Меню

Размеры щелочные аккумуляторы и батареи

Щелочная батарея — Alkaline battery

По сравнению с угольно-цинковыми батареями типа элементов Лекланше или хлоридом цинка щелочные батареи имеют более высокую плотность энергии и более длительный срок хранения , но при этом обеспечивают такое же напряжение.

Щелочная батарея получила свое название, потому что она имеет щелочной электролит гидроксида калия (KOH) вместо кислотного хлорида аммония (NH 4 CL) или хлорида цинка (ZnCl 2 ) в цинк-угольных батареях. В других аккумуляторных системах также используются щелочные электролиты, но для электродов используются другие активные материалы.

Щелочные батареи составляют 80% батарей, производимых в США, и более 10 миллиардов единиц произведено по всему миру. В Японии щелочные батареи составляют 46% всех продаж первичных батарей. В Швейцарии щелочные батареи составляют 68%, в Великобритании — 60% и в ЕС — 47% всех продаж батарей, включая вторичные типы. Щелочные батареи содержат цинк (Zn) и диоксид марганца (MnO 2 ) (коды здоровья 1), которые представляют собой совокупный нейротоксин и могут быть токсичными в более высоких концентрациях. Однако по сравнению с другими типами батарей токсичность щелочных батарей умеренная.

Щелочные батареи используются во многих предметах домашнего обихода, таких как MP3-плееры , CD-плееры , цифровые фотоаппараты , игрушки, фонарики и радиоприемники .

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 История
  • 2 Химия
  • 3 Вместимость
  • 4 Напряжение
  • 5 Текущее
  • 6 Строительство
  • 7 Зарядка щелочных батарей
  • 8 утечек
  • 9 Утилизация
    • 9.1 Утилизация
  • 10 См. Также
  • 11 Примечания
  • 12 Ссылки
  • 13 Внешние ссылки

История

Батареи с щелочным (а не кислотным) электролитом были впервые разработаны Вальдемаром Юнгнером в 1899 году и, работая независимо, Томасом Эдисоном в 1901 году. Современные сухие щелочные батареи, использующие химию цинка и диоксида марганца, были изобретены канадским инженером Льюисом Урри в 1950 — х годов в Канаде уже до того , как начал работать на Union Carbide «s Eveready батареи разделения в Кливленде, штат Огайо , опираясь на ранние работы Эдисона. 9 октября 1957 года Урри, Карл Кордеш и П.А. Марсал подали в США патент (2 960 558) на щелочную батарею. Он был предоставлен в 1960 году и был передан Union Carbide Corporation.

Цинковый электрод щелочных батарей, представленный в конце 1960-х годов (как и повсеместно распространенные тогда углеродно-цинковые элементы), имел поверхностную пленку из ртутной амальгамы . Его цель состояла в том, чтобы контролировать электролитическое действие на участках примесей, что сокращало срок годности и способствовало утечке. Поскольку сокращение содержания ртути было предписано различными законодательными органами, возникла необходимость в значительном улучшении чистоты и консистенции цинка.

Химия

В щелочной батарее отрицательный электрод — это цинк, а положительный электрод — диоксид марганца (MnO 2 ). Щелочной электролит гидроксида калия не участвует в реакции, во время разряда расходуются только цинк и MnO 2 . Щелочной электролит остатков гидроксида калия, так как есть равные количества ОН — потребляется и производится.

Химическая энергия хранится в основном в металлическом цинке, свободная энергия когезии которого на атом как минимум на 225 кДж / моль выше (менее стабильна), чем у трех оксидов.

Вместимость

Емкость щелочной батареи больше, чем у элемента Лекланше такого же размера или элемента с хлоридом цинка, потому что диоксид марганца чище и плотнее, а внутренние компоненты, такие как электроды, занимают меньше места. Щелочная ячейка может обеспечить в три-пять раз большую емкость, чем кислотная ячейка.

Емкость щелочной батареи сильно зависит от нагрузки. А.А. -sized щелочные батареи может иметь эффективную емкость 3000 мАч при низкой утечкой, но при нагрузке 1 ампера , который является общим для цифровых камер, емкость может быть всего лишь 700 мАч. Напряжение аккумулятора постоянно снижается во время использования, поэтому общая полезная емкость зависит от напряжения отключения приложения.

В отличие от ячеек Лекланше, щелочные элементы обеспечивают примерно такую ​​же емкость при периодических или непрерывных легких нагрузках. При большой нагрузке емкость снижается при непрерывном разряде по сравнению с прерывистым разрядом, но это уменьшение меньше, чем для элементов Лекланша.

Напряжение

Номинальное напряжение свежего щелочного элемента, установленное стандартами производителя, составляет 1,5 В. Однако эффективное напряжение при нулевой нагрузке неразряженной щелочной батареи варьируется от 1,50 до 1,65 В, в зависимости от чистоты используемого диоксида марганца и содержание оксида цинка в электролите. Среднее напряжение под нагрузкой зависит от уровня разряда и величины потребляемого тока и варьируется от 1,1 до 1,3 В. Остаточное напряжение полностью разряженного элемента по-прежнему находится в диапазоне от 0,8 до 1,0 В. ряд ячеек (три новые щелочные батареи, соединенные последовательно, будут способны генерировать от 4,5 до 5,0 В).

Зависимость напряжения батареи AA от емкости при нулевой нагрузке и нагрузке 330 мВт

Вместимость 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Нулевая нагрузка 1,59 В 1,44 В 1,38 В 1,34 В 1,32 В 1,30 В 1,28 В 1,26 В 1,23 В 1,20 В 1,10 В
330 мВт 1,49 В 1,35 В 1,27 В 1,20 В 1,16 В 1,12 В 1,10 В 1,08 В 1,04 В 0,98 В 0,62 В

Текущий

Величина электрического тока , которую может подавать щелочная батарея, примерно пропорциональна ее физическому размеру. Это результат уменьшения внутреннего сопротивления по мере увеличения площади внутренней поверхности ячейки. Практическое правило заключается в том, что щелочная батарея AA может выдавать 700 мА без какого-либо значительного нагрева. Ячейки большего размера, такие как ячейки C и D, могут передавать больше тока. Приложения, требующие силы тока в несколько ампер, такие как мощные фонарики и портативные стереосистемы, потребуют элементов размера D, чтобы выдерживать повышенную нагрузку.

Строительство

Щелочные батареи производятся в стандартных цилиндрических формах, взаимозаменяемых с угольно-цинковыми батареями, и в форме кнопок. Несколько отдельных ячеек могут быть соединены между собой, чтобы сформировать настоящую «батарею», например, те, которые продаются для использования с фонариками и 9-вольтовой транзисторной батареей для радио.

Цилиндрическая ячейка содержится в тянутом корпусе из нержавеющей стали , который является катодным соединением. Смесь положительного электрода представляет собой прессованную пасту из диоксида марганца с добавлением углеродного порошка для повышения проводимости. Пасту можно вдавить в банку или отложить в виде предварительно сформованных колец. Полый центр катода облицован разделителем, который предотвращает контакт материалов электродов и короткое замыкание ячейки. Сепаратор изготовлен из нетканого слоя целлюлозы или синтетического полимера. Сепаратор должен проводить ионы и оставаться стабильным в растворе сильнощелочного электролита.

Отрицательный электрод состоит из дисперсии цинкового порошка в геле, содержащем электролит гидроксида калия. Цинковый порошок обеспечивает большую площадь поверхности для протекания химических реакций по сравнению с металлической банкой. Это снижает внутреннее сопротивление ячейки. Чтобы предотвратить выделение газа в элементе в конце срока его службы, используется больше диоксида марганца, чем требуется для реакции со всем цинком. Также обычно добавляют пластиковую прокладку для увеличения сопротивления утечке.

Затем ячейка оборачивается алюминиевой фольгой, пластиковой пленкой или, реже, картоном, который действует как последний слой защиты от утечек, а также обеспечивает поверхность, на которой можно печатать логотипы и этикетки.

При описании ячеек размера AAA, AA, C, sub-C и D отрицательный электрод подсоединяется к плоскому концу, а положительный вывод — к концу с поднятой кнопкой. В кнопочных ячейках это обычно обратное: цилиндрическая банка с плоским концом является положительной клеммой.

Зарядка щелочных батарей

Некоторые щелочные батареи рассчитаны на несколько перезарядок и называются перезаряжаемыми щелочными батареями . Попытки перезарядить стандартные щелочные батареи могут вызвать разрыв или утечку опасных жидкостей, которые вызовут коррозию оборудования. Однако сообщается, что стандартные щелочные батареи часто можно перезаряжать несколько раз (обычно не более десяти), хотя и с уменьшенной емкостью после каждой зарядки; зарядные устройства доступны в продаже. Организация потребителей Великобритании Что? сообщила, что проверила два таких зарядных устройства с щелочными батареями Energizer и обнаружила, что емкость батареи упала в среднем до 10% от первоначального значения с огромными вариациями после двух циклов (без указания того, насколько они были разряжены до подзарядки) после их двух подзарядок.

В 2017 году Гаутам Дж. Ядав опубликовал статьи, в которых сообщалось, что щелочные батареи, изготовленные путем чередования прослоек с ионами меди, можно заряжать более 6000 циклов из-за теоретической второй электронной емкости диоксида марганца. Сообщается, что удельная энергия этих аккумуляторных батарей с диоксидом марганца с интеркалированной медью превышает 160 Вт · ч / л, что является лучшим показателем среди химических элементов на водной основе. Он мог бы иметь плотность энергии, сравнимую с литий-ионной (> 250 Втч / л), если бы использование цинка в батареях было улучшено.

Утечки

Щелочные батареи склонны к утечке гидроксида калия , едкого вещества, которое может вызывать раздражение дыхательных путей, глаз и кожи. Риск этого можно снизить, если не пытаться перезарядить одноразовые щелочные элементы, не смешивать батареи разных типов в одном устройстве, заменять все батареи одновременно, хранить батареи в сухом месте и при комнатной температуре, и сняв батареи для хранения устройств.

Все батареи постепенно саморазряжаются (независимо от того, установлены они в устройстве или нет), и в конечном итоге разряженные батареи будут протекать. Чрезвычайно высокие температуры также могут привести к разрыву аккумуляторов и утечке (например, в автомобиле летом), а также к сокращению срока хранения аккумулятора.

Причина утечек заключается в том, что по мере разряда батарей — либо из-за использования, либо из-за постепенного саморазряда — химический состав элементов изменяется, и образуется некоторое количество газообразного водорода. Это выделение газа увеличивает давление в батарее. В конце концов, избыточное давление приводит к разрыву изолирующих уплотнений на конце батареи, или во внешнем металлическом контейнере, или в обоих случаях. Кроме того, по мере старения батареи ее стальной внешний контейнер может постепенно подвергаться коррозии или ржавчине, что в дальнейшем может способствовать нарушению герметичности.

Как только образовалась утечка из-за коррозии внешней стальной оболочки, гидроксид калия поглощает диоксид углерода из воздуха, образуя перистую кристаллическую структуру карбоната калия, которая со временем растет и распространяется от батареи, следуя по металлическим электродам к печатным платам, где он начинает окисление медных дорожек и других компонентов, что приводит к необратимому повреждению схемы.

Протекающие кристаллические наросты также могут выходить из швов вокруг крышек батарей, образуя пушистый налет снаружи устройства, который разъедает любые предметы, соприкасающиеся с протекающим устройством.

Читайте также:  Срок службы аккумулятора для смартфона samsung

Утилизация

С сокращением содержания ртути в 1996 году в некоторых местах разрешено утилизировать щелочные батареи как обычные бытовые отходы. Однако старые щелочные батареи с содержанием ртути и остальных тяжелых металлов и коррозионных химикатов во всех батареях (новых и старых) по-прежнему представляют проблемы при утилизации, особенно на свалках. Существует также проблема упрощения утилизации аккумуляторов, чтобы исключить их все, чтобы наиболее токсичные отходы были отведены из общих потоков отходов.

Утилизация зависит от юрисдикции. Например, в штате Калифорния все батареи считаются опасными отходами при утилизации и запрещено утилизировать батареи вместе с другими бытовыми отходами. В Европе, утилизация аккумуляторов контролируется Директива WEEE и директивы батареи правил, а также такие щелочные батареи не должны быть выброшены в с бытовым мусором. В ЕС большинство магазинов, продающих аккумуляторы, по закону обязаны принимать старые аккумуляторы на переработку.

Переработка отходов

Ежегодно использование одноразовых батареек увеличивается на 5–6%. В прошлом использованные батареи попадали на свалки, но в 2004 году утилизация щелочных батарей на свалках была запрещена постановлением ЕС. Страны-члены ЕС обязуются утилизировать 50% щелочных батарей к 2016 году. Таким образом, потребность в переработке составляет 125 000 тонн в год. На долю щелочных батарей приходится примерно 80% от общего количества.

В США только один штат, Калифорния, требует утилизации всех щелочных батарей. В Вермонте также действует программа сбора щелочных батарей в масштабе штата. В других штатах США люди могут приобрести комплекты для утилизации аккумуляторов, используемые для отправки аккумуляторов на переработку. Примерами таких комплектов являются The Big Green Box от Retriev Technologies, iRecycleKits от Battery Solutions и контейнеры для утилизации батарей Call2Recycle . Некоторые магазины, такие как IKEA, также собирают щелочные батареи для вторичной переработки. Однако некоторые сетевые магазины, рекламирующие утилизацию батарей (например, Best Buy), принимают только аккумуляторные батареи и, как правило, не принимают щелочные батареи.

Для вторичной переработки металлы из измельченных щелочных батарей отделяются механически, а отработанная черная масса химически обрабатывается для отделения цинка, диоксида марганца и гидроксида калия.

В США одна компания под названием Retriev Technologies, Inc. измельчает и отделяет металлы корпуса батарей, марганец и цинк.

Источник



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.

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.

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.

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

Полублоки и никель─железный аккумулятор в сборе. На примере тепловозного аккумулятора ТПНЖ

Полублоки и никель─кадмиевый аккумулятор в сборе. На примере аккумулятора НКН-100

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.

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

Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде

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.

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.

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 пассажирских вагонов

Аккумулятор для погрузчика

Аккумулятор для погрузчика

Аккумулятор шуруповёрта

Ni─Cd аккумуляторы

Ni─MH аккумуляторы

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).
  • 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.
Читайте также:  Аккумуляторы gp powerbank u411

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.

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

Источник

Отличительные особенности щелочных аккумуляторов

Миниатюра к статье 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.

Щелочные батарейки

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.

Строение аккумулятора

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.

Зарядное устройство для щелочного аккумулятора

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.

Зарядка аккумуляторной батарейки

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.

  • Вымоченные в кислоте детали недолго держат залитыми дистиллированной водой, а потом восстанавливают раствором щелочи (электроды с зарядом минус обрабатываются только последними двумя веществами, минуя кислоту).
  • Извлеченные элементы ставьте на свои места в аккумуляторе, залейте раствор щелочногоэлектролита (его плотность

    1,18 гр./см 3 ) и зафиксируйте крышку.

  • Батарейка заряжается, потом специально разряжается . После этого можно ее снова зарядить, и восстановленную использовать.
  • Эффект памяти аккумуляторов

    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.

    Источник

    Щелочные аккумуляторы: характеристика и применение АКБ

    Щелочные аккумуляторы

    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:

    Щелочные аккумуляторы устройство

    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.

    Щелочные аккумуляторы применение

    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.

    Щелочные аккумуляторы как почистить

    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.

    Щелочные аккумуляторы разновидности

    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.

    Щелочные аккумуляторы

    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.

    Щелочные аккумуляторы заряд

    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:

    Щелочные аккумуляторы

    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:

    Щелочные аккумуляторы маркировка

    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:

    Щелочные аккумуляторы типы

    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.

    Источник