Почему свинцовая клемма лучше лучше медной
Каждый автомобилист наверняка задавался вопросом: почему клеммы аккумуляторов изготовлены именно из свинца? Как известно, свинец не имеет должную электрическую проводимость, что заметно сказывается на том, что теряется мощность. Если сравнивать свинец с иными материалами, он гораздо мягче по своей структуре. Если взять пассатижи и попробовать его согнуть, то совсем быстро будет деформирована некоторая область. А по тяжести – он далеко не один из самых легких.
На самом деле, тут никакого секрета нет. Вся причина состоит в том, что у свинца есть свойства, которые отлично подходят для применения его в автомобильном аккумуляторе.
Компоненты / Тесты
Тест бюджетных аккумуляторов на 60 Ач: Аком, Dominator, Forse, Gigawatt и TAB
Свинец не может повредиться от кислоты, которая в аккумуляторе содержится в большом количестве. Иные же металлы сразу начинают вступать в химическую реакцию с кислотой, после чего появляется коррозия, и они моментально портятся.
Это и есть главная причина того, почему не применяют, к примеру, медь: она имеет в несколько раз большую электропроводность.
Более того, по своей стоимости свинец гораздо дешевле той же меди.
Но самая важная особенность в клеммах, изготовленных из свинцового материала, состоит в его низкой температуре плавления, которая составляет 300 градусов по Цельсию.
Может показаться, что это недостаток, а не достоинство. Однако в некоторых случаях, при коротких замыканиях, клемма из свинцового материала быстрее всех примет расплавленное состояние и разорвет всю электрическую цепь. Другими словами, свинцовые клеммы выполняют работу не только крепления проводов и в некотором роде «проводника», но также и предохранителя.
Что будет, когда короткое замыкание будет длиться весьма долгое время? Кислота, находящаяся внутри автомобильного аккумулятора начнет закипать, а это может привести к неблагоприятным последствиям. В некоторых случаях это может закончиться даже взрывом.
Изготавливают аккумуляторные клеммы не только из свинца, но также из иных материалов. Однако самыми популярными и надежными являются именно те, которые выполнены из свинца. Если вам предлагают на рынке клемму, которая выполнена не из свинца, обязательно стоит уточнить, может ли такая клемма сравниться со свинцовой по характеристикам и свойствам.
Внимание стоит обращать не только на стоимость изделия. Высокая цена далеко не всегда гарантирует отличное качество. Также стоит заострить свое внимание на прочности материала и температуре его плавления.
Свинцово-кислотные аккумуляторы: плюсы и минусы
Первый свинцово-кислотный аккумулятор был спроектирован французским изобретателем Гастоном Планте ещё в 1859 году. На данный момент данный тип источников питания считается наиболее распространённым и массово используется в автомобильной промышленности. На протяжении ХХ ст. технология производства батарей постоянно развивалась и совершенствовалась, благодаря чему возникло несколько разновидностей свинцово-кислотных АКБ, отличающихся между собой как по составу пластин, так и по типу электролита (жидкостный или гелеобразный).
Разновидности
Современные производители используют различные химические добавки для улучшения эксплуатационных характеристик свинцовых АКБ. Так, добавление в состав пластин небольшого количества сурьмы (до 10%) позволяет добиться более качественного электрического контакта электролита с решёткой, тем самым, предотвращая осыпание пластин и продлевая срок службы батареи.
Альтернативным вариантом является использование свинцово-кальциевых сплавов. Они отличаются меньшим весом, и большей устойчивостью как к повышенным электрическим нагрузкам, так и к механическим воздействиям.
Наиболее современными считаются гелевые аккумуляторы. В таких моделях электролит находится не в жидком, а в связанном виде (такой эффект достигается за счёт добавления к серной кислоте компонентов на основе кремния). Благодаря этому гелевые АКБ имеют увеличенный рабочий ресурс, заряжаются в 5-6 раз быстрее обычных батарей и практически не боятся сильной вибрации, ударов.
Преимущества
Благодаря отлаженной технологии производства свинцово-кислотные АКБ являются оптимальным вариантом по соотношению “цена-качество”. Одним из ключевых достоинств таких источников питания является широкий диапазон ёмкостей. В легковых автомобилях чаще всего используются батареи на 55-70 А/ч, что позволяет получить мощный пусковой импульс, необходимый для запуска стартера в машинах с бензиновыми и дизельными двигателями. Наряду с этим можно купить аккумуляторы, ёмкость которых достигает нескольких десятков килоампер-часов — такие модели рассчитаны на длительную непрерывную работу и обычно используются в качестве тяговых источников питания в электрокарах, моторных лодках и спецтехнике.
Среди прочих достоинств свинцовых АКБ можно выделить:
- низкий уровень саморазряда — при хранении в заряженном виде этот процесс происходит в 5-8 раз медленнее, чем у никель-кадмиевых аналогов;
- устойчивость к перепадам напряжения в бортовой сети за счёт низких показателей внутреннего сопротивления;
- стабильность подаваемого тока;
- высокий КПД (до 80-90%).
Ранее существенным недостатком источников питания этого типа было негативное воздействие электролита и свинцовых пластин на окружающую среду. Однако с развитием технологий вторичной переработки данная проблема практически решена — так, в США перерабатывается более 97% свинца из батарей.
Недостатки
В силу особенностей конструкции свинцово-кислотные аккумуляторы отличаются большими, по сравнению с аналогами, габаритами и значительным весом. При этом такие устройства также более чувствительны к состоянию глубокого разряда — при потере более 80% энергии жизненный цикл батареи может значительно уменьшиться. Количество циклов заряда-разряда у АКБ данного типа сравнительно невелико — от 200-500 (самые бюджетные модели) до 1000.
Особую опасность для свинцово-кислотных батарей представляет хранение в разряженном виде. В этом случае отложения сульфата свинца на электродах начнут переходить в крупнокристаллическую форму, что чревато значительной потерей ёмкости АКБ без возможности восстановления.
Ещё одним врагом батарей данного типа является холод. На морозе свинцово-кислотные АКБ теряет значительную часть ёмкости, что усложняет эксплуатацию в зимний период. В то же время, значительный перегрев может стать причиной закипания электролита, что чревато не только выходом батареи из строя, но также отравления испарениями. При этом большинство моделей относятся к обслуживаемому типу и требуют регулярной дозаправки дистиллированной водой.
Технологии производства автомобильных аккумуляторов
Дмитрий Болдов 6 октября 2017
Существует несколько технологий производства автомобильных аккумуляторов.
Данный материал поможем Вам самостоятельно разобраться в существующих типах АКБ.
Если у Вас остались вопросы, или нужна помощь в подборе по параметрам, или марки и модели автомобиля, наши специалисты всегда рады помочь.
Звоните!
Сурьмянистая технология производства АКБ.
Технология производства автомобильных аккумуляторов, где для скрепления активного вещества используется сурьма. Легирование свинца сурьмой для повышения прочности позволило устанавливать аккумуляторы на автомобили, так как до этого свинец попросту вываливался из решеток электродов при тряске. Однако, существуют серьезные минусы данной технологии:
Наличие сурьмы в сплаве свинца приводит к началу электролиза воды уже при напряжении 12В и ЭДС (электродвижущей силы) 12,8 В. Электролиз — это ни что иное, как разложение воды на водород и кислород. Выделение кислорода ведет к интенсивному окислению положительных пластин. Как следствие, авто аккумуляторы, произведенные по сурьмянистой технологии, весьма недолговечны.
Самый важный минус, который чаще всего расстраивает автолюбителей — авто аккумуляторы, произведенные по сурьмянистой технологии, весьма требовательны к обслуживанию. Вода постоянно испаряется, необходимо постоянно следить за уровнем электролита и добавлять дистиллированную воду. Аккумулятор постоянно разряжается, необходимо постоянно проверять степень его заряженности и при необходимости подзаряжать.
При электролизе во время эксплуатации аккумулятора, кислород с водородом выделяются и тут же смешиваются друг с другом в газообразном состоянии, образуя гремучий газ, крайне взрывоопасный и вредный для здоровья человека.
Высокий саморазряд свинцово-кислотных аккумуляторов, произведенных по сурьмянистой технологии, не позволяет хранить авто аккумуляторы более месяца без подзарядки, а автомобиль с таким аккумулятором должен эксплуатироваться весьма интенсивно каждый день, чтобы успевать заряжать АКБ. Также есть существенные ограничения по установке дополнительного оборудования, потребляющего энергию.
Малосурьмянистая технология производства АКБ
Минусы сурьмянистых авто аккумуляторов были настолько велики, что подвигли разработчиков аккумуляторов на поиски решений, способных снизить количество необходиомй сурьмы в свинцовом сплаве. Благодаря усилиям немецких и других разработчиков авто аккумуляторов появилась Малосурьмянистая технология производства АКБ. Данная технология позволила добавлять в сплав свинца всего 2% сурьмы, укрепляя при этом структуру сплава другими более дорогими добавками. Авто аккумуляторы при этом стали гораздо более неприхотливыми в обслуживании, безопасными в эксплуатации, выносливыми и приспособленными к более длительному хранению.
Кальциевая технология производства АКБ
Производители всегда идут по пути усовершенствования процессов производства и внедрения новых технологий. Движущей силой этого прогресса являются две основные задачи любого производства: удешевление конечного продукта и при этом улучшение его потребительских свойств. Казалось бы, две взаимноисключающие задачи. Однако, кальциевая технология (вкупе с технологией просечки решеток из цельного листа проката) позволила решить эти две основные задачи. Благодаря тому, что пластины стали делать из свинцово-кальциевого сплава, АКБ стали абсолютно необслуживаемые (maintenance free), то есть не требующие доливки дистиллированной воды, так как кальций внутри сплава скрепляет структуру, исключая при этом электролиз и все минусы с ним связанные. Саморазряд в кальциевых батареях минимальный, то есть аккумулятор можно оставить на год в прохладном помещении в заряженном состоянии. Он практически не потеряет при этом эксплуатационных свойств, оставаясь без какого либо дополнительного обслуживания в течение этого периода. Но главный для производителя плюс данной технологии в том, что благодаря прочной структуре сплава, появилась возможность делать пластины гораздо тоньше обычных малосурьмянистых, и не отливать решетки пластин как раньше, а вырезать из цельного листа проката. Кальциевая технология производства авто аккумуляторов значительно снизила количество свинца внутри аккумулятора, но при этом весь свинец, что находится внутри, используется по максимуму. Себестоимость свинцово-кальциевого аккумулятора значительно ниже, такого же, но сделанного по другой технологии. Однако, у любой медали есть и оборотная сторона. Кальциевая технология принесла с собой и ряд минусов:
Кальциевые аккумуляторы не переносят глубокие разряды. То есть, покупая кальциевую АКБ, автолюбителю необходимо понимать, что есть достаточно большой риск ее глубоко разрядить и, как следствие, потерять. Ослабление натяжения ремня генератора; замыкание на корпус какой-либо электрики или электропроводящих материалов и деталей; забытые на ночь невыключенные энергопотребители; мощная сигнализация, охраняющая оставленную в течение недели или более автомашину; просто неинтенсивное использование автомобиля, тем более в зимнее время года. Эти и многие другие жизненные ситуации могут стать причиной выхода кальциевого аккумулятора из строя.
Второй немаловажный минус кальциевой технологии — короткий срок службы АКБ из-за малого количества свинца внутри. В кальциевых авто аккумуляторах нет запаса свинца, или другими словами дополнительной подушки. Пластины очень тонкие, но при этом весьма активные, использующие весь свой ресурс в процессе эксплуатации. Основную нагрузку при этом несут положительные пластины, их быстрый износ и является основной причиной быстрого выхода из строя кальциевых АКБ. Срок службы авто аккумулятора, сделанного по кальциевой технологии, не превышает 4-5 лет. А среднестатистическое значение этого показателя в нашей реальности вдвое ниже. Большинство кальциевых аккумуляторов служат своим владельцам не более 2-2,5 лет.
Гибридная технология производства АКБ
Добросовестные производители, дорожащие своим именем, традициями производства высококачественного и долговечного продукта, увидев минусы кальциевой технологии, так и не начали производить аккумуляторы по такой технологии. Они продолжили работу над созданием технологии, позволяющей взять все плюсы от предыдущих технологий и убрать все минусы предыдущих технологий. Конечно, на данном этапе во главу угла уже ставились иные задачи: не потерять преимущества низкой себестоимости и отсутствия электролиза кальциевой технологии, но избежать серьезных минусов кальциевых аккумуляторов. Немецкие разработчики создали и запатентовали технологию, назвав ее «Гибридная технология производства АКБ». Само название говорит о том, что в данной технологии собрано воедино всё лучшее из всех предыдущих технологий. Суть «Гибридной технологии производства АКБ» заключается в том, что все положительные пластины в гибридных АКБ производятся малосурьмянистыми. Решетка такой пластины отливается, а не высекается из цельного листа проката. При этом, такая решетка в два раза толще, чем кальциевая. На такую толстую решетку намазывается толстый слой активного вещества. Таким образом, положительные пластины в гибридных АКБ в два раза толще кальциевых, то есть они имеют достаточную подушку из свинца для долговечной работы. Благодаря этому срок службы гибридной АКБ увеличивается минимум вдвое. Такая АКБ значительно более выносливая к энергетическому «голоду» из-за неинтенсивной эксплуатации автомобиля или нехватки зарядного тока от генератора. Гибридный аккумулятор не боится глубоких разрядов, главное, чтобы он не находился в разряженном состоянии долгое время. Он абсолютно необслуживаемый, то есть при нормально работающем электрооборудовании автомобиля, в такой аккумулятор не требуется доливка дистиллированной воды. Однако в экстренных ситуациях всегда можно зарядить, долить воды, измерить плотность электролита, проверить все показатели такого аккумулятора. В гибридной АКБ на 25-30% больше свинца, чем в кальциевой, поэтому она дороже в производстве. Однако, потребитель платит не за воздух, а за реальный свинец внутри, за уверенность в том, что АКБ прослужит ему долгие годы не требуя постоянного ухода.
Технология производства AGM аккумуляторов.
Информация редактируется. Приносим свои извинения. Готовы помочь при обращении к нам.
Технология производства EFB аккумуляторов.
Информация редактируется. Приносим свои извинения. Готовы помочь при обращении к нам.
История аккумуляторных батарей.
Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте.
Конструкция аккумулятора представляла собой электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10% раствором серной кислоты.
Недостатком первых свинцово-кислотных аккумуляторов была их невысокая емкость. Поначалу для ее увеличения проводили большое число циклов заряда-разряда. Для достижения существенных результатов требовалось до двух лет таких тренировок. Причина недостатка была явной — конструкция пластин. Поэтому дальнейшее совершенствование конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов было сосредоточено на совершенствование конструкции используемых в них пластин и сепараторов.
В 1880 г. К. Фор предложил методику изготовления намазных электродов путем нанесения на пластины окислов свинца. Такая конструкция электродов позволила значительно повысить емкость аккумуляторов. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил применять в качестве электродов намазную решетку. В том же году ученому Селлону был выдан патент на технологию изготовления решеток из сплава свинца и сурьмы.
Первоначально практическое использование свинцово-кислотных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств — для заряда применяли первичные элементы конструкции Бунзена. То есть химический источник тока заряжался от другого химического источника — батареи гальванических элементов. Положение кардинально поменялось с появлением недорогих генераторов постоянного тока.
Именно свинцово-кислотные батареи первыми в мире из аккумуляторных батарей нашли коммерческое применение. К 1890 году во многих промышленно развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 году немецкая фирма Varta произвела первые стартерные аккумуляторы для автомобилей.
В 70-х годах XX века были созданы необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них сменили гелиевым или адсорбированным (впитанным ) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при заряде или разряде, установили клапаны. Строго говоря, абсолютная герметизация свинцово-кислотных аккумуляторов не может быть достигнута, так как нельзя обеспечить полную рекомбинацию кислорода и водорода, которые выделяются в них при заряде и хранении. Но специальными мерами выделение газов и потери воды в процессе эксплуатации удается свести к минимуму.
Были разработаны новые конструкции пластин на базе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, а также на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.
Свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди всех существующих в настоящее время химических источников тока. Их масштабное производство определяется как относительной дешевизной используемых материалов и высокой степени автоматизации производства, так и разработкой разных вариантов этих аккумуляторов, отвечающих требованиям широкого круга потребителей.
Наилучшие образцы первых аккумуляторов, конца 19в., имели удельную энергию по массе 7-8 Вт•ч/кг при продолжительном разряде (у нынешних образцов 40-47 Вт•ч/кг).
Сейчас выпускаются герметизированный автомобильные аккумуляторы с иммобилизованным (гелеобразным или абсорбированным) электролитом, эти аккумуляторы обеспечивают работоспособность в любом пространственном положении и применяются в системах резервного и аварийного энергоснабжения, бытовой технике и т.п.
Активными веществами свинцового аккумулятора, принимающими участие в токообразующих реакциях, являются:
• на положительном электроде — двуокись свинца PbO2 (темно -коричневого цвета);
• на отрицательном электроде — губчатый свинец Pb (серого цвета);
• электролит — водный раствор серной кислоты H2SO4
В ходе разряда аккумулятора активная масса отрицательного электрода превращается из губчатого свинца в сульфат свинца, со сменой серого цвета на светло-серый, отдавая два электрона в электрическую цепь.
Pb + HSO4- → PbSO4 + H+ + 2e-
Активная масса положительного электрода по ходу разряда превращается из двуокиси свинца PbO2, так же как и активная масса отрицательного электрода, в сульфат свинца PbSO4 с изменением цвета с темно-коричневого на светло-коричневый, поглощая два електрона.
PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e- → PbSO4 + 2H2O
В результате разряда аккумулятора активные материалы и положительного (PbO2 ), и отрицательного (Pb ) электродов преобразуются в сульфат свинца PbSO4. При этом на формирование сульфата свинца расходуется серная кислота, что вызывает снижение концентрации электролита и как следствие снижение его плотности. Суммарная реакция при разряде аккумулятора:
PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
При зарядке аккумулятора идут обратные в противоположную сторону, в ходе которых кроме всего прочего происходит образование серной кислоты, в результате чего при заряде растет плотность электролита. Суммарное уравнение процесса заряда:
2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4
Когда реакции преобразования веществ в активных массах положительного и отрицательного электродов завершены, плотность электролита перестает меняться, что служит признаком завершения заряда аккумулятора. При дальнейшем продолжении заряда протекает так называемый вторичный процесс — электролитическое разложение воды на кислород и водород. Выделяясь из электролита в виде пузырьков газа, они создают иллюзию кипения электролита, что тоже служит признаком завершения процесса заряда.
Каждый аккумулятор состоит из пространственно разделенных разноименных электродов, погруженных в раствор электролита и помещенных в прочный корпус, который устойчив к химическому воздействию электролита, механическим нагрузкам и температурным колебаниям.
Активная масса электродов обладает высокой пористость (47 -60%) и у заряженных аккумуляторов на положительном электроде состоит в основном из двуокиси свинца PbO2 (85 -90%), а на отрицательном электроде — из губчатого свинца Pb (80 -90%).
Раньше для изготовления корпуса аккумуляторов использовали эбонит, который обладает относительно низкой механической прочностью. Поэтому стенки эбонитовых блоков имеют толщину 6-8 мм для аккумуляторных батарей до 90 А•ч и 9-12 мм при емкости более 100 А•ч. При переходе с эбонита на сополимер полипропилена с этиленом, удается уменьшить толщину стенок в два раза и понизить массу корпусных деталей без ухудшения их надежности.