аккумулятор происходит от его щелочного электролита: гидроксида калия. Некоторые из этих батарей являются перезаряжаемыми, но попытка перезарядить батарею часто приводит к ее разрыву.

В этой батарее отрицательный электрод представляет собой металлический цинк, а положительный электрод представляет собой оксид марганца (MnO2). Однако щелочной электролит не участвует в реакции. Он остается неизменным, потому что равные количества гидроксид-ионов потребляются и образуются во время разряда. Здесь химическая энергия хранится в металлическом цинке.

В чем разница между Свинцово-кислотной батареей и Щелочной батареей?

Свинцово-кислотная батарея является одной из самых первых широко используемых аккумуляторных батарей. Между тем, щелочная батарея является наиболее распространённым типом аккумуляторной батареи, и ее энергия генерируется в результате реакции между металлическим цинком и оксидом марганца. Основное различие между свинцово-кислотными и щелочными батареями заключается в том, что свинцово-кислотные батареи являются перезаряжаемыми, в то время как щелочные батареи в основном не перезаряжаемые.

Более того, большая часть химической энергии аккумуляторной батареи накапливается в электролите свинцово-кислотного аккумулятора, а в щелочных аккумуляторах энергия накапливается в металлическом цинке. Еще одно различие между свинцово-кислотной батареей и щелочной батареей состоит в том, что свинцово-кислотная батарея потребляет электролит во время разряда, а щелочная батарея — нет.

Заключение — Свинцово-кислотная батарея против Щелочной батареи

Свинцово-кислотная батарея является одной из самых первых широко используемых аккумуляторных батарей. Тогда как щелочная батарея является наиболее распространённым типом аккумуляторной батареи, и ее энергия генерируется посредством реакции между металлическим цинком и оксидом марганца. Основное различие между свинцово-кислотными батареями и щелочными батареями заключается в том, что свинцово-кислотные батареи являются перезаряжаемыми, в то время как щелочные батареи в основном не перезаряжаемые.

Читайте также:  Установка remix os на флешку

23.11.2017

Работа на складах, в шахтах, да и просто в замкнутых помещениях зачастую невозможна без электротранспорта, поскольку требования к качеству воздуха не позволяют применять транспортные средства на двигателях внутреннего сгорания. Составной частью любого электротранспорта, определяющей его автономность, мощность и стоимость эксплуатации, является аккумулятор как источник энергии. На рынке присутствуют несколько различных систем аккумуляторов, различающихся по номинальному напряжению аккумуляторного элемента, величине допустимого разрядного и зарядного тока, поэтому еще на этапе закупки оборудования необходимо совершить взвешенный выбор, определяющий значительные капитальные затраты. Наиболее часто стоит проблема выбора между щелочными и свинцовыми аккумуляторами, которые за десятилетия с момента их разработки уже заслужили себе репутацию надежных устройств.

Для того, чтобы определиться с преимуществами и недостатками этих систем, необходимо рассмотреть процессы, происходящие в них.

Кислотный свинцовый аккумулятор

Положительный электрод заряженного аккумулятора содержит диоксид свинца PbO2, а отрицательный – губчатый свинец. Электролитом является раствор серной кислоты. Процесс, протекающий при разряде аккумулятора, можно описать уравнением

При зарядке процесс протекает в обратном направлении

и в конце заряда на электродах кроме основных реакций образования активных веществ начинают протекать побочные – выделение водорода на отрицательном электроде и кислорода – на положительном. Напряжение полностью заряженного аккумулятора составляет 2,07…2,11 В.

Как видно из уравнений, описывающих химические процессы заряда/разряда, в процессе разряда концентрация кислотного электролита уменьшается, а при зарядке наоборот – увеличивается. Из этого следует, при снижении температуры электролит разряженного аккумулятора может замерзнуть, что приведет к разрушению батареи. Снижение концентрации и соответствующее увеличение сопротивления электролита при разряде приводит к уменьшению энергоэффективности аккумулятора в конце разряда. Также стоит отметить, что конечный продукт разряда обоих электродов – это неэлектропроводный сульфат свинца, а значит, при разряде на величину емкости, большую определенного значения, увеличивается вероятность отслоения кристаллов сульфата и необратимого снижения емкости аккумулятора. К увеличению размеров кристалла и их осыпанию с электродов могут приводить повышенная температура; увеличенная скорость образования, что наблюдается при превышении величины допустимого разрядного тока; перекристаллизация в результате длительного контакта сульфата свинца с раствором серной кислоты, что встречается при хранении даже частично разряженных аккумуляторов.

Щелочные аккумуляторы

Наибольшее распространение в качестве тяговых среди щелочных аккумуляторов получили никель-кадмиевые и никель-железные элементы. В обоих типах положительный электрод содержит нестехиометрический оксид-гидроксид никеля NiOOH. Отрицательный электрод содержит либо смесь кадмия с железом, либо губчатое железо. Электролитом служит раствор щелочи – гидроксид натрия или калия. Разряд аккумулятора сопровождается протеканием реакций

При зарядке на электродах проходят процессы в обратном направлении. Кроме того, на положительном электроде в процессе зарядки происходит побочный процесс выделения кислорода. На отрицательном электроде побочный процесс выделения водорода начинает протекать после набирания: на железе – 50 % емкости, а на кадмии – 80 % емкости. Напряжение свежезаряженных аккумуляторов составляет 1,25…1,45 В.

Поскольку в процессах заряда/разряда электролит не расходуется, то его концентрация не изменяется, что приводит к большей морозоустойчивости щелочных аккумуляторов. Однако большее разложение воды по сравнению с кислотным аккумулятором требует реализации циклов рекомбинации с участием выделяющихся газов и регулярного долива воды. Также щелочь чрезвычайно интенсивно поглощает углекислый газ из окружающей среды, что приводит к снижению электропроводности электролита из-за карбонизации и необходимости периодической замены электролита. Кроме этого, щелочной электролит имеет меньшую электропроводность и более высокую стоимость.

Читайте также:  Социальные сети сегодня это

Вещества, образующиеся при разряде электродов, имеют достаточно высокую проводимость, поэтому щелочные аккумуляторы менее чувствительны к превышению токов заряда/разряда и не склонны к осыпанию с электродов, в результате чего аккумуляторы имеют большой ресурс и выдерживают до 2000…3000 циклов разряд/заряд (для свинцовых кислотных тяговых аккумуляторов – порядка 1500 циклов). Такие аккумуляторы с щелочным электролитом могут переносить даже кратковременные короткие замыкания, тогда как свинцовый аккумулятор практически гарантированно выйдет из строя. Вместе с тем, гидроксид никеля имеет склонность к переходу в другие модификации, что приводит к появлению такого фактора, как «эффект памяти» – после перерывов в процессе разряда или неполного разряда емкость аккумулятора снижается, поэтому такие аккумуляторы требуют вначале полного «доразряда». Также свежеобразованный оксид-гидроксид имеет повышенную активность, поэтому в первый час после окончания процесса зарядки батарея может потерять до 10 % своей емкости.

Кроме повышенного ресурса щелочные аккумуляторы обладают большей механической прочностью. В то время как свинец является достаточно мягким и ломким материалом, а корпус свинцовых аккумуляторов из-за агрессивности серной кислоты изготавливают из полимерных материалов, что делает его хрупким и чувствительным к ударам и вибрации, в щелочных аккумуляторах электроды устанавливают в стальных рамках, а корпуса изготавливают из стальной жести.

Все вышесказанное позволяет выделить такие преимущества обоих типов аккумуляторов.

  • имеют более высокое номинальное напряжение;
  • характеризуются низким саморазрядом;
  • не имеют «эффекта памяти»;
  • имеют более низкую стоимость всех компонентов;
  • просты конструктивно;
  • просты в эксплуатации.
  • имеют более высокие удельные энергетические характеристики (из-за меньшего веса компонентов);
  • мало чувствительны к коротким замыканиям и перегрузкам по току;
  • допускают возможность хранения в разряженном состоянии;
  • имеют высокую механическую прочность и вибростойкость;
  • менее чувствительны к низким температурам.

АККУМУЛЯТОР — химический источник тока, который после разряда обладает возможностью заряда (преобразования электрической энергии в химическую) путем пропускания через него электрического тока обратного направления. Мы рассматриваем две электрохимические системы аккумуляторов, свинцовую (кислотную) и никель-железную (щелочную):

Свинцовый аккумулятор состоит из двух блоков пластин погруженных в электролит (25-29%-ный водный раствор серной кислоты). Положительные пластины представляют собой трубчатые цилиндры из нетканых материалов, заполненных активной массой — диоксидом свинца PbO2 (панцирный электрод) или свинцовые каркасы, заполненные активной массой, также диоксидом свинца PbO2 (намазной электрод), отрицательные — представляют собой свинцовые каркасы, заполненные активной массой, состоящей из губчатого свинца (намазной электрод). После изготовления пластины подвергаются электролитической обработке — формовке. При разряде происходит химическая реакция, в результате которой активная масса положительной и отрицательной пластин переходит в сернистое соединение свинца PbSO4 с выделением воды, что уменьшает концентрацию электролита, его проводимость и снижает э. д. с. аккумулятора. При снижении плотности электролита до 1.14-1.13 г/см 3 разряд следует прекратить во избежание сульфитации пластин — образования на них нерастворимого сернистого свинца.

При заряде через аккумулятор проходит ток, имеющий направление, противоположное току разряда. Происходит обратная химическая реакция и на электродах восстанавливается диоксид свинца и губчатый свинец. Во избежание сульфитации аккумулятор необходимо содержать в заряженном состоянии, периодически проверять уровень, плотность электролита, напряжение под нагрузкой. Токообразующий процесс в свинцовом аккумуляторе описывается реакцией: Pb + PbO2 + 2H2SO4 — 2PbSO4 + 2H2O. Увеличив плотность электролита, можно повысить емкость аккумулятора, но при этом ресурс аккумулятора резко снижается. КПД кислотного аккумулятора составляет 0,75-0,8.

Никель-железный аккумулятор состоит из двух блоков, расположенных в сосуде с электролитом (водный раствор едкого калия КОН или едкого натра NaOH, с добавлением едкого лития LiOH). Пластины представляют собой стальные рамки с вставленными в них стальными перфорированными коробочками, заполненными активной массой (ламельный тип электродов). Активная масса отрицательных пластин состоит из губчатого железа, положительных пластин — из гидрата окиси никеля Ni(OH)3. Гидрат окиси никеля при разряде переходит в гидрат закиси никеля, а губчатое железо — в гидрат закиси железа. При заряде реакция идет в обратном направлении — происходит восстановление массы электродов. Концентрация электролита в процессе разряда и заряда остается неизменной. 2NiOOH + Fe + 2H2O — 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2. КПД щелочного аккумулятора составляет 0,5-0,6.

Читайте также:  Установить новые драйвера на windows 10

Для более наглядного сравнения эксплуатационных характеристик свинцовых и никель-железных аккумуляторных батарей возьмем две батареи близкие по параметрам, применяемые на самом распространенном Российском электропогрузчике ЭП-103КО: 36ТНЖ-300ВМП У2 и 40V5PzS350Ah. Щелочная батарея производится на Великолукском и Курском аккумуляторных заводах, кислотная – на заводе Elhim-Iskra JSC (Болгария), под торговой маркой Елхим-Искра. Стоимость щелочной батареи 36ТНЖ-300 составляет в среднем 160 000,00 рублей, а кислотной батареи 40V5PzS350Ah в среднем 100 000,00 рублей. Цены как правило меняются в течение времени, но кислотная батарея в любом случае будет дешевле щелочной.

Стоимость любой аккумуляторной батареи находится в прямой зависимости от стоимости сырья, из которого производятся элементы ее конструкции и компоненты активной массы. Для заливки щелочной АКБ потребуется 140кг калиево-литиевого электролита, плотностью 1,19-1,21 г/см 3 . Стоимость электролита составляет, в среднем, 75,0 руб./кг. Итого в сумме 10 500,00 руб.

Для заливки кислотной АКБ потребуется 110кг сернокислотного электролита, плотностью 1,28 г/см 3 . Стоимость электролита составляет около 45,0 руб./кг. Итого в сумме 4 950,00 руб. При этом следует учитывать, что щелочной электролит подлежит полной замене не реже одного раза в год, поскольку он теряет свои электролитические свойства в процессе эксплуатации. Кислотный электролит заливается один раз и на весь срок эксплуатации батареи. Кислотные аккумуляторы имеют меньшее внутреннее сопротивление, и, следовательно, более высокий КПД, чем щелочные. Поэтому, при ее зарядке расходуется меньше электроэнергии. Что бы зарядить кислотную батарею, требуется отдать ей количество электричества, эквивалентное 130% емкости, для щелочной батареи, ввиду более высокого внутреннего сопротивления, этот показатель составляет 170%. Справедливости ради надо отметить, что с другой стороны высокое внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов делает их более устойчивыми к коротким замыканиям.

При сравнении щелочной и кислотной батареи одинаковой емкости (350А*ч) экономия электроэнергии составляет

54% на одну батарею за смену. Вывод, чем интенсивнее используется техника с кислотными АКБ, тем более ощутимой будет экономия. Для заряда щелочных батарей необходимо использовать устройства с зарядной характеристикой IU, т. е., со стабилизированной токовой характеристикой. Такой профиль заряда требует применения сложных электронных схем и более мощного трансформатора. Как следствие, такие агрегаты стоят в несколько раз дороже, чем устройства с зарядной характеристикой Wa, применяемой для тяговых кислотных батарей с жидким электролитом. Конкретная цена на зарядные устройства ЕлПулскКар для различных типов батарей зависит от мощности силы тока заряда, но, в любом случае зарядные устройства ЕлПулсКар для кислотных батарей стоят дешевле.

Щелочной аккумулятор имеет ряд положительных по сравнению с кислотным аккумулятором отличий:

  • он отличается высокой выносливостью;
  • он сохраняет работоспособность в течение длительного срока;
  • он не восприимчив к физическому воздействию;
  • он сохраняет работоспособность даже при очень длительных простоях при отрицательных температурах;
  • он хорошо держит неожиданные нагрузки;
  • он хорошо переносит короткие замыкания;
  • он может очень большой промежуток времени храниться абсолютно разряженным, что категорически недопустимо в случае с кислотными батареями.

ВЫВОД: в качестве тяговых аккумуляторов, в подавляющем большинстве случаев, свинцовые батареи имеют неоспоримые преимущества перед щелочными.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector