Аккумуляторы электрической энергии

АККУМУЛЯТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГІИ, обратимые гальваническіе элементы, способные возобновлять запасы своей энергіи отъ посторонняго источника. Существуетъ много различныхъ системъ электр. А-въ, но въ техникѣ военно-морского дѣла получилъ примѣненіе только свинцовый А., впервые предложенный въ 1859 г. Гаст. Плантэ и до сего времени подвергающійся усовершенствованіямъ и измѣненіямъ конструкціи. Основанія устройства и дѣйствія свинцовыхъ А. слѣдующія: если взять двѣ свинцовыхъ (Pb) пластины и, опустивъ въ разбавленную сѣрную кислоту (H₂SO₄), соединить одну изъ пластинъ съ положительнымъ полюсомъ динамо-машины, а другую — съ отрицательнымъ, и пропустить черезъ элементъ токъ, то, подъ вліяніемъ электролиза жидкости, пластина, соединенная съ + динамо, покроется перекисью свинца (Pbo₂) подъ вліяніемъ выдѣляющагося кислорода (О). Если послѣ этого измѣнить направленіе внѣшняго тока, то на пластинѣ, покрытой перекисью свинца, начнетъ выдѣляться при электролизѣ сѣрной кислоты уже водородъ (H) (переносящійся всегда по направленію тока), который и возстановитъ ее въ губчатый свинецъ (Pb), а на другой пластинѣ отъ выдѣляющагося кислорода (O) образуется перекись свинца (Pbo₂). Такимъ образомъ, подъ вліяніемъ пропущеннаго отъ посторонняго источника электрическаго тока и происшедшей отъ него химической работы въ элементѣ, строеніе электродовъ и плотность электролита измѣнились, элементъ зарядился и сталъ способнымъ самъ производить электрическую энергію. Если послѣ этого соединить пластины элемента между собой черезъ внѣшнюю цѣпь, то появится токъ обратнаго иаправленія зарядному; онъ пойдетъ внутри элемента отъ пластины съ губчатымъ свинцомъ (Pb) къ пластинѣ съ перекисью свинца, при чемъ разность потенціаловъ въ цѣпи будетъ около 2,1 вольта. Подъ вліяніемъ тока внутри элемента начнетъ выдѣляться на пластинѣ съ перекисью свинца (Pbo₂) водородъ (Н), возстановляющій ее въ окись свинца (Pbo), которая подъ дѣйствіемъ сѣрной кислоты (H₂SO₄) обратится въ сѣрнистый свинецъ (Pbso₄); на пластинѣ же губчатаго свинца (Pb) подъ вліяніемъ тока начнетъ выдѣляться кислородъ (O), который окислитъ ее въ окись свинца (Pbo), обращающуюся подъ вліяніемъ сѣрной кислоты въ тотъ же сѣрнокислый свинецъ (Pbso₄). Такимъ образомъ, электроды элемента станутъ однородны, исчезнетъ разность потенціаловъ, и элементъ разрядится и перестанетъ давать токъ. Для того, чтобы онъ сталъ вновь способенъ къ дѣйствію, его нужно снова зарядить отъ посторонняго источника электричества, какъ было выше указано. Емкость А., т.-е. то количество электричества, которое онъ можетъ дать при разрядкѣ, будетъ тѣмъ больше, чѣмъ больше количество дѣйствующихъ веществъ перекиси и губчатаго свинца, но такъ какъ электролитическимъ путемъ слой дѣйствующаго вещества получается на поверхности, то емкость А. Плантэ пропорціональна поверхности пластинъ. Для облегченія образованія дѣйствующей массы на пластинахъ ученикъ Плантэ, Камиллъ Форъ предложилъ въ 1881 году дѣлать пластины изъ свинцовыхъ рѣшетокъ, вмазывая туда тѣсто изъ разбавленныхъ сѣрной кислотой окисловъ свинца. Впослѣдствіи въ техникѣ стали развиваться оба типа пластинъ, какъ поверхностныя — Плантэ, такъ и массовыя — Фора, которыя и раздѣлили всѣ разнообразный системы А. на двѣ главныхъ группы. Среди различныхъ системъ свинцовыхъ А. необходимо упомянуть разработанный въ 1883 году трудами нашихъ морскихъ офицеровъ, во главѣ съ Е. К. Тверитиновымъ, А. "образца Миннаго офицерскаго класса", долго примѣнявшійся на судахъ нашего флота для питанія боевой цѣпи освѣщенія, взрывовъ минъ и другихъ вспомогательныхъ цѣлей. А. этотъ по своему времени былъ весьма совершенный. Въ настоящее время болѣе распространены А. крупныхъ фирмъ Travail Electrique de Métaux GEM, Nouvelle Societé Fulmen, Тюдоръ и другихъ. Главнѣйшія свойства, характеризующія качества А., слѣдующія: 1) Емкость, т.-е. количество электричества, которое можетъ дать заряженный аккумуляторъ при различныхъ режимахъ разрядки. Выражается она въ амперъ-часахъ. Режимъ разрядки характеризуется числомъ часовъ нахожденія А. подъ токомъ. Для сравненія различныхъ системъ А., емкости относятъ къ 1 килогр. полнаго вѣса собраннаго А. съ жидкостью и отношеніе это называютъ удѣльной емкостью; точно такъ же и силу разряднаго тока, отнесенную къ 1 килогр. полнаго вѣса съ жидкостью, называютъ удѣльнымъ разряднымъ токомъ А. Въ лучшихъ типахъ морскихъ А., удѣльная емкость при 3-хъ часовомъ режимѣ разрядки около 10 амперъ-часовъ. 2) Производительность, т.-е. количество энергіи, отдаваемой А. при разрядѣ; она выражается въ уаттъ-часахъ (произведеніемъ амперъ-часовъ на среднее напряженіе при разрядкѣ). 3) Отдача. Важнымъ факторомъ для оцѣнки достоинства А. служитъ его отдача. Количественная отдача получится отъ раздѣленія числа амперъ-часовъ разрядки на число амперъ-часовъ зарядки и нормально она бываетъ отъ 0,8—0,9. Отдача по энергіи получится отъ раздѣленія количества энергіи, получаемой при разрядкѣ, на количество энергіи, расходуемой на зарядку и колеблется практически отъ 0,65—0,75. Отсюда ясно, какъ мало выгодна эксплоатація А. для полученія электрической энергіи и почему послѣдніе получаютъ примѣненіе только въ тѣхъ случаяхъ, когда по мѣстнымъ условіямъ является неудобнымъ использовать другой источникъ ея полученія. Примѣненіе А. въ воен.-морск. техникѣ началось съ 80 гг. прошлаго столѣтія. А. примѣнялись на судахъ, какъ запасные источники энергіи для электрическаго освѣщенія, т. к. ихъ можно легко укрыть въ наиболѣе защищенныхъ частяхъ судна, и потому А. труднѣе подвергались выводу изъ дѣйствія отъ попаданія случайныхъ снарядовъ, чѣмъ паро-динамы съ ихъ трубопроводомъ. Кромѣ того, А., какъ легко переносимые источники энергіи, примѣняются для взрывовъ минъ, для освѣщенія прицѣловъ и мушекъ во время ночной стрѣльбы и для питанія радіостанцій. Но особое значеніе въ военно-морской техникѣ эл. А. получили съ появленіемъ подводныхъ лодокъ, какъ незамѣнимый источникъ энергіи для работы ихъ двигателей при подводномъ ходѣ. Дѣйствительно, отъ подводной лодки, идущей подъ водой, требуется, чтобы плавучесть ея, т.-е. разность ея вѣса и вѣса вытѣсняемой ею воды, была постоянна (см. Подводное плаваніе¹), и лодка при своемъ движеніи не оставляла слѣда на поверхности моря. Легче всего этихъ условій достичь, примѣняя какъ подводный двигатель электромоторы, питаемые токомъ отъ мощныхъ А-хъ батарей, т. к. при расходѣ энергіи вѣсъ А. остается постояннымъ, на температуру и составъ атмосферы въ лодкѣ разрядка А. не вліяетъ, и электромоторы при работѣ не оставляютъ слѣда на поверхности моря. Поэтому почти всѣ существующія подводныя лодки снабжаются батареями А., какъ источникомъ энергіи для подводнаго хода; на нѣкоторыхъ же, преимущественно малыхъ лодкахъ, онѣ являются единственнымъ источникомъ энергіи для передвиженія лодки, какъ въ надводномъ, такъ и въ подводномъ положеніяхъ. Вѣсъ батареи достигаетъ на нѣкоторыхъ лодкахъ 30% отъ всего ихъ надводнаго водоизмѣщенія. Практика различныхъ флотовъ выработала особыя требованія, предъявляемыя А. подводныхъ лодокъ, и для нихъ создался особый типъ элементовъ. Для полученія лучшаго типа въ нѣкоторыхъ государствахъ устраиваются періодическіе конкурсы А., результаты которыхъ держатся въ большомъ секретѣ. Въ судовыхъ А., помимо повышенія основныхъ качествъ элементовъ — емкости, производительности и отдачи — приходится обращать особое вниманіе на слѣдующія ихъ свойства: способность А. выдерживать въ случаѣ надобности быстрые разряды; способность А. дольше держать зарядъ (уменьшеніе саморазряда); выносливость и долговѣчность А. (обычно требуютъ гарантіи въ 250 полныхъ разрядокъ); ускореніе зарядки, весьма важное по тактическимъ соображеніямъ (чтобы лодка была способна скорѣе возобновлять запасъ энергіи и становиться вновь дѣеспособной); прочность элементовъ, равно какъ способность выдерживать тряску и качку безъ порчи и пролитія жидкости; тщательную укупорку элемента и легкость удаленія газовъ изъ элемента при зарядкѣ. Отъ установки батарей на лодкахъ требуется, чтобы изоляція А. отъ корпуса была возможно лучшая, элементы были бы легко доступны осмотру, установлены возможно прочнѣе и вентиляція помѣщенія А. была бы возможно лучше, дабы меньше газовъ выдѣлялось въ другія помѣщенія лодки. А. батарея требуетъ за собой весьма тщательнаго ухода и въ случаѣ небрежности или упущеній грозитъ, помимо большихъ матеріальныхъ потерь, опасностью взрыва. Необходимо постоянно слѣдить: 1) за изоляціей батареи; 2) за удаленіемъ выдѣляющихся изъ нея газовъ; послѣднее особенно важно въ концѣ зарядки, когда газы выдѣляются очень обильно, отчего образуется въ воздухѣ гремучая смѣсь, могущая привести къ взрыву. Надо усиливать во время зарядки вентиляцію лодки; не провентилировавъ послѣднюю, запрещается идти подъ воду. Необходимо также послѣ большихъ разрядокъ немедленно возобновлять зарядъ А. во избѣжаніе ихъ сульфатаціи (затвердѣнія сѣрнокислаго свинца). Надо строго слѣдить за химическимъ составомъ, количествомъ и плотностью электролита, которые необходимо поддерживать согласно указанію фирмы. Слѣдуетъ обращать самое серьезное вниманіе на соблюденіе командой лодки при работѣ съ А. правилъ гигіены; были случаи свинцовыхъ и кислотныхъ отравленій, во избѣжаніе которыхъ, помимо усиленія вентиляціи, надо соблюдать чистоту рукъ и улучшать питаніе команды спеціальными противоядными продуктами, какъ молоко и пр. Стоимость А. батарей весьма велика, въ грубыхъ цифрахъ около 2.000 руб. за тонну А-въ. Между тѣмъ опытъ показалъ, что въ среднемъ срокъ службы А-й батареи около 5 лѣть; отсюда видно, какъ дорога эксплоатація этого источника энергіи, съ примѣненіемъ котораго на подводныхъ лодкахъ пока приходится мириться. (Лейтенантъ С. Кукель. Электрическіе аккумуляторы. Курсъ Учебнаго Отряда подводнаго плаванія. Либава, 1908 г. L. Jumau. Les accumulateurs Electriques. Paris, 1907. (2 èd.). F. Dolezalek. Die Theorie des Bleiakkuraulators Halle a. S. 1901. D. Wada. Secondary Battaries, London. 1903. L. Lyndon. L’accumulateur Electrique. Paris, 1904).

[1] Статья, на которую указывает данная ссылка, в оригинале отсутствует.