Меню

Устройство щелочного аккумулятора его работу

Лекция 5 «Конструкция и принцип действия щелочных аккумуляторов

Принцип действия. Щелочные аккумуляторы подраз­деляются на никель-железные и никель-кадмиевые.

В заряженном щелочном аккумуляторе активная масса положительных пластин состоит из гидроксида никеля (III) Ni(ОН)3, а активная масса отрицательных пластин — из губ­чатого железа Fе (никель-железные аккумуляторы) или из смеси губчатого кадмия Сd (60 80 мае. %) и губчатого же­леза Fе (никель-кадмиевые аккумуляторы). Электролит со­держит 20% раствора едкого калия КОН (реже едкого натрия NаОН). Для увеличения срока службы аккумулято­ра в электролит добавляют едкий литий LiOН.

Химические реакции при зарядке и разрядке никель-железного аккумулятора выражаются уравнением:

2Ni(ОН)3 + 2КОН + Fе 2Ni(ОН)2 + 2КОН+ Fе(ОН)2.

При разряде аккумулятора гидроксид никеля (III) Ni(ОН)3 положительных пластин взаимодействует с по­ложительно и отрицательно заряженными частицами ед­кого калия КОН, которые образуются при его растворении в воде, и переходит в гидроксид никеля (II) Ni(ОН)2 Железо отрицательных пластин превращается в гидроксид железа (II) Fе(ОН)2. При этом химическая энергия превращается в электрическую и между электродами возникает электродви­жущая сила. Электролит 2КОН в процессе реакций не рас­ходуется, поэтому плотность его при работе щелочного ак­кумулятора почти не изменяется. При заряде аккумулятора происходит обратная реакция. Активная масса положительных пластин окисляется, гидроксид никеля (II) Ni(ОН)2 превращается в гидроксид никеля (III) Ni(ОН)3, а актив­ная масса отрицательных пластин восстанавливается с об­разованием железа.

Устройство. Полублоки 8 щелочного никель-железного аккумулятора тина ТНЖ-250 (рис. 2.4) состоят из десяти положительных пластин 9 и одиннадцати отрицательных пластин 10, соединенных шпильками 1 или с помощью сварки. Сепараторами служат эбонитовые палочки 11. Металлический корпус 13 электрически соединен с полу­блоком отрицательных пластин и установлен в резиновый изолирующий чехол 12. Полюсные выводы 2 с резьбовы­ми наконечниками 5, служащими для крепления межакку­муляторных перемычек, изолированы от крышки корпуса эбонитовыми шайбами 4 и имеют уплотняющие сальники 3. Электролит заливают через отверстие 6, закрываемое откидной пробкой 7 с клапаном для выхода газов.

Конструкция никель-кадмиевых аккумуляторов в основ­ном такая же, как и никель-железных. Так, никель-кадмие­вый аккумулятор производства Германии типа 9156.33/6.39 (рис. 2.5) состоит из положительных 3 и отрицательных 2 пластин, помещенных в стальной корпус 10. К корпусу при­варена крышка 8, в которой для заливки электролита имеется горловина, закрываемая откид­ной пробкой 6.

Рис. 2.4. Устройство аккумулятора типа ТНЖ-250

Аналогичные процессы происходят в никель-кадмие­вом аккумуляторе:

2Ni(ОН)3 +2КОН + Cd 2Ni(ОН)2 + 2КОН + Сd(ОН)2

Рис. 2.5. Устройство аккумулятора типа 9156.33/6.39

Пластины изо­лированы друг от друга пласт­массовым микропористым сепа­ратором 11, а от корпуса — пла­стмассовой изоляцией 1. Каж­дая положительная пластина с помощью рамки 4 присоединена к держателю пластин 9, кото­рый в свою очередь соединен с положительным выводом бор­ном 7. Аналогично выполнено соединение отрицательных пластин с отрицательным борном 5.

Лекция 6 «Электрические машины – источники питания»

Дата добавления: 2015-12-16 ; просмотров: 2248 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник



Щелочные аккумуляторы. Устройство, принцип действия, достоинства и недостатки

Содержание

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.

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.

Читайте также:  Yezz andy 4el2 lte аккумулятор

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.

Источник

§43. Щелочные аккумуляторы, принцип действия и устройство

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

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

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

Читайте также:  Стартерный аккумулятор для мерседес

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также:  Аккумуляторы для фотоаппаратов sony np bd1

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

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

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

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

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

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

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

Источник

Щелочные аккумуляторы: устройство, назначение, особенности эксплуатации, техника безопасности при обслуживании

Щелочной аккумулятор состоит из стальной банки и железоникелевых или кадмий-никелевых пластин, залитых щелочным электролитом. Электролитом для щелочных аккумуляторов служит водный раствор едких щелочей калия или натрия. По химическому составу электролит делится на простой (водный раствор едкого калия или натрия плотностью 1,17—1,30) и составной (на 1 л раствора едкого калия или натрия добавляют 10—15 г едкого лития или на 1 л электролита — 20—30 г моногидрата лития).

На судах применяются кадмиево-никелевые и железоникелевые щелочные аккумуляторы.

В отличие от кислотных аккумуляторов, емкость щелочных не зависит от режима разряда. С увеличением разрядного тока уменьшается напряжение в конце разряда. Нормальным для щелочных аккумуляторов считается восьмичасовой разрядный режим.

Среднее рабочее напряжение щелочного аккумулятора равно 1,2 В. Конец нормальной разрядки считается при напряжении аккумулятора 1,1 В. При трехчасовом режиме разряда аккумулятор можно разряжать до конечного напряжения 0,8 В, а при одночасовом — до 0,5 В.

Нормальным считается шестичасовой заряд, при этом зарядный ток равен 150% от номинального. Новые аккумуляторы и аккумуляторы, работавшие в длительном режиме, первые 100—150 циклов надо заряжать в течение 7 часов. Ускоренный заряд продолжается 4,5 часа: сначала 2,5 часа двойным нормальным зарядным током, а затем 2 часа — нормальным зарядным током. Усиленный заряд длится 12 час. 6 час. — нормальным зарядным током, а затем еще 6 час. — половинным нормальным зарядным током.

При систематических недозарядках емкость щелочных аккумуляторов снижается. Перезарядок эти аккумуляторы не боятся, признаками конца зарядки служат количество ампер-часов, данных при зарядке, и напряжение на зажимах аккумулятора, равное 1,8—1,85 В. Ни обильное выделение газов, ни плотность электролита не являются признаками конца зарядки.

Уровень электролита в банке должен быть на 5—12 мм выше верхних кромок пластин.

При приготовлении электролита нельзя пользоваться оцинкованной, луженой, алюминиевой, медной и свинцовой посудой, а также посудой, применяющейся для приготовления электролита кислотных аккумуляторов.

Источник