XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Аккумулятор - прибор для накопления электрической энергии с целью её дальнейшего использования.

Аккумулятор можно изготовить аналогично гальваническому элементу, использовав для этой цели две свинцовые пластины, погруженные в раствор содержащий одну часть серной кислоты на пять частей воды. Для зарядки аккумулятора соединяют последовательно два таких элемента и амперметр и пропускают через них ток.

Как только через аккумулятор начинает идти ток, возле катода возникают пузырьки водорода. На аноде, как следовало ожидать, освобождается кислород. Однако его выделением дело не ограничивается. Пластина анода постепенно приобретает темно-коричневый цвет вследствие образования на ее поверхности перекиси свинца (PbO2 )за счет того, что некоторое количество кислорода соединяется химически с материалом пластины. При образовании PbO2 ток зарядки падает, указывая на возрастание сопротивления аккумулятора. Когда аккумулятор зарядится полностью, присоединяемый к нему вольтметр покажет напряжение несколько более 2 вольт.

В сущности, процесс зарядки состоит в том, что две одинаковые вначале пластины аккумулятора вследствие электролиза становятся разными; одна из них, по-прежнему остаётся свинцовой (-), а материал другой превращается в перекись свинца (+). Благодаря внутреннему низкому сопротивлению аккумуляторов можно получать очень сильные токи. Батарею постоянно следует поддерживать в заряженном состоянии частой подзарядкой, даже если она не находится в работе. Зажимы батареи необходимо содержать в чистоте и смазывать вазелином для предотвращения коррозии. Ни в коем случае нельзя допускать замерзания батарей. Целью данной работы является исследование принципа действия аккумулятора.

Принцип действия аккумуляторов основан на явлении электролиза.

Электролиз заключается в изменение химического состава раствора при прохождении через него электрического тока, обусловленное потерей или присоединением электронов ионами. Важным свойством электролиза является его обратимость

Аналогично гальваническому элементу можно изготовить и аккумулятор. Для этого используют две свинцовые пластины, погруженные в раствор, содержащий одну часть серной кислоты и пять частей воды. Чтобы зарядить аккумулятор, его соединяют последовательно с амперметром и пропускают через цепь ток

Процесс зарядки состоит в том, что две идентичные пластины аккумулятора вследствие электролиза становятся различными; одна из них, отрицательная, по-прежнему остаётся свинцовой, а материал другой (положительной), превращается в перекись свинца. При прохождении через аккумулятор электрического тока на катоде выделяются пузырьки водорода, а на аноде освобождается кислород. В связи с тем, что некоторое количество кислорода химически соединяется с материалом пластины анода, она постепенно приобретает темно-коричневый цвет за счет образования на ее поверхности перекиси свинца ( PbO₂ ). При образовании PbO₂ зарядный ток падает, что указывает на возрастание внутреннего сопротивления аккумулятора. Если аккумулятор заряжен полностью, присоединенный к нему вольтметр покажет напряжение несколько более 2 вольт.

В аккумуляторе протекают следующие химические реакции (в процессе зарядки реакции идут слева направо, при разрядке – в обратном направлении):

Зарядка >

< Разрядка

2PbSO ₄ + 2H ₂ O PbO ₂ + Pb + H ₂ SO ₄

История создания аккумулятора:

Принято считать, что начало изобретению аккумуляторов положил Луиджи Гальвани, который проводил физиологические исследования на лягушках. Ученый заметил, что у лягушки на лапке начинает самопроизвольно сокращаться мышца, если к ней дотрагиваться двумя полосками из разных металлов. Ученый ошибочно решил, что мышца лягушки вырабатывает электричество, явление назвали «животным электричеством». Вскоре этим необычным явлением заинтересовался известный физик А.Вольта, который установил ошибочность заключений, сделанных Гальвани. Он установил, что ток возникает в результате химической реакции между двумя пластинками из разных металлов. В качестве положительных пластин он брал олово, свинец, цинк или железо, в качестве отрицательных — медь, золото, серебро или графит.

А. Вольт в 1800 году поместил медную и цинковую пластинки в соляной раствор, получив таким образом, первый химический источник тока. Правда, эффект получения энергии химическим путем был назван гальванизмом, а первую в мире батарейку, собранную А. Вольта, назвали гальваническим элементом. В этом же году Вольта сделал доклад перед Лондонским Королевским Обществом об открытии им непрерываемого источника электричества. Вскоре об открытии стало известно во Франции, которая первая официально признала открытие.

Рис.1. - Так выглядели первые аккумуляторы

Классификация аккумуляторов

Аккумуляторные батареи используются в автономных источниках энергии в самых различных областях. Требования, предъявляемые к этим устройствам, тоже различаются весьма значительно. При выборе конкретного типа аккумулятора с потребительской точки зрения во внимание принимаются следующие характеристики:

рабочее напряжение;

планируемый режим разряда (постоянный или импульсный разряд);

максимальный ток разряда;

температурный режим при разрядке;

допустимый режим зарядки (стандартный, ускоренный, быстрый или режим постоянной подзарядки, называемый также буферным);

масса и габаритные характеристики;

срок службы.

К тому же в случае, если заряженные батареи некоторое время хранятся без использования, необходимо обращать внимание на скорость их саморазряда.

В зависимости от электрохимической технологии можно выделить следующие основные типы современных источников тока для мобильных устройств:

герметизированные свинцово-кислотные (SLA);

никель-кадмиевые (NiCd);

никель-металлгидридные (NiMH);

литий-ионные (Li-Ion);

литий-полимерные (Li-Pol).

К редким типам аккумуляторов можно отнести:

никель-цинковые;

серебряно-цинковые;

серебряно-кадмиевые;

топливные.

Выводы:

Электричествоуже третье столетие служит потребностям человека. Люди работают, отдыхают, готовят пищу, путешествуют, учатся и все это благодаря электричеству. Человек научился не только получать электроэнергию искусственным путем, но и собирать ее в хранилище. При этом, даже не замечая эти хранилища в повседневной жизни. Ежедневно используя накопители электрической энергии батарейки и аккумуляторы. И те и другие автономные источники тока. Отличие лишь в том, что батарейки одноразового использования, а аккумуляторы способны многократно отдавать накопленную энергию. За последние 200 лет человечество совершило большой скачек в получении и накоплении энергии. Трудно представить мегаполис без источника автономного электропитания - аккумулятора. Возможно в недалеком будущем дома, освящения, парковки, магазины - все, что потребляет энергию, будет работать от аккумуляторов. Самым востребованным изобретением в наши дни являются аккумуляторы, их значение сложно переоценить.

Литература:

Электрический аккумулятор [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B0%D0%BA%D0%BA%D1%83%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80 – зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 27.12.2018)

История создания первых аккумуляторов [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa: http://www.electrolibrary.info/history/akkumulyator.htm – зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 27.12.2018)

Классификация аккумуляторов аккумуляторов [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa: http://www.solarhome.ru/biblio/accu/klassifikatsiya-akkumulyatorov.htm – зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 27.12.2018)

Хрусталёв Д. А. Аккумуляторы. М: Изумруд, 2003. -224 с.

Код для цитирования: Скопировать