Перегляд вихідного коду сторінки Свинцево-кислотний акумулятор

[[Файл:Photo-CarBattery.jpg|міні|праворуч|200пкс|Автомобільний свинцево-кислотний акумулятор]]'''Свинцево-кислотний акумулятор''' або '''свинцево-кислотна акумуляторна батарея''' ({{lang-en|Lead-acid battery}}) — [[електричний акумулятор]] із категорії [[Батарея (електрика)#Категорії і типи батарей|вторинних батарей]], спосіб роботи якого заснований на електрохімічних реакціях [[Свинець|свинцю]] і [[Тетраоксид трисвинцю|діоксиду свинцю]] в кислому [[Сірчана кислота|сірчаному]] середовищі.

Акумулятори отримали широке розповсюдження для живлення електрообладнання [[Транспортний засіб|транспортних засобів]] як [[Стартерний автомобільний акумулятор|стартерні автомобільні батареї]], для живлення переносної радіо і телефонної апаратури; як [[Акумулятор електричного транспортного засобу|тягові батареї (EVB) глибокого заряду-розряду в електричних транспортних засобах]]; для живлення стаціонарних приладів, [[Джерело безперебійного живлення|ДБЖ]] (непроникні з регульованим клапаном).

Загалом у пасажирських і комерційних автомобілях використовуються батареї [[Напруга|напругою]] 12 вольт постійного струму, водночас у [[вантажівка]]х та [[автобус]]ах, здебільшого — 24 вольти. Ємність акумулятора вимірюється в [[ампер-година]]х (Ah).

Свинцево-кислотний акумулятор є найдавнішим типом [[акумулятор]]а з коефіцієнтом корисної дії [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] у межах 80 %.

[[Файл:Nissan Micra 1.0 Litre In-Line 4 Engine.JPG|міні|праворуч|200пкс|Стартерний свинцево-кислотний автомобільний акумулятор на автомобілі [[Nissan Micra]]]]

==Історія==
Свинцевий акумулятор винайшов у 1859-1860 роках {{iw|Гастон Планте|||Gaston Planté}}, співробітник лабораторії Олександра Беккереля. 1878 року Камілл Фор удосконалив його конструкцію, покривши пластини акумулятора свинцевим суриком.

==Характеристики==
Акумулятори відзначаються такими показниками:

* е[[Електрорушійна сила|лектрорушійна сила]] зарядженого акумулятора 2,1–2,3 В;
* електрорушійна сила розрядженого акумулятора 1,7–1,8 В;
* [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] до 80 %; 
* термін служби (кількість циклів заряд-розряд) 300–800;
* саморозряд на добу 1–2 %

Хоча свинцево-кислотний акумулятор може мати найвищу ємність за температур понад +30 °С, але тривале його використання в таких умовах, скорочує працездатність акумулятора.<ref name="Шембель" />

==Улаштування==
[[Файл:CNX_Chem_17_05_Lead.png|ліворуч|міні|Улаштування свинцево-кислотної батареї у розрізі. Кожна комірка містить збірку свинцевих пластин (від'ємний електрод у режимі розряду) з пластинами з оксиду свинцю (додатний електрод у режимі розряду)|250x250пкс]]
Залежно від потрібної напруги і загальної ємності акумулятори збирають з кількох елементів. Тож у більшості випадків, акумулятор виконується у вигляді [[Послідовне і паралельне з'єднання провідників|послідовного (або паралельного]]) з'єднання кількох «елементів»<ref name="Discovery">How it's Made ([[Discovery]])&nbsp;— [http://www.youtube.com/watch?v=1_TJTBAqgRA Как это делается (выпуск 95)] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140429140923/http://www.youtube.com/watch?v=1_TJTBAqgRA |date=29 квітня 2014 }}</ref> — кожен з яких забезпечує напругу у 2 В і складається з кількох груп [[Свинець|свинцевих]] пластин вкритих [[окис свинцю|окисом свинцю]] і [[Кислота|кислотою]]. Свинцева решітка покрита окисом свинцю називається пластиною. Кожен свинцевий елемент, який є групою пластин, має по дві клеми на позитивному боці елемента, і на негативному. Пластини елемента акумулятора виготовляють зі свинцю і його двоокису, а завдання [[електроліт]]у виконує [[сульфатна кислота]]. Пластини з металевого свинцю мають негативний заряд, а пластини, покриті двоокисом (перекисом) свинцю — позитивний заряд. Пластини чергують таким способом, щоби між пластинами зі свинцю розташовувалися пластини з покриттям із двоокису свинцю. Щоби запобігти [[Коротке замикання|короткому замиканню]] між позитивними і негативними пластинами через фізичний дотик, їх розмежовують або/або: сепараторами у вигляді листів чи загортають у матеріал з волокнами [[Скловолокно|скловолокна]], а потім у пластикову оболонку. Пластини поміщають в короб (зазвичай з пластика) і заливають водним розчином кислоти.

У разі свинцево-кислотних акумуляторів однакової ємності та розміру, але з різною вагою, важчий акумулятор зазвичай, прослужить довше, оскільки свинцеві рами у нього міцніші.

Акумулятори мають спускний регульований клапан крізь який у небезпечних становищах скидається надлишок газу від хімічної реакції (так званий «герметизований/непроникний акумулятор»).

У гель-свинцевих акумуляторах застосовують гелеподібний електроліт.

==Спосіб дії==
Впродовж розряду акумулятора під дією реакції відбувається вихід води, а на пластинах обох типів утворюється сірчанокислий свинець. Через розбавлення дистильованою водою розчину сірчаної кислоти знижується її концентрація і різниця потенціалів між виводами. Оскільки сірчанокислий свинець має низьку питому провідність — зростає [[внутрішній опір]] акумулятора.<ref name="Москатов"/>
Електрохімічні реакції (зліва направо — під час розряджання, справа наліво — у разі заряджання):
* Реакції на [[катод]]і (-):
: <math>PbO_2 + SO_4^{2-} + 4 H^+ + 2 e^- \longrightarrow PbSO_4 + 2 H_2O</math>
* Реакції на [[анод]]і (+):
: <math>Pb + SO_4^{2-} - 2 e^- \longrightarrow PbSO_4 </math>

==Заряджання акумулятора==
[[Файл:IUoU_charging_graph.png|ліворуч|міні|Особливості заряджання свинцево-кислотного акумулятора. Час заряджання позначено на горизонтальній осі. По вертикальних осях: напруга (один елемент та батарея 12 В), струм (у частках від ємності та в амперах; тут для батареї 40 А·год), ступінь заряду (у відсотках).]]
Для заряджання свинцево-кислотного акумулятора його пластини відповідно до полярності (кольору затискачів) приєднують до [[Зарядний пристрій|зарядного пристрою]] — виникає зворотна [[хімічна реакція]].

Внаслідок цього з електроліту поглинається вода, збільшуючи концентрацію кислоти, тож на пластині з негативним (-) потенціалом (катод) виділяється металевий свинець, а на пластині з позитивним (+) потенціалом (анод) — його двоокис.

Для заряджання треба використовувати відповідний контролер заряду (зарядний пристрій), щоб уникнути шкідливого перезаряджання та обмежити газоутворення, особливо у разі закритих свинцево-кислотних акумуляторів (непроникні батареї з регульованим клапаном). У відкритих свинцево-кислотних батареях з рідким електролітом перезаряд менш загрозливий, оскільки втрати, спричинені дегазацією, можуть бути врівноважені [[Дистильована вода|дистильованою водою]], а дегазація сприяє перемішуванню кислоти і запобігає небажаному її розшаруванню. Розумні зарядні пристрої, придатні для свинцево-кислотних акумуляторів, спочатку забезпечують якнайбільший зарядний струм (зазвичай 20% від показника ємності акумулятора), поки напруга кожного елемента не досягне притаманного їм значення від 2,3 до 2,35 В (зазвичай це триває 5-7 годин), після чого вони просто підтримують постійну напругу 13,8 вольт (повне заряджання батареї може зайняти добу).

Свинцево-кислотні акумулятори не варто надмірно розряджати (коли напруга одного елемента стає нижче 1,7 В)<ref name=":0">{{Cite news|title=Heinz-Albert Kiehne: Batterien|url=http://dx.doi.org/10.1007/s10008-004-0588-8|work=Journal of Solid State Electrochemistry|date=2005-04|accessdate=2022-11-20|issn=1432-8488|doi=10.1007/s10008-004-0588-8|pages=238–238|volume=9|issue=4|first=Rudolf|last=Holze}}</ref>, оскільки це може призвести до непридатності батареї. Через це, з економічних причин батареї не слід розряджати нижче 80 % їхньої ємності, що відповідає щільності електроліту близько 1,16 г/см³. Коли показник нижче цього значення, акумулятор вважається глибоко розрядженим, і його треба негайно зарядити.<ref name=":0"/><ref>{{Cite web|title=Berechnungsgrundlagen Blei-Säure-Batterien|url=https://3d-help.valentin-software.com/pvsol/de/html/de/Berechnungsgrundlagen_-_BatterienSMA.htm|website=3d-help.valentin-software.com|accessdate=2022-11-20}}</ref><ref>{{Cite news|title=Keine "Beförderung" iSd EKHG bei bloßer Mithilfe bei der LKW-Entladung|url=http://dx.doi.org/10.1007/s00503-011-0127-5|work=Juristische Blätter|date=2012-01|accessdate=2022-11-20|issn=0022-6912|doi=10.1007/s00503-011-0127-5|pages=52–54|volume=134|issue=1|first=Hansjörg|last=Sailer}}</ref> Захист від глибокого розряду може запобігти глибокому розряджанню, а контролер заряду захищає від перезаряджання.

=== Деякі показники ===
* правильна напруга заряджання залежить від навколишньої температури: 13,8–14,5 В (чим холодніше — вища напруга)
* після повного заряджання (і від'єднання АКБ), його напруга швидко знижується до 13,2 В, потім повільно до 12,6–12,7 В
* напругу акумулятора слід виміряти через 12 годин після заряджання, щоби забезпечити точність вимірювання     
* [[водень]] виділяється, коли напруга перевищує 14,4 В     
* у разі глибокого розряду АКБ, її бажано зарядити слабким постійним струмом до напруги 16,5 В
* типовий зарядний струм чисельно становить від 1/10 ємності акумулятора
* швидкість саморозряду — близько 3–20% на місяць

==Призначення==
Стартерні автомобільні акумулятори використовуються для швидкого подавання великого [[струм]]у для того щоби запустити [[Двигун внутрішнього згоряння|двигун]] і заради живлення іншого електрообладнання, а акумулятор глибокого заряду-розряду забезпечує постійне постачання струму протягом тривалого періоду часу. Стартерні автомобільні акумулятори розроблено для запуску автомобільних двигунів і не призначені для глибокого розряду. Вони мають велику кількість тонких пластин задля якнайбільшої площі поверхні, отже, найвищого вихідного [[струм]]у, тож через це можуть бути легко пошкоджені у разі глибокого розряду. {{li|Акумулятори глибокого заряду-розряду|Q=Q3704661}} використовуються у різноманітних засобах пересування: [[поїзд]]ах, човнах, [[автонавантажувач]]ах, гольф-карах, електричних транспортних засобах і навмисно розроблені для глибокого розряду-заряду, отже вони набагато менш сприйнятливі до [[Деградація|деградації]]. [[Електрична напруга|Напруга]] в акумуляторах глибокого заряду-розряду від 2 до 48 вольт.<ref name="Discovery"/>

Для порівняння, наповнений гелем непроникний свинцево-кислотний акумулятор VRLA, має найкращий з усіх внутрішній опір, що робить його менш придатним для миттєвої пускової розрядки, але це не є чимось незвичайним для застосування в [[Джерело безперебійного живлення|ДБЖ]]. Натомість така його властивість дає переваги у вигляді набагато ширших меж робочих температур (від -40&nbsp;°C до +55&nbsp;°C) та тривалішого терміну служби.

==Сульфатація і десульфатація==
[[Файл:Sulfated_Anode_plate_at_right_side_from_12V_5aH_battery.jpg|ліворуч|міні|Сульфатація пластини 12V 5aH батареї (праворуч)]]
Глибокий розряд або постійні часткові розряджання свинцево-кислотних акумуляторів неприпустимі, через те що тоді виникає сульфатація пластин, на їх поверхні виникають білі кристали сірчанокислого свинцю, які не розчинні в електроліті сірчаної кислоти, сульфатні відкладення зрештою розширюються, розтріскуючи пластини та руйнуючи батарею.

Сульфатація також виникає за недостатнього рівня розчину кислоти, коли пластини лише частково заповнені електролітом.

Глибока сульфатація призводить до підвищеного виділення газу в акумуляторі, через що він може, за відсутності захисного пристрою, вибухнути (найчастіше просто репнути).<ref name="Москатов">Москатов Е. А. Источники питания. — Киев.: "МК-Пресс", СПб.: "КОРОНА-ВЕК",  2011.—208 с, ил.  ISBN 978-5-7931-0846-1 ("КОРОНА-ВЕК")  ISBN 978-966-8806-71-1 ("МК-Пресс")</ref>

Слід зазначити, що неглибока сульфатація завжди супроводжує використання (роботу) працездатного акумулятора, водночас глибока сульфатація, може призвести до повного виходу пристрою з ладу.

==Переваги та вади==
До переваг свинцево-кислотних акумуляторів належать: довговічність (за правильного застосування — до 10 років), невелика вартість, надійність, низький [[внутрішній опір]] і відсутність властивості «пам'яті».

[[Файл:ExplodedBattery.jpeg|міні|праворуч|200пкс|Автомобільний акумулятор після вибуху]]

До вад: велика маса; використання отруйних речовин;
неможливість розряджання акумулятора за температури нижче -40 °С і заряджання у разі 0 °С; неможливість зберігання пристрою в розрядженому стані; в окремих випадках — виділення газів у разі неправильної експлуатації; значний саморозряд, що досягає 1 % протягом 24 годин.<ref name="Москатов"/>

Акумуляторні свинцево-кислотні батареї із ємністю в 1 А·год/батарея, забезпечують [[Сила струму|силу струму]] набагато меншу, ніж у [[Лужна акумуляторна батарея|лужних]]. Свинцево-кислотні акумулятори мають вищу робочу напругу порівняно з лужними акумуляторами.<ref name="Шембель"/> Але вони мають нижчі питомі енергетичні показники та значно менший строк служби при циклічності до вичерпання запасеної ємності. Ці батареї частіше використовуються для роботи в буферному режимі, за якого вони зберігають працездатність до 10–12 років.<ref name="Шембель">Шембель О. М., Білогуров В. А. Основні характеристики сучасних хімічних джерел струму різних електрохімічних систем // Сучасна спеціальна техніка. Науково-практичний журнал. — № 2(17), 2009. (с.:66-86)</ref>

Великий досвід їх застосування в системах [[Джерело безперебійного живлення|безперебійного живлення]], телекомунікації, охоронних і сигнальних, а також постійне вдосконалення самих джерел струму, дозволяють розраховувати на сталість сфери їх використання в найближчі роки.<ref name="Шембель"/>

== Вторинна переробка ==
''Див. також: [[Переробка відходів]]''

Свинцеві акумулятори відзначаються високим ступенем повторної переробки. За допомогою депозитної системи для стартерних батарей, запровадженої 2009 року, наприклад майже 100 відсотків зношених свинцево-кислотних батарей у [[Німеччина|Німеччині]] забираються та переробляються.<ref>{{Cite web|title=Autobatterie richtig entsorgen: Wohin damit?|url=https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/reparatur-pflege-wartung/wartung-inspektion/autobatterie-entsorgen/|website=www.adac.de|accessdate=2022-11-20|language=de-DE}}</ref> Перероблений свинець можна відновлювати будь-яку кількість разів майже без втрати якості.<ref>{{Cite web|title=Effektives Batterierecycling dank ausgefallener Logistik : Mehr als Zellteilung|url=https://www.umweltwirtschaft.com/news/abfallwirtschaft-und-recycling/Effektives-Batterierecycling-dank-ausgefallener-Logistik-Mehr-als-Zellteilung-18372|website=www.umweltwirtschaft.com|accessdate=2022-11-20}}</ref>

Вторинна переробка для цього виду акумуляторів має велике значення, оскільки свинець, що міститься в акумуляторах, є важким отруйним металом і завдає серйозної шкоди у разі потрапляння в [[довкілля]]. Свинець та його [[Солі (хімія)|солі]] можуть бути перероблені промисловим способом для можливості його повторного використання.

Свинець із зношених акумуляторів, іноді застосовується також заради кустарного переплавлення, наприклад, для виготовлення грузил рибальських снастей, [[Дріб (набій)|мисливського дробу]] або [[Гиря (міра ваги)|гир]]. Самостійне вилучення свинцю із акумуляторів дуже шкодить як [[Довкілля|довкіллю]] так і [[Здоров'я|здоров'ю]] самих плавильників, оскільки свинець та його сполуки з [[Пара|парою]] і димом можуть розноситися всією округою.

Переплавка свинцю можлива навіть у консервній бляшанці на [[Багаття|вогнищі]] або [[Газова плита|газовій плиті]].

== Див. також ==

* [[Ефект пам'яті акумулятора]]
* [[Переробка батарей і акумуляторів]]
* [[Ампер-година]]
* [[Залізо-нікелевий акумулятор]]
* [[Літій-іонний акумулятор]]
* [[AGM]]

== Джерела та література ==
{{reflist}}

{{17px}}
{{Електричні акумулятори|state=1}}
{{Хімічні джерела струму}}

[[Категорія:Електричні акумулятори]]