Резервное питание

Резервное питание

Химические источники электропитания, которые производятся и хранятся в неактивированном состоянии и перед началом разряда активируются (приводятся в рабочее состояние) тем или иным способом, относятся к резервным источникам питания. К основным особенностям этих резервных батарей относятся:
- возможность длительного хранения батареи в неактивированном состоянии;
- относительно короткий срок разряда, который, как правило, проводится однократно и непрерывно;
- использование энергоемких и (или) высокоактивных реагентов;
- высокие значения удельной мощности.

В зависимости от способа активации все резервные химические источники питания подразделяются на четыре типа:
- водоактивируемые источники тока;
- химические источники тока, активируемые раствором электролита;
- газоактивируемые источники питания;
- тепловые батареи (резервные источники питания, активируемые теплотой).
Водоактивируемые резервные источники питания активируются заливкой водой или погружением в воду. Резервные батареи могут активироваться водным раствором электролита: кислоты, щелочи или соли или неводным раствором электролита. Резервные батареи, активируемые водными растворами кислот и щелочей или неводными электролитами получили название ампульных химических источников тока. К резервным также можно отнести некоторые воздушно-магниевые и воздушно-алюминиевые одноразовые батареи.

В качестве газообразного активатора резервных батарей применяется аммиак. Тепловые батареи содержат эвтектическую смесь хлоридов щелочных металлов в качестве электролита, который при невысоких температурах обладает очень низкой электрической проводимостью, поэтому разряда источника питания не происходит. При плавлении электролита источник тока активируется.

Кратко охарактеризуем различные виды резервных источников питания.

Водоактивируемые резервные источники питания. В качестве анодных материалов обычно используются магниевые сплавы, реже цинк. Катодными реагентами служат малорастворимые хлориды серебра, меди или свинца или диоксид свинца. Электролитом является хлорид натрия, который при активации растворяется в воде и обеспечивает ионную проводимость. Активация может также проводиться заливкой резервной батареи морской водой или погружением батареи в морскую воду. Первые водоактивируемые источники тока (системы Mg-AgCl) появились в 1943 г. (США), в 1949 г. началось производство батарей резервного питания системы Mg-CuCl.

К достоинствам водоактивируемых батарей резервного питания относятся простота устройства и активации, способность работать при низких температурах после активации, высокие (для системы Mg-AgCl) и средние (для других систем) удельные энергии и мощности. К недостаткам батарей резервного питания можно отнести высокий саморазряд после активации, токи утечки в резервных батареях и высокую стоимость источников тока системы Mg-AgCl.

Водоактивируемые батарей резервного питания применяются в морских сигнальных устройствах, спасательных средствах, на буях, геофизической аппаратуре, метеорологических шарах-зондах; резервные батареи системы Mg-AgCl в торпедах и акустических буях.

Батареи резервного питания активируемые раствором электролита (ампульные источники тока). Ампульные батареи получили распространение в начале 50-х годов XX в. В ампульных источниках питания раствор электролита хранится в отдельной емкости (ампуле) и заливается при активации. Применяемые в настоящее время ампульные батареи резервного питания можно разделить на источники тока с водными и неводными электролитами. В первых анодами служат цинк, свинец или магний, катодными материалами - оксид серебра, диоксид свинца или марганца, электролитами - растворы кислот, щелочи или соли. Во втором типе источники тока анодом является литий, катодными материалами - тионилхлорид, диоксид серы, пентаоксид ванадия или сульфид железа, электролитами - неводные растворы солей лития. Активация батареи резервного питания происходит за очень короткое время (от долей секунды до нескольких секунд). К достоинствам ампульных источников тока относятся длительная сохраняемость в неактивированном состоянии (10 и более лет), высокая удельная мощность, а для некоторых - и удельная энергия, широкий диапазон рабочих температур (для большинства батарей резервного питания). К недостаткам можно отнести короткое время работы и малый допустимый срок хранения в активированном состоянии. Ампульные резервные батареи применяются в авиакосмической и военной технике.

Батареи резервного питания активируемые аммиаком. Анодом служит либо магний, либо цинк, катодным компонентом - m-динитробензол (m-ДНБ) или диоксид свинца, электролитом - роданиды аммиака. Активация производится либо жидким, либо газообразным аммиаком. К достоинствам резервных батарей этого типа относятся длительная сохранность в неактивированном состоянии и широкий диапазон рабочих температур. Недостатками являются относительно медленная активация и небольшое время разряда.

Тепловые батареи резервного питания. Промышленный выпуск тепловых резервных батарей начался в конце 40-х годов XX в. Анодами первоначально служили кальций и магний. В последние годы для этой цели в основном применяются сплавы лития. Катодами в кальциевых резервных источниках тока ранее служил хромат кальция, в литиевых батареях используется дисульфид железа и пентаоксид ванадия. В качестве электролита используется смесь хлоридов лития и калия. При нагревании до 450 °С и выше, осуществляемом обычно с помощью пиротехнических составов, электролит расплавляется и элементы активируются.

Время активации составляет 0,1-3 с. Резервные источники конструктивно выполняется в виде батареи, состоящей из большого числа последовательно соединенных элементов и чередующихся нагревателей. К достоинствам тепловых батарей резервного питания относятся высокая удельная мощность, способность работать в широком диапазоне температур окружающей среды и длительная сохранность в неактивированном состоянии. Недостатками батарей являются короткий срок разряда из-за остывания электролита и невысокая степень использования активных масс. Тепловые резервные батареи применяются в военной технике: в артиллерийских снарядах, ракетах и т.д.