лужні акумулятори

1. Пристрій лужних акумуляторів
2. Принцип роботи лужних акумуляторів
3. Особливості експлуатації та термін служби лужних акумуляторів
4. Види лужних акумуляторів і області їх застосування
5. Маркування лужних акумуляторів
6. Здача і утилізація лужних акумуляторів
7. Плюси і мінуси лужних акумуляторів
8. мінуси

Наши партнеры ArtmMisto

Лужні акумулятори отримали свою назву по електроліту, який в них працює. У більшості випадків це водний розчин КОН (їдкий калій) або NaOH (їдкий натрій). Цей вид акумуляторів має ряд переваг перед кислотним типом батарей, але не позбавлений і недоліків. У деяких галузях народного господарства застосування лужних акумуляторів більш виправдано. Тому сьогодні ми розглянемо характеристики і пристрій лужних акумуляторів, а також сфери їх застосування.

Зміст статті

Пристрій лужних акумуляторів

Найпоширенішими видами лужних батарей є нікель─кадміевие і нікель─металлогідрідние (ще їх називають нікель─железние). У обох типів акумуляторів в зарядженому стані активна маса позитивного електрода складається з NiOOH (гідроокис нікелю) з додаванням окису барію і графіту. Графіт призначений для збільшення електропровідності активної маси. Добавка окису барію збільшує термін експлуатації лужного акумулятора.
Активна маса негативних пластин у разі нікель─металлогідрідного акумулятора є порошкоподібною заліза (Fe) і його оксиди. У ній присутній добавки сірчистого заліза і сірчанокислого нікелю. У разі нікель─кадміевих батарей активна маса негативних пластин являє собою суміш порошку кадмію (Cd) і заліза. В якості електроліту для лужних акумуляторів застосовується водний розчин їдкого калію (20%). В електроліт додається моногідрат літію в кількості 20-30 грам на літр. Ця добавка збільшує термін експлуатації акумуляторної батареї.

Давайте розглянемо конструкцію і пристрій лужного акумулятора на прикладі моделей батарей, використовуваних в тепловозах і пасажирських вагонах. Там застосовуються як нікель─металлогідрідние (Ni─MH), так і нікель─кадміевие акумулятори (Ni─Cd). На підприємствах випускаються нікель─железние і нікель─кадміевие батареї, в яких електроди виконані у вигляді рамок зі сталі, покритої нікелем. У пази цих рамок запресовані ламелі.

Ламель є пакет, заповнений активної масою. Ламелі виконані з нікельованої жерсті з великою кількістю отворів. Це робиться для того, щоб електроліт міг надходити до активної масі.

У нікель─кадміевих акумуляторах (в маркуванні присутній НК) негативна пластина знаходиться між 2-ма позитивними. Нікель─железние (в маркуванні НЖ) або нікель─металлогідрідние акумулятори передбачають наявність однієї позитивної пластини між 2-ма негативними. Щоб не було короткого замикання, між пластинами ставлять сепаратори. Їх роблять у вигляді поліхлорвінілової сітки або ебонітового стрижня.

На зображенні нижче представлено пристрій лужного акумулятора Ni-MH. На схемі можна бачити напівблоки електродів і акумулятор в зборі.

Напівблоки і нікель─железний акумулятор в зборі. На прикладі тепловозного акумулятора ТПНЖ

А на наступній картинці можна подивитися пристрій лужного акумулятора Ni-Cd.

Напівблоки і нікель─кадміевий акумулятор в зборі. На прикладі акумулятора НКН-100

У таких різновидах акумуляторних батарей, як ТПНЖК і ТПНЖ використовуються панцирні позитивні пластини. Ці пластини поміщаються в спеціальні чохли або панцири. Електроди знаходяться в корпусі з нікельованої жерсті. У корпусу є приварена кришка з отворами під вивідні штирі. Також передбачено отвір для заправки електролітом і виведення газів. Щоб надати корпусу механічну міцність, стінки робляться гофрованими. Зверху корпус закритий гумовим чохлом, який забезпечує ізоляцію елементів від ящика, де встановлена батарея. Тепер трохи про те, за рахунок чого забезпечується робота лужного акумулятора.

Принцип роботи лужних акумуляторів

Коли відбувається розряд батареї, на позитивних пластинах йде реакція гідроксиду нікелю (NiOOH) з іонами електроліту для лужного акумулятора. В результаті утворюється гідрат закису нікелю Ni (OH) 2. На негативному електроді кадмій і залізо перетворюються в гідрат окису кадмію (Cd (OН) 2) і заліза (Fe (ОН) 2). Протікання струму по зовнішньої і внутрішньої мережі забезпечує різниця потенціалів (приблизно 1,45 вольта) лужного акумулятора. Таким чином, забезпечується робота лужного акумулятора.
Коли відбувається заряд лужної АКБ, то під вплив струму активна маса позитивних пластин окислюється. Гідрат закису нікелю Ni (ОН) 2 переходить в гідроокис нікелю (NiOOH). В активній масі негативних електродів при заряді йде відновлення з утворенням кадмію і заліза.

Нижче представлені реакції, що відбуваються в процесі розряду-заряду, представлені такими рівняннями:

Лужна АКБ Ni─MH:

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

Лужна АКБ Ni─Cd:

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

Робота лужного акумулятора така, що номінальне значення розрядного струму становить 0,2 * С. Величина «С» позначає номінальну ємність акумуляторної батареї. Максимальний розрядний струм, наприклад, при запуску дизельного двигуна, становить до 4 * С. Штатний струм заряду лужних АКБ дорівнює 0,25 * С.

Варто відзначити, що речовини, які утворюються під час роботи лужного акумулятора і протікання електрохімічних реакцій, майже не розчиняються в електроліті і не реагують один з одним. За рахунок того, що електроліт для лужного акумулятора з ними не взаємодіє, відсутня його витрата і щільність не змінюється. В результаті потрібно менший обсяг, ніж в кислотної батареї.

Щоб анод (складається з губчастого заліза) нікель─железной батареї працював правильно, його вага повинна бути більше позитивного. Ці пояснюється більшу кількість негативних пластин в цьому типі АКБ. Збірний блок в цьому типі лужних батарей по краях має негативні пластини. Ці пластини мають електричне з'єднання з корпусом. У Ni─Cd батареях все навпаки. Там активна маса позитивного електрода повинна мати більший обсяг, ніж негативного. У них блоки мають по краях позитивні пластини, які мають з'єднання з корпусом.

Напруга лужного акумулятора при повній зарядці становить приблизно 1,45 вольта. Через істотне внутрішнього опору цього типу батарей, напруга лужного акумулятора істотного менше номіналу при розряді і істотно більше при заряді.

Коли висновків батареї підключається навантаження і починається розряд, то напруга швидко знижується до 1,3 вольта, а потім повільно зменшується до одного вольта. При досягненні цієї позначки розряд потрібно зупиняти. Середнє значення розрахункового напруги при розряді одно 1,25 вольта. Нижче напруги 1 вольт розряджати лужний елемент не рекомендується. Це може призводити до втрати ємності і зменшення терміну експлуатації.

Криві напруги лужного акумулятора при заряді і розряді

Коли ведеться зарядка, то напруга лужного акумулятора досить швидко зростає з 1,55 до 1,75 вольта, а потім досить повільно йде до 1,8 вольта. Заряд герметичного лужного акумулятора ведуть до того моменту, поки йому не буде передано певну кількість А-ч відповідно до його паспортними характеристиками. Струм заряду герметичного лужного акумулятора встановлюється, як 0,25 * С (номінальна ємність). В процесі заряду батареї передається 150 відсотків ємності. Для додаткової інформації, читайте статті про зарядці і відновленні Ni─Cd акумуляторів.

Кислотні та лужні акумулятори схожі в тому, що при зарядці у обох типів батарей виділяється газ. Однак в разі герметичних лужних акумуляторів газовиділення не є ознакою закінчення зарядки. Але тут також рекомендується знижувати струм, якщо виділення газів йде занадто бурхливо.

Можна сказати, що герметичні лужні акумулятори краще перезарядити, ніж вони будуть незарядженими. Неповний заряд для них скорочує термін експлуатації. У той же час зайвий заряд також не допустимо. В процесі заряду зростає їх температура. При значеннях вище 45 градусів Цельсія починає руйнуватися активна маса електродів. Для додаткової інформації, читайте про зарядці Ni─MH акумуляторів .

Особливості експлуатації та термін служби лужних акумуляторів

В принципі, догляд при експлуатації лужних акумуляторних батарей приблизно такий же, як і в разі кислотних. Потрібно періодично контролювати рівень електроліту, а також проводити зарядку АКБ. Герметичні лужні акумулятори повинні регулярно підзаряджатися і перебувати в чистоті.

Герметичні лужні акумулятори можуть при зберіганні перебувати в полузаряженном або розрядженому стані досить тривалий час. Також варто відзначити, що акумулятори лужного типу менш чутливі до дії негативних температур. Крім того, герметичні лужні акумулятори здатні працювати при розряді великими струмами (висока перевантажувальна здатність).

Завдяки тому, що герметичний лужної акумулятор має великий внутрішній опір, сильний розряд і короткочасні короткі замикання не шкодять цим батареям. Лужні АКБ стійкі до впливу вібрації, трясіння, ударів завдяки високій міцності. У порівнянні з кислотними вони мають велику питому енергію, більший термін експлуатації і можуть зберігатися довше.

Саморозряд герметичних лужних акумуляторів при розімкнутому ланцюзі становить 20 відсотків ємності за 9 місяців. Це небагато, якщо порівнювати з кислотними АКБ. У останніх такий рівень саморозряду спостерігається за місяць. Важливо відзначити, що при експлуатації герметичних лужних акумуляторів немає шкідливих газовиділень і вони досить надійні.

Але батареї лужного типу мають деякі мінуси і незручності при експлуатації. Напруга при розряді у них приблизно на 40 відсотків нижче, ніж у кислотних. В результаті для виробництва одного і того ж напруги АКБ потрібно набирати різну кількість елементів. І в разі герметичного лужного акумулятора кількість таких елементів буде значно більше. Через високий внутрішнього опору батарей з лужним електролітом, напруга при інтенсивному розряді знижується значно швидше, ніж у кислотних.

Види лужних акумуляторів і області їх застосування

Ламельні лужні АКБ, конструкція яких була розглянута вище, широко використовуються в якості тягових лужних акумуляторів. Крім того, вони використовуються і в якості стартерних. Нижче наведені області застосування таких акумуляторних батарей:

• локомотиви і пасажирські вагони;
• сигналізації і системи аварійного енергопостачання;
• рудничні електровози;
• всіляка підлоги електротехніка (різні навантажувачі на складах і виробництвах. Наприклад, лужної акумулятор ТНЖ);
• для запуску двигунів внутрішнього згоряння.

Акумулятор для пасажирських вагонів

Акумулятор для навантажувача

Лужні АКБ зустрічаються в телефонах, фотоапаратах, трамваях, тролейбусах і т. П. Батареї лужного типу набули широкого використання в різній портативної техніки і електроінструменті. Там використовуються батареї циліндричної форми з електродами рулонного типу. Вони мають номінальну напругу 1,2─1,3 вольта. Такі елементи набираються в акумулятор і використовуються, наприклад, в шуруповерт. Детальніше про їх використання читайте в статті « Ni-Cd акумулятори для шуруповерта ».

акумулятор саморезоверта

Ni─Cd акумулятори

Ni─MH акумулятори

Крім того, лужні акумуляторні батареї можна зустріти в ролі стартерних на автомобілях. Правда, випускаються вони в основному тільки для деяких вантажних автомобілів, а також для військової техніки. На легкових автомобілях вони зустрічаються рідко. Але, в принципі, нічого не заважає деяким автовласникам встановлювати лужної акумулятор 12В на своїх «залізних коней». І відгуки про їх використання позитивні.

Маркування лужних акумуляторів

Розглянемо маркування тягових батарей російського виробництва. У нас в країні виробництвом таких батарей займається Великолукский завод лужних акумуляторів і Курський завод «Акумулятор». При поставці продукції на внутрішній ринок вони маркують свою продукцію таким чином (букви і цифри пояснюються в міру їх проходження зліва направо):

• Якщо в маркуванні перед цифрами стоять літери, то вони показують число елементів в батареї;
• За нею йдуть літери, що дають область застосування (Т - тяговий, ТП ─ тепловоза, В ─ вагонний);
• Далі йдуть літери, які позначають тип. Наприклад, НЖ - нікель─железная АКБ;
• Якщо присутній буква К, то це означає, що конструкція блоку електродів комбінована (при цьому позитивний електрод ламельного типу, негативний ─ безламельного);
• Якщо в маркуванні присутній Ш, то це АКБ для шахтних електровозів;
• Якщо в маркуванні після букв є цифри, то це величина номінальної ємності батареї, виражена в А-ч;
• Після значення ємності можуть бути присутніми букви: П (пластмасовий корпус), В (високий варіант), М (модернізований), У (виконання для помірного клімату), Т (виконання для тропічного клімату);
• Далі цифри позначають категорію розміщення відповідно до ГОСТ 15150-69 (2 позначає розміщення над землею, 5 ─ під землею).

За міжнародною системою маркування лужних батарей наступна:

• цифри перед літерами показують число елементів в батареї;
• Буква F говорить про те, що це нікель─железний акумулятор;
• Далі йдуть літери, які позначають струми в режимі розряду (L ─ до 0,5 * С, M ─ (0,5─3,5) * С, H ─ (3,5─7) * С, X ─ більше 7 * С);
• Наступні цифри показують місткість батареї в А-ч;
• Наступні букви показують матеріал корпусу (наприклад, Р ─ пластичний матеріал). Потім йде дефіс і далі вказуються різні особливості конструкції АКБ по системі позначень виробника. Ще через дефіс можуть зазначатися категорія розміщення і кліматичне виконання відповідно до ГОСТ 16150-69.

Здача і утилізація лужних акумуляторів

В останні роки всюди з'явилися пункти прийому свінцово─кіслотних автомобільних акумуляторів . Це стало дуже вигідно, оскільки виробники АКБ платять за них хороші гроші і забирають акумулятори на утилізацію . У більшості таких пунктів прийому можна здати і лужні батареї. Але ще не скрізь. Справа в тому, що у населення таких АКБ менше і пунктам прийому доводиться довго їх накопичувати, щоб здати на підприємство.

Пам'ятайте, що не можна просто так викидати лужні АКБ на смітник. У їх складі присутні небезпечні речовини. Це їдкий калій і натрій, сполуки лужних металів та інші речовини, які необхідно грамотно знешкоджувати. Просто складувати їх будинку або в гаражі то ж небезпечно.

Тому потрібно обов'язково здавати їх в пункти прийому, звідки їх заберуть на утилізацію за всіма правилами. І що найважливіше. Ви рятуєтеся від старого неробочий лужної батареї і отримуєте за це гроші.

Плюси і мінуси лужних акумуляторів

плюси

• Тривалий термін служби при правильній експлуатації;
• Можливість глибокого розряду;
• Робота при негативних температурах без втрати властивостей;
• Невеликий саморозряд;
• Невелику питому вагу.

При зниженні температури з 25 градусів Цельсія ємність лужного акумулятора знижується з кожним градусом на 0,5 відсотка. Показник краще, ніж у свинцево-кислотних практично в два рази. Але варто зазначити, що при низькій температурі зростає і швидкість зменшення ємності.

мінуси

• Ефект пам'яті, що призводить до втрати ємності. З'являється, якщо не розряджати лужної акумулятор до кінця;
• Істотний розкид робочої напруги елементів (1─1,75 вольта). Для набору під 12В акумулятор розкид вже складе 10─17,5 вольта. Для роботи в такому діапазоні напруг потрібно спеціальний зарядний пристрій;
• ККД заряду у лужних становить всього 55 відсотків. У кислотних АКБ цей показник дорівнює 80 відсотків;
• Обслуговування повинен виконувати кваліфікований працівник, оскільки в лужних акумуляторах періодично необхідно міняти електроліт.

Рекомендуємо прочитати матеріал про те, як відновити Ni─MH акумулятори .
На цьому можна поставити крапку. Якщо у вас є доповнення до статті, чекаємо їх в коментарях. Можете докладніше прочитати про види акумуляторів для автомобіля. Також запрошуємо взяти участь в опитуванні та оцінити матеріал нижче. Це допоможе нам поліпшити якість матеріалів. Вдалою експлуатації лужних акумуляторів!