Akumuliatoriai

TURINYS

Įvadas 3
1. Akumuliatorių veikimo principas 4
2. Rūgštinis švino akumuliatorius 4

2.1. Akumuliatorių įkrovimas 5

2.2. Akumuliatorių iškrovimas 6

2.3. Sieros rūgšties konstanta 6

2.4. Akumuliatorių įtampa 6

2.5. Akumuliatorių talpa 7
3. Šarminių geležies ir nikelio, kadmio ir nikelio akumuliatoriai 7

3.1. Šarminiai kadmio – nikelio akumuliatoriai 8

3.1.1. Šarminio akumuliatoriaus įkrovimas 8

3.1.2. Šarminio akumuliatoriaus iškrovimas 8

3.2. Šarminiai geležies – nikelio akumuliatoriai 8

3.3. Šarminių akumuliatorių įtampa 9
4. Šarminis cinko ir sidabro akumuliatorius 9

4.1. Šarminio cinko ir sidabro akumuliatoriaus įtampa 9

Išvados 9
Literatūros sąrašas 10

ĮVADAS

Galvaniniam elementui veikiant, elektrodai ir tirpalas yra sunaudojami, todėl po tam tikro laiko juos tenka keisti naujais. Galvaniniuose elementuose vykstantys cheminiai procesai negrįžtami. Tačiau yra tokių šaltinių, kurių veikimas remiasi grįžtamaisiais cheminiais procesais. Tokie srovės šaltiniai yra vadinami akumuliatoriais.

Akumuliatoriai – tai anntriniai cheminiai elektros srovės šaltiniai, kuriuose cheminių reakcijų energija paverčiama elektros energija.Akumuliatoriuose vykstančios oksidacijos ir redukcijos reakcijos yra grįžtamos: medžiagos, sunaudotos reakcijoje, duodančioje elektros energiją, yra vėl atstatomos, leidžiant pro iškrautą akumuliatorių elektros srovę iš pastovios elektros srovės šaltinio.

Akumuliatoriai labai plačiai vartojami įvairiausiems tikslams. Pavyzdžiui, jų baterijos tiekia srovę povandeninių laivų varikliams, plaukiant po vandeniu. Automobiliams ir kitoms transporto priemonėms – apšvietimui (kai automobilis stovi) ir varikliui paleisti (įsijungus varikliui, pradeda veikti elektros srovės generatorius, kuris ne tik tiekia automobiliui elektros srrovę, bet ir paruošia (įkrauna) akumuliatorių), kai kuriems mikroelektronikos prietaisams (naudojami mažyčiai akumuliatoriai, iš išorės nesiskiriantys nuo vienkartinių elementų), įvairiausiems laboratoriniams matavimams.

Tada dabar truputi pažvelkime iš arčiau kokiu principu veikia akumuliatoriai, kuo jie skiriasi vienas nuo kito, kuom jie ypatingi.

/p>

1. AKUMULIATORIŲ VEIKIMO PRINCIPAS

Kad lengviau eitų įsivaizduoti akumuliatorių veikimo principą reikia įrengimo akumuliatoriaus veikimo principui demonstruoti (schemos).

Taigi, įpilkime į stiklinę sieros rūgšties tirpalo ir panardinkime jame du vienodus švininius elektrodus, kurių paviršių paprastai dengia švino oksidas. Įjunkime šį prietaisą į srovės šaltinio grandinę. Pasukę jungiklį k į padėtį a, leisime srovę pro tirpalą. Po kiek laiko pasuksime jungiklio rankeną į padėtį b. Šitaip mes atjungsime srovės šaltinį ir sujungsime savo prietaisą per galvanometrą G. Pastebėsime, kad galvanometro rodyklė pakrypsta. Mūsų prietaisas dabar pats virto srovės šaltiniu. Ši srovė gana greit nutrūksta, ir jeigu norime ją atnaujinti, tai turime vėl kurį laiką leisti pro prietaisą elektros srovę, arba, kaip sakoma, įkrauti prietaisą. Ošis aprašytas prietaisas yra švininis akumuliatorius.

2. RŪGŠTINIS ŠVINO AKUMULIATORIUS

1. Teigiamą elektrodą sudaro – keletas švino ir stibio lyydinio rėmelių su įpresuotu aktyviu švino dioksidu.
2. Neigiamą elektrodą sudaro – keletas rėmelių su įpresuotu aktyviu švinu.
3. Separatorius naudojamas – elektrodams izoliuoti, neigiamo elektrodo aktyviai masei ir pastoviam atstumui tarp elektrodų palaikyti.

Pagamintos plokštelės elektroniniu būdu formuojamos – įmerkiamos į sieros rūgšties tirpalą ir tris – penkias paras per jas leidžiama nuolatinė elektros srovė. Teigiamoje plokštelėje susidaro tamsiai rudos spalvos švino dioksidas (PbO²), o neigiamoje – šviesiai pilkos spalvos minkštas švinas (Pb).

Akumuliatoriaus veikimo pagrindas yra elektrodų poliarizacija, vykstant elektrolizei.
2.1. AKUMULIATORIŲ ĮKROVIMAS:
• Leidžiant pro akumuliatorių srovę, prie tos plokštelės, kuri sujungta su

u baterijos neigiamu poliumi, t. y. su katodu, iš sieros rūgšties tirpalo išsiskiria vandenilis, kuris redukuoja švino oksidą į gryną šviną.
PbSO4+ 2e→Pb + SO42-
• Tuo metu prie akumuliatoriaus anodo išsiskiria deguonis, kuris švino oksidą paverčia švino peroksidu.
PbSO4+ 2H2O – 2e → PbO2+ 4H++ SO42-
• Tarp anodo ir katodo atsiranda potencialų skirtumas. Akumuliatorius bus įkrautas, kai katode liks grynas švinas, o anodas pavirs švino peroksidu.
2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 2H2SO4

Įkrovus akumuliatorių, gaunamas galvinis elementas, kuriame neigiamas elektrodas yra švinas (reduktorius) yra švinas, o teigiamas (oksidatorius)- švino dioksidas:

Pb│ H2SO4 │PbO2
Įkraunant srovė akumuliatoriaus viduje teka nuo anodo į katodą.Šioje schemoje pavaizduota kaip įjungiami prietaisai įkraunant akumuliatorių srove, kuria tiekia generatorius G.

2.2. AKUMULIATORIŲ IŠKROVIMAS:

Akumuliatoriui išsikraunant, srovė teka priešinga kryptimi: išorinėje grandinėje srovė teka nuo švino peroksido į šviną, o vidinėje grandinėje – nuo švino į švino peroksidą. Teigiami vandenilio jonai judės švino peroksido link, o neigiami deguonies jonai – švino link.

Pb + SO42- – 2e → PbSO4(ant neigiamo elektrodo)

PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e → PbSO4 + 2H2O(ant teigiamo elektrodo)

Kai tik abi plokštelės pasidarys vienodos, akumuliatorius nustos davęs srovę. Jį vėl reiks įkrauti.
2.3. SIEROS RŪGŠTIES KONSTANTA:

Sieros rūgšties koncentracija akumuliatoriaus tirpale rodo, kiek įkrautas akumuliatorius. Tinkamai įkrauto akumuliatoriaus tirpale sieros rūgšties masės dalis yra 36%. Sieros masės dalį tirpale galima lengvai įvertinti matuojant tirpalo tankį.
w, % P, g/cm³ w, % p, g/cm³ w, % p, g/cm³
20 1.143 26 1.190 32 1.238
22 1.158 28 1.205 34 1.255
24 1.174 30 1.224 36 1.273

Ši lentelė parodo tirpalo tankio priklausomybę nuo si

ieros rūgšties masės dalies.

Tirpalo tankis matuojamas panardinus į jį specialią plūdę, vadinamą tankiamačiu (densimetru). Kuo mažesnis tirpalo tankis, tuo plūdė giliau nugrimzta į tirpalą. Ant plūdės yra sužymėtos padalos ir užrašytas tankis.
rašytas

2.4. AKUMULIATORIŲ ĮTAMPA

Įkraunant akumuliatoriaus įtampa greit pakyla iki 2,2 V, o vėliau lėtai iki 2,3 V. Kai švinas atsistato neigiamose plokštelėse, pradeda išsiskirti vandenilis. Jis kyla burbuliukais į elektrolito paviršių, sakoma, kad akumuliatorius ima virti. Įtampa kyla iki2,6.2,7 V ir krovimą reikia nutraukti.

Iškraunant akumuliatoriaus įtampa greitai krinta nuo 2,2 iki 2,0 V, o vėliau lėtai iki 1,8 V. Įtampai nukritus iki 1,8 V, iškrovimą reikia baigti, nes plokštė gali pasidengti netirpiu švino sulfatu ir sugadinti akumuliatorių.
2.5. AKUMULIATORIAUS TALPUMAS:

Kiekvienam akumuliatoriui yra budingas tam tikras talpumas. Akumuliatoriaus talpumu laikomas tas elektros krūvis, kurį gali duoti įkrautas akumuliatorius, jį iškraunant.(iki 1,8 V įtampos iškraunant). Akumuliatoriaus talpa nurodama ampervalandėmis (A*h). Akumuliatoriaus talpa priklauso nuo plokštelių paviršiaus ploto, kuo didesnis paviršius, tuo didesnė talpa.
3. ŠARMINIAI GELEŽIES IR NIKELIO, KADMIO IR NIKELIO AKUMULIATORIAI

Šarminiai akumuliatoriai vadinami šarminiais todėl, kad jų elektrolitas yra šarmas – kalio (KOH) arba natrio (NaOH) šarmo 21 % vandeninis tirpalas.

Akumuliatoriaus talpai padidinti teigiamosios ir neigiamosios plokštelės jungiamos po kelias į blokus. Akumuliatorių plokšteles sudaro plieniniai rėmai su narveliais.
Plokštės įtaisytos plieniniame inde su prilydytu plieniniu dangčiu.
Elektrinei varžai sumažinti nikelio hidroksido pridedama grafito, kuris cheminėse reakcijose nedalyvauja.

3.1. ŠARMINIAI KADMIO – NIKELIO AKUMULIATORIAI:
3.1. 1.ŠARMINIO AK

KUMULIATORIAUS ĮKROVIMAS:
Ant neigiamo elektrodo Cd(OH)2 + 2e → Cd + 2OH-
Ant teigiamo elektrodo 2Ni(OH)2 + 2OH- -2e → 2NiOOH + 2H2O
Bendra įkrovimo lygtis 2 Ni(OH)2 + Cd(OH)2 → 2NiOOH + Cd + 2H2O
3.1.2. ŠARMINIO AKUMULIATORIAUS IŠKROVIMAS:
Iškraunant Cd │KOH│ NiOOH akumuliatorių, Cd oksiduojasi, o NiOOH redukuojasi:
Ant neigiamo elektrodo Cd + 2OH- -2e → Cd(OH)2
Ant teigiamo elektrodo 2NiOOH + 2H2O + 2e → 2Ni(OH)2 + 2OH-
Šios dvi reakcijos rodo, kad akumuliatoriaus iškrovimo procesas, palyginus su įkrovimo procesu yra grįžtamasis:

2NiOOH + Cd + 2H2O ↔ 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
3.2. GELEŽIES – NIKELIO AKUMULIATORIAI

Pakeitus neigiamų plokštelių kadmį pigesniu elementu – geležimi, gaminami geležies – nikelio akumuliatoriai. Šių akumuliatorių įkrovimo ir iškrovimo metu vystančios reakcijos yra tokios pačios, kaip ir kadmio – nikelio akumuliatorių. Skirtumas tarp jų – geležies – nikelio akumuliatoriai yra šiek tiek blogesni už kadmio – nikelio akumuliatorius.
3.3. ŠARMINIŲ AKUMULIATORIŲ ĮTAMPA:

Įkrauto šarminio akumuliatoriaus elektrovaros jėga E = 1,45 V.

Iškraunant įtampa staiga krinta iki 1,3 V, po to lėtai – iki 1,1 V. Pasiekus 1,1 V įtampa, iškrovimą reikia baigti.

Įkraunant įtampa greitai padidėja iki 1,75 V, po to truputi sumažėja ir lėtai pakyla iki 1,85 V . Tada įkrovimą reikia baigti.
4. ŠARMINIS CINKO IR SIDABRO AKUMULIATORIUS

Sidabro – cinko akumuliatorius sudarytas iš dviejų plokštelių blokų, įtaisytų plastmasiniame inde su 1,² tankio kalio šarmo (KOH) elektrolitu. Akumuliatoriaus plokštelės yra akytos, teigiamos – iš sidabro oksido (Ag2o), neigiamas iš cinko (Zn). Iškraunant sidabro oksidas virsta metaliniu sidbru, o metalinis cinkas – cinko oksidu. Cheminė reakcija vyksta pagal lygtį:

Ag2O + KOH + Zn ↔ 2Ag + KOH + ZnO
4. 1. ŠARMINIO CINKO IR SIDABRO AKUMULIATORIAUS ĮTAMPA:

Iškrovimo įtampa 1,5.1,3 V. Įtampai kritus iki 1,3 V reikia akumuliatorių įkrauti.

Įkraunant įtampa iš pradžių lėtai didėja iki 1,65 V, vėliau staigiai – iki1,9 V, o toliau vėl iki 2,1 V. Pasiekus šią įtampa, įkrovimą reikia nutraukti.

Elektrovaros jėga E = 1,8 V.
IŠVADOS

Sausieji elementai gali veikti tik tol, kol sureaguoja juose esančios medžiagos. Susidarę produktai daugiau naudoti nebetinka, tačiau yra kitokio tipo elektros srovės šaltiniai – akumuliatoriai, kuriuos galima regeneruoti, t. y. padaryti tinkamus pakartotinai naudoti. Todėl daugelyje gyvenimo sričių jie yra vartojami. Nors yra bent kelių rūšių akumuliatorių, tačiau praktikoje daugiausia vartojami šarminiai akumuliatoriai, nes jie patvaresni, pigesni ir labiau atsparūs.Visų akumuliatorių veikimo principas panašus, visur vyksta grįžtamoji reakcija.Tik tiek, kad reakcijose dalyvauja skirtingi elementai. Akumuliatorių įkrovimas ir iškrovimas, reikalauja atidumo. Patalpa, kurioje įkraunami akumuliatoriai, turi būti gerai vėdinama, nes susikaupusios vandenilio dujos gali sukelti sprogimą. Iškrovimą taip pat reikia baigti pasiekus tam tikrą įtampa, nes plokštės gali pasidengti netirpiu švino sulfatu ir sugadinti akumuliatorių, todėl svarbu atidžiai vykdyti įkrovimą ir iškrovimą. Sunku būtų įsivaizduoti automobilio darbą be akumuliatoriaus, todėl akumuliatorius yra svarbus šiandieninėje elektrotechnikos srityje.

LITERATŪROS SĄRAŠAS
Bendroji chemija 12 klasei;R. Raudonis; Kaunas „Šviesa“ 2001
Elektrotechnika 1;G. Čiutienė, J. Staugaitis; Vilnius „Leidyklos centras“ 1997
Bendrosios elektrotechnikos ir radiotechnikos pagrindai; A. Šližauskas; Klaipėda“Klapėdos politechnikos mokykla“ 1999
Fizikos kursas 3dalis; A. Pioryškinas; Kaunas „Šviesa“ 1967
Bendroji chemija; O. Petroševičiūtė; Kaunas „Technologija“ 1997

Leave a Comment