Công thức emf của pin. Sức điện động của pin

Pin chứa đầy axit sulfuric và trong chu kỳ sạc-xả thông thường, chúng giải phóng khí nổ (hydro và oxy). Để tránh thương tích cá nhân hoặc hư hỏng xe, hãy tuân thủ nghiêm ngặt tuân theo các quy tắc biện pháp phòng ngừa an toàn:

Trước khi thao tác với bất kỳ bộ phận điện nào của xe, hãy ngắt kết nối cáp nguồn khỏi cực âm của ắc quy. Khi cáp nguồn âm bị ngắt kết nối, tất cả các mạch điện trong xe sẽ được mở, ngăn không cho bất kỳ bộ phận điện nào vô tình chạm đất. Tia lửa điện tạo ra khả năng gây thương tích và hỏa hoạn.
Bất kỳ công việc nào liên quan đến pin đều phải được thực hiện bằng kính an toàn.
Để bảo vệ bạn khỏi bị axit sulfuric có trong pin dính vào da, hãy mặc quần áo bảo hộ.
Tuân theo các biện pháp phòng ngừa an toàn được chỉ định trong quy trình bảo trì khi xử lý thiết bị được sử dụng để bảo trì và kiểm tra pin.
Nghiêm cấm hút thuốc hoặc sử dụng ngọn lửa trần ở khu vực lân cận. ắc quy.

Bảo dưỡng ắc quy định kỳ

Hiện hành BẢO TRÌ Bảo trì pin bao gồm việc kiểm tra độ sạch của vỏ pin và nếu cần, thêm nước sạch vào pin. Tất cả các nhà sản xuất pin đều khuyến nghị sử dụng nước cất cho mục đích này, nhưng nếu không có sẵn, bạn có thể sử dụng nước uống sạch có hàm lượng muối thấp. Vì nước là thành phần tiêu hao duy nhất của pin nên không được phép thêm axit vào pin. Một phần nước từ chất điện phân bay hơi trong quá trình sạc và xả pin, nhưng axit có trong chất điện phân vẫn còn trong pin. Không đổ quá nhiều chất điện phân vào pin, vì trong trường hợp này hiện tượng sủi bọt (khí) bình thường xảy ra trong chất điện phân trong quá trình hoạt động của pin sẽ dẫn đến rò rỉ chất điện phân, gây ăn mòn các cực của pin, giá đỡ và khay. Pin phải được đổ đầy chất điện phân đến mức khoảng 1,5 inch (3,8 cm) dưới đỉnh cổ phụ.

Các điểm tiếp xúc của cáp nguồn nối với pin và các cực của pin phải được kiểm tra và làm sạch để tránh sụt áp trên chúng. Một trong những nguyên nhân phổ biến khiến động cơ không nổ máy là do cáp nguồn nối với cực ắc quy bị lỏng hoặc bị ăn mòn.

Cơm. Cực ắc quy bị ăn mòn nặng

Cơm. Cáp nguồn nối với pin này được phát hiện bị ăn mòn nặng bên dưới lớp cách nhiệt. Mặc dù sự ăn mòn đã ăn mòn lớp cách điện nhưng nó vẫn không bị phát hiện cho đến khi cáp được kiểm tra kỹ lưỡng. Cáp này phải được thay thế

Cơm. Kiểm tra cẩn thận tất cả các cực của pin xem có dấu hiệu ăn mòn không. Trong ô tô này, hai dây cáp nguồn được nối với cực dương của ắc quy bằng một bu lông dài. Đây là nguyên nhân phổ biến gây ra hiện tượng ăn mòn, gây ra vấn đề khi khởi động động cơ.

Đo EMF của pin

Lực điện động(EMF) là hiệu điện thế giữa cực dương và cực âm của pin khi mạch ngoài mở.

Độ lớn của EMF phụ thuộc chủ yếu vào thế điện cực, tức là về tính chất vật lý và hóa học của các chất làm nên tấm pin và chất điện phân, nhưng không phụ thuộc vào kích thước của tấm pin. Emf của pin axit cũng phụ thuộc vào mật độ của chất điện phân.

Đo lực điện động(EMF) của pin sử dụng vôn kế là một cách đơn giản xác định mức độ tính phí của nó. Emf của pin không phải là chỉ báo đảm bảo hiệu suất của pin, nhưng thông số này mô tả tình trạng của pin một cách đầy đủ hơn là chỉ kiểm tra nó. Một cục pin có thể sạc lại vẻ bề ngoài khá hữu dụng, trên thực tế nó có thể không tốt như bạn tưởng.

Thử nghiệm này được gọi là phép đo điện áp mạch hở (kiểm tra EMF) của pin vì phép đo được thực hiện ở các cực của pin mà không có tải kết nối với pin, ở mức tiêu thụ dòng điện bằng 0.

Nếu phép thử được thực hiện ngay sau khi sạc pin hoặc trên ô tô vào cuối chuyến đi thì trước khi đo cần phải giải phóng pin khỏi lực điện động phân cực. Emf phân cực là điện áp tăng so với bình thường, chỉ xảy ra trên bề mặt của các tấm pin. EMF phân cực biến mất nhanh chóng khi pin đang tải, do đó nó không đưa ra ước tính chính xác về trạng thái sạc của pin.
Để giải phóng pin khỏi EMF phân cực, hãy xoay đèn pha về phía chùm tia cao trong một phút, sau đó tắt chúng đi và đợi vài phút.
Khi động cơ và tất cả các thiết bị điện khác đã tắt, cửa đóng lại (để tắt đèn bên trong), nối vôn kế với các cực của ắc quy. Nối dây dương màu đỏ của vôn kế với cực dương của pin và dây âm màu đen với cực âm của nó.
Ghi lại số đọc của vôn kế và so sánh với bảng mức sạc pin. Bảng dưới đây phù hợp để đánh giá trạng thái sạc của pin dựa trên giá trị EMF ở nhiệt độ phòng - từ 70°F đến 80°F (từ 21°C đến 27°C).

Bàn

Cường độ pin (V)	Mức phí
12,6 V trở lên	Đã tính phí 100%
12,4	đã sạc 75%
12,2	đã tính phí 50%
12	Tính phí ở mức 25%
11.9 trở xuống	Đã giải ngũ

Cơm. Vôn kế hiển thị điện áp pin một phút sau khi bật đèn pha (a). Sau khi tắt đèn pha, điện áp đo được trên pin nhanh chóng phục hồi về mức 12,6 V (b)

GHI CHÚ

Nếu vôn kế chỉ số âm thì ắc quy đã được sạc đến đảo cực(và sau đó phải được thay thế) hoặc vôn kế được nối ngược cực với pin.

Đo điện áp pin khi tải

Một trong những cách chính xác nhất để xác định tình trạng pin là đo điện áp pin khi tải. Hầu hết những người thử nghiệm khởi động và sạc ắc quy ô tô đều sử dụng bộ biến trở cacbon làm tải cho ắc quy. Các thông số tải được xác định bởi dung lượng danh nghĩa của pin đang được thử nghiệm. Dung lượng định mức của pin được đặc trưng bởi lượng dòng điện khởi động mà pin có thể cung cấp ở nhiệt độ 0°F (-18°C) trong 30 giây. Trước đây, đặc tính công suất danh nghĩa của pin tính bằng ampe-giờ đã được sử dụng. Điện áp khi tải của ắc quy được đo ở dòng phóng điện bằng một nửa dòng điện CCA định mức của ắc quy hoặc gấp ba lần công suất định mức của ắc quy tính bằng ampe giờ, nhưng không nhỏ hơn 250 ampe. Điện áp của pin đang tải được đo sau khi kiểm tra mức sạc bằng tỷ trọng kế tích hợp hoặc bằng cách đo lực điện động của pin. Pin phải được sạc ít nhất 75%. Một tải thích hợp được nối vào ắc quy và sau 15 giây hoạt động của ắc quy dưới tải, số chỉ vôn kế được ghi lại với tải được kết nối. Nếu pin tốt thì chỉ số vôn kế phải duy trì trên 9,6 V. Nhiều nhà sản xuất pin khuyên nên đo hai lần:

15 giây đầu tiên hoạt động của pin khi có tải được sử dụng để giải phóng EMF phân cực
15 giây thứ hai - để có được đánh giá đáng tin cậy hơn về tình trạng pin

Giữa chu kỳ hoạt động đầu tiên và thứ hai có tải, cần đợi 30 giây để pin có thời gian phục hồi.

Cơm. Thiết bị kiểm tra khởi động và sạc pin ô tô Bear tự động đặt pin đang được kiểm tra dưới tải trong 15 giây để loại bỏ lực điện động phân cực, sau đó ngắt kết nối tải trong 30 giây để khôi phục pin và kết nối lại tải trong 15 giây. Người kiểm tra hiển thị thông tin về tình trạng của pin

Cơm. Sun Electric VAT 40 (Vôn-Ampe Model 40) được kết nối với ắc quy để kiểm tra tải. Sử dụng bộ điều chỉnh dòng tải, người vận hành đặt, dựa trên chỉ số của ampe kế, lượng dòng xả bằng một nửa dòng CCA định mức của pin. Pin hoạt động dưới tải trong 15 giây và khi kết thúc khoảng thời gian này, điện áp pin được đo khi tải được kết nối phải ít nhất là 9,6 V.

GHI CHÚ

Một số người thử nghiệm đo dung lượng của pin để xác định trạng thái sạc và hiệu suất của pin. Thực hiện theo quy trình thử nghiệm do nhà sản xuất thiết bị thử nghiệm quy định.

Nếu pin không đạt trong quá trình kiểm tra tải, hãy sạc lại và kiểm tra lại. Nếu lần kiểm tra thứ hai không thành công, pin phải được thay thế.

Sạc pin

Nếu pin đã cạn kiệt thì cần phải sạc lại. Để tránh hư hỏng do quá nhiệt, tốt nhất bạn nên sạc pin ở chế độ sạc tiêu chuẩn. Các giải thích về chế độ sạc pin tiêu chuẩn được hiển thị trong hình.

Cơm. Bộ sạc pin này được điều chỉnh để sạc pin với dòng sạc danh định là 10 A. Sạc pin ở chế độ tiêu chuẩn, như trong ảnh hiển thị, không ảnh hưởng đến pin nhiều như chế độ sạc tăng tốc, không loại trừ hiện tượng quá nhiệt của pin và sự cong vênh của tấm pin

Cần phải nhớ rằng có thể mất tám giờ hoặc thậm chí nhiều hơn để sạc pin đã cạn kiệt. Ban đầu, cần duy trì dòng sạc ở khoảng 35 A trong 30 phút để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bắt đầu sạc pin. Ở chế độ sạc tăng tốc, pin sẽ nóng hơn và nguy cơ cong vênh của các tấm pin sẽ tăng lên. Ở chế độ sạc tăng tốc, sự hình thành khí tăng lên (giải phóng hydro và oxy) cũng xảy ra, điều này gây nguy hiểm cho sức khỏe và nguy cơ hỏa hoạn. Nhiệt độ pin không được vượt quá 125°F (52°C; chạm vào pin rất nóng). Theo quy định, nên sạc pin với dòng sạc bằng 1% giá trị định mức của dòng CCA.

Chế độ sạc nhanh - tối đa 15 A
Chế độ sạc tiêu chuẩn - tối đa 5 A

Điều này có thể xảy ra với bất cứ ai!

Người sở hữu xe Toyotađã ngắt kết nối pin. Sau khi lắp pin mới, người chủ nhận thấy rằng bảng điều khiểnĐèn cảnh báo túi khí màu vàng bật sáng và radio bị chặn. Chủ xe mua chiếc xe đã qua sử dụng từ một đại lý và không biết mật mã gồm 4 chữ số bí mật cần có để mở khóa radio. Buộc phải tìm cách giải quyết vấn đề này, anh ta thử ngẫu nhiên ba số có bốn chữ số khác nhau với hy vọng một trong số chúng sẽ đúng. Tuy nhiên, sau ba nỗ lực không thành công Chiếc radio đã tắt hoàn toàn.

Người chủ khó chịu đã liên hệ với đại lý. Việc khắc phục sự cố tốn hơn ba trăm đô la. Để đặt lại cảnh báo túi khí, cần có một thiết bị đặc biệt. Chiếc radio phải được tháo ra khỏi xe và gửi đến một tiểu bang khác, đến trung tâm dịch vụ ủy quyền và khi trả lại, hãy lắp lại vào xe.

Vì vậy, trước khi ngắt kết nối ắc quy, hãy nhớ phối hợp việc này với chủ xe - bạn phải đảm bảo rằng chủ xe biết mật mã để bật đài mã hóa, mã này cũng được sử dụng trong hệ thống an ninh của ô tô. Có thể cần phải sử dụng thiết bị sao lưu bộ nhớ vô tuyến khi ngắt kết nối pin.

Cơm. Đó là một ý kiến hay. Kỹ thuật viên đã tạo một nguồn điện dự phòng bộ nhớ từ một chiếc đèn pin cũ chạy bằng pin và một sợi cáp có bộ chuyển đổi sang ổ cắm bật lửa. Anh ta chỉ cần nối dây với cực pin của chiếc đèn pin sạc mà anh ta có. Sử dụng pin đèn pin sẽ thuận tiện hơn so với pin 9 volt thông thường - đề phòng trường hợp có người mở cửa xe trong khi nguồn điện dự phòng bộ nhớ được kết nối với mạch điện. Trong trường hợp này, pin 9 volt có dung lượng nhỏ sẽ nhanh chóng xả hết, trong khi dung lượng của pin đèn pin đủ lớn và đủ để cung cấp năng lượng cần thiết cho bộ nhớ ngay cả khi đèn nội thất được bật.

Lực điện động

Sức điện động (EMF) của pin E là sự chênh lệch điện thế của nó, được đo khi mạch ngoài mở.

EMF của một cục pin gồm n pin mắc nối tiếp.

Cần phân biệt giữa EMF cân bằng của pin và EMF không cân bằng của pin trong thời gian từ khi mở mạch đến khi thiết lập trạng thái cân bằng (giai đoạn của quá trình chuyển tiếp). EMF được đo bằng vôn kế có điện trở cao (điện trở trong ít nhất 300 Ohm/V). Để làm điều này, một vôn kế được kết nối với các cực của pin hoặc pin. Trong trường hợp này, dòng điện sạc hoặc xả sẽ không chạy qua bộ tích lũy (pin).

EMF cân bằng của pin chì, giống như bất kỳ nguồn dòng hóa học nào, phụ thuộc vào tính chất vật lý và hóa học của các chất tham gia vào quá trình tạo ra dòng điện và hoàn toàn độc lập với kích thước và hình dạng của các điện cực, cũng như lượng hoạt chất và chất điện phân. Đồng thời, trong pin axit chì, chất điện phân tham gia trực tiếp vào quá trình hình thành dòng điện trên các điện cực của pin và thay đổi mật độ của nó tùy thuộc vào mức độ sạc của pin. Do đó, EMF cân bằng, lần lượt là hàm của mật độ

Sự thay đổi sức điện động của pin theo hàm của nhiệt độ là rất nhỏ và có thể bỏ qua trong quá trình hoạt động.

Điện áp sạc và xả

Sự chênh lệch điện thế ở các cực của ắc quy (ắc quy) trong quá trình sạc hoặc xả khi có dòng điện ở mạch ngoài thường được gọi là điện áp của ắc quy (ắc quy). Sự hiện diện của điện trở trong của pin dẫn đến thực tế là điện áp của nó khi phóng điện luôn nhỏ hơn EMF và khi sạc luôn lớn hơn EMF.

Khi sạc pin, điện áp ở các cực của nó phải lớn hơn lực điện động của nó một lượng tổn thất bên trong. Khi bắt đầu sạc, hiện tượng tăng vọt điện áp xảy ra do tổn thất ohmic bên trong pin, sau đó điện áp tăng mạnh do thế phân cực, nguyên nhân chủ yếu là do mật độ chất điện phân trong các lỗ của pin tăng nhanh. khối lượng hoạt động. Tiếp theo, điện áp tăng chậm xảy ra, chủ yếu là do emf của pin tăng do mật độ chất điện phân tăng.

Sau khi lượng chì sunfat chính được chuyển hóa thành PbO2 và Pb, năng lượng tiêu hao ngày càng gây ra sự phân hủy nước (điện phân), lượng ion hydro và oxy dư thừa xuất hiện trong chất điện phân càng làm tăng thêm hiệu điện thế giữa các điện cực đối diện. Điều này dẫn đến điện áp sạc tăng nhanh, làm tăng tốc quá trình phân hủy nước. Các ion hydro và oxy thu được không tương tác với các vật liệu hoạt động. Chúng kết hợp lại thành các phân tử trung tính và thoát ra khỏi chất điện phân dưới dạng bọt khí (oxy thoát ra ở cực dương, hydro thoát ra ở cực âm), khiến chất điện phân “sôi”.

Nếu bạn tiếp tục quá trình sạc, bạn có thể thấy rằng sự gia tăng mật độ của chất điện phân và điện áp sạc trên thực tế đã dừng lại, vì gần như toàn bộ chì sunfat đã phản ứng và toàn bộ năng lượng cung cấp cho pin giờ đây chỉ được sử dụng cho xảy ra một quá trình phụ - sự phân hủy điện phân của nước. Điều này giải thích sự ổn định của điện áp sạc, được coi là một trong những dấu hiệu của sự kết thúc quá trình sạc.

Sau khi quá trình sạc dừng, tức là nguồn bên ngoài bị tắt, điện áp ở các cực của pin giảm mạnh đến giá trị EMF không cân bằng của nó hoặc xuống giá trị tổn hao bên trong ohmic. Sau đó, EMF giảm dần (do giảm mật độ chất điện phân trong các lỗ của khối hoạt động), tiếp tục cho đến khi nồng độ chất điện phân trong thể tích của pin và các lỗ của khối hoạt động được cân bằng hoàn toàn , tương ứng với việc thiết lập EMF cân bằng.

Khi pin được xả, điện áp ở các cực của pin sẽ nhỏ hơn lực điện động bằng mức điện áp rơi bên trong.

Khi bắt đầu phóng điện, điện áp của pin giảm mạnh do tổn thất ohmic và độ phân cực gây ra do sự giảm nồng độ chất điện phân trong các lỗ của khối hoạt động, tức là sự phân cực nồng độ. Hơn nữa, trong quá trình phóng điện ở trạng thái ổn định (đứng yên), mật độ chất điện phân trong thể tích pin giảm, khiến điện áp phóng điện giảm dần. Đồng thời, tỷ lệ hàm lượng chì sunfat trong khối lượng hoạt động thay đổi, điều này cũng gây ra sự gia tăng tổn thất điện trở. Trong trường hợp này, các hạt chì sunfat (có thể tích gấp khoảng ba lần so với các hạt chì và dioxit mà chúng được hình thành) sẽ đóng các lỗ của khối hoạt tính, do đó ngăn chặn sự di chuyển của chất điện phân vào độ sâu của các điện cực. Điều này gây ra sự gia tăng độ phân cực nồng độ, dẫn đến điện áp phóng điện giảm nhanh hơn.

Khi quá trình phóng điện dừng lại, điện áp ở các cực của pin nhanh chóng tăng theo lượng tổn thất ohmic, đạt đến giá trị EMF không cân bằng. Một sự thay đổi nữa về EMF do sự cân bằng nồng độ chất điện phân trong lỗ của khối hoạt động và thể tích của pin dẫn đến việc thiết lập dần dần giá trị EMF cân bằng.

Điện áp của pin trong quá trình phóng điện được xác định chủ yếu bởi nhiệt độ của chất điện phân và cường độ dòng phóng điện. Như đã nêu ở trên, điện trở của ắc quy chì (pin) không đáng kể và ở trạng thái tích điện chỉ vài milliOhm. Tuy nhiên, ở dòng phóng điện của bộ khởi động cao gấp 4-7 lần công suất định mức, độ sụt điện áp bên trong có ảnh hưởng đáng kể đến điện áp phóng điện. Sự gia tăng tổn thất ohmic khi nhiệt độ giảm có liên quan đến sự gia tăng điện trở của chất điện phân. Ngoài ra, độ nhớt của chất điện phân tăng mạnh, làm phức tạp quá trình khuếch tán của nó vào các lỗ của khối hoạt động và làm tăng sự phân cực nồng độ (nghĩa là làm tăng tổn thất điện áp bên trong pin bằng cách giảm nồng độ chất điện phân trong lỗ chân lông của điện cực). Ở dòng điện lớn hơn 60 A, sự phụ thuộc của điện áp phóng điện vào cường độ dòng điện gần như tuyến tính ở mọi nhiệt độ.

Giá trị trung bình của điện áp pin trong quá trình sạc và xả được xác định là giá trị trung bình số học của các giá trị điện áp được đo trong những khoảng thời gian bằng nhau

lượt xem 6.817 Google+

EMF (Sức điện động) của pin là sự chênh lệch về điện thế khi không có mạch điện bên ngoài. Thế điện cực là tổng của thế điện cực cân bằng. Nó đặc trưng cho trạng thái của điện cực ở trạng thái nghỉ, nghĩa là không có các quá trình điện hóa và thế năng phân cực, được định nghĩa là sự khác biệt về điện thế của điện cực trong quá trình sạc (xả) và khi không có mạch điện.

Quá trình khuếch tán.

Nhờ quá trình khuếch tán, cân bằng mật độ chất điện phân trong khoang thân pin và trong các lỗ của khối hoạt động của các tấm, độ phân cực điện cực có thể được duy trì trong pin khi tắt mạch ngoài.

Tốc độ khuếch tán trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ của chất điện phân; nhiệt độ càng cao thì quá trình diễn ra càng nhanh và có thể thay đổi rất nhiều về thời gian, từ hai giờ đến một ngày. Sự hiện diện của hai thành phần điện thế trong điều kiện nhất thời dẫn đến sự phân chia thành lực điện động cân bằng và không cân bằng của pin. cũng như tính chất vật lý và hóa học của hoạt chất. Vai trò chính trong giá trị của EMF được thể hiện bởi mật độ của chất điện phân và nhiệt độ thực tế không ảnh hưởng đến nó. Sự phụ thuộc của EMF vào mật độ có thể được biểu thị bằng công thức:

E = 0,84 + p Trong đó E là suất điện động của pin (V) P là mật độ chất điện phân giảm xuống nhiệt độ 25 độ. C (g/cm3) Công thức này đúng khi mật độ làm việc của chất điện phân nằm trong khoảng 1,05 - 1,30 g/cm3. EMF không thể mô tả trực tiếp mức độ hiếm của pin. Nhưng nếu bạn đo nó ở các đầu cuối và so sánh nó với mật độ đã tính toán, thì với một mức độ xác suất nào đó, bạn có thể đánh giá tình trạng của các tấm và công suất. Ở trạng thái nghỉ, mật độ chất điện phân trong các lỗ của điện cực và trong khoang của khối đơn khối bằng nhau và bằng suất điện động ở trạng thái nghỉ. Khi kết nối người tiêu dùng hoặc nguồn điện, độ phân cực của các tấm và nồng độ chất điện phân trong lỗ của điện cực sẽ thay đổi. Điều này dẫn đến một sự thay đổi trong emf. Khi sạc, giá trị EMF tăng và khi xả thì giảm. Điều này là do sự thay đổi mật độ của chất điện phân, chất này tham gia vào các quá trình điện hóa.

Emf của pin không bằng điện áp của pin, điều này phụ thuộc vào việc có hay không có tải ở các cực của nó.

“Nếu bạn nhận thấy có lỗi trong văn bản, vui lòng dùng chuột đánh dấu chỗ này và nhấn CTRL+ENTER”

quản trị viên 25/07/2011 "Nếu bài viết hữu ích với bạn, hãy chia sẻ liên kết tới nó trên mạng xã hội"

Avtolektron.ru

Sức điện động của pin

Có thể đánh giá chính xác trạng thái sạc của pin bằng EMF không?

Sức điện động (EMF) của pin là sự chênh lệch điện thế của nó, được đo bằng mạch ngoài mở:

E = φ+ – φ–

trong đó φ+ và φ– lần lượt là điện thế của các điện cực dương và âm khi mạch ngoài mở.

EMF của một pin gồm n pin mắc nối tiếp:

Ngược lại, thế điện cực trong mạch hở thường bao gồm thế điện cực cân bằng, đặc trưng cho trạng thái cân bằng (đứng yên) của điện cực (trong trường hợp không có các quá trình nhất thời trong hệ thống điện hóa) và thế năng phân cực.

Điện thế này thường được định nghĩa là sự chênh lệch giữa điện thế của điện cực trong quá trình phóng điện hoặc nạp điện và điện thế của nó ở trạng thái cân bằng khi không có dòng điện. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng trạng thái của pin ngay sau khi tắt dòng sạc hoặc dòng xả không cân bằng do sự khác biệt về nồng độ chất điện phân trong các lỗ của điện cực và không gian giữa các điện cực. Do đó, sự phân cực của điện cực vẫn tồn tại trong pin trong một thời gian khá dài ngay cả sau khi dòng điện sạc hoặc xả bị tắt và đặc trưng trong trường hợp này là độ lệch của điện thế so với giá trị cân bằng do quá trình nhất thời, nghĩa là chủ yếu là do sự cân bằng khuếch tán của nồng độ chất điện phân trong pin từ thời điểm mạch ngoài được mở cho đến khi trạng thái cân bằng đứng yên trong pin.

Hoạt động hóa học của thuốc thử được thu thập trong hệ thống điện hóa của pin và do đó sự thay đổi suất điện động của pin phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi từ –30°С đến +50°С (trong phạm vi hoạt động của pin), suất điện động của mỗi pin trong pin chỉ thay đổi 0,04 V và có thể bỏ qua khi pin hoạt động.

Khi mật độ của chất điện phân tăng thì suất điện động tăng. Ở nhiệt độ +18°C và mật độ 1,28 g/cm3, pin (có nghĩa là một cục) có suất điện động bằng 2,12 V. Pin 6 cell có suất điện động bằng 12,72 V (6 × 2,12 V = 12,72V).

EMF không thể đánh giá chính xác trạng thái sạc của pin. EMF của pin đã xả có mật độ chất điện phân cao hơn sẽ cao hơn EMF của pin đã sạc nhưng có mật độ chất điện phân thấp hơn. Độ lớn EMF của pin đang hoạt động phụ thuộc vào mật độ chất điện phân (mức độ tích điện của nó) và thay đổi từ 1,92 đến 2,15 V.

Khi vận hành pin sạc, bằng cách đo EMF, bạn có thể phát hiện sự cố nghiêm trọng của pin (đoản mạch các tấm ở một hoặc nhiều dãy, đứt dây dẫn kết nối giữa các dãy, v.v.).

EMF được đo bằng vôn kế có điện trở cao (điện trở trong của vôn kế nhỏ hơn 300 Ohm/V). Trong quá trình đo, vôn kế được nối với các cực của pin hoặc pin. Trong trường hợp này, dòng điện sạc hoặc xả sẽ không chạy qua bộ tích lũy (pin)!

*** Lực điện động (EMF) là một đại lượng vật lý vô hướng đặc trưng cho công của các ngoại lực, nghĩa là bất kỳ lực nào có nguồn gốc phi điện tác dụng trong các mạch DC hoặc AC gần như cố định. EMF, giống như điện áp, được đo bằng vôn trong Hệ đơn vị quốc tế (SI).

orbyta.ru

27.3. Phản ứng điện hóa trong pin. Lực điện động. Sự phản kháng nội tại. Tự xả. Tấm sunfat hóa

Nếu bạn đóng mạch ngoài của pin đã sạc, một dòng điện sẽ xuất hiện. Các phản ứng sau xảy ra:

ở tấm âm

ở tấm dương

trong đó e là điện tích của electron, bằng

Cứ hai phân tử axit tiêu thụ thì bốn phân tử nước được hình thành, nhưng đồng thời hai phân tử nước cũng được tiêu thụ. Do đó, cuối cùng chỉ có hai phân tử nước được hình thành. Cộng các phương trình (27.1) và (27.2), chúng ta thu được phản ứng phóng điện cuối cùng:

Phương trình (27.1) - (27.3) nên được đọc từ trái sang phải.

Khi pin phóng điện, chì sunfat hình thành trên các tấm của cả hai cực. Axit sulfuric được tiêu thụ ở cả bản dương và bản âm, trong đó bản dương tiêu thụ nhiều axit hơn bản âm. Hai phân tử nước được hình thành ở các bản dương. Khi pin phóng điện, nồng độ chất điện phân giảm và giảm ở mức độ lớn hơn ở gần các bản cực dương.

Nếu bạn thay đổi chiều dòng điện qua pin thì chiều của phản ứng hóa học sẽ bị đảo ngược. Quá trình sạc pin sẽ bắt đầu. Phản ứng điện tích ở bản âm và bản dương có thể được biểu diễn bằng phương trình (27.1) và (27.2), và phản ứng tổng cộng theo phương trình (27.3). Bây giờ các phương trình này sẽ được đọc từ phải sang trái. Khi nạp điện, chì sunfat ở bản cực dương bị khử thành chì peroxide, ở bản cực âm nó bị khử thành chì kim loại. Trong trường hợp này, axit sulfuric được hình thành và nồng độ chất điện phân tăng lên.

Sức điện động và điện áp của pin phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là hàm lượng axit trong chất điện phân, nhiệt độ, dòng điện và hướng của nó cũng như mức độ tích điện. Viết được mối liên hệ giữa suất điện động, điện áp và dòng điện

sana như sau:

khi xuất viện

trong đó E0 là EMF có thể đảo ngược; Ep - emf phân cực; R là điện trở trong của pin.

EMF có thể đảo ngược là EMF của loại pin lý tưởng trong đó tất cả các loại tổn thất đều được loại bỏ. Trong loại pin như vậy, năng lượng nhận được trong quá trình sạc sẽ được trả lại hoàn toàn khi xả. EMF có thể đảo ngược chỉ phụ thuộc vào hàm lượng axit trong chất điện phân và nhiệt độ. Nó có thể được xác định bằng phương pháp phân tích dựa trên sức nóng hình thành của các chất phản ứng.

Pin thực ở điều kiện gần lý tưởng nếu dòng điện không đáng kể và thời gian chạy qua của nó cũng ngắn. Những điều kiện như vậy có thể được tạo ra bằng cách cân bằng điện áp pin với một số điện áp bên ngoài (tiêu chuẩn điện áp) bằng chiết áp nhạy. Điện áp đo theo cách này được gọi là điện áp mạch hở. Nó gần với EMF có thể đảo ngược. Trong bảng Bảng 27.1 cho thấy các giá trị của điện áp này tương ứng với mật độ chất điện phân từ 1.100 đến 1.300 (gọi là nhiệt độ 15°C) và nhiệt độ từ 5 đến 30°C.

Như có thể thấy từ bảng, ở mật độ chất điện phân là 1.200, điển hình cho pin cố định và nhiệt độ 25 ° C, điện áp của pin khi mạch hở là 2.046 V. Trong quá trình phóng điện, mật độ chất điện phân giảm nhẹ. Độ giảm điện áp tương ứng khi mạch hở chỉ vài phần trăm volt. Sự thay đổi điện áp mạch hở do thay đổi nhiệt độ là không đáng kể và chỉ đáng quan tâm về mặt lý thuyết.

Nếu một số dòng điện chạy qua pin theo hướng sạc hoặc xả, điện áp của pin sẽ thay đổi do sụt giảm điện áp bên trong và thay đổi lực điện động do các quá trình vật lý và hóa học phụ ở các điện cực và trong chất điện phân gây ra. Sự thay đổi lực điện động của pin do các quá trình không thể đảo ngược này gây ra được gọi là sự phân cực. Nguyên nhân chính dẫn đến sự phân cực trong pin là sự thay đổi nồng độ chất điện phân trong các lỗ của khối hoạt tính của các tấm so với nồng độ của nó trong phần còn lại của thể tích và dẫn đến sự thay đổi nồng độ của các ion chì. Khi phóng điện, axit được tiêu thụ và khi sạc, nó được hình thành. Phản ứng xảy ra trong các lỗ của khối hoạt động của các tấm và sự xâm nhập hoặc loại bỏ các phân tử axit và ion xảy ra thông qua quá trình khuếch tán. Điều thứ hai chỉ có thể xảy ra nếu có sự khác biệt nhất định về nồng độ chất điện phân trong khu vực điện cực và phần còn lại của thể tích, được đặt phù hợp với dòng điện và nhiệt độ quyết định độ nhớt của chất điện phân. Sự thay đổi nồng độ chất điện phân trong các lỗ của khối hoạt động gây ra sự thay đổi nồng độ ion chì và emf. Trong quá trình phóng điện, do nồng độ chất điện phân trong lỗ chân lông giảm, EMF giảm và trong quá trình sạc, do nồng độ chất điện phân tăng, EMF tăng lên.

Sức điện động phân cực luôn hướng về dòng điện. Nó phụ thuộc vào độ xốp của tấm, dòng điện và

nhiệt độ. Tổng của emf thuận nghịch và emf phân cực, tức là E0 ± Ep, là emf của pin dưới dòng điện hoặc emf động. Trong quá trình phóng điện, nó nhỏ hơn EMF có thể đảo ngược và trong khi sạc thì nó lớn hơn. Điện áp của pin dưới dòng điện chỉ khác với EMF động ở giá trị điện áp rơi bên trong, tương đối nhỏ. Vì vậy, điện áp của pin dưới dòng điện cũng phụ thuộc vào dòng điện và nhiệt độ. Ảnh hưởng của cái sau đến điện áp pin trong quá trình xả và sạc lớn hơn nhiều so với khi mạch hở.

Nếu bạn mở mạch pin trong khi xả điện, điện áp của nó sẽ tăng dần đến điện áp mạch hở do chất điện phân tiếp tục khuếch tán. Nếu bạn mở mạch pin trong khi sạc, điện áp của nó sẽ giảm dần đến điện áp mạch hở.

Sự bất bình đẳng về nồng độ chất điện phân trong khu vực các điện cực và phần còn lại của thể tích giúp phân biệt hoạt động của pin thật với pin lý tưởng. Khi sạc, pin hoạt động như thể nó chứa chất điện phân rất loãng và khi sạc, nó hoạt động như thể chứa chất điện phân rất đậm đặc. Chất điện phân pha loãng liên tục được trộn với chất điện phân đậm đặc hơn, đồng thời một lượng năng lượng nhất định được giải phóng dưới dạng nhiệt, nếu nồng độ bằng nhau thì có thể sử dụng được. Kết quả là, năng lượng do pin giải phóng khi xả điện sẽ nhỏ hơn năng lượng nhận được trong quá trình sạc. Mất năng lượng xảy ra do sự không hoàn hảo quá trình hóa học. Loại mất mát này là nguyên nhân chính ở pin.

Điện trở pin bên trong. Điện trở trong bao gồm điện trở của khung tấm, khối lượng hoạt động, thiết bị phân tách và chất điện phân. Cái sau chiếm phần lớn điện trở nội bộ. Điện trở của pin tăng khi phóng điện và giảm khi sạc, đó là hệ quả của sự thay đổi nồng độ dung dịch và hàm lượng lưu huỳnh.

che phủ trong khối hoạt động. Điện trở của pin thấp và chỉ đáng chú ý ở dòng phóng điện cao, khi điện áp bên trong giảm xuống một hoặc hai phần mười volt.

Pin tự xả. Tự phóng điện là sự mất mát liên tục năng lượng hóa học được lưu trữ trong pin do phản ứng bất lợi trên các tấm của cả hai cực do tạp chất có hại vô tình trong vật liệu được sử dụng hoặc tạp chất được đưa vào chất điện phân trong quá trình hoạt động. Tầm quan trọng thực tế lớn nhất là sự tự phóng điện do sự có mặt trong chất điện phân của các hợp chất kim loại khác nhau có tính điện ly cao hơn chì, ví dụ như đồng, antimon, v.v. Kim loại được giải phóng trên các bản âm và tạo thành nhiều phần tử ngắn mạch với tấm chì. Kết quả của phản ứng là chì sunfat và hydro được hình thành, giải phóng trên kim loại bị ô nhiễm. Sự tự phóng điện có thể được phát hiện bằng cách giải phóng nhẹ khí ở các tấm âm.

Trên các bản cực dương, hiện tượng tự phóng điện cũng xảy ra do phản ứng thông thường giữa chì bazơ, chì peroxide và chất điện phân, dẫn đến sự hình thành chì sunfat.

Hiện tượng tự phóng điện của pin luôn xảy ra: cả khi mạch hở và trong quá trình xả và sạc. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và mật độ của chất điện phân (Hình 27.2), và khi nhiệt độ và mật độ của chất điện phân tăng lên, khả năng tự phóng điện sẽ tăng lên (mất điện tích ở nhiệt độ 25 ° C và mật độ chất điện phân là 1,28 được lấy là 100 %). Tỷ lệ mất dung lượng của pin mới do tự xả là khoảng 0,3% mỗi ngày. Khi pin cũ đi, khả năng tự xả sẽ tăng lên.

Sự sunfat hóa bất thường của các tấm. Chì sunfat được hình thành trên các bản có cả hai cực với mỗi lần phóng điện, như có thể thấy từ phương trình phản ứng phóng điện. sunfat này có

cấu trúc tinh thể mịn và dễ dàng bị khử thành chì kim loại và chì peroxit bằng cách nạp dòng điện trên các bản có cực tính thích hợp. Do đó, sunfat hóa theo nghĩa này là một hiện tượng bình thường, tạo thành một phần không thể thiếu trong hoạt động của pin. Quá trình sunfat hóa bất thường xảy ra nếu pin bị xả quá mức, sạc quá mức một cách có hệ thống hoặc bị xả và không sử dụng trong thời gian dài hoặc nếu chúng được vận hành với mật độ chất điện phân quá cao và nhiệt độ cao. Trong những điều kiện này, tinh thể sunfat mỏng trở nên đậm đặc hơn, các tinh thể phát triển, làm tăng đáng kể khối lượng hoạt động và khó phục hồi trong quá trình sạc do điện trở cao. Khi pin không hoạt động, sự dao động nhiệt độ sẽ thúc đẩy sự hình thành sunfat. Khi nhiệt độ tăng lên, các tinh thể sunfat nhỏ hòa tan và sau đó nhiệt độ giảm xuống, sunfat kết tinh từ từ và các tinh thể phát triển. Do sự biến động của nhiệt độ, các tinh thể lớn được hình thành do các tinh thể nhỏ.

Trong các tấm sunfat, các lỗ rỗng bị tắc bởi sunfat, vật liệu hoạt động bị ép ra khỏi lưới và các tấm thường bị cong vênh. Bề mặt của tấm sunfat trở nên cứng, nhám và khi cọ xát

Chất liệu của các tấm có cảm giác như cát giữa các ngón tay của bạn. Các bản cực dương màu nâu sẫm trở nên nhạt màu hơn và xuất hiện các vết sunfat màu trắng trên bề mặt. Các tấm âm trở nên cứng, màu xám vàng. Dung lượng của pin sunfat giảm.

Quá trình sunfat hóa bắt đầu có thể được loại bỏ bằng cách sạc lâu dài với dòng điện thấp. Trong trường hợp sunfat hóa nghiêm trọng, cần có các biện pháp đặc biệt để đưa các tấm về trạng thái bình thường.

studfiles.net

Thông số ắc quy ô tô | Tất cả về pin

Chúng ta hãy xem các thông số chính của pin mà chúng ta sẽ cần khi sử dụng.

1. Lực điện động (EMF) của pin - điện áp giữa các cực của pin khi mạch ngoài mở (và tất nhiên là trong trường hợp không có bất kỳ rò rỉ nào). Trong điều kiện “hiện trường” (trong nhà để xe), có thể đo EMF bằng bất kỳ máy kiểm tra nào, trước tiên hãy tháo một trong các cực (“+” hoặc “-”) khỏi pin.

Emf của pin phụ thuộc vào mật độ và nhiệt độ của chất điện phân và hoàn toàn không phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của các điện cực, cũng như lượng chất điện phân và khối lượng hoạt động. Sự thay đổi sức điện động của pin theo hàm của nhiệt độ là rất nhỏ và có thể bỏ qua trong quá trình hoạt động. Khi mật độ của chất điện phân tăng thì suất điện động tăng. Ở nhiệt độ cộng 18°C và mật độ d = 1,28 g/cm3, pin (nghĩa là một cục pin) có suất điện động bằng 2,12 V (pin - 6 x 2,12 V = 12,72 V). Sự phụ thuộc của EMF vào mật độ chất điện phân khi mật độ thay đổi trong khoảng 1,05 1,3 g/cm3 được biểu thị bằng công thức thực nghiệm

E=0,84+d, trong đó

d - mật độ chất điện phân ở nhiệt độ cộng thêm 18°C, g/cm3.

EMF không thể đánh giá chính xác mức độ xả pin. EMF của pin đã xả có mật độ chất điện phân cao hơn sẽ cao hơn EMF của pin đã sạc nhưng có mật độ chất điện phân thấp hơn.

Bằng cách đo EMF, bạn chỉ có thể nhanh chóng phát hiện sự cố nghiêm trọng của pin (đoản mạch các tấm ở một hoặc nhiều dãy, đứt dây dẫn kết nối giữa các dãy, v.v.).

2. Điện trở trong của pin là tổng điện trở của các cực, các kết nối, tấm, chất điện phân, dải phân cách và điện trở xảy ra tại các điểm tiếp xúc của điện cực với chất điện phân. Làm sao nhiều năng lực hơn pin (số tấm) thì điện trở trong của nó càng thấp. Khi nhiệt độ giảm và khi pin phóng điện, điện trở trong của pin sẽ tăng lên. Điện áp của pin khác với emf của nó bởi lượng điện áp rơi trên điện trở trong của pin.

Khi sạc U3 = E + I x RВН,

và trong quá trình phóng điện UP = E - I x RВН, trong đó

I là dòng điện chạy qua pin, A;

RВН - điện trở trong của pin, Ohm;

E - sức điện động của pin, V.

Sự thay đổi điện áp trên pin trong quá trình sạc và xả được thể hiện trong hình. 1.

Hình.1. Sự thay đổi điện áp của pin trong quá trình sạc và xả.

1 - bắt đầu phát triển khí, 2 - tích điện, 3 - phóng điện.

Vôn máy phát điện ô tô, từ đó ắc quy được sạc, là 14,0  14,5 V. Trong ô tô, ắc quy, kể cả trong kịch bản hay nhất, trong điều kiện hoàn toàn thuận lợi, vẫn được nạp dưới mức 10 20%. Thủ phạm chính là hoạt động của máy phát điện ô tô.

Máy phát điện bắt đầu tạo ra điện áp đủ để sạc ở tốc độ 2000 vòng/phút trở lên. Tốc độ không tải 800-900 vòng/phút. Phong cách lái xe trong thành phố: tăng tốc (thời gian dưới một phút), phanh, dừng (đèn giao thông, tắc đường - thời gian từ 1 phút đến ** giờ). Điện tích chỉ xảy ra khi tăng tốc và chuyển động ở tốc độ khá tốc độ cao. Thời gian còn lại, pin sẽ cạn kiệt (đèn pha, thiết bị tiêu thụ điện khác, hệ thống báo động - suốt ngày đêm).

Tình hình được cải thiện khi lái xe ra ngoài thành phố, nhưng không nghiêm trọng. Thời gian của chuyến đi không quá dài (một lần sạc đầy pin là 12 15 giờ).

Tại điểm 1 - 14,5 V, quá trình tạo khí bắt đầu (điện phân nước thành oxy và hydro) và lượng nước tiêu thụ tăng lên. Một tác dụng khó chịu khác trong quá trình điện phân là sự ăn mòn các tấm tăng lên, do đó điện áp ở các cực của pin không được phép vượt quá 14,5 V trong thời gian dài.

Điện áp của máy phát điện ô tô (14,0 14,5 V) được chọn từ điều kiện thỏa hiệp - đảm bảo ít nhiều sạc bình thường pin đồng thời giảm sự hình thành khí (giảm lượng nước tiêu thụ, giảm nguy cơ cháy nổ, giảm tốc độ phá hủy các tấm).

Từ những điều trên, chúng ta có thể kết luận rằng pin phải được sạc đầy định kỳ, ít nhất mỗi tháng một lần bằng thiết bị bên ngoài. sạcđể giảm quá trình sunfat hóa tấm và tăng tuổi thọ.

Điện áp của ắc quy khi phóng điện bởi dòng khởi động (IP = 2 5 C20) phụ thuộc vào cường độ dòng phóng và nhiệt độ của chất điện phân. Hình 2 cho thấy đặc tính dòng điện-điện áp của pin 6ST-90 ở các nhiệt độ điện phân khác nhau. Nếu dòng phóng điện không đổi (ví dụ: IP = 3 C20, dòng 1), thì điện áp của pin trong quá trình phóng điện sẽ thấp hơn, nhiệt độ của pin càng thấp. Để duy trì điện áp không đổi trong quá trình phóng điện (dòng 2), cần giảm cường độ dòng phóng điện khi nhiệt độ pin giảm.

Hình 2. Đặc tính dòng điện của pin 6ST-90 ở các nhiệt độ điện phân khác nhau.

3. Dung lượng pin (C) là lượng điện năng mà pin cung cấp khi phóng điện đến mức điện áp thấp nhất cho phép. Dung lượng pin được biểu thị bằng Ampe-giờ (Ah). Cường độ dòng phóng điện càng lớn thì điện áp mà pin có thể phóng điện càng thấp, ví dụ, khi xác định dung lượng danh định của pin, việc phóng điện được thực hiện với dòng điện I = 0,05C20 đến điện áp 10,5 V, nhiệt độ chất điện phân phải nằm trong khoảng +(18  27) ° C và thời gian phóng điện là 20 giờ, người ta tin rằng tuổi thọ của pin sẽ hết khi dung lượng của nó là 40% C20.

Dung lượng pin ở chế độ khởi động được xác định ở nhiệt độ +25°C và dòng xả ZS20. Trong trường hợp này, thời gian phóng điện tới điện áp 6 V (một volt cho mỗi pin) phải ít nhất là 3 phút.

Khi xả pin bằng dòng điện 3S20 (nhiệt độ điện phân -18°C), điện áp pin 30 giây sau khi bắt đầu xả phải là 8,4 V (9,0 V đối với pin không cần bảo trì) và sau 150 giây không thấp hơn 6 V. Dòng điện này đôi khi còn được gọi là dòng điện khởi động nguội hoặc dòng điện khởi động, nó có thể khác với ZS20, dòng điện này được ghi trên vỏ pin bên cạnh dung lượng của nó.

Nếu sự phóng điện xảy ra ở dòng điện không đổi thì dung lượng của pin được xác định theo công thức

C = I x t ở đâu,

I - dòng phóng điện, A;

t - thời gian phóng điện, h.

Dung lượng của pin phụ thuộc vào thiết kế của nó, số lượng tấm, độ dày của chúng, vật liệu phân tách, độ xốp của vật liệu hoạt động, thiết kế của dãy tấm và các yếu tố khác. Khi hoạt động, dung lượng pin phụ thuộc vào cường độ dòng xả, nhiệt độ, chế độ xả (gián đoạn hoặc liên tục), trạng thái sạc và độ hao mòn của pin. Với dòng xả và mức độ phóng điện ngày càng tăng, cũng như nhiệt độ giảm, dung lượng pin sẽ giảm. Ở nhiệt độ thấp, tình trạng giảm dung lượng pin khi dòng phóng điện tăng lên đặc biệt nghiêm trọng. Ở nhiệt độ −20°C, khoảng 50% dung lượng pin vẫn ở nhiệt độ +20°C.

Trạng thái đầy đủ nhất của pin được thể hiện qua dung lượng của nó. Để xác định dung lượng thực tế, chỉ cần xả một viên pin đang hoạt động đã được sạc đầy với dòng điện I = 0,05 C20 (ví dụ: đối với pin có dung lượng 55 Ah, I = 0,05 x 55 = 2,75 A). Việc xả nên tiếp tục cho đến khi điện áp pin đạt 10,5 V. Thời gian xả ít nhất là 20 giờ.

Sẽ rất thuận tiện khi sử dụng đèn sợi đốt ô tô làm phụ tải khi xác định công suất. Ví dụ: để cung cấp dòng điện phóng điện 2,75 A, tại đó mức tiêu thụ điện năng sẽ là P = I x U = 2,75 A x 12,6 V = 34,65 W, chỉ cần kết nối song song một bóng đèn 21 W và một bóng đèn 15 W là đủ . Điện áp hoạt động của đèn sợi đốt trong trường hợp của chúng ta phải là 12 V. Tất nhiên, độ chính xác của việc đặt dòng điện theo cách này là “cộng hoặc trừ giày khốn”, nhưng để xác định gần đúng tình trạng của pin thì khá khó khăn. đủ, vừa rẻ vừa dễ tiếp cận.

Khi kiểm tra pin mới theo cách này, thời gian xả có thể ít hơn 20 giờ. Điều này là do chúng đạt được công suất danh nghĩa sau 3–5 chu kỳ sạc-xả hoàn chỉnh.

Dung lượng pin cũng có thể được đánh giá bằng cách sử dụng nĩa tải. Phích cắm tải bao gồm hai chân tiếp xúc, một tay cầm, một điện trở tải có thể chuyển đổi và một vôn kế. Một trong những lựa chọn khả thi được hiển thị trong Hình 3.

Hình 3. Tùy chọn tải ngã ba.

Để kiểm tra pin hiện đại, trong đó chỉ có thể tiếp cận các đầu ra đầu ra, phải sử dụng phích cắm tải 12 volt. Điện trở tải được chọn sao cho tải ắc quy có dòng điện I = 3С20 (ví dụ: với dung lượng ắc quy là 55 Ah thì điện trở tải phải tiêu thụ dòng điện I = 3С20 = 3 x 55 = 165 A). Phích cắm tải được kết nối song song với các tiếp điểm đầu ra của pin đã sạc đầy, ghi nhận thời gian điện áp đầu ra giảm từ 12,6 V xuống 6 V. Thời gian này đối với pin mới, có thể sử dụng được và được sạc đầy phải ít nhất là ba phút ở nhiệt độ điện phân +25° VỚI.

4. Pin tự xả. Tự xả là hiện tượng giảm dung lượng pin khi mạch ngoài mở, tức là khi không hoạt động. Hiện tượng này là do quá trình oxi hóa khử xảy ra tự phát trên cả điện cực âm và điện cực dương.

Điện cực âm đặc biệt dễ bị tự phóng điện do sự hòa tan tự phát của chì (khối lượng hoạt động âm) trong dung dịch axit sulfuric.

Sự tự phóng điện của điện cực âm đi kèm với việc giải phóng khí hydro. Tốc độ hòa tan tự phát của chì tăng đáng kể khi tăng nồng độ chất điện phân. Việc tăng mật độ chất điện phân từ 1,27 lên 1,32 g/cm3 dẫn đến tốc độ tự phóng điện của điện cực âm tăng 40%.

Khả năng tự xả của pin phần lớn phụ thuộc vào nhiệt độ của chất điện phân. Khi nhiệt độ giảm, khả năng tự phóng điện giảm. Ở nhiệt độ dưới 0°C đối với pin mới, nó gần như dừng lại. Do đó, nên bảo quản pin ở trạng thái đã sạc ở nhiệt độ thấp (xuống -30°C). Tất cả điều này được thể hiện trong Hình 4.

Hình 4. Sự phụ thuộc của khả năng tự xả của pin vào nhiệt độ.

Trong quá trình hoạt động, khả năng tự phóng điện không ổn định và tăng mạnh khi hết tuổi thọ sử dụng.

Để giảm khả năng tự phóng điện, cần sử dụng những nguyên liệu tinh khiết nhất có thể để sản xuất pin, chỉ sử dụng axit sulfuric tinh khiết và nước cất để chuẩn bị chất điện phân, cả trong quá trình sản xuất và vận hành.

Thông thường, mức độ tự phóng điện được biểu thị bằng phần trăm tổn thất công suất trong một khoảng thời gian xác định. Việc tự xả pin được coi là bình thường nếu nó không vượt quá 1% mỗi ngày hoặc 30% dung lượng pin mỗi tháng.

5. Thời hạn sử dụng của pin mới. Hiện nay ắc quy ô tôđược nhà sản xuất sản xuất chỉ ở trạng thái tích điện khô. Thời hạn sử dụng của pin khi không hoạt động rất hạn chế và không quá 2 năm ( thời hạn bảo lãnh bảo quản 1 năm).

6. Tuổi thọ của ắc quy axit chì ô tô ít nhất là 4 năm, tùy thuộc vào các điều kiện vận hành do nhà máy thiết lập. Theo kinh nghiệm của tôi, sáu cục pin có tuổi thọ mỗi cục là bốn năm, và một cục pin bền nhất có tuổi thọ tám năm.

akkumulyator.reglinez.org

Sức điện động của pin - EMF

điện, điện, pin

Pin - Emf của pin - Sức điện động

Emf của pin không được kết nối với tải trung bình là 2 Volts. Nó không phụ thuộc vào kích thước của pin và kích thước các tấm của nó mà được xác định bởi sự khác biệt về hoạt chất của các tấm dương và âm. Trong giới hạn nhỏ, suất điện động có thể thay đổi tùy theo các yếu tố bên ngoài, trong đó mật độ của chất điện phân, tức là hàm lượng axit lớn hơn hoặc nhỏ hơn trong dung dịch, có tầm quan trọng thực tế.

Sức điện động của pin đã xả có chất điện phân mật độ cao sẽ lớn hơn suất điện động của pin đã sạc có dung dịch axit yếu hơn. Do đó, không nên đánh giá mức độ sạc của pin có mật độ ban đầu không xác định của dung dịch dựa trên số đọc của thiết bị khi đo emf mà không có tải kết nối. Pin có điện trở trong không đổi mà thay đổi trong quá trình sạc và xả tùy thuộc vào thành phần hóa học của các hoạt chất. Một trong những yếu tố rõ ràng nhất ảnh hưởng đến điện trở của pin là chất điện phân. Vì điện trở của chất điện phân không chỉ phụ thuộc vào nồng độ của nó mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ nên điện trở của pin cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của chất điện phân. Khi nhiệt độ tăng, điện trở giảm. Sự hiện diện của các dải phân cách cũng làm tăng điện trở trong của các phần tử. Một yếu tố khác làm tăng điện trở của phần tử là điện trở của vật liệu hoạt động và lưới điện. Ngoài ra, điện trở của pin còn bị ảnh hưởng bởi mức độ sạc. Chì sunfat, hình thành trong quá trình phóng điện trên cả bản cực dương và bản âm, không dẫn điện và sự hiện diện của nó làm tăng đáng kể điện trở đối với dòng điện đi qua. Sunfat đóng các lỗ của các tấm khi tấm này ở trạng thái tích điện, và do đó ngăn chặn sự tiếp cận tự do của chất điện phân với vật liệu hoạt động. Do đó, khi phần tử được tích điện, điện trở của nó nhỏ hơn ở trạng thái phóng điện.

roadmachine.ru

Sức điện động - ắc quy - Bách khoa toàn thư về dầu khí, bài, trang 1

Sức điện động - pin

Trang 1

suất điện động của một cục pin gồm hai nhóm ba pin mắc nối tiếp trong mỗi nhóm song song là 4 5 V, dòng điện trong mạch là 1 5 A và hiệu điện thế là 4 2 V.

suất điện động của pin là 18V.

suất điện động của một cục pin gồm ba cục pin giống hệt nhau mắc nối tiếp là 4 2 V. Hiệu điện thế của cục pin khi bị chập mạch đến điện trở ngoài 20 Ohms là 4 V.

suất điện động của một cục pin gồm ba cục pin giống hệt nhau mắc nối tiếp là 4V 2V. Điện áp của pin khi bị chập tới điện trở ngoài 20 ohms là 4 V.

suất điện động của một cục pin gồm ba cục pin mắc song song là 1,5 V, điện trở ngoài là 2,8 ôm, dòng điện trong mạch là 0,5 A.

Om - m; U là suất điện động của pin, V; / - cường độ dòng điện, A; K là hệ số không đổi của thiết bị.

Vì vậy, lớp phủ như vậy nhất thiết phải làm giảm sức điện động của pin.

Khi mắc song song (xem Hình 14), suất điện động của pin vẫn xấp xỉ bằng suất điện động của một phần tử nhưng dung lượng pin tăng lên n lần.

Vì vậy, khi n nguồn dòng điện giống hệt nhau mắc nối tiếp, suất điện động của pin thu được lớn hơn n lần so với suất điện động của một nguồn dòng riêng biệt, nhưng trong trường hợp này không chỉ các suất điện động tăng lên mà cả nội lực cũng tăng lên. điện trở của nguồn dòng điện. Kết nối này có lợi khi điện trở ngoài của mạch rất cao so với điện trở trong.

Đơn vị thực tế của sức điện động được gọi là vôn và không khác lắm so với sức điện động của pin Daniel.

Lưu ý rằng điện tích ban đầu của tụ điện và do đó điện áp trên nó được tạo ra bởi suất điện động của pin. Mặt khác, độ lệch ban đầu của vật được tạo ra bởi một lực tác dụng từ bên ngoài. Như vậy, lực tác dụng lên hệ dao động cơ có vai trò tương tự như lực điện động tác dụng lên hệ dao động điện.

Lưu ý rằng điện tích ban đầu của tụ điện và do đó điện áp trên nó được tạo ra bởi suất điện động của pin. Mặt khác, độ lệch ban đầu của thân được tạo ra bởi lớp silicon bên ngoài. Như vậy, lực tác dụng lên hệ dao động cơ có vai trò tương tự như lực điện động tác dụng lên hệ dao động điện.

Trang: 1 2

www.ngpedia.ru

công thức EMF

Đây là công của các ngoại lực và là độ lớn của điện tích.

Đơn vị đo điện áp là V (V).

EMF là một đại lượng vô hướng. Trong một mạch kín, EMF bằng công thực hiện bởi các lực làm di chuyển một điện tích tương tự dọc theo toàn bộ mạch. Trong trường hợp này, dòng điện trong mạch và bên trong nguồn dòng sẽ chạy ngược chiều nhau. Công bên ngoài tạo ra EMF không được có nguồn gốc điện (lực Lorentz, cảm ứng điện từ, lực ly tâm, lực phát sinh trong các phản ứng hóa học). Công việc này là cần thiết để khắc phục lực đẩy của các hạt mang dòng điện bên trong nguồn.

Nếu có dòng điện chạy trong mạch thì emf bằng tổng điện áp rơi trong toàn mạch.

Ví dụ giải các bài toán về chủ đề “Sức điện động”

Mục đích của pin khởi động
Cơ sở lý thuyết về sự chuyển hóa năng lượng hóa học thành năng lượng điện
Pin yếu
Sạc pin
Tiêu thụ thuốc thử tạo dòng chính
Lực điện động
Kháng nội bộ
Điện áp sạc và xả
Dung lượng pin
Năng lượng và năng lượng của pin
Pin tự xả

Mục đích của pin khởi động

Chức năng chính của pin là khởi động động cơ đáng tin cậy. Một chức năng khác là bộ đệm năng lượng khi động cơ đang chạy. Thật vậy, cùng với các đối tượng tiêu dùng truyền thống, nhiều thiết bị dịch vụ bổ sung đã xuất hiện nhằm cải thiện sự thoải mái cho người lái và an toàn giao thông. Pin bù đắp sự thiếu hụt năng lượng khi lái xe trong đô thị với các điểm dừng thường xuyên và dài, khi máy phát điện không thể luôn cung cấp công suất đầu ra cần thiết để cung cấp đầy đủ cho tất cả người tiêu dùng đã bật. Chức năng vận hành thứ ba là cung cấp điện khi động cơ tắt. Tuy nhiên, việc sử dụng các thiết bị điện trong thời gian dài khi đỗ xe mà động cơ không chạy (hoặc động cơ đang chạy không hoạt động). Chạy không tải), dẫn đến xả pin sâu và giảm mạnh đặc tính khởi động của nó.

Pin cũng được dùng để cung cấp điện khẩn cấp. Nếu máy phát điện, bộ chỉnh lưu, bộ điều chỉnh điện áp bị hỏng hoặc dây đai máy phát điện bị đứt thì phải đảm bảo hoạt động của tất cả các hộ tiêu thụ cần thiết để di chuyển an toàn đến trạm dịch vụ gần nhất.

Vì vậy, ắc quy khởi động phải đáp ứng được những yêu cầu cơ bản sau:

Cung cấp dòng phóng điện cần thiết để bộ khởi động hoạt động, nghĩa là có điện trở trong thấp để giảm thiểu tổn thất điện áp bên trong pin;

Cung cấp số lần thử cần thiết để khởi động động cơ trong một khoảng thời gian nhất định, nghĩa là có lượng năng lượng phóng điện dự trữ cần thiết của bộ khởi động;

Có đủ thêm sức mạnh và năng lượng tối thiểu kích thước có thể và khối lượng;

Có nguồn năng lượng dự trữ để cung cấp cho người tiêu dùng khi động cơ không chạy hoặc đang hoạt động. Trương hợp khẩn câp(Khả năng dự trữ);

Duy trì điện áp cần thiết cho hoạt động của bộ khởi động khi nhiệt độ giảm xuống trong giới hạn quy định (dòng khởi động nguội);

Duy trì khả năng hoạt động trong thời gian dài ở nhiệt độ cao (lên tới 70 "C) môi trường;

Nhận phí để khôi phục công suất sử dụng để khởi động động cơ và cung cấp năng lượng cho các thiết bị tiêu dùng khác từ máy phát điện trong khi động cơ đang chạy (nhận phí);

Không yêu cầu đào tạo hoặc bảo trì người dùng đặc biệt trong quá trình vận hành;

Có độ bền cơ học cao tương ứng với điều kiện vận hành;

Duy trì các đặc tính hiệu suất được chỉ định trong một thời gian dài trong quá trình vận hành (tuổi thọ sử dụng);

Có khả năng tự xả không đáng kể;

Có chi phí thấp.

Cơ sở lý thuyết về sự chuyển hóa năng lượng hóa học thành năng lượng điện

Nguồn dòng hóa học là một thiết bị trong đó, do xảy ra các phản ứng hóa học oxi hóa khử tách biệt trong không gian, năng lượng tự do của chúng được chuyển thành năng lượng điện. Dựa trên tính chất công việc của họ, các nguồn này được chia thành hai nhóm:

Nguồn dòng điện hóa học sơ cấp hoặc tế bào điện;

Nguồn thứ cấp hoặc pin điện.

Các nguồn sơ cấp chỉ cho phép sử dụng một lần, vì các chất hình thành trong quá trình phóng điện của chúng không thể chuyển đổi thành hoạt chất ban đầu. Theo quy luật, một tế bào điện đã được xả hoàn toàn không phù hợp để thực hiện công việc tiếp theo - đó là nguồn năng lượng không thể đảo ngược.

Nguồn dòng hóa học thứ cấp là nguồn năng lượng có thể đảo ngược - sau khi phóng điện sâu tùy ý, chức năng của chúng có thể được phục hồi hoàn toàn bằng cách sạc. Để làm được điều này, chỉ cần đi qua nguồn thứ cấp là đủ điện theo hướng ngược lại với hướng mà nó chảy trong quá trình phóng điện. Trong quá trình sạc, các chất hình thành trong quá trình phóng điện sẽ biến thành các vật liệu hoạt động ban đầu. Đây là cách năng lượng tự do của nguồn dòng hóa học được chuyển đổi nhiều lần thành năng lượng điện (xả pin) và chuyển đổi ngược lại năng lượng điện thành năng lượng tự do của nguồn dòng hóa chất (sạc pin).

Sự truyền dòng điện qua hệ thống điện hóa có liên quan đến các phản ứng hóa học (biến đổi) xảy ra. Do đó, có một mối quan hệ giữa lượng chất tham gia phản ứng điện hóa và trải qua các biến đổi với lượng điện tiêu hao hoặc giải phóng, được thiết lập bởi Michael Faraday.

Theo định luật Faraday thứ nhất, khối lượng của một chất tham gia phản ứng điện cực hoặc phát sinh từ sự xuất hiện của nó tỷ lệ thuận với lượng điện đi qua hệ thống.

Theo định luật thứ hai của Faraday, với một lượng điện bằng nhau đi qua hệ thống, khối lượng của các chất phản ứng có liên hệ với nhau như những đương lượng hóa học của chúng.

Trong thực tế, một lượng nhỏ chất bị biến đổi điện hóa hơn theo định luật Faraday - khi dòng điện chạy qua, ngoài các phản ứng điện hóa chính còn xảy ra các phản ứng song song hoặc thứ cấp (phụ) làm thay đổi khối lượng của sản phẩm. Để tính đến ảnh hưởng của những phản ứng như vậy, khái niệm hiệu suất dòng điện đã được đưa ra.

Dòng điện đầu ra là phần điện năng đi qua hệ thống gây ra phản ứng điện hóa chính đang được xem xét.

Pin yếu

Các hoạt chất của pin chì tích điện tham gia vào quá trình tạo ra dòng điện là:

Điện cực dương chứa chì dioxide ( Nâu sâm);

Trên cực âm có chì xốp ( xám);

Chất điện phân là dung dịch nước của axit sunfuric.

Một số phân tử axit trong dung dịch nước luôn phân ly thành các ion hydro tích điện dương và các ion sunfat tích điện âm.

Chì, là khối lượng hoạt động của điện cực âm, hòa tan một phần trong chất điện phân và oxy hóa trong dung dịch tạo thành các ion dương. Các electron dư thừa được giải phóng trong trường hợp này truyền điện tích âm vào điện cực và bắt đầu di chuyển dọc theo phần kín của mạch ngoài đến điện cực dương.

Các ion chì tích điện dương phản ứng với các ion sunfat tích điện âm tạo thành chì sunfat, chất này ít hòa tan và do đó lắng đọng trên bề mặt điện cực âm. Trong quá trình xả pin, khối lượng hoạt động của điện cực âm được chuyển đổi từ chì xốp sang chì sunfat với sự thay đổi màu sắc từ xám sang xám nhạt.

Chì dioxide của điện cực dương hòa tan trong chất điện phân với số lượng ít hơn nhiều so với chì của điện cực âm. Khi tương tác với nước, nó phân ly (phân ly trong dung dịch thành các hạt tích điện - ion), tạo thành ion chì hóa trị bốn và ion hydroxyl.

Các ion truyền điện thế dương cho điện cực và bằng cách thêm các electron đi qua mạch ngoài từ điện cực âm, chúng sẽ bị khử thành các ion chì hóa trị hai.

Các ion tương tác với các ion, tạo thành chì sunfat, vì lý do nêu trên, chì này cũng lắng đọng trên bề mặt của điện cực dương, giống như trường hợp của cực âm. Khi quá trình phóng điện diễn ra, khối lượng hoạt động của điện cực dương được chuyển đổi từ chì dioxide thành chì sunfat, đổi màu từ nâu sẫm sang nâu nhạt.

Khi pin phóng điện, các vật liệu hoạt động ở cả điện cực dương và âm sẽ được chuyển thành chì sunfat. Trong trường hợp này, axit sulfuric được tiêu thụ để tạo thành chì sunfat và nước được hình thành từ các ion được giải phóng, dẫn đến giảm mật độ của chất điện phân trong quá trình phóng điện.

Sạc pin

Chất điện phân của cả hai điện cực đều chứa một lượng nhỏ chì sunfat và ion nước. Dưới tác dụng của nguồn điện áp dòng điện một chiều, trong mạch có pin sạc, chuyển động có hướng của các electron về cực âm của pin được thiết lập ở mạch ngoài.

Các ion chì hóa trị hai ở điện cực âm bị trung hòa (khử) bởi hai electron tới, biến khối lượng hoạt động của điện cực âm thành chì xốp kim loại. Các ion tự do còn lại tạo thành axit sunfuric

Ở điện cực dương dưới tác dụng hiện tại đang sạc các ion chì hóa trị hai nhường hai electron, oxy hóa thành các ion hóa trị bốn. Loại thứ hai, kết hợp thông qua các phản ứng trung gian với hai ion oxy, tạo thành chì dioxide, được giải phóng ở điện cực. Các ion và, giống như các ion của điện cực âm, tạo thành axit sulfuric, do đó mật độ của chất điện phân tăng lên trong quá trình sạc.

Khi quá trình biến đổi các chất trong khối lượng hoạt động của điện cực dương và âm hoàn thành, mật độ của chất điện phân sẽ ngừng thay đổi, đây là dấu hiệu cho thấy pin đã hết pin. Với việc tiếp tục tích điện, cái gọi là quá trình thứ cấp xảy ra - sự phân hủy điện phân của nước thành oxy và hydro. Phát ra từ chất điện phân dưới dạng bọt khí, chúng tạo ra hiệu ứng sôi mạnh, đây cũng là dấu hiệu cho thấy quá trình sạc đã kết thúc.

Tiêu thụ thuốc thử tạo dòng chính

Để đạt được công suất một ampe giờ khi xả hết pin, điều cần thiết là những chất sau đây tham gia vào phản ứng:

4,463 g chì dioxit

3,886 g chì xốp

3,660 g axit sunfuric

Tổng lượng vật liệu tiêu hao theo lý thuyết để đạt được 1 Ah ( tiêu dùng cụ thể vật liệu) điện là 11,989 g/Ah, công suất riêng theo lý thuyết là 83,41 Ah/kg.

Với điện áp danh định của pin là 2 V, mức tiêu hao vật liệu cụ thể theo lý thuyết trên một đơn vị năng lượng là 5,995 g/Wh và năng lượng riêng của pin sẽ là 166,82 Wh/kg.

Tuy nhiên, trên thực tế khó có thể đạt được sử dụng đầy đủ vật liệu hoạt động tham gia vào quá trình tạo ra dòng điện. Khoảng một nửa bề mặt của khối hoạt động không thể tiếp cận được với chất điện phân, vì nó làm cơ sở cho việc xây dựng một khung xốp xốp đảm bảo độ bền cơ học của vật liệu. Do đó, hệ số sử dụng thực tế của khối lượng hoạt động của điện cực dương là 45-55% và của điện cực âm là 50-65%. Ngoài ra, dung dịch axit sulfuric 35-38% được sử dụng làm chất điện phân. Do đó, giá trị tiêu hao cụ thể thực tế của vật liệu cao hơn nhiều và giá trị thực của công suất cụ thể và năng lượng cụ thể thấp hơn nhiều so với lý thuyết.

Lực điện động

Sức điện động (EMF) của pin E là sự chênh lệch điện thế của nó, được đo khi mạch ngoài mở.

EMF của một cục pin gồm n pin mắc nối tiếp.

Cần phân biệt giữa EMF cân bằng của pin và EMF không cân bằng của pin trong thời gian từ khi mở mạch đến khi thiết lập trạng thái cân bằng (giai đoạn của quá trình chuyển tiếp).

EMF được đo bằng vôn kế có điện trở cao (điện trở trong ít nhất 300 Ohm/V). Để làm điều này, một vôn kế được kết nối với các cực của pin hoặc pin. Trong trường hợp này, dòng điện sạc hoặc xả sẽ không chạy qua bộ tích lũy (pin).

Sự thay đổi sức điện động của pin theo hàm của nhiệt độ là rất nhỏ và có thể bỏ qua trong quá trình hoạt động.

Kháng nội bộ

Điện trở do pin cung cấp cho dòng điện chạy bên trong nó (sạc hoặc xả) thường được gọi là điện trở trong của pin.

Điện trở của vật liệu hoạt động của điện cực dương và âm, cũng như điện trở của chất điện phân, thay đổi tùy thuộc vào trạng thái sạc của pin. Ngoài ra, điện trở của chất điện phân phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.

Do đó, điện trở ohm còn phụ thuộc vào trạng thái tích điện của pin và nhiệt độ của chất điện phân.

Điện trở phân cực phụ thuộc vào cường độ dòng phóng điện (sạc) và nhiệt độ và không tuân theo định luật Ohm.

Điện trở trong của một pin và thậm chí cả pin gồm nhiều pin mắc nối tiếp là không đáng kể và chỉ bằng vài phần nghìn ohm khi được sạc. Tuy nhiên, trong quá trình xả nó thay đổi đáng kể.

Độ dẫn điện của khối lượng hoạt động giảm ở điện cực dương khoảng 20 lần và ở điện cực âm khoảng 10 lần. Độ dẫn điện của chất điện phân cũng thay đổi tùy theo mật độ của nó. Khi mật độ chất điện phân tăng từ 1,00 lên 1,70 g/cm3, độ dẫn điện của nó đầu tiên tăng đến giá trị tối đa và sau đó lại giảm.

Khi pin xả điện, mật độ chất điện phân giảm từ 1,28 g/cm3 xuống 1,09 g/cm3, dẫn đến độ dẫn điện của pin giảm gần 2,5 lần. Kết quả là điện trở ohm của pin tăng lên khi nó phóng điện. Ở trạng thái phóng điện, điện trở đạt giá trị cao hơn 2 lần so với giá trị ở trạng thái tích điện.

Ngoài trạng thái sạc, nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến điện trở của pin. Khi nhiệt độ giảm, điện trở riêng của chất điện phân tăng và ở nhiệt độ -40 °C, nó trở nên lớn hơn khoảng 8 lần so với ở +30 °C. Điện trở của các dải phân cách cũng tăng mạnh khi nhiệt độ giảm và trong cùng khoảng nhiệt độ tăng gần 4 lần. Đây là yếu tố quyết định việc tăng nội trở của pin ở nhiệt độ thấp.

Điện áp sạc và xả

Khi sạc pin, điện áp ở các cực của nó phải lớn hơn lực điện động của nó một lượng tổn thất bên trong.

Khi bắt đầu sạc, hiện tượng tăng vọt điện áp xảy ra do tổn thất ohmic bên trong pin, sau đó điện áp tăng mạnh do thế phân cực, nguyên nhân chủ yếu là do mật độ chất điện phân trong các lỗ của pin tăng nhanh. khối lượng hoạt động. Tiếp theo, điện áp tăng chậm xảy ra, chủ yếu là do emf của pin tăng do mật độ chất điện phân tăng.

Khi pin được xả, điện áp ở các cực của pin sẽ nhỏ hơn lực điện động bằng mức điện áp rơi bên trong.

Điều này gây ra sự gia tăng độ phân cực nồng độ, dẫn đến điện áp phóng điện giảm nhanh hơn.

Ở dòng điện lớn hơn 60 A, sự phụ thuộc của điện áp phóng điện vào cường độ dòng điện gần như tuyến tính ở mọi nhiệt độ.

Giá trị trung bình của điện áp pin trong quá trình sạc và xả được xác định là giá trị trung bình số học của các giá trị điện áp được đo trong những khoảng thời gian bằng nhau.

Dung lượng pin

Dung lượng pin là lượng điện nhận được từ pin khi nó được xả đến điện áp cuối cùng được chỉ định. Trong tính toán thực tế, dung lượng pin thường được biểu thị bằng ampe-giờ (Ah). Công suất phóng điện có thể được tính bằng cách nhân dòng phóng điện với thời gian phóng điện.

Dung lượng xả mà pin được nhà sản xuất thiết kế và chỉ định được gọi là dung lượng danh nghĩa.

Ngoài ra, một chỉ số quan trọng cũng là dung lượng được truyền vào pin khi sạc.

Khả năng xả phụ thuộc vào một số thông số thiết kế và công nghệ của pin, cũng như điều kiện hoạt động của nó. Các thông số thiết kế quan trọng nhất là khối lượng hoạt tính và chất điện phân, độ dày và kích thước hình học của các điện cực pin. Các thông số công nghệ chính ảnh hưởng đến dung lượng pin là công thức của vật liệu hoạt tính và độ xốp của chúng. Các thông số vận hành - nhiệt độ chất điện phân và dòng phóng điện - cũng có tác động đáng kể đến khả năng phóng điện. Một chỉ số chung đặc trưng cho hiệu quả của pin là tốc độ sử dụng các vật liệu hoạt động.

Về mặt lý thuyết, để có được công suất 1 Ah, như đã nêu ở trên, cần có 4,463 g chì dioxide, 3,886 g chì xốp và 3,66 g axit sulfuric. Mức tiêu thụ riêng theo lý thuyết của khối lượng hoạt động của các điện cực là 8,32 g/Ah. Trong pin thực, mức tiêu thụ cụ thể của vật liệu hoạt động ở chế độ xả 20 giờ và nhiệt độ điện phân 25 ° C dao động từ 15,0 đến 18,5 g/Ah, tương ứng với tỷ lệ sử dụng khối lượng hoạt động là 45-55%. Do đó, mức tiêu thụ thực tế của khối lượng hoạt động vượt quá giá trị lý thuyết từ 2 lần trở lên.

Mức độ sử dụng khối lượng hoạt động và do đó giá trị của khả năng phóng điện bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chính sau.

Độ xốp của khối lượng hoạt động. Với độ xốp ngày càng tăng, các điều kiện để khuếch tán chất điện phân vào độ sâu của khối hoạt động của điện cực được cải thiện và bề mặt thực tế nơi xảy ra phản ứng tạo ra dòng điện sẽ tăng lên. Khi độ xốp tăng lên thì khả năng xả tăng lên. Lượng độ xốp phụ thuộc vào kích thước hạt của bột chì và công thức chuẩn bị khối lượng hoạt tính, cũng như các chất phụ gia được sử dụng. Hơn nữa, sự gia tăng độ xốp dẫn đến giảm độ bền do quá trình phá hủy các khối hoạt động có độ xốp cao tăng nhanh. Do đó, giá trị độ xốp được các nhà sản xuất lựa chọn không chỉ tính đến đặc tính điện dung cao mà còn đảm bảo độ bền cần thiết của pin khi hoạt động. Hiện tại, độ xốp trong khoảng 46-60% được coi là tối ưu, tùy thuộc vào mục đích sử dụng của pin.

Độ dày điện cực. Khi độ dày giảm, tải trọng không đồng đều của lớp bên ngoài và bên trong của khối lượng hoạt động của điện cực giảm, giúp tăng khả năng phóng điện. Đối với các điện cực dày hơn, các lớp bên trong của khối hoạt tính được sử dụng rất ít, đặc biệt là trong quá trình phóng điện dòng điện cao. Do đó, khi dòng phóng điện tăng lên, sự khác biệt về dung lượng của pin với các điện cực có độ dày khác nhau sẽ giảm mạnh.

Độ xốp và tính hợp lý của thiết kế vật liệu phân tách. Với sự gia tăng độ xốp của dải phân cách và chiều cao của các gân của nó, việc cung cấp chất điện phân trong khe hở giữa các điện cực sẽ tăng lên và các điều kiện khuếch tán của nó được cải thiện.

Mật độ chất điện phân. Ảnh hưởng đến dung lượng pin và tuổi thọ của nó. Khi mật độ của chất điện phân tăng lên, điện dung của các điện cực dương tăng lên và điện dung của các điện cực âm, đặc biệt là ở nhiệt độ âm, giảm do sự tăng tốc thụ động của bề mặt điện cực. Mật độ tăng cũng ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ của pin do quá trình ăn mòn trên điện cực dương tăng nhanh. Do đó, mật độ chất điện phân tối ưu được thiết lập dựa trên tổng thể các yêu cầu và điều kiện vận hành pin. Ví dụ, đối với ắc quy khởi động hoạt động ở vùng khí hậu ôn đới, mật độ chất điện phân hoạt động được khuyến nghị là 1,26-1,28 g/cm3 và đối với các khu vực có khí hậu nóng (nhiệt đới) là 1,22-1,24 g/cm3.

Cường độ dòng phóng mà pin phải được xả liên tục trong một thời gian nhất định (đặc trưng cho chế độ xả). Chế độ xả thường được chia thành dài và ngắn. Ở chế độ dài hạn, sự phóng điện xảy ra ở dòng điện thấp trong vài giờ. Ví dụ: xả 5, 10 và 20 giờ. Khi phóng điện ngắn hoặc phóng điện khi khởi động, dòng điện lớn hơn nhiều lần so với công suất định mức của pin và quá trình phóng điện kéo dài vài phút hoặc vài giây. Khi dòng phóng điện tăng, tốc độ phóng điện của các lớp bề mặt của khối hoạt động tăng theo đến một mức độ lớn hơn hơn những cái sâu. Kết quả là sự phát triển của chì sunfat ở miệng lỗ chân lông xảy ra nhanh hơn ở độ sâu và lỗ chân lông bị tắc nghẽn bởi sunfat trước khi bề mặt bên trong của nó có thời gian phản ứng. Do ngừng khuếch tán chất điện phân vào lỗ rỗng nên phản ứng trong đó dừng lại. Do đó, dòng xả càng cao thì dung lượng pin càng thấp và do đó tốc độ sử dụng khối lượng hoạt động càng thấp.

Để đánh giá chất lượng khởi động của pin, dung lượng của chúng còn được đặc trưng bởi số lần phóng điện không liên tục của bộ khởi động (ví dụ: kéo dài 10-15 giây với thời gian nghỉ giữa chúng là 60 giây). Công suất mà pin cung cấp trong quá trình phóng điện không liên tục vượt quá công suất khi phóng điện liên tục với cùng dòng điện, đặc biệt là ở chế độ xả của bộ khởi động.

Hiện nay, trong thông lệ quốc tế về đánh giá đặc tính điện dung của ắc quy khởi động, khái niệm dung lượng “dự trữ” được sử dụng. Nó đặc trưng cho thời gian xả pin (tính bằng phút) ở dòng xả 25 A, bất kể dung lượng pin danh nghĩa. Theo quyết định của nhà sản xuất, được phép đặt giá trị công suất danh nghĩa ở chế độ xả 20 giờ tính bằng ampe giờ hoặc theo công suất dự trữ tính bằng phút.

Nhiệt độ điện phân. Khi nó giảm, khả năng xả của pin sẽ giảm. Lý do cho điều này là do sự gia tăng độ nhớt của chất điện phân và điện trở của nó, làm chậm tốc độ khuếch tán của chất điện phân vào các lỗ của khối hoạt động. Ngoài ra, khi nhiệt độ giảm, quá trình thụ động của điện cực âm sẽ tăng tốc.

Hệ số nhiệt độ của điện dung a biểu thị phần trăm thay đổi của điện dung khi nhiệt độ thay đổi 1°C.

Trong quá trình thử nghiệm, công suất phóng điện thu được ở chế độ phóng điện dài hạn được so sánh với giá trị công suất danh nghĩa được xác định ở nhiệt độ điện phân +25 °C.

Khi xác định công suất ở chế độ xả dài hạn, theo yêu cầu của tiêu chuẩn, nhiệt độ chất điện phân phải nằm trong khoảng từ +18°C đến +27°C.

Các thông số phóng điện của bộ khởi động được đánh giá bằng thời gian phóng điện tính bằng phút và điện áp khi bắt đầu phóng điện. Các thông số này được xác định trong chu kỳ đầu tiên ở +25 °C (thử nghiệm đối với pin sạc khô) và trong các chu kỳ tiếp theo ở nhiệt độ -18 °C hoặc -30 °C.

Mức độ tính phí. Khi mức sạc tăng lên, các yếu tố khác không đổi, dung lượng sẽ tăng lên và đạt giá trị tối đa khi pin được sạc đầy. Điều này là do khi điện tích không đầy đủ, lượng vật liệu hoạt động trên cả hai điện cực cũng như mật độ của chất điện phân không đạt giá trị tối đa.

Năng lượng và năng lượng của pin

Năng lượng W của pin được biểu thị bằng Watt-giờ và được xác định bằng tích của công suất xả (sạc) và điện áp xả (sạc) trung bình.

Do dung lượng pin và điện áp phóng điện của nó thay đổi theo sự thay đổi về nhiệt độ và chế độ phóng điện, nên khi nhiệt độ giảm và dòng phóng điện tăng, năng lượng của pin thậm chí còn giảm đáng kể hơn so với dung lượng của nó.

Khi so sánh các nguồn dòng hóa chất khác nhau về công suất, thiết kế và thậm chí cả hệ thống điện hóa, cũng như khi xác định hướng cải tiến, chỉ báo năng lượng cụ thể được sử dụng - năng lượng trên một đơn vị khối lượng của pin hoặc thể tích của nó. Đối với ắc quy khởi động bằng chì không cần bảo trì hiện đại, năng lượng riêng ở chế độ xả 20 giờ là 40-47 W h/kg.

Lượng năng lượng được cung cấp bởi pin trong một đơn vị thời gian được gọi là công suất của nó. Nó có thể được định nghĩa là tích của dòng phóng điện và điện áp phóng điện trung bình.

Pin tự xả

Tự xả là hiện tượng giảm dung lượng pin khi mạch ngoài mở, tức là khi không hoạt động. Hiện tượng này là do quá trình oxi hóa khử xảy ra tự phát trên cả điện cực âm và điện cực dương.

Điện cực âm đặc biệt dễ bị tự phóng điện do sự hòa tan tự phát của chì (khối lượng hoạt động âm) trong dung dịch axit sulfuric.

Sự hiện diện của tạp chất của các kim loại khác nhau trên bề mặt điện cực âm có tác dụng (xúc tác) rất đáng kể trong việc tăng tốc độ tự hòa tan của chì (do giảm quá điện áp của quá trình tiến hóa hydro). Hầu hết tất cả các kim loại được tìm thấy dưới dạng tạp chất trong nguyên liệu thô của pin, chất điện phân và chất phân tách, hoặc được đưa vào dưới dạng phụ gia đặc biệt, góp phần làm tăng khả năng tự xả. Đi lên bề mặt của điện cực âm, chúng tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải phóng hydro.

Một số tạp chất (muối kim loại có hóa trị thay đổi) đóng vai trò là chất mang điện từ điện cực này sang điện cực khác. Trong trường hợp này, các ion kim loại bị khử ở điện cực âm và bị oxy hóa ở điện cực dương (cơ chế tự phóng điện này là do các ion sắt).

Việc tự phóng điện của vật liệu hoạt tính dương là do phản ứng xảy ra.

2PbO2 + 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + O2 T.

Tốc độ của phản ứng này cũng tăng khi tăng nồng độ chất điện phân.

Vì phản ứng tiến hành với việc giải phóng oxy nên tốc độ của nó phần lớn được xác định bởi điện áp quá cao của oxy. Vì vậy, các chất phụ gia làm giảm khả năng sinh oxy (ví dụ antimon, coban, bạc) sẽ làm tăng tốc độ phản ứng tự hòa tan của chì dioxide. Tốc độ tự phóng điện của vật liệu hoạt động dương thấp hơn nhiều lần so với tốc độ tự phóng điện của vật liệu hoạt động âm.

Một lý do khác dẫn đến hiện tượng tự phóng điện của điện cực dương là sự chênh lệch điện thế giữa vật liệu làm dây dẫn dòng điện và khối lượng hoạt động của điện cực này. Vi tế bào điện sinh ra do sự chênh lệch điện thế này sẽ chuyển đổi chì của dây dẫn sét và chì dioxide của khối hoạt tính dương thành chì sunfat khi dòng điện chạy qua.

Hiện tượng tự phóng điện cũng có thể xảy ra khi bên ngoài pin bị bẩn hoặc chứa đầy chất điện phân, nước hoặc các chất lỏng khác tạo ra khả năng phóng điện qua màng dẫn điện nằm giữa các cực của pin hoặc các đầu nối của pin. Kiểu tự phóng điện này không khác với kiểu phóng điện thông thường có dòng điện rất thấp khi mạch ngoài đóng và có thể dễ dàng loại bỏ. Để làm được điều này, bạn cần giữ bề mặt của pin luôn sạch sẽ.

Trong quá trình hoạt động, khả năng tự phóng điện không ổn định và tăng mạnh khi hết tuổi thọ sử dụng.

Có thể giảm hiện tượng tự phóng điện bằng cách tăng điện áp phát thải oxy và hydro ở các điện cực của pin.

Để làm được điều này, trước hết cần sử dụng những nguyên liệu tinh khiết nhất có thể để sản xuất pin, giảm hàm lượng định lượng của các nguyên tố hợp kim trong hợp kim pin, chỉ sử dụng

axit sulfuric tinh khiết và nước cất (hoặc gần với độ tinh khiết bằng các phương pháp tinh chế khác) để điều chế tất cả các chất điện phân, cả trong quá trình sản xuất và trong quá trình vận hành. Ví dụ, bằng cách giảm hàm lượng antimon trong hợp kim của dây dẫn dòng điện từ 5% xuống 2% và sử dụng nước cất cho tất cả các chất điện phân trong quy trình, khả năng tự phóng điện trung bình hàng ngày đã giảm 4 lần. Việc thay thế antimon bằng canxi cho phép bạn giảm hơn nữa tốc độ tự phóng điện.

Việc bổ sung các chất hữu cơ - chất ức chế tự thải - cũng có thể giúp giảm khả năng tự thải.

Việc sử dụng vỏ bọc chung và các kết nối ẩn giữa các phần tử làm giảm đáng kể tốc độ tự phóng điện do dòng điện rò rỉ, do khả năng ghép điện giữa các đầu cực có khoảng cách rộng rãi giảm đáng kể.

Đôi khi tự xả đề cập đến việc mất dung lượng nhanh chóng do chập điện bên trong pin. Hiện tượng này được giải thích là do sự phóng điện trực tiếp qua các cầu dẫn được hình thành giữa các điện cực đối diện.

Việc sử dụng các dải phân cách phong bì trong pin không cần bảo trì

loại bỏ khả năng đoản mạch giữa các điện cực đối diện trong quá trình hoạt động. Tuy nhiên, khả năng này vẫn còn do thiết bị có thể gặp trục trặc trong quá trình sản xuất hàng loạt. Thông thường, lỗi như vậy được phát hiện trong những tháng đầu hoạt động và pin phải được thay thế theo chế độ bảo hành.

Thông thường, mức độ tự phóng điện được biểu thị bằng phần trăm tổn thất công suất trong một khoảng thời gian xác định.

Các tiêu chuẩn tự phóng điện hiện tại còn được đặc trưng bởi điện áp phóng điện của bộ khởi động ở -18 °C sau khi thử nghiệm: không hoạt động trong 21 ngày ở nhiệt độ +40 °C.

Ắc quy(phần tử) - bao gồm các điện cực dương và âm (tấm chì) và các dải phân cách ngăn cách các tấm này, được lắp đặt trong vỏ và ngâm trong chất điện phân (dung dịch axit sunfuric). Sự tích tụ năng lượng trong pin xảy ra trong quá trình phản ứng hóa học oxy hóa - khử của các điện cực.

Ắc quy bao gồm 2 phần trở lên (pin, phần tử) được mắc nối tiếp và/hoặc song song để cung cấp điện áp và dòng điện cần thiết.Nó có khả năng tích tụ, lưu trữ và phóng điện, đảm bảo cho động cơ khởi động, đồng thời cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện khi động cơ không chạy.

Ắc quy- pin sạc trong đó các điện cực được làm chủ yếu bằng chì và chất điện phân là dung dịch axit sulfuric.

Khối lượng hoạt động- đây là một thành phần của các điện cực, trải qua những thay đổi hóa học khi dòng điện chạy qua trong quá trình phóng điện.

Điện cực- vật liệu dẫn điện có khả năng tạo ra dòng điện khi phản ứng với chất điện phân.

Điện cực dương (cực dương) - một điện cực (tấm) có khối lượng hoạt động trong pin tích điện bao gồm chì dioxide (PbO2).

Điện cực âm (cathode) - một điện cực có khối lượng hoạt động trong pin tích điện bao gồm chì xốp

Lưới điện cực dùng để giữ khối lượng hoạt động, cũng như cung cấp và loại bỏ dòng điện cho nó.

Dấu phân cách - vật liệu dùng để cách điện các điện cực với nhau.

Thiết bị đầu cuối cực dùng để cung cấp dòng sạc và giải phóng nó dưới tổng điện áp của pin.

Chỉ huy -(Pb) - nguyên tố hóa học nhóm thứ tư của hệ thống tuần hoàn D.I. Mendeleev, số sê-ri 82, trọng lượng nguyên tử 207,21, hóa trị 2 và 4. Chì là kim loại màu xám xanh, trọng lượng riêng của nó ở dạng rắn là 11,3 g/cm 3, giảm khi nóng chảy tùy theo về nhiệt độ. Là loại kim loại dẻo nhất trong số các kim loại, nó dễ dàng được cuộn thành tấm mỏng nhất và dễ dàng rèn. Chì dễ dàng gia công và là một trong những kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp.

Chì(IV) oxit(chì dioxide) PbO 2 là một loại bột nặng màu nâu sẫm có mùi ozone đặc trưng nhẹ.

Antimon Nó là một kim loại màu trắng bạc có độ sáng bóng mạnh và cấu trúc tinh thể. Ngược lại với chì, nó là kim loại cứng nhưng rất giòn và dễ bị nghiền thành từng mảnh. Antimon nhẹ hơn nhiều so với chì, trọng lượng riêng của nó là 6,7 g/cm3. Nước và axit yếu không có tác dụng với antimon. Nó hòa tan chậm trong axit clohydric và sulfuric mạnh.

Ổ cắm di động che các lỗ hở của pin trên nắp pin.

Nút thông gió trung tâm dùng để chặn lỗ thoát khí trên nắp pin.

Khối đơn- Đây là hộp đựng pin bằng nhựa polypropylene, được chia ngăn thành các ô riêng biệt.

Nước cấtđược thêm vào pin để bù đắp tổn thất do nước phân hủy hoặc bay hơi. Để nạp pin, chỉ sử dụng nước cất!

chất điện giải là dung dịch axit sulfuric trong nước cất, làm đầy thể tích tự do của tế bào và thâm nhập vào các lỗ của khối hoạt động của điện cực và thiết bị phân tách.

Nó có khả năng dẫn dòng điện giữa các điện cực được nhúng trong nó. (Đối với miền trung nước Nga có mật độ 1,27-1,28 g/cm3 ở t=+20°C).

Điện tích tĩnh tại:Để giảm thiểu nguy cơ do chất điện phân tràn ra khỏi pin, người ta sử dụng các chất làm giảm tính lưu động của pin. Các chất có thể được thêm vào chất điện phân để biến nó thành gel. Một cách khác để giảm độ linh động của chất điện phân là sử dụng thảm thủy tinh làm vật ngăn cách.

Mở pin- pin có phích cắm có lỗ để thêm nước cất vào và loại bỏ các sản phẩm khí. Lỗ có thể được trang bị hệ thống thông gió.
Pin đóng- một bộ tích lũy đóng trong điều kiện bình thường, nhưng có thiết bị cho phép thoát khí khi áp suất bên trong vượt quá giá trị đã đặt. Thông thường, không thể đổ thêm chất điện phân vào pin như vậy.
Pin sạc khô- pin sạc được bảo quản không có chất điện phân, các tấm (điện cực) của pin ở trạng thái khô, đã tích điện.

Tấm hình ống (vỏ)- tấm dương (điện cực), bao gồm một bộ ống xốp chứa đầy khối lượng hoạt động.

Van an toàn- một phần của nút thông hơi cho phép khí thoát ra trong trường hợp áp suất bên trong quá cao, nhưng không cho không khí đi vào pin.

Ampe giờ (Ah) là thước đo năng lượng điện bằng tích của dòng điện tính bằng ampe và thời gian tính bằng giờ (điện dung).

Điện áp pin- chênh lệch điện thế giữa các cực của pin trong quá trình phóng điện.
Dung lượng pin- lượng điện năng được cung cấp bởi pin đã được sạc đầy khi nó được phóng điện cho đến khi đạt được điện áp cuối cùng.

Kháng nội bộ- điện trở dòng điện qua phần tử, được đo bằng Ohm. Nó bao gồm điện trở của chất điện phân, thiết bị phân tách và tấm. Thành phần chính là điện trở, thay đổi theo nhiệt độ và nồng độ axit sunfuric.

Mật độ điện giải - e sau đó là đặc tính của một vật thể bằng tỷ lệ khối lượng của nó với thể tích chiếm giữ. Nó được đo, ví dụ, bằng kg/l hoặc g/cm3.

Tuổi thọ pin- thời gian hoạt động hữu ích của pin trong các điều kiện nhất định.
Thoát khí- Sự hình thành khí trong quá trình điện phân chất điện phân.

Tự xả- Tự nhiên mất dung lượng do pin ở trạng thái nghỉ. Tốc độ tự xả phụ thuộc vào vật liệu của tấm, tạp chất hóa học trong chất điện phân, mật độ, độ sạch của pin và thời gian hoạt động của nó.

EMF của pin(điện động lực) là điện áp tại các cực của pin đã sạc đầy khi mạch hở, tức là. sự vắng mặt hoàn toàn dòng điện tích hoặc phóng điện.

Xe đạp- một trình tự nạp và xả một phần tử.

Sự hình thành khí trên các điện cực của pin axit chì. Nó đặc biệt được giải phóng dồi dào trong giai đoạn cuối của quá trình sạc pin axit chì.

Pin gel - chúng được niêm phong pin axit chì(không bịt kín, vì xảy ra một lượng nhỏ khí thoát ra khi van mở), đóng, hoàn toàn không cần bảo trì (không đổ thêm) bằng chất điện phân axit dạng gel (công nghệ Dryfit và Gelled Electrolite-Gel).

Công nghệ ĐHCĐ (Thảm thủy tinh hấp thụ) - tấm lót bằng sợi thủy tinh thấm hút.

Hoàn trả năng lượng- tỷ lệ giữa lượng năng lượng được giải phóng khi pin được xả và lượng năng lượng cần thiết để sạc pin về trạng thái ban đầu trong những điều kiện nhất định. Hoàn trả năng lượng cho pin axit trong điều kiện hoạt động bình thường là 65% và trong điều kiện kiềm là 55 - 60%.
Năng lượng riêng- năng lượng do pin tỏa ra trong quá trình phóng điện trên một đơn vị thể tích V hoặc khối lượng m của nó, tức là W= W/V hoặc W= W/m. Năng lượng riêng của pin axit là 7-25, niken-cadmium 11-27, niken-sắt 20-36, bạc-kẽm 120-130 Wh/kg.

Đoản mạch ở pin xảy ra khi nối các tấm có cực tính khác nhau về điện.