СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР
LEAD ACCUMULATOR

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано 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. - 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 Н01М 10/12, 1991).
Недостатком известных аккумуляторов является возможность оплывания и оползания активной массы положительных электродов в процессе их эксплуатации, приводящая к ухудшению эксплуатационных характеристик, нарушению работоспособности аккумуляторных батарей.
Эти процессы характеризуют вторичные изменения в положительных электродах аккумулятора (Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. - М.: Энергоиздат, 1981. - С. 95-97), проявляющиеся при длительном циклировании. Так, постепенное оплывание активной массы или некоторых ее компонентов связано с тем, что в одной из фаз работы (в заряженном или в разряженном состоянии) реагент приобретает рыхлую структуру, и отдельные частицы в ней оказываются плохо сцепленными друг с другом или с основой (токоотводом) электрода. Постепенно отвалившиеся частицы накапливаются в нижней части моноблока в виде шлама. Этот процесс ускоряется в результате механических воздействий, например, из-за газовыделения при перезаряде или из-за вибрационных нагрузок на аккумулятор.
Процессы старения и оплывания активной массы происходят обычно равномерно по всей поверхности электрода. Возможны, однако, другие процессы, неравномерно распределенные вдоль поверхности положительного электрода. Примером может служить постепенное оползание активной массы с верхних зон электрода и накопление ее в нижних. Оползание наблюдается иногда в высоких аккумуляторах и не является следствием простого оплывания активной массы. Оно может быть вызвано концентрационными изменениями в электролите: более концентрированный и более тяжелый раствор, образующийся при заряде или разряде, накапливается в нижней части моноблока аккумулятора, оттесняя более легкие слои вверх, вследствие чего жидкость как бы расслаивается. В результате этого условия электродных процессов в нижней и верхней части электродов изменяются - в верхней создаются условия, благоприятствующие растворению активного вещества, в нижней - его осаждению.
Оползание или перемещение активной массы вызывает в отдельных участках накопление избытка массы, что не всегда связано с увеличением толщины электрода и может привести к уменьшению пористости. В этом случае уменьшается поверхность контакта с электролитом, увеличиваются диффузионные затруднения и эффективная проводимость в порах, т.е. ухудшаются общие условия работы активной массы и коэффициент ее использования. В результате в отдельных местах возможно полное прекращение работы активной массы, т.е. ее пассивация.
Все эти явления приводят к постепенному снижению емкости аккумулятора в целом, а также к росту поляризации и снижению разрядного напряжения. Они являются основной причиной ограничения ресурса, срока службы и срока сохраняемости свинцовых кислотных аккумуляторных батарей.
На фиг.1 изображена схема известной конструкции автомобильного аккумулятора, на фиг.2 изображены сепараторы автомобильного аккумулятора известной конструкции, на фиг.3 - схема сепаратора свинцового аккумулятора предлагаемой конструкции.
На фиг.1 представлена схема известной конструкции автомобильного аккумулятора, состоящего из блока отрицательных электродов 1, блока положительных электродов 2, электролита 3, сепараторов 4 с вертикально расположенными ребрами 8, моноблока 5.
Сепараторы известных конструкций автомобильных аккумуляторов чаще выполнены либо в виде пластины из мипласта (фиг.2а), либо в виде сепаратора-конверта из полиэтилена (фиг.2б). Однако независимо от конструкции на их стороне, обращенной к положительному электроду, выполнены вертикальные ребра 8.
Однако, как показали проведенные автором экспериментальные исследования, конструкция сепараторов существующих автомобильных аккумуляторов не в полной мере обеспечивает предотвращение оплывания и оползания активной массы положительных электродов. Так, установлено, что при длительной эксплуатации аккумуляторов (от 2 до 4 лет и более) имеет место перемещение поверхностного слоя активной массы положительных электродов аккумулятора из верхней их части в нижние вдоль вертикальных ребер сепараторов. Оползание или перемещение активной массы вызывает на отдельных участках нижних частей поверхности положительных электродов в пространстве между сепаратором и поверхностью электрода накопление избытка массы. В этом случае уменьшается поверхность контакта электрода с электролитом, затрудняется диффузия электролита в поры активной массы электродов и эффективная проводимость в порах, приводящие к снижению эксплуатационных характеристик и срока службы аккумуляторных батарей. В результате в отдельных местах возможно полное прекращение работы активной массы и образование токопроводящих мостиков между разноименными электродами, приводящее к потере работоспособности аккумуляторов. При этом основной причиной оплывания и оползания активной массы положительных электродов является возникающая при эксплуатации аккумуляторов, разряженных более 25% от номинальной емкости, сила давления прореагировавшей в химической реакции активной массы верхних частей поверхности положительного электрода на нижние. Величина этого давления возрастает по мере разряда аккумулятора.
Технический результат направлен на решение задачи предотвращения оплывания и оползания активной массы положительных электродов, обеспечение работоспособности и заданных эксплуатационных 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, у которых на сторонах, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра, и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом, на сторонах сепараторов, обращенных к положительным электродам, дополнительно выполнены из материала сепаратора горизонтальные ребра, количество которых меньше или равно количеству горизонтальных жил в решетке токоотвода положительного электрода, а их расположение на поверхности сепаратора совпадает с расположением горизонтальных жил в решетке токоотвода положительного электрода.
Отличительными признаками является то, что на сторонах сепараторов, обращенных к положительным электродам, дополнительно выполнены из материала сепаратора горизонтальные ребра, количество которых меньше или равно количеству горизонтальных жил в решетке токоотвода положительного электрода, а их расположение на поверхности сепаратора совпадает с расположением горизонтальных жил в решетке токоотвода положительного электрода.
На фиг.3 изображена схема сепаратора свинцового аккумулятора предлагаемой конструкции. На стороне сепаратора 4, обращенной к положительному электроду, помимо вертикальных ребер 8 дополнительно выполнены из материала сепаратора горизонтальные ребра 9, количество которых меньше или равно количеству горизонтальных жил 7 (фиг.1) в решетке токоотвода положительного электрода 6, а их расположение на поверхности сепаратора совпадает с расположением горизонтальных жил 7 в решетке токоотвода положительного электрода 6.
Предлагаемое устройство свинцового аккумулятора заключается в следующем.
Свинцовый аккумулятор, содержащий 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 на стороне сепаратора 4, обращенной к положительному электроду, помимо вертикальных ребер 8 дополнительно выполнены из материала сепаратора горизонтальные ребра 9, количество которых меньше или равно количеству горизонтальных жил 7 (фиг.1) в решетке токоотвода положительного электрода 6, а их расположение на поверхности сепаратора совпадает с расположением горизонтальных жил 7 в решетке токоотвода положительного электрода 6.
Предлагаемый свинцовый аккумулятор более совершенен по сравнению с известным, так как предотвращает оплывание и оползание активной массы положительных электродов, обеспечивает работоспособность и заданные эксплуатационные характеристики аккумуляторов в процессе эксплуатации, способствует увеличению срока их службы за счет того, что на стороне сепаратора 4, обращенной к положительному электроду, помимо вертикальных ребер 8 дополнительно выполнены из материала сепаратора горизонтальные ребра 9, количество которых меньше или равно количеству горизонтальных жил 7 (фиг.1) в решетке токоотвода положительного электрода 6, а их расположение на поверхности сепаратора совпадает с расположением горизонтальных жил 7 в решетке токоотвода положительного электрода 6.
Такое конструктивное исполнение сепараторов обеспечивает механическое разделение активной массы поверхности положительного электрода на участки, ограниченные горизонтальными ребрами сепаратора, исключая тем самым давление активной массы верхних частей поверхности электрода на нижние, что устраняет саму причину оползания и оплывания активной массы. При этом исполнение горизонтальных ребер высотой, равной высоте вертикальных ребер, и толщиной, равной толщине сепаратора, из материала сепаратора, проницаемого для электролита, обеспечивает свободный доступ свежего электролита к активной массе положительного электрода.
Количество горизонтальных ребер сепаратора выбирается с учетом особенностей конструкции и материала активной массы положительного электрода. При этом целесообразно, чтобы количество горизонтальных ребер в нижней части сепаратора было больше, чем в его верхней части.
Исполнение горизонтальных ребер на поверхности сепаратора совпадающими с расположением горизонтальных жил в решетке токоотвода положительного электрода обеспечивает надежное механическое разделение активной массы поверхности положительного электрода на участки, исключая тем самым давление активной массы верхних частей поверхности электрода на нижние, что устраняет саму причину оползания и оплывания активной массы.