1598005409-d822585ccc08cc47a0cab5184af6a524 (Химические источники тока. Учебное пособие. Под ред. В.Н. Варыпаева, 1990u), страница 12

Так, активное вещество отрицательного электрода может взаимодействовать с окнслителями, присутствующими в электролите (ионы Рея+, Со'+, Мп04-), активное вещество положительного электрода — с восстановителями, входящими в состав активной массы (сажа, графит). Возможно взаимодействие активных веществ между собой в результате растворения одного нз реагентов в электролите, как это имеет место в ртутно-цинковом элементе или серебряноцппковом аккумуляторе.

Определенное влияние на саморазряд оказывают побочные химические реакции. Характерными являются реакции окисления металлического электрода растворенным в электролите кислородом с образованием фазовых оксидов, как это наблюдается в случае с цинком, нли пассивирующих слоев адсорбциониого характера, что свойственно системе железо — кислород в щелочном электролите. Снижение емкости разноименных электродов протекает с различной скоростью, поскольку реакции саморазряда на положительном и отрицательном электродах идут независимо одна от другой.

Чаще всего 63 сохранность заряда источника тока зависит от саморазряда отрицательного электрода, Саморазряд может быть связан с особенностями конструкции ХИТ. Так, если аккумуляторы нли элементы входят в состав батареи и соединены последовательно, не исключена потеря емкости одновременно электродами обоих знаков за счет утечки тока. Замкнутая электрическая цепь реализуется при появлении иа крышке между выводами токопроводяших мостиков, образованных пленкой электролита или атмосферной влаги. Ток в цепи при прочих равных условиях тем больше, чем выше напряжение между разноименными выводами. Хотя омическое сопротивление пленочных мостиков, как правило, достаточно велико, тем не менее потери емкости могут оказаться ощутимыми из-за длительности н непрерывности процесса.

Надежность ХКТ. Это есть свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих работоспособное состояние источника тока. Параметры охватывают режимы и характеристики разряда, а также условия эксплуатации, хранения и транспортирования. Важность надежности как эксплуатационного свойства трудно переоценить. Потеря работоспособности источника тока илн просто ухудшение его характеристик до уровня ниже допустимого, как правило, приводит в нерабочее состояние потребитель электроэнергии.

Иногда неожиданный выход из строя источника тока может вызвать катастрофические последствия. Известно, например, что отказ бартовога источника питания космического корабля чАполлон-13» едва не стоил жизни трем американским астронавтам. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения и условий применения ХИТ состоит из сочетания безотказности, долговечности н сохраняемостн. Безотказностью называют свойство ХИТ сохранять работоспособное состояние в течение определенного времени нлн наработки в циклах.

Далеавечнасть — свойство ХИТ сохранять работоспособность до наступления предельного состояния по емкости или продолжительности разряда. Сахрпняеласть упоминалась в связи со сроком службы и с позиций надежности означает свойство сохранять показатели безотказности и долговечности в течение и после хранения н транспортирования. вч Каждый источник тока может быть охарактеркзован количественными показателями надежности — такнмн, как вероятность безотказной работы, средний ресурс и др. (ГОСТ 27.003 — 83). Эначения показателей надежности существенно зависят от условий и режимов разряда.

Поскольку отказ как нарушение работоспособности является случайным событием, а момент наступления отказа †случайн величиной, в теории надежности для математического выражения показателей надежности используют аппарат теории вероятностей, а для выражения точечных и интервальных оценок надежности — приемы математической статистики. Причины отказа при работе ХИТ могут быть связаны с их конструкцией, с технологией изготовления и условиями эксплуатации. В начальный период эксплуатации проявляются главным образом отказы, вызванные производственными причинами: применением низкокачественных материалов илн нарушением параметров технологического процесса.

В скрытой форме могут проявляться и причины, связанные с конструкцией ХИТ (например, узел герметизации сконструирован неудачно, что затрудняет сборку аккумулятора и в отдельных случаях приводит к течи электролита). Для основного периода эксплуатации характерны редкие отказы, вызванные случайнымн причинами. В заключительный период эксплуатации наступают отказы, связанные с деградацией активных масс, сепараторов, герметизирующих прокладок и других материалов н деталей. Деградация как результат процессов рекристаллизацни, коррозии, эрозии н других необратимых явлений усиливается под влиянием условий разряда или циклирования, особенно экстремальных, таких, как повышенная температура нли увеличение механических нагрузок.

различают внезапные и постепенные отказы. Вне.запный отказ означает потерю работоспособности из-за неожиданно проявившегося дефекта детали или сборочной единицы по причине явных или скрытых технологических дефектов, не обнаруженных своевременно в производственных условиях (например, короткое замыкание через трещину в сепараторе). 77остепенные отказы могут быть связаны с недочетами при разработке и конструировании источника тока или вызваны отклонениями параметров технологического процесса или качества исходного сырья. Они проявляются в постепенном преждевременном уходе тех или иных электрических 6$ параметров за допустимые пределы (например, от цикла к циклу сокращается продолжительность разряда нлн снижается разрядное напряжение).

Если внезапные отказы редки, то вероятность постепенных отказов значительно выше, особенно в заключительный период эксплуатации. Вероятность отказов повышается по мере усложнения конструкции источника тока. Улучшению показателей надежности мешает целый ряд специфических особенностей, присущих ХИТ: сильная н нередко труднопредсказуемая зависимость электрохимических свойств активных масс от микропрнмесей и структурных параметров, которые иногда выходят. из-под контроля изготовителей исходного сырья (это касается прежде всего тонкодисперсных оксидов и чистых металлов); большое число технологических стадий при изготовлении электродов и ХИТ в целом; относительно высокая удельная доля ручного труда, что расширяет зону разброса параметров отдельных технологических операций; термодинамическая нестабильность.

электрохимических систем, которая проявляется при наличии прямого контакта между твердо- и жидкофазными (а иногда и газофазными) компонентами. Все эти особенности приводят к большему илн меньшему разбросу параметров однотипных образцов. Изготовление элементов даже на автоматизированной линии не позволяет избежать подобного недостатка, хотя зона разброса параметров в этом случае сужается. Поэтому повышение надежности ХИТ связано прежде всего с усовершенствованием технологии изготовления и повышением качества и стабильности свойств исходного сырья и материалов; с созданием более совершенного технологического оборудования для производства ХИТ; со строгим соблюдением технологической дисциплины на всех стадиях производства.

Общепринятым методом повышения безотказности ХИТ является функциональное резервирование, которое позволяет повысить надежность по постепенным отказам. Функциональное резервирование заключается в некотором превышении параметров по сравнению с гарантированным уровнем за счет, например, определенного запаса активной массы или дополнительного развития электродной поверхности. Оно обеспечивается на стадии разработки источника тока.

В результате фактическая емкость элемента при разряде в номинальном режиме может превышать номинальную емкость на 10 — 20 "в и более, а срок сохраняемостн может иметь 20 — 30%-ный запас по сравнению с гарантированным. Технико-экономические характеристики. В развитии ХИТ существенную роль играют экономические факторы. Среди технико-зкономических характеристик доминирующими являются себестоимость источников тока на стадии их производства н стоимость электроэнергии, которую онн вырабатывают при эксплуатации. Себестоимость ХИТ в общем случае определяетси стоимостью сырья и основных материалов, тогда как другие затраты (вспомогательные материалы, топливо, энергия, зарплата и прочее) имеют, как правило, второстепенное значение.

Это положение объясняется в значительной степени тем, что при изготовлении источников тока широко применяют цветные металлы высокой степени чистоты как в элементарном виде, так и в виде соединений (солей, оксидов). Например, аккумуляторная промышленность потребляет до 55% добываемого в мире свинца, свыше 25% кадмия. Стоимость цветных металлов, достаточно высокая в наши дни, в будущем будет неизбежно возрастать нз-за прогрессирующего истощения мировых запасов полиметаллических руд н постепенного удорожания добычи н переработки металлургического сырья.

Поэтому важны мероприятия, направленные на экономное расходование цветных металлов в ХИТ, работы по повышению удельных характеристик источников тока за счет увеличения коэффициента использования активных масс. Актуальными являются поиски замены дефицитных и дорогостоящих металлов (например, серебра) металламн, более доступными н дешевыми. Важна регенерация цветных металлов, извлеченных из ХИТ, исчерпавших срок службы. В некоторых странах в производство возвращается почти 100$ серебра н до 90Ъ свинца. Представлиется целесообразной разработка экологически чистых методов регенерации кадмия, никеля я цинка. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой первичными источниками тока, на несколько порядков выше стоимости электроэнергии, получаемой на современных ГЭС илн ТЭС.

Так, батарея «Планета» для карманного фонаря прн номинальной емкости 2 А.ч и среднем разрядном напряжении 3,8 В дает 7,6 Вт.ч энергии стоимостью около 40 руб за 1 кВт ч. Однако следует учитывать, что потребляемая соответствующими изделиями бт энергия слишком мала, а стоимость самнх изделий (электрочасов, транзисторных прнемннкоц микрокалькуляторов н многого другого) неизмеримо выше стонмостн ХИТ, предназначенных для ннх. Кроме того, первичные элементы, как н аккумуляторы, нспользуют в качестве автономных источников питания только в условиях, когда нспользованне дешевой сетевой энергии невозможно нлн нерацнонально.

Стоимость энергия, отдаваемой аккумуляторамн, значнтельно анже благодаря многократностн их непользования, Она складывается нз стоимости самого аккумулятора нлн аккумуляторной батареи н эксплуатационных затрат на проведение заряда, контроли н корректировки электролита и другие операция по уходу; сюда же входит стоимость энергни, затраченной прн заряде. Прн работе с крупными аккумуляторными батареями эксплуатацнонные затраты могут превысить нх исходную стоимость.

Поэтому, учитывая тенденцию роста эксплуатационных расходов, представляется целесообразным везде, где это возможно„заменять негерметнчные аккумуляторы герметичными, эксплуатация которых обходится значительно дешевле. Стоимость энергнн аккумуляторов тем анже, чем выше ресурс в цнклах, поскольку в расчет входнт суммарная энергия, полученная от аккумулятора за весь период срока службы. Так, стоимость энергнн свинцовых аккумуляторов прн наработке 800 цнклов составляет 12 — 17 коп. за 1 кВт ч. Различне стоимостн вырабатываемой ХИТ электроэнергии приводит к тому, что первнчные элементы нспользуют преимущественно в изделиях с низким уровнем энергопотреблення, исчнсляемым еднннцамн ватт- часов, а аккумуляторные батареи — в изделиях н системах, которые требуют десяткн н сотни кнловатт-часов энергии. В последнее время усилнвается конкуренция со стороны щелочных герметичных аккумуляторов в области слаботоковой бытовой техники, которая традиционно обеспечнвалась марганцево-цннковыми и другнмн первнчнымн элементамн.