0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Щелочные аккумуляторы и популярные вопросы о них

Щелочные аккумуляторы и популярные вопросы о них

Аккумулятор – один из химических источников тока, предназначенных для поддержания определенное время постоянного тока в сети. Щелочные аккумуляторные батареи плотно вошли в нашу жизнь.

Сегодня хотелось бы ответить на самые популярные вопросы, касающиеся щелочных аккумуляторов.

Щелочной аккумулятор – это наиболее распространенный вид аккумуляторов. Свое название получили от используемого электролита. Применяется едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH). Специфика работы щелочного аккумулятора делают их практически незаменимыми в ряде отраслей народного хозяйства.

Область применения аккумуляторных батарей широка и разнообразна. Он является источником энергии для работы транспорта (трамваи, троллейбусы, электрокары), различной спецтехники, погрузочного транспорта (автотележки, погрузчики, штабелеры), шахтных электрических аппаратов (тягачи, комбайны, дрезины и прочие), солнечных электростанций, бытовых устройств.

Какие виды щелочных аккумуляторов чаще всего используются?

Самыми распространенными видами щелочных батарей являются никель-кадмиевые и никель-металлогидридные (никель-железные). Никель-кадмиевые аккумуляторы используются как судовые аккумуляторы (KL), щелочные аккумуляторы для ж/д транспорта (KL, KM, KPL, KPM, KPH и т.д.).

Важной особенностью является низкое сопротивление аккумулятора, поэтому он не нагревается при зарядке, даже если используется большой ток. Греться он начинает только тогда, когда зарядится полностью.

Никель-железные аккумуляторы в основном используются в качестве тяговых АКБ (ТНЖ), аккумуляторов для ж/д транспорта (ВНЖ, ТПНЖ), имеют длительный срок службы (до 3 тысяч циклов заряд-разряд), быстро заряжаются, стоимость ниже никель-кадмиевых.

К преимуществам щелочных аккумуляторов относятся:

  • длительный период эксплуатации, высокая энергоемкость, проще переносят глубокие разряды в сравнении со свинцовыми аккумуляторными батареями;
  • можно длительно не подключать к зарядным устройствам, оставляя в состоянии полного разряда;
  • устойчивы к механическим воздействиям, вибрациям.

К недостаткам можно отнести:

  • химическая активность кадмия, который может засорять окружающую среду;
  • щелочные аккумуляторы обладают «памятью»;
  • для обслуживания тяговых аккумуляторов необходим штат профильных специалистов.

Какой срок службы тягового аккумулятора?

Продолжительная и успешная эксплуатация тяговой аккумуляторной батареи зависит от регулярного обслуживания аккумулятора. Тяговой батареи необходим современный контроль на предмет предотвращения возможных сбоев работы, очистки от загрязнений, проверки сопротивления изоляции между батареей и корпусом техники.
Срок службы щелочного тягового аккумулятора (4 тысячи циклов, до 25 лет работы), это значительно превышает показатели службы кислотных тяговых батарей. Благодаря высокому внутреннему сопротивлению щелочной тяговый аккумулятор более устойчив к короткому замыканию.

Как поступить с тяговым щелочным аккумулятором после выхода его из строя?

После того, как аккумуляторная батарея отработала свой срок ее необходимо утилизировать. Есть несколько вариантов. Щелочные аккумуляторы можно сдавать в специализированные фирмы или на перерабатывающие заводы, которые занимаются утилизационной деятельностью.

Главной целью утилизации щелочных аккумуляторов является снижение уровня опасности, которую наносят использованные аккумуляторы окружающей среде.

Конечно, раскрыть все интересующие вопросы в рамках одной статьи невозможно. Но Вы всегда можете позвонить нашим менеджерам по номеру 8 800 200 60 10, у них есть ответ на любой вопрос, всегда помогут определиться какой аккумулятор нужен именно Вам.

Компания ООО «Курс» предлагает широкий выбор щелочных аккумуляторов от российских производителей. Осуществляем доставку как по России, так и в страны СНГ.

  • Россия г Великие Луки
  • пр-т Гагарина 9, к.1, офис 4
  • Тел./Факс: +7 (81153) 3-62-65
  • Тел.: 8 800 200 60 10
  • Электронная почта: info@kurs60.ru
  • Время работы: 8:30 — 17:30 (по Мск.)

Моб. тел. (Whatsapp, Viber):

Представительство г. Москва
Тел.: +7 (495) 197-63-55

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:

  • тяговых;
  • и стартерных устройств.

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 АКБНоминальная емкость, А-чНоминальное напряжение, ВКол-во электролита в литрах
НК-28281,250,27
НЖ-22221,250,27
НК-55551,250,45
НЖ-45451,250,45
НК-80801,250,75
НЖ-60601,250,75

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.

Маневровые локомотивы

Назначение и принцип работы

Аккумуляторные батареи тепловозов предназначены для питания током тяговых генераторов или стартер-генераторов при пуске дизелей, питания цепей управления и освещения при неработающем дизеле. Аккумуляторная батарея состоит из последовательно соединенных элементов, работа которых основана на способности электрической энергии преобразовываться в химическую и, наоборот, способности химической энергии преобразовываться в электрическую. На тепловозах применяют кислотные (свинцовые) и щелочные (никель-железные и никель-кадмиевые) аккумуляторы, отличающиеся друг от друга материалом пластин и составом электролита.

Простейший кислотный аккумулятор представляет собой сосуд с водным раствором серной кислоты (электролитом), в который погружены два электрода (свинцовые пластины). В кислотных аккумуляторах активной массой положительных пластин служит перекись (двуокись) свинца (РЬО_>) темно-коричневого цвета, а отрицательных — губчатый (чистый) свинец (РЬ) серого цвета. При разрядке ток внутри элемента протекает от отрицательной пластины к положительной, активная масса переходит в сернокислый свинец, на что расходуется серная кислота, взамен которой образуется вода, плотность электролита понижается.

Во время заряда ток от внешнего источника подводится к положительной пластине и проходит по электролиту к отрицательной пластине. Сернокислый свинец на отрицательной пластине восстанавливается в губчатый свинец, а на положительной пластине превращается в двуокись свинца. При этом образуется серная кислота, а так как на ее образование расходуется вода, то плотность электролита повышается.

Аккумулятор после заряда приходит в то же состояние, в каком он находился до разряда.

Напряжение и э.д.с. кислотного аккумуляторного элемента независимо от размеров аккумулятора при нормальной плотности электролита и средней температуре составляют 2-2,1 В; с увеличением плотности электролита э.д.с. элемента возрастает. Если внешняя цепь разомкнута, то э.д.с. и напряжение аккумулятора равны.

Аккумулятор, как и любой другой источник электрической энергии, обладает внутренним сопротивлением 1?Вн, поэтому напряжение U, подведенное к аккумулятору при заряде, больше э.д.с. аккумулятора Е:

При разряде напряжение на зажимах аккумулятора меньше его э.д.с. на значение внутреннего паления напряжения:

Во время заряда напряжение аккумулятора изменяется. Вначале напряжение элемента почти не изменяется, а к копну заряда (примерно через 3,5 ч) поднимается до 2,6 2,7 В, при этом около пластин интенсивно выделяются газы (электролит кипит). После отключения аккумулятора от источника тока напряжение элемента быстро снижается до 2,1 2,2 В. Во время разряда напряжение аккумулятора быстро падает до 2 В, а затем медленно уменьшается до 1,8 В. Нел и продолжать разряд дальше, то напряжение начнет резко падать. Чтобы избежать повреждения аккумулятора, при напряжении 1,7 В разряд прекращают.

Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое можно получить от полностью заряженного аккумулятора при разряде до минимально допустимого напряжения на зажимах. Емкость аккумулятора равна произведению разрядного тока на вре мя разряда и выражается в ампер-часах (А-ч).

Емкость аккумулятора зависит от количества и пористости активной массы пластин (размера и толщины), плотности (концентра чип) и температуры электролита и значения разрядного тока.

Количество электричества и энергии, которое отдает в пень аккумулятор при разряде, всегда меньше, чем полученные им при заряде. Величины, характеризующие степень использования количества электричества и энергии (выраженные в процентах), называются отдачей аккумулятора. Значение, показывающее степень использования количества электричества, называется ампер-часовой отдачей, а показывающее использование энергии ■-ватт-часовой отдачей, или к.п.д. аккумулятора. Для кислотных аккумуляторов ампер-часовая отдача равна 80- 85%, а для щелочных — 60 70%.

При работе аккумуляторов и их храпении с электролитом происходит потеря емкости (на утечки тока, саморастворение электродов и др.), которая называется саморазрядом аккумулятора.

Щелочные аккумуляторы применяются двух типов: никель-железные и никель-кадмиевые. Активная масса положительных пластин в этих аккумуляторах состоит из окисла никеля, смешанного для увеличения электропроводности с графитом. Эта масса помещена в тонкие железные оболочки с мелкой перфорацией. Отрицательные пластины изготовлены из губчатого железа (никель-железные аккумуляторы) или из губчатого кадмия с добавлением губчатого железа, В качестве электролита используют раствор едкого кали в дистиллированной воде. При разряде аккумулятора окислы никеля в положительных пластинах переходят в гидрат окиси железа. Особенностью щелочных аккумуляторов является то, что концентрация раствора едкого кали при разряде остается неизменной. Поэтому напряжение щелочных аккумуляторов почти не зависит от плотности электролита и определяется степенью окисления активной массы. Во время заряда происходит обратный процесс: на положительных пластинах образуются окислы никеля, а на отрицательных восстанавливается губчатое железо.

Полностью заряженный аккумулятор имеет э.д.с, равную примерному 1,45 В. Об окончании заряда щелочного аккумулятора судят по напряжению. После того как напряжение под нагрузкой достигнет 1,83 В, заряд продолжают еще в течение 30-40 мин, а затем прекращают. Длительность заряда составляет 6-7 ч. Вначале разряда напряжение довольно быстро падает до 1,3 В, затем медленно снижается до 1,1 В; при таком напряжении разряд следует прекратить, иначе напряжение начнет резко уменьшаться.

Щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед кислотными: увеличенный срок службы (пять — семь лет вместо двух-трех), использование для изготовления менее дефицитных материалов, они медленнее, чем свинцовые, саморазряжаются (при этом не разрушаются пластины), имеют большую механическую прочность и малую чувствительность к перезаряду и недозаряду, а также к большим разрядным токам, требуют более простого обслуживания и ремонта.

Различия между кислотными и щелочными аккумуляторами.

На складах и заводах, как всем известно, большой объём работы, грузы всевозможной весовой категории, зачастую без подъёмной техники, например, погрузчиков или штабелеров, просто не обойтись. Данная техника работает благодаря тяговым аккумуляторам, стоит заметить, что тяговые батареи подразделяются на несколько наиболее известных видов – кислотные, щелочные и литий-ионные. Однако, сегодня мы разберем основные отличительные особенности между щелочными и кислотными аккумуляторами.

Для начала разберем устройство каждого из представленных аккумуляторов.

Устройство кислотного аккумулятора. Первое, на что стоит обратить внимание, это то, что тяговый кислотный аккумулятор, как правило, состоит из двух групп свинцовых пластин, которые по своему внешнему виду напоминают решётку, при этом сами пластины помещены в серную кислоту.

Теперь рассмотрим устройство щелочного аккумулятора. В данном типе, в основном используются никелевые или железные пластины, которые помещены в раствор едкого калия. Пластины изготавливаются из никелированного железа, с большим количеством отверстий. В качестве электролита у щелочных тяговых аккумуляторов выступает раствор щёлочи.

Одним из немаловажных факторов в сравнении двух вышеперечисленных батарей является – переносимость нагрузок.

В этом вопросе отдельно стоит выделить кислотный тип батарей, так как напряжение одного аккумулятора составляет 2 В., когда как, у щелочных всего 1,25 В. (Не стоит забывать, что батарея состоит из аккумуляторов. Модели батарей могут состоять из различного количества аккумуляторов, которые, чаще всего встречаются в диапазоне от 6 до 48 штук.)

Но при этом, при больших отрицательных температурах щелочные батареи свои свойства сохраняют гораздо лучше, нежели кислотные. Сохранение данных свойств во многом зависит от должного обслуживания батареи, а также необходимой качественной подзарядкой. Информируем о том, что устройство зарядки для щелочных батарей довольно таки дорогостоящее. Чтобы зарядное устройство работало гораздо дольше, нужно помнить о том, что щелочные аккумуляторы не стоит доводить до глубокой разрядки и зарядки, всё должно быть в меру.

Далее поговорим об одном из главных критериев в сравнении щелочных и кислотных батарей – срок службы!

В данном вопросе предпочтение с лёгкостью можно отдать щелочным видам батарей. Как мы ранее говорили, щелочные типы при долгом простое сохраняют свои свойства и характеристики эффективнее кислотных. Стойкость никель-железных пластин щелочной батареи гораздо лучше, нежили кислотной, у которой пластины более хрупкие, так как изготавливаются они из свинца с добавками сурьмы. За счёт этого, они подвержены ломкости, соответственно, к кислотным видам батарей стоит относится бережно.

Так же нельзя оставить без внимания моменты по уходу за каждым типом АКБ.

Сначала разберем кислотные батареи:

  • Ни в коем случае нельзя оставлять разряженный АКБ более, чем на сутки. Если все же планируется простой, то при дальнейшем хранении батареи необходимо сделать следующее – аккумулятор следует немного разрядить, затем слить старый электролит и, желательно, промыть пластины дистиллированной водой.
  • Заряд батареи не должен падать ниже 1,8 В.
  • Зарядка аккумулятора происходит при открытых банках, до того момента пока в каждый не начнёт одинаково кипеть электролит.
  • Если ваш заряженный аккумулятор некоторое время был в инертном состоянии, то через некоторое время его следует подзарядить.

Основные моменты по эксплуатации щелочных АКБ:

  • При зарядке щелочной батареи крышки необходимо обязательно снимать для того, чтобы не допустить перегрева и, как следствие, разрушение аккумулятора. Соответственно, после полной зарядки, их нужно поставить на место.
  • Заряд аккумулятора не должен падать ниже 1,1 В.
  • По истечении каждого года во время эксплуатации необходимо заново заливать электролит, а в течение года подливать дистиллированную воду.
  • Если заряженная батарея некоторое время была в инертном состоянии, то через некоторое время её необходимо подзарядить.

И самое главное, на что обращают свое внимание большинство пользователей батарей – это ценовая политика.

В данном вопросе предпочтение отдаётся кислотным видам аккумуляторов за счёт своей низкой стоимости. Во внимание можно взять даже тот фактор, что они намного лучше переносят сильную разрядку и, соответственно, зарядку с нуля. Поэтому им не нужны особенные или специальные зарядки, а подойдут самые обыкновенные и дешёвые.

Пришла пора делать выводы всему вышеперечисленному – если у вас производство не стоит на месте, и соответственно, вы проводите обслуживание батареи на регулярной основе, то кислотный аккумулятор определенно вам подойдет. Если все же на производстве случаются простои, а батарея обслуживается не регулярно, то лучше приобрести щелочной аккумулятор!

  • Россия г Великие Луки
  • пр-т Гагарина 9, к.1, офис 4
  • Тел./Факс: +7 (81153) 3-62-65
  • Тел.: 8 800 200 60 10
  • Электронная почта: info@kurs60.ru
  • Время работы: 8:30 — 17:30 (по Мск.)

Моб. тел. (Whatsapp, Viber):

Представительство г. Москва
Тел.: +7 (495) 197-63-55

Щелочной элемент

Щелочной элемент питания, щелочная батарейка, англ. alkaline battery — марганцево-цинковый гальванический элемент питания с щелочным электролитом. Изобретён Льюисом Урри ru en (англ. Lewis Urry ) [1] .

Кроме электролита, основное отличие щелочной батарейки от солевой — анод (отрицательный электрод) в виде порошка, что увеличивает ток, отдаваемый этим элементом питания [1] .

У стандартных элементов питания с щелочным электролитом анод состоит из цинка, а материалом катода может быть двуокись марганца, оксид серебра, кислород или метагидроксид никеля [2] .

Содержание

  • 1 История изобретения
  • 2 Характеристики
  • 3 Химические процессы
  • 4 Конструкция
  • 5 Производство
  • 6 Хранение и эксплуатация
  • 7 Области применения
  • 8 Сравнение солевых и щелочных элементов
    • 8.1 Преимущества
    • 8.2 Недостатки
  • 9 Примечания
  • 10 Литература
  • 11 Ссылки

История изобретения [ править | править код ]

Впервые использовать щелочной электролит в химических источниках тока предложили независимо друг от друга Вальдемар Джангнер ( англ. ) в 1899 году и Томас Эдисон в 1901 году [3] [4] . Они использовали щелочной электролит в никель-кадмиевых аккумуляторах.

В марганцево-цинковых элементах питания щелочной электролит впервые применил канадский инженер Льюис Урри (англ.) русск. в середине 1950-х годов, работавший в Union Carbide ( англ. ) , выпускавшей элементы питания под маркой «Eveready». Льюис Урри использовал наработки Томаса Эдисона [5] . В 1960 году Урри вместе с Карлом Кордешем и Полом Маршалом получил патент на конструкцию щелочного элемента [6] .

Характеристики [ править | править код ]

Типичные характеристики щелочного элемента питания [7] [8] :

Химические процессы [ править | править код ]

На аноде проходят реакции окисления цинка. Вначале образуется гидроксид цинка:

Zn + 2OH − → Zn(OH)2 + 2e −

Который затем разлагается на оксид цинка и воду.

На катоде, в свою очередь, происходят реакции восстановления оксида марганца (IV) в оксид марганца (III):

В целом, химические процессы внутри элемента при использовании KOH в качестве электролита можно описать следующим уравнением:

Zn + 2KOH + 2MnO2 + 2e − → 2e − + ZnO + 2KOH + Mn2O3

В отличие от солевого элемента, в щелочном электролит в процессе разрядки батареи практически не расходуется, а значит, достаточно малого его количества. Поэтому в щелочном элементе в среднем в 1,5 раза больше диоксида марганца.

Конструкция [ править | править код ]

По конструкции щелочной элемент похож на солевой, но основные части в нём расположены в обратном порядке. Анодная паста (3) в виде цинкового порошка, пропитанного загущённым щелочным электролитом, располагается во внутренней части элемента и имеет отрицательный потенциал, который снимается латунным стержнем (2). От активной массы, диоксида марганца, смешанного с графитом или сажей (5), анодная паста отделена сепаратором (4), также пропитанным электролитом. Положительный вывод, в отличие от солевого элемента, выполнен в виде стального никелированного стакана (1), а отрицательный — в виде стальной тарелки (9). Оболочка (6) изолирована от стакана и предотвращает короткое замыкание, которое может возникнуть при установке нескольких элементов в батарейный отсек. Прокладка (8) воспринимает давление газов, образующихся при работе. Выделение газов в щелочном элементе значительно меньше, чем в солевом, поэтому объём камеры для их сбора тоже меньше. Для предотвращения взрыва батареи при неправильном использовании (например, коротком замыкании), в ней имеется предохранительная мембрана (7). При превышении давления газов происходит разрыв мембраны и разгерметизация элемента — результатом обычно становится течь электролита.

Для увеличения срока хранения в ранних конструкциях элементов производилось амальгамирование цинкового порошка, однако такой способ продления срока хранения элементов делает элементы опасными для использования в быту. Поэтому в современные элементы вводят специальные органические ингибиторы коррозии.

Производство [ править | править код ]

Хранение и эксплуатация [ править | править код ]

Срок хранения щелочного элемента больше, чем у солевого, за счёт герметичной конструкции, также он не столь требователен к условиям хранения.

В отличие от солевых элементов щелочные могут работать при большем разрядном токе. Кроме того, отсутствует эффект «усталости» элемента, когда после работы на большой нагрузке происходит значительное падение напряжения на выводах элемента, и для восстановления его работоспособности требуется определённое время «отдыха». Однако при коротком замыкании или установке в неверной полярности также возможна течь электролита.

Области применения [ править | править код ]

Щелочной элемент имеет то же рабочее напряжение, что и обычный марганцево-цинковый при большей ёмкости, разрядном токе, сроке хранения и рабочем диапазоне температур. Щелочные элементы выпускаются в тех же типоразмерах, что и солевые, и потому могут применяться в тех же приборах, например, в фонарях, электронных игрушках, переносных магнитофонах и т.д. Однако за счёт лучших разрядных характеристик возможно применение их как в устройствах, потребляющих значительный ток (фотовспышки, радиоуправляемые модели), так и в устройствах, потребляющих относительно небольшой ток в течение длительного времени (электронные часы).

Сравнение солевых и щелочных элементов [ править | править код ]

Благодаря такой конструкции, у щелочного элемента есть следующие особенности:

  • Отсутствие расхода электролита, а значит меньшее его количество, необходимое для работы
  • Анодом является порошкообразный цинк, а не цинковый стакан, поэтому реакция идёт на значительно большей поверхности.
  • Меньше газовыделение, благодаря чему элемент можно делать полностью герметичным.

Отсюда можно выделить следующие преимущества и недостатки:

§43. Щелочные аккумуляторы, принцип действия и устройство

Устройство. Наиболее распространены никель-железные и никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы. Их широко применяют на э. п. с, тепловозах и пассажирских вагонах. На тепловозах устанавливают аккумуляторную батарею 46ТПНЖ-550, состоящую из 46 последовательно соединенных никель-железных аккумуляторов емкостью 550 А-ч [буква Т — означает, что батарея установлена на тепловозах; П — тип положительных пластин (панцирные)]. Для тепловозов применяют усовершенствованные аккумуляторы ТПНЖК (буква К означает, что электроды комбинированные). На электровозах отечественной постройки применяют батарею 42НК-125, состоящую из 42 последовательно соединенных никель-кадмиевых аккумуляторов емкостью 125 А*ч, а на электропоездах — батарею 90НК-55, состоящую из 90 последовательно соединенных никель-кадмиевых аккумуляторов емкостью 55 А*ч, на электровозах ЧС — батареи 40NKT-120 и 40NKT-160, состоящие из 40 последовательно соединенных никель-кадмиевых аккумуляторов емкостью 120 и 160 А-ч. Номинальное напряжение всех щелочных аккумуляторов 1,2 В.

В никель-железных и никель-кадмиевых аккумуляторах активная масса положительного электрода в заряженном состоянии состоит из гидрата окиси никеля NiOOH, к которому добавляют графит и окись бария. Графит увеличивает электропроводность активной массы, а окись бария — срок службы электрода. Активная масса отрицательного электрода никель-железного аккумулятора состоит из порошкового железа Fe и его окислов с добавкой сернокислого никеля и сернистого железа, а никель-кадмиевого аккумулятора — из смеси порошков кадмия Cd и железа Fe. Электролитом служит 20 %-ный раствор едкого калия КОН с примесью моногидрата лития (20—30 г/л). Эта примесь увеличивает срок службы аккумулятора.

Промышленность выпускает никель-железные аккумуляторы (НЖ) и никель-кадмиевые (НК). Оба электрода в этих аккумуляторах изготовляют в виде стальных никелированных рамок (рис. 162 и 163), в пазы которых впрессованы наполненные активной массой пакеты (ламели) из никелированной жести с большим количеством мелких отверстий для доступа электролита к активной массе. В аккумуляторах НК каждая отрицательная пластина расположена между двумя положительными, в аккумуляторах НЖ каждая положительная пластина — между двумя отрицательными. Для предотвращения короткого замыкания между ними устанавливают сепараторы, выполненные в виде эбонитовых стержней или полихлорвиниловых сеток. В аккумуляторах ТПНЖ и ТПНЖК применяют панцирные положительные пластины. Каждая такая пластина заключена в специальный панцирь (чехол). Корпус, в который помещают пластины и электролит, также изготовляют из никелированной жести. Он имеет приваренную крышку с отверстиями для выводных штырей, для выхода газов

Рис. 162. Полублоки отрицательных и положительных пластин (а) и общий вид (б) никель-железного аккумулятора ТПНЖ, применяемого на тепловозах: 1— выводной штырь; 2 — шпилька; 3— положительные пластины; 4— ламели; 5 — сепараторы; 6 — отрицательные пластины; 7 — корпус; 8 — резиновый чехол; 9 — отверстие с пробкой для заливки электролита

Рис. 163. Полублоки положительных и отрицательных пластин (а) и общий вид (б) никель-кадмиевого аккумулятора НКН-100 для э.п.с: 1 — отрицательные пластины; 2 — соединительный мостик; 3 — выводной штырь; 4 — положительные пластины; 5 — отверстие с пробкой для заливки электролита; 6 — крышка; 7 — сепаратор; 8 — корпус; 9 — резиновый чехол

и заливки электролита. Для придания корпусу механической прочности стенки его выполняют гофрированными. Корпус помещают в резиновый чехол, обеспечивающий изоляцию аккумуляторов друг от друга и от ящика, в котором устанавливают батарею.

Разряд и заряд. При разряде щелочного аккумулятора гидрат окиси никеля NiOOH на положительном электроде, взаимодействуя с ионами электролита, переходит в гидрат закиси никеля Ni(OH)2, а железо или кадмий отрицательного электрода превращается соответственно в гидрат окиси железа Fe(ОН)2 или гидрат окиси кадмия CdOН2. Между электродами возникает разность потенциалов около 1,45 В, обеспечивающая протекание тока по внешней цепи и внутри аккумуляторов.

При заряде аккумулятора под действием электрической энергии, подводимой от внешнего источника тока, происходит окисление активной массы положительных пластин, сопровождаемое переходом гидрата закиси никеля Ni (ОН)2 в гидрат окиси никеля NiOOH. В то же время активная масса отрицательных пластин восстанавливается с образованием железа Fe или кадмия Cd. Электрохимические реакции при разряде и заряде никель-железного аккумулятора могут быть выражены уравнением

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

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

Номинальный разрядный ток численно равен 0,2 Сном, максимальный при запуске дизеля— (3-4) Сном, зарядный ток — 0,25 Сном, где Сном — номинальная емкость.

Положительным качеством щелочного аккумулятора является то, что все компоненты, образующиеся в процессе заряда и разряда, практически нерастворимы в электролите и не вступают в какие-либо химические реакции. Электролит в процессе электрохимических реакций не расходуется, поэтому плотность его не изменяется. Это позволяет обходиться сравнительно небольшими количествами электролита, что делает эти аккумуляторы более компактными, чем кислотные.

Для правильной работы никель-железного аккумулятора отрицательный электрод (губчатое железо) должен иметь большую массу, чем положительный (гидрат окиси кадмия). Поэтому отрицательных пластин берут на одну больше, чем положительных. В сборном блоке никель-железного аккумулятора крайние пластины отрицательные; они электрически соединены с корпусом. В никель-кадмиевых аккумуляторах, наоборот, положительная активная масса должна занимать больший объем, чем отрицательная. Поэтому у них крайние пластины положительные и электрически соединены с корпусом.

Полностью заряженный аккумулятор имеет э. д. с. около 1,45 В. Вследствие большого внутреннего сопротивления его напряжение при разряде значительно меньше этого значения, а при заряде значительно больше. При разряде напряжение аккму-лятора довольно быстро падает до 1,3 В, а затем медленно уменьшается до 1 В (рис. 164); при этом напряжении разряд следует прекращать. Среднее расчетное напряжение при разряде составляет 1,25 В. Разряжать щелочные аккумуляторы ниже установленного конечного напряжения нельзя, так как это приведет к безвозвратной потере емкости и уменьшению срока службы. При заряде напряжение с 1,55 В быстро поднимается до 1,75 В, а затем медленно повышается до 1,8 В. Заряд щелочного аккумулятора ведут до тех пор, пока не будет сообщено требуемое количество ампер-часов (согласно паспортным данным). Заряд щелочного аккумулятора осуществляется током, равным одной четвертой его номинальной емкости, при этом аккумулятору сообщается 150 % емкости.

Выделение газа у щелочных аккумуляторов не является признаком конца заряда, однако при бурном газовыделении необходимо уменьшить зарядный ток. Щелочные аккумуляторы лучше перезарядить, чем недозарядить, так как неполные заряды способствуют преждевременному выходу их из строя. Повышение

Рис. 164. Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде

температуры выше 45 °С также приводит к разрушению активной массы электродов.

Особенности эксплуатации. Уход за щелочными аккумуляторами в принципе такой же, как и за кислотными. Необходимо периодически проверять уровень электролита и степень заряжен-ности аккумулятора. Аккумуляторы должны содержаться в чистоте и периодически заряжаться.

Щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед кислотными. Они могут долгое время находиться в полузаряженном и даже в полностью разряженном состоянии, что совершенно недопустимо для кислотных. Кроме того, щелочные аккумуляторы не выходят из строя вследствие действия низких температур. Щелочные аккумуляторы имеют большую перегрузочную способность, т. е. могут работать с большими токами при разрядах и зарядах. Благодаря большому внутреннему сопротивлению кратковременное короткое замыкание и глубокие разряды не выводят из строя эти аккумуляторы. Для них характерны большая механическая прочность (аккумулятор не боится тряски, вибраций, ударов), большая, чем у кислотных, энергия на единицу массы (удельная энергия), больший срок службы и срок хранения.

У щелочных аккумуляторов саморазряд при отключенном состоянии очень мал (после 9 мес хранения они теряют лишь 20 % емкости). В то же время у кислотных аккумуляторов суточный саморазряд составляет около 0,5—0,7 % емкости, т. е. в течение месяца они теряют 15—21 % емкости. При эксплуатации щелочных аккумуляторов не происходит вредных выделений паров и газов, что характерно для кислотных аккумуляторов. По указанным причинам они в эксплуатации значительно надежнее, чем кислотные, и требуют значительно меньшего ухода.

Однако щелочные аккумуляторы имеют ряд недостатков. Напряжение щелочного аккумулятора при разряде значительно ниже (почти на 40 %), чем кислотного, вследствие чего при одном и том же напряжении количество аккумуляторов в щелочной батарее будет больше, чем в кислотной. Внутреннее сопротивление щелочного аккумулятора значительно выше, чем у кислотного, следовательно, его напряжение, особенно при больших токах разряда, падает гораздо быстрее и при очень интенсивном разряде аккумуляторной батареи резко уменьшается.

Щелочные батареи (АКБ). Устройство и принцип работы

Свинцово-кислотные батареи традиционно требовали значительного объема обслуживания для поддержании их в хорошем состоянии. Впрочем, с появлением герметичных необслуживаемых батарей это уже не так. Однако когда батарея должна регулярно подвергаться высокой скорости заряда-разряда или оставаться в бездействии в течение долгого времени, свинцово-кислотный элемент не идеален. С другой стороны, щелочные элементы требуют минимального обслуживания и значительно более стойки к «электрическим злоупотреблениям» вроде глубокого разряда и перезаряда.

Недостатки щелочных батарей состоят в том, что они более массивны, имеют меньшую энергетическую эффективность и более дороги, чем их свинцово-кислотный эквивалент. Впрочем, для некоторых применений срок жизни щелочных батарей и минимальные требования к обслуживанию того стоит. Автобусные и рейсовые компании, а также некоторое крупные транспортные операторы используют щелочные батареи.

Щелочные батареи, используемые на транспортных средствах, — это, вообще говоря, никель-кадмиевые батареи, поскольку другой основной тип таких батарей — железо-никелевые батареи — малопригоден для такого применения. Главные компоненты никсдь-кадмиевого (NiCd) элемента для транспортных средств следующие:

  • положительная пластина гидрат никеля (NiOOH);
  • отрицательная пластина — кадмий (Cd);
  • электролит — гидроокись калия (КОН) и вода (H2О).

В процессе заряда кислород перемешается от отрицательной пластины к положительной, и в обратном направлении — при разряде. Когда батарея заряжена полностью, отрицательная пластина становится чистым кадмием, а положительная пластина становится гидратом никеля. Химическое уравнение, представляющее эту реакцию, в упрощенном виде выглядит так:

2NiOOK + Cd + 2Н2O + КОН 2Ni (ОН)2 + CdO2 + КОН.

Две молекулы Н20 фактически улетают в виде водорода (Н) и кислорода (О2), поскольку в течение всего времени заряда имеет место газообразование. Именно потребление воды элементами указывает на то, что они работают так, как следует из уравнения. Состав электролита в течение реакции не изменяется. Это означает, что величина относительной плотности не будет указывать степень заряда. Эти батареи нечувствительны к перезаряду, потому что как только окись кадмия превратилась в кадмий, дальнейшая реакция невозможна.

Напряжение элемента полностью заряженной батареи — 1,4 В, но оно быстро падает до 1,3 В, как только начинается разрядка. Элемент разряжается до напряжения 1.1 В. На рисунке показана упрошенная схема NiCd элемента аккумуляторной батареи.

Рис. Упрощенная схема NiCd элемента щелочной батареи

Некоторую надежду для использования в электрических системах транспортных средств подают Ni-MH (никель-металлгидридные) батареи.

Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора

Что такое автомобильный аккумулятор, каково его устройство и принцип работы? Подавляющее большинство людей уверено, что точно знает ответ на этот вопрос. Правда, знания многих ограничиваются тем, что аккумулятор – это такая коробочка, которая умеет накапливать и потом отдавать электрический ток. Более «продвинутые» граждане знают, из чего состоит аккумулятор автомобиля и что служит он для запуска мотора и питания автомобильной электросети. Но полностью объяснить принцип работы аккумуляторной батареи могут далеко не все. Гарантируем, что после прочтения нашей статьи вы пополните ряды этих немногих знатоков. Итак, устройство и принцип действия аккумулятора автомобиля.

  1. Принцип работы и устройство свинцово-кислотного аккумулятора
  2. Принцип работы и устройство щелочного аккумулятора
  3. Особенности конструкции аккумуляторов типа AGM и GEL
  4. Литий-ионные аккумуляторы
  5. Особенности зарядки аккумулятора

Принцип работы и устройство свинцово-кислотного аккумулятора

Свинцово-кислотный аккумулятор является классическим, или, как его ещё называют, традиционным. Поэтому именно с него мы начнём наш обзор.

Модели таких батарей у разных производителей могут отличаться несущественными мелочами, но в целом строение аккумулятора автомобиля выглядит так:

  • Аккумуляторная батарея помещается в корпусе, сделанном из инертного материала, который устойчив к агрессивному электролиту, находящемуся внутри АКБ.
  • Корпус разделён на шесть, редко больше, изолированных отсеков (банок).
  • В каждом из них находится две пластины с противоположными зарядами (катод и анод) и серная кислота, разведённая дистиллированной водой. Фактически каждая из банок является независимым источником тока. В зависимости от назначения, схема автомобильного аккумулятора (способ соединения банок между собой) может быть последовательной или параллельной.

Принцип работы свинцового автомобильного аккумулятора достаточно прост. При взаимодействии катодной пластины с электролитом на ней образуется сульфат свинца, который и способствует выделению электрической энергии. Данная химическая реакция понижает плотность электролита, другими словами, уменьшает концентрацию раствора серной кислоты.

Когда же на клеммы аккумуляторной батареи подаётся напряжение, то внутри неё происходит противоположный процесс: плотность электролита повышается, а пластины восстанавливаются до своей металлической формы.

Принцип работы и устройство щелочного аккумулятора

Внутреннее устройство щелочного автоаккумулятора очень сходно с батареями свинцово-кислотными. Те же банки, пластины и электролит. Но вот материалы, из которых они изготовлены (за исключением корпуса батареи), полностью отличаются.

При изготовлении отрицательных пластин (катодов) используется смесь губчатого кадмия и железа. Положительные же пластины (аноды) производятся из чешуйчатого графита и трёхвалентного никеля. Присутствие в аноде графита существенно повышает электропроводность. Электролитом в щелочных АКБ служит раствор едкого калия. Так же, как и в случае со свинцово-кислотными батареями, он разводится до необходимой концентрации.

Как работает щелочной аккумулятор автомобиля? Накопление заряда происходит за счёт изменения валентности никеля, благодаря чему железо и кадмий восстанавливаются до металлов. Когда АКБ отдаёт накопленный заряд, происходит обратный процесс.

Щелочные аккумуляторы по сравнению со свинцово-кислотными батареями имеют ряд преимуществ:

  • простота эксплуатации;
  • высокая сила пускового тока;
  • устойчивость к перезаряду;
  • отсутствие испарений;
  • меньшие вес и размер;
  • более длительный (в 7–8 раз!) срок службы.

Однако при всех перечисленных плюсах щелочные батареи так и не заняли главенствующего места на рынке. И причиной этому являются три очень существенных недостатка. Во-первых, щелочные АКБ гораздо дороже своих аналогов. Во-вторых, они способны выдавать значительно меньший (почти в два раза) уровень напряжения. И, в-третьих, такие батареи очень негативно воспринимают полный (и даже почти полный разряд). Буквально 4–5 подобных случаев, и щелочную АКБ можно списывать в утиль.

Особенности конструкции аккумуляторов типа AGM и GEL

Говоря об устройстве аккумуляторов, нельзя не упомянуть о батареях, относящихся к классам GEL и AGM. По сути, это обычные свинцово-кислотные аккумуляторы за одним, но весьма существенным, отличием. Жидкий электролит в этих батареях заменён на гелевую массу. А в AGM батареях ещё и добавлен особый пористый материал, который практически полностью исключает текучесть электролита.

Такая конструктивная особенность позволила решить множество проблем. Во-первых, за счёт нулевой текучести был решён вопрос испарения электролита и, следовательно, обслуживания АКБ. Во-вторых, гелевые батареи обладают минимальным уровнем саморазряда. В-третьих, густой состав электролита и пористый наполнитель препятствуют осыпанию пластин.

Стоит отметить, что модели типа AGM и GEL – это так называемые необслуживаемые аккумуляторы. В отличие от обыкновенных, обслуживаемых батарей, в которых каждая банка закрыта съёмной крышкой, что позволяет производить, например, самостоятельный долив электролита, в моделях необслуживаемых корпус сделан полностью неразборным. Отличить такие АКБ можно по совершенно гладкой верхней крышке с отсутствующими на ней пробками.

И это далеко не все преимущества аккумуляторов типа AGM и GEL. Подробнее о них, а также о плюсах и минусах других видов АКБ, вы можете узнать из статьи «Виды аккумуляторов».

Литий-ионные аккумуляторы

Несмотря на то, что этот тип АКБ применяется пока только в электроавтомобилях, мы всё же посчитали необходимым включить его в наш обзор. Свинцово-кислотный и щелочные аккумуляторы отличаются друг от друга только материалами, используемыми при изготовлении пластин и электролита, имея при этом практически одинаковое устройство. В литий-ионных же батареях в качестве катода и анода используются не пластины, а фольга (соответственно алюминиевая и медная). Что же до электролита, то его функцию выполняет специальный пористый материал, пропитанный особым раствором. Накопление и отдача заряда в таких АКБ происходит за счёт ионов лития (отсюда и название), которые имеют способность проникать в кристаллическую решётку других материалов, вследствие чего образуются или исчезают окислы.

Литий-ионные АКБ имеют ряд весомых преимуществ. Они обладают очень высоким (в сравнении даже со щелочными аккумуляторами) уровнем ёмкости, абсолютно не боятся саморазряда и совершенно не требуют обслуживания.

Особенности зарядки аккумулятора

Рассказ об устройстве и принципе работы автомобильного аккумулятора был бы неполным без упоминания некоторых особенностей его зарядки. Дело в том, что буферный режим работы аккумулятора (когда АКБ постоянно подключена к бесперебойному источнику питания) для автомобильных батарей практически недоступен.

Текущее наполнение батареи энергией происходит периодически (или циклически, отсюда и название этого способа зарядки) от генератора автомобиля. Двигатель машины вращает генератор, за счёт чего тот вырабатывает (генерирует) электрический ток, который и подаётся на клеммы АКБ. Но такой зарядки для аккумуляторной батареи не всегда бывает достаточно. Особенно, если речь идёт о щелочных моделях, которые, как мы уже упоминали, очень боятся глубокого разряда. Да и свинцово-кислотным АКБ сильный разряд тоже идёт далеко не на пользу.

Именно поэтому периодически аккумуляторную батарею нужно заряжать от специального устройства. Зимой это приобретает особую актуальность, поскольку способность аккумулятора принимать заряд на холоде резко снижается. Необходимая же сила тока для запуска двигателя (учитывая загустевшее от низких температур моторное масло), наоборот, возрастает. Совокупность этих факторов может стать причиной глубокого разряда батареи, который, как мы уже знаем, крайне негативно влияет на оба типа АКБ.

Зарядку аккумуляторной батареи необходимо производить в тепле, причём только после того как АКБ нагреется до окружающей температуры. Ни в коем случае нельзя пытаться ускорить нагрев батареи с помощью фена или горячей воды! Резкий перепад температур может способствовать осыпанию свинцовых пластин и, как следствие, выходу аккумулятора из строя.

Надеемся, что знакомство с тем, как устроен аккумулятор автомобиля, а также с принципом работы АКБ не только позволит вам расширить теоретические знания, но и поможет правильно эксплуатировать и обслуживать вашу батарею. А это гарантированно продлит срок её эксплуатации, защитит вас от неприятных сюрпризов на дороге и позволит сэкономить ваш «автомобильный» бюджет.

Щелочные аккумуляторы: принцип работы, преимущества и недостатки

Отправим материал на почту

  • Принцип работы
  • Особенности щелочных аккумуляторов
  • Плюсы и минусы
  • Где используются
  • Замена электролита
  • Приготовление раствора электролита
  • Как выполняется зарядка
  • История возникновения простой щелочной батарейки
  • Как устроена батарейка
  • Плюсы и минусы щелочных батареек
  • Заключение

Для многих устройств необходимо питание. Для этой цели применяются щелочные аккумуляторы. Они включают в свою конструкцию два электрода и жидкий состав, использующий щелочь. Такие элементы питания имеют срок эксплуатации, достигающий 25 лет. Технология допускает возможность ускоренной зарядки. Разрядка может обеспечивать повышенную мощность.

Принцип работы

Щелочные аккумуляторы могут различаться в зависимости от веществ, которые используются для электролитов и для пластин. Наиболее эффективными считаются никель-кадмиевые или никель-железные аккумуляторы.

Здесь используется щелочной электролит, имеющий в своём составе гидроксиды калия и лития, применение которого способствует увеличению ёмкости батареи. Он также улучшает разрядные характеристики аккумулятора.

Положительный электрод представляет собой смесь следующих элементов:

  • гидрат закиси никеля;
  • графитовый порошок, в который добавлена окись бария.

Отрицательный электрод, соответственно, сделан из чистого кадмия или железа. Его также создают с использованием гидрата закиси одного из этих металлов.

Электроды сделаны с использованием мелкоячеистой стальной сетки. На неё нанесены активные вещества, которые предназначены для взаимодействия с электролитом.

Щелочные батареи имеют преимущество перед кислотными, состоящее в том, что они допускают перезарядку. В большинстве случаев её продолжительность составляет 6 часов. Если производилось долгое хранение в разряжённом состоянии, то время зарядки увеличивается — оно может длиться до 12 часов.

Щелочные аккумуляторные батареи выпускают в деревянном или металлическом корпусе. Они могут состоять из нескольких аккумуляторов. При смене электролита нужно исходить из объёма жидкости, требуемой для одного устройства и умножить на их количество.

Особенности щелочных аккумуляторов

На никель-кадмиевых имеется обозначение «НК» далее после тире указана ёмкость в ампер-часах. Например, если написано «НК-13», то речь идёт об аккумуляторе рассматриваемого типа, который обеспечивает ёмкость, равную 13 А/час. У таких устройств положительный полюс замкнут на корпус.

Если стоит обозначение «НЖ», то речь идёт о никель-железной батарее. Через тире после этих букв указана ёмкость. Например, у аккумулятора «НЖ-45» она составляет 45 А/час. В отличие от кадмиевых, у железных на корпус замкнут отрицательный электрод.

Плюсы и минусы

Использование щелочных аккумуляторов позволяет применить следующие их достоинства:

  • Эти устройства стабильно работают в условиях отрицательных температур. После того, как станет холоднее -25, при охлаждении на каждый градус ёмкость будет уменьшаться на 0,5%.
  • Если регулярно осуществлять обслуживание, то щелочные аккумуляторы в 12В или другие будут исправно служить в течение многих лет.
  • Исключена возможность внезапного пропадания тока. Это свойство полезно, например, при применении щелочных автомобильных аккумуляторов.
  • Такие батареи характеризуются небольшим весом и компактными размерами.
  • У них незначительный самопроизвольный разряд.

Щелочные АКБ имеет определённые недостатки:

  • Они имеют относительно небольшой коэффициент полезного действия. Обычно он бывает равен 50%-55%. Для сравнения нужно учитывать, что у кислотных аккумуляторов этот показатель достигает 80%.
  • Такие батареи имеют эффект памяти, который способен существенно ухудшить характеристики.

В процессе применения наблюдается большой разброс рабочего напряжения. Например, щелочной аккумулятор 12В, создает разность потенциалов, которая может находиться в пределах 10-17,5 В.

Где используются

Такие аккумуляторы имеют широкое применение. Их используют для следующих целей:

  • на железнодорожных локомотивах;
  • для погрузочных механизмов при работе на складе;
  • применяется для работы различных видов сигнализации;
  • используются для проведения запуска силовых агрегатов.

Существуют щелочные аккумуляторы, которые активно используются в различных видах портативной техники. Они могут применяться, например, для обеспечения работы электроинструментов, пультов управления телевизором и других целей.

Замена электролита

Использование щелочных аккумуляторов рассчитано на долгие годы. Однако он обеспечивает высокое качество работы только при условии правильного обслуживания. Необходимой операцией является регулярная замена электролита.

Об особенностях работы щелочных батарей рассказано в ролике:

Видео описание

Щелочные аккумуляторные батареи: особенности эксплуатации.

Её следует проводить после осуществления 100-150 циклов зарядки и разрядки щелочных аккумуляторных батарей. Процедура заключается в следующем:

  • Нужно провести разрядку аккумулятора до тех пор, пока напряжение на его выходах не станет меньше 1 В.
  • Ранее используемый электролит нужно аккуратно слить в заранее подготовленную ёмкость.
  • Выполняя эту операцию требуется периодически производить лёгкое встряхивание. Оно необходимо для того, чтобы на стенках не оставались загрязнения.
  • После полного удаления электролита необходимо тщательно его промыть. Для этого можно использовать дистиллированную или слегка подщелоченную воду. При этом нужно встряхивать батарею для улучшения качества очистки.
  • Сразу после завершения промывки щелочного аккумулятора проводят заливку нового раствора. После этого составу дают отстояться в течение двух часов.
  • После этого нужно проверить плотность раствора и убедиться, что она соответствует требуемой. При необходимости щелочной раствор нужно долить.
  • Закрывают крышки аккумулятора.

В процессе работы нельзя делать перерыв, в результате которого батарея внутри станет сухой. Это может стать причиной коррозии элементов щелочных автомобильных аккумуляторных батарей.

Приготовление раствора электролита

Для щелочного аккумулятора его можно делать на основе твёрдых или жидких щелочей. Чтобы приготовить из отдельных компонентов, нужно сделать следующее:

  • Нужно подготовить раствор едкого калия. У него должна быть плотность, равная 1,19-1,21 г/куб. см.
  • На каждый литр добавляют 20 г едкого лития и аккуратно перемешивают.
  • Делают раствор едкого натрия из расчёта 1,17-1,19 г/куб.см.
  • В него добавляют едкого лития по 20 г на литр.

Из этих компонентов делают электролит необходимого для щелочных АКБ состава.

Как выполняется зарядка

Подготовка щелочной АКБ к работе, в большинстве случаев требует 6 часов. Однако для этого допускается применение различных режимов работы:

  • 6 часов будет заряжаться при условии использования номинальной силы тока.
  • Если в первые два часа её превысить вдвое, а остаток делать при соблюдении обычного режима, то время может сократиться на несколько часов.
  • Усиленный вариант выполняется, если при обычной силе тока увеличить время подзарядки вдвое.

Для зарядки щелочного аккумулятора лучше всего использовать стандартный режим. При его применении износ батареи будет минимальным. Процедура зарядки предполагает выполнение следующих действий:

  • Нужно обеспечить получение необходимой силы тока.
  • К источнику подключают клеммы батареи.
  • Производится включение тока.
  • Нужно прождать необходимое время, в течение которого выполняется зарядка щелочной батареи. При этом важно убедиться, что перегрев не возникает. Обычно температура не должна превышать 45 градусов.

После завершения подзарядки аккумулятор отключают от источника энергии.

История возникновения простой щелочной батарейки

Изобретателями щелочных аккумуляторов считают Томаса Эдисона и Вольдемара Джангера. Оба специалиста работали независимо друг от друга. Первой компанией, которая произвела промышленное внедрение, стала Duracell.

Она обеспечила поставку щелочных элементов питания для портативной техники того времени. Рассматриваемые батареи в то время конкурировали с солевыми, но значительно превосходили их по своим характеристикам.

Как устроена батарейка

В ней используется катод, который включает в себя следующие вещества:

  • 7%-10% графита;
  • 25%-30% раствор калия гидроксида;
  • 65%-75% диоксид марганца;
  • 1% составляет связующие компоненты.

В качестве щелочи может использоваться также гидроксид лития или натрия. Для изготовления анода применяют очищенный цинк с добавками, предохраняющими от коррозии. Раньше для этой цели брали свинец и ртуть, теперь перешли к применению в этом качестве висмута и алюминия.

Конструкция такого щелочного аккумулятора включает в себя следующие элементы:

  • Внутренняя часть батарейки содержит цинковую пасту, которая представляет собой порошок. Такая форма обеспечивает более эффективную работу по сравнению с солевыми батареями.
  • Цинк находится в смеси со специальным гелем. Он вырабатывает отрицательный потенциал. Стержень из латуни снимает этот заряд на внешний вывод.
  • Катод из диоксида марганца, перемешанный с графитовым загустителем отделяется от цинковой пасты при помощи специального состава.
  • Положительный потенциал выводится на стальной стакан, имеющий никелевое покрытие. Он изолирован от оболочки батарейки.

В процессе эксплуатации образуется незначительное количество газа. Его давление сдерживается особой прокладкой. Предохранителем служит специальная мембрана. Если газа много, она лопается, и он проходит наружу.

В этом видео рассматриваются алкалиновые батарейки:

Видео описание

Что такое алкалиновая батарейка

Батарейки отличаются по форме. Некоторые сделаны в виде цилиндра, другие являются плоскими. Последние также называют таблеточными. Они применяются для портативных устройств, например, для наручных часов. Такие источники питания дают напряжение от 1,5 до 9 В. Ёмкость рассматриваемых батарей обычно не превосходит 3000 мА/час. В отдельных случаях этот параметр может быть больше.

Плюсы и минусы щелочных батареек

Такие щелочные аккумуляторы предоставляют следующие преимущества:

  • Долгий срок службы.
  • Доступная стоимость, которая сочетается с высоким качеством работы.
  • Большой выбор типов батареек и размеров.
  • Низкий риск протекания батарейки.
  • Небольшой уровень саморазряда.

При их применении пользователь столкнётся с такими недостатками:

  • Качественные батарейки могут стоить значительно дороже.
  • Нужна особая процедура утилизации, так в составе есть вещества, которые могут нанести вред экологии.

Такие источники тока получили широкое распространение благодаря своему качеству.

Заключение

Щелочные элементы питания обеспечивают электроэнергией большое количество устройств. При соблюдении правил эксплуатации они будут служить в течение многих лет. Покупая щелочной аккумулятор для определённого устройства, нужно следить, чтобы он соответствовал необходимым параметрам.

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector