Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Свинцово-кислотный аккумулятор — вторичный (перезаряжаемый) химический источник тока на основе обратимой реакции свинца, диоксида свинца и серной кислоты. Это самый массовый перезаряжаемый источник тока в технике с конца XIX века: он применяется как стартерная батарея в автомобильной технике, тяговая батарея в напольном транспорте, стационарная батарея в системах резервного электроснабжения, ИБП, аварийных и осветительных установках. В этой статье разобрано, из чего физически состоит свинцово-кислотный аккумулятор: пластины, активные массы, электролит, сепараторы, корпус, выводы — и как из этих компонентов собирается ячейка и моноблочная батарея на 12 В.
В тексте также показано, чем отличаются конструктивные исполнения — классический наполненный (flooded), герметизированный с регулирующим клапаном AGM (Absorbed Glass Mat) и GEL (с гелеобразным электролитом). Терминология приведена в соответствии с действующим ГОСТ Р 58593-2019 «Источники тока химические. Термины и определения» и комплексом стандартов ГОСТ Р 53165-2020 (стартерные батареи) и ГОСТ Р МЭК 60896-х (стационарные батареи).
Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из одного или нескольких аккумуляторных элементов (банок), соединённых последовательно для получения требуемого напряжения. Один элемент при полном заряде даёт напряжение разомкнутой цепи около 2,1 В. Стандартная автомобильная батарея на 12 В содержит шесть последовательно соединённых элементов в одном пластмассовом моноблоке.
Активные массы (PbO₂ и Pb) запасают и отдают электрическую энергию через обратимую химическую реакцию с серной кислотой; всё остальное — конструктивная «упаковка», обеспечивающая работу этой пары при заданных токах, температуре и сроке службы.
Наверх
Основа пластины — решётка из свинцового сплава, выполненная литьём, штамповкой или прокаткой. Решётка одновременно выполняет две функции: механически удерживает активную массу и проводит ток от активной массы к токоотводу. Чистый свинец слишком пластичен для несущей решётки, поэтому применяют сплавы:
Решётка заполнена пастой, которая после процесса формирования (электрохимического окисления при первой зарядке) превращается в активную массу — диоксид свинца PbO₂. PbO₂ темно-коричневого цвета имеет высокую электронную проводимость и работает как окислитель: в фазе разряда восстанавливается с участием серной кислоты до сульфата свинца PbSO₄. Активная масса пористая — это нужно для обеспечения большой поверхности реакции и для проникновения электролита внутрь.
Отрицательная пластина по конструкции аналогична положительной: свинцовая решётка из того же класса сплавов с активной массой в ячейках решётки. Различие — в составе и физической форме активной массы:
В современных аккумуляторах с улучшенным циклическим ресурсом (батареи EFB для систем «старт-стоп», AGM для премиум-сегмента) в негативную пасту вводят дополнительные углеродные компоненты — графит, технический углерод (carbon black), активированный углерод. Они повышают приёмистость заряда и снижают накопление крупных кристаллов сульфата при частичной зарядке, характерной для «старт-стоп»-режима.
Электролит свинцово-кислотного аккумулятора — водный раствор серной кислоты H₂SO₄. Он одновременно играет роль ионопроводящей среды и активного реагента: в разряде расходуется (часть H₂SO₄ связывается в PbSO₄), при заряде восстанавливается.
Для приготовления электролита и доливки в обслуживаемые батареи используется не водопроводная, а специально очищенная вода (дистиллированная, обессоленная). Требования к воде установлены ГОСТ Р МЭК 62877-2 (электролиты и вода для вентилируемых свинцово-кислотных аккумуляторов). Использование любой иной воды (включая «питьевую») сокращает срок службы из-за внесённых примесей.
Серная кислота — сильный коррозионно-агрессивный реагент. Прямой контакт с глазами, кожей и одеждой опасен; работы с электролитом и обслуживание открытых батарей выполняются в средствах индивидуальной защиты, в проветриваемых помещениях, с учётом риска выделения взрывоопасного водорода при заряде.
Сепаратор — пористая изолирующая прокладка между разноимёнными пластинами, выполняющая четыре функции:
Корпус (моноблок) объединяет шесть отдельных банок (для 12-вольтовой батареи) или иное число ячеек в одном пластмассовом баке. Главные требования к материалу: химическая стойкость к серной кислоте, ударная прочность, теплостойкость, технологичность массового литья.
Внутри каждой банки положительные пластины соединяются между собой через общую токопроводную перемычку (бареллу) у верхней кромки; аналогично — отрицательные. Перемычки соседних банок объединяются по схеме «плюс одной — минус следующей» через перегородку моноблока (межэлементные соединения), формируя последовательную цепь из шести (или иного числа) элементов. От первой и последней банки выводы поднимаются к крышке, где образуют полюсные выводы аккумуляторной батареи (клеммы).
Классический «жидкий» (flooded) аккумулятор имеет открытый электролит, газовыделение при заряде идёт наружу через вентиляционные пробки. Для применений, где недопустимы утечка электролита, выход газов и потребность в периодической доливке воды, разработаны герметизированные исполнения VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid) — батареи с регулирующим клапаном. В них электролит обездвижен, а кислород, выделяющийся на положительной пластине при заряде, рекомбинирует на отрицательной пластине с образованием воды (recombinant principle). Газоотведение происходит только при превышении внутреннего давления через сбросной клапан.
Работа аккумулятора основана на обратимой химической реакции. При разряде свинец и диоксид свинца реагируют с серной кислотой; на обеих пластинах образуется сульфат свинца, а часть кислоты превращается в воду. При заряде реакция идёт в обратном направлении.
Pb + PbO₂ + 2 H₂SO₄ ⇌ 2 PbSO₄ + 2 H₂O
Глубокий и долгий разряд, а также длительное хранение в разряженном состоянии приводят к перекристаллизации мелкого пористого сульфата свинца в крупные плотные кристаллы (так называемая сульфатация). Крупные кристаллы плохо растворяются при заряде, ёмкость падает безвозвратно. Это — главная причина преждевременного выхода из строя свинцово-кислотных батарей.
Из шести (для 12-вольтовой батареи) последовательно соединённых элементов в общем пластмассовом моноблоке. Каждый элемент содержит пакет положительных пластин (свинцовая решётка с активной массой из диоксида свинца PbO₂), отрицательных пластин (свинцовая решётка с активной массой из губчатого свинца Pb), сепараторов между ними и электролита — водного раствора серной кислоты. К пластинам приварены свинцовые перемычки (бареллы), межэлементные соединения связывают банки последовательно, а на крышке выведены полюсные клеммы. В обслуживаемых батареях есть пробки доливки воды; в герметизированных VRLA (AGM, GEL) — регулирующие клапаны.
Это вещество, которое участвует в обратимой токообразующей реакции и фактически запасает и отдаёт энергию. У свинцово-кислотного аккумулятора активная масса положительной пластины — диоксид свинца PbO₂ (тёмно-коричневый, пористый); активная масса отрицательной пластины — губчатый металлический свинец Pb (тёмно-серый, пористый). Активная масса наносится на решётку пастой и закрепляется в её ячейках электрохимическим формированием при первой зарядке.
Электролит свинцово-кислотного аккумулятора — водный раствор серной кислоты H₂SO₄. Его плотность в полностью заряженной стартерной батарее при 20 °C — около 1,27–1,28 г/см³; при глубоком разряде падает до 1,10–1,12 г/см³. Электролит выполняет две функции: проводит ионы между пластинами и участвует в химической реакции (в разряде серная кислота расходуется, в заряде — восстанавливается). При снижении уровня в обслуживаемых батареях доливают только специально очищенную воду — дистиллированную или обессоленную, согласно требованиям ГОСТ Р МЭК 62877-2.
Сепаратор — пористая изолирующая прокладка между разноимёнными пластинами. Он не пропускает электронный ток между ними (предотвращает короткое замыкание), но через свои поры, заполненные электролитом, пропускает ионы — обеспечивая электрохимическую реакцию. Дополнительно сепаратор удерживает осыпающуюся активную массу и тем продлевает срок службы. В стартерных батареях массово применяют микропористый полиэтилен в виде «конверта» вокруг пластины; в AGM-батареях — нетканый мат из стекловолокон, одновременно являющийся хранителем всего электролита.
В современных стартерных и большинстве стационарных батарей — из полипропилена (PP), химически стойкого к серной кислоте, ударопрочного и технологичного. Корпус и крышка свариваются между собой термически, формируя герметичный моноблок с перегородками между элементами. В исторических и в части стационарных батарей применяется эбонит (твёрдая резина); в крупных промышленных — стеклоармированные композиты.
Оба исполнения относятся к VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid, герметизированный с регулирующим клапаном). В AGM электролит полностью впитан в нетканый стекловолоконный мат, выполняющий роль сепаратора и одновременно хранителя жидкости. В GEL электролит загущён силикатом до гелеобразного состояния и остаётся в пористой структуре геля между обычными пластинами с пластиковым сепаратором. AGM имеет низкое внутреннее сопротивление и хорошо отдаёт большой ток (стартерные применения, «старт-стоп», ИБП), но более чувствителен к перезаряду и работе при высокой температуре. GEL имеет более высокое внутреннее сопротивление, лучше переносит глубокие циклы и длительные разряды (тяговые и циклические применения), но хуже подходит для импульсной отдачи большого тока.
В намазной (плоской) пластине паста активной массы наносится с двух сторон на плоскую решётку и удерживается её ячейками. Это технологично, обеспечивает большую поверхность реакции и применяется в массовых стартерных и универсальных батареях. В трубчатой (панцирной) пластине активная масса заключена в тонкие пористые трубки (рукава), через каждую из которых пропущен свинцовый стержень-токоотвод. Трубчатые пластины существенно лучше переносят глубокие циклы, имеют больший срок службы и применяются в тяговых и стационарных батареях (типы OPzS и OPzV).
Шесть. Каждый элемент даёт напряжение разомкнутой цепи около 2,1 В при полном заряде; при последовательном соединении шести элементов получается номинальное напряжение 12 В и напряжение полностью заряженной батареи около 12,6–12,8 В. Шестиэлементная компоновка — стандарт для автомобильных стартерных батарей; стационарные и тяговые батареи могут содержать иное число элементов в зависимости от номинального напряжения системы.
Терминология — ГОСТ Р 58593-2019 «Источники тока химические. Термины и определения». Стартерные свинцово-кислотные батареи — ГОСТ Р 53165-2020 (часть 1, общие требования и методы испытаний), ГОСТ Р МЭК 60095-2-2010 (часть 2, размеры батарей и выводов), ГОСТ Р МЭК 60095-4-2023 (часть 4, для тяжёлой техники). Стационарные — ГОСТ Р МЭК 60896-11-2015 (открытые типы) и ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013 / ГОСТ Р МЭК 60896-22-2015 (VRLA). Тяговые — ГОСТ Р 71456-2024. Вода и электролиты — ГОСТ Р МЭК 62877-2.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.