СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР

Полезная модель относится к химическим источникам тока и может быть использована при конструировании и производстве свинцовых аккумуляторов.
Известен автомобильный свинцовый аккумулятор, содержащий блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, разделенных между собой сепараторами, у которых на сторонах, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра, и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом, (Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. - М.: ЗАО «КЖИ "За рулем"», 2003 г. - С.17). Известен свинцовый аккумулятор, содержащий блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, завернутых в конверт из кислотостойкой синтетической ткани, разделенных сепараторами, и электролит (авторское свидетельство SU 1690027 А1, МПК H01M 10/12, 1991).
p
ном
p
ном
Недостатком известных аккумуляторов является неравномерность распределения плотности электролита по высоте в приэлектродном слое между поверхностью электродов и поверхностью сепараторов, обусловленная затруднениями диффузии свежего электролита в процессе разряда аккумулятора из верхнего - надэлектродного слоя и пространства между вертикальными ребрами электродов и боковыми стенками моноблока, приводящая к ухудшению их электрических характеристик, в частности снижению величины и продолжительности отдаваемого тока в режиме короткого (I≥1C) и форсированного (I≥3C) разрядов (Варыпаев В.Н, Дасоян М.А. и др. Химические источники тока. - М.: Высш. школа, 1990. С.54). При этом снижение величины отдаваемого тока под нагрузкой наиболее заметно в условиях понижения температуры окружающего воздуха до отрицательных значений.
Существенное влияние на протекание диффузионных процессов в аккумуляторе играют характеристики материала сепараторов (в первую очередь их пористость) и конструктивные особенности.
Так для облегчения условий диффузии свежего электролита к поверхности активной массы электродов в конструкциях современных свинцовых стартерных аккумуляторов применяются сепараторы, на сторонах которых, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра.
Вместе с тем, такое расположение ребер сепараторов предопределяет диффузию свежего электролита в большей степени из верхнего-надэлектродного слоя электролита, ограничивая его доступ из пространства между вертикальными ребрами электродов и боковыми стенками моноблока, что приводит к неравномерности плотности электролита в приэлектродном слое по высоте электродов, а это, в свою очередь, способствует неравномерному нагружению поверхности электрода при разряде, деформации электродов, неравномерному разрушению (коррозии) решетки положительных электродов (Кочуров А.А., Шевченко Н.П., Гумелев В.Ю. Теоретические основы решения проблемы увеличения сроков службы аккумуляторных батарей при хранении и повышения эффективности способов их восстановления: монография - Рязань: РВАИ, 2009, - С.139-143).
Все эти явления приводят к ухудшению электрических характеристик аккумулятора, постепенному снижению его емкости, а также к сокращению срока службы.
На фиг.1 изображена схема известной конструкции свинцового аккумулятора, на фиг.2 изображены сепараторы свинцового аккумулятора известной конструкции, на фиг.3 - схема сепаратора свинцового аккумулятора предлагаемой конструкции, на фиг.4 - схема предлагаемой конструкции свинцового аккумулятора.
Свинцовый аккумулятор известной конструкции (фиг.1) состоит из блока отрицательных электродов 1, блока положительных электродов 2, электролита 3, сепараторов 4 с вертикально расположенными ребрами 8, моноблока 5. Пространство 6 между вертикальными стенками моноблока 5 и вертикальными гранями электродов 7 заполнено свободным электролитом.
Сепараторы известных конструкций свинцовых аккумуляторов чаще выполнены либо в виде пластины из мипласта (фиг.2а), либо в виде сепаратора-конверта из полиэтилена (фиг.2б). Однако независимо от их конструкции на стороне, обращенной к положительному электроду, выполнены вертикальные ребра 8.
Технический результат направлен на решение задачи улучшения диффузии свежего электролита из верхнего-надэлектродного слоя и пространства между вертикальными ребрами электродов и боковыми стенками моноблока к поверхности активной массы положительных электродов в процессе разряда аккумулятора по всей его высоте, обеспечение и улучшение заданных электрических характеристик аккумуляторов в процессе эксплуатации, увеличение срока их службы.
Технический результат достигается тем, что в автомобильном свинцовом аккумуляторе, содержащем блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, разделенных между собой сепараторами и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом, ребра на сторонах сепараторов, обращенных к положительным электродам, выполнены из материала сепаратора наклонно к его вертикальной осевой линии и расположены симметрично на левой и правой половине поверхности сепаратора, при этом ребра левой половины сепаратора смещены вдоль осевой линии относительно ребер его правой половины.
Отличительными признаками является то, что ребра на сторонах сепараторов, обращенных к положительным электродам, выполнены из материала сепаратора наклонно к его вертикальной осевой линии и расположены симметрично на левой и правой половине поверхности сепаратора, при этом ребра левой половины сепаратора смещены вдоль осевой линии относительно ребер его правой половины.
На фиг.3 изображена схема сепаратора свинцового аккумулятора предлагаемой конструкции, у которого ребра 8 и 9 на стороне, обращенной к положительному электроду, выполнены наклонно под острым углом а к вертикальной осевой линии поверхности сепаратора и расположены симметрично на его левой и правой половине, при этом ребра 9 левой половины сепаратора смещены вдоль осевой линии относительно ребер 8 его правой половины.
Предлагаемое устройство свинцового аккумулятора заключается в следующем.
Свинцовый аккумулятор (фиг.4) содержит блок отрицательных электродов 1 и блок положительных электродов 2, разделенных между собой сепараторами 4 и помещенных в сосуд (моноблок) 5, заполненный электролитом 3, в котором ребра 8 и 9 на сторонах сепараторов 4, обращенных к положительным электродам, выполнены из материала сепаратора наклонно - под острым углом к его вертикальной осевой линии и расположены симметрично на левой и правой половине поверхности сепаратора, при этом ребра 9 левой половины сепаратора смещены вдоль осевой линии относительно ребер 8 его правой половины.
Исполнение ребер 8 и 9 наклонно и симметрично на левой и правой половине поверхности сепаратора обеспечивает доступ свежего электролита к активной массе положительных электродов как из объема свободного электролита 3, расположенного над электродами, так и из объемов 6, расположенных между вертикальными стенками моноблока 5 (фиг.4) и боковыми гранями электродов 7 положительного 2 и отрицательного 1 блоков.
Выполненные автором экспериментальные исследования интенсивности проникновения (диффузии) электролита более высокой плотности из объема свободного электролита, расположенного над электродами, и объемов электролита, расположенных между вертикальными стенками моноблока 5 (фиг.4) и боковыми гранями электродов 7 положительного 2 и отрицательного 1 блоков, в приэлектродное пространство блоков электродов, показали, что при наклонном расположении ребер 8 и 9 сепараторов интенсивность (скорость) проникновения свежего электролита в приэлектродное пространство по высоте электродов выше, чем при вертикальном их расположении. При этом угол наклона ребер сепараторов влияет на скорость диффузии свежего электролита в приэлектродное пространство. При прочих равных условиях наибольшая скорость диффузии имеет место при расположении ребер сепараторов под углом 45 градусов. Вместе с тем угол наклона ребер следует выбирать с учетом размера сепаратора и расстояния между ребрами.
Смещение ребер левой половины сепаратора вдоль осевой линии относительно ребер его правой половины обеспечивает надежную диффузию свежего электролита к участкам поверхности электродов, расположенным ближе к вертикальной осевой линии электрода, и, тем самым, обеспечивает равномерность работы активной массы всей поверхности электрода при разряде. При этом меньшее сопротивление диффузии свежего электролита имеет место при смещении ребер левой половины сепаратора относительно ребер его правой половины на величину, равную половине расстояния между ребрами вдоль осевой линии сепаратора.
Предлагаемый свинцовый аккумулятор более совершенен по сравнению с известными, так как способствует улучшению диффузии свежего электролита из верхнего-надэлектродного слоя и пространства между вертикальными ребрами электродов и боковыми стенками моноблока к поверхности активной массы положительных электродов в процессе разряда аккумулятора по всей его высоте, улучшению электрических характеристик аккумуляторов в процессе эксплуатации, увеличению срока их службы.