В книге описаны преобразователи различных видов энергии в электрическую. Изложены принципы действия, устройство, технические и эксплуатационные характеристики современных автономных источников тока.
Редактор Матвеев С. П.
Обложка художника Лаушшна И. В.
Технический редактор Зудина М. П.
Корректор Митрошана Е. П.
Содержание книги Малогабаритные источники тока
Введение
Глава первая. Основные характеристики источников тока Электродвижущая сила
Напряжение
Внутреннее сопротивление
Емкость
Удельные характеристики
Отдача
Саморазряд
Срок службы и срок сохранности
Устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам
Температурный диапазон работы
Обозначение источников тока
Глава вторая. Химические источники тока
А. Гальванические, топливные и биологические элементы Сухие марганцево-ципковые элементы и батареи
Ртутно-цинковые элементы и батареи
Наливные элементы и батареи
Топливные элементы
Биологические элементы
Глава третья. Полупроводниковые источники тока Термоэлектрические источники тока
Фотоэлектрические источники тока
Термоэмиссионные (плазменные) источники тока
Термофотоэлектрические преобразователи
Сегиетоэлектрики
Электреты
Глава четвертая. Атомные источники тока Атомные источники тока
Глава пятая. Эксплуатация источников тока Зарядные устройства
Электролиты
Способы заряда аккумуляторов
Зарядка и восстановление гальванических элементов и батарей
Некоторые неисправности аккумуляторов и способы их устранения
Ремонт безламельных кадмий-никелевых, серебряно-цинковых, герметичных дисковых и цилиндрических аккумуляторов
ПРИЛОЖЕНИЯ: Таблица электрохимических потенциалов
Клеи и смолы, применяемые для ремонта аккумуляторных сосудов
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Датой рождения первого источника тока можно считать день, когда итальянский врач Луиджи Гальвани, работая с препарированной на цинковом столе лягушкой, обнаружил сокращение мышцы ее лапки при соприкосновении с медным пинцетом.
Однако археологи считают, что химические источники тока использовались еще в глубокой древности, около 5 тысяч лет назад, при нанесении золотых и серебряных покрытий на металлические украшения.
Найденные в Ираке глиняные сосуды с медными стаканами и железными стержнями внутри, покрытыми окисленным слоем металла, дают основания предполагать, что древнейшие гальванические элементы с электролитом ввиде лимонной или уксусной кислоты могли давать электрический ток при напряжении около 0,5 в.
Для химических источников тока, открытых в XVIII— XIX веках, характерен длительный временной разрыв между созданием и применением. От первых гальванических батарей, изобретенных Вольта в 1799 году, прошло около половины столетия, прежде чем созданные им и другими учеными источники тока нашли применение в гальванотехнике, освещении, телеграфии и минном деле, и лишь через сто лет они стали применяться в телефонии и радио.
До изобретения «машинного» электричества — дина-момашины химические источники тока являлись единственным способом получения электрической энергии. В то время появился такой замечательный источник тока, как элемент Лекланше, применение которого в различных конструктивных и технологических модификациях продолжается н в наше время.
К концу XIX столетия были открыты почти все электрохимические пары, пригодные для практического использования в электрических элементах и аккумуляторах. Но далеко не все из открытых электрохимических пар нашли тогда же воплощение в промышленных образцах. Например, изобретенные в 1884 году ртутпо-цинковые элементы и в 1898 году серебряно-цинковые аккумуляторы стали выпускаться промышленностью лишь через пятьдесят лет.
Топливные элементы, которые принято считать новейшими источниками тока, изобретены еще в 1839 году Гро-ве и усовершенствованы в 1880 году Яблочковым. Однако их практическая реализация в промышленных образцах задерживается вследствие ряда конструктивных и технологических трудностей, хотя топливные элементы являются весьма перспективными источниками тока.
Промышленное производство электроэнергии тепловыми и гидроэлектрическими станциями, начавшееся н конце прошлого века, в какой-то степени затормозило развитие автономных источников тока.
До второй мировой войны промышленностью выпускалась довольно ограниченная номенклатура гальванических элементов и всего три вида аккумуляторов. В это же время проводились некоторые работы, направленные на улучшение эксплуатационных характеристик источников тока и совершенствование технологии их производства, но резкого повышения электрических или эксплуатационных характеристик элементов или аккумуляторов техника не достигла.
С началом второй мировой войны значительно возросло производство источников тока. Выпуск марганцево-цинковых элементов и батарей в США в годы войны составлял несколько десятков миллионов штук в день.
Появление новых образцов радиоэлектронного вооружения вызвало рост новых разработок и изысканий в области полупроводниковых и химических источников тока. В эти годы были разработаны промышленные образцы и начался массовый выпуск таких источников тока, как ртутно-цинковые элементы, серебряно-цинковые аккумуляторы и др.
Выдающиеся успехи в исследованиях, разработке и промышленном изготовлении автономных источников тока достигнуты в послевоенный период с появлением и развитием ракетной и космической техники и бурным развитием военной и бытовой радиотехнической аппаратуры на транзисторах, потребовавшей, в свою очередь, создания малогабаритных источников тока с высокими удельными характеристиками.
В этот период резко возросло производство таких химических источников тока, как ртутно-цинковые и марта нцево-цинковые миниатюрные элементы и батареи, малогабаритные дисковые и цилиндрические кадмий-никелевые герметичные аккумуляторы, аккумуляторы безламель-ной конструкции с металлокерамическими электродами, серебряно-цинковые аккумуляторы.
Появились герметичные серебряно-кадмиевые аккумуляторы, никель-цинковые аккумуляторы. Созданы элементы с твердым электролитом, рассчитанные на длительное хранение, а также элементы и батареи для работы при температуре —50°С. В это же время были созданы полупроводниковые источники тока.
Техника полупроводниковых генераторов от партизанских котелков, применяемых для питания раций нашими партизанами в Великую Отечественную войну, шагнула усилиями советских физиков далеко вперед.
Широко применяются в космической технике фотоэлектрические источники тока — солнечные батареи. Успешно разрабатываются плазменные термоионные преобразователи, магнитогидродинамические генераторы. Особое внимание при этом уделяется разработке способов непосредственного преобразования различных видов энергии в электрическую с максимально высоким коэффициентом полезного действия.
С развитием и освоением способов непосредственного преобразования солнечной энергии и энергии атомного ядра в электрическую энергию существенно изменится соотношение между использованием этих видов энергии и энергии ископаемых топлив (угля, нефти и газа), составляющее в наше время 1% и 85% соответственно (14%. энергетических ресурсов составляют древесина и отходы сельскохозяйственного производства).
В последнее время внимание инженеров и ученых обращено на проблему создания электромобиля, преимущества которого перед автомобилем по отсутствию выделения рысокотоксичных выхлопных газов и бесшумности работы очевидны. Однако решение'этой задачи определяется уровнем развития источников тока, в первую очередь химических, так как современный бензиновый двигатель позволяет снять с килограмма своего веса около 500 вт энергии, а кислотный аккумулятор только 50 вт, не считая веса электродвигателя. По мнению ученых, применение новых источников тока для питания электромобиля, таких, как топливные элементы или серно-натриевые аккумуляторы, позволит успешно решить эту проблему, ставшую весьма актуальной в городах с большим населением.
В военной технике автономные источники тока занимают особое место. Еще в прошлом веке гальванические батареи использовались в минно-торпедном вооружении и саперной технике для подрыва фугасов, в военной телеграфии, сигнализации и радиосвязи. В настоящее время сфера применения автономных источников тока в военной технике исключительно велика. Применение новых, более совершенных источников тока в ряде случаев позволит существенно сократить габариты и вес вооружения или увеличить ресурс их боевой работы.
Задачей книги является ознакомление широкого круга военных и гражданских специалистов с современными источниками тока.
В книге дано краткое описание основ действия источников тока, приведены электрические и эксплуатационные характеристики источников тока, выпускаемых нашей промышленностью, способы эксплуатации источников тока, обеспечивающие их безотказную работу в течение срока службы. Описаны зарядные устройства для заряда различных аккумуляторов и гальванических элементов, способы устранения неисправностей и ремонт, доступный в условиях поисковых ремонтных органов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Багоцкий В. С. Флеров Б. Н. Новейшие достижения в области химических источников тока. Госэнергоиздат, 1963.
Дасоян М. А. Химические источники тока. Госэнергоиздат,
1961,
2. З.Гарднер Дж. Электричество без динамомашин. Изд-во «Мир», 1965.
3. Аккумуляторы. Материалы 15-й конференции по источникам
тока. ЦИНТИ ГКАнМ, 1962.
4. Новые источники тока для питания транзисторной аппара
туры. ЦИНТИ ГКАиМ, 1962.
5. Герметичные кадмий-никелевые аккумуляторы. ЦИНТИ
ГКАиМ, 1962.
6. Молоткова Е. Н., Березина Н. В., Сегаль Е. Н. Электрические и эксплуатационные характеристики серебряно-кад
миевых аккумуляторов. Изд-во Новочеркасского политехнического
института, 1966.
7. Теньковцев В. В., Васильев К- В. Герметичные аккумуляторы и их применение в горной промышленности. Изд-во «Недра», 1966.
8. Бек Р. 10., Кудрявцев Н. Т. Влияние переменного тока на электроосаждение цинка. Журнал прикладной химии, 1961, т. 34, вып. 9.
9. Флеров В. Н. Влияние наложения неременного тока на электродные процессы в цинкатных электролитах. Журн. прикл. химии, 1961, т. 34.
10. Флеров В. Ы. Медноокисные гальванические элементы с повышенным разрядным напряжением. Журн. нрикл. химии, 1961, т. 34, вып. 8.
11. Дасоя н М. А., Новодережкин В. В., Томашевский Ф. Ф. Производство электрических аккумуляторов. Изд-во «Высшая, школа», 1965.
12. Дамаскин Б. Б., Петрин О. А. Современная электрохимия. Изд-во «Наука», 1965.
13. Пионтковский Б. А., Серяков Н. И. Электропитание предприятий проводной связи, Изд-во «Связь», 1964.
14. Соколов П. Н. Химические источники электрической энергии. Изд-во Ленинградского университета, 1965.
15. Казакевич Г. 3., Яблокова И. Е., Багоцкий В. С. Особенности поведения серебра в щелочи при поляризации асимметричным током. Журнал «Электрохимия» АН СССР, 1966, т. 2, вып. 9.
16. Как продлить жизнь батарейки. Журнал «Химия и жизнь», 1967, № 3. Советская электрохимия. С. А. Погодин. Вокруг электромобиля. Журнал «Химия и жизнь», 1967, № 8.
17. Л. Пенькова, М. Кочергинский и др. Электрохимические источники тока и их возможности. Журнал «Радио», 1966, № 10.
18. Архангельская 3. П. Влияние соединений железа на работоспособность и срок службы серебряно-цинковых аккумуляторов. Сборник работ по химическим источникам тока. Изд-во «Энергия», 1966.
19. Котоусов С. Г., Архангельская 3. П,, Березина Н. В. Конструкция серебряно-цинковых аккумуляторов и батарей одноразового действия. Сборник работ по химическим источникам тока. Изд-во «Энергия», 1966.
20. Моисеев Н. Н. Аккумуляторы новых конструкций. Сборник «Новое в производстве химических источников тока», вып. 2, Изд. отделения ВНИИЭМ по научно-технической информации МЭТП. М., 1966.
21. Фурсов С. П. Выпрямители для зарядки аккумуляторов. Изд-во «Картя молдовеняске», Кишинев, 1966.
22. Лидоренко Н. С, Набиуллин Ф. X. и др. Экспериментальная солнечная электростанция. Журнал «Гелиотехника», Ташкент, 1965, № 3.
23. Тыквенко Р. Н. Исследование некоторых свойств пленочных фотопреобразователей на основе теллурида кадмия. Журнал «Гелиотехника», Ташкент, 1966, № 1.
24. Егорова И. В., Тыквенко Р. Н., Четверикова Г. А. Пленочные фотоэлектрические преобразователи. Журнал «Гелиотехника», Ташкент, 1966, № 4.
25. Орлов В. А. Малогабаритные источники тока. Воениздат, 1965.
26. Кузнецов О. А., Стиоп Я. И. Полупроводниковые выпрямители. Изд-во «Энергия», 1966.
27. Алексеев Г. Н. Преобразование энергии. Изд-во «Наука», 1966.
28. Соминский М. С. Солнечная энергия и ее использование. Изд-во «Наука», 1965.
29. Новые автоматизированные выпрямительные устройства для электропитания аппаратуры проводной связи. Гос. изд-во литературы по вопросам связи, М., 1960.
30. Б. Васильев, А. Вардашкин. Выпрямители с электронным регулятором для зарядки аккумуляторов. Журнал «Радио», 1966, № 7.
31. Балуев В. К. Развитие военно-инженерной электротехники. Воениздат, 1958.
32. Проценко А. Н. Покорение атома. Атомиздат, М., 1967.
33. Котоусов С. Г., Архангельская 3. П., Березина Н. В., Молоткова Е. Н. Источник тока на основе электрохимической пары окись серебра—кадмий, ЦИНТИ ГКАиМ, М., 1962.
34. Артамкин В. Н., Ушаков Б, А. Необыкновенные превращения атомной энергии. Атомиздат, 1966.
35. Пятницкий А. П., Сергеев Д. И., Невежин О. А. Вольтамперные характеристики термоэмиссионных преобразователей. Атомиздат, М., 1967.
36. Романов В. В. Серебряно-цинковые аккумуляторы. Воениздат, 1967.
37. Бек Р. Ю. и Кудрявцев Н. Т. Влияние переменного тока на электроосаждение цинка. Журнал прикладной химии. 1961, т. 34, вып. 9.
38. Флеров В. Н. Влияние наложения переменного тока на электродные процессы в цинкатных электролитах. Журнал прикладной химии. 1961, т. 34, вып. 7.
39. Лабутин В. К. Полупроводниковые диоды. Изд-во «Энергия», М., 1967.
40. Конфедератов И. Я. Основы энергетики. Изд-во «Просвещение», М., 1967.
