ტყვია-მჟავას აკუმულატორი

ტყვიის აკუმულატორი ჭრილში

ტყვია-მჟავას აკუმულატორი, ტყვიის აკუმულატორი, ტყვიის (მჟავას) აკუმულატორი — მეორეული დენის ქიმიური წყარო. იგი გამოიგონა გასტონ პლანტემ 1859 წელს.

თუ წყალს (${\ce {H2O}}$) გამტარებლობის გასადიდებლად შევურევთ ცოტაოდენ გოგირდმჟავას და მიღებულ ელექტროლიტში გავატარებთ დენს, ამ უკანასკნელის ზემოქმედებით წყალი დაიწყებს დაშლას თავის შემადგენელ ნაწილებად, სახელდობრ: წყალბადად და ჟანგბადად. ელექტროლიტის შიგნით მოხდება იონების გადაადგილება: წყალბადის (${\ce {H^{+}}}$) კატიონებისა — დენის მიმართულებით, ხოლო ჟანგბადის (${\ce {O^{-}}}$) ანიონებისა — საწინააღმდეგო მიმართულებით. ენერგიის წყაროს დადებით პოლუსზე მიერთებულ ფირფიტასთან შეხებისას წყალბადის კატიონები თავიანთ მუხტს გადასცემენ ამ ფირფიტას და დამუხტავენ მას დადებითი ელექტრობით, ხოლო წყალბადი აირის ბუშტულების სახით გამოიყოფა ფირფიტის ზედაპირზე. ამავე დროს ჟანგბადის ანიონები, შეეხებიან რა ენერგიის წყაროს უარყოფით პოლუსზე მიერთებულ ფირფიტას, გადასცემენ მას თავიანთ მუხტს და დამუხტავენ მას უარყოფითი ელექტრობით. ამგვარად, წარმოებს ფიარფიტების განუწყვეტელი დამუხტვა, რაც ამ შორის ქმნის პოტენციალთა სხვაობას — ძაბვას.

თუ გამოვრთავთ გენერატორს და ფირფიტებს შევაერთებთ გარეგან წრედზე, მაშინ ამპერმეტრის საშუალებით შევნიშნავთ რომ წრედში წარმოიქმეება დენი, რაც იმის დამადასტურებელია, რომ განხილული მოწყობილობა ენერგიის წყაროდ იქაა.

თუ ტყვიის ორ ფირფიტას, რომელთა ზედაპირი დაფარულია გოგირდმჟავა ტყვიის ფენით, ჩავუშვებთ გოგირდმჟავას სუსტ წყალხსნარში ასეთ ელექტროლიტში დენის გატარებისას შევნიშნავთ, რომ რაღაც დროის განმავლობაში ელიქტროდებზე წყალბადისა და ჟანგბადის აიროვანი ბუშტულების გამოყოფას ადგილი არ ექნება. ეს მოვლენა იმით აიხსნება, რომ ანოდზე გამოყოფილი ჟანაბადი ზედაპირს ჟანგავს ტყვიის ზეჟანგამდე, ხოლო გამოყოფილი წყალბადით, შედის რა რეაქციაში მჟავას ნაშთთან, აღადგენს მას სუფთა ტყვიად. დამუხტვის პროცესს თან სდევს თავისუფალი გოგირდის მჟავას წარმოქმნა როგორც ანოდზე, ისე კათოდზე, რის გამოც ელექტროლიტის კონცენტრაცია დამუხტვის დამთავრებისას მატულობს.

ანოდის დაჟანგვისა და კათოდის განჟანგვის პროცესის დამთავრებისას განხილული მოწყობილობა დამუხტული ანუ, სხვანაირად, პოლარიზებული იქნება და მასში დენის შემდეგი გატარება გამოიწვევს ელექტროლიტში არსებული წყლის ჩვეულებრივ ელექტროლიზს, როგორც ეს ზემოთ იყო განხილული.

აკუმულატორს უნარი აქვს დააგროვოს (აკუმულირება) ელექტრული ენერგია, შეინახოს იგი ქიმიური ენერგიის სახით რაღაც დროის განმავლობაში. აკუმულატორს, რომელიც ასეთ მდგომარეობაშია, დამუხტული ეწოდება.

დამუხტვის შემდეგ აკუმულატორს თუ გავთიშავთ გენერატორისაგან და მის პოლუსებს გამტარით შევაერთებთ, მაშინ ამპერმეტრის საშუალებით შევნიშნავთ დენს, რომელიც გარეგან წრედში მიმართულია ანოდიდან (+) კათოდისაკენ (–). დენი ივლის მანამ, სანამ არ გამოილევა აკუმულატორის მუხტი ანუ, როგორც ამბობენ, სანამ არ განიმუხტება აკუმულატორი. განმუხტვის დამთავრებისას ორივე ფირფიტა დაფარული იქნება გოგირდმჟავა ტყვიით ამაში მდგომარეობს აკუმულატორის მოქმედების ძირითადი პრინციპი.

აკუმულატორის მუშაობას ახასიათებს ის, თუ როგორია მისი გაცემის უნარი ტევადობის მიხედვით (ელექტრობის რაოდენობის მიხედვით), და თუ როგორია მისი გაცემის უნარი ენერგიის მიხედვით (მუშაობის მიხედვით).

ამპერ-საათებში გამოსახული ელექტრობის რაოდენობას Q ა. ს, რომელიც აკუმულატორმა მიიღო დამუხტვისას, ეწოდება აკუმულატორის ტევადობა დამუხტვისას.

ელექტრობის რაოდენობას q ა. ს, რომელიც აკუმულატორმა გასცა განმუხტვისას, ეწოდება აკუმულატორის ტევადობა განმუხტვისას.

შეფარდებას ${\frac {q}{Q}}$ ეწოდება აკუმულატორის გაცემა ტევადობის მიხედვით ან, სხვანაირად, ენერგიის რაოდენობის მიხედვით.

აკუმულატორის ტევადობა დამოკიდებულია მისი ფირფიტების ზედაპირის სიდიდეზე და იგი შეიძლება გაიზარდოს ამ ზედაპირის გადიდებით. იმისათვის, რომ ტევადობა გაედიდებინათ, აკუმულატორებს მათი გამოყენების პირველ სტადიაში ამზადებდნენ შემდეგნაირად: ტყვიის ორ ფირფიტას ჩაუშვებდნენ გოგირდმჟავას სუსტ ხსნარში და დაამუშავებდნენ განსაკუთრებული წესით, რომელსაც აკუმულატორის ფორმირება ეწოდება. ფორმირების არსი იმაში მდგომარეობს, რომ დენის გატარებისას უარყოფითი ფირფიტა გაიჟანგება, ხოლო დადებითი დაიჟანგება. აკუმულატორს ფორმირების დროს მრავალჯერ დამუხტავენ და განმუხტავენ. დამუხტვისა და განმუხტვის გამო აკუპულატორის ტყვიის ფირფიტების ზედაპირი თანდათანობით დაიფარება (დაიჩხვლიტება), რაც ყოველი დამუხტვა-განმუხტვის შემდეგ უფრო ღრმა და შესამჩნევი ხდება.

ვინაიდან ტყვიის ფირფიტების ფორმირება მოითხოვს მნიშვნელოვან დროს, დაახლოებით 500 საათს დამუხტვისა და განმუხტვისათვის და ელექტრული ენერგიის დიდ ხარჯს, ამიტომ გამოყენების შემდგომ წლებში აკუმულატორის დამზადებისას მიმართეს სურინჯის ფენის შემოგებას ფირფიტებზე, რომელიც დაჟანგვისას შეძლებს მოგვცეს ფორებიანი ტყვიის სქელი ფენა. სურინჯი არის მკაფიო წითელი ფერის ფხვნილი, რომელიც წარმოადგენს ტყვიისა და ჟანგბადის რთულ ქიმიურ შენაერთს. აკუმულატორის ფირფიტების ასეთი ხერხით დასამზადებლად სურინჯს შეზელენ წყალში და საგოზავის სახით დაადებენ ფირფიტაზე. დამუხტვისას სურინჯი ერთ ფირფიტაზე იქცევა ტყვიის ზეჟანგად, ხოლო მეორეზე — ლითონურ ტყვიად. ამჟამად ტყვიის (მჟავას) აკუმულატორებს ამზადებენ შემდეგნაირად: დადებით ფირფიტას მისი ზედაპირის გადიდების მიზნით აკეთებენ კვალიანი (ღარებიანი) ტყვიისაგან, შემდეგ მოახდენენ მის ფორმირებას, ხოლო ამის შემდეგ აღნიშნულ კვლებს ამოავსებენ სურინჯის აქტიური მასით და აწარმოებენ ფირფიტის ხელახალ, მეორეჯერ ფორმირებას. უარყოფითი ფირფიტების წინასწარი ფორმირება არ ხდება. გარეგნულად ეს ფირფიტები წარმოადგენს ცხრილს, რომელიც ამოვსებულია მასით, ეგრეთწოდებული მურდასანგით.

დამუხტვისას ტყვიის აკუმულატორის ძაბვა შედარებით სწრაფად იზრდება 2.2 ვ-მდე, შემდეგ ნელა აღწევს 2.3 ვ-მდე, ამის შემდეგ ისევე საკმაოდ სწრაფად მატულობს 2.6 ვ-მდე და, დასასრულს, ნელა იზრდება 2.7—2.75 ვ-მდე, რომლის შემდეგ აღარ მატულობს. როდესაც ძაბვა მიაღწევს 2.2 ვ, აკუმულატორის კათოდიდან გამოყოფას იწყებს წყალბადის აიროვანი ბუშტულები, ხოლო 2.3 ვ დროს ანოდთან გამოყოფას იწყებს ჟანგბადიც. 2.5 ვ-ს დროს ორივე ელექტროდთან უხვად იწყებს გამოყოფას აირი, ხოლო როცა ძაბვა მიაღწევს 2.6-2.75 ვ-ს, აკუმულატორი, როგორც ამბობენ, იწყებს „დუღილს“.

მჟავიანი აკუმულატორის გარეგან წრედზე განმუხტვისას ძაბვა მის მომჭერებზე სწრაფად ეცემა 2-1.95 ვ-მდე, ხოლო შემდეგ ნელა კლებულობს 1.85-1.8 ვ-მდე. მიაღწევს რა 1.85-1.8 ვ-ს, ძაბვა კვლავ იწყებს სწრაფად დაწევას, რამდენიმე წუთში იგი დაიწევს 1.7 ვ-მდე და შემდეგ ნულამდეც. განმუხტვა პრაქტიკულად არასოდეს არ უნდა ვაწარმოოთ 1.8 ვ-მდე ქვემოთ, ვინაიდან წინააღმდეგ შემთხვევაში აკუმულატორი უვარგისი გახდება. სრული განმუხტვისას აკუმულატორის ფირფიტები დაიფარება მსხვილკრისტალებიანი გოგირდმჟავა ტყვიის ნაფიფქით, რომელიც იმდენად ცუდი გამტარია, რომ შეუძლებელს ხდის აკუმულატორის დამუხტვას. ამ მოვლენას ეწოდება აკუმულატორის ფირფიტების სულფატაცია.

ტყვიის აკუმულატორის მარგი ქმედების კოეფიციენტის საშუალო მნიშვნელობა ტევადობის მიხედვით η = 0.85, ხოლო მარგი ქმედების კოეფიციენტის საშუალო მნიშვნელობა ენერგიის მიხედვით η = 0.65.

ლიტერატურა

• კიტაევი ვ. ე., პეტროვი ვ. კ., შლიაპინტოხი, ლ. ს., „ელექტროტექნიკა“, თბ., 1957, გვ. 55-62