Щелочные аккумуляторы. Устройство, принцип действия, достоинства и недостатки

Конструкция, принцип действия щелочных аккумуляторов

В гражданской авиации России и других государств используются ни­кель-кад­миевые аккумуляторы, которые конструктивно и по своим электри­ческим характе­ристикам подобны друг другу.

В качестве активного вещества положительных электродов в никель-кадмиевых аккумуляторах используется гидрат окиси никеля, отрицатель­ных электродов – губчатый кадмий. Электролитом является водный раствор едкого кали (КОН).

Электрохимические процессы, происходящие при разряде и заряде аккумуля­тора описываются выражением:

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

В отличие от кислотных аккумуляторов в щелочных аккумуляторах плотность электролита при заряде и разряде аккумулятора почти не изменя­ется. При эксплуа­тации плотность электролита выбирают в зависимости от температуры, при кото­рой предполагается использование аккумулятора.

ЭДС аккумулятора (одного элемента) составляет 1,36 В и не зависит от темпера­туры и плотности электролита. Для получения напряжения акку­муляторной бата­реи 24÷25 В используется батарея из двадцати последова­тельно включенных акку­муляторов (элементов). Ёмкость никель-кадмие­вого аккумулятора мало зависит от величины тока разряда.

Конструктивно самолётная щелочная батарея аккумуляторов состоит из два­дцати отдель­ных аккумуляторов (элементов) НКБН-25 (рис.2.2.1.), каждый из которых имеет индивидуаль­ный корпус из полихлорвинила

Рис.2.2. Щелочной аккумулятор (элемент) НКБН-25

1 – корпус ; 2 – блок пластин (электродов); 3 – крышка; 4 – мостик;

5 – борн (полюсной штырь); 6 – гайка; 7 – уплотнительное кольцо;

8 – пробка; 9 – шайба; 10 – экран.

(или по­лиамидной смолы). В каждом элементе расположены блоки из 15 положи­тельных и 14 отрица­тельных электродов (пластин), которые отде­лены друг от друга сепаратором, вы­полненным из одного слоя капрона и одного слоя щёлочестойкой бумаги. В верх­ней части каждого элемента рас­положены два борна (полюсных штыря с резьбой в верхней части), а также резьбовое отверстие для заливки электролита. Положи­тельный борн марки­руется зна­ком + (см. рис.2.2.3). Отверстие после заливки элек­тролита глу­шится пробкой, которая не даёт выливаться электролиту при любом по­ло­жении самолёта, а также обеспечивает сообщение полости аккумулятора с воз­душ­ной средой.

Рис.2.3. Общий вид щелочной батареи 20НКБН-25

1 – ручка затвора; 2 – ручка для переноски; 3 –замок; 4 – корпус; 5 и 14 – соеди­нительные шины (накладки); 6 и 9 – прокладки; 7- шайба; 8 – гайка;

10 – крышка; 11 – окна; 12 – изоляционный уголок; 13 – аккумулятор НКБН-25;

15 – стержень крепления.

Элементы размещаются в общем стальном корпусе в 2 ряда (рис.2.2.3). Ряды от­делены друг от друга изолирующей прокладкой 4. Акку­муляторы НКБН-25 отде­лены друг от друга и от корпуса батареи с помощь­ю прокла­док, которые помимо изоляции обеспечивают плотное размещение элемен­тов в корпусе батареи. Для по­следовательного соединения элементов между собой предусмотрены шины 3 и 7 в виде накладок, которые надева­ются на положительный и отрицательный полюса соответствующих эле­ментов и крепятся с помощью гаек.

Для контроля уровня электролита на боковых стенках корпуса преду­смотрены смотровые окна.

Сверху корпус закрывается пластмассовой крышкой 10 (рис.2.2.2.), которая за­крывается защёлкивающимися (патефонными) замками 3.

Для изоляции корпуса батареи от металлической конструкции само­лёта к осно­ванию с двух сторон прикреплены изоляционные уголки.

Рис. 2.4. Вид на аккумуляторную батарею 20ЕКБН-25 сверху.

1 – розетка штепсельного разъёма; 2 – корпус; 3 – соединительная шина (накладка); 4 – прокладка; 5 – гайка; 6 – прокладка задняя; 7 – шина;

8 – аккумулятор (элемент) НКБН-25; 9 – вывод.

Для подсоединения батареи к бортовой сети на задней стенке корпуса располо­жен штепсельный разъём РША-1.

Основные данные аккумуляторной батареи 20НКБН-25:

— напряжение при токе нагрузки 80÷100 А не менее 24 В

— максимальный разрядный ток……………………….650 А

— ёмкость при токе разряда 10 А………………………..25 Ач

— время разряда при токе 50 А…………………………..22 мин

— время разряда при токе 100 А…………………………11 мин

— отдача по ёмкости……………………………………. 80÷85 %

Вместо отечественных аккумуляторных батарей 20НКБН-25 на само­лётах и вер­толётах гражданской авиации разрешается комплектная уста­новка французских ак­кумуляторных батарей аккумуляторных батарей 26108 фирмы SAFT и 20FR25Н1С-R VARTA, которые полностью взаимозаменяемы с аккумуляторными батареями 20НКБН-25.

Данные аккумуляторные батареи состоят из двадцати никель-кадмие­вых эле­ментов (аккумуляторов) типа VHP 260 KH-3. Каждый элемент имеет индивидуаль­ный корпус из полиамидной пластмассы. Все элементы разме­щаются в общем кор­пусе из нержавеющей стали, полностью идентичном корпусу аккумуляторной бата­реи 20НКБН-25. Электролит – раствор едкого калия (КОН) с относительной плотно­стью 1,30. Аккумуляторные батареи мо­гут эксплуатироваться при температуре ок­ружающей среды от -40°С до +71°С.

Номинальное напряжение при токе 90 – 100А составляет 24В. При температуре воздуха ниже -5°С при проверке аккумуляторной батареи до­пускается напряжение;

22,5 В – для аккумуляторных батарей SAFT :

23 В – для аккумуляторных батарей VARTA.

Достоинства щелочных аккумуляторных батарей:

Щелочные аккумуляторы в сравнении с кислотными имеют следую­щие пре­имущества:

— меньше масса (примерно на 4¸5 кг);

— больше удельная мощность;

— не боятся ударов;

— не боятся вибрации;

— не боятся коротких замыканий во внешней цепи;

— не боятся недозарядов и глубоких разрядов;

— хранятся в разряженном состоянии;

— имеют больший срок службы;

— проще в эксплуатации.

Щелочные аккумуляторы имеют и недостатки, из которых самый су­щественный — явление “теплового разгона”. “Тепловой разгон” возможен только в конце заряда щелочного аккумулятора от мощного источника по­стоянного тока. Он проявляется в виде резкого роста тока заряда с одновре­менным ростом температуры электролита.

Тепловой разгон возможен при наличии одновременно трех факторов:

— заряд аккумулятора от источника постоянного тока значительно бо­лее мощного, чем аккумуляторная батарея;

— заниженный уровень электролита (значительная поверхность элек­тродов и сепара­тора находятся над поверхностью электролита);

— в сепараторе над поверхностью электролита есть повреждения, че­рез которые мо­гут проникать газы, образующиеся при заряде аккумуля­тора.

Щелочные акб — характеристики преимущества и недостатки

Щелочные батареи представляют собой портативный источник постоянного тока, заправленный электролитом на основе водного раствора едкого натрия или калия. Изделия отличаются повышенным сроком эксплуатации, достигающим 25 лет (устройства ламельного типа). Оборудование поддерживает алгоритмы ускоренной зарядки, при разрядке обеспечивается повышенная мощность.

Отличие от других АКБ

Наибольшее распространение получили щелочные аккумуляторы на основе никель-кадмиевых или никель-железных композиций. Положительные электроды кадмиевых батарей изготовлены из соединения гидрата закиси никеля и графитового порошка с добавлением окиси бария.

Отрицательные пластины выполнены из чистого кадмия/железа или гидрата закиси кадмия/железа. В состав щелочного электролита (на основе гидроксида калия) введен гидроксид лития, способствующий повышению емкости и улучшению разрядных характеристик.

Активная масса на катоде и аноде нанесена на стальную сетку, что позволяет увеличить площадь вещества, принимающего участие в электрохимической реакции. В полость банок залит жидкий электролит.

В устройство щелочного аккумулятора дискового типа входят анодная и катодная пластины, разделенные пластиковым сепаратором. В состав электролита введены специальные загустители, способствующие удержанию раствора в полостях сепаратора.

В отличие от кислотных батарей, щелочные элементы допускают перезарядку. Стандартный алгоритм восстановления емкости занимает 6 часов. После длительного хранения в разряженном состоянии или эксплуатации в цепях с пониженным энергопотреблением производится интенсивная зарядка, длящаяся до 12 часов.

При падении силы тока в цепи зарядки ниже нормативного значения рабочие характеристики щелочных элементов питания ухудшаются.

Химические процессы

Во время работы батареи протекает обратимая химическая реакция взаимодействия материалов катода и анода с ионами электролита. В результате положительные пластины покрываются слоем нестехиометрического гидрата закиси никеля, а на отрицательных электродах формируется гидрат окиси кадмия. Во внешней цепи образуется разница потенциалов, составляющая 1,45 В (рабочее напряжение 1,2 В).

При подаче напряжения от зарядного блока реакция происходит в обратном направлении — гидрат закиси никеля преобразуется в гидроокись никеля, а на отрицательной пластине восстанавливается кадмий. Вещества, используемые в батарее, не вступают в реакции между собой.

Также отсутствует растворение материалов в электролите, что способствует поддержанию химического состава и плотности рабочей жидкости. Стабильность плотности электролита повышает устойчивость оборудования к воздействию низких температур.

В процессе работы батареи происходит разложение воды, входящей в состав электролита. Для восстановления используются циклы рекомбинации, дополненные периодической доливкой воды (по мере снижения уровня жидкости в банках).

Едкий калий или натрий активно поглощает углекислый газ, находящийся в атмосферном воздухе. В результате происходит карбонизация и снижение электропроводных характеристик раствора. Для восстановления параметров выполняется периодическая замена жидкости, химических способов регенерации не существует.

Замена электролита

После слива отработавшего раствора полости промываются дистиллированной водой или раствором щелочи. Для удаления остатков загрязнений корпус аккумулятора встряхивается. Использовать механические приспособления для удаления грязи запрещается.

Свежий раствор с необходимой плотностью заливается непосредственно после промывки. Батарея выдерживается на протяжении 2-3 часов, рабочая жидкость заполняет пустоты между положительными и отрицательными пластинами.

Затем проверяется плотность раствора и осуществляется зарядка, для корректировки состава электролита используется дистиллированная вода. Не допускается хранение или эксплуатация щелочной аккумуляторной батареи с оголенными торцами пластин и вывернутыми пробками.

Преимущества и недостатки

Как и любой источник питания, щелочные АКБ обладают преимуществами и недостатками, определяющими сферы применения изделий. Материалы анода и катода обладают повышенной электрической проводимостью, что позволяет повышать ток в цепи разрядки/зарядки выше номинального значения без риска разрушения активной массы.

Конструкция допускает кратковременное короткое замыкание, губительное для кислотных батарей.

Дополнительным плюсом щелочных элементов является повышенная механическая прочность элементов конструкции, лишенных пластичного свинца. Пластины установлены в специальных стальных рамках.

Для изготовления корпусов используется лист из углеродистой стали, дополнительно защищающий детали от повреждений.

Недостатки щелочных источников тока:

1. При подключении к зарядному блоку частично разряженного аккумулятора наблюдается снижение емкости («эффект памяти»). Процесс является обратимым, при проведении тренировочных циклов емкость восстанавливается до исходных параметров. В основе процесса лежит способность гидроксида никеля образовывать разные модификации вещества.
2. Обратимость процесса снижения емкости имеет одновременно и плюсы, и минусы. После восстановления гидроксид никеля обладает повышенной активностью, что приводит к ускорению процессов саморазряда. Восстановленный кадмиевый аккумулятор теряет за 1 час до 10% емкости. Но в процессе нормальной эксплуатации эффект исчезает.
3. Разброс напряжения элементов, установленных в банке. Для обеспечения равномерной емкости необходимо использовать специальные зарядные устройства.
4. Повышенный расход электроэнергии при зарядке, КПД составляет не более 55%.
5. Необходимость периодического обслуживания с заменой электролита, для выполнения работ требуется квалифицированный персонал. Увеличенный объем работ ограничивает использование щелочных батарей для автомобиля.

Сфера применения

Щелочные источники постоянного тока используются в электронных приборах вместо базовых гальванических элементов. Из-за сниженного внутреннего сопротивления обеспечиваются стабильные рабочие характеристики и уменьшается вероятность перегрева источника питания.

Батареи применяются для обеспечения электроэнергией тяговых электродвигателей, установленных на складской технике.

Источники питания щелочного типа применяются для привода электрических двигателей строительного инструмента (малогабаритные дрели, шуруповерты).

Из-за постоянного ужесточения экологических требований происходит вытеснение никель-кадмиевых аккумуляторов устройствами на основе лития.

Небольшие габариты кадмиевых аккумуляторов, способность работать при понижении температуры до -40°С и высокая энергоемкость предопределили распространение изделий в авиации (в качестве бортовых источников питания).

Щелочные автомобильные аккумуляторы ограниченно используются в качестве устройств для пуска и обеспечения работы силового агрегата. Традиционные свинцово-кислотные обладают пониженным внутренним сопротивлением, обеспечивая увеличенный ток холодной прокрутки. Никелевые элементы обладают «эффектом памяти», негативно влияющим на емкость устройства при нарушении условий разряда и заряда.

Малогабаритные батареи щелочного типа, имеющие корпуса цилиндрической конфигурации, используются в наручных часах и бытовой технике.

Дисковые батареи отличаются применением герметичного металлического кожуха, рабочий ток не превышает 10% емкости (для снижения газообразования).

Правила эксплуатации

Основные требования к эксплуатации перезаряжаемых источников постоянного тока щелочного типа:

1. При эксплуатации устройств учитывается характеристика кривой падения напряжения. После подачи нагрузки происходит постепенное снижение напряжения до 1,1 В. Дальнейшая разрядка батареи приводит к снижению ресурса и разрушению активной массы на электродных пластинах.
2. Зарядка аккумуляторов выполняется с выкрученными пробками, при повышении температуры и давления происходит разрушение корпуса и металлических сеток электродных пластин.
3. Через каждые 10 дней эксплуатации производится визуальный осмотр корпуса изделия, затем проверяется и доводится до нормативного значения уровень электролита. В конструкции пробок предусмотрены дренажные каналы, предназначенные для сброса давления газов. Каналы прочищаются, одновременно проверяется состояние резиновых уплотнителей, потрескавшиеся элементы подлежат замене.
4. Через 100-125 рабочих циклов или через год эксплуатации производится замена электролита (с промывкой банок). Внешние поверхности корпуса очищаются от загрязнений, производится проверка затяжки креплений соединительных пластин. Для удаления следов коррозии на неокрашенных поверхностях используется ветошь, смоченная керосином.
5. Отработавшие аккумуляторные батареи с щелочным электролитом запрещено выбрасывать на свалки бытового мусора. Поскольку устройства имеют ограниченное распространение, их прием на утилизацию осуществляется специализированными организациями.

Правила хранения

Сухой щелочной аккумулятор хранится с закрученными пробками, срок складирования устройств не превышает 2 месяцев. Если устройство находилось в эксплуатации до 1 года, то перед длительным хранением необходимо снизить напряжение до 1 В и произвести слив электролита.

Затем проводятся дополнительные мероприятия по консервации и очистке корпуса от отложений солей, пробки плотно заворачиваются в отверстия банок, предотвращая циркуляцию воздуха. Аналогичные действия выполняются при длительной транспортировке изделий.

При хранении щелочных источников питания требуется соблюдать условия:

• периодически проверять затяжку пробок и состояние резиновых уплотнительных колец;
• удалять следы соли с поверхности корпуса;
• металлический корпус источника питания очищается от следов коррозии и покрывается слоем защитной краски или лака.

Для защиты стального кожуха используется специальный лак черного цвета на битумной основе. Для предохранения защитного покрытия от повреждений щелочным раствором используются специальные реагенты.

Срок хранения изделий зависит от температурных условий в помещениях. Никель-кадмиевые источники со слитым электролитом допускается хранить в полевых условиях в течение полугода, при размещении изделий в закрытых помещениях срок увеличивается до 5 лет.

Никель-железные элементы допускается хранить на протяжении 3,5 года (только в помещении). Необходимо предусмотреть защиту складских мест от воздействия прямого солнечного излучения и атмосферных осадков.

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

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.

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. (бесплатный): 8 800 200 60 10 Электронная почта: info@kurs60.ru Время работы: 8:30 — 17:30 (по Мск.)

Отличительные особенности щелочных аккумуляторов

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

Сфера применения щелочных батарей

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

Конструкция Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов

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

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

Батареи более солидных размеров

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

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

Положительные и отрицательные характеристики

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

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

Недостатки:

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

АКБ для солнечных батарей

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

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

Бытовые щелочные батарейки

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

Щелочные аккумуляторы для автомобилей

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

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

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

Период использования

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

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

Напряжение и реакция на его неустойчивость

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

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

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

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

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

Как зарядить щелочную батарею?

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

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

Существует несколько установленных режимов зарядки:

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

Последним режимом злоупотреблять не следует.

Применять его рекомендуется только в следующих ситуациях:

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

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

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

Зарядка алкалиновых батареек

Здесь все несколько быстрее, но и требует больше внимания.

Ход процесса:

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

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

Как проходит восстановление щелочной АКБ?

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

Делается это так:

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

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

О восстановлении бытовых щелочных батареек

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

Схема «тренировки» выглядит так:

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

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

Щелочные аккумуляторы. Устройство, принцип действия, достоинства и недостатки

Своё название щелочные аккумуляторы получили от вида электролита, необходимого для их работы. Основными разновидностями электролита, используемыми в щелочных аккумуляторах, являются едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH). При сравнении щелочных аккумуляторов с кислотными батареями, очевидно, что аккумуляторы, работающие на электролите, имеют некоторые преимущества. Однако недостатки у них также существуют. Особенности работы щелочных аккумуляторов делают их незаменимыми в некоторых производственных отраслях.

1. Устройство щелочных аккумуляторов
2. Особенности эксплуатации щёлочных аккумуляторов
3. Применение щёлочных аккумуляторов, их достоинства и недостатки.

Устройство щелочных аккумуляторов

Среди аккумуляторов, работающих при помощи щелочного раствора (электролита), наиболее часто используются два их вида – никель-кадмиевый и никель-металлогидридный. В каждом них положительный электрод состоит из гидроокиси никеля (NiOOH), с добавками графита и окиси бария. Каждая из добавок улучшает качество работы аккумулятора. Графит увеличивает электропроводность электрода, а окись бария увеличивает срок работы аккумулятора.

Массы отрицательных электродов каждого вида щелочного аккумулятора имеют различный состав. У металлогидридного аккумулятора отрицательный электрод изготовлен из порошкообразного железа и его окислов. В основной состав отрицательного электрода входит также сернистое железо и сернокислый никель. Если батарея никель-кадмиевая, то отрицательный электрод состоит из смеси порошков железа и кадмия.

В качестве электролита преимущественно используют раствор едкого калия (20 %), в который добавлен моногидрат лития, увеличивающий срок эксплуатации щёлочного аккумулятора. Необходимое количество – 20-30 г/литр раствора.

Химические процессы, происходящие при работе щелочного аккумулятора

При использовании щелочного аккумулятора, то есть, при его разряде, гидроокись никеля положительного электрода вступает в реакцию с ионами электролита. Результатом данной реакции становится образование Ni(OH)2 — гидрата закиси никеля

Одновременно подобный процесс происходит на отрицательном электроде, только на нём образуются гидраты окисей кадмия и железа. Разность потенциалов, составляющая около 1,45 вольта, обеспечивается протеканием тока по контурам внешней и внутренней сети. Таков принцип работы щелочного аккумулятора.

При зарядке щелочного аккумулятора происходит обратный химический процесс – при воздействии тока положительные электроды окисляются, превращая гидрат закиси никеля в гидроокись никеля. Отрицательный электрод при этом восстанавливается, в его массе образуется кадмий и железо.

Главная особенность этих процессов в том, что вещества, образующиеся в процессе электрохимических реакций, в реакцию друг с другом не вступают. Они практически не растворяются в электролите. Благодаря такому поведению веществ расход электролита отсутствует, а его плотность не изменяется.

Особенности эксплуатации щёлочных аккумуляторов

Начиная с момента, когда аккумулятор начинает использоваться по назначению, то есть, к батарее подключается нагрузка, напряжение весьма быстро падает до 1,3 вольта, а затем продолжает снижаться уже медленно. В момент, когда оно уменьшается до 1 вольта, его работу необходимо останавливать.

Далее батарею эксплуатировать не следует, так как её использование при напряжении ниже 1 вольта, приводит к потере ёмкости аккумулятора. Уменьшится и срок его эксплуатации. Повседневный уход за щелочными аккумуляторами ничем не отличается от их кислотных аналогов. Необходима систематическая подзарядка и контроль уровня электролита.

Применение щёлочных аккумуляторов, их достоинства и недостатки.

Щёлочные аккумуляторы находят применение в устройствах систем аварийного электроснабжения, в оборудовании локомотивов и вагонов для пассажиров. Их используют в устройствах электропогрузчиков, электроинструментах и портативных электроинструментах. Телефоны и фотоаппараты также оборудуются щёлочными батареями. Правильно выбрать аккмуляторную батарею можно, протитав статью на нашем сайте.

Основными достоинствами батарей данной конструкции считают:

— Длительный срок службы;

Существенным минусом щелочных аккумуляторов является небольшой КПД – всего 55%. Наличие эффекта памяти, приводящего к потере ёмкости.

Кислотные и щелочные аккумуляторы

Аккумулятор–химический источник тока, обладающий способностью накапливать и сохранять в течение некоторого времени электрическую энергию и по мере необходимости отдавать её во внешнюю цепь.

Аккумулятор сам не производит электрическую энергию. Он только накапливает её при заряде: пропускание тока от постороннего источника (рис. 4.2. а) сопровождается превращением электрической энергии в химическую, в результате, аккумулятор сам становится источником тока.

При разряде аккумулятора накопленная электрическая энергия расходуется в подключённой к нему внешней цепи — химическая энергия преобразуется в электрическую (рис. 4.2. б).

При правильной эксплуатации аккумулятор выдерживает несколько сотен циклов заряда и разряда.

В зависимости от состава электролита различают:

· кислотные

а) заряд и б) разряд

Простейший кислотный аккумулятор состоит из двух свинцовых электродов, погруженных в раствор серной кислоты.

Разряд и заряд. При разряде аккумулятора (рис. 4.3, а) положительные и отрицательные ионы кислотного остатка S0₄ — , на которые распадаются молекулы серной кислоты H₂S0₄ электролита 3, направляются соответственно к положительному 1 и отрицательному 2 электродам и вступают в электрохимические реакции с их активными массами. Между электродами возникает разность потенциалов около 2 В, обеспечивающая прохождение электрического тока при замыкании внешней цепи.

Рисунок 4.3. Прохождение через электролит положительных и отрицательных ионов при

а) разряде и б) заряде кислотного аккумулятора

В результате электрохимических реакций, возникающих при взаимодействии водорода Н₂ + с перекисью свинца Рb0₂ положительного рода и ионов сернокислого остатка S0₄ — со свинцом Рb отрицательного электрода, образуется сернокислый свинец PbS0₄ (сульфат свинца), в который превращаются поверхностные слои активной массы обоих электродов. Одновременно при этих реакциях образуется некоторое количество воды, поэтому концентрация серной кислоты понижается, т.е. плотность электролита уменьшается.

Аккумулятор может разряжаться теоретически до полного превращения активных масс электродов в сернокислый свинец и истощения электролита. Однако практически разряд прекращают гораздо раньше. Образующийся при разряде сернокислый свинец представляет собой соль белого цвета, плохо растворяющуюся в электролите и обладающую низкой электропроводностью. Поэтому разряд ведут не до конца, а только до того момента, когда в сернокислый свинец перейдет около 35% активной массы. В этом случае образовавшийся сернокислый свинец равномерно распределяется в виде мельчайших кристалликов в оставшейся активной массе, которая сохраняет еще достаточную электропроводность, чтобы обеспечить напряжение между электродами 1,7-1,8 В.

Разряженный аккумулятор подвергают заряду, т.е. присоединяют к источнику тока с напряжением, большим напряжения аккумулятора.

При заряде (рис. 4.3, б) положительные ионы водорода Н₂ + перемещаются к отрицательному электроду 2, а отрицательные ионы сернокислого остатка S0₄ — — положительному электроду 1 и вступают в химическое взаимодействие с сульфатом свинца PbS0₄, покрывающим оба электрода. В процессе возникающих электрохимических реакций сульфат свинца PbSО₄ растворяется и на электродах вновь образуются активные массы: перекись свинца РЬ0₂ на положительном электроде и губчатый свинец Pb -на отрицательном. Концентрация серной кислот при этом возрастает, т.е. плотность электролита увеличивается.

Процессы, проходящие в кислотном аккумуляторе, можно представить следующим уравнением:

РbO₂ –порошок перекиси свинца;

PbSO₄ —сернокислый свинец (сульфат свинца).

Плотность электролита зависит от окружающей температуры.

При температуре свыше +15°С применяют раствор едкого натра плотностью 1,17-1,19 грамма на кубический сантиметр (г/см 2 ) чистой (дистиллированной, дождевой, снеговой) воды. Приготовленному электролиту дать отстояться 6-12ч, чтобы самые вредные примеси (кальций, железо, марганец и др.) осели на дно сосуда, после чего электролит осторожно перелить в другой сосуд, а затем в аккумуляторы.

Если нет едкого натра, то можно использовать едкий кали. При температуре от +15° до -15° С применяют раствор едкого кали плотностью 1,19-1,21 г/см 3 , при температуре ниже-15°С- раствор едкого кали плотностью 1,27-1,3 см 2 .

Для увеличения срока службы щелочного аккумулятора часто в электролит добавляют некоторое количество едкого лития. При этом сопротивление аккумулятора немного увеличивается и он становится менее пригодным для работы в условиях более пригодных для работы в условиях более низких температур.

Электролит приготовляют в чистой стальной, чугунной посуде, куда сначала кладут едкий кали, а затем вливают воду (на 1 кг едкого кали 2 л воды). Раствор перемешивают до полного растворения едкого кали. При этом температура электролита повышается. После того как электролит остынет, нужно измерить его плотность и довести ее до нужной величины. Заливать в аккумулятор горячий, электролит (температурой выше 30° С) нельзя, так как при этом портится активная масса.

Заливают электролит в аккумулятор через стеклянную воронку. Уровень его должен быть выше верхней кромки пластин на 5-10 мм.

Недостатки свинцово-кислотных батарей:

• не допускается хранение в разряженном состоянии;

• низкая энергетическая плотность — большой вес аккумуляторных батарей ограничивает их применение в стационарных и подвижных объектах;

• допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда;

• кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду;

• при неправильном заряде возможен перегрев.

Полностью заряженный кислотный аккумулятор имеет э.д.с. около 2,2 В, приблизительно такое же напряжение на его зажимах, так как внутреннее сопротивление очень мало.

При разряде напряжение быстро падает до 1,8–1,7 В, при этом напряжении разряд прекращается во избежание повреждения.

Щелочные аккумуляторы.

На локомотивах и электропоездах наибольшее распространение получили щелочные аккумуляторы (значительно больший срок службы, чем у кислотных).

Наиболее распространены никель-железные (НЖ) и никель-кадмиевые (НК) щелочные аккумуляторы. В тех и других активная масса положительного электрода в заряженном состоянии состоит из гидрата окиси никеля NiOH, к которому добавляют графит и окись бария.

Графит увеличивает электропроводность активной массы, а окись бария – срок службы. Активная масса отрицательного электрода никель-железного аккумулятора состоит из порошкового железа с добавками, а никель-кадмиевого аккумулятора из смеси порошкового кадмия и железа. Электролитом служит раствор едкого калия с примесью моногидрата лития, которая увеличивает срок службы аккумулятора.

Электрохимические реакции, протекающие при заряде и разряде щелочного аккумулятора, можно представить следующими уравнениями:

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

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

Ni(OОH) –гидрат окись никеля; КОН – едкий калий.

Железо-никелевый аккумулятор Кадмиево-никелевый аккумулятор

типа ТЖН-300 типа КН-100

Рисунок 4.4. Щелочные аккумуляторы

1 – активная масса; 2 – стальные перфорированные ленты; 3 – эбонитовые палочки; 4 – блок положительных пластин; 5 – полюсные выводы; 6 – пробка с отверстием для заливки электролита; 7 – крышка; 8 – блок отрицательных пластин; 9 — активная масса положительных пластин; 10 — активная масса отрицательных пластин; 11 – изоляция (винипласт, эбонит); 12 — пробка

При заряде аккумулятора кислород с железной (отрицательной), пластины переходит на никелевую (положительную). Во время разряда происходит обратный процесс.

Полностью заряженный щелочной аккумулятор имеет э.д.с. приблизительно 1,45 В. При разряде напряжение быстро падает до 1,3 В, затем медленно до 1 В. Разряжать ниже этого напряжения запрещается.

Преимущества щелочных аккумуляторов:

· при их изготовлении не используется дефицитный свинец;

· они обладают большей выносливостью и механической прочностью, не боятся сильных токов разряда, тряски, ударов и даже коротких замыканий;

· при длительном бездействии несут малые потери на саморазряд и не портятся, имеют большой срок службы;

· при работе выделяют меньшее количество вредных газов и испарений;

· имеют меньший вес;

· менее требовательны в отношении постоянного квалифицированного ухода.

Недостатками являются:

· более низкий к.п.д.

· более высокая стоимость.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение аккумулятора?

2. Принцип работы кислотного аккумулятора.

3. Принцип работы щелочного аккумулятора.

4. Достоинства щелочных аккумуляторов.

5. Недостатки щелочных аккумуляторов.

6. Чему равна э.д.с. полностью заряженного аккумулятора?

7. Из чего состоит простейший кислотный аккумулятор?

8. Как называются устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую?

9. Что такое электролит?

10. Что такое электролиз?

11. На какие составляющие распадается молекула серной кислоты?

12. Из чего состоит гальванический элемент Вольта?

13. Как происходит поляризация элемента?

14. Что такое сухой гальванический элемент?

15. Как проходит электрический ток в жидких проводниках?

16. Какова конструкция кислотных аккумуляторов?

17. Расскажите об устройстве щелочных аккумуляторов.

18. Каким образом заряжают аккумуляторы?

19. Что служит признаком конца заряда у кислотного аккумулятора?

20. Что служит признаком конца заряда у щелочного аккумулятора?

Щелочные аккумуляторы: характеристика и применение АКБ

Очень популярный вид энергетического накопителя — щелочные аккумуляторы — это объясняется их многофункциональностью. В качестве электролита используется едкий натрий или калий. Перед тем как покупать подобное оборудование, потребуется ознакомиться со всеми положительными и отрицательными сторонами, а также особенностями аппарата.

1. Конструктивные особенности
2. Химические процессы
3. Замена электролита
4. Преимущества и недостатки
5. Отрасли использования
6. Правила эксплуатации
7. Разряд и заряд
8. Сокращение периода эксплуатации
9. Нюансы маркировки
10. Правила хранения
11. Особенности выбора

Конструктивные особенности

Аккумулятор состоит из гидроокиси никеля, а также некоторых иных элементов. Из-за того, что в составе имеется графит, это оказывает положительное влияние на электрическую проводимость. Различные примеси осуществляют нормальную работоспособность и стабильность аппарата.

Чтобы подготовить отрицательный элемент, используют металлический сплав кадмия, никеля и определённого порошка. В каждом случае АКБ будет иметь свои особенности. Электролит включает в себя моногидрат лития. Благодаря этому элементу обеспечивается долгая деятельность агрегата.

В состав батареи входят следующие компоненты:

1. Изоляционный слой, изготовленный из качественного сырья.
2. Прокладка из пластика, которая дополняется специальным клапаном.
3. Корпус.
4. Выводы и контакты.

Это все основные элементы щелочного аккумулятора. Все компоненты выполнены из надёжных материалов, а потому проблем с работой не возникает.

Химические процессы

Принцип работы очень простой. Когда происходит полная разрядка, гидроокись никеля начинает взаимодействовать с щелочным раствором. В результате образовывается гидрат закиси никеля. На выводе с минусом будет происходить очень похожий процесс. Начинают формироваться определённые элементы.

Когда идёт процесс зарядки, проходит обратная реакция. В результате получится гидроокись никеля, которая восстанавливает минусовый электрод.

От кислотных агрегатов щелочный отличается тем, что субстанция, выработанная в ходе химической реакции, не будет растворяться. Она также не в состоянии реагировать с похожими компонентами. Если говорить проще — принцип действия источника питания зависит от определённых канонов.

Этот источник питания необходимо полностью заряжать. Если произойдёт неполный заряд батареи, то период использования сильно сократится. Но при этом нельзя перезаряжать устройство, поскольку это приведёт к сильному перегреву. В результате электроды просто разрушатся.

Замена электролита

Замену электролита необходимо производить через 100 и 150 циклов. До смены потребуется полностью разрядить АКБ и проследить, чтобы номинальный ток составлял до 1 В.

Электролит нужно предельно тщательно удалять из батареи. Чтобы осадок не остался, необходимо встряхнуть аккумулятор во время чистки.

После того, как электролит будет вылит, нужно хорошо промыть агрегат дистиллированной водой. А также можно применять раствор из щёлочи.

Когда процесс очистки завершится, можно сразу же залить новый электролит. После его потребуется оставить в залитом состоянии примерно на 3 часа. Только тогда можно проверить плотность нового вещества.

Следует знать, что электроды и пластины не должны находиться в сухом состоянии. Если пренебрегать этим правилом, то внутри появится коррозия.

Преимущества и недостатки

Перед покупкой следует изучить все плюсы и минусы аппарата. Это убережёт человека от неправильной покупки в том случае, если минусы перевесят положительные стороны для него.

Начать лучше с преимуществ:

1. Если производить своевременное техническое обслуживание и правильно использовать аккумулятор, тогда срок службы щелочных аккумуляторов можно сильно увеличить.
2. Аппарат нормально реагирует на глубокий разряд.
3. Работоспособность будет сохраняться даже в условиях отрицательных температур.
4. Минимальная величина саморазряда. Но необходимо подобрать правильное зарядное устройство.
5. Вес устройства — небольшой.

К положительным качествам также относится то, что при отрицательных температурах показатель ёмкости снизится минимально. Кислотные агрегаты отличаются от щелочных тем, что первые будут терять свою ёмкость. Несмотря на много положительных сторон, имеются и отрицательные:

1. У аппарата есть эффект памяти. В результате это может спровоцировать снижение ёмкости. Именно поэтому следует полностью заряжать аккумулятор и не допускать недозарядку.
2. Рабочие напряжения элементов будут отличаться друг от друга. Именно поэтому необходимо применять эффективно агрегат для зарядки.
3. Не слишком большой КПД.
4. Электролит желательно не заменять самостоятельно, а доверить эту операцию специалисту.

Это были основные достоинства и недостатки щелочного аппарата. В большинстве случаев плюсы перевешивают минусы.

Отрасли использования

Щелочные агрегаты применяются в разных сферах. Щелочные аккумуляторы применяются в:

1. Системах энергосбережения.
2. Различных технических и электрических устройствах.
3. Пассажирских вагонах.
4. Электроинструменте.
5. Портативных техсредствах.

В разных сферах применяют различные модели щелочных аккумуляторов. А также АКБ часто используют на автотранспортных средствах, специальной технике и различных погрузчиках. Для простых легковых автомобилей этот агрегат используется редко.

Правила эксплуатации

Чтобы АКБ прослужил долго, необходимо использовать определённые правила. Для правильной эксплуатации существует конкретный ряд действий:

1. Перед запуском в работу необходимо увеличить ёмкость до определённого значения. С этой целью используют 1 тренировку.
2. Корпус желательно часто очищать от грязи, соли и пыли.
3. Чтобы удалить коррозию, используют ветошь, которая смачивается в керосине.
4. Если используется соединение нескольких батарей, необходимо, чтобы соединение было очень плотным.
5. Уровень электролита желательно часто проверять. Он должен быть в пределах 4−12 мм.

Если аккумулятор долго не используется, необходимо его периодически подзаряжать в нормальном режиме. Сила тока будет регулироваться от внешнего источника.

Разряд и заряд

Чтобы правильно зарядить аккумулятор из щёлочи, необходимо использовать постоянный ток. Автомобилисты обычно используют автоматическое зарядное устройство. Чтобы правильно зарядить батарею, необходимо учитывать некоторые режимы:

1. Стандартный — 7 часов.
2. Ускоренный — 3 часа.
3. Усиленный — 12 часов.

Усиленный режим допускается, если аккумуляторная батарея заряжается в первый раз, используется нерегулярно, или только что произошла перезарядка электролита. А также такой режим используют после того, как АКБ была полностью разряжена.

При малом токе аккумулятор заряжаться будет очень плохо. Ток не рекомендуется понижать на 40 или 50%. Если батарея частично или полностью разряжена, то ни в коем случае нельзя допускать перегрева. Электролит начинает закипать при 35 градусах. Иные части — при 45 градусах. Когда достигается критическая температура, необходимо сразу же отключить источник питания от сети. Продолжить зарядку можно, когда температура станет оптимальной.

Аккумулятор на 12 вольт запрещено заряжать при отрицательных температурах на улице. Если нет иного варианта, то батарею потребуется дополнительно утеплить. Обычно для этого используют брезент — обматывают им батарею.

Если используется последовательное подключение нескольких батарей, то их необходимо держать на определённом расстоянии друг от друга. Таким образом обеспечивается сохранение корпуса устройства. Если поставить их слишком близко, то они начнут вздуваться. Чтобы разделить источники питания, обычно используют виниловые пластины и обычную резину.

Чтобы правильно произвести разрядку аккумуляторной батареи, нужно делать это до определённых значений:

1. Если разряд длится 5 часов, напряжение не должно превышать 1 Вольт.
2. Три часа — 0,8 Вольт.
3. 1 час — 0,5 Вольт.

Чтобы отследить уровень напряжения, можно использовать тестировочный аппарат. Контрольные испытания делают после полной замены электролита. Перед этим нужно использовать несколько проверочных циклов. После полной зарядки напряжение составляет 1,1 Вольт. Когда проводится контрольный цикл, необходимо произвести замеры напряжения при разряженном устройстве.

Сокращение периода эксплуатации

Чтобы продлить срок эксплуатации АКБ, надо придерживаться основных правил. Они довольно простые, но эффективно позволяют справиться с поставленной задачей:

1. Нельзя допускать постоянной недозарядки батареи.
2. До критического значения опускать показания напряжения не следует.
3. Вещество внутри АКБ должно покрывать пластины. Плотность электролита необходимо менять, когда наблюдается повышение температуры.

Правила — простые. Их легко соблюдать, чтобы продлить срок эксплуатации.

Нюансы маркировки

В маркировку аккумуляторной батареи входят цифры и буквы. Легко узнать отрасли использования, если смотреть на буквы:

1. Т обозначает агрегат для тяговых моделей.
2. ТП — тепловозные аккумуляторы.
3. В — вагонный.

Также в маркировку могут включаться и другие буквы. О них также необходимо знать, чтобы производить правильно расшифровку:

1. НЖ — никелево-железный агрегат.
2. К — присутствие блока, предназначавшегося для нескольких электродов.
3. Ш — эксплуатация в рудниках.
4. П обозначает, что корпус изготовлен из пластичного материала.
5. М — модернизированный вариант.
6. У означает, что агрегат можно использовать в умеренном климате.
7. Т — тропический климат.

Щелочные батареи — многофункциональные. Они могут включать в себя различные сочетания. Самыми распространёнными моделями являются на 12 В.

Правила хранения

Устройства бывают длительного или временного хранения. Когда приобретается новая АКБ, обязательно надо проверить пробки — их прилегание.

Очень большое внимание необходимо уделить проверке вентильной резины. От её состояния будет зависеть работа всей батареи. Чтобы лакокрасочный состав не слезал, надо корпус обрабатывать смазкой.

Для правильного хранения потребуется выполнять ряд действий:

1. Произвести разрядку до 1 вольта.
2. Вылить весь электролит.
3. Удалить пыль, грязь и соль.
4. Обновить лаковое покрытие.

Если аккумулятор будет находиться в состоянии покоя 1−10 месяцев, необходимо периодически проверять его работоспособность. Все пробки должны быть плотно прижатыми к устройству. Транспортировку можно производить только в том случае, если батарея подготовлена к длительному хранению. С другими источниками питания нежелательно хранить щелочные АКБ.

Особенности выбора

Чтобы правильно подобрать щелочную аккумуляторную батарею, надо особое внимание уделять ключевым параметрам. Они крайне важны для правильной покупки:

1. В первую очередь смотрим на производство. Всегда нужно изучить дату изготовления. Если АКБ была произведена больше полугода назад, тогда приобретать её не стоит. Такие устройства будут разряжаться — эффект памяти это зафиксирует.
2. Показатель ёмкости. Срок применения зависит от ёмкости. Многие приобретают АКБ с большой ёмкостью. В таком случае генератор не сможет справиться со своей задачей. Но и меньше ёмкость приобретать не стоит. Много зарядов способствуют поломке всего агрегата. Чтобы подобрать правильную ёмкость, необходимо изучить определённые характеристики, указанные в технической эксплуатации.
3. Полярность устройства. АКБ могут различаться по степени полярности. Когда идёт выбор агрегата, потребуется сосредоточиться на расположении полярности электродов.
4. Стоимость батареи. Цена АКБ зависит от элементов, которые входят в состав, изготовителя, ёмкости, мощности. Чем лучше показатели, тем выше цена.

Щелочный агрегат отличается прочностью и надёжностью. Очень выгодно приобретать такие средства для тяговой техники или габаритных автотранспортных средств. Необходимо только правильно выбрать модель, изучив предварительно все характеристики.

Это была краткая характеристика и применение щелочных аккумуляторов. Сведения пригодятся для верной эксплуатации и правильной покупки.

Кислотные и щелочные аккумуляторы.

Аккумулятор – химический источник тока, обладающий способностью накапливать и сохранять в течение некоторого времени электрическую энергию и по мере необходимости отдавать её во внешнюю цепь.

Аккумулятор сам не производит электрическую энергию. Он только накапливает её при заряде: пропускание тока от постороннего источника сопровождается превращением электрической энергии в химическую, в результате, аккумулятор сам становится источником тока.

При разряде аккумулятора накопленная электрическая энергия расходуется в подключённой к нему внешней цепи (химическая энергия преобразуется в электрическую).

При правильной эксплуатации аккумулятор выдерживает несколько сотен циклов заряда и разряда.

В зависимости от состава электролита различают:

· и щелочные аккумуляторы.

Простейший кислотный аккумулятор состоит из двух свинцовых электродов, погруженных в раствор серной кислоты.

Процессы, проходящие в кислотном аккумуляторе, можно представить следующим уравнением:

PbSO₄ —сернокислый свинец (сульфат свинца).

Рисунок 4.2. Прохождение через электролит положительных и отрицательных ионов при а) разряде и б) заряде кислотного аккумулятора

На локомотивах и электропоездах наибольшее распространение получили щелочные аккумуляторы (значительно больший срок службы, чем у кислотных).

Полностью заряженный аккумулятор имеет э.д.с. около 2,2 В, приблизительно такое же напряжение на его зажимах, так как внутреннее сопротивление очень мало.

При разряде напряжение быстро падает до 1,8–1,7 В, при этом напряжении разряд прекращается во избежание повреждения.

Щелочные аккумуляторы.

Наиболее распространены никель-железные (НЖ) и никель-кадмиевые (НК) щелочные аккумуляторы. В тех и других 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. Активная масса отрицательного электрода никель-железного аккумулятора состоит из порошкового железа с добавками, а никель-кадмиевого аккумулятора из смеси порошкового кадмия и железа. Электролитом служит раствор едкого калия с примесью моногидрата лития, которая увеличивает срок службы аккумулятора.

Электрохимические реакции, протекающие при заряде и разряде щелочного аккумулятора, можно представить следующими уравнениями:

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

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

Ni(OОH) –гидрат окись никеля;

КОН – едкий калий.

Рисунок 4.3. 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 – стальные никелерованные рамки (ламели); 5 – сепараторы; 6 – отрицательные пластины; 7 – корпус;

8 – резиновый чехол; 9 – отверстие с пробкой для заливки электролита

Полностью заряженный аккумулятор имеет э.д.с. приблизительно 1,45 В. Вследствие большого внутреннего сопротивления его напряжение при разряде значительно меньше этого значения. При разряде напряжение быстро падает до 1,3 В, затем медленно до 1 В. Разряжать ниже этого напряжения запрещается.

Преимущества щелочных аккумуляторов:

· при их изготовлении не используется дефицитный свинец;

· они обладают большей выносливостью и механической прочностью, не боятся сильных токов разряда, тряски, ударов и даже коротких замыканий;

· при длительном бездействии несут малые потери на саморазряд и не портятся, имеют большой срок службы;

· при работе выделяют меньшее количество вредных газов и испарений;

· имеют меньший вес;

· менее требовательны в отношении постоянного квалифицированного ухода.

Недостатками являются:

· более низкий к.п.д.

· более высокая стоимость.

1. Каково назначение аккумулятора?

2. Принцип работы кислотного аккумулятора.

3. Принцип работы щелочного аккумулятора.

4. Достоинства щелочных аккумуляторов.

5. Недостатки щелочных аккумуляторов.

6. Чему равна э.д.с. полностью заряженного аккумулятора?

7. Из чего состоит простейший кислотный аккумулятор?

8. Как называются устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую?

9. Что такое электролит?

10. Что такое электролиз?

11. На какие составляющие распадается молекула серной кислоты?

12. Из чего состоит гальванический элемент Вольта?

13. Как происходит поляризация элемента?

14. Какое воздействие оказывают ионы водорода на работу аккумуляторной батареи?

15. Что такое сухой гальванический элемент?

16. Как проходит электрический ток в жидких проводниках?

17. Какова конструкция кислотных аккумуляторов?

18. Расскажите об устройстве щелочных аккумуляторов.

19. Каким образом заряжают аккумуляторы?

20. Что служит признаком конца заряда у кислотного аккумулятора?

21. Что служит признаком конца заряда у щелочного аккумулятора?

22. Как соединяют аккумуляторы в батарею?

4.3. Способы соединения аккумуляторов в батарею

Последовательное: когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего. По второму закону Кирхгофа результирующая э.д.с. равна сумме э.д.с. отдельных аккумуляторов. Чем больше аккумуляторов в цепи, тем больше напряжение на приёмниках.

Если батарея будет замкнута на внешнее сопротивление R, то

I=nEa/Ron+R.

Последовательно соединяют аккумуляторы, когда напряжение потребителя выше напряжения одного аккумулятора.

Параллельное: когда положительные зажимы нескольких аккумуляторов соединяют между собой и выводят на общий плюс, и отрицательные зажимы соединяют между собой и выводят на общий минус.

Параллельное соединение применяют, когда напряжение потребителя равно напряжению одного аккумулятора, а ток, необходимый потребителю, больше разрядного тока одного аккумулятора.

Рисунок 4.6. Последовательное (а) и параллельное (б) соединение аккумуляторов

Смешанное соединение применяется, когда аккумуляторы не обеспечивают возможности получения необходимого тока и напряжения. На рис. 4.7 в каждой из двух параллельных групп аккумуляторной батареи имеется по два последовательно соединённых аккумулятора.

Аккумуляторные батареи в большинстве случаев составляются из последовательно соединённых аккумуляторов. Смешанное и параллельное соединение аккумуляторов применяют редко, т.к. трудно обеспечить равномерное распределение тока между параллельными ветвями.

1. Какие виды соединения аккумуляторов Вы знаете?

2. В чём суть последовательного соединения аккумуляторов?

3. Какое соединение аккумуляторов называется параллельным?

4. Какое соединение аккумуляторов называется смешанным?

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: