Свинцовые химические источники тока являются наиболее распространенными среди существующих в настоящее время. Масштаб их производства определяется как относительно низкой стоимостью, обусловленной сравнительной недефицитностью исходных материалов, так и разработкой различных вариантов этих источников тока, отвечающих требованиям широкого круга потребителей.

Свинцово-кислотные аккумуляторы известны уже полтора столетия, но герметизированными их удалось сделать лишь в последней трети ХХ века. Полная герметизация аккумуляторов этой электрохимической системы не может быть достигнута в принципе, так как невозможно обеспечить полную рекомбинацию кислорода и водорода, выделяющихся в них при заряде и хранении. Для того, чтобы такие источники тока стали безуходными, т. е. в процессе эксплуатации не имели бы потерь воды и не требовали бы ее доливки в электролит, выделение газов необходимо было минимизировать. И это обеспечивается благодаря:

• использованию для токоведущих решеток электродов не обычных свинцово-сурьмяных сплавов, а иных (с кальцием или оловом);
• иммобилизации (обездвижения) электролита, который при этом сохраняет электропроводность серной кислоты;
• закладке избытка емкости в отрицательный электрод;
• использованию специфического режима заряда.

И все же все реализованные варианты безуходных свинцово-кислотных аккумуляторов снабжены клапаном, который время от времени открывается для сброса излишнего количества газа, главным образом водорода. Поэтому аккумуляторы и называются герметизированными. Потребитель должен понимать, однако, что безуходность герметизированных свинцово-кислотных источников тока не означает полной свободы от контроля за их работой и состоянием при хранении.

Свинцово-кислотные герметизированные источники тока имеют довольно высокие удельные энергетические характеристики (до 40 Втч/кг и до 1000 Втч/дм3), хоть и более низкие, чем у щелочных и литий-ионных источников тока. Но они более дешевы и используются там, где вес батареи не является определяющим. При циклировании они обеспечивают 1200 циклов только при 30% глубине разряда, при полном разряде — порядка 200 циклов. Чаще всего они используются при работе в буферном режиме, когда длительность их работы достигает 10–15 лет.

Номинальная емкость герметизированных свинцово-кислотных источников тока регламентируется при токе разряда 0,05 С. При больших токах она значительно ниже (см. рис. 1). Допустимое предельное напряжение с увеличением тока разряда также меняется. Батареи работоспособны в диапазоне температур от −15°С (в некоторых вариантах исполнения от −30°С) до +50°С.

С целью уменьшения газовыделения в аккумуляторе заряд рекомендуется проводить постоянным током 0,1 С до напряжения 2,4 — 2,45 В/аккумулятор, затем при достигнутом постоянном напряжении (см. рис. 2). Такая величина предельного напряжения заряда допускается в диапазоне температур от 5 до 35°С, за пределами этого диапазона требуется ее корректировка. Ускорение заряда возможно при повышении начального тока до 0, 3 С.

Саморазряд герметизированных свинцово-кислотных источников тока снижен по сравнению с вентилируемыми и составляет ~40% в год. Но при хранении батареи ее рекомендуется периодически подзаряжать. А длительное хранение батарей в разряженном состоянии приводит к быстрой потери работоспособности.

В России герметизированные свинцовые источники тока в настоящее время не производятся. За рубежом же их производят уже более 40 лет. Портативные источники тока на российский рынок ввозятся главным образом из стран Юго-Восточной Азии. Это продукция компаний японских (торговые марки KOBE, PANASONIC), китайских (LEOCH, CSB, CASIL, TOPIN) и др. Следует помнить, что российские дистрибьюторы этих компаний, как правило, продают продукцию со своих складов без проверки их состояния, оставляя эту задачу потребителю.

Портативные батареи емкостью от 2 до 20 Ач (обычно на 6 и 12 В) призматической конструкции выпускаются в едином пластмассовом корпусе. Они используются как источники питания разнообразной портативной аппаратуры и инструментов, а также в системах информационных, аварийной сигнализации, бесперебойного питания и телекоммуникаций.

Среди герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов можно найти и цилиндрические с рулонной сборкой электродов (например, 6 типов аккумуляторов Cyclon емкостью от 2,5 до 25 Ач компании HEPI) гораздо более эффективные при высокоскоростных и импульсных разрядах чем обычные. Ресурс их тоже в полтора раза больше.

Вообще герметизированные свинцово-кислотные источники тока производят в широкой номенклатуре. Батареи большой емкости (до 3000 Ач) выпускаются в моноблочном корпусе или собираются из отдельных аккумуляторов. Они используются для разнообразных транспортных средств и для источников бесперебойного питания в мощной энергетике. По понятным причинам такие источники тока ввозятся чаще из Европы. На российском рынке особенно широко представлена продукция немецких компаний SONNENSCHEIN, BAE, HOPPECKE, итальянской компании FIAMM. Аккумуляторы и батареи нескольких типов для систем бесперебойного питания уже в течение 10 лет выпускает компания"Ольдам" в г. Великий Новгород. Однако в настоящей статье не ставилась задача описания особенностей источников тока большой мощности. Следует только заметить, что при выборе свинцово-кислотных батарей большой емкости следует внимательно относиться к описанию конструкции электродов (поверхностного типа, панцирных или стержневых): первые обладают наименьшим внутренним сопротивлением и обеспечивают наиболее мощные кратковременные разряды, панцирные лучше сохраняются при циклировании. Кроме того, существенно, каким способом в призматических аккумуляторах с высотой более 35 см осуществлена иммобилизация электролита. В высоких аккумуляторах с сепаратором из стекловолокна (технология AGM) наблюдается расслоение электролита, аккумуляторы с гелеобразным электролитом более стабильны.

Влияние реализованных в настоящее время этих двух способов иммобилизации электролита на электрические и эксплуатационные характеристики показано на рис. 3. Более подробную информацию об особенностях и характеристиках герметизированных свинцово-кислотных источников тока, а также о влиянии на продолжительность работоспособного состояния при различных режимах и условиях эксплуатации можно найти в справочниках [1-2].

ЛИТЕРАТУРА

• Таганова А. А., Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации. Санкт-Петербург. Химиздат. 2005. 262 с.
• Таганова А. А., Семенов А. Е. Свинцовые аккумуляторные батареи: стационарные, тяговые, для портативной аппаратуры. Санкт- Петербург. Химиздат. 2004. 118 с.