Химические источники тока. Параметры элементов и батарей

Электрохимические элементы и батареи, составленные из них по параллельно-последовательным схемам соединений, характеризуются следующими основными параметрами и эксплуатационными свойствами.

Электродвижущая сила элемента измеряется при разомкнутой внешней цепи, определяется химическими свойствами активных материалов: электродов и электролита. Форма и размеры электродов на величину ЭДС не влияет.

Внутреннее сопротивление элемента определяется суммарным сопротивлением электродов, электролита и деполяризатора, зависит от рабочей поверхности электродов, их материалов, плотности электролита и его температуры. Величина внутреннего сопротивления определяется из соотношения

Где U_H и I_Н - напряжение и ток на нагрузке, г_вн - внутреннее сопротивление элемента по постоянному току.

Очевидно, что внутреннее сопротивление элемента и батареи характеризует способность к перегрузке и определяет величину нормального разрядного тока, при котором можно получить максимум электрической энергии. Емкость элемента определяется количеством электричества, отдаваемого элементами при разрядке:

(А*ч)

где t - время разрядки.

При разрядке элемента постоянным током I_Н емкость Q = I_н*t (A*ч)

С изменением условий разрядки меняется емкость элемента. Обычно оговаривается время непрерывной разрядки (10ч, 20ч и т.д.), при котором элемент обладает номинальной емкостью.

Саморазряд элемента — это уменьшение емкости за счет разрядки элемента при незамкнутой его внешней цепи. Сам же по себе процесс саморазряда происходит независимо от того, нагружен или не нагружен элемент.

Он может происходить за счет низкого качества изоляции между электродами, но главной его причиной является побочный электрохимический процесс внутри элемента, приводящий к бесполезной трате отрицательного электрода и деполяризатора. Интенсивность саморазряда зависит от содержания примесей в активных веществах электродов и температуры электролита.

Диапазон рабочих температур элемента предопределяет возможности использования этих элементов при различных температурах окружающей среды.

При температурах, близких к температурам замерзания электролита, ЭДС элемента резко уменьшается. Для повышения холодостойкости элемента используют специальные электролиты: со специальными примесями в виде пасты. Такие электролиты не замерзают даже при очень низких температурах. Таким образом, электролит предопределяет нижнюю рабочую температуру элемента. Верхний предел рабочих температур элемента определяется материалами электродов, допустимой интенсивностью саморазряда и предельными значениями изменения внутреннего сопротивления.

Удельные характеристики элементов обычно даются по весу (Вт/кг, Вт*ч/кг и А*ч/кг) или по объему (Вт/дм³ или А*ч/дм³). При определении величин мощности, энергии или емкости элемента исходят из номинальных величин тока, напряжения и емкости описываемых элементов.

Устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам обычно указывается для элементов, используемых в передвижных устройствах. Для этого элементы проходят испытания на вибраторных установках с заданной частотой и амплитудой вибрации или ударной нагрузки.

Устойчивость элементов к ударным и вибрационным нагрузкам оценивается их способностью выдерживать ускорения определенной величины. При этом величина ускорения соизмеряется с ускорением свободно падающего тела g. Большинство сухих элементов, например, выдерживают ускорения до 2.5g.