Токообразующие реакции, характеристики и устройство серебряно-цинкового аккумулятора

Третьим типом щелочных аккумуляторов, получившим распространение за последние 15−20 лет, являются аккумуляторы, в которых электродами служат цинк и полуокись серебра.

Впоследствии был применен пористый (намазной) цинковый электрод, работающий в ограниченном объеме электролита.

Преимущества такого электрода заключаются в том, что образующиеся при разряде окись и гидроокись цинка не в состоянии раствориться в малом объеме щелочи. В виде нерастворимых продуктов они отлагаются в порах электрода, не вызывая, однако, пассивации намазного электрода, поскольку последний обладает огромной истинной поверхностью. Применение пористого цинкового электрода, работающего в ограниченном объеме электролита, привело одновременно к заметному уменьшению скорости саморазряда цинка. Исключительно важную роль в создании серебряно-цнйкового аккумулятора имел выбор материала сепараторов, который должен был удовлетворять следующим требованиям:

обладать высокой стойкостью в щелочи при обычных и повышенных температурах;

быть устойчивым по отношению к такому сильному окислителю, каким является окись серебра;

набухать в электролите, увеличивая в два-три раза свою толщину (набухание сепаратора, уплотняя сборку, препятствует оплыванию активной массы отрицательного электрода);

препятствовать переносу коллоидных частиц серебра к противоположным электродам.

Лучше других удовлетворяет этим требованиям гидратцеллюлозная пленка (целлофан).

Таким образом, ранее отмеченные трудности были устранены применением цинковых электродов, минимального количества электролита и набухающих диафрагм, надежно разделяющих электродные пространства. Все это вместе взятое открыло путь для создания современных серебряно-цинковых аккумуляторов.

Схема устройства серебряно-цинкового аккумулятора показана на рис. 62. Электроды аккумулятора изготовляют в виде тонких пористых пластин 8 и отделяют друг от друга пленочной сепарацией 7. Пластины имеют проволочные токоотводы 3. Электродный пакет помещается в литой пластмассовый бачок 2 с герметично приклеенной крышкой 4. На крышке находятся борны — полые болты 5, к которым изнутри подведены токоотводы от электродов. В центре крышки расположен газовыделяющий клапан 6. Электролитом служит раствор едкого кали плотностью 1,4 г/см ³ с растворенной в нем до насыщения окисью цинка.

На одной из сторон аккумуляторного бачка нанесены две красные черты, указывающие предельные границы уровня электролита в работающем аккумуляторе.

Основная химическая реакция, протекающая при заряде и разряде серебряно-цинкового аккумулятора, выражается уравнением:

.

При заряде частично образуется и окись двухвалентного серебра (AgO). Последнее обстоятельство обусловливает ступенчатое изменение кривой напряжения при заряде и разряде аккумулятора (рис. 59). Участки более высокого напряжения при заряде и разряде аккумулятора соответствуют восстановлению или окислению двухвалентного серебра. Этот участок мало заметен при больших токах разряда (кривая 2).

Как показывает кривая 1, при небольших токах разряда на протяжении примерно 80% времени работы источника тока напряжение очень устойчиво и соответствует восстановлению одновалентного серебра. В конце разряда напряжение резко падает. Э.д.с. полностью заряженного аккумулятора равна 1,82−1,86 В.

Преимуществом данных аккумуляторов является постоянство напряжения при разряде их большими токами. Отдача по энергии достигает 85%, а по току близка к 100%. Саморазряд серебряно-цинковых аккумуляторов незначителен.

К недостаткам серебряно-цинковых аккумуляторов относят дороговизну и дефицитность исходных материалов (серебра), малый срок службы, плохую работу при низких температурах.

Серебряно-цинковые аккумуляторы применяют в военной технике, в киносъемочных и телевизионных камерах, радиои звуковой аппаратуре и в тех особых случаях, когда незначительная масса и объем аккумулятора являются решающими.

Для приведения в рабочее состояние аккумуляторов и батарей, не залитых электролитом, необходимо произвести внешний осмотр аккумуляторов на отсутствие повреждений и коррозии металлических частей, залить аккумуляторы электролитом (насыщенный окисью цинка раствор едкого кали плотностью 1,4 г/см³), провести формировочные зарядно-разрядные и контрольные циклы и рабочий заряд аккумуляторов.

При внешнем осмотре аккумуляторов проверяют целостность бачка и крышки, исправность токоотводов и газовыводящих клапанов, уровень электролита; в сухих, не залитых электролитом аккумуляторах проверяют отсутствие короткого замыкания между электродами.

После заливки электролита вольтметром устанавливают наличие э.д.с. у каждого аккумулятора. Для ускорения заливки и пропитки электродов аккумуляторы с открытыми заливочными отверстиями помещают в барокамеру, давление в которой несколько раз на 5−7 мин снижается от 2 до 8 кПа (15−60 мм рт. ст.) и постепенно повышается до атмосферного. Залитые электролитом аккумуляторы подвергают формировке. Последняя заключается в проведении двух нормальных циклов заряда — разряда. Полноту заряда контролируют либо по времени (емкости), либо по напряжению аккумулятора. Напряжение заряженного аккумулятора должно находиться в пределах от 2 до 2,1 В. Через час после окончания заряда проверяют э.д.с. аккумулятора, которая должна быть в пределах 1,82−1,88 В. После каждого заряда производят разряд аккумулятора определенным током до напряжения 0,6−1,25 В. Залитые электролитом аккумуляторы должны храниться в разряженном виде при 5−10° С, так как при этих температурах лучше сохраняется целлофан.

Температура при заряде не должна превышать 60° С. При разряде и низких температурах емкость аккумулятора резко уменьшается, так при -20° С, она падает до 50%.

Снижается также среднее разрядное напряжение. Поэтому часто батареи, работающие при отрицательных температурах, подвергают обогреву.