1598005409-d822585ccc08cc47a0cab5184af6a524 (Химические источники тока. Учебное пособие. Под ред. В.Н. Варыпаева, 1990u), страница 9

Разрядное напряжение, илн напряжение источника тока, относится к характеристикам, наиболее важным для потребителей ХИТ, Различается начальное напряжение 0„, конечное напряжение У„и среднее напряжение Й,р. В каждом случае имеется в виду напряжение при разряде определенным режимом, т. е. прн определенных параметрах токовой нагрузки и окружающей температуры. Полное уравнение баланса разрядного напряжения при токе разряда ( имеет следующий внд: и=и,„— ч+ — ч — зи... — зи,— зи...

— зи„, (зз) где ц+ и ц — поляризация электродов, причем условно т)+=Е~ ч — Ео т)= — Е~ — Е~-ь поэтому ц+>О н т~ >О; ЬУ„,— падение напряжения в слое электролита между разноименными электродами; ЬУ,— падение напряжения в сепараторе, а фактически — в электролите, содержащемся в порах сепаратора; ЛУ я — падение напряжения в электродах; ЛИ.,— падение напряжения в контактах, токоотводах н других участках внешнего электросопротнвления за пределами собственно электродов (до точек замера напряжения).

Таким образом, разрядное напряжение ниже НРЦ на сумму электрохнмических (т)++т) ) и омических (/Хй~) составляющих. В частных случаях отдельные составляющие могут быть близки или равны нулю. Например, ЬУ,=О, если сепаратором являются дистанционные ограничители; ЬУ .,=О, если сепараторы прижаты к электродам. Разряд химического источника тока — пример иестацнонарного электрохимического процесса, который сопровождается изменением во времени как электродных потенциалов, так и напряжения в целом. Причинами нестационарностн параметров служат непрерывное изменение фазового н химического состава электродов, а также состава и концентрации электролита. Кроме того, в ходе разряда пористого электрода происходит постепенное перемещение электродных реакций от фронтальной поверхности в более труднодоступные тонкопористые слон, что вызывает рост поляризации и повышение омнческнх потерь напряжения.

Этому способствует усиление пассивации электродов продуктамн чг разряда. В результате напряжение ХИТ в процессе разряда падает. На рис. 3.1 показаны некоторые характерные графики зависимости напряжение в время, которые называют разрядными характеристиками нли разрядными кривыми.

Разрядные кривые могут иметь различную форму, которая зависит от природы электрохимической системы, механизма электродных реакций, режима разряда, конструкции и технологии изготовления электродов. Влияние этих факторов на напряжение рассматривается в разд. 11 н Ц1 К на примере конкретных ХИТ. Характер изменен ния напряжения обычно определяется одним иэ электродов, который и больше другого подвержен падению бестокового потенциала, более ощуи тимо поляризуется, в котором рост омического сопротивления более знаи„ чи гелен. На кривых рис.

3.1 обозначены характерные точки — О,н, 0„0„. Величина НРЦ отвечает разности бестоковых потенциалов непосредственно перед началом разряда. Начальное напряже- О„ нне У судя по рисунку, не обязательно соответстк вует первым секундам разряда, оно измеряется через установленный промежуток времени и отвеРнс. Зл, Варианты разрядных чает началу относительно характарнстнк кнынческнк нотон- стабильного (нередко ннкоа тока прямолинейного) участка разрядной кривой. Достнжение Ок означает, что наметилось резкое падение напряжения иэ-за того, что запас активного вещества одного иэ электродов (реже обоих одновременно) почти исчерпан (рнс. 3.1, и, б) илн более низкое напряжение 48 и,„ и„ не имеет практического смысла (рнс. ЗЛ, в). Интервал У, — У, составляет рабочий диапазон напряжения, который важен для практического применения ХИТ.

Поэтому, судя по разрядной кривой в, к одному и тому же нсточнику тока можно предъявлять различные требования по диапазону напряжения, предположим, более жесткие (О,— 0;) для энергопитания радиоаппаратуры и менее жесткие (΄— О,л) для злектроигрушкн. В обоих случаях имеет место недоразряд, или различная глубина разряда, поскольку, судя по характеру разрядной кривой в, запас активных веществ при У„ еще не исчерпан.

Полезной для расчетов величиной является среднее напряжение с и„=4ут 4~ иб., которое может быть приближенно рассчитано по формуле и„= ~~дг ~у, и;, 4 1 где У вЂ” число замеров (не менее 5) через одинвковые интервалы времени. Номинальное напряжение У„,„ †условн величина напряжения, близкая У„. Оно обычно указана на торговой зтнкетке и служит доступной потребителю характеристикой источника тока данного тнпв. Как следует из анализа уравнения (3.1), напряжение пря разряде ХИТ зависит от величины разрядного токи 1.

Графическую зависимость 0 — 4 называют вольтамнерной характеристикой источника тока. В первом приближении уравнение (ЗЛ) можно упростить, представив в виде и .— гт,„— пт„, где )т„— внутреннее сопротивление ХИТ, равное сумме поляризвцнонного сопротивления г(,о,=(т)++т) )/1, н омнческого сопротивления всех компонентов внутренней электрической цепи )т, =/Е)ть Отсюда следует, что вольт-амперная характеристика должна графически выражаться прямой линией, пересекающей ось ординат в точке Уь„. Но величина гг„в ходе разряда не остается 49 постоянной: растет поляризация электродов, повышается электрическое сопротивление электродов за счет фазовых и структурных превращений, изменяется проводимость электролита.

Поэтому кривая У вЂ / в широком диапазоне токовой нагрузки и,а обычно крнволинейна. Типичнаи вольт-ампере, ная характеристика пред! ставлена на рис. 3.2. Экс- траполяцня прямолинейного ! ! участка крнвой на ось орди- 1 наг дает величину напряже! ння Уо. Очевидно, уравне/, ние и = ио — /л.. Рис. 3.2, Типичиаи иольт-ампсриаи аарактаристика кими достаточно точно описывает чсского источиика тока зависимость У вЂ” / в интервале разрядного тока /|†/ъ для которого внутреннее сопротивление — величина постоянная, при этом //аи= (Уе — Уа)//а.

При заряде аккумулятора контролируют зарядное налряясеяие У,. Уравнение баланса напряжения прн заряде включает те же составляющие, что и в уравнении (3.1) с учетом У,>Уаи: ! //а=//р +ч++ ч-+/ Х /3!. По мере заряда прн /=сопМ растет поляризация электродов, нередко возрастают н омические составляющие. Поэтому типичная зарядная кривая Уа — с характеризуется ростом У После окончания заряда напряжение стабилизируется, что соответствует стационарному процессу электролиза воды. Емкость.

Разрядной емкостью С называют количество электричества, которое источник тока отдает при заданном режиме разряда до достижения заданного конечного напряжения У,. Единицей измерения емкости ХИТ согласно ГОСТ 4.362 — 85 является ампер-час. Способ расчета емкости зависит от токового режима разряда. В общем случае (3.2) Если разряд ведут стабилизированным током 1=сопз$ в теченне времени т, то согласно (3.2) С=!т.

Если источник тока разряжают при постоинном сопротивлении внешней цепи йч, то ток разряда прн этом плавно синжаетсн, н расчет ведут по уравнению Погрешность расчета в этом случае завясит от соотношения сопротивления внешней цепи н внутреннего сопротивления ХИТ. Расчет тем точнее, чем больше Йч по с авнению с йн» Г уществует понятие номинальной емкости С»„, отнесенной к строго регламентированным условиям. Параметрамн этих условий являются ток разряда нли сопротивление внешней цепи, конечное напряжение и температура окружающей среды. Номинальная емкость гарантируется заводом-изготовителем и нередко входит в условное обозначение источника тока.

Фактическая емкость должна быть несколько выше номинальной. Этот запас, компенсирующий технологический разброс емкости образцов в партии, определяется эмпирическим путем. Емкость ХИТ зависит от внутренних н внешних факторов. К внутренним факторам относят массу активных веществ, физико-химические свойства активной массы, конструктивные особенности источника тока. Внешними факторами являются параметры разрядного тока (непрерывный нли прерывистый разряд, значение тока и его стабильность), температура, продолжительность хранения до разряда, вибрация, ускорение и др.— все то, что зависит от условий эксплуатации источника тока.

Прямая зависимость емкости от массы активных веществ представляется очевидной. Согласно закону Фарадея для обеспечения разрядной емкости С теоретически масса активного вещества электрода т, должна составить где а — электрохнмнческий эквивалент активного вещества. По ряду причин активное вещество прн разряде ис- пользуется ие полностью. Поэтому фактическая емкость электрода равна днсп Ф где т — масса активного вещества; К„„— коэффициент использования активного вещества, причем Кэ ~<И Не всегда емкость электрода одного знака можно отождествлять с емкостью источника тока.