Герметичные свинцовые аккумуляторы. Существуют две разновидности герметичных свинцовых аккумуляторов. Они представляют собой аккумуляторы безрекомбинационного типа, изготовляемые фирмами «Зонненшайн» (ФРГ) и «Кромптон Паркинсон Лтд» (Великобритания), и аккумуляторы полностью рекомбинационного типа, которые изготавливаются фирмами «Дженерал Электрик» (США) и «Джэйтс Раббе Компани» (США). Аккумуляторы рекомбинационного типа производятся в Великобритании по лицензии фирмой «Хлорайд — Джэйтс Энеджи Лтд» под торговой маркой Циклон.

Аккумуляторные батареи типа дрифит фирмы «Зонненшайн» выпускаются двух типов: А300 с диапазоном емкости 1—9,5 А-ч для эксплуатации в аварийном резервном режиме и А200 с диапазоном емкости 1—36 А-ч, напряжением 12 В для длительного циклирования. Фирма «Кромптон Паркинсон Лтд» производит герметичные свинцовые необслуживаемые устойчивые к перезаряду аккумуляторы в диапазоне емкостей 1,5—4,5 А-ч. Эти аккумуляторы пригодны в качестве источников питания для охранной сигнализации и аварийного освещения, для переносной электронной аппаратуры на транзисторах, используемых в быту, а также в медицине и связи.

Первым и пока единственным элементом этого ряда, относительно которого имеются данные, является элемент D, обладающий при 10-часовом разряде емкостью 2,5 А-ч. Конструкция этого элемента аналогична конструкции стандартных цилиндрических никель-кадмиевых элементов. Он герметичен, имеет предохранительный клапан, в нем использованы свернутые в цилиндрическую спираль электроды. Элемент можно заряжать и разряжать в любой ориентации. Свинцовые элементы со спиральными электродами обладают малой скоростью саморазряда, которая на 30 % меньше, чем у других типов свинцово-кислотных аккумуляторов.

Применение токоотводов из специальных сплавов и эффективная рекомбинация кислорода увеличивают срок службы элементов в режиме перезаряда. При этом не возникает проблем, связанных с потерей воды.

Свинцовые аккумуляторы типа Циклон фирмы «Хлорайд-Джэйтс Энеджи Лтд» со спиральной комбинацией электродов, выпускаемые в Великобритании, аналогичны рассмотренным выше аккумуляторам. Аккумуляторы имеют полипропиленовый корпус с внешней металлической оболочкой и выпускаются как в виде отдельных элементов, так и в виде аккумуляторных батареи, включая батареи для фонарей.

Ожидаемый срок службы колеблется в пределах 300—2000 циклов, а срок службы при буферном режиме — в пределах 8—10 лет. Элемент типа D может разряжаться однократным импульсом до 100 А и выдерживать длительные разрядные токи до 30 А. Выпускаются также аккумуляторные батареи напряжением 6 и 12 В, имеющие емкость в диапазонах 2,7— 52 А-ч.

Фирма «Юаса» (Япония) выпускает герметичные необслуживаемые свинцовые аккумуляторы напряжением 6 и 12 В и емкостью до 20 А-ч. Эти аккумуляторы могут использоваться для работы как в режиме циклированин, так и в резервном режиме в широком диапазоне областей применения, который включает дистанционно управляемые электронные кассовые аппараты, переносные приборы, противопожарную сигнализацию, системы безопасности, системы связи, переносные телевизоры и медицинское оборудование. Характерной особенностью аккумуляторов является то, что для обеспечения длительной и надежной эксплуатации в них используются токоотводы из свинцово-кальциевого сплава, а также загущенный электролит. Аккумуляторы имеют клапанную систему, которая предотвращает образование избыточного давления газа при нарушениях в работе аккумулятора или зарядного устройства. Они имеют ресурс 1000 циклов, а также ожидаемый нормальный срок службы в режиме непрерывного подзаряда при использовании аккумуляторов в качестве резервных источников тока, равный 4—5 лет.

Основная масса выпускаемых за рубежом герметичных батарей отличается сравнительно малыми габаритами и небольшой емкостью. Удельная энергия этих батарей составляет 25—30 Вт-ч/кг и 55—75 Вт-ч/дм3, несколько возрастая с увеличением емкости. Батареи могут разряжаться весьма различными режимами (вплоть до стартерных и импульсных разрядов током, в 300 раз превышающим ток 20-часового разряда) в ши-’ роком интервале температур.

По своим удельным электрическим характеристикам современные свинцовые герметичные батареи близки к никель-кадмиевым (НК) батареям. В то же время по ряду характеристик свинцовые батареи превосходят НК (меньший саморазряд, более пологие разрядные кривые, меньшая зависимость емкости от температуры).

Создание герметичных свинцовых батареи с предохранительными клапанами стало возможным благодаря решению ряда технологических и конструктивных проблем: разработка свинцово-кальциевых сплавов и технология отливки из этих сплавов аккумуляторных токо-отводов; разработка гелеобразного электролита с тиксо-тропными свойствами; разработка метода заряда, препятствующего газовыделению и автоматизация процесса заряда; рациональный выбор активных масс и эффективных добавок, снижающих газовыделение; разработка конструкции батареи, исключающей выделение аэрозолей и капель электролита.

Все эти разработки явились результатом серьезных научно-исследовательских работ, позволивших создать первую в нашей стране конструкцию 6-вольтовой герметичной свинцовой батареи для переносного видеомагнитофона емкостью 2,6 А-ч.

Необслуживаемые стартерные батареи. Идея разработки необслуживаемых стартерных батарей возникла из практической потребности устранить недостатки традиционных свинцово-кислотных батарей. Как известно, стоимость обслуживания стартерной батареи в эксплуатации включает в себя стоимость собственного заряда и стоимость периодической доливки воды. Тот факт, что до сих пор кислотные стартерные батареи подвергаются сильному перезаряду (свыше 25%), особенно если они перед этим были разряжены глубоко, отрицательно сказывается на их эксплуатации: во-первых, имеет место излишняя трата электроэнергии; во-вторых, перезаряды способствуют развитию коррозионного процесса и оплыванию активной массы положительного электрода, т. е. сокращают срок службы; в-третьих, избыток перезаряда приводит к сокращению периодов между доливками воды в аккумуляторы.

Проблема создания необслуживаемых батарей в принципе может быть решена следующими двумя путями: возвратом разлагаемой воды в аккумулятор путем рекомбинации выделяющихся при заряде газов; многократным уменьшением скорости газовыделения при заряде и хранении батарей путем применения токоотводов из бессурьмяных сплавов или сплавов, содержащих малые количества сурьмы.

Рекомбинация газов обычно осуществляется с помощью катализаторов, которые наносятся на инертные носители и помещаются в вентиляционных пробках, т. е. на пути ухода газов из аккумуляторов. Несмотря на кажущуюся простоту, данный путь имеет много недостатков и не может быть рекомендован для создания необслуживаемых стартерных батарей. Назовем основные недостатки: при каталитическом образовании одного моля воды выделяется около 313 кДж, что создает ряд технологических проблем. Повышение температуры катализатора приводит к потере образующейся на нем воды за счет испарения. Сама батарея может оказаться в условиях перегрева, так как часть тепла рекомбинации в виде горячей воды будет попадать в электролит; в качестве катализаторов используются металлы платиновой группы, которые не могут быть рекомендованы для применения их в массовых изделиях; имеется опасность попадания частиц катализатора внутрь аккумулятора, что может вызвать усиление саморазряда батарей. Все эти трудности делают каталитические системы малопригодными для стартерных батарей, габариты которых строго лимитированы, а удельные характеристики должны находиться на весьма высоком уровне.

Относительно недавно для сплавов найдено новое, более важное применение в так называемых необслуживаемых гибридных батареях, токоотводы отрицательного электрода которых изготавливаются из сплава, а токоотводы положительного электрода — из низколегированного свинцово-сурьмянистого сплава, содержащего порядка 2,0 % сурьмы. В таких батареях низколегированные сплавы имеют практически все те же достоинства, которые свойственны сплавам (небольшое газовыделение при перезарядах, стабильные характеристики процесса газообразования на протяжении всего срока службы, отличные свойства сохранения емкости во время бездействия) и вместе с тем они не имеют ни одного из недостатков кальциевых сплавов (низкий коэффициент использования активной массы и относительно плохая работа при циклировании глубокими разрядами).

На каждом цикле вследствие повышенного на 20% перезаряда по сравнению с необслуживаемыми батареями бесполезно расходуется примерно ЗкВт-ч энергии (энергия батареи равна 15кВт-ч). Перерасход электроэнергии на общее количество батарей (2 640 000) в течение всего срока службы (330 циклов) составит: ЗХЗЗОХ Х2 640 000 = 2,5 млрд. кВт-ч. Как видно из этих сугубо ориентировочных расчетов, перевод производства кислотных батарей на выпуск необслуживаемых батарей — экономически весьма выгоден.

Все низколегированные сплавы имеют неоспоримое преимущество перед применяемыми в настоящее время малосурьмянистыми сплавами, содержащими 3,0—5,0 % сурьмы и добавки мышьяка, и все они вполне обеспечивают необслуживаемость свинцового аккумулятора в эксплуатации.