Acumulatoare Alcaline

Acumulatoare alcaline

Sursele chimice de curent secundare sau acumulatoarele electrice sunt sursele de curent a caror capacitate de functionare poate fi restabilita dupa dupa descarcare, prin încarcare, adica prin trecerea curentului electric continuu prin acumulator în sensul opus sensului curentului de descarcare.

Prin decarcarea acumulatorului are loc transformarea energiei chimice în energie electrica, iar substantele active trec în produse ale descarcarii, iar prin încarcarea acumulatorului, energia electrica se transforma în energie chimica, iar produsele decarcarii trec în substantele active initiale. În acumulator energia electrica se acumuleaza sub forma de energie chimica, pentru a fi folosita ulterior. Depozitarea si interconversia energiei în acumulatoare se realizeaza prin intermediul unei reactii chimice a carei directie este determinata de directia curentului. Schema generala a unei asemenea reactii este data de ecuatia:

M(red)+O(ox) M(ox)+O(red)

M si O sunt materialele care oxideaza sau se reduc, (d) corespunde reactiei de descarcare a pilei, iar (î) reactiei de încarcare a pilei cu ajutorul unei surse de curent (externe), când pila devine celula de electroliza. Materialele M si O, denumite materiale active, pot fi metale(M), oxizi sau hidroxizi (O).

Sursele chimice de curent pot fi construite sub forme foarte variate, însa în principiu, atît pilele cît si acumulatoarele sunt constituite din doi electrozi separati printr-un electrolit.

Cele mai utilizate acumulatoare sunt acumulatorul acid cu elecrozi de plumb si acumulatoarele alcaline.

Acumulatoarele alcaline au o gama larga de utilizare în practica. Ele prezinta o serie de avantaje în comparatie cu acumulatoarele cu plumb precum capacitate specifica mai ridicata durata de lucru mai mare (800+1500 cicluri de încarcare), portabilitate, rezistenta la socuri mecanice si la descarcari totale. Trebuiesc mentionate si dezavantajele, printre care: o tensiune mai mica la borne(1,35-1,65 V),randamente mai mici si pret de cost mai ridicat Durata mai mare de functionare compenseaza costul de fabricatie mai ridicat.

Cel mai reprezentativ acumulator alcalin este acumulatorul Ni-Cd . Se fabrica în mai multe variante de electrozi: tubulari, casetati, sinterizati. Electrozii sinterizati reprezinta un stadiu avansat si de actualitate în tehnologia acestui acumulator si prin ei s-a putut diversifica, capacitiv, de la microelemente de 0,05 Ah pâna la sute de Ah.

La baza acestui sistem alcalin sta urmatorul sistem electrochimic:

(-)Cd / KOH / NiOOH(+)

Procesele care au loc la cei doi electrozi sunt :

La anod(-) Cd + 2HO- decarcare Cd(OH)2 +2e-

încarcare

La catod(+) 2NiOOH + 2H2O descarcare 2Ni(OH)2+2OH-

încarcare

Reactia globala pe celula este:

Cd+2NiOOH+2H2O descarcare Cd(OH)2+2Ni(OH)2

încarcare

Parametrii caracteristici ai acumulatorului Ni-Cd sunt tensiunea, rezistenta interna, capacitatea si autodescarcarea.

Tensiunea în ciruit deschis este de aproximativ 1,3V/element, în stare complet încarcata si ,practic, nu depinde de densitatea electrolitului pentru temperaturi normale de lucru. La temperaturi joase, influenta densitatii se resimte puternic.

Temperatura influenteaza în mai mica masura valoarea tensiunii. În tabelul de mai jos sunt date valorile tensiunii în functie de temperatura pentru un acumulator nou, pentru unul la jumatatea duratei de viata si respectiv pentru acumulatorul în stadiul final.

Variatia tensiunii cu temperatura la o descarcare în regim de 10h(C10)-elemente Ni-Cd

Stadiul

De viata Valoarea tensiunii(V) pentru diferite valori ale temperaturii(oC)

-20 -10 +10 +20 +30 +40 +50

Initial 1,285 1,295 1,305 1,310 1,315 1,320 1,325

Mediu 1,165 1,180 1,200 1,215 1,220 1,230 1,230

Final 1,075 1,090 1,095 1,100 1,100 1,100 1,100

La o temperatura data, tensiunea variaza însa, în functie de regimul de descarcare.Tensiunea la borne se modifica datorita caderii de tensiune pe rezinstenta interna a elementului(”U=RiI, iar U=E-”U).

La acumulatorul Ni-Cd si la cele alcaline în general, rezistenta interna se modifica mai putin cu starea de încarcare datorita faptului ca electrolitul participa în foarte mica masura, practic în cantitate neglijabila, la reactia de conversie, încât el în procesul de descarcare nu afecteaza rezistenta interna .

La încarcare, tensiunea creste cu valoarea caderii de tensiune pe rezistenta interna si cu atât mai mult cu cât temperatura de încarcare este mai joasa ( U=E+”U).

La acumulatoarele Ni-Cd, la descarcare, tensiunea are o valoare initiala , o valoare medie si o valoare finala, marimi ce depind de regimul de descarcare.