1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Отношение - ~р(Кэп + 'р~р, ) (4.206) О Овокпок + явпв) + Хр (4.21а) При Постоянной мощности Х э'э,эА1О з,п р р,таэ' (4.21б) (4.21в) + твцв) (Хрэз1т/ЧЭА')э О При постоянной мощности Х Р ~з,эАНэ Кэ,петр + Кр' (4.20 (4.21г) 19б Из гл. 1 и О 4.1 следует, что КПД аккумулятора растет с умен . шением плотности тока заряда и разряда, с увеличением теза1 Ратура (до определенных пределов), зависит от побочных ре „ ций, структуры электродов, состава и толщины электролит„ других факторов.
4.1.4. Ресурс и срокслужбы ЭА. В процессе циклирования е кость ЭА обычно снижается вследствие потери реагентов, из$ нения химического состава, структуры и площади поверхносэ„ электродов, изменения электролита. Количество циклов, в течение которых ЭА сохраняет сво„ характеристики в заданных пределах, называется технически„ ресурсом.
Если ресурс определен при испытаниях и эксплузтэ. ции в определенных условиях, то он называется наработкой Ресурс зависит от вида аккумулятора, условий заряда и разрялз, Однако суммарная энергия, полученная ЭА за все циклы, кзк правило, не зависит от глубины разряда. Аккумуляторы также характеризуются сроком службы т„т.е, календарной продолжительностью эксплуатации ЭА после заливки электролита (годы). Между ресурсом и сроком службн имеется непосредственная связь.
4.1,5. Экономические показатели ЭА. К экономическим покз. зателям ЭА относятся капитальные затраты на ЭА, удельные капитальные затраты, приведенные затраты и удельные приве. денные затраты на единицу энергии. Капитальные затраты на ЭА Кэ ЭА состоят из затрат на пес. тоянную часть ЭА Кэ „, пропорциональных мощности, и звтра на реагенты, пропорциональных энергозапасу К, р.' '*зЭА ~э,п + Кз,р э,пХр + (Пзокцок + р оээк где пэА, — КПд ЭА и Х; - мощность при плотности тока 1р' "Ъэ' йэ, - масса окислителя и восстановителя на единицу энеРпэн при ПэА = 1,0; ц к и цв - цена окислителя и восстановите""' тр — максимальное времЯ РазРЯда; Хр - номинальнаЯ моШ ность разряда; К, „- удельные постоянные затраты на еднняа» мощности, не зависящие от времени разряда.
(1РН постоЯнной мощности Хр эээ,ЭА ~р р + (Шжпок + элвпв)Хртр ~~ЧЭЛ = „Ве К вЂ” стоимость реагентов, приходящаяся на единицу энерго- ,апаса, ээр (эзэокдок + пзвпв)~ЧЭА удельные капитальные затраты на единицу мощности )(э,эАХ Кэ,ЭЛЕР Кз,п + Удельные капитальные затраты на единицу энергозапаса — з,п"~р э,эАНэ р р,Ими =...,.+як~,)1 ( ! + И' ) ) ОЭА1 О Удельные приведенные затраты на энергию, получаемую при эзэряде ЭА, можно определить по уравнению Кз,ЭЛм1Рзк + НО) и + Зэп~з1ЭА» (4.22а) "ОО1 О 1, — продолжительность работы ЭА в году (часы); Но — норма 197 отчислениЯ; д,к - долЯ отчислениЯ 'от капитальных затРат на эксплуатационные затраты; з, — тарифы на электрическу, энергию.
В величину дэк входят амортизационные отчисления, равные 1/т„где т, — срок службы (годы). Удельные приведенные затраты на энергию можно такж определить по уравнению Зп эээ,ЭА49(рэк + НО) + Зэк/ЦЭА. (4.226) Как видно из уравнений (4.20) — (4.22), экономические показа. тели зависят от многих факторов: типа ЭА (соотношения К, „я Кр), годового срока эксплуатации, режима разряда и зарялэ КПЛ, стоимости реагентов, электролита, конструкционных я вспомогательных материалов, от удельной энергии и мощности, Удельные затраты снижаются при увеличении удельной энергии и мощности ЭА.
Например, увеличение удельной эиер. гни при пятичасовом разряде свинцового аккумулятора с 10 дс 40 Вт ° ч/кг приводит к уменьшению удельных затрат со 140 до 50 руб/(кВт ° ч) и с 700 до 300 руб/кВт. 4.2. АККУМУЛЯТОРЫ, ВЫПУСКАЕМЫЕ СЕРИЙНО В настоящее время в массовом масштабе выпускаются свин. цовые, никель-кадмиевые и никель-железные ЭА, серийно серебряно-цинковые ЭА, небольшими сериями — серебряно-каа. миевые, никель-цинковые и никель-водородные ЭА.
Удельная стоимость серебряно-цинковых, серебряно-кадмиевых ЭА весьма высока, поэтому в настоящей книге они не рассматри. ва ются. 4.2.1. Свинцовые аккумуляторы. Электрохимическая система свинцовых аккумуляторов состоит из диоксида свинца, свинца и раствора Н2504 РЬ02 ~ Н2 50 4 ~ РЬ. Токообразу,ощая реакция в ЭА записывается уравнением РЬ62 + РЬ + 2Н2504 з.-"я 2РЬ504 + 2Н20. (4.23) Соответственно ЭЛС аккумулятора равна Э Еэ + (ЮТ/Р)!П(аи2ЗО /аи2О) (4.
где Е 2,041 В, а — активности соответствующих веществ. э 196 стандартная энтропия реакции (4.23) А5299 = 258,6 Дж/(моль к). о ртсюда (дЕэ/дТ)Р 2аэ 1,31 мВ/К по расчету и 1,36 мВ/К по эксяерименту. Значение напряжения разомкнутой цепи (/р ц мало отличаетэяот Е,. Как видно из (4.24), ЭЛС аккумулятора растет с увеличением концентрации Н2504. Однако с увеличением концентрации я 504 возрастает скорость коррозии электродов, а при высоких 2 «онцентрациях кислоты — и омическое сопротивление раствора ,яектролита.
Поэтому рабочая концентрация Н2504 в заряженяом аккумуляторе лежит в пределах 3,4-5,5 моль/л (р = 1,2": 41,31 г/смэ), в РазРЯженном — 1,3-2,9 моль/л (Р = 1,08+1,17 г/смэ). Активная масса заряженного отрицательного электрода ,остоит из свинцового порошка (губки), к которому добавляют эепассиваторы (Ва504) и органические вещества (гуминовые кислоты, лигносульфонат калия, карбоксиметилцеллюлоза, яубители и др.) — расширители, затрудняющие спекание и усадку губки свинца.
Активная масса положительно заряжен. ного электрода состоит из порошка диоксида свинца (а- и р. РЬ02). Активная масса помещается либо в свинцовые решеткитокоотводы (пастированные или намазные электроды), либо в пеяЬорированные свинцовые коробки (коробчатые электроды), либо в перфорированные полимерные трубки со свинцовыми токоотводами в центрах трубок (панцирные электроды). ))ля улучшения механических и литейных свойств в состав токостводов обычно добавляют небольшое количество сурьмы. Кроме того, применяются поверхностные электроды, у которых эктивная масса формируется непосредственно на поверхности свинцовых пластин. Пастированные электроды обеспечивают более высокую Удельную энергию и мощность, но имеют относительно неболь.
шой ресурс (150-400 циклов). Панцирные электроды устойчивы к механическим воздействиям и имеют относительно большой Ресурс (1000 циклов и более), но меньшую удельную энергию и мощность, чем пастированные электроды. Аккумуляторы с ~сверхностными электродами имеют высокий ресурс (1000- В00 циклов), но характеризуются большим расходом свинца, "евысокими значениями удельной энергии и мощности. Лля разделения положительного и отрицательного электро«сэ применяют сепараторы: микропористые эбониты (мипор), 199 поливинилхлорид (мипласт, поровинил) и другие. В качеств матеРиалов баков и моноблоков слУжат деРево, стекло, эбонн В последние годы все более широкое применение получа70 облегченные моноблоки из полиэтилена, полипропилена других полимеров. В соответствии с областями и особенностями примененн различают стартерные, тяговые, стационарные, авиационные другие ЭА.
Основное внимание в этой книге будет уделе,ь, характеристикам стационарных и тяговых аккумуляторов. С середины 10-х годов ведутся широкие исследования, направлен ные на улучшение параметров свинцовых аккумуляторов н облегчение их обслуживания. Так, созданы необслуживаемые (безуходные) и малоуходные ЭА, в которых для снижения газовыделения и соответственно потерь воды применяются решетки с уменьшенным содержанием сурьмы, либо решетки нз свинцово-кальциевого сплава. Кроме того, в некоторых ЭА используется либо матричный (из стекловолокна), либо желе. образный электролит, содержащий загустители: силикагель, алюмогель и др., [9; 11; 35; 42). Водород и кислород, выделяю. щиеся при заряде, взаимодействуют на катализаторе с образо. ванием воды, стекающей в электролит.
Для повышения ресурса подзаряд ведется при постоянном напряжении 2,23-2,28 В [116, с. 49-56). С повышением темпера. туры заметно повышается потеря емкости, особенно при темпе. ратуре выше 50'С. Поэтому предложена терморегуляция ЭА. Параметры ЭА. На рис. 4.1 приведены типичные разряд. ные и зарядные кривые ЭА. Наклон этих кривых зависит от температуры, плотности тока и типа ЭА. Так, при повышении температуры от 0 до 25'С напряжение при разряде ЭА увеличи. вается на 50 мВ.
Вольт-амперная кривая при разряде ЭА лрн плотности тока 0,05-2 кА/мз, что соответствует)С= 0,1+4 (тр = 10чь0,25 ч), близка к линейной. Эффективное среднее удельное сопротивление, Ом мз, прн 298 К равно:(2,1+2,2) ° 10 с у тяговых и стартерныхЭА и 3,2 10 стационарных ЭА.
Нормированное сопротивление, В ч, равное ЛзфС, находитсЯ в пРеделах 0,18-0,23 У стаРтеРных ЭА, 0,14-0,19 У тяговых ЭА и 0,19-0,3 у стационарных ЭА [11, 42). Удельная энергия возрастает с увеличением времени разря' да (уменьшением разрядного тока) (рис. 4.2), при этом умень7ца ется удельная мощность (рис. 4,3). удельная энергия выпускав мых промышленностью стационарных ЭА лежит в предеяех Рис. 4.1. Типичные разрядные и зарядные кривые свинцового ЭА 277 2,$ 2,3 Рры, 12 2,1 10 7,8 1,1 О 20 ФО БО 80 700 Степень заряда или разряда,% Ь 2 г) б 8 ерч уис. 4.2. Зависимость удельной энергии стационарных свинцовьи ЭА от времени разряда при 208 К: 1 — СКЭ-20," 2 — СК.148; 3 — СН-20 7ООО ни в гдо 7000 7ОО 70 0 4 8 8ерч 70 7РО Иг,„,вт ч/кг Рис.4.8. удельные характеристики аюсуагуяяторов: 1-свинцовые; 2-никель-кадмиевыв: 3 — никель.
цинковые; 4-хлорцинко. ззи: 5- серно-натриевые рнс. 4.4. Кривые удельных капитальных затрат свинцовых ЭА на единицу знерго. ~апаса К з)Р (1 из) и единицу Кар((1 из'); 1 и 1 -аккумулятор СК-148; 2 н 2 -аккумулятор СН-20 18 е 3 *. г7 о 1,7 гно гоо ччев,780 к)го 1ы 80 7000 ' О г 8ОО 800 оОО 200 Таблица 4.1. Параметры Элзктрохимическая система ир, В )4~~, ягю Ресурс, Вт ч/кг кВт ч/мз циклы Релим разряда Срок слук" КПД 96 бы, годы Удельные капитальные затраты К, Р/' Кз гл руб/кВт К, руб/квт ч, Часы (долл/кВт) [додд/(квт.ч)) /с42 /с Р РЬ02 ~ Н2504 ~ РЬг стационарные ФФ 88 40-80(80) 90-180 80-150 (100-200) (90-100) 0,2 0,2 0,1 0,1 2-1,75 2-1,75 1,24-1 1,24 «1 10-30 24-40 20-40 20-45 5 5 10 10 30-60 60-100 60-130 40-90 1000-3000 800-1000 1000 25а) 1000-2500 60-80 40-50 30-60 30-50 70-80 65-75 50-60 45-55 1О 3О 4 1О 8 10 8 10 0,1-4),5 5-10 100-150 45-80 50-70 40-75 100-400 2000-10000 55-60 60-70 3 5 20 0,25 1,95-1,7 100-150 100-180 500-1500 (40-100) (40-100) (10-20) 20-25(30) (100) (150) (5-10) 75-80 55-70 65-70 1,75-1,7 40-70 10-30 200-500 0,1-0,2 5-10 10-50 500-1000 65-85 0,1-0,2 5-10 1,7-1,6 10 15-30 500-800 65-80 (80-200) (50-140) 5( )Р А)203 ~ на 0,1-0,5 (5-го) Кз, Р/ Кз,п + Кргр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
