Аккумуляторы используются повсеместно: в телефонах и компьютерах, в строительных инструментах и, конечно, в автомобилях. Но часто ли мы задумываемся, как устроен этот агрегат и какие функции выполняет.
Что такое аккумулятор
Аккумулятор (АКБ) — это устройство для преобразования энергии, выделяемой при определенных химических реакциях, в электрическую. Возможно и обратное преобразование. На практике это реализуется так: когда устройство заряжается, накапливается энергетический запас для протекания реакций. Накапливать энергию аккумулятор может не бесконечно. В процессе работы аккумулятор становится химическим источником тока, передающим заряд подключенным к нему устройствам и приборам.
Режимы работы:
- циклический. В этом режиме источник питания не подключается;
- буферный. Источник тока подключен постоянно;
- смешанный. Источник питания подключается периодически.
Любой аккумулятор служит источником энергии в ситуациях, когда подключение к электросети невозможно. В процессе зарядки образуется запас энергии, которая затем отдается подключенным устройствам — потребителям.
Устройство и принцип работы аккумулятора
Аккумуляторные батареи используются в разных по размерам и потребляемой мощности устройствах. Под эти параметры подбирается конструкция и материалы, обладающие теми или иными свойствами. Самый старый тип аккумуляторной батареи — свинцово-кислотный. АКБ этого типа используются, в частности, в автомобилях.
Рассмотрим, как он устроен и как работает.
Значимая, хотя и не основная часть АКБ — это корпус. Внутри него находятся сложные химические вещества, к тому же, вступающие в реакции. Так что надежность корпуса — это основа не только долговечности устройства, но и безопасности его использования. Материал корпуса должен выдерживать воздействие агрессивных химических реагентов. Сама же конструкция должна быть герметичной и устойчивой к механическим воздействиям. В частности, к вибрациям.
Электроды — важнейшая часть аккумулятора. Их два, и они несут разноименные заряды — положительный (анод) и отрицательный (катод). Выглядят они как решетчатые пластины. Основной материал изготовления — свинец с определенными присадками, улучшающими характеристики батареи.
На анод и катод наносят активную массу. Для положительной пластины это двуокись свинца (химическая формула PbO2), для отрицательной — это просто губчатый свинец.
Для защиты от короткого замыкая между анодом и катодом размещают изолирующую прослойку.
Электролитом в аккумуляторе такой конструкции служит водный раствор серной кислоты. В этом растворе находятся электроды.
Основные элементы АКБ перечислены, перейдем к принципам работы.
Что происходит в процессе разряда аккумулятора? При подключении к клеммам аккумуляторной батареи устройства-потребителя цепь, состоящая из анода, катода, электролита и нагрузки, замыкается. Начинается химическая реакция в ходе которой Pb и PbO2, которые нанесены на электроды, преобразуются в PbSO4 — сернокислый свинец. При этом плотность электролита уменьшается. Ионы приходят в движение, в цепи течет ток. Это процесс преобразования энергии химической реакции в электрическую.
При подключении к аккумулятору зарядного устройства, то есть, источника тока, начинается обратный химический процесс, в ходе которого происходит восстановление первоначальных веществ, а также плотности электролита.
История развития аккумуляторов
Прообраз современного аккумулятора был создан в Италии еще в конце XVIII века, а точнее, в 1798 году. Его создатель — Алессандро Вольта. В устройстве использовались пластины из меди и цинка, в качестве электролита выступала кислота.
Устройство получило название Вольтов столб. Но в промышленное производство пошла не эта модель, а разработка британского физика по фамилии Круикшэнк.
Химические источники энергии заинтересовали ученых всего мира. В начале XIX века их изучением и улучшением занимались Майкл Фарадей, Андре-Мари Ампер, Эмилий Ленц. Важным этапом развития химических источников тока стал предложенный в 1899 году Вальдемаром Юнгнером прибор с пластинами из никеля и кадмия. Подключился к разработкам и изобретатель Томас Эдисон. Его устройство было железно-никелевым, но, самое главное, этот аккумулятор был недорогим.
Разработки продолжались и в XX веке. Так, в 1947 году была создана первая герметичная никель-кадмиевая батарея. Разработал ее французский ученый Нойман.
История свинцово-кислотных аккумуляторов для автомобилей в их привычном виде начинается с 70-х годов XX века. А никельметаллгидридные батареи появились в 90-х годах. Работы над совершенствованием аккумуляторных батарей различных типов продолжаются и сейчас.
