Щелочные аккумуляторы преимущества недостатки

Отличительные особенности щелочных аккумуляторов

Своим наименованием щелочные аккумуляторы обязаны веществу, выполняющему в них функцию электролита. Рассмотрим особенности устройств с разным предназначением.

Сфера применения щелочных батарей

Щелочные АКБ находят применение во множестве областей — от запасных электрогенераторов и локомотивов до портативной техники и электроинструмента (здесь используются Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторы). Входят туда и транспортные средства — трамваи, троллейбусы, грузовые автомобили, редко — легковые.

Конструкция Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов

В корпус из никелированной стали алкалиновых батареек засыпан п орошкообразный цинк. Благодаря материалу тело батарейки заодно выполняет функцию токоотвода заряда «плюс». Внутрь полости, предназначенной для положительно заряженного электрода, ставится вымоченный в электролите сепаратор.

По оси элемента питания ставится токоотвод из латуни — это электрод с отрицательным зарядом. Все остальное место в промежутке между разделителем и токоотводом заполнено специальной пастой, которая представляет собой смесь порошка цинка и щелочного густого электролита.

Батареи более солидных размеров

Устройство их не отличается большой сложностью — это электроды, которые заряжены положительно и отрицательно, отделены друг от друга пластинами из пластмассы, которые, в свою очередь, способствуют беспрепятственному движению щелочного электролита.

Электроды приварены к борну (т.е. токовыводу), который выводится наружу через крышку и фиксируется уплотняющим кольцом. Эти кольца раскрашены по-разному в зависимости от того, положительный или отрицательный выводится борн. Все это находится в стальном либо пластиковом корпусе с отверстием, куда заливается щелочная никель-кадмиевая смесь плотностью 1,19-1,21 г/см 3 .

Положительные и отрицательные характеристики

Как плюсы батарей со щелочным электролитом высокой плотности и со свинцовым сепаратором можно определить:

• Возможность пользования батареей при температурах от -40 до +50 .
• Сохранение работоспособности после хранения в месте, где холоднее -50 .
• Небольшая чувствительность к замыканиям и долгому простаиванию .
• Невозможность внезапного отключения, что важно, например, автомобилю .
• В новых аккумуляторах — возможность заряжаться от небольшого тока в домашних условиях и, даже у восстановленных, сниженная потребность в обслуживании, плотность заполнения падает медленно .

Недостатки:

• Удручающе малый КПД — всего около 55% .
• Эффект памяти, который приводит к сокращению емкости щелочных аккумуляторов .
• Так как в аккумуляторах такого типа нужно время от времени менять электролит, обслуживание должен выполнять специалист .

АКБ для солнечных батарей

Хорошее решение, чтобы снабдить свою солнечную батарею — это щелочные аккумуляторы литий-железо-фосфатного типа, и вот почему:

1. Из-за повышенного в сравнении с другими щелочными моделями КПД такие аккумуляторы для солнечных батарей будут обеспечивать хорошее качество заливки энергии.
2. Они практически не страдают от низкого уровня заряда или пребывания в полностью разряженном состоянии, и солнечные системы смогут работать бесперебойно.
3. Аккумуляторами можно пользоваться чуть не дольше, чем солнечной батареей , около 15 лет.

Бытовые щелочные батарейки

Их популярности способствует, с одной стороны, неплохая долговечность, с другой — возможность выдерживать довольно сильные и частые нагрузки. Поэтому их с тавят в часто эксплуатирующиеся предметы — игрушки, мини-плееры, карманные фонарики и лазерные указки.

Щелочные аккумуляторы для автомобилей

Щелочными АКБ пользуются редко, считая их почти экзотическим приспособлением для автомобиля. Несмотря на преимущества в пусковом токе, проценте саморазрядки и испарению электролита, многих владельцев автомобилей заставляют отказаться от покупки такой батареи ее дороговизна и сравнительно громоздкие размеры. Конструкция и правила эксплуатации батарей, установленных на автомобилях, ничем не отличаются от любых щелочных.

Щелочь или кислота – какой аккумулятор лучше и как их отличить?

Отличая виды аккумуляторов, необходимо остановится на каждом значимом показателе, чтобы понять, какой тип лучше подойдет под определенный круг поставленных задач. Итак — чем отличается щелочно-свинцовый элемент от кислотного?

Период использования

Тут лидер — щелочные аккумуляторные батареи. Такое устройство лучше сохраняет характеристики, чем кислотные аналоги.

Сказывается на этом факторе конструкция пластин. С кислотными АКБ с вставлением свинцовых пластинок стоит обращаться осторожно, такие батарейки довольно хрупкие. Пластины же хороших устройств, содержащих щелочной электролит, повредить труднее, и плотность вещества между ними обеспечивает бесперебойную работу.

Напряжение и реакция на его неустойчивость

Здесь все не так однозначно. Если заряжается кислотный аккумулятор, разрешено напряжение до двух вольт. Можно спокойно доводить до полной разрядки и питать батарею с нуля.

Аналогичный показатель в щелочной батарее не может быть больше 1,25 В. С другой стороны, последние гораздо более стойки к замыканиям и перегрузкам.

Класс кислотно-свинцовых АКБ дешевле, чем щелочный. Кроме того, они не нуждаются в специализированных и дорогих зарядных устройствах — для пользования кислотной батареей достаточно самого простого ЗУ.

Основных внешних отличий между этими типами аккумуляторов два — корпус и масса. Для кислотных обычно используется пластик, и они заметно тяжелее. Щелочной аккумулятор выпускается в стальном корпусе, но вопреки этому гораздо меньше весит.

Итак, покупкой кислотно-свинцового АКБ лучше озаботиться, если планируется частое, чуть ли не ежедневное использование. В отличие от него, щелочь подойдет тем, кто будет эксплуатировать прибор нечасто и не хочет тратить много времени на возню с аккумулятором.

Как зарядить щелочную батарею?

Корректно работающие и подключенные к ЗУ с нормальным уровнем тока устройства отличаются следующими показателями напряжения:

• В начальной стадии зарядки — от 1,4 до 1,45 В.
• К окончанию процесса — от 1,75 до 1,85 В.

Существует несколько установленных режимов зарядки:

• Стандартный — заряжать около шести часов стандартным уровнем тока.
• Усиленный — с таким же током элемент пробудет на зарядке 12 часов.
• Ускоренный — сначала 2-4 часа силой тока, вдвое превышающей номинальную, после чего — еще 2 часа номинальной силой тока.

Последним режимом злоупотреблять не следует.

Применять его рекомендуется только в следующих ситуациях:

1. Аккумуляторную конструкцию используют впервые .
2. Процедуру выработки и восстановления заряда произвели уже более десяти раз .
3. Плотность рабочего вещества упала, и электролит пришлось заново заливать .
4. Уровень заряда опустился слишком низко, и нужно срочно залить энергии .
5. Предыдущий зарядный цикл производило устройство, подающее слабый ток, и процесс был прерван больше чем на 16 часов .

Вне зависимости от типа зарядки, порядок действий того, как зарядить АКБ, одинаков:

1. Выставить необходимую силу тока .
2. Соединить ЗУ с прибором .
3. Включить ток .
4. Ждать и время от времени проверять, не возникло ли каких-то отклонений , не происходит ли перегрев (выше 45°С, для свинцово-щелочных АКБ без литиевых примесей — 35°С).
5. Выключить и отсоединить зарядку от батареи .

Зарядка алкалиновых батареек

Здесь все несколько быстрее, но и требует больше внимания.

Ход процесса:

1. Зарядное устройство включить в сеть .
2. Зарядные провода прикрепить к АКБ , полярность должна совпадать.
3. Следить за температурой заряжаемого элемента , до тех пор, пока она не достигнет 50°С (не больше пяти минут). Как только это произойдет, сразу же отключить от зарядки и в течение двух минут остужать.
4. Пока батарейки совсем не остыли, начинается шоковый этап подпитки . Соединить их снова с включенным ЗУ и примерно две минуты максимально быстро подключать и отключать, не глядя на температуру.
5. Проконтролировать вольтаж — должно быть значение примерно 1,75 вольт.
6. Чтобы элементы не разряжались моментально, поместить их в морозилку на десять минут , достать, оставить на пару минут.

Вот и все, батарейку можно вставлять в приборы и пользоваться.

Как проходит восстановление щелочной АКБ?

При возникновении неполадок совсем не обязательно покупать новое устройство, потому что такую технику несложно восстановить.

Делается это так:

• Полный разряд аккумуляторной батареи, удаление электролита .
• Разбор восстанавливаемой конструкции, отсоединение пластин и электродов .
• Свинцовую пластину и электроды с плюсом отмочите в растворе серной кислоты плотностью

1,27 гр./см 3 . Пластины 3 часа, электроды 20 секунд. Кислотная среда поможет восстановить потерянные диэлектрические свойства.

Вымоченные в кислоте детали недолго держат залитыми дистиллированной водой, а потом восстанавливают раствором щелочи (электроды с зарядом минус обрабатываются только последними двумя веществами, минуя кислоту).

Извлеченные элементы ставьте на свои места в аккумуляторе, залейте раствор щелочногоэлектролита (его плотность

1,18 гр./см 3 ) и зафиксируйте крышку.

Батарейка заряжается, потом специально разряжается . После этого можно ее снова зарядить, и восстановленную использовать.

О восстановлении бытовых щелочных батареек

Здесь все гораздо проще, чем с большими аккумуляторами. Для того, чтобы минимизировать потерю емкости в результате разрядов, батарейку надо восстанавливать, или тренировать.

Схема «тренировки» выглядит так:

1. Разрядить АКБ до напряжения меньше вольта (примерно 0,8).
2. До вольта довести током в десять процентов емкости элемента.
3. Далее увеличить ток до 30% его электроемкости и заряжать около трех или четырех часов.
4. Для сильно разряженных аккумуляторов стоит произвести такую зарядку несколько раз подряд.

Щелочная АКБ — это вещь, которая требует к себе не слишком частого внимания, но осторожного обращения. Если обеспечить их в полной мере, то можно получить в свое распоряжение надежное и стабильное устройство, которое будет радовать бесперебойной работой в течение долгих лет и полностью оправдает свою цену, даже если придется приплатить за батарею от известной фирмы.

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