Телефорум. Дискуссионный клуб

Основные характеристики химических  источников тока (ХИТ)


Для описания химических источников тока следует определить значимые электрические и эксплуатационные характеристики, которые необходимо рассматривать при сравнении.


Электрические характеристики


Напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) - это напряжение на выводах источника без нагрузки. Значение НРЦ определяется электрохимической
системой источника тока. Некоторое влияние на НРЦ оказывают концентрация электролита, температура окружающей среды, степень разряженности источника тока.

Номинальное напряжение (U ном) - условная величина напряжения источника тока в средней части его характеристики при разряде в
номинальном (стандартном) режиме, который устанавливается нормативно-технической документацией на источник тока.
Следует заметить, что у первичных источников тока номинальное напряжение чаще характеризует начальную его величину. Напряжение в
средней части разрядной характеристики обычно ниже (зависит от ее наклона и величины нагрузки).

Номинальная емкость (С ном) - емкость (количество электричества), отдаваемая источником тока во внешнюю цепь при номинальном токе
разряда при 20 °С. Измеряется в ампер-часах (Ач).
Для аккумуляторов регламентируются также ток заряда, после которого в разряде определяется С ном , и продолжительность паузы между
зарядом и разрядом при таких испытаниях.

Номинальный (стандартный) ток заряда и разряда - ток, регламентируемый документацией на источник тока. Записывается в долях от номинальной емкости (например, ток 0,1 С означает ток, равный по величине десятой доле номинальной емкости).
Для практики важной характеристикой является напряжение источника тока под нагрузкой - рабочее напряжение ХИТ. Оно меньше НРЦ,
так как потенциалы электродов при протекании тока заметно отличаются от потенциалов при разомкнутой цепи и, кроме того, имеет место
падение напряжения на омическом сопротивлении ХИТ.


В общем виде

U = НРЦ - IR = НРЦ -  I (Rом + Rпол

где I - ток разряда; R - полное сопротивление ХИТ; Rом - омическое сопротивление, определяемое сопротивлением металлических токопроводящих деталей электродов, их активных масс и сопротивлением электролита в порах электродов и сепаратора; Rпол — поляризационное сопротивление электродов. 

Поведение источника тока под нагрузкой и его энергетические возможности обычно описывают разрядной характеристикой -
изменением напряжения источника тока во времени при разряде постоянным током (для элементов чаще на постоянную нагрузку). Форма разрядной кривой зависит как от электрохимической природы источника тока, его конструкционных особенностей и технологии изготовления, так и от режимов и условий разряда. Для стабильной работы аппаратуры с автономным питанием наилучшим является химический источник тока со стабильным напряжением на протяжении большей части разрядной кривой.
Наиболее полно информация об эксплуатационных возможностях источника тока представляется в виде семейства разрядных кривых при
токах во всем допустимом диапазоне и при разной температуре.
При разряде большими токами емкость, отдаваемая источником тока, может быть значительно меньше той, что можно получить при разряде
стандартным током 0,2 С. Последующий доразряд малым током позволяет получить еще некоторое количество энергии, хотя суммарная емкость все же остается меньше номинальной.
Энергетические возможности ХИТ могут быть описаны и семейством кривых, отражающих зависимость разрядной емкости от тока
разряда и температуры.
Для перезаряжаемых источников тока существенными являются также и зарядные характеристики. Обычно дается семейство кривых,
отражающих изменение зарядного напряжения при нескольких токовых режимах и температурных условиях, которое позволяет понять все
ограничения процесса и возможности его контроля.
Эффективность зарядно-разрядного цикла при разных режимах эксплуатации оценивается коэффициентом отдачи по емкости
где Сраз - отдаваемая емкость, Сзар - зарядная. Коэффициент Кс < 1.

Для сравнительной оценки энергетических возможностей ХИТ разных электрохимических систем, типов и конструкций обычно
используют величины достигнутой удельной энергии, весовой (в Втч/кг) и объемной (в Втч/дм3). Понятно, что чем выше рабочее напряжение
источника тока, тем большие удельные энергетические характеристики можно
обеспечить.
Эти характеристики определяются как теоретически достижимым коэффициентом использования активных масс источника тока, так и его
конструкцией и технологией изготовления. Поэтому величины удельной энергии ХИТ одной и той же электрохимической природы, но разных
производителей могут различаться. Вообще же малогабаритные источники тока обычно обладают более низкими удельными характеристиками
по сравнению с ХИТ большей емкости и габаритов, что связано с увеличением доли конструкционных материалов, не принимающих
непосредственного участия в токообразующем процессе.