Где используется щелочные аккумуляторы

Щелочные аккумуляторы: особенности

Своё название щелочные аккумуляторы получили от используемого электролита. Применяется едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH). Как и другие батареи, этот тип зарядных устройств имеет свои достоинства и недостатки. Специфика работы щелочного аккумулятора делают их практически незаменимыми в ряде отраслей народного хозяйства.

Преимущества и недостатки

Аккумуляторы щелочного принципа действия отличаются:

• Длительным сроком эксплуатации при должном обслуживании;
• Имеют относительно небольшой вес и размеры;
• Позиционируются с небольшим самопроизвольным разрядом;
• Стабильной работой в условиях отрицательных t 0 .

Обратите внимание! Когда показатели отрицательных t 0 опускаются ниже отметки – 25 0 С, ёмкость щелочного аккумулятора с уменьшением на один градус, снижается на 0,5%.

В сравнении со свинцово-кислотной батареей – этот показатель выше в 2 раза. Хотя при низких t 0 , как отмечалось ранее, показатели ёмкости сокращаются.

К существующим минусам можно отнести незначительный коэффициент полезного действия (КПД), который по разным оценкам составляет от 50% до 55%. К сравнению, этот показатель у батарей кислотного принципа действия составляет 80%.

К тому же, наличие эффекта памяти неизбежно приводит к потере ёмкости. Она может появиться в случае неполной разрядки зарядного устройства.

Огорчает большой разброс рабочего напряжения зарядных элементов: 1-1,75 Вольта. Для набора показателя 12В разброс составит 10-17,5 вольта. В данном случае не избежать использования зарядного устройства для щелочного аккумулятора в целях стабилизации рабочих показателей.

На заметку. Обслуживание батарей такого типа должен выполнять квалифицированный сотрудник. Так как, в данном случае, используется электролит для щелочных аккумуляторов, который необходимо периодически менять.

Область применения

Щелочные аккумуляторы могут использоваться в качестве:

Они устанавливаются на рудничных электровозах, локомотивах, в пассажирских вагонах. Обеспечивают разные виды сигнализаций и аварийных систем энергетического снабжения.

Незаменимы при складировании продукции на складах: всевозможные погрузочные машины оснащены как раз такими акуумуляторами. Возможно применение для запуска силовых агрегатов (ДВС).

Батареи, о которых идёт речь, используются в портативной технике, домашнем и профессиональном электрическом инструменте.

Мы постоянно соприкасаемся с ними в домашних условиях. Включаем музыкальный центр, телевизор, используем пульт. Повседневно пользуемся телефонами и фотоаппаратами, где в качестве источника питания, работают пальчиковые батарейки.

Редко, но встречается, их использование в качестве стартерных устройств на грузовых автомобилях и военной технике.

Устройство щелочного аккумулятора

Устройства, работающие с использованием щелочного раствора, агрегируют:

1. В комбинации: никель/кадмий;
2. Или никель/металлогидрид.

В обоих случаях положительный электрод содержит гидроокись никеля (NiOOH) и добавкой графита и окиси бария, которые повышают рабочие показатели.

Графит положительно влияет на электропроводность, увеличивая её, а окись бария создаёт эффект стабильной работы.

На фото хорошо видно устройство продукта в разрезе. Указано, какие составляющие определяют целостность батареи.

Несколько слов о химических процессах

При разрядке гидроокись никеля + электрода вступает в активную реакцию с ионами электролита. При этой комбинации образуется Ni(OH)2 гидрат закиси никеля.

Аналогичный процесс протекает при – электроде. В данном случае получается образование гидратов окиси кадмия и железа. Разница видимых потенциалов в пределах 1,45 вольта возможна при обеспечении процесса прохождения тока по контурам внутренней и внешней сети. Это и есть принцип работы щелочного аккумулятора.

При зарядке проходит обратный химический процесс. Он заключается в следующем. При взаимодействии тока + электроды окисляются. При этом гидрат закиси никеля переходит в состояние гидроокиси этого элемента. Минусовый электрод постепенно восстанавливается. В нём образуется кадмий и железо.

Особенность происходящих процессов: вещества, выступающие в процессе электрохимических реакций, друг с другом не вступают в химические отношения, то есть, не растворяются в электролите.

В данном случае не предусмотрен расход электролита. Его плотность неизменна: всегда остаётся на прежнем уровне.

Как правильно заменить электролит

Специалисты рекомендуют замену электролита проводить через каждые 100-150 циклов.

До предполагаемой смены состава электролита необходимо разрядить аккумулятор до напряжения 1 вольт нормальным током.

Отработанный электролит следует слить. При этом сам аккумулятор нужно периодически встряхивать, чтобы удалить возможную грязь из сосуда. Затем промыть подщелочённой или дистиллированной водой, энергично встряхивая.

Вода должна к этому времени отстояться. Заливка нового продукта проводится незамедлительно. Залитый новым составом аккумулятор, оставить примерно на 120 минут и можно приступать к замеру плотности электролита. При необходимости, довести до требуемой величины и закрыть крышки.

Обратите внимание! Не рекомендуется после слива старого электролита оставлять аккумулятор сухим. Это может привести к образованию коррозии пластин!

Замена электролита потребуется при переходе в рабочий режим с t 0 ниже 20 0 С.

Характеристики щелочных аккумуляторов

Типы АКБ	Номинальная емкость, А-ч	Номинальное напряжение, В	Кол-во электролита в литрах
НК-28	28	1,25	0,27
НЖ-22	22	1,25	0,27
НК-55	55	1,25	0,45
НЖ-45	45	1,25	0,45
НК-80	80	1,25	0,75
НЖ-60	60	1,25	0,75

В условном обозначении буквы отображают электрохимическую систему АКБ:

• «НК» — никель-кадмиевая;
• «НЖ» — никель-железная;
• Цифры, идущие после букв — это номинальная ёмкость а/батарей, измеряемая в ампер-часах.

Заряд аккумуляторов и батарей щелочного принципа действия

Для подключения на зарядку однотипные продукты соединяются последовательно. Их количество регламентируется напряжением тока, а также напряжением в конце заряда. Эти показатели у рабочей а/батареи при нормальном зарядном токе должны быть в соответствии:

• в начале заряда: 1,40В — 1.45 В;
• в конце заряда: 1,75В — 1,85 В.

Рекомендуется применять нижеуказанный режим заряда:

1. Нормальный вариант: заряжать 6 часов нормальным током;
2. Усиленный вариант:12 часов нормальным током.

Он сообщается при вводе в действие, а также:

• через каждые 10 циклов. При нерегулярной работе 1 раз в 30 дней;
• после замены электролита;
• после глубоких разрядов ниже допустимых конечных напряжений;
• после разрядов слабым током, с перерывами в 16 и более часов.

Важно! Перезаряды улучшают рабочий процесс щелочных АКБ.

Никель/кадмивые и никель/железные АКБ рекомендуется заряжать слабым током. При этом, постепенно повышая время зарядки, но понижать ток более чем в 2 раза нельзя.

На заметку. Зарядка с использованием слабого тока ухудшает рабочий процесс щелочных аккумуляторов. В данной ситуации рекомендуется использование этого варианта только при возникшей необходимости.

Кроме этого, никель/железные АКБ заряжать при t0 — 10°С и ниже не рекомендуется.

Нюансы использования батарей

С момента подключения к батарее плановой нагрузки напряжение начинает быстро понижаться, примерно до значения 1,3 вольта. Далее в процессе работы снижение показателей происходит в замедленном режиме.

Рекомендация. Когда напряжение опустится до критической отметки 1(одного) вольта, необходимо приостановить работу.

Заметим, что продолжение эксплуатации батареи со значение 1 вольт и ниже неизбежно приведёт к утрате ёмкости аккумулятора.

Это в свою очередь уменьшит эксплуатационный срок. Следует внимательно относиться к системной подзарядке и контролю уровня используемого электролита.

Как правильно хранить аккумуляторы и батареи

Производитель предусмотрел выпуск готовых изделий для временного и длительного хранения. Используя новые аккумуляторы, следует в обязательном порядке проверить плотное прилегание съёмных пробок.

Обратить внимание на исправность вентильной резины. На первоначальном этапе потребуется смазать никелированные пробки и гайки а/батарей. Слой смазки должен быть минимальных размеров.

Корпус аккумуляторов в заводском исполнении покрыт черным битумно-збонитовым лаком. Предотвратить порчу нанесённого лака можно, используя в качестве смазки вещества, предусмотренные и рекомендованные производителем.

Обратите внимание, что, вазелин, как смазку, применять запрещено!

Аккумуляторам, которые ранее эксплуатировались, а теперь отправляются на длительное хранение (от 1 года и более), требуется разрядка в ток до 1,0В. Кроме этого, для правильной консервации продукта на длительный период времени необходимо:

1. Удалить весь электролит;
2. Закрыть плотно фиксирующие пробки;
3. Протереть корпус и удалить, используя ветошь, пыль и остатки соли;
4. Если на корпусе не предусмотрено ранее лаковое покрытие(изоляционный лак чёрного цвета), нанести его.

Однако аккумуляторы, переведенные в спокойное состояние (от 30 дней до года), могут находиться в полу разряженном или полностью разряженном состоянии при условии плотно закрытых пробок.

Во время длительной консервации батареи должны периодически проверяться. При обнаружении на корпусе соли, её нужно удалять.

Если батареи нужно перевезти на большие расстояния, их следует перевести в состояние длительного хранения.

Нельзя хранить вместе аккумуляторы щелочного и кислотного принципа действия. Все кислоты, так или иначе, влияют на батареи, портят их.

Аккумуляторы, где используется никель/кадмиевое соединение, в спокойном состоянии хранятся до 5 лет. Условие: они должны быть без электролита.

Срок консервации составляет в сухом закрытом помещении 4,5 года, а в полевых условиях — полгода. В этом случае, необходимо создать условия хранения, при которых исключается попадание осадков и прямых солнечных лучей.

Хранение никель/железных аккумуляторов в разряженном состоянии с удалённым электролитом в закрытом и сухом помещении составляет не более 3,5 лет.

Читаем условные обозначения: маркировка

Существуют тяговые батареи, изготовленные в различных странах. Мы же с вами рассмотрим сокращения, применяемые на отечественных изделиях.

Отечественная маркировка

Итак, если в маркировке предусмотрены буквы, идущие перед цифрами, то они указывают на число элементов используемых в батареи.

Далее буквы, указывающие на область применения:

• Т – тяговый тип;
• ТП – тепловозный вариант;
• В – вагонное назначение.

Буквы, указывающие на тип: НЖ – никель/железная батарея. И так далее.

Буква «К» указывает на комбинацию блока электродов. Буква «Ш» говорит о назначении батареи для эксплуатации в шахтах и горных выработках.

Если после букв следуют цифры – это величина номинальной ёмкости АКБ, которая выражается в А-ч. Могут ставиться буквы «П» — пластмассовый корпус, или буква «В» говорит о высоком варианте, а «М» указывает на модернизацию.

Буква «У» свидетельствует о возможности эксплуатации батареи в умеренном климате. Буква «Т» подразумевает эксплуатацию а/батареи в тропиках.

Далее прописывается ГОСТ использования: цифра 2 сигнализирует о возможности работы над землёй, а цифра 5 допускает работу под землёй.

Международная маркировка

В международной классификации буква F – это аккумулятор с использованием комбинации никель/железо. О различном режиме разрядки говорят буквы:

• L ─ до 0,5 градусов по Цельсию;
• M ─ (0,5─3,5) градусов по Цельсию;
• H ─ (3,5─7) градусов по Цельсию;
• X ─ больше 7 градусов по Цельсию.

Щелочные АКБ — продукт многофункциональный, встречающийся в различных комбинациях и применяемый в самых разных отраслях хозяйствования. Щелочной аккумулятор в 12в мы используем практически ежедневно, а в качестве тяговых устройств их могут видеть специалисты и обслуживающий персонал.

Однако любая эксплуатация щелочного аккумулятора требует повышенного внимания и правильного обслуживания. Эти мероприятия существенно увеличивают срок службы а/батарей.

Обслуживание щелочных аккумуляторов нужно проводить в строгом соответствии с рекомендациями изготовителя. Нельзя допускать к работе неподготовленный в техническом плане персонал.

Источник

Подробно о щелочных аккумуляторах

Щелочные аккумуляторы получили своё название по электролиту, который в них работает. В большинстве случаев это водный раствор КОН (едкий калий) или NaOH (едкий натрий). Этот вид аккумуляторов имеет ряд преимуществ перед кислотным типом батарей, но не лишён и недостатков. В некоторых областях народного хозяйства применение щелочных аккумуляторов более оправдано. Поэтому сегодня мы рассмотрим характеристики и устройство щелочных аккумуляторов, а также сферы их применения.

Устройство щелочных аккумуляторов

Самыми распространёнными видами щелочных батарей являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные (ещё их называют никель─железные). У обоих типов аккумуляторов в заряженном состоянии активная масса положительного электрода состоит из NiOOH (гидроокись никеля) с добавлением окиси бария и графита. Графит предназначен для увеличения электропроводности активной массы. Добавка окиси бария увеличивает срок эксплуатации щелочного аккумулятора.

Давайте рассмотрим конструкцию и устройство щелочного аккумулятора на примере моделей батарей, используемых в тепловозах и пассажирских вагонах. Там применяются как никель─металлогидридные (Ni─MH), так и никель─кадмиевые аккумуляторы (Ni─Cd). На предприятиях выпускаются никель─железные и никель─кадмиевые батареи, в которых электроды выполнены в виде рамок из стали, покрытой никелем. В пазы этих рамок запрессованы ламели.

Ламель представляет собой пакет, заполненный активной массой. Ламели выполнены из никелированной жести с большим количеством отверстий. Это делается для того, чтобы электролит мог поступать к активной массе.

На изображении ниже представлено устройство щелочного аккумулятора Ni-MH. На схеме можно видеть полублоки электродов и аккумулятор в сборе.

Полублоки и никель─железный аккумулятор в сборе. На примере тепловозного аккумулятора ТПНЖ

Полублоки и никель─кадмиевый аккумулятор в сборе. На примере аккумулятора НКН-100

В таких разновидностях аккумуляторных батарей, как ТПНЖК и ТПНЖ используются панцирные положительные пластины. Эти пластины помещаются в специальные чехлы или панцири. Электроды находятся в корпусе из никелированной жести. У корпуса имеется приваренная крышка с отверстиями под выводные штыри. Также предусмотрено отверстие для заправки электролитом и вывода газов. Чтобы придать корпусу механическую прочность, стенки делаются гофрированными. Сверху корпус закрыт резиновым чехлом, который обеспечивает изоляцию элементов от ящика, где установлена батарея. Теперь немного о том, за счёт чего обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Вернуться к содержанию

Принцип работы щелочных аккумуляторов

Когда происходит разряд батареи, на положительном электроде идёт реакция гидроокиси никеля (NiOOH) с ионами электролита. В результате образуется гидрат закиси никеля Ni(OH)₂. На отрицательном электроде кадмий и железо превращаются в гидрат окиси кадмия (Cd(OН)₂) и железа (Fe(ОН)₂). Протекание тока по внешней и внутренней сети обеспечивает разность потенциалов (примерно 1,45 вольта) щелочного аккумулятора. Таким образом, обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Когда происходит заряд щелочной АКБ, то под воздействие тока активная масса положительных пластин окисляется. Гидрат закиси никеля Ni(ОН)₂ переходит в гидроокись никеля (NiOOH). В активной массе отрицательных электродов при заряде идёт восстановление с образованием кадмия и железа.

Ниже представлены реакции, происходящие в процессе разряда-заряда, представлены следующими уравнениями:

Щелочная АКБ Ni─MH:

2Ni(OOH) + 2KOH + Fe ⇒ 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Fe(OH)₂

Щелочная АКБ Ni─Cd:

2Ni(OOH) + 2KOH + Cd ⇒ 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Cd(OH)₂

Работа щелочного аккумулятора такова, что номинальное значение разрядного тока составляет 0,2*С. Величина «С» обозначает номинальную ёмкость аккумуляторной батареи. Максимальный разрядный ток, к примеру, при запуске дизельного двигателя, составляет до 4*С. Штатный ток заряда щелочных АКБ равен 0,25*С.

Стоит отметить, что вещества, которые образуются во время работы щелочного аккумулятора и протекания электрохимических реакций, почти не растворяются в электролите и не реагируют друг с другом. За счёт того, что электролит для щелочного аккумулятора с ними не взаимодействует, отсутствует его расход и плотность не меняется. В результате требуется меньший объём, чем в кислотной батарее.

Напряжение щелочного аккумулятора при полной зарядке составляет примерно 1,45 вольта. Из-за существенного внутреннего сопротивления этого типа батарей, напряжение щелочного аккумулятора существенного меньше номинала при разряде и существенно больше при заряде.

Когда выводам батареи подключается нагрузка и начинается разряд, то напряжение быстро снижается до 1,3 вольта, а затем медленно уменьшается до одного вольта. При достижении этой отметки разряд нужно останавливать. Среднее значение расчётного напряжения при разряде равно 1,25 вольта. Ниже напряжения 1 вольт разряжать щелочной элемент не рекомендуется. Это может приводить к потере ёмкости и уменьшению срока эксплуатации.

Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде

Кислотные и щелочные аккумуляторы схожи в том, что при зарядке у обоих типов батарей выделяется газ. Однако в случае герметичных щелочных аккумуляторов газовыделение не является признаком окончания зарядки. Но здесь также рекомендуется снижать ток, если выделение газов идёт слишком бурно.

Особенности эксплуатации и срок службы щелочных аккумуляторов

В принципе, уход при эксплуатации щелочных аккумуляторных батарей примерно такой же, как и в случае кислотных. Нужно периодически контролировать уровень электролита, а также проводить зарядку АКБ. Герметичные щелочные аккумуляторы должны регулярно подзаряжаться и находиться в чистоте.

Герметичные щелочные аккумуляторы могут при хранении находиться в полузаряженном или разряженном состоянии достаточно длительное время. Также стоит отметить, что аккумуляторы щелочного типа менее чувствительные к действию отрицательных температур. Кроме того, герметичные щелочные аккумуляторы способны работать при разряде большими токами (высокая перегрузочная способность).

Благодаря тому, что герметичный щелочной аккумулятор имеет большое внутреннее сопротивление, сильный разряд и кратковременные короткие замыкания не вредят этим батареям. Щелочные АКБ устойчивы к воздействию вибрации, тряски, ударов благодаря высокой прочности. По сравнению с кислотными они имеют большую удельную энергию, больший срок эксплуатации и могут храниться дольше.

Саморазряд герметичных щелочных аккумуляторов при разомкнутой цепи составляет 20 процентов ёмкости за 9 месяцев. Это немного, если сравнивать с кислотными АКБ. У последних такой уровень саморазряда наблюдается за месяц. Немаловажно отметить, что при эксплуатации герметичных щелочных аккумуляторов нет вредных газовыделений и они достаточно надёжны.

Виды щелочных аккумуляторов и области их применения

Ламельные щелочные АКБ, конструкция которых была рассмотрена выше, широко используются в качестве тяговых щелочных аккумуляторов. Кроме того, они используются и в качестве стартерных. Ниже приведены области применения таких аккумуляторных батарей:

• локомотивы и пассажирские вагоны;
• сигнализации и системы аварийного энергоснабжения;
• рудничные электровозы;
• всевозможная напольная электротехника (различные погрузчики на складах и производствах. Например, щелочной аккумулятор ТНЖ);
• для запуска двигателей внутреннего сгорания.

Аккумулятор для пассажирских вагонов

Аккумулятор для погрузчика

Маркировка щелочных аккумуляторов

Рассмотрим маркировку тяговых батарей российского производства. У нас в стране производством таких батарей занимается Великолукский завод щелочных аккумуляторов и Курский завод «Аккумулятор». При поставке продукции на внутренний рынок они маркируют свою продукцию следующим образом (буквы и цифры поясняются по мере их следования слева направо):

• Если в маркировке перед цифрами стоят буквы, то они показывают число элементов в батарее;
• Затем следуют буквы, показывающие область применения (Т – тяговый, ТП ─ тепловозный, В ─ вагонный);
• Далее идут буквы, обозначающие тип. Например, НЖ — никель─железная АКБ;
• Если присутствует буква К, то это значит, что конструкция блока электродов комбинированная (при этом положительный электрод ламельного типа, отрицательный ─ безламельного);
• Если в маркировке присутствует Ш, то это АКБ для шахтных электровозов;
• Если в маркировке после букв есть цифры, то это величина номинальной ёмкости батареи, выраженная в А-ч;
• После значения ёмкости могут присутствовать буквы: П (пластмассовый корпус), В (высокий вариант), М (модернизированный), У (исполнение для умеренного климата), Т (исполнение для тропического климата);
• Далее цифры обозначающие категорию размещения в соответствии с ГОСТ 15150-69 (2 обозначает размещение над землей, 5 ─ под землей).

• цифры перед буквами показывают число элементов в батарее;
• Буква F говорит о том, что это никель─железный аккумулятор;
• Далее идут буквы, которые обозначают токи в режиме разряда (L ─ до 0,5*С, M ─ (0,5─3,5)*С, H ─ (3,5─7)*С, X ─ больше 7*С);
• Следующие цифры показывают ёмкость батареи в А-ч;
• Следующие буквы показывают материал корпуса (к примеру, Р ─ пластический материал). Затем идёт дефис и далее указываются различные особенности конструкции АКБ по системе обозначений производителя. Ещё через дефис могут указываться категория размещения и климатическое исполнение в соответствии с ГОСТ 16150-69.

Сдача и утилизация щелочных аккумуляторов

В последние годы повсюду появились пункты приёма свинцово─кислотных автомобильных аккумуляторов. Это стало очень выгодно, поскольку производители АКБ платят за них хорошие деньги и забирают аккумуляторы на утилизацию. В большинстве таких пунктов приёма можно сдать и щелочные батареи. Но ещё не везде. Дело в том, что у населения таких АКБ меньше и пунктам приёма приходится долго их накапливать, чтобы сдать на предприятие.

Помните, что нельзя просто так выкидывать щелочные АКБ на помойку. В их составе присутствуют опасные вещества. Это едкий калий и натрий, соединения щелочных металлов и другие вещества, которые необходимо грамотно обезвреживать. Просто складировать их дома или в гараже то же небезопасно.

Плюсы и минусы щелочных аккумуляторов

Плюсы

• Длительный срок службы при правильной эксплуатации;
• Возможность глубокого разряда;
• Работа при отрицательных температурах без потери свойств;
• Небольшой саморазряд;
• Небольшой удельный вес.

При снижении температуры с 25 градусов Цельсия ёмкость щелочного аккумулятора понижается с каждым градусом на 0,5 процента. Показатель лучше, чем у свинцово-кислотных практически в два раза. Но стоит отметить, что при низкой температуре возрастает и скорость уменьшения ёмкости.
Вернуться к содержанию

Источник