Устройство железо никелевого аккумулятора

Однако щелочные железо-никелевые батареи имеют значительно больший вес и размеры, чем свинцово-кислотные батареи (более чем в 2 раза), что является их недостатком и затрудняет их размещение на автомобиле. Поэтому эти батареи пока имеют ограниченное применение на автомобилях.

Железо-никелевая щелочная батарея состоит из отдельных аккумуляторов, соединяемых в определенной последовательности.

Аккумулятор состоит из блока положительных и отрицательных пластин, установленных в корпус; в корпус залит электролит.

Каждая пластина составлена из девяти плоских коробочек-ламелей, изготовленных из стальной никелированной ленты толщиной 0,1 мм, в которой для проникновения электролита пробито большое количество отверстий (до 240 отверстий на 1 см2). Ламели соединяются меяеду собой по краям в замок, образуя пластину. По бокам пластины на всю ее высоту закреплены штампованные ребра, чем обеспечиваются достаточная жесткость пластины и хороший контакт между ламелями.

В верхней части одноименные пластины соединены приваренным мостом с выводным токоотводом — борном.

Внутренняя полость ламелей пластин заполнена активной массой. Активная масса положительных пластин состоит из гидрата закиси никеля в смеси с графитом. Активная масса отрицательных пластин состоит из окислов железа, приготовленных в виде мельчайшего порошка.

Положительные (12 шт.) и отрицательные (13 шт.) пластины, расположенные поочередно, помещены в неразборном корпусе, сваренном из стальной никелированной ленты толщиной 1 мм. Между собой пластины изолируются вертикально расположенными эбонитовыми стержнями, фиксируемыми специальными пазами на пластинах. Кроме того, на края положительных пластин надеты винипластовые прокладки. От соприкосновения с корпусом блок пластин изолирован листовым винипластом. Борны блоков положительных и отрицательных пластин выведены наружу через отверстия в крышке корпуса, снабженные резиновыми изолирующими втулками, и закреплены гайками. В крышке корпуса имеется заливочное отверстие, закрытое резиновой пробкой с вентиляционным отверстием. К боковым стенкам корпуса приварены четыре цапфы б, с помощью которых аккумулятор подвешивается на эбонитовых втулках в секционной рамке. В рамке устанавливается по три аккумулятора. Внутрь корпуса заливают электролит, представляющий собой раствор едкого кали плотностью 1,23.

При зарядке аккумулятора под действием электрического тока активная масса положительных пластин, состоящая из гидрата закиси никеля, переходит в гидроокись никеля, а активная масса отрицательных пластин, состоящая из окислов железа, переходит в гидроокись железа. При разрядке аккумулятора активная масса пластин переходит в исходное состояние, и аккумулятор отдает запасенную электрическую энергию. Электролит не участвует в электрохимических реакциях и только переносит электрические заряды. Поэтому в процессе зарядки и разрядки состав и плотность электролита не изменяются, и плотность электролита не может (как у свинцово-кислотных аккумуляторов) характеризовать состояние и степень заряжен-ности аккумулятора.

Каждый аккумулятор в заряженном состоянии дает напряжение около 1,3 в. Для получения большего напряжения аккумуляторы собираются в секции и комплектуются в батарею. Батареи имеют условную маркировку. Так, например, имеет применение батарея типа ЗХЗ — СЖН -70. Эта батарея состоит из трех секций; каждая секция составлена из трех аккумуляторов (3×3). Все аккумуляторы соединены между собой последовательно с помощью металлических перемычек, закрепленных гайками на борнах. Буквы СЖН означают, что аккумулятор стартерного железо-никелевого типа. Такая батарея дает напряжение около 12 в и имеет номинальную емкость 70 а •ч (при 5-часовом режиме разрядки током 14 а).

Уход за батареями

Для заливки в батарею приготовляют электролит плотностью летом 1,23 и зимой 1,27, составляемый из дистиллированной воды и едкого кали, применяемого в виде концентрированного раствора или в твердом виде.

Для получения электролита плотностью 1,23 на каждые 2,5 л воды необходимо примешивать 1 кг твердого едкого кали. Для эксплуатации при высокой температуре окружающего воздуха в электролит добавляют едкий литий. Электролит приготовляют в железной посуде. Применение для этой цели оцинкованной, луженой, алюминиевой, керамиковой посуды и посуды, используемой для хранения или приготовления электролита свинцовых аккумуляторов, не допускается. Сначала в посуду наливают воду, а затем малыми порциями кладут едкое кали или наливают концентрированный его раствор, перемешивая электролит стальным прутом. При этом происходит значительное нагревание воды. После остывания, длительного отстаивания и доводки до необходимой плотности электролит заливают в аккумуляторы. По окончании двухчасовой пропитки уровень электролита должен располагаться на 5—7 мм выше верхнего края пластин.

Затем батарею подвергают зарядке. Если срок хранения батареи не превышал шести месяцев, зарядку проводят в один прием усиленным зарядным током; в случае более длительного хранения выполняют тренировочный цикл, состоящий из нескольких зарядок и разрядок. Усиленная зарядка для батареи типа 3 X З- СЖН -70 производится в два этапа током 40 а в течение 5 ч и током 20 а в течение 3 ч. При этом батарее сообщается зарядная емкость 260 а •ч. Заряжать можно и меньшим током при условии сообщения батарее необходимой зарядной емкости. Единственным показателем окончания зарядки может служить получаемая зарядная емкость (260 а •ч) и напряжение батареи. В начале зарядки при зарядном токе 40 а напряжение должно составлять 4,4—4,6 вив конце зарядки (при зарядном токе 20 а) 4,8—5,3 в. Температура электролита при зарядке не должна превышать 40° С. После зарядки уровень электролита должен быть на 15 мм выше края пластин.

Кроме соблюдения общих правил по уходу за батареей в отношении прочности крепления батарей, их чистоты и т. д., при эксплуатации необходимо особенно внимательно следить за плотностью и уровнем электролита, так как оголенные части пластин полностью выходят из строя. В аккумуляторы надо доливать только дистиллированную воду. Для нормальной зарядки батареи регулятор напряжения генератора должен быть отрегулирован на требуемое напряжение в соответствии со специальной инструкцией. Так, для центральных и южных районов напряжение должно быть равно 14,3—14,7 в, для северных районов — несколько выше.

Необходимо периодически проверять напряжение каждого аккумулятора нагрузочной вилкой, и при падении напряжения ниже 1,2 в хотя бы в одном аккумуляторе секцию необходимо зарядить.

Рекомендуется один раз в год подвергнуть батарею контрольно-тренировочному циклу на зарядной станции. Один раз в 2 года следует менять электролит. Промытые водой аккумуляторы оставлять без электролита не разрешается. Батареи можно хранить в заряженном и разряженном состояниях как с электролитом, так и без него. Промывать аккумуляторы водой перед хранением их без электролита не разрешается. Хранить аккумуляторы нужно в неотапливаемом, сухом, вентилируемом помещении. Совместное хранение щелочных и свинцово-кислотных батарей в одном помещении не допускается.

К основным неисправностям железо-никелевых щелочных батарей относятся:
1) невосполнимая потеря емкости батареи в случае недопустимого снижения уровня электролита;
2) коррозия дна аккумулятора, что может вызвать разрушение корпуса (при этом дно надо зачистить от ржавчины и прокрасить специальным би-тумно-эбонитовым лаком);
3) нарушение контакта между борнами и перемычками (перемычки необходимо очистить от грязи и затянуть гайки);
4) утечка тока по секционным рамкам при их загрязнении;
5) замыкание внутри аккумулятора вследствие накопления активной массы между пластинами или ее чрезмерного разбухания (неисправность устраняется промывкой аккумулятора подщелоченной водой при резком встряхивании; если неисправность при этом не будет устранена, аккумулятор необходимо заменить).

Источник

Железо-никелевый аккумулятор

Желе́зо-ни́келевый аккумуля́тор — это вторичный химический источник тока, в котором железо — анод, электролитом является водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития), катод — гидрат окиси никеля(III).

Активный материал содержится в никелированных стальных трубках или перфорированных карманах. С точки зрения стоимости и удельной энергоемкости, они близки к литий-ионным аккумуляторам, а с точки зрения саморазряда, эффективности и напряжения — к NiMH аккумуляторам. Это достаточно выносливые аккумуляторы, стойкие к грубому обращению (перезаряд, глубокий разряд, короткое замыкание и термические удары) и имеющие очень длинный срок службы. Используются для резервного электропитания там, где могут быть постоянно заряжаемыми. Срок службы в таком случае может быть более 20 лет.

Их использование стало снижаться с момента остановки производства из-за пожара на заводе/лаборатории Эдисона в 1914 году [1] , по причине плохих показателей работы батарей при низких температурах, плохого удержания заряда (как у NiMH аккумуляторов) и высокой стоимости производства, сравнимой с лучшими герметизированными свинцово-кислотными аккумуляторами и до 1/2 стоимости NiMH аккумуляторов. Однако в связи с ростом стоимости свинца [2] в последние годы, из-за чего цена свинцовых аккумуляторов значительно поднялась, цены практически сравнялись. [3]

Содержание

Долговечность

Способность этих аккумуляторов выносить частые циклы разряд/заряд связана с низкой растворимостью реагентов в электролите. Формирование металлического железа в процессе зарядки длительно по причине низкой растворимости Fe₃O₄. Длительный процесс образования кристаллов железа сохраняет электроды, но также лимитирует скорость работы: данные аккумуляторы заряжаются медленно и разряжаются медленно.

Никель-железные аккумуляторы долгое время использовались в европейской горной промышленности благодаря их способности выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия. Повторно к ним возрос интерес в солнечных и ветрогенераторах, современном электротранспорте.

История изобретения

Вальдемар Юнгнер

Шведский изобретатель Вальдемар Юнгнер (Waldemar Jungner, в английском произношении — Джангнер) был изобретателем никель-кадмиевого аккумулятора в 1899. Юнгнер экспериментировал с железом в качестве замены кадмию, включая вариант со 100 % железом. Юнгнер обнаружил, что главным преимуществом перед никель-кадмиевой схемой была стоимость, но из-за более низкой эффективности зарядки и более высокого газообразования никель-железная технология была признана неполноценной и заброшена. Юнгнер получил несколько патентов на железную версию его аккумулятора (шведские патенты № 8.558/1897, 10.177/1899, 11.132/1899, 11.487/1899 и германский патент № 110.210/1899).

Томас Эдисон

Железо-никелевый аккумулятор был независимо изобретён Томасом Эдисоном в 1901 и использовался как источник энергии для электромобилей, таких как «Detroit Electric» и «Baker Electric». Эдисон заявлял, что никель-железные батареи будут «гораздо лучше аккумуляторов, использующих свинцовые пластины и кислоту». Работа Юнгнера была практически неизвестна в США вплоть до 40-х годов, когда там было запущено производство никель-кадмиевых аккумуляторов. 50-вольтовая никель-железная батарея была основным источником питания в немецкой ракете «Фау-2» (совместно с двумя 16-вольтовыми аккумуляторами питания 4 гироскопов, в уменьшенной версии использовалась в крылатой ракете «Фау-1»).

Параметры

Запасённая энергия/масса: 20-50 [4] Вт·ч/кг
Запасённая энергия/объем: 350 [5] Вт·ч/л
Мощность/масса: 100 [4] Вт/кг
Эффективность: 65 % [6]
Стоимость: 1,5 [5] — 6,6 [4] Вт·ч/US$
Саморазряд: 20 % [5][4] — 40 % [4] /месяц
Срок службы: 30 [6] — 50 лет [7][5]
Количество рабочих циклов: Многократный глубокий разряд на срок службы заметно не влияет. [6][5]
Напряжение: 1,2 В[4]
Рабочий диапазон температур: от −40 до +46 °C [8]

Электрохимический процесс

Половина реакции на катоде:

(При разряде реакция протекает слева направо, при заряде справа налево.) [1]

Производство

Аккумулятор Эдисона производился с 1903 до 1972 компанией «Edison Battery Storage Company» в East Orange, штат Нью-Джерси. Они были достаточно прибыльными для компании. В 1972 компания была продана корпорации «Exide Battery», которая прекратила производство в 1975.

В настоящее время (2012) железо-никелевые аккумуляторы производятся в США, Китае, Венгрии, России и на Украине.

Экология

Железо-никелевые аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды, чем никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы.

См. также

Литература

Black Edwin Internal Combustion : How Corporations and Governments Addicted the World to Oil and Derailed the Alternatives. — St Martin’s Griffin. — ISBN 978-0-312-35908-9

Modern nickel-iron battery data

Примечания

↑ «The Life of Thomas A. Edison» http://memory.loc.gov/ammem/edhtml/edbio.html
↑Рост цен на свинец: эксперты рекомендуют создавать запас аккумуляторов.
↑ сравн: Железо-никелевый аккумулятор-Energy/consumer-price 1.5 — 6.6 Wh/US$ и свинцово-кислотный аккумулятор — Energy/consumer-price 7-18 Wh/US$
↑ 123456mpoweruk.com: Accumulator and battery comparisons (pdf)
↑ 12345a description of the Chinese nickel-iron battery from BeUtilityFree
↑ 123Mpower: Nickel Iron Batteries, Axeonpower: Nickel Iron Batteries
↑«Nickel Iron Battery Frequently Asked Questions» BeUtilityFree
↑ Web archive backup: Edison Battery Booklet original instruction book for the Edison battery

Химические источники тока
Гальванический элемент	Гальванический элемент Даниеля \| Щелочной элемент \| Ртутно-цинковый элемент \| Сухой элемент \| Концентрационный элемент \| Воздушно-цинковый элемент \| Нормальный элемент Вестона
Электрические аккумуляторы	Свинцово-кислотный \| Серебряно-цинковый \| Никель-кадмиевый \| Никель-металл-гидридный \| Никель-цинковый аккумулятор \| Литий-ионный \| Литий-полимерный \| Литий-железо-сульфидный \| Литий-железо-фосфатный \| Литий-титанатный \| Ванадиевый \| Железо-никелевый
Топливные элементы	Прямой метанольный \| Твердооксидный \| Щелочной
Модели	Батарея \| Электрический аккумулятор \| Топливный элемент
Устройство	Анод \| Катод \| Электролит

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Железо-никелевый аккумулятор» в других словарях:

ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЕВЫЙ АККУМУЛЯТОР — щелочной аккумулятор, у которого положительным электродом служит водная окись никеля с добавкой 20 % графита, отрицательным размельченное железо, электролитом 21 % раствор щелочи (едкий калий). Электродвижущая сила около 1,25 в. По конструкции… … Морской словарь

железо-никелевый аккумулятор — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN iron nickel accumulator … Справочник технического переводчика

железо-никелевый аккумулятор — nikelio geležies akumuliatorius statusas T sritis chemija formulė Fe|20% KOH|NiO(OH),Ni atitikmenys: angl. Edison cell; nickel iron accumulator; NIFF cell rus. железо никелевый аккумулятор … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

железо-никелевый аккумулятор — geležies nikelio akumuliatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. iron nickel accumulator; nickel iron accumulator vok. Nickel Eisen Akkumulator, m rus. железо никелевый аккумулятор, m pranc. accumulateur au fer nickel, m … Fizikos terminų žodynas

Железо-никелевый аккумулятор — щелочной Аккумулятор с электродами из железа (+) и никеля ( ). Один из основных типов аккумуляторов; применяется в авиации, технике связи, на электрокарах … Большая советская энциклопедия

Литий-железо-сульфидный аккумулятор — Li FeS это вторичный химический источник тока в котором анодом является литий алюминиевый сплав, электролит сплав хлорида фторида и сульфида лития в матрице из оксида магния (твердый электролит), катод FeS сульфид железа.… … Википедия

Литий-железо-фосфатный аккумулятор — (LiFePO4) тип электрического аккумулятора, являющийся видом литий ионного аккумулятора, в котором используется LiFePO4 в качестве катода. Содержание 1 Характеристики 2 История … Википедия

Аккумулятор (значения) — Аккумулятор (лат. accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю) устройство для накопления энергии с целью её последующего использования. Автомобильный аккумулятор аккумуляторная батарея, используемая на автомобильном… … Википедия

Никель-водородный аккумулятор — (NiH2 или Ni–H2) это обратимый химический источник тока, состоящий из никелевого и водородного электродов … Википедия

Источник