Автомобили
Мотоцикл
Хранение
Движущая сила
Центр АКБ
Свинцово-кислотная АКБ
Свинцово-кислотная АКБ накапливает электрическую энергию в результате химической реакции между свинцовыми пластинами и серной кислотой. Изобретённая Гастоном Планте в 1859 году, это старейшая технология перезаряжаемых АКБ, широко применяемая до сих пор: основа автомобильного, мотоциклетного, тягового и стационарного направлений энергетики.
KEY TAKEAWAY
Каждый элемент свинцово-кислотной АКБ даёт около 2 В, поэтому 12-вольтовая АКБ содержит шесть последовательных элементов. При разряде диоксид свинца и губчатый свинец реагируют с серной кислотой, образуя сульфат свинца; при заряде реакция идёт в обратном направлении. Конструкция проста и надёжна: пластины, сепараторы, электролит и прочный пластиковый корпус.
Что такое свинцово-кислотная АКБ?
Свинцово-кислотная АКБ относится к вторичным (перезаряжаемым) источникам тока: её положительный электрод выполнен из диоксида свинца (PbO2), отрицательный из губчатого свинца (Pb), а электролитом служит раствор серной кислоты. Каждый элемент даёт номинальное напряжение около 2 В, и элементы соединяются последовательно для получения напряжения системы: шесть элементов в автомобильной АКБ на 12 В, три в АКБ на 6 В.
Именно такая химия делает АКБ перезаряжаемой: продукты разряда (сульфат свинца и вода) можно снова превратить в исходные материалы, пропустив ток в обратном направлении. Более широкий взгляд на то, как любая АКБ превращает химию в электричество, изложен в нашем материале Что такое АКБ?
Как работает свинцово-кислотная АКБ
В основе работы лежит обратимая химическая реакция, известная как теория двойной сульфатации. При разряде обе пластины реагируют с серной кислотой электролита и образуют сульфат свинца (PbSO4), а концентрация кислоты в электролите падает. При заряде реакция идёт в обратную сторону: сульфат свинца снова превращается в диоксид свинца и губчатый свинец, а кислота возвращается в электролит.
Разряд: Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O | Заряд: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4
| Состояние | Пластины | Электролит (плотность) |
|---|---|---|
| Полностью заряжена | PbO2 (+) и губчатый свинец (-) | Концентрированная кислота, плотность около 1.265-1.285 |
| Разряжается | Обе пластины переходят в сульфат свинца | Кислота уходит в пластины, плотность снижается |
| Полностью разряжена | Обе пластины в основном из сульфата свинца | Разбавленная кислота, близкая к воде |
Поскольку электролит участвует в реакции, степень заряженности читается прямо по плотности кислоты с помощью ареометра. Если разряженную АКБ вовремя не зарядить, сульфат свинца на пластинах затвердевает в форму, устойчивую к обычному заряду: это сульфатация, ведущая к необратимой потере ёмкости. Своевременный подзаряд, поэтому, самая важная привычка для здоровья свинцово-кислотной АКБ.
Устройство свинцово-кислотной АКБ
Свинцово-кислотная АКБ сознательно проста по конструкции: тяжёлые плоские пластины уложены стопкой с пористыми сепараторами между ними, погружены в электролит и закрыты в ударопрочном кислотостойком корпусе. Всю работу выполняют девять компонентов:
| Компонент | Функция |
|---|---|
| Положительная пластина | Активное вещество из диоксида свинца (PbO2) на решётке из свинцового сплава; источник электронов при разряде |
| Отрицательная пластина | Активное вещество из губчатого свинца; принимает электроны при заряде |
| Решётка | Каркас из свинцового сплава, удерживающий активное вещество и проводящий ток |
| Сепаратор | Пористый не проводящий ток разделитель, удерживающий пластины на расстоянии и пропускающий ионы |
| Электролит | Раствор серной кислоты; участвует в реакции заряда и разряда |
| Межэлементные соединения | Свинцовые перемычки, соединяющие элементы последовательно внутри корпуса |
| Корпус и крышка | Корпус из полипропилена, стойкий к ударам и кислоте, удерживает пластины и электролит |
| Клапаны | Выпускают газы, удерживая электролит внутри; пламягасящие конструкции повышают безопасность |
| Клеммы | Внешние контакты (верхние, боковые или комбинированные) для цепи автомобиля или оборудования |
Основные типы свинцово-кислотных АКБ
Свинцово-кислотные АКБ делятся на две большие группы. Классические АКБ с жидким электролитом (вентилируемые) держат пластины погружёнными в жидкий электролит и могут требовать периодического долива дистиллированной воды. Регулируемые клапаном АКБ (VRLA) иммобилизуют электролит, удерживая его в стекломате (AGM) или в геле силики (GEL), что позволяет сделать их герметичными и необслуживаемыми. Внутри этих групп трубчатые конструкции вроде OPzV и OPzS рассчитаны на долгий срок службы в стационарных и глубокоразрядных режимах.
Каждый тип по-своему балансирует цену, обслуживание, стойкость к вибрациям, ресурс при глубоком разряде и пусковую мощность и соответствует своим применениям: от пуска SLI в автомобилях до хранения энергии солнечных систем. Подробное сравнение приведено в нашем отдельном материале, Типы свинцово-кислотных АКБ.
Ключевые технологии свинцово-кислотных АКБ
Внутри основных типов ряд проверенных технологий адаптирует базовую свинцово-кислотную концепцию под конкретные задачи: пуск двигателя, старт-стоп, глубокий разряд и долгий срок службы в буферных режимах. Каждая из них описана нашей инженерной командой в разделе Технологии на нашем сайте:
| Технология | Сфера применения | Подробнее |
|---|---|---|
| SMF | Необслуживаемая пусковая мощность для легковых и коммерческих автомобилей | Технология SMF для автомобилей |
| EFB | Улучшенная АКБ с жидким электролитом для автомобилей с базовым старт-стопом | Технология EFB для автомобилей со старт-стопом |
| AGM (старт-стоп) | Стекломат для передового старт-стопа и высокой электрической нагрузки | Технология AGM для автомобилей с передовым старт-стопом |
| AGM (мото) | Герметичная, стойкая к вибрациям мощность для мототехники | Технология AGM для мототехники |
| AGM (хранение энергии) | Долгий буферный ресурс для стационарного хранения энергии и резервирования | Технология AGM для стационарного хранения энергии |
| GEL | Гелевый электролит для надёжного глубокого разряда | Технология GEL для надёжного глубокого разряда |
| OPzV | Трубчатая GEL-конструкция для стационарных систем | Технология OPzV: трубчатый GEL для стационарных систем |
| OPzS | Вентилируемая трубчатая конструкция для стационарных систем | Технология OPzS: вентилируемая трубчатая для стационарных систем |
Вопросы и ответы
Сколько элементов в 12-вольтовой свинцово-кислотной АКБ?
Шесть. Каждый элемент свинцово-кислотной АКБ даёт около 2 В, и шесть элементов соединены последовательно внутри корпуса, чтобы выдать 12 В. АКБ на 6 В содержит три элемента.
В чём разница между АКБ AGM, GEL и с жидким электролитом?
Разница в состоянии электролита. В классических АКБ кислота жидкая, её можно проверять и доливать; в АКБ AGM кислота впитана в стекломаты; в АКБ GEL она закреплена в геле силики. AGM и GEL относятся к герметичным конструкциям VRLA и не требуют долива воды.
Что вызывает сульфатацию свинцово-кислотной АКБ?
Сульфатация развивается, когда АКБ хранится или эксплуатируется в частично разряженном состоянии, особенно в тепле: сульфат свинца, образовавшийся при разряде, затвердевает в форму, устойчивую к обычному заряду, что ведёт к необратимой потере ёмкости. Предотвращает её своевременный подзаряд после каждого разряда.
Может ли свинцово-кислотная АКБ замёрзнуть?
Полностью заряженная АКБ не замерзает примерно до -65 °F (около -54 °C), потому что её электролит является концентрированным кислотным раствором. Глубоко разряженная АКБ, чей электролит стал почти водой, может замёрзнуть уже при 32 °F (0 °C), и это ещё одна причина держать её заряженной.
Как хранить свинцово-кислотную АКБ?
Периодически проверяйте степень заряженности и подзаряжайте при её снижении, держите клеммы чистыми и затянутыми, храните АКБ в прохладном сухом месте. Саморазряжающаяся АКБ, оставленная без присмотра, может глубоко сульфатироваться и выйти из строя, поэтому регулярная подзарядка или подключённое автоматическое зарядное устройство защищает её во время долгих простоев.