Батарея должна удовлетворять следующим требованиям:
обладать малым внутренним сопротивлением для обеспечения минимальных потерь напряжения внутри батареи;
иметь высокие удельные электрические характеристики, то есть большую ёмкость при минимально возможных размерах и массе батарей;
сохранять высокие характеристики при низких температурах, поскольку в таких условиях пуск двигателя особенно затруднён вследствие значительного (в 3-4 раза) увеличения мощности, потребляемой системой пуска машин;
обладать минимальным объёмом необходимого технического обслуживания;
иметь высокую механическую прочность, соответствующую условиям эксплуатации машин, на которых батареи установлены;
иметь достаточно длительный срок службы;
обладать незначительным саморазрядом;
иметь не высокую стоимость.

Комплексу из выше указанных требований в наибольшей степени удовлетворяютаккумуляторные батареи свинцово-кислотной системы, которые вот уже много десятилетий являются основным источником энергии для пуска двигателя автомобильной и бронетанковой техники.

Устройство аккумуляторных батарей

Устройство обслуживаемой АКБ: 1 – корпус; 2 – отрицательный электрод (пластина); 3 – сепаратор; 4 – положительный электрод (пластина); 5 – баретка; 6 – опорные призмы; 7 – крышка; 8 – пробка заливного отверстия; 9 – положительный вывод; 10 – межэлементная перемычка (соединительный мостик); 11 – отрицательный вывод.

Так называемые «необслуживаемые» батареи отличаются от обычных замедленным «выкипанием» воды из электролита и большим его резервным объемом.

Аккумуляторные батареи могут состоять из трёх, шести или двенадцати последовательно соединённых аккумуляторов.
Батарея из трёх аккумуляторов, как правило, является шестивольтовой, из шести аккумуляторов – двенадцативольтовой, а из двенадцати аккумуляторов – двадцатичетырёхвольтовой.

Аккумулятор – это химический источник тока

Аккумулятор – это химический источник тока, состоящий из положительных и отрицательных электродов, разделённых сепараторами из пористого диэлектрического материала, помещённых в электролит, действие которого основано на использованииобратимых электрохимических систем.

Простейший свинцовый аккумулятор состоит из положительного электрода, активной массой которого является двуокись свинца PbO2, и отрицательного электрода, активным веществом которого является губчатый свинец Pb. Активная масса положительных электродов имеет тёмно-коричневый цвет, а отрицательных – серый. Если оба электрода поместить в сосуд с электролитом (раствор серной кислотыH2SO4 в дистиллированной воде), то между электродами возникает разность потенциалов. При подключении к электродам электрического сопротивления (потребителя) в цепи течёт электрический ток, и аккумулятор будет разряжаться. При разряде аккумулятора губчатый свинец и двуокись свинца преобразуется всернокислый свинец (сульфат свинца) PbSO4. Во время разряда расходуется серная кислота из электролита и одновременно в электролит выделяется вода. Поэтому по мере разряда свинцового аккумулятора уменьшается концентрация серной кислоты, из-за чегоплотность электролита понижается.

При заряде происходят обратные химические реакции, в результате которых изсульфата свинца, на положительном электроде вновь образуется двуокись свинца, а на отрицательном – губчатый свинец. Во время заряда в электролит выделяется серная кислота и расходуется вода. При этом плотность электролита, по мере заряда,возрастает.

Таким образом, свинцовый аккумулятор обладает свойством обратимости, то есть способностью накапливать электрическую энергию от постоянного источника в процессе заряда, сохранять её в течение некоторого времени и отдавать её в процессе разряда. В общем случае формула (суммарная реакция), характеризующая протекание химической реакции в аккумуляторе, имеет следующий вид:

где левая часть уравнения характеризует заряженное состояние аккумулятора, а правая часть – разряженное.

где левая часть уравнения характеризует заряженное состояние аккумулятора, аправая часть – разряженное.

до разряда Pb + PbO2 + 2H2SO4 Губчатый свинец (отрицательный электрод) Двуокись свинца (положительный электрод) после заряда

разряд Серная кислота (в электролите) Сульфат свинца (положительный электрод) заряд

после разряда 2PbSO4 + 2H2O Сульфат свинца (отрицательный электрод) Вода (в электролите) до заряда

Поскольку при разрядах и зарядах изменяется плотность электролита, то по величине плотности можно судить о степени заряженности аккумулятора, чем и пользуются на практике. Для работы аккумулятор нуждается в регулярной зарядке и контроле концентрации серной кислоты, которая может несколько уменьшаться при работе аккумулятора.

Наибольшая проводимость раствора серной кислоты H2SO4 в дистиллированной воде наблюдается при комнатной температуре (что означает наименьшее внутреннее сопротивление и наименьшие внутренние потери) и при его плотности 1,23 г/см3. Однако на практике, в районах с холодным климатом, применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29–1,31 г/см3.

***
Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольтав 1800 году. Это был «элемент Вольта» — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединёнными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа «вольтовым столбом». Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях.
В 1802 году русский академик Василий Владимирович Петров сконструировал вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги.
В 1836 году английский химик Джон Даниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниеля».
В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор, поместив скрученную в рулон тонкую свинцовую пластину в серную кислоту. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.