Хімічне джерело струму

Изобретение относится к области электротехники и является одним из направлений прикладной электрохимии, охватывающим создание химических источников тока, использующихся многими отраслями науки и техники, для которых химический источник - это прежде всего блок автономного энергоснабжения. Преимущественное использование изобретение получит в виде аккумулятора применяющегося в автомобильном транспорте, шахтной промышленности, электрических станциях, стационарных батареях для телефонной и телеграфной связи, радиовещании, а также в навигации, В основу существующи х разновидностей химических источников тока (ХИТ) заложено явление превращения химической энергии пространственно разделенных окислительновосстановительных процессов в электрическую. К числу обязательных требований, предъявляемых к ХИТ, относится обеспечение безопасной и долгосрочной его работы. Одной из причин нарушения этого требования является короткое замыкание между электродами источника, приводящее к уменьшению продолжительности его службы или полному выходу из строя. Например, в ряде случаев короткое замыкание внутри источника с высокой удельной энергией создает благоприятную ситуацию для мгновенного превращения химической энергии в тепловую. Сильный перегрев вызывает разрушение корпуса вплоть до взрыва. Для избавления от неполадок, вызванных коротким замыканием, источник тока (аккумулятор) необходимо вскрывать, очищать сосуд, заменять поврежденные элементы, вновь производить сборку и т, д., что сопряжено с немалыми трудностями. В настоящее время существует множество вариантов конструкций химических источников тока, у которых электродные пластины одного знака соединены параллельно в полублоки с помощью неразьемных или разъемных соединительных элементов, а выводы полублоков пропущены сквозь крышку корпуса для подключения к другим элементам схемы потребителя. Для обеспечения безопасной работы электрической схемы, в состав которой входит ХИТ упомянутой конструкции, последний подключается через предохранительное устройство, находящееся за пределами соединительных элементов. Так, например, известно множество разновидностей конструкции аккумуляторов, соединение пластин полублоков которых осуществляется посредством бареток, борнов, шпилек и пр., а выводы полублоков находятся за пределами корпуса источника (Вырыпаев В. Н. и др. Химические источники тока. Учеб. пособие для хим.-технол. спец вузов. М„ Высшая школа, 1990, с. 37, рис. 2,5 а, б, в). Подключение этих источников в электросхему производится через предохранители, подсоединенные к выводам полублоков. Недостатком упомянутых устройств является то, что в случае возникновения корот-кого замыкания между пластинами аккумулятор полностью выходит из строя, т. к. предохранительное устройство, по сути не являющееся составным элементам источника и находящееся за его пределами, только отключает аккумулятор от общей цепи, не воздействуя на состояние самого аккумулятора. Другими словами, внутренняя электрическая цепь источников остается без защиты, что служит причиной потери их работоспособности в этой ситуации. Известно устройство стартерного источника тока, одноименные электроды которого соединены между собой посредством мостика, образующего вместе с выводом баретку (Вырыпаев М. Н. и др.). Химические источники тока. Учеб. пособие для хим. -технол. спец. вузов. М., Высшая школа, 1990, с. 171, рис. 71). Подключение источника в цепь потребителя осуществляется аналогично вышеописанному. Это устройство, как и предыдущие, обладает тем же недостатком - отсутствием защиты электродных пластин внутри аккумулятора. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому химическому источнику тока является аккумулятор, содержащий корпус, вн утри которого находится электролит и размещен электродный блок, содержащий полублоки, состоящие из электродов одного полюса, разделенных сепаратором и имеющих токоотводы, подключенные к внешнему токовыводу. Токовывод расположен вне корпуса аккумулятора, а подключение последнего в электрическую цепь потребителя осуществляется через предохранитель (Автомобиль ЗАЗ-1102. Руководство по ремонту и эксплуатации. Чернигов, "Десна", 1994, с. 152). Недостаток описанной конструкции -выход аккумулятора из строя ввиду отсутствия защиты внутренней цепи. Задачей предлагаемого изобретения является создание химического источника тока многократного использования с повышенными эксплуатационными характеристиками, выражающимися, прежде всего, в повышении надежности его работы. Технический результат от использования изобретения проявляется в предотвращении отключения источника тока в процессе его. работы при возникающих вн утри него коротких замыканиях и возможности дальнейшей его эксплуатации случае закорачивания какой-либо пары электродов. Суть изобретения заключается в том, что в химическом источнике тока, содержащем корпус с электролитом, в котором размещен электродный блок, состоящий из полублоков, каждый из которых содержит, по крайней мере, два разделенных сепаратором электрода одного полюса с токоотво-дами, подключенными к внешнему токовыводу, в цепь токоотвгда каждого из электродов подключено предохранительное устройство. Отличие заявляемого устройства от описанного в прототипе заключается в том, что в цепи токоотвода каждого из электродов присутствуе т предохранитель, выход которого связан с токовыводом соответствующего полублока аккумулятора. Приведенные на фиг. 1 и 2 иллюстрации поясняют конструктивные особенности известного и предлагаемого источников тока. Источник состоит из корпуса 1, представляющего собой емкость с находящимся в ней электролитом 2, в который погружен электродный блок, состоящий из ряда чередующи хся положительных 3 и отрицательных 4 электродов, разделенных сепараторами 5. Сепараторы предохраняют аккумулятор от коротких замыканий между электродными пластинами разного знака заряда. Количество пластин в блоке подбирается в зависимости от эксплуатационных требований, предъявляемых к источнику. Простейшая конструкция может содержать, как минимум, два разнополюсных электрода, разделенных слоем электролита. Каждый электрод имеет токоотвод 6, выходящий на токовывод 7 или 8 соответствующего полублока. То ковы воды расположены на корпусе аккумулятора. Токоотводы предлагаемого источника подключены к токовыводам через предохранители 9, находящиеся внутри корпуса (фиг. 2), а токоотводы известного устройства предохранителей не имеют (фиг. 1). Заявляемый отличительный признак изобретения обуславливает решение поставленной задачи - увеличение надежности работы источника тока. Сравнивая иллюстрации на фиг. 1 и 2, нетр удно видеть, что в случае превышения тока свыше допустимого по причине закорачивания электродных пластин на одном из полублоков известного аккумулятора предохранитель 10, находящийся во внешней цепи, только отключает от нее источник. При этом сам аккумулятор выходит из строя, попросту "сгорает". В предлагаемой конструкции при закорачивании какой-либо пары разнополюсных пластин срабатывают предохранители, включенные в цепь этих пластин, и отключают закороченную цепь, оставляя блок дееспособным. Все элементы источника продолжают функционировать, за исключением выбывших из строя пластин. Такие замыкания аккумулятор может выдерживать до тех пор, пока не сгорит последняя пара предохранителей, Источник тока работает следующим образом. Генерирование электронов происходит при окислении восстановителя на отрицательном электроде, поглощение же электронов на другом конце цепи протекает при росстановлении окислителя на положительном электроде. В состоянии разомкнутой цепи на границе фаз "электрод - электролит" возникают скачки потенциалов, они создают на электродах разность потенциалов. При замыкании внешней электрической цепи фиксируется электрический ток сочетающий поток электронов во внешней цепи и ионов во внутренней цепи. Ионный ток обеспечивается электролитом. Преобразование химической энергии в электрическую является результатом химической реакции между окислителем и восстановителем. Например, в свинцовом аккумуляторе активным веществом, вступающим в токо-образующие реакции, является двуокись свинца на положительном электроде, губчатый свинец на отрицательном электроде и серная кислота, применяемая в качестве электролита. Генерируемый ток протекает по токоотводам электродных пластин через предохранители 9 к токовыводэм 7 и 8, которые подключаются к внешней электрической цепи. При возникновении короткого замыкания внутри аккумулятора предохранитель 9 разрывает закороченную цепь. Важным преимуществом источника является не только наличие в нем предохранительных устройств, а и конструктивное исполнение последних, позволяющих функционировать им в агрессивной среде электролита. Предлагаемый источник тока является усовершенствованной конструкцией существующи х в настоящее время автономных электрических систем, вырабатывающих электроэнергию. Источник отличается повышенной надежностью, долговечностью, доступностью и простотой эксплуатации.