АККУМУЛЯТОР — химический источник тока, который после разряда обладает возможностью заряда (преобразования электрической энергии в химическую) путем пропускания через него электрического тока обратного направления. Мы рассматриваем две электрохимические системы аккумуляторов, свинцовую (кислотную) и никель- железную (щелочную): Свинцовый аккумулятор состоит из двух блоков пластин погруженных в электролит (25-29%-ный водный раствор серной кислоты). Положительные пластины — представляют собой трубчатые цилиндры из нетканых материалов, заполненных активной массой — диоксидом свинца PbO2 (панцирный электрод) или свинцовые каркасы, заполненные активной массой, также диоксидом свинца PbO2 (намазной электрод), отрицательные — представляют собой свинцовые каркасы, заполненные активной массой, состоящей из губчатого свинца (намазной электрод). После изготовления пластины подвергаются электролитической обработке — формовке. При разряде происходит химическая реакция, в результате которой активная масса положительной и отрицательной пластин переходит в сернистое соединение свинца PbSO4 с выделением воды, что уменьшает концентрацию электролита, его проводимость и снижает э. д. с. аккумулятора. При снижении плотности электролита до 1.14 — 1.13 г/см3 разряд следует прекратить во избежание сульфитации пластин — образования на них нерастворимого сернистого свинца. При заряде через аккумулятор проходит ток, имеющий направление, противоположное току разряда. Происходит обратная химическая реакция и на электродах восстанавливается диоксид свинца и губчатый свинец. Во избежание сульфитации аккумулятор необходимо содержать в заряженном состоянии, периодически проверять уровень, плотность электролита, напряжение под нагрузкой. Токо-образующий процесс в свинцовом аккумуляторе описывается реакцией: Pb + PbO2 + 2H2SO4 — 2PbSO4 + 2H2O. Увеличив плотность электролита можно повысить емкость аккумулятора, но при этом ресурс аккумулятора резко снижается. К ПД кислотного аккумулятора составляет 0,75-0,8. Никель-железный аккумулятор состоит из двух блоков, расположенных в сосуде с электролитом (водный раствор едкого кали КОН или едкого натра NaOH, с добавлением едкого лития LiOH). Пластины представляют собой стальные рамки с вставленными в них стальными перфорированными коробочками, заполненными активной массой (ламельный тип электродов). Активная масса отрицательных пластин состоит из губчатого железа, положительных пластин — из гидрата окиси никеля Ni (OH) 3. Гидрат окиси никеля при разряде переходит в гидрат закиси никеля, а губчатое железо — в гидрат закиси железа. При заряде реакция идет в обратном направлении — происходит восстановление массы электродов. Концентрация электролита в процессе разряда и заряда остается неизменной. 2NiOOH + Fe + 2H2O — 2Ni (OH) 2 + Fe (OH) 2 КПД щелочного аккумулятора составляет 0,5-0,6.
Для более наглядного сравнения эксплуатационных характеристик свинцовых и никель-железных аккумуляторных батарей возьмем две батареи близкие по параметрам, применяемые на самом распространенном Российском электропогрузчике ЭП-103КО: 36ТНЖ-300ВМП У2 и 40V5PzS350Ah. Щелочная батарея производится на Великолукском и Курском аккумуляторных заводах, кислотная – на заводе Elhim-Iskra JSC (Болгария), под торговой маркой Елхим-Искра. Стоимость щелочной батареи 36ТНЖ-300 составляет в среднем 160 000,00 рублей, а кислотной батареи 40V5PzS350Ah в среднем 100 000,00 рублей. Цены как правило меняются в течение времени, но кислотная батарея в любом случае будет дешевле щелочной.
Стоимость любой аккумуляторной батареи находится в прямой зависимости от стоимости сырья, из которого производятся элементы ее конструкции и компоненты активной массы. Для заливки щелочной АКБ потребуется купить щелочь, плотностью 1,19-1,21г/см3. Стоимость электролита составляет, в среднем, 75,0руб./кг. Итого в сумме 10 500,00руб.Small_37[1]
Для заливки кислотной АКБ потребуется 110кг сернокислотного электролита, плотностью 1,28г/см3. Стоимость электролита составляет около 45,0руб./кг. Итого в сумме 4 950,00руб. При этом следует учитывать, что щелочной электролит подлежит полной замене не реже одного раза в год, поскольку он теряет свои электролитические свойства в процессе эксплуатации. Кислотный электролит заливается один раз и на весь срок эксплуатации батареи. Кислотные аккумуляторы имеют меньшее внутреннее сопротивление, и, следовательно, более высокий КПД, чем щелочные. Поэтому, при ее зарядке расходуется меньше электроэнергии. Что бы зарядить кислотную батарею, требуется отдать ей количество электричества, эквивалентное 130% емкости, для щелочной батареи, ввиду более высокого внутреннего сопротивления, этот показатель составляет 170%. Справедливости ради надо отметить, что с другой стороны высокое внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов делает их более устойчивыми к коротким замыканиям.
При сравнении щелочной и кислотной батареи одинаковой емкости (350А*ч) экономия электроэнергии составляет ~ 54% на одну батарею за смену. Вывод, чем интенсивнее используется техника с кислотными АКБ, тем более ощутимой будет экономия. Для заряда щелочных батарей необходимо использовать устройства с зарядной характеристикой IU, т. е., со стабилизированной токовой характеристикой. Такой профиль заряда требует применения сложных электронных схем и более мощного трансформатора. Как следствие, такие агрегаты стоят в несколько раз дороже, чем устройства с зарядной характеристикой Wa, применяемой для тяговых кислотных батарей с жидким электролитом. Конкретная цена на зарядные устройства ЕлПулскКар для различных типов батарей зависит от мощности силы тока заряда, но, в любом случае зарядные устройства ЕлПулсКар для кислотных батарей стоят дешевле.
Щелочной аккумулятор имеет ряд положительных по сравнению с кислотным аккумулятором отличий:
он отличается высокой выносливостью;
он сохраняет работоспособность в течение длительного срока;
он не восприимчив к физическому воздействию;
он сохраняет работоспособность даже при очень длительных простоях при отрицательных температурах;
он хорошо держит неожиданные нагрузки;
он хорошо переносит короткие замыкания;
он может очень большой промежуток времени храниться абсолютно разряженным, что категорически недопустимо в случае с кислотными батареями.
ВЫВОД: в качестве тяговых аккумуляторов, в подавляющем большинстве случаев, свинцовые батареи имеют неоспоримые преимущества перед щелочными.
