Щелочные аккумуляторы их характеристика плюсы и минусы

Щелочные аккумуляторы их характеристика плюсы и минусы

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Щелочные батарейки: достоинства и недостатки

Щелочные батарейки это, пожалуй, наиболее распространенный тип портативных источников энергии, применяемых в потребительской электронике. Эти батарейки сделаны с щелочным электролитом оксида калия вместо ранее применявшихся хлорида аммония или хлорида цинка, оба из которых являются кислотными компонентами.

Они имеют более высокую плотность энергии и, следовательно, более длительный срок хранения без потери в уровне напряжения. Негласным стандартом по напряжению для одного элемента является уровень 1.5 В, но щелочные батарейки могут быть разных типов и номиналов напряжения. И у них есть ряд преимуществ и недостатков, о которых следует знать.

Щелочные батареи являются наиболее подходящими для применений, где используемый ток обычно имеет низкий уровень, например, в устройствах, которые не требуют большой мощности во время их использования, или используются периодически, например, пульты дистанционного управления или радиоприемники. Как упоминалось ранее, щелочные батарейки имеют более длительный срок хранения, чем другие батареи хлоридного электролита, поэтому не стоит сильно беспокоиться о том, что эти батарейки лежа на полках выйдут из строя из-за своего возраста. Кроме срока годности, эти батареи также имеют более длительный срок службы, чем их аналоги, поэтому вам не придется заменять их почти так же часто. Еще одним большим плюсом является то, что щелочные батарейки функционируют даже при очень низких температурах.

Одним из главных преимуществ, о котором мало кто знает, является то, что существуют перезаряжаемые щелочные батарейки, которые могут использоваться сотни раз, если перезарядка выполняется после того, как батарея потратила до 25 процентов ее емкости или меньше. Батареи, прошедшие глубокую разрядку, могут быть доведены до оптимальной производительности при проведении полного цикла зарядки и разряда, если разрядка ограничена.

Стоимость щелочной батареи также намного ниже, чем цены на другие более сложные элементы, содержащие никель и кадмий. Помимо этого щелочные батареи могут быть утилизированы как обычные отходы, и не требуют специальных методов переработки.

Щелочные батареи имеют высокое внутреннее сопротивление, что может сказаться на их производительности и сроке службы. Они недолговечны в приложениях, которые имеют высокие требования к запуску, или даже требуют много энергии во время использования.

Перезарядка щелочных аккумуляторов может быть очень долгим и хлопотным делом. Необходимо следить за подзарядкой через регулярные промежутки времени. Стоимость зарядного устройства также может быть довольно высокой, а неисправное зарядное устройство может привести к взрыву щелочные батареи.

Щелочные батарейки не должны храниться в устройствах, которые не используются в течение длительного времени, поскольку в них может быть утечка, что может разрушить само устройство из-за коррозионной природы просачиваемого материала. Кроме того, щелочные элементы более громоздкие, чем, например, литиевые батареи, которые могут давать намного большую энергию.

ДОКЛАД

Тема: «Типы аккумуляторов»

Автор: старший матрос Аникин Д.А.

Учебная группа: 5124

Типы аккумуляторов

Свинцовые аккумуляторы (Pb). Реагентами в свинцовых аккумуляторах служат диоксид свинца (PbO2) и свинец (Pb), электролитом — раствор серной кислоты. Они также называются свинцово-кислотными аккумуляторами. Их разделяют на четыре основные группы; стартерные, стационарные, тяговые и портативные (герметизированные). Наиболее распространенные из свинцовых аккумуляторов — стартерные аккумуляторы, предназначены для запуска двигателей внутреннего сгорания и энергообеспечения устройств машин. В последние годы в основном используются аккумуляторы, не требующие ухода. К недостаткам относят невысокие удельную энергию и наработку, плохую сохранность заряда, выделение водорода.

Стационарные аккумуляторы используются в энергетике, на телефонных станциях, в телекоммуникационных системах, в качестве аварийного источника тока и т.д. Обычно они работают в режиме непрерывного подзаряда. Относятся к недорогим аккумуляторам.

Тяговые аккумуляторы предназначены для электроснабжения электрокаров, подъемников, шахтных электровозов, электромобилей и других машин. Действуют в режимах глубокого разряда, имеют большой ресурс и низкую стоимость.

Портативные (герметизированные) свинцовые аккумуляторы используются для питания приборов, инструмента, аварийного освещения. К их достоинствам относятся более низкая стоимость по сравнению со стоимостью других портативных аккумулторов, широкий интервал рабочих температур. Недостатками кислотных аккумуляторов являются невозможность хранения в разряженном состоянии, трудность изготовления аккумуляторов малых размеров. Свинцово-Кислотные Аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd).Реагентами в никель-кадмиевых аккумуляторах служат гидроксид никеля и кадмий, электролитом — раствор КОН, поэтому они именуются щелочными аккумуляторами. Существуют три основных вида никель-кадмиевых аккумуляторов: негерметичные с ламельными (ламельные аккумуляторы) и спеченными электродами (безламельные аккумуляторы) и герметичные. Наиболее дешевые ламельные никель-кадмиевые аккумуляторы характеризуются плоской разрядной кривой, высокими ресурсом и прочностью, но не низкой удельной энергией. Удельная энергия, скорость разряда Ni-Cd аккумуляторов со спеченными электродами выше, они работоспособны при низких температурах, но дороже, характеризуются эффектом памяти и способностью к тепловому разгону.

Применяются никель-кадмиевые аккумуляторы для питания шахтных электровозов, подъемников, стационарного оборудования, средств связи и электронных приборов, для запуска дизелей и авиационных двигателей и т.п.

Герметичные Ni-Cd аккумуляторы характеризуются горизонтальной разрядной кривой, высокими скоростями разряда и способностью действовать при низких температурах, но они дороже герметизированных свинцовых аккумуляторов и характеризуются эффектом памяти. Применялись для питания портативной аппаратуры (сотовых телефонов, магнитофонов, компьютеров и т.д.), бытовых приборов, игрушек и т.д. Недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов является применение токсичного кадмия. Ni-Cd Аккумуляторы

Читайте также:  Генератор кодов для игр

Никель-железные аккумуляторы. Вместо кадмия в этих аккумуляторах используется железо. Из-за выделения водорода с самого начала заряда аккумуляторы производят только в негерметичном варианте. Они дешевле никель-кадмиевых аккумуляторов, не содержат токсичный кадмий, имеют длинный срок службы и высокую механическую прочность. Однако они характеризуются высоким саморазрядом, низкой отдачей по энергии, практически неработоспособны при температуре ниже -10 °С. Выпускаются в призматическом виде и используются в основном как тяговые источники тока в шахтных электровозах, электрокарах и промышленных подъемниках.

Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH).Активным материалом отрицательного электрода является интерметаллид, обратимо сорбирующий водород, т.е. фактически отрицательный электрод является водородным электродом, у которого восстановленная форма водорода находится в абсорбированном состоянии. Разрядная кривая Ni-MH аккумулятора аналогична кривой Ni-Cd аккумулятора. Удельная емкость и энергия никель-металлогидридных аккумуляторов в 1,5-2 раза выше удельной энергии никель-кадмиевых аккумуляторов, кроме того, они не содержат токсичный кадмий. Изготавливаются в герметичном исполнении цилиндрической, призматической и дисковой форм. Применяются для питания портативных приборов и аппаратуры. Ni-MH Аккумуляторы

Никель-цинковые аккумуляторы. Это щелочные аккумуляторы, у которых отрицательный электрод — цинковый. Удельная энергия никель-цинковых аккумуляторов примерно в 2 раза выше удельной энергии Ni-Cd аккумуляторов. Они характеризуются горизонтальной разрядной кривой, высокой удельной мощностью и относительно невысокой начальной ценой, однако ресурс их мал, поэтому массового применения не имеют. Применяются для питания портативной аппаратуры

Серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы. Активными материалами служат оксид серебра на положительном и цинк или кадмий — на отрицательном электродах соответственно, электролитом является раствор щелочи. Характеризуются высокими удельными энергиями и мощностью, низким саморазрядом, но весьма дороги. Серебряно-цинковые аккумуляторы имеют незначительный ресурс. Выпускаются в призматической и дисковой формах, применяются для питания портативных приборов и аппаратов, в военной технике.

Никель-водородные аккумуляторы. Отрицательным электродом служит пористый газодиффузионный электрод с платиновым катализатором, на котором обратимо реагирует газообразный водород. Характеризуются высокой удельной энергией и очень высоким ресурсом, но значительным саморазрядом и очень дороги. Применялись в космической технике.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion).В качестве отрицательного электрода применяется углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активным материалом положительного электрода обычно служит оксид кобальта, в который также обратимо внедряются ионы лития. Электролитом является раствор соли лития в неводном апротонном растворителе. Аккумуляторы имеют высокую удельную энергию, высокий ресурс и способны работать при низких температурах. Благодаря высокой удельной энергии их производство в последние годы резко увеличилось. Выпускаются в цилиндрической и призматической формах. Они применяются в сотовых телефонах, ноутбуках и других портативных устройствах. Li-ion Аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol). Анодом служит углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активными материалами положительных электродов являются оксиды ванадия, кобальта или марганца. Электролитом является или раствор соли лития в неводных апротонных растворителях, заключенный в микропористую полимерную матрицу, или полимер (полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, поливинилхлорид либо другие), пластифицированный раствором соли лития в апротонном растворителе (гель-полимерный электролит). По сравнению с литий-ионными аккумуляторами литий-полимерные аккумуляторы имеют более высокие удельную энергию и ресурс и лучшую безопасность. Применяются для питания портативных электронных устройств. Li-pol Аккумуляторы

Перспективы развития

Хорошей новостью является то, что следующее поколение литий-ионных батарей уже почти соответствует требованиям рынка. В качестве аккумулирующего материала в них применяется литий, который теоретически позволяет в десять раз увеличить плотность хранения энергии.

Наряду с этим приводятся исследования других материалов. Хотя литий и обеспечивает приемлемую плотность энергии, однако речь идет о разработках на несколько порядков оптимальнее и дешевле. В конце концов, природа могла бы предоставить нам лучшие схемы для высококачественных аккумуляторов.

Научно-исследовательские лаборатории университетов разрабатывают первые образцы органических аккумуляторов. Однако до выхода таких биобатарей на рынок может пройти не одно десятилетие. Мостик в будущее помогают протянуть малогабаритные батареи, которые заряжаются путем улавливания энергии.

Емкость аккумуляторов растет при включении кремния между слоями графита. Она увеличивается в три-четыре раза при соединении кремния с литием, однако после нескольких циклов зарядки графитовый слой разрывается.

Решение этой проблемы найдено в стартап-проекте Amprius

рамках этого проекта доступны три метода решения «проблемы графита». Первый из них — применение пористого кремния, который можно рассматривать как «губку». При сохранении лития он крайне мало увеличивается в объеме, следовательно, слои графита остаются неповрежденными. Amprius может создать аккумуляторы, которые сохраняют до 50% больше энергии, чем обычные.

Более эффективно, чем пористый кремний, накапливает энергию слой кремниевых нанотрубок. В прототипах было достигнуто почти двукратное увеличение зарядной емкости (до 350 Вт·ч/кг).

«Губка» и трубки должны быть по-прежнему покрыты графитом, так как кремний вступает в реакцию с раствором электролита и тем самым уменьшает время работы аккумулятора.

Читайте также:  Как снять блок с плиты

Но есть и третий метод. Исследователи проекта Ampirus внедрили в углеродную оболочку группы частиц кремния, которые непосредст­венно не соприкасаются, а обеспечивают свободное пространство для увеличения частиц в объеме. Литий может накапливаться на этих частицах, а оболочка остается неповрежденной. Даже после тысячи циклов зарядки емкость прототипа снизилась только на 3%.

Основные преимущества использования свинцово-кислотных тяговых аккумуляторов:

1. Технология таких батарей широко распространена, известна и полностью автоматизирована. В настоящее время их довольно легко приобрести за относительно небольшую стоимость. Забегая вперед, хочется отметить, что именно это качество зачастую перевешивает все недостатки кислотно-щелочных АКБ.

2. Очень низкий саморазряд аккумулятора (как правило, в 5-7 раз меньше, нежели у никель-кадмиевой батареи).

3. Хорошо переносят большие мощностные нагрузки.

4. Очень экологичны и дружественны по отношению к окружающей среде – сейчас вторичная переработка кислотно-щелочных тяговых аккумуляторов уже очень хорошо отработана.

5. Тяговые АКБ изготавливаются и собираются на специализированных заводах с применением высокотехнологичного современного оборудования.

6. Все тяговые аккумуляторы сертифицированы.

7. Оптимальное соотношение качества и стоимости.

8. Срок гарантии на тяговые АКБ – 1.5 года с момента покупки. Гарантийный ремонт проводят бесплатно в том случае, если полностью соблюдались все требования инструкции.

9. Срок работы кислотно-щелочных тяговых батарей составляет около 5-6 лет регулярного непрерывного использования. Срок службы гелиевых АКБ немного меньше – около 1200 циклов.

10. Тяговые батареи можно ремонтировать, так как на таких аккумуляторах используют болтовое, а не клеевое, крепление (при необходимости можно легко заменить вышедшие из строя элементы).

11. Тяговые АКБ очень удобны в применении. Наличие заливных горловин и меток «min» и «max» позволяет контролировать количество электролита в элементах.

Недостатки использования кислотно-щелочных тяговых аккумуляторов:

1. Довольно низкая плотность энергии в батарее. По этой причине вес таких батарей выше, чем у других аккумуляторов.

2. Сильная толерантность к глубокому разряду: если разряд батареи превышает 80%, то продолжительность службы аккумулятора значительно снижается. А рекомендуемые 60 процентов разряда только еще более снижают плотность энергии в аккумуляторе.

3. Проблема обслуживания – требуется регулярный контроль за уровнем электролита в батарее (как минимум, раз в неделю), а также зарядка в специализированном, очень хорошо проветриваемом помещении.

4. Достаточно низкий КПД зарядки – при зарядке АКБ теряется около 30 процентов изначально затраченной электроэнергии.

5. Аккумулятор боится полной разрядки: если это происходит, то срок его службы серьезно уменьшается.

6. Очень сложно сделать хоть приблизительный прогноз о времени выхода из строя АКБ.

7. При большом токе разряда существует проблема неполной отдачи заряда аккумулятором.

Плюсы и минусы щелочных аккумуляторов

Плюсы

Длительный срок службы при правильной эксплуатации;

Возможность глубокого разряда;

Работа при отрицательных температурах без потери свойств;

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

Минусы

Эффект памяти, приводящий к потере ёмкости. Появляется, если не разряжать щелочной аккумулятор до конца;

Существенный разброс рабочего напряжения элементов (1─1,75 вольта). Для набора под 12В аккумулятор разброс уже составит 10─17,5 вольта. Для работы в таком диапазоне напряжений нужно специальное зарядное устройство;

КПД заряда у щелочных составляет всего 55 процентов. У кислотных АКБ этот показатель равен 80 процентов;

Обслуживание должен выполнять квалифицированный работник, поскольку в щелочных аккумуляторах периодически необходимо менять электролит.

Характеристики щелочных аккумуляторов

Типы аккумуляторов Номинальная емкость, А-ч Номинальное напряжение, В
НК-28 28 1,25
НЖ-22 22 1,25
НК-55 55 1,25
НЖ-45 45 1,25
НК-80 80 1,25
НЖ-60 60 1,25

В условном обозначении типа аккумулятора буквы означают электрохимическую систему аккумулятора:

  • «НК» — никель-кадмиевая;
  • «НЖ» — никель-железная;
  • Цифры после букв — номинальную емкость аккумулятора в ампер-часах.

Характеристики щелочных аккумуляторных батарей

Типы батарей Количество аккумуляторов в батарее Номинальная емкость, А-ч Номинальное напряжение, В
10НК-28КТ 10 28 12,50
10НЖ-22КТ 10 22 12,50
17НК-28К 17 28 21,25
17НЖ-22К 17 22 21,25
4НК-55КТ, 4НК-55К 4 55 5,00
4НЖ-45КТ, 4НЖ-45К 4 45 5,00
5НК-55К 5 55 6,25
5НЖ-45К 5 45 6,25
10НК-55К 10 55 12,50
10НЖ-45К 10 45 12,50
4НК-80КТ 4 80 5,00
4НЖ-60КТ 4 60 5,00
5НК-80КТ 5 80 6,25
5НЖ-60КТ 5 60 6,25
10НК-80К 10 80 12,50
10НЖ-60К 10 60 12,50

Введение в эксплуатацию аккумуляторов и батарей, не бывших в эксплуатации или хранившихся в разряженном состоянии без электролита:

  • Перед пуском в эксплуатацию аккумуляторы, как единично работающие, так и комплектуемые в батареи, подвергнуть растренировке с целью получения номинальной емкости;
  • С поверхности аккумуляторов и батарей удалите чистой ветошью пыль и соль, проверьте правильность последовательного соединения аккумуляторов в батарее и плотно затяните гайки межэлементных соединений. Следы ржавчины на деталях, не покрытых лаком, снимите ветошью, смоченной в керосине;
  • Аккумуляторы залейте электролитом, дайте постоять не менее 2 ч (для пропитки пластин) и проверьте вольтметром напряжение на каждом из них. В случае отсутствия напряжения на аккумуляторе оставьте его еще на 10 ч, после чего вновь проверьте напряжение. В случае отсутствия его — аккумулятор замените;
  • После 2-часовой пропитки проверьте уровень электролита над пластинами аккумуляторов, который должен быть не менее 5 и не более 12 мм над краем пластин.
Читайте также:  Установка блока питания в системный блок

Строгое соблюдение уровня электролита (не более 12 мм) требуется для предупреждения выплескивания электролита из аккумулятора во время заряда.

Примечание. Для уменьшения уровня электролита в аккумуляторе пользуйтесь резиновой грушей.

После установления уровня электролита аккумуляторам сообщите три тренировочных цикла токами согласно таблице.

Типы аккумуляторов Заряд Разряд
Время, ч Ток, А Ток, А Конечное напряжение, В
НЖ-22 6 5,5 2,8 1,0
НК-28 7,0 2,8
НЖ-45 11,2 5,5
НК-55 14,0 5,5
НЖ-60 15,0 8,0
НК-80 20,0 8,0

Напряжение в конце разряда должно быть не менее одного вольта на худшем аккумуляторе. Если отданная емкость будет не ниже номинальной, аккумуляторы могут быть пущены в эксплуатацию.

Примечание. Рекомендуется для улучшения качества аккумуляторов перед пуском в эксплуатацию сменить электролит на свежий.

Иногда аккумуляторы после длительного бездействия имеют временное снижение емкости. В этих случаях после контрольного цикла дайте заряд нормальным режимом, а разряд производите в течение восьми часов при постоянной силе тока, не обращая внимания на напряжение аккумуляторов.

В конце разряда нормальную силу тока поддерживайте с помощью внешнего источника тока. Для этого аккумуляторы подключите к зарядному агрегату так, чтобы положительный полюс аккумулятора был соединен с минусом зарядного устройства, а отрицательный — с плюсом. После такого глубокого разряда дайте заряд током нормального режима в течение 16 ч и аккумуляторы направьте в эксплуатацию. Последующие заряды производите в течение 6 ч нормальным током в каждой батарее.

Введение в эксплуатацию аккумуляторов и батарей, хранившихся залитыми электролитом

Аккумуляторы, хранившиеся с электролитом не больше одного года, вводите в эксплуатацию без смены электролита (при условии его соответствия требованиям настоящей инструкции).

При более длительном хранении электролит смените. Введение в эксплуатацию производите как аккумуляторы, не бывшие в эксплуатации.

Заряд щелочных аккумуляторов и батарей

Заряд производите от любого источника постоянного тока. Автоматический заряд без постоянного контроля параметров обеспечивают автоматические зарядные устройства серии УЗПС.
Для включения на заряд однотипные аккумуляторы или батареи соедините последовательно. Количество соединенных аккумуляторов определяется напряжением источника тока и напряжением аккумулятора в конце заряда. У исправного и правильно включенного аккумулятора напряжение при нормальном зарядном токе должно быть:

  • в начале заряда 1,40 В. 1.45 В;
  • в конце заряда 1,75 В — 1,85 В.

При эксплуатации аккумуляторов и батарей применяйте следующие режимы заряда:

  • Нормальный — 6ч нормальным током;
  • Усиленный — 12 ч нормальным током, он сообщается:
  • при вводе в действие;
  • через каждые 10 циклов, а при нерегулярной работе один раз в месяц;
  • после смены электролита;
  • после глубоких разрядов ниже допустимых конечных напряжений, а также после разрядов слабыми токами, чередующимися с перерывами в течение 16 и более часов.

Никель — кадмиевые и никель-железные аккумуляторы можно заряжать более слабым током, соответственно увеличивая время заряда, однако снижать ток более чем на половину не рекомендуется.

ВНИМАНИЕ! Заряды слабыми токами ухудшают работу щелочных аккумуляторов, а поэтому применяйте их в случае крайней необходимости.
Не допускайте повышение температуры электролита при заряде выше 45° С для составных электролитов, и выше 35° С для электролитов без добавки лития едкого. В случае повышения температуры выше указанной прервите заряд и дайте аккумуляторам остыть.
Заряд аккумуляторов зимой на открытом воздухе при температуре ниже минус 10° С (до минус 30° С) производите нормальной силой тока в течение 7 ч. В случае необходимости заряжать аккумуляторы ниже минус 30° С их утеплите, закрыв войлоком, брезентом или другим материалом.

Примечание. Никель — железные аккумуляторы заряжать при температуре ниже минус 10° С не рекомендуется.

Во время заряда не допускайте выплёскивания электролита. Перед зарядом через каждые 10 циклов проверьте и доведите уровень электролита до норм.Проверьте отсутствие замыкания между стенками соседних аккумуляторов в результате возможного раздутия корпусов. При наличии замыкания напряжение батарей будет значительно ниже номинального.Для обнаружения замкнутых аккумуляторов производите замер зазоров между ними и замер их напряжений. У соприкасающихся аккумуляторов немедленно отверните пробки. Если после устранения замыкания зазор между аккумуляторами меньше 3 мм, изолируйте их листом тонкого эбонита, винипласта или резины.После устранения замыкания аккумуляторов сообщите им усиленный заряд.

Зарядные устройства для тяговых аккумуляторов

Ссылка на основную публикацию
Шпионский софт родом из холода
Borderlands: The Pre-Sequel! Разработчики 2K Australia Gearbox Software Издатели 2K Games Часть серии Borderlands Дата выпуска 17 октября 2014 года...
Что делать если плохо работает отпечаток пальца
Владельцы современных смартфонов на платформе Android нередко сталкиваются с тем, что сканер отпечатков пальцев реагирует недостаточно быстро и точно. Зачастую...
Что делать если пропал звук в наушниках
Всё о Интернете, сетях, компьютерах, Windows, iOS и Android Нет звука в наушниках на телефоне — что делать?! А Вы...
Штампованные диски арриво отзывы
Приветствую всех! Запись будет, как Вы уже догадались, о дисках.Дело в том, что я любитель иметь на автомобиле два комплекта...
Adblock detector