Подробно о щелочных аккумуляторах
Щелочные аккумуляторы получили своё название по электролиту, который в них работает. В большинстве случаев это водный раствор КОН (едкий калий) или NaOH (едкий натрий). Этот вид аккумуляторов имеет ряд преимуществ перед кислотным типом батарей, но не лишён и недостатков. В некоторых областях народного хозяйства применение щелочных аккумуляторов более оправдано. Поэтому сегодня мы рассмотрим характеристики и устройство щелочных аккумуляторов, а также сферы их применения.
Содержание статьи
- 1 Устройство щелочных аккумуляторов
- 2 Принцип работы щелочных аккумуляторов
- 3 Особенности эксплуатации и срок службы щелочных аккумуляторов
- 4 Виды щелочных аккумуляторов и области их применения
- 5 Маркировка щелочных аккумуляторов
- 6 Сдача и утилизация щелочных аккумуляторов
- 7 Плюсы и минусы щелочных аккумуляторов
- 8 Опрос
Устройство щелочных аккумуляторов
Самыми распространёнными видами щелочных батарей являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные (ещё их называют никель─железные). У обоих типов аккумуляторов в заряженном состоянии активная масса положительного электрода состоит из NiOOH (гидроокись никеля) с добавлением окиси бария и графита. Графит предназначен для увеличения электропроводности активной массы. Добавка окиси бария увеличивает срок эксплуатации щелочного аккумулятора.
Активная масса отрицательного электрода в случае никель─металлогидридного аккумулятора представляет собой порошкообразное железа (Fe) и его окислы. В ней присутствует добавки сернистого железа и сернокислого никеля. В случае никель─кадмиевых батарей активная масса отрицательного электрода представляет собой смесь порошка кадмия (Cd) и железа. В качестве электролита для щелочных аккумуляторов применяется водный раствор едкого калия (20%). В электролит добавляется моногидрат лития в количестве 20—30 грамм на литр. Эта добавка увеличивает срок эксплуатации аккумуляторной батареи.
Давайте рассмотрим конструкцию и устройство щелочного аккумулятора на примере моделей батарей, используемых в тепловозах и пассажирских вагонах. Там применяются как никель─металлогидридные (Ni─MH), так и никель─кадмиевые аккумуляторы (Ni─Cd). На предприятиях выпускаются никель─железные и никель─кадмиевые батареи, в которых электроды выполнены в виде рамок из стали, покрытой никелем. В пазы этих рамок запрессованы ламели.
Ламель представляет собой пакет, заполненный активной массой. Ламели выполнены из никелированной жести с большим количеством отверстий. Это делается для того, чтобы электролит мог поступать к активной массе.
В никель─кадмиевых аккумуляторах (в маркировке присутствует НК) отрицательная пластина находится между 2-мя положительными. Никель─железные (в маркировке НЖ) или никель─металлогидридные аккумуляторы предусматривают наличие одной положительной пластины между 2-мя отрицательными. Чтобы не было короткого замыкания, между пластинами ставят сепараторы. Их делают в виде полихлорвиниловой сетки или эбонитового стержня.
На изображении ниже представлено устройство щелочного аккумулятора Ni-MH. На схеме можно видеть полублоки электродов и аккумулятор в сборе.
Полублоки и никель─железный аккумулятор в сборе. На примере тепловозного аккумулятора ТПНЖ
А на следующей картинке можно посмотреть устройство щелочного аккумулятора Ni-Cd.
Полублоки и никель─кадмиевый аккумулятор в сборе. На примере аккумулятора НКН-100
В таких разновидностях аккумуляторных батарей, как ТПНЖК и ТПНЖ используются панцирные положительные пластины. Эти пластины помещаются в специальные чехлы или панцири. Электроды находятся в корпусе из никелированной жести. У корпуса имеется приваренная крышка с отверстиями под выводные штыри. Также предусмотрено отверстие для заправки электролитом и вывода газов. Чтобы придать корпусу механическую прочность, стенки делаются гофрированными. Сверху корпус закрыт резиновым чехлом, который обеспечивает изоляцию элементов от ящика, где установлена батарея. Теперь немного о том, за счёт чего обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Вернуться к содержанию
Принцип работы щелочных аккумуляторов
Когда происходит разряд батареи, на положительном электроде идёт реакция гидроокиси никеля (NiOOH) с ионами электролита. В результате образуется гидрат закиси никеля Ni(OH)2. На отрицательном электроде кадмий и железо превращаются в гидрат окиси кадмия (Cd(OН)2) и железа (Fe(ОН)2). Протекание тока по внешней и внутренней сети обеспечивает разность потенциалов (примерно 1,45 вольта) щелочного аккумулятора. Таким образом, обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Когда происходит заряд щелочной АКБ, то под воздействие тока активная масса положительных пластин окисляется. Гидрат закиси никеля Ni(ОН)2 переходит в гидроокись никеля (NiOOH). В активной массе отрицательных электродов при заряде идёт восстановление с образованием кадмия и железа.
Ниже представлены реакции, происходящие в процессе разряда-заряда, представлены следующими уравнениями:
Щелочная АКБ Ni─MH:
2Ni(OOH) + 2KOH + Fe ⇒ 2Ni(OH)2 + 2KOH + Fe(OH)2
Щелочная АКБ Ni─Cd:
2Ni(OOH) + 2KOH + Cd ⇒ 2Ni(OH)2 + 2KOH + Cd(OH)2
Работа щелочного аккумулятора такова, что номинальное значение разрядного тока составляет 0,2*С. Величина «С» обозначает номинальную ёмкость аккумуляторной батареи. Максимальный разрядный ток, к примеру, при запуске дизельного двигателя, составляет до 4*С. Штатный ток заряда щелочных АКБ равен 0,25*С.
Стоит отметить, что вещества, которые образуются во время работы щелочного аккумулятора и протекания электрохимических реакций, почти не растворяются в электролите и не реагируют друг с другом. За счёт того, что электролит для щелочного аккумулятора с ними не взаимодействует, отсутствует его расход и плотность не меняется. В результате требуется меньший объём, чем в кислотной батарее.
Чтобы отрицательный электрод (состоит из губчатого железа) никель─железной батареи работал правильно, его вес должен быть больше положительного. Эти объясняется большее количество отрицательных пластин в этом типе АКБ. Сборный блок в этом типе щелочных батарей по краям имеет отрицательные пластины. Эти пластины имеют электрическое соединение с корпусом. В Ni─Cd батареях все наоборот. Там активная масса положительного электрода должна иметь больший объем, чем отрицательного. У них блоки имеют по краям положительные пластины, которые имеют соединение с корпусом.
Напряжение щелочного аккумулятора при полной зарядке составляет примерно 1,45 вольта. Из-за существенного внутреннего сопротивления этого типа батарей, напряжение щелочного аккумулятора существенного меньше номинала при разряде и существенно больше при заряде.
Когда выводам батареи подключается нагрузка и начинается разряд, то напряжение быстро снижается до 1,3 вольта, а затем медленно уменьшается до одного вольта. При достижении этой отметки разряд нужно останавливать. Среднее значение расчётного напряжения при разряде равно 1,25 вольта. Ниже напряжения 1 вольт разряжать щелочной элемент не рекомендуется. Это может приводить к потере ёмкости и уменьшению срока эксплуатации.
Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде
Когда ведётся зарядка, то напряжение щелочного аккумулятора довольно быстро возрастает с 1,55 до 1,75 вольта, а потом достаточно медленно идёт до 1,8 вольта. Заряд герметичного щелочного аккумулятора ведут до того момента, пока ему не будет передано определённое число А-ч в соответствии с его паспортными характеристиками. Ток заряда герметичного щелочного аккумулятора устанавливается, как 0,25*С (номинальная ёмкость). В процессе заряда батарее передаётся 150 процентов ёмкости. Для дополнительной информации, читайте статьи о зарядке и восстановлении Ni─Cd аккумуляторов.
Кислотные и щелочные аккумуляторы схожи в том, что при зарядке у обоих типов батарей выделяется газ. Однако в случае герметичных щелочных аккумуляторов газовыделение не является признаком окончания зарядки. Но здесь также рекомендуется снижать ток, если выделение газов идёт слишком бурно.
Можно сказать, что герметичные щелочные аккумуляторы лучше перезарядить, чем они будут незаряженными. Неполный заряд для них сокращает срок эксплуатации. В то же время излишний заряд также не допустим. В процессе заряда растёт их температура. При значениях выше 45 градусов Цельсия начинает разрушаться активная масса электродов. Для дополнительной информации, читайте о зарядке Ni─MH аккумуляторов.
Вернуться к содержанию
Особенности эксплуатации и срок службы щелочных аккумуляторов
В принципе, уход при эксплуатации щелочных аккумуляторных батарей примерно такой же, как и в случае кислотных. Нужно периодически контролировать уровень электролита, а также проводить зарядку АКБ. Герметичные щелочные аккумуляторы должны регулярно подзаряжаться и находиться в чистоте.
Герметичные щелочные аккумуляторы могут при хранении находиться в полузаряженном или разряженном состоянии достаточно длительное время. Также стоит отметить, что аккумуляторы щелочного типа менее чувствительные к действию отрицательных температур. Кроме того, герметичные щелочные аккумуляторы способны работать при разряде большими токами (высокая перегрузочная способность).
Благодаря тому, что герметичный щелочной аккумулятор имеет большое внутреннее сопротивление, сильный разряд и кратковременные короткие замыкания не вредят этим батареям. Щелочные АКБ устойчивы к воздействию вибрации, тряски, ударов благодаря высокой прочности. По сравнению с кислотными они имеют большую удельную энергию, больший срок эксплуатации и могут храниться дольше.
Саморазряд герметичных щелочных аккумуляторов при разомкнутой цепи составляет 20 процентов ёмкости за 9 месяцев. Это немного, если сравнивать с кислотными АКБ. У последних такой уровень саморазряда наблюдается за месяц. Немаловажно отметить, что при эксплуатации герметичных щелочных аккумуляторов нет вредных газовыделений и они достаточно надёжны.
Но батареи щелочного типа имеют некоторые минусы и неудобства при эксплуатации. Напряжение при разряде у них примерно на 40 процентов ниже, чем у кислотных. В результате для производства одного и того же напряжения АКБ нужно набирать разное количество элементов. И в случае герметичного щелочного аккумулятора количество таких элементов будет значительно больше. Из-за высокого внутреннего сопротивления батарей со щелочным электролитом, напряжение при интенсивном разряде снижается значительно быстрее, чем у кислотных.
Вернуться к содержанию
Виды щелочных аккумуляторов и области их применения
Ламельные щелочные АКБ, конструкция которых была рассмотрена выше, широко используются в качестве тяговых щелочных аккумуляторов. Кроме того, они используются и в качестве стартерных. Ниже приведены области применения таких аккумуляторных батарей:
- локомотивы и пассажирские вагоны;
- сигнализации и системы аварийного энергоснабжения;
- рудничные электровозы;
- всевозможная напольная электротехника (различные погрузчики на складах и производствах. Например, щелочной аккумулятор ТНЖ);
- для запуска двигателей внутреннего сгорания.
Аккумулятор для пассажирских вагонов
Аккумулятор для погрузчика
Щелочные АКБ встречаются в телефонах, фотоаппаратах, трамваях, троллейбусах и т. п. Батареи щелочного типа получили широкое использование в различной портативной технике и электроинструменте. Там используются батареи цилиндрической формы с электродами рулонного типа. Они имеют номинальное напряжение 1,2─1,3 вольта. Такие элементы набираются в аккумулятор и используются, к примеру, в шуруповёртах. Подробнее об их использовании читайте в статье «Ni-Cd аккумуляторы для шуруповёрта».
Аккумулятор шуруповёрта
Ni─Cd аккумуляторы
Ni─MH аккумуляторы
Кроме того, щелочные аккумуляторные батареи можно встретить в роли стартерных на автомобилях. Правда, выпускаются они в основном только для некоторых грузовых автомобилей, а также для военной техники. На легковых автомобилях они встречаются редко. Но, в принципе, ничего не мешает некоторым автовладельцам устанавливать щелочной аккумулятор 12В на своих «железных коней». И отзывы об их использовании положительные.
Вернуться к содержанию
Маркировка щелочных аккумуляторов
Рассмотрим маркировку тяговых батарей российского производства. У нас в стране производством таких батарей занимается Великолукский завод щелочных аккумуляторов и Курский завод «Аккумулятор». При поставке продукции на внутренний рынок они маркируют свою продукцию следующим образом (буквы и цифры поясняются по мере их следования слева направо):
- Если в маркировке перед цифрами стоят буквы, то они показывают число элементов в батарее;
- Затем следуют буквы, показывающие область применения (Т – тяговый, ТП ─ тепловозный, В ─ вагонный);
- Далее идут буквы, обозначающие тип. Например, НЖ — никель─железная АКБ;
- Если присутствует буква К, то это значит, что конструкция блока электродов комбинированная (при этом положительный электрод ламельного типа, отрицательный ─ безламельного);
- Если в маркировке присутствует Ш, то это АКБ для шахтных электровозов;
- Если в маркировке после букв есть цифры, то это величина номинальной ёмкости батареи, выраженная в А-ч;
- После значения ёмкости могут присутствовать буквы: П (пластмассовый корпус), В (высокий вариант), М (модернизированный), У (исполнение для умеренного климата), Т (исполнение для тропического климата);
- Далее цифры обозначающие категорию размещения в соответствии с ГОСТ 15150-69 (2 обозначает размещение над землей, 5 ─ под землей).
По международной системе маркировка щелочных батарей следующая:
- цифры перед буквами показывают число элементов в батарее;
- Буква F говорит о том, что это никель─железный аккумулятор;
- Далее идут буквы, которые обозначают токи в режиме разряда (L ─ до 0,5*С, M ─ (0,5─3,5)*С, H ─ (3,5─7)*С, X ─ больше 7*С);
- Следующие цифры показывают ёмкость батареи в А-ч;
- Следующие буквы показывают материал корпуса (к примеру, Р ─ пластический материал). Затем идёт дефис и далее указываются различные особенности конструкции АКБ по системе обозначений производителя. Ещё через дефис могут указываться категория размещения и климатическое исполнение в соответствии с ГОСТ 16150-69.
Сдача и утилизация щелочных аккумуляторов
В последние годы повсюду появились пункты приёма свинцово─кислотных автомобильных аккумуляторов. Это стало очень выгодно, поскольку производители АКБ платят за них хорошие деньги и забирают аккумуляторы на утилизацию. В большинстве таких пунктов приёма можно сдать и щелочные батареи. Но ещё не везде. Дело в том, что у населения таких АКБ меньше и пунктам приёма приходится долго их накапливать, чтобы сдать на предприятие.
Помните, что нельзя просто так выкидывать щелочные АКБ на помойку. В их составе присутствуют опасные вещества. Это едкий калий и натрий, соединения щелочных металлов и другие вещества, которые необходимо грамотно обезвреживать. Просто складировать их дома или в гараже то же небезопасно.
Поэтому нужно обязательно сдавать их в пункты приёма, откуда их заберут на утилизацию по всем правилам. И что самое важное. Вы избавляетесь от старого нерабочей щелочной батареи и получаете за это деньги.
Вернуться к содержанию
Плюсы и минусы щелочных аккумуляторов
Плюсы
- Длительный срок службы при правильной эксплуатации;
- Возможность глубокого разряда;
- Работа при отрицательных температурах без потери свойств;
- Небольшой саморазряд;
- Небольшой удельный вес.
При снижении температуры с 25 градусов Цельсия ёмкость щелочного аккумулятора понижается с каждым градусом на 0,5 процента. Показатель лучше, чем у свинцово-кислотных практически в два раза. Но стоит отметить, что при низкой температуре возрастает и скорость уменьшения ёмкости.
Вернуться к содержанию
Минусы
- Эффект памяти, приводящий к потере ёмкости. Появляется, если не разряжать щелочной аккумулятор до конца;
- Существенный разброс рабочего напряжения элементов (1─1,75 вольта). Для набора под 12В аккумулятор разброс уже составит 10─17,5 вольта. Для работы в таком диапазоне напряжений нужно специальное зарядное устройство;
- КПД заряда у щелочных составляет всего 55 процентов. У кислотных АКБ этот показатель равен 80 процентов;
- Обслуживание должен выполнять квалифицированный работник, поскольку в щелочных аккумуляторах периодически необходимо менять электролит.
Рекомендуем прочитать материал о том, как восстановить Ni─MH аккумуляторы.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
На этом можно поставить точку. Если у вас есть дополнения к статье, ждём их в комментариях. Можете подробнее прочитать про виды аккумуляторов для автомобиля. Также приглашаем принять участие в опросе и оценить материал ниже. Это поможет нам улучшить качество материалов. Удачной эксплуатации щелочных аккумуляторов!
Вернуться к содержанию
(голосов: 25, в среднем: 4,36 из 5)
Загрузка...
А серебряные аккумуляторы они со щелочью?
Их НЕ БЫВАЕТ. Соответственно нет.
Для горе-специалистов,плавающих в теме,коих сейчас,к сожалению,в рашке,слишком много-почитайте про серебрянно-цинковую батарею 15сцс45б,на которой вся авиация стоит…. Она,кстати,ещё и стартерная,а количество серебра в ней-около 1 кг… Загуглите,их выпускют в Саратове,и на вторичке валом… Учите матчасть,»УВАЖАЕМЫЙ»….. Беда в стране,к сожаленю,число сусликов мнящих себя агрономами близко к критической массе,скоро страна развалится…..
Добрый день! Нам нужен щелочный аккумулятор на электрокару! Есть ли у вас?
йсылу у меня есть акб тнж 300 в количестве 40 шт.
Реакция щелочного аккумулятора не верна, плохо учили химию в средней школе)))
У вас есть ТНЖ-450 щелоч. акумлятори 12в. мне нужен 10штук, ответе рожалуста и цену укажите еще.