Конструкция и особенности серебряно-цинковых аккумуляторов
Разработки серебряно─цинковых аккумуляторов велись достаточно давно и были нацелены на преодоление недостатков кислотных и щелочных аккумуляторов. У последних низкая удельная ёмкость: 8 (кислотные) и 2 (щелочные) А-ч на килограмм. Кроме того, они имеют малый КПД, достаточно высокий саморазряд. Стоит отметить и невозможность их применения в условиях пониженного атмосферного давления. В серебряно─цинковых аккумуляторах удалось преодолеть эти недостатки. В этом материале мы постараемся разобраться в конструкции, принципе работы и эксплуатации серебряно─цинковых батарей.
Содержание статьи
Конструкция серебряно─цинковых аккумуляторов
Серебряно─цинковые аккумуляторы собираются в корпусе из пластика. В качестве отрицательного электрода используются пластины из смеси порошка цинка (Zn) и окиси цинка (ZnO). Положительными электродами являются пластины из оксида серебра (AgO). На изображении ниже можно посмотреть конструкцию серебряно─цинкового электрода.
Конструкция серебряно─цинковых аккумуляторов
Отрицательные электроды находятся в конвертах из целлюлозного вещества. Благодаря своим свойствам, это вещество проницаемо для щелочного электролита. Положительные электроды находятся в конвертах из лозной плёнки. Это вещество стойкое к воздействию электролита.
Материал сепараторов тщательно выбирался для серебряно-цинковых аккумуляторов и имеет важное значение. При заливке электролита материал сепаратора отрицательного электрода набухает и препятствует оплыванию активной массы электрода. Кроме того, он мешает переносу коллоидных частиц серебра на пластины, противоположной полярности.
В результате такого подбора сепараторов пластины разной полярности имеют надёжную защиту от короткого замыкания. При этом имеется необходимая площадь соприкосновения пластин c электролитом. Когда формируется сборка пластин, то их плотно прижимают друг к другу и устанавливают прямо на дно корпуса. Никаких решёток для пластин в серебряно-цинковых аккумуляторах не применяется, поскольку материал электродов достаточно прочный и имеет высокую проводимость. Этот тип аккумуляторных батарей устойчив к ударному воздействию и вибрациям.
В качестве электролита используется водный раствор едкого калия (КОН). Его плотность составляет 1,4 гр./см3. Электролита для функционирования серебряно-цинкового аккумулятора требуется совсем немного. Благодаря этому можно устанавливать батарею как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Пробка выполнена водонепроницаемой, и она открывается в процессе зарядки. На корпусе имеются отметки максимального и минимального уровня электролита.
В серебряно-цинковых аккумуляторах протекает следующая обратимая реакция:
AgO + Zn ⇒ Ag + ZnO
Слева направо реакция идёт при разряде, справа налево протекает при заряде.
В таблице ниже приведены основные характеристики серебряно-цинковых аккумуляторных элементов.
| ЭДС, В | 1,85 |
| Рабочее напряжение, В | 1,55 |
| Теоретическая удельная энергоёмкость, Вт-ч/кг | 425 |
| Практическая удельная энергоёмкость, Вт-ч/кг | 150 |
| Рабочая температура, С | от -40 до +50 |
| Удельная энергоплотность, Вт-ч/куб. дм. | 650 |
Вернуться к содержанию
Особенности эксплуатации серебряно-цинковых батарей
Этот тип аккумуляторных батарей имеет очень маленькое внутреннее сопротивление, а также большую величину удельной энергоёмкости. Основной отличительной особенностью серебряно-цинковых аккумуляторов можно назвать возможность высокой отдачи тока. На 1 А-ч ёмкости аккумулятора ток может достигать 50 ампер.
В процессе зарядки батареи образуется и окись серебра (AgO). Благодаря этому кривая напряжения при заряде и разряде идёт ступенчато. Отчётливо видны участки с более высокими значениями напряжения, которые соответствуют восстановлению (при разряде) или окислению (при заряде) серебра. При больших токах разряда ступенчатый характер изменения напряжения становится менее заметным.
Если ток разряда небольшой, то значительную часть времени работы (около 80 процентов) значение напряжения находится на стабильном уровне. Этот этап соответствует восстановлению серебра. Ближе к концу разряда напряжение снижается довольно резко. ЭДС полностью заряженного серебряно-цинкового аккумулятора составляет 1,82—1,86 вольта. Удельные характеристики этого вида аккумуляторных батарей также выше, чем у свинцово─кислотных и никель─кадмиевых. Постоянное значение напряжения в процессе разряда большим током так же является одной из ключевых характеристик. Энергоотдача составляет около 85 процентов, отдача по току приближается к 100 процентам. Стоит отметить и невысокий саморазряд серебряно-цинковых АКБ.
Ниже можно посмотреть сравнение некоторых характеристик серебряно-цинковых, никель-кадмиевых, свинцово-кислотных стартерных аккумуляторов для автомобиля.
| Тип аккумулятора | Режим разряда | Удельная ёмкость, Ач/кг | Удельная энергия, Вт-ч/кг | Удельная мощность, Вт/кг |
|---|---|---|---|---|
| Свинцово-кислотные | 5 минут 1 час 10 часов | 3,2-4,1 9-12,5 11-12,9 | 5,4-7 18-25 22-25 | 54-90 18-25 2,1-2,6 |
| Никель-кадмиевые безламельные | 5 минут 1 час 10 часов | 21 23 23 | 16,4 27,3 29 | 197 27,3 2,9 |
| Серебряно-цинковые | 5 минут 1 час 10 часов | 19-31 41-73 65-100 | 25-41 60-106 100-150 | 300-500 60-106 10-15 |
| Тип аккумулятора | Режим разряда | Удельная ёмкость, Ач/кг | Удельная энергия, Вт-ч/кг | Удельная мощность, Вт/кг |
Серебряно-цинковые аккумуляторы хранятся без электролита долгое время. Чтобы привести в рабочее состояние элементы этого типа, нужно:
- предварительно провести их визуальный осмотр для выявления механических повреждений и коррозии элементов;
- далее аккумуляторы нужно залить электролитом. Для этого используется раствор едкого калия в воде с плотностью 1,4 гр./см3, который насыщен окисью цинка;
- провести формировочные циклы заряд-разряд, а затем контрольный и рабочий заряд батареи.
Во время визуального осмотра проверяется исправность крышки, бачка, токоотводов, газовыводящих клапанов. Не забудьте проверить уровень электролита. Незалитые серебряно-цинковые аккумуляторы проверяются на отсутствие короткого замыкания.
После визуального осмотра и заливки электролита у всех элементов проверяется ЭДС. Для нормальной работы аккумулятора электроды должны пропитаться электролитом. Чтобы ускорить этот процесс серебряно-цинковые аккумуляторы помещаются в барокамеру. Предварительно у них снимаются крышки с заливочных отверстий.
Размер серебряно-цинковых аккумуляторов
Давление в барокамере снижается на несколько минут до величины давления 2─8 кПа (это около 15—60 миллиметров ртутного столба). Затем оно постепенно увеличивается до атмосферного. И так повторяется несколько раз для лучшей пропитки.
Когда аккумуляторы залиты, то проводится их формировка. Эта процедура заключается в проведении двух полноценных циклов заряд-разряд. При этом нужно контролировать полноту заряда по времени или по напряжению элемента.
Напряжение серебряно-цинкового аккумулятора должно быть в интервале 2─2,1 вольта. Примерно через час после проведения зарядки величина ЭДС должна составлять 1,82—1,88 вольта. После заряда проводится разряд определенным током. Аккумулятор разряжается до напряжения примерно 0,6—1,25 вольта.
После того, как серебряно─цинковый аккумулятор залит электролитом, храниться он должен при температуре 5—10 С. В таком режиме лучше сохраняется целлофан сепаратора.
Стоит также помнить о том, что ёмкость батареи сильно падает при отрицательных температурах. С20 распространённых ёмкость составляет 50 процентов от номинала. При отрицательной температуре уменьшается и среднее разрядное напряжение. Так, что серебряно-цинковые батареи, функционирующие при отрицательной температуре, обогревают.
В таблице ниже представлены характеристики объёма моделей серебряно-цинковых аккумуляторов, выпускаемых российскими производителями.
| Маркировка аккумулятора | Вес АКБ с залитым электролитом, кг | Номинальная ёмкость (разряд 10 часов), Ач | Ток пяти минутного разряда, А |
|---|---|---|---|
| СЦ-0,5 | 0,024 | 0,85 | 2 |
| СЦ-1,5 | 0,035 | 1,8 | 3,5 |
| СЦ-3 | 0,095 | 4,5 | 35 |
| СЦ-5 | 0,16 | 7,5 | 60 |
| СЦ-12 | 0,195 | 14 | 80 |
| СЦ-15 | 0,245 | 16,5 | 95 |
| СЦ-18 | 0,3 | 20 | 120 |
| СЦ-25 | 0,47 | 27 | 150 |
| СЦ-40 | 0,72 | 45 | 180 |
| СЦ-45 | 0,76 | 50 | 200 |
| СЦ-50 | 0,84 | 55 | 250 |
| СЦ-70 | 1,35 | 80 | 400 |
| СЦ-100 | 1,6 | 100 | 600 |
| СЦ-120 | 1,9 | 130 | 650 |
| Маркировка аккумулятора | Вес АКБ с залитым электролитом, кг | Номинальная ёмкость (разряд 10 часов), Ач | Ток пяти минутного разряда, А |
Сфера применения серебряно-цинковых АКБ
Области применения серебряно-цинковых аккумуляторов обусловлены их характеристиками. В основном они применяются там, где требуются АКБ небольшого объема и массы. Ниже приведены основные области применения:
- Военная техника;
- Геофизическое и геологическое оборудование;
- Космическая отрасль;
- Авиационная техника.
Один из примеров использования серебряно-цинковых аккумулятора во время лунной программы «Аполлон». Они применялись в луноходах, которые использовались для перевозки астронавтов. Ёмкость этих аккумуляторов была равна 120 А-ч, напряжение 36 вольт. При теоретической дальности пробега 92 километра, реальный пробег составлял 20─30 километров. Еще один пример использования — энергетические установки торпед СЭТ-65 и УСЭТ-80 в советских и российских подводных лодках. Кстати, последние активируются с помощью морской воды.
Вернуться к содержанию
Плюсы и минусы серебряно-цинковых аккумуляторов
Плюсы
- Удельная энергия в несколько раз превышает значения других типов АКБ;
- Механическая прочность;
- Небольшие размеры и масса;
- Чистое производство по сравнению с другими батареями;
- Выдерживают высокие разрядные токи;
- Небольшой ток саморазряда (до 15 процентов от ёмкости в месяц);
- Стабильные разрядные характеристики;
- Устойчивы к недозаряду, перерыву при зарядке и глубокому разряду.
Минусы
- Высокая цена;
- Небольшой срок службы по сравнению с другими типами (до 100 циклов заряд-разряд);
- Долго заряжаются (до 20 часов);
- Сильное газовыделение;
- Плохо переносят перезаряд.
Опрос
Загрузка ...
Вернуться к содержанию
(голосов: 20, в среднем: 4,80 из 5)
Загрузка...
Серебряно-цинковые аккумулятор СЦС18 и батарея на его основе многоразового действия предназначены для питания постоянным током различной аппаратуры
Серебряно-цинковые аккумулятор СЦС5 и батареи на его основе многоразового действия предназначены для питания постоянным током различной аппаратуры
Привет,
Можно получать информации о серебряно цинковых акумулаторов в електронным формате (PDF, DOC, DOCX)?
Я хочу переводить статью.
Большое спасибо
Ульрич Бурбат