Кадмиевые аккумуляторы для автомобиля

Что нужно знать про никель-кадмиевые аккумуляторы

На современном этапе существует множество аккумуляторов, которые имеют разный химический состав и, по причине присутствия в них тех или иных элементов, свои характерные особенности и преимущества в эксплуатации. Никель-кадмиевые аккумуляторы появились давно. Но до сих пор являются популярными и нужными в разных сферах человеческой деятельности.

Из истории создания

Первые щелочные Ni-Сd аккумуляторы появились еще в конце ХХ века. Их изобрел шведский ученый Вальдмар Юнгнер, в качестве положительного заряда использовав никель, а кадмий — в качестве отрицательного. Несмотря на очевидную пользу этого изобретения, по тем временам массовое производство таких батарей было весьма дорогостоящим и энергоемким. Поэтому было отложено на промежуток почти в 50 лет.

30-е годы прошлого столетия замечательны тем, что именно тогда была создана техника внедрения химически активных материалов пластин на пористый электрод, покрытый никелем. Массовое же производство Ni-Cd аккумуляторов началось после 50-х годов.

Основные характеристики и преимущества

Никель-кадмиевые аккумуляторы, в большинстве случаев, имеют цилиндрическую форму. Поэтому в простонародье их часто называют «банками». Есть и плоские Ni батарейки — например, для часов. Все зарядные элементы такого типа имеют сравнительно небольшую емкость, если сопоставлять их с никель-металлогидридными АКБ (Ni-MH), появившимися значительно позже с целью усовершенствования Ni-Cd аккумуляторов.

Однако более низкие показатели емкости не являются тем недостатком, который мог бы стать причиной для того, чтобы старый добрый кадмиевый аккумулятор был окончательно снят с производства. Один из его несомненных плюсов — это то, что при эксплулатации он нагревается не так быстро, как MH. Это значительно снижает риск его перегрева и преждевременного выхода из строя.

Более медленный процесс нагревания Ni-Cd обусловлен тем, что химические реакции, протекающие внутри них, являются эндотермическими. Иными словами, выделяемое во время реакций тепло поглощается внутри. Что касается MH, они отличаются от кадмиевых экзотермическими реакциями с выделением большого количества тепла. В связи с этим MH нагреваются гораздо быстрее и могут «перегореть», если вовремя не прекратить их использование.

Ni-Сd аккумуляторы имеют плотный металлический корпус, отличающийся повышенной прочностью и хорошей герметичностью. Они способны устоять при любых химических реакциях внутри и выдержать большое давление газов даже в самых худших условиях. Вплоть до понижения температуры до -40°С. Никель кадмиевые-аккумуляторы не подвержены риску самовозгорания, в отличие от современных литиевых.

Среди них есть мощные и надежные промышленные аккумуляторы Ni, которые могут полноценно работать в течение 20-25 лет. И, несмотря на то, что на смену этим АКБ уже давно пришли MH и литиевые с большей емкостью, Ni-Cd аккумуляторы продолжают активно применяться и по сей день.

Если говорить о ценовой категории, стоимость Ni-Cd значительно ниже, чем у других батарей. Это также является одним из их основных плюсов.

Сфера применения

Небольшие Ni-Cd аккумуляторы широко используются для питания различной бытовой техники и аппаратуры, преимущественно, в тех случаях, когда тот или иной прибор потребляет большое количество тока. Стандартные «банки» до сих пор обеспечивают работу электродрелей и шуруповертов. Элементы больших размеров незаменимы в общественном транспорте. Например, в троллейбусах или трамваях с целью питания цепей их управления, в судоходном деле и особенно в сфере авиации как бортовые вторичные источники тока.

Особенности эксплуатации

Поскольку Ni-Cd аккумуляторы заметно нагреваются, только если они заряжены полностью, большая часть устройств «понимает» это в качестве сигнала, по которому следует прекращать процесс зарядки. Для того чтобы они работали дольше, их рекомендуется быстро заряжать, а использовать — до полного разряда: в отличие от MH, никель-кадмиевые аккумуляторы глубокой разрядки не боятся.

Этот вид АКБ — единственный из элементов питания, которые рекомендуется хранить полностью разряженными, в то время, как MH следует хранить заряженными полностью, и им периодически нужна проверка напряжения на выходе. Такая разница, при существенном отличии в эксплуатации, безусловно, является еще одним очевидным пунктом в пользу Ni-Cd.

При долгом хранении без использования в разряженном виде с батарейками не случится ничего страшного. Но, чтобы привести их в рабочее состояние, нужно два-три раза провести им полный цикл «заряд-разряд». Лучше делать это незадолго до применения, можно за сутки, и тогда никель-кадмиевые аккумуляторы будут работать с оптимальной токоотдачей.

Любой Ni-Cd, применяемый в быту, при его питании током небольшой величины и периодической неполной разрядкой может значительно потерять емкость, что создает впечатление полного выхода АКБ из строя. Если Ni-Cd долгое время находился на подзарядке, например, в устройстве с постоянным питанием, он тоже лишится определенного показателя ёмкости, хотя уровень его напряжения, при этом, будет верным.

Это значит, что использовать Ni-Cd в режиме постоянной подпитки и «недоразряда» не стоит, а если такое все же произошло с батарейкой, одного цикла глубокой разрядки с последующим полным зарядом будет достаточно для того, чтобы емкость была восстановлена.

Такой эффект называется «эффектом памяти» и возникает, когда не до конца разряженная батарея подвергалась подзарядке раньше, чем она разрядится полностью. Дело в том, что при производстве никель-кадмиевых аккумуляторов используются так называемые прессованные электроды. Это очень удобно, так как «прессовка» высокотехнологична и обходится дешевле. Но именно ее химический состав склонен к «эффекту памяти» — иными словами, к появлению в электрохимическом составе АКБ «лишнего» двойного электрического слоя в виде крупных кристаллов, что обусловливает снижение напряжения.

Именно поэтому Ni-Cd элементы так «любят» полный и глубокий разряд, после которого, «очистив память», они могут долгое время работать полноценно.

Восстановление никель-кадмиевого аккумулятора

Среди любителей электроники постоянно ведутся споры и разговоры о том, что делать, если Ni-Cd аккумулятор вышел из строя, как восстановить Ni и насколько целесообразно это делать вообще. Конечно, гораздо проще сразу приобрести новую батарею. Но бывает и так, что в ближайшее время это сделать невозможно: замены просто не оказалось под рукой, а ближайший магазин находится далековато. Поэтому тем, кто постоянно работает, например, с электрическими инструментами, время от времени приходится заниматься восстановлением никель-кадмиевых аккумуляторов очень интересными способами. Как произвести ремонт аккумулятора шуруповерта, например?

Восстановление водой

Можно попробовать провести восстановление работоспособности Ni-Cd аккумуляторов с помощью самого обычного электролита в виде дистилированной воды.

Для этого понадобится несколько нехитрых инструментов и приспособлений:

• паяльная кислота ;
• одноразовый шприц ;
  паяльник ;
• немного дистилированной воды .

Обычно аккумуляторный блок, находящийся внутри дрели или шуруповерта, выглядит как связка из нескольких металлических «банок», обернутых плотной бумагой. Для того чтобы понять, какая «банка» в связке самая слабая, нужно вначале измерить напряжение на полюсах каждого элемента. Как проверить напряжение? Очень просто, с помощью мультиметра или тестера. Чаще всего, показатель напряжения у самых слабых «банок» близок или равен нулю.

Для того чтобы начать процесс восстановления, нужно просверлить в батарейке небольшое отверстие, предварительно освободив ее от бумаги или этикетки. Сделать это можно с помощью шуруповерта, используя острый саморез №16. Важно позаботиться о том, чтобы не повредить внутренность аккумулятора, а просверлить только его внешнюю оболочку.

В одноразовый шприц набирается 1 мл дистилированной воды, и АКБ постепенно заполняется ею. При этом важно не торопиться, следить за тем, чтобы вода постепенно проникала внутрь батареи. Дистилированная вода нужна для возвращения и создания необходимой плотности электролита внутри АКБ. После того как вода будет залита, отверстие закрывается паяльной кислотой, которая берется на спичку, и запаивается хорошо разогретым паяльником.

Некоторые умельцы утверждают, что, если вместо дистилированной воды залить внутрь батареи электролит от шахтерских фонариков, АКБ будет работать гораздо лучше и дольше.

В заключение нужно снова провести замеры напряжения мультиметром и поставить аккумулятор на зарядку. Конечно, паяная батарея прослужит недолго, но это может помочь выиграть какое-то время перед приобретением новой.

Восстановление методом запзаппинга

Для никель-кадмиевых аккумуляторов существует проверенный, но весьма рискованный метод восстановления, который называется запзаппинг. Суть его заключается в том, что батарейки подвергаются коротким разрядам очень высоких токов, в десятки раз превышающих норму. Каждый элемент в буквальном смысле слова «прожигается» короткосекундными токовыми импульсами в 10, 20 ампер и выше.

Запзаппинг требует хорошей подготовки любителя электроники и соблюдения техники безопасности в виде защитных очков и, желательно, спецодежды. Утверждается, что он восстанавливает элементы, не употреблявшиеся 20 лет и более. Следует помнить о том, что запзаппинг применим исключительно к никель-кадмиевым аккумуляторам. Восстановление Ni-MH аккумуляторов таким способом проводить не рекомендуется.

Цикл разряд-заряд

Для того чтобы устранить «эффект памяти » , нужно разрядить АКБ до 0,8-1 вольта, после чего полностью зарядить ее снова . Если батарея не восстанавливалась в течение долгого времени, таких циклов можно провести несколько, а для минимизации «эффекта памяти» тренировать батарею таким образом желательно раз в месяц.

Что же касается популярного «школьного» метода, подразумевающего заморозку NiСd или NiMH аккумуляторов в морозильной камере — невзирая на то, что эффективность этого способа весьма сомнительна, в сети можно найти большое количество информации о «восстановлении» батареек путем помещения их в холодильник. На самом деле, лучше применить способ восстановления элементов дистиллированной водой — по крайней мере, в данном случае шансов реанимировать их будет гораздо больше.

Итак, никель-кадмиевые аккумуляторы не уступают современным батареям по ряду преимуществ своих технических характеристик. Они по-прежнему надежные, прочные, недорогие и максимально безопасны в применении.

Источник

Виды современных аккумуляторов для автомобилей и перспективы развития

Сегодня существует множество различных аккумуляторов. Они используются в самых разных сферах жизни человека. В качестве примера можно привести аккумуляторы в различной портативной электронике, ИБП и так далее. Но самым распространённым видом аккумуляторов на сегодняшний день являются АКБ для автомобилей. Любой автовладелец знает, что такое автомобильный стартерный аккумулятор. Эти устройства работают под капотом миллионов автомобилей по всему миру. Но не все эти аккумуляторные батареи одинаковы. Сегодня мы поговорим о видах аккумуляторов для автомобиля.

Что такое аккумулятор и для чего он нужен в автомобиле?

Аккумулятор представляет собой химический источник тока, который включает в свой состав нескольких элементов питания. Поэтому он также носит название аккумуляторной батареи. Объединение сразу нескольких элементов даёт больший результирующий ток и напряжение. В автомобилях наиболее распространён вид аккумуляторов с 6 элементами (ещё их называют банками), которых выдают напряжение примерно 2.1 вольт. В результате АКБ выдаёт напряжение примерно 12.6 вольт.

Но в качестве стартерных автомобильных аккумуляторов на сегодняшний день применяются лишь свинцово-кислотные. Объясняется это тем, что этот вид аккумуляторов имеет высокую энергетическую ёмкость. Свинцово-кислотные АКБ могут в течение короткого интервала времени выдавать большой электрический ток. Именно это и требуется для стартера, который прокручивает коленчатый вал при запуске двигателя. И замены этих аккумуляторным батареям пока нет, несмотря на то, свинец и серная кислота (в составе электролита) являются вредными и опасными веществами.

Корпус свинцовой аккумуляторной батареи выполняется из пластика, устойчивого к воздействию кислоты. Какая кислота в аккумуляторе автомобиля вы сможете узнать из статьи по ссылке. Для изготовления электродов, как и раньше, применяется свинец. Но со времён Гастона Планте производители научились легировать свинец всевозможными добавками для достижения определённых характеристик аккумулятора. На сегодняшний день существует несколько видов аккумуляторов для автомобиля, которые рассмотрены ниже.
Вернуться к содержанию

Основные виды автомобильных аккумуляторных батарей

Сурьмянистые АКБ

Это устаревший тип автомобильных аккумуляторов, в свинцовых пластинах которых содержится более 5 процентов сурьмы. Модели современных АКБ содержат в составе пластин значительно меньше сурьмы (Sb). Роль сурьмы в аккумуляторных пластина – это увеличение их прочности. Чистый свинец очень мягкий и не в чистом виде не подходит для использования в АКБ. Сурьма вызывает резкую активизацию процесса электролиза, который начинается в батарее при напряжении 12 вольт. При этом выделяются водород с кислородом. Это выглядит как закипание электролита.

В сурьмянистых аккумуляторах присутствует большой расход воды из электролита. В результате понижения уровня электролита оголяются пластины электродов. Чтобы этого не происходило нужно периодически доливать в банки дистиллированную воду. В результате сурьмянистый вид автомобильных аккумуляторов часто называют обслуживаемыми. Хотя современные разновидности автомобильных аккумуляторов также имеют элементы конструкции, необходимые для обслуживания.

Сейчас сурьмянистые батареи уже не используются в качестве стартерных. Их сменили другие, более прогрессивные модификации АКБ. Этот тип аккумуляторов ещё сохранился в разных стационарных источниках тока, где требуется неприхотливость батареи. А современные автомобильные аккумуляторы выпускаются со значительно меньшим содержанием сурьмы.
Вернуться к содержанию

Малосурьмянистые АКБ

Пластины с уменьшенным содержанием сурьмы стали использоваться для того, чтобы снизить интенсивность испарения воды из электролита. К малосурьмянистым видам аккумуляторов относятся те, что имеют в составе пластин менее 5 процентов сурьмы. В результате их применения удалось уйти от проблемы частой доливки дистиллированной воды. Но это не значит, что такие аккумуляторы совсем не нуждаются в обслуживании.

Ещё одним преимуществом этого типа автомобильных аккумуляторов является меньшая степень саморазряда батареи при хранении, чем у старых сурьмянистых моделей. Эти АКБ часто называют необслуживаемыми, но правильнее будет называть их малообслуживаемыми. Ведь заявление о том, что они не нуждаются в обслуживании, это рекламный лозунг. Потери воды из электролита все равно присутствуют. Поэтому проверять уровень и доливать дистиллированную воду все равно нужно.

Кальциевые АКБ

Добавление кальция в свинцовые решётки вместо сурьмы стало решением по уменьшению испарения воды в АКБ. Часто на аккумуляторах этого вида можно встретить маркировку типа Ca/Ca. Такое обозначение говорит о том, что кальций содержится в решётках положительных и отрицательных электродов. Некоторые производители ещё добавляют в небольшом количестве серебро. Это позволяет снизить внутреннее сопротивление батареи, увеличить КПД и ёмкость. Но главной особенностью кальциевых АКБ стало снижение интенсивности электролиза и, соответственно, падение уровня электролита.

Но любое устройство имеет как преимущества, так и недостатки. Кальциевые АКБ гораздо более чувствительны к сильному разряду, чем другие виды аккумуляторов для автомобилей. Хватает 3─4 сильных разрядов и ёмкость аккумулятора необратимо падает. Это означает, что сильно уменьшается количество накапливаемого батареей тока. В этом случае АКБ придётся менять.

Кроме того, цена аккумуляторов кальциевого типа несколько выше, чем малосурьмянистых АКБ. Обычно аккумуляторные батареи Ca/Ca ставят на иномарки со стандартным набором опций. На таких авто стоит качественное электрооборудование и гарантируется стабильность электрических характеристик. При выборе этого вида аккумуляторов, не забывайте, что при их эксплуатации нельзя допускать глубокого разряда батареи.
Вернуться к содержанию

Гибридные АКБ

На корпусе таких аккумуляторов можно встретить обозначение Ca+ или Ca/Sb. Решётки электродов в таких АКБ производятся по различным технологиям. Положительные изготавливаются с добавлением сурьмы, отрицательные по кальциевой технологии. Гибридные автомобильные аккумуляторы являются попыткой объединить плюсы этих типов батарей. В результате и характеристики получились средние.

AGM и гелевые батареи

Аккумуляторы, выпускаемые по технологии AMG и GEL (обычно именуемые гелевыми), имеют электролит в связанном виде. Этот вид батарей стал попыткой решить проблему безопасной эксплуатации батарей. Ведь в классических батареях электролит может вытечь при переворачивании или повреждении корпуса. Серная кислота является агрессивным веществом и представляет опасность для организма человека. Поэтому проблему решили за счёт помещения электролита в связанное состояние и снижения его текучести. Кроме повышения безопасности в гелевых аккумуляторах, удалось уменьшить осыпание активной массы пластин.

Поскольку этот тип аккумуляторов не содержит жидкого электролита, они не боятся установки в наклонном положении. Но, несмотря на заявления маркетологов, эксплуатировать эти АКБ в перевёрнутом положении не следует. К преимуществам гелевых аккумуляторов обоих видов следует отнести низкий саморазряд и высокую устойчивость к вибрации. К преимуществам гелевых аккумуляторных батарей следует отнести ещё одно их свойство. Они могут выдавать высокий пусковой ток вне зависимости от заряда батареи и практически до полного разряда АКБ. После глубокого разряда они полностью восстанавливают свою ёмкость и могут выдержать большое количество циклов заряд-разряд (около 200).

А вот к процессу зарядки батареи гелевые АКБ очень чувствительны. Заряд этого вида аккумуляторов проводится меньшими значениями тока, чем в случае с классическими свинцово-кислотными моделями. Они требуют использования зарядного устройства со специальными возможностями.

Продавцы сегодня предлагают универсальные модели зарядных устройств, но относится к их выбору нужно внимательно. Вот статья о требованиях к зарядному устройству для гелевых аккумуляторов. Также советуем прочитать материал о том, как заряжать гелевый аккумулятор. Кроме того, АКБ гелевого типа требовательны к стабильности электрических параметров в бортовой сети авто.

Щелочные АКБ

Этот тип батарей использует в качестве электролита щёлочь, а не кислоту. Щелочных аккумуляторов существует достаточно много, но лишь два типа предназначены для применения в роли стартерных АКБ на авто. Стоит отметить, что щелочные аккумуляторы встречаются в автомобилях очень редко. Гораздо чаще они применяются в складской технике в роли тяговых АКБ.

Положительные электроды в батарее никель-железо аналогично покрыты гидроксооксидом Ni. А вот отрицательный электрод выполнен из железа. В качестве электролита в этих видах АКБ используется едкий калий (КОН). Пластины здесь, как и в свинцово-кислотных батареях, находятся в «конвертах». Но выполнены они из перфорированных металлических пластин. Активная масса запрессована в эти конверты, что значительно повышает устойчивость аккумулятора к вибрации.

Стоит отметить, что в АКБ щелочного типа различается число положительных и отрицательных электродов. В никель─кадмиевом типе на 1 плюсовую пластину больше, чем минусовых. Сами пластины расположены по краям и соединены с корпусом аккумулятора. В типе никель-железо на одну отрицательную пластину больше, чем плюсовых. В батареях щелочного типа требуется значительно меньше электролита, чем в кислотных, поскольку при прохождении реакции он не расходуется.

• Легко переносят переразряд. Хранение этого вида батарей осуществляется практически без потери эксплуатационных характеристик;
• Аккумуляторы щелочного типа значительно лучше работают при отрицательных температурах;
• Щелочные имеют саморазряд ниже кислотных АКБ;
• Отсутствуют вредные испарения;
• Накапливать большую ёмкость на единицу своей массы. В результате при эксплуатации в роли тяговых могут отдавать ток большее количество времени.

Недостатки щелочных аккумуляторов:

• Щелочные аккумуляторы имеют меньшее напряжение, чем у свинцово-кислотных. В результате для достижения нужного напряжения требуется объединять большее число банок, а, значит, увеличиваются габариты;
• Цена щелочных батарей значительно выше кислотных.

Литий-ионные АКБ

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы на данный момент являются очень перспективными в плане дополнительных источников электрического тока. В этом случае носителями тока выступают ионы лития. При этом материал электродов очень часто изменяется вместе с совершенствованием этой технологии. На начальном этапе разработок в качестве отрицательного электрода использовался металлический литий. Из-за высокой взрывоопасности его заменили графитом. В роли положительного электрода использовались различные оксиды лития, которые добавляли марганец или кобальт. В современных образцах литий─ионных АКБ их заменяют литий─ферро─фосфатными сплавами, поскольку они меньше стоят, имеют меньшую токсичность и проще перерабатываются.

• Большая удельная электрическая ёмкость (то есть, ёмкость на единицу массы АКБ);
• Напряжение отдельного элемента больше, чем у стандартных свинцово-кислотных. 4 вольта против 2 вольт у классического элемента.
• Низкий степень саморазряда.

У Li─ion типа есть и недостатки. Причём они достаточно серьёзные и не дают массово использовать такие аккумуляторы в автомобилях.

Минусы литий─ионных аккумуляторов:

• Чувствительны к отрицательным температурам. При снижении температуры падает ток, отдаваемый Li─ion батареей;
• Число циклов заряд-разряд на данный момент небольшое (примерно 500);
• Старение литий─ионных АКБ. То есть, во время хранения снижается их ёмкость. За два года ёмкость уменьшается примерно на 20 процентов;
• Чувствительность к глубокому разряду;
• Мощность Li-ion аккумуляторов недостаточная для применения их в качестве стартерных аккумуляторов.

Что в будущем?

Работы по совершенствованию видов аккумуляторных батарей ведутся постоянно. Направления разные: увеличение энергоёмкости, повышение морозоустойчивости, подбор экологичных и безопасных материалов. Все это диктуют требования к аккумуляторным батареям:

• Уменьшение габаритов;
• Использование АКБ в любых климатических зонах;
• Повышение безопасности эксплуатации и упрощение утилизации автомобильных аккумуляторов.

Как считают специалисты, свинцово-кислотные аккумуляторы постепенно будут уходить в прошлое. Современные гелевые аккумуляторы являются промежуточным звеном в эволюции батарей. В будущем автомобильные аккумуляторные батареи не будут иметь жидкости в целях безопасности. Кроме того, они смогут принимать различную форму для удобства установки. Конечно, со временем будут уменьшаться габариты при увеличении электрических характеристик.
Вернуться к содержанию

Источник