Рис. 14.2. Разрядные кривые химических источников тока (обозначения те же, что и иа ис. 14.1)

Она тем круче, чем больше время разрядки. По этой прямой легко определить, какой из типов источников будет при данном режиме обладать наименьшими весом и объемом.

Те химические источники, у которых после разрядки возможно восстановление израсходованной энергии при пропускании через них тока с направлением, противоположным разрядному (зарядного тока),

называют аккумуля-I g I I I I [ I I I I торами. Заряд гальвани- ческих элементов удается восстановить после разрядки лишь на небольшую по сравнению с первоначальной величину. По этой причине.у элементов используется только один первоначальный разрядный цикл. Для характеристики восприимчивости заряда аккумулятором вводят понятие отдачи по емкости, определяемое, как отношение разрядной емкости к зарядной.

Сохранность и срок службы химического источника тока во многом определяется его саморазрядкой, т.е. уменьшением заряда источника во времени при отключенной нагрузке. Возможность сопряжения химического источника тока с нагрузкой или сопряжения гальванического элемента с аккумулятором определяется разрядной кривой рис. 14.2, которая показывает изменение напряжения на выходе источника при разрядке. Пологая разрядная кривая позволяет иногда обеспечить достаточно постоянное напряжение на нагрузке без. дополнительных стабилизаторов.

Все названные характеристики химических источников тока заметно меняются при изменении рабочей температуры. С уменьшением температуры удельные весовые и объемные характеристики всех источников ухудшаются (рис. 14.3). Наиболее резко падают с уменьшением температуры показатели самых хороших (при комнатной температуре) ртутно-цинковых элементов и серебряно-цинковых аккумуляторов. При температуре -40° С они становятся даже самыми плохими.

В наименованиях химических источников тока указывают материалы электродов, вид электролита (кислота или щелочь) и его кон--структивные особенности.

-so -iO

-го о

Температура^ °С

Рис. 14.3. Зависимость удельной энергии химических источников тока от температуры (обозначения те же, что и на рис. 14.1) .

Не разбирая устройство химических источников и протекающих в них химических реакций, остановимся на показателях наиболее распространенных их типов.

1. Марганцово-цинковые элементы (рис. 14.4) отличаются малой стоимостью, достаточно широким температурным диапазоном, хорошей сохранностью. Вместе с тем они обладают наихудшими из всех элементов разрядными и наименьшими удельными массовыми характеристиками.

Напряжение на выходе марганцово-цинкового элемента в процессе разрядки (см. рис. 14.2) непрерывно и довольно круто падает. С ростом разрядного тока (мощности) удельная энергия марганцово-цинкового элемента резко падает. Так, при увеличении удельной мош-

2

3

5

Рис. 14.4. Конструкция га-летного марганцово-цинкового элемента:

/ - цинковая пластина с электропроводящий слоем; 2 - положительный электрод; 3 - пористая перегородка, пропитанная электролитом; 4 - бумажная прокладка; б хлорвиниловое кольцо

7 6

Рис. 14.5. Конструкция ртутно-цинко-вого элемента:

/ - крышка; 2 - отрицательный электрод (цинковые опилки); 3 - корпус; 4 - положительный электрод; 6 - резиновое кольцо; 6 - сепаратор; 7 - бумажная диафрагма

НОСТИ 0,2 -j- 2 Вт на килограмм удельная энергия такого элемента снижается более чем в четыре раза.

Выпускают марганцово-цинковые элементы двух конструкций: стаканчиковой (цилиндрической) и в виде параллелепипеда или диска (галетной). Последние имеют большую поверхность электродов, из-за этого обладают несколько лучшими мощностными характеристиками.

Новые марганцово-цинковые элементы со щелочным электролитом (в обычных элементах электролит солевой) выпускают герметизированными. Их основные эксплуатационно-технические характеристики следующие: хорошие удельные показатели, хорошая механическая прочность, саморазрядка 3-5% за месяц, сохранность более 18 месяцев, безвредность для обслуживающего персонала, весьма простой уход.

2. Ртутно-цинковые элементы (рис. 14.5) имеют высокую механическую прочность, саморазрядку за месяц 3-5%, сохранность более 18 месяцев, безвредны для обслуживающего персонала, но в их производстве применяются весьма вредные вещества. Уход за ними очень прост, стоимость ртутно-цинковых элементов в 12-17 раз больше, чем марганцово-цинковых.

3. Медно-магниевые элементы из-за большой саморазрядки применяются как резервные. Они приводятся в действие введением специального активатора непосредственно перед употреблением. После активации их срок хранения меньше суток. .Время активации зависит от температуры и составляет в среднем несколько минут. Разрядка элементов сопровождается саморазогреванием, что позволяет им работать, при весьма низких температурах. Однако активация должна производиться при положительной температуре.

Другими отличительными особенностями медно-магниевых элементов являются малая механическая прочность, сохранность более двух лет, некоторая вредность входящих в их состав веществ.Стоимость элементов превьшаает стоимость марганцово-цинковых почти в 20 раз.

4. Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы (рис. 14.6). выпускаются в нескольких конструктивных исполнениях: ламельиые и безламёльные (открытые, ненроливаемые и герметизированные). Они просты в эксплуатации, имеют срок службы 500-1000 циклов, обладают самой высокой механической прочностью из всех других химических источников тока, саморазрядка их не превышает 20% за месяц, сохранность в залитом состоянии более двух лет.

Работают эти аккумуляторы в широком температурном диапазоне с относительно небольшим снижением удельных показателей. По своим удельным характеристикам герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы уступают только серебряно-цинковым.

При зарядке герметичных аккумуляторов следует строго соблюдать рекомендованный режим, так как при большом зарядном токе сильное выделение газов может привести к взрыву аккумулятора. При эксплуатации батареи никель-кадмиевых аккумуляторов необходимо следить за равномерными разрядкой и зарядкой каждого из входящих в нее аккумуляторов. Связано это с тем, что при сильной разрядке одного из аккумуляторов напряжение, на его электродах может изменить свою полярность. Такое изменение напряжения вредно сказывается на сроке службы всей батареи. Стоимость герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов почти в 100 раз больше, чем мар-ганново-цинкового элемента той же емкости, но больший срок службы снижает стоимость источника питания с таким аккумулятором при длительной эксплуатации.

5. Серебряно-цинковые аккумуляторы обладают наилучшими удельными характеристиками. Помимо этого их удельные энергетические характеристики мало зависят от времени разрядки. Поэтому, даже разряжаясь током, близким к току короткого замыкания, серебряно-цинковый аккумулятор отдает в нагрузну практически весь свой заряд.

Рис. 14.6. Конструкция герметичного никель-кадмиевого аккумулятора:

/ - крышка; 2 - пружина; 3 - отрицательный электрод; 4 - изоляционная прокладка: 5 - положительный электрод; 6 - никелевая сетка; 7. - сепаратор; 8 - корпус