Устройство, эксплуатация, срок службы никель─железных аккумуляторов. Никелевые аккумуляторы


Никель─железные аккумуляторы

Никель─железные аккумуляторы относятся к группе щелочных и по объёму выпуска в нашей стране занимают второе место после свинцовых батарей. В основном они используются в качестве тяговых АКБ. Этот тип батарей имеет длительный срок службы (до 3 тысяч циклов заряд-разряд), быстро заряжаются и они стоят дешевле никель─кадмиевых. Поэтому в отечественной промышленности они широко используются в электровозах и другом железнодорожном транспорте, складской технике, электрокарах. Один из недостатков – высокий саморазряд. Но при эксплуатации их в режиме тяговых – это не критично. Сегодня мы рассмотрим устройство никель─железных аккумуляторов, особенности их эксплуатации и перспективы использования. 

Содержание статьи

Процессы, происходящие в никель─железном аккумуляторе

Электрохимическая система никель─железного аккумулятора состоит из оксидно-никелевого электрода NiOOH (положительный электрод), железной губки (отрицательный) и едкой щелочи KOH (электролит). В процессе работы в аккумуляторе протекают следующие электрохимические процессы.

Никель─железный аккумулятор

На оксидно-никелевом электроде идёт реакция:

2NiOOH + 2h3O + 2e— ⇒ 2Ni(OH)2 + 2OH—

На железном электроде протекает реакция:

Fe + OH— ⇒ Fe(OH)2 + 2e—

Реакции протекают обратимо. При разряде они идут слева направо, а при заряде – в обратном направлении.

При протекании электрохимической реакции могут также образовываться оксиды Fe2O3 и FeOOH. Изменение физических и химических свойств оксидной плёнки приводит к торможению реакции на аноде. При этом происходит пассивация электрода. Причём пассивация становится сильнее при снижении температуры KOH и росте разрядного тока. Пассивации также способствует присутствие таких примесей, как сурьма, мышьяк, магний, никель и марганец. В роли депассиватора на железном электроде выступает сульфид-ион. Он ослабляет и подавляет пассивацию, протекающую из-за примесей. При адсорбции на железном электроде сульфид-ион активирует его поверхность.

Но ёмкость железного электрода при разряде, кроме пассивации, ещё ограничивается увеличивающимся сопротивлением активной массы. При разряде образуется Fe(OH)2. Он способствует образованию в губчатом электроде изолирующих прослоек. В результате происходит неравномерное распределение плотности тока по электроду. На некоторых участках разряд проходит неэффективно, что приводит к снижению коэффициента использования активной массы.

Сульфид-ион также способствует увеличению переходного омического сопротивления. В результате этого разрядная характеристика никель─железного аккумулятора с депассивирующим сульфид-ионом имеет большую длительность разряда и лежит в границах менее отрицательного потенциала.

Тяговые щелочные аккумуляторы

Во время заряда отрицательного электрода идёт побочная реакцией с выделением водорода. Она становится более интенсивной при перемещении реакции в глубину электрода. Это происходит из-за низкого водородного напряжения на губчатом железе, а также близкие равновесные потенциалы. Выход железа по току во время зарядки составляет не выше 70 процентов. Эффективность заряда во многом зависит выделения на поверхности электрода h3.Вернуться к содержанию  

Конструкция

Стандартный никель─железный аккумулятор – это блок плоских электродов, в прямоугольном стальном корпусе с никелированным покрытием. На верхней крышке находятся борны (токосъёмники) и пробка для заливки электролита. Эта конструкция, за исключением материалов электродов, полностью повторяет ламельные никель─кадмиевые аккумуляторы.

Конструкция никель─железного аккумулятора

Параметры Ni─Fe аккумуляторов во многом определяются их конструкцией и технологии производства электродов. Последние отличаются видами токоведущих каркасов. Ламельная конструкция подразумевает помещение активной массы в перфорированную оболочку их стали. В аккумуляторах безламельной конструкции активная масса напрессовывается или навальцовывается на сетку из стали. Чаще всего использует ламельная конструкция.

Есть разновидности с плоскими и трубчатыми ламелями. Отечественные производители делают в основном никель─железные аккумуляторы с плоскими ламелями. Они представляют собой коробочки, ширина которых 13 миллиметров. Высота может быть 2,8 (отрицательный электрод) или 4 миллиметра (положительный). Длина ламелей определяется размерами самого аккумулятора. Примерно 15 процентов площади поверхности электрода занимает перфорация. Ламель производится из 2 стальных лент. Их толщина составляет 0,1 миллиметра. Положительные ламели выполняются никелированными. Одна пластина сделана в форме желоба, а вторая в виде крышки.

Ламели расположены горизонтально и собраны в ряды. Они плотно собираются одна к другой, а по краям к ним закрепляются рёбра, служащие токоотводами. Наверху сваркой прикрепляется контактная планка, имеющая ушко для сборки группы пластин. Полублоки различной полярности представляют собой блок электродов. Сепараторами для разделения противоположных пластин в нём служат эбонитовые палочки. Вместо эбонитовых палочек могут использоваться резиновые жгуты, сетки из полиэтилена с крупными ячейками. В качестве сепараторов могут использоваться и другие материалы, которые способны обеспечить расстояние 2 миллиметра между электродами. Производство плоских ламелей довольно простое и может выполняться в больших объёмах на высокопроизводительном оборудовании.

К недостаткам ламельных никель─железных электродов стоит отнести их малую механическую прочность. Оксидно-никелевая масса в них набухает, и они могут увеличиваться в толщине на 35—40 процентов. Начальная плотность активной массы положительного электрода составляет 1,7 грамма на кубический сантиметр. Этого сказывается на удельной ёмкости в процессе функционирования. Сопротивление электрода в процессе эксплуатации растёт из-за того, что окисляется контактная поверхность графита. Эта добавка играет роль электропроводящего элемента. В активную массу вместе с графитом попадают и различные вредные примеси.

В результате электрод имеет сниженные эксплуатационные и электрические параметры. Трубчатые ламели имеют более совершенную конструкцию и лучшие эксплуатационные параметры. Диаметр трубчатых ламелей составляет 4,5 или 6,4 миллиметров. Их делают из перфорированной ленты путём скручивания. Трубки наполняют активной массой и сглаживают соединительный шов. Для увеличения прочности трубки дополнительно окольцовывают. Перфорация ламелей делается в виде отверстий круглой формы. Диаметр 0,2 миллиметра не ослабляет прочность ламели. В то же время достигается большая степень открытия электрода.

Вернуться к содержанию 

Эксплуатация

Никель─железные аккумуляторы выпускаются с ёмкостью 8─1150 Ач. Как уже говорилось выше, в основном они используются в качестве тяговых. Номинальная ёмкость Ni─Fe батареи определяется электрическим зарядом, который она отдаёт за 10 часов при температуре 20 градусов Цельсия до величины напряжения 1 вольт.

Ёмкость никель─железного аккумулятора

После зарядки никель─железный аккумулятор без подключённой нагрузки имеет напряжение 1,48 вольта. Постепенно при переходе в равновесное состояние плюсового электрода оно падает до 1,35 вольта. Номинал разрядного напряжения составляет 1,2 вольта. На разрядных характеристиках можно видеть зависимость ёмкости с напряжением аккумулятора от разрядного тока. Основной причиной снижения ёмкости и напряжения является большое внутреннее сопротивление, а также пассивация губчатого железного электрода.

 

Заряд

Заряд никель─железных аккумуляторов, как одного из видов щелочных аккумуляторов, производится любым источником постоянного тока. При заряде изменяется ЭДС и напряжения внутри батареи. Производителями батарей предусмотрено несколько режимов заряда. Есть те, что предназначены для введения в строй новой АКБ. Также есть параметры для нормальной, ускоренной зарядки. Кроме того, есть режим тренировки, который пригодиться при потере ёмкости. Время зарядки во всех этих режимах не больше 10─12 часов.

Кривые заряда и разряда аккумуляторов

В реальных условиях эксплуатации используют токи, заниженные по сравнению с рекомендуемыми режимами. Это делается, чтобы не завышать мощность зарядных устройств. Естественно, что это приводит к росту времени зарядки. При зарядке небольшими токами предельное напряжение и газовыделение в процессе зарядки будут меньшими, чем при стандартном режиме заряда.

Для кислотных и серебряно─цинковых аккумуляторов заряд небольшими токами очень подходит. Но для никель─железный батарей зарядный ток должен укладываться в определённый интервал. Тогда зарядка будет проходить эффективно.

Если зарядный ток снижается, то коэффициент его использования для Ni─Fe аккумуляторов уменьшается. В результате, когда зарядный ток слишком мал, АКБ перестаёт заряжаться. При этом подаваемый ток просто расходуется на выделение водорода. Это явление происходит потому, что снижается величина перенапряжения водорода на губчатом железном электроде. Заряд аккумулятор принимает при величине тока до 1/3 от нормального зарядного тока. При дальнейшем снижении эффективность падает.

Подробнее о том, как зарядить щелочной аккумулятор, можете прочитать по указанной ссылке.Вернуться к содержанию 

Разряд

В инструкциях производителя для никель─железных аккумуляторов указывается номинальный ток разряда. На практике разрядный ток редко соответствует тому, что там написано. Чтобы оценить процессы, происходящие при разряде, строятся кривые разряда Ni─Fe аккумуляторов и сравниваются с эталонными. Зависимость ЭДС от ёмкости при разряде выстраивается по 2 точкам. Они показывают ЭДС разряженной и заряженной АКБ. Эталоном для сравнения служит разрядная кривая при разряде в течение 20 часов.

Не вдаваясь в подробности можно сказать, что никель─железные аккумуляторы не подходят для обеспечения питания аппаратуры сразу после того, как были заряжены. Причиной тому служит существенное отклонение напряжения от номинала. А отклонение реальных разрядных кривых от эталонных могут составлять до 10 процентов.Вернуться к содержанию 

Саморазряд

Саморазряд Ni─Fe аккумуляторных батарей – это процесс аналогичный их разряду малым током. Только никакой полезной работы при этом не совершается. Практические измерения показывают, что саморазряд интенсивнее всего идёт в первые несколько дней, а затем замедляется. Никель─железные аккумуляторы обладают значительно большим саморазрядом, чем прочие виды аккумуляторов. Это объясняется свойствами железного электрода.

Саморазряд увеличивается при повышении температуры. Согласно ГОСТ 9240-71 ёмкость заряженного Ni─Fe аккумулятора через 30 суток (хранение при температуре 20 градусов Цельсия) не должна снизиться больше, чем на 50 процентов.

Саморазряд Ni─Fe аккумуляторов

Явление саморазряда щелочного аккумулятора обуславливается физико-химическими процессами и зависит от природы материала электролита и электродов. Потенциал оксидно-никелевого электрода в заряженном состоянии выше, чем у кислородного электрода, формирующегося в растворе щелочи. В результате между ними идёт реакция окисления воды и выделения кислорода. Процесс продолжается до того момента, пока их потенциалы не сравняются. Дальнейшее продолжение саморазряда оксидно-никелевого происходит из-за химического взаимодействия NiOOH с h3O. В результате выделяется кислород и гидрат закиси Ni. Но этот процесс идёт значительно медленнее и саморазряд существенно снижается.

На другом электроде железо растворяется в KOH. В результате этой реакции чего выделяется водород. Эта реакция является главной причиной саморазряда на железном электроде при хранении. Этот процесс довольно интенсивно при комнатной температуре. Влияние на этот процесс оказывает чистота железа и технология производства. Он может достигать величин 40─100 процентов за 30 суток. Поэтому уменьшение саморазряда на Fe электроде является ключевым для никель─железных аккумуляторов. Саморазряд значительно снижается при добавлении в состав электрода или электролита химических соединений мышьяка.

Можно сделать вывод, что для Ni─Fe аккумуляторов саморазряд можно понизить, если хранить их при низких температурах. Ещё одно направлением – это частичный разряд полностью заряженной батареи. В результате этого снижается потенциала оксидно-никелевого электрода.Вернуться к содержанию 

Срок службы

Никель─железные АКБ имеют длительный срок эксплуатации, который превышает многие батареи прочих видов. Он зависит в основном от температуры и состава электролита. И также влияние оказывают режимы зарядки и разрядки. Ускоренный заряд может сократить срок службы Ni─Fe аккумулятора до 1,5─2 раз. При ускоренном заряде увеличивается интенсивность вымывания из аккумулятора активной массы. Кроме того, при увеличении тока растёт и температура, отрицательно сказывающаяся на сроке службы.

В основном, срок эксплуатации зависит от состояния оксидно-никелевого электрода. Часто железный электрод и оснастка ещё находятся в рабочем состоянии, а аккумулятор уже выходит из строя. Срок также уменьшается при использовании АКБ в режиме длительного и глубокого разряда. Согласно требованиям ГОСТ 9240-71, срок эксплуатации никель─железный аккумуляторов не должен быть меньше 750 циклов. При этом ёмкость в течение всего срока службы не должна быть меньше 90 процентов от номинала.

Срок службы Ni─Fe аккумуляторов

Что касается срока хранения, то он для Ni─Fe должен быть не меньше 3,5 лет. Примерно после 1,5 тысячи циклов заряд-разряд ёмкость снижается на 25 процентов. Срок хранения на практике значительно выше гарантированного.

Нередко на практике при правильном обслуживании и эксплуатации никель─железные аккумуляторы служат по 25 лет. Для сравнения, у свинцово-кислотных батарей этот срок равен 5 годам.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал. Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.Вернуться к содержанию

akbinfo.ru

Никель-кадмиевые аккумуляторы: особенности и преимущества Ni-Cd

На современном этапе существует множество аккумуляторов, которые имеют разный химический состав и, по причине присутствия в них тех или иных элементов, свои характерные особенности и преимущества в эксплуатации. Никель-кадмиевые аккумуляторы появились давно. Но до сих пор являются популярными и нужными в разных сферах человеческой деятельности.

Из истории создания

Первые щелочные Ni-Сd аккумуляторы появились еще в конце ХХ века. Их изобрел шведский ученый Вальдмар Юнгнер, в качестве положительного заряда использовав никель, а кадмий — в качестве отрицательного. Несмотря на очевидную пользу этого изобретения, по тем временам массовое производство таких батарей было весьма дорогостоящим и энергоемким. Поэтому было отложено на промежуток почти в 50 лет.

30-е годы прошлого столетия замечательны тем, что именно тогда была создана техника внедрения химически активных материалов пластин на пористый электрод, покрытый никелем. Массовое же производство Ni-Cd аккумуляторов началось после 50-х годов.

Основные характеристики и преимущества

Никель-кадмиевые аккумуляторы, в большинстве случаев, имеют цилиндрическую форму. Поэтому в простонародье их часто называют «банками». Есть и плоские Ni батарейки — например, для часов. Все зарядные элементы такого типа имеют сравнительно небольшую емкость, если сопоставлять их с никель-металлогидридными АКБ (Ni-MH), появившимися значительно позже с целью усовершенствования Ni-Cd аккумуляторов.

Ni-Cd батарейки

Однако более низкие показатели емкости не являются тем недостатком, который мог бы стать причиной для того, чтобы старый добрый кадмиевый аккумулятор был окончательно снят с производства. Один из его несомненных плюсов — это то, что при эксплулатации он нагревается не так быстро, как MH. Это значительно снижает риск его перегрева и преждевременного выхода из строя.

Более медленный процесс нагревания Ni-Cd обусловлен тем, что химические реакции, протекающие внутри них, являются эндотермическими. Иными словами, выделяемое во время реакций тепло поглощается внутри. Что касается MH, они отличаются от кадмиевых экзотермическими реакциями с выделением большого количества тепла. В связи с этим MH нагреваются гораздо быстрее и могут «перегореть», если вовремя не прекратить их использование.

Ni-Сd аккумуляторы имеют плотный металлический корпус, отличающийся повышенной прочностью и хорошей герметичностью. Они способны устоять при любых химических реакциях внутри и выдержать большое давление газов даже в самых худших условиях. Вплоть до понижения температуры до -40°С. Никель кадмиевые-аккумуляторы не подвержены риску самовозгорания, в отличие от современных литиевых.

Среди них есть мощные и надежные промышленные аккумуляторы Ni, которые могут полноценно работать в течение 20-25 лет. И, несмотря на то, что на смену этим АКБ уже давно пришли MH и литиевые с большей емкостью, Ni-Cd аккумуляторы продолжают активно применяться и по сей день.

Если говорить о ценовой категории, стоимость Ni-Cd значительно ниже, чем у других батарей. Это также является одним из их основных плюсов.

Сфера применения

Небольшие Ni-Cd аккумуляторы широко используются для питания различной бытовой техники и аппаратуры, преимущественно, в тех случаях, когда тот или иной прибор потребляет большое количество тока. Стандартные «банки» до сих пор обеспечивают работу электродрелей и шуруповертов. Элементы больших размеров незаменимы в общественном транспорте. Например, в троллейбусах или трамваях с целью питания цепей их управления, в судоходном деле и особенно в сфере авиации как бортовые вторичные источники тока.

Аккумуляторные батареи

Особенности эксплуатации

Поскольку Ni-Cd аккумуляторы заметно нагреваются, только если они заряжены полностью, большая часть устройств «понимает» это в качестве сигнала, по которому следует прекращать процесс зарядки. Для того чтобы они работали дольше, их рекомендуется быстро заряжать, а использовать — до полного разряда: в отличие от MH, никель-кадмиевые аккумуляторы глубокой разрядки не боятся.

Этот вид АКБ — единственный из элементов питания, которые рекомендуется хранить полностью разряженными, в то время, как MH следует хранить заряженными полностью, и им периодически нужна проверка напряжения на выходе. Такая разница, при существенном отличии в эксплуатации, безусловно, является еще одним очевидным пунктом в пользу Ni-Cd.

При долгом хранении без использования в разряженном виде с батарейками не случится ничего страшного. Но, чтобы привести их в рабочее состояние, нужно два-три раза провести им полный цикл «заряд-разряд». Лучше делать это незадолго до применения, можно за сутки, и тогда никель-кадмиевые аккумуляторы будут работать с оптимальной токоотдачей.

Любой Ni-Cd, применяемый в быту, при его питании током небольшой величины и периодической неполной разрядкой может значительно потерять емкость, что создает впечатление полного выхода АКБ из строя. Если Ni-Cd долгое время находился на подзарядке, например, в устройстве с постоянным питанием, он тоже лишится определенного показателя ёмкости, хотя уровень его напряжения, при этом, будет верным.

Это значит, что использовать Ni-Cd в режиме постоянной подпитки и «недоразряда» не стоит, а если такое все же произошло с батарейкой, одного цикла глубокой разрядки с последующим полным зарядом будет достаточно для того, чтобы емкость была восстановлена.

Такой эффект называется «эффектом памяти» и возникает, когда не до конца разряженная батарея подвергалась подзарядке раньше, чем она разрядится полностью. Дело в том, что при производстве никель-кадмиевых аккумуляторов используются так называемые прессованные электроды. Это очень удобно, так как «прессовка» высокотехнологична и обходится дешевле. Но именно ее химический состав склонен к «эффекту памяти» — иными словами, к появлению в электрохимическом составе АКБ «лишнего» двойного электрического слоя в виде крупных кристаллов, что обусловливает снижение напряжения.

Зарядное устройство

Именно поэтому Ni-Cd элементы так «любят» полный и глубокий разряд, после которого, «очистив память», они могут долгое время работать полноценно.

Восстановление никель-кадмиевого аккумулятора

Среди любителей электроники постоянно ведутся споры и разговоры о том, что делать, если Ni-Cd аккумулятор вышел из строя, как восстановить Ni и насколько целесообразно это делать вообще. Конечно, гораздо проще сразу приобрести новую батарею. Но бывает и так, что в ближайшее время это сделать невозможно: замены просто не оказалось под рукой, а ближайший магазин находится далековато. Поэтому тем, кто постоянно работает, например, с электрическими инструментами, время от времени приходится заниматься восстановлением никель-кадмиевых аккумуляторов очень интересными способами. Как произвести ремонт аккумулятора шуруповерта, например?

Восстановление водой

Можно попробовать провести восстановление работоспособности Ni-Cd аккумуляторов с помощью самого обычного электролита в виде дистилированной воды.

Для этого понадобится несколько нехитрых инструментов и приспособлений:

  • паяльная кислота;
  • одноразовый шприц;паяльник;
  • немного дистилированной воды.

Обычно аккумуляторный блок, находящийся внутри дрели или шуруповерта, выглядит как связка из нескольких металлических «банок», обернутых плотной бумагой. Для того чтобы понять, какая «банка» в связке самая слабая, нужно вначале измерить напряжение на полюсах каждого элемента. Как проверить напряжение? Очень просто, с помощью мультиметра или тестера. Чаще всего, показатель напряжения у самых слабых «банок» близок или равен нулю.

Для того чтобы начать процесс восстановления, нужно просверлить в батарейке небольшое отверстие, предварительно освободив ее от бумаги или этикетки. Сделать это можно с помощью шуруповерта, используя острый саморез №16. Важно позаботиться о том, чтобы не повредить внутренность аккумулятора, а просверлить только его внешнюю оболочку.

Строение батарейки

В данном случае стоит отметить еще одно несомненное преимущество: в таких батареях, вследствие их конструкции, повышенной герметичности и особенности протекающих химических реакций, не происходит самопроизвольного возгорания. Поэтому любительские методы возвращения никель-кадмиевых элементов к жизни являются безопасными, в отличие от проведения подобного рода манипуляций с современными литиевыми батареями, склонными к взрывам и вздутиям.

В одноразовый шприц набирается 1 мл дистилированной воды, и АКБ постепенно заполняется ею. При этом важно не торопиться, следить за тем, чтобы вода постепенно проникала внутрь батареи. Дистилированная вода нужна для возвращения и создания необходимой плотности электролита внутри АКБ. После того как вода будет залита, отверстие закрывается паяльной кислотой, которая берется на спичку, и запаивается хорошо разогретым паяльником.

Некоторые умельцы утверждают, что, если вместо дистилированной воды залить внутрь батареи электролит от шахтерских фонариков, АКБ будет работать гораздо лучше и дольше.

В заключение нужно снова провести замеры напряжения мультиметром и поставить аккумулятор на зарядку. Конечно, паяная батарея прослужит недолго, но это может помочь выиграть какое-то время перед приобретением новой.

Восстановление методом запзаппинга

Для никель-кадмиевых аккумуляторов существует проверенный, но весьма рискованный метод восстановления, который называется запзаппинг. Суть его заключается в том, что батарейки подвергаются коротким разрядам очень высоких токов, в десятки раз превышающих норму. Каждый элемент в буквальном смысле слова «прожигается» короткосекундными токовыми импульсами в 10, 20 ампер и выше.

Запзаппинг требует хорошей подготовки любителя электроники и соблюдения техники безопасности в виде защитных очков и, желательно, спецодежды. Утверждается, что он восстанавливает элементы, не употреблявшиеся 20 лет и более. Следует помнить о том, что запзаппинг применим исключительно к никель-кадмиевым аккумуляторам. Восстановление Ni-MH аккумуляторов таким способом проводить не рекомендуется.

Цикл разряд-заряд

Для того чтобы устранить «эффект памяти», нужно разрядить АКБ до 0,8-1 вольта, после чего полностью зарядить ее снова. Если батарея не восстанавливалась в течение долгого времени, таких циклов можно провести несколько, а для минимизации «эффекта памяти» тренировать батарею таким образом желательно раз в месяц.

Что же касается популярного «школьного» метода, подразумевающего заморозку NiСd или NiMH аккумуляторов в морозильной камере — невзирая на то, что эффективность этого способа весьма сомнительна, в сети можно найти большое количество информации о «восстановлении» батареек путем помещения их в холодильник. На самом деле, лучше применить способ восстановления элементов дистиллированной водой — по крайней мере, в данном случае шансов реанимировать их будет гораздо больше.

Итак, никель-кадмиевые аккумуляторы не уступают современным батареям по ряду преимуществ своих технических характеристик. Они по-прежнему надежные, прочные, недорогие и максимально безопасны в применении.

batteryk.com

Отличия аккумуляторов NiCd и NiMH, NiZn, NiFe и NiH

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 23.03.2016 01:31 Автор: Abramova Olesya

В течение целых пятидесяти лет портативные устройства для автономной работы могли полагаться исключительно на никель-кадмиевые источники питания. Но кадмий очень токсичный материал, и в 1990-х на смену никель-кадмиевой технологии пришла более экологичная никель-металл-гидридная. По сути эти технологии очень схожи, и большинство характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов передались по наследству никель-металл-гидридным. Но тем не менее, для некоторых применений никель-кадмиевые аккумуляторы остаются незаменимыми и используются по сей день.

Изобретенный Вальдмаром Юнгнером в 1899 году, никель-кадмиевый аккумулятор имел несколько преимуществ по сравнению со свинцово-кислотным, единственным существовавшим тогда аккумулятором, однако был более дорогим из-за стоимости материалов. Развитие этой технологии было довольно медленным, но в 1932 году был сделан значительный прорыв - в качестве электрода стал использоваться пористый материал с активным веществом внутри. Дальнейшее усовершенствование было сделано в 1947 году и решило проблему газопоглощения, что позволило создать современную герметичную необслуживаемую никель-кадмиевую батарею.

На протяжении многих лет именно NiCd батареи служили в качестве источников питания для двухсторонних радиостанций, экстренной медицинской техники, профессиональных видеокамер и электроинструмента. В конце 1980-х были разработаны ультраемкие NiCd аккумуляторы, которые потрясли мир своей емкостью, на 60% превышающей показатель стандартной батареи. Это было достигнуто благодаря размещению большего количества активного вещества в батарее, но добавились и недостатки - повысилось внутреннее сопротивление и уменьшилось количество циклов заряда/разряда.

NiCd стандарт остается одним из самых надежных и непритязательных среди аккумуляторных батарей, и авиационная отрасль остается верной этой системе. Тем не менее, долговечность этих аккумуляторов зависит от надлежащего обслуживания. NiCd, и отчасти NiMH аккумуляторы, подвержены эффекту “памяти”, который приводит к потере емкости, если периодически не делать полный цикл разряда. При нарушении рекомендованного режима зарядки аккумулятор будто помнит, что в предыдущие циклы работы его емкость не была использована полностью, и при разряде отдает электроэнергию только до определенного уровня. (Смотрите: Как восстановить никелевый аккумулятор). В таблице 1 перечислены преимущества и недостатки стандартного никель-кадмиевого аккумулятора.

Преимущества Надежный; большое количество циклов при правильном обслуживанииЕдинственный аккумулятор, способный к ультрабыстрой зарядке с минимальным стрессомХорошие нагрузочные характеристики, прощает их преувеличениеДлительный срок хранения; возможность хранения в разряженном состоянииОтсутствие специальных требований к хранению и транспортировкеХорошая производительность при низких температурахСамая низкая стоимость одного цикла работы среди всех аккумуляторовДоступен в широком диапазоне размеров и вариантов исполнения
Недостатки Относительно низкая удельная энергоемкость в сравнении с более новыми системамиЭффект “памяти”; необходимость периодического обслуживания для его избежанияКадмий является токсичным материалом, необходима специальная утилизацияВысокий саморазряд; нуждается в подзарядке после храненияНизкое напряжение ячейки в 1,2 вольта, требует построения многоячеечных систем для обеспечения высокого напряжения

Таблица 1: Преимущества и недостатки никель-кадмиевых батарей.

2. Никель-металл-гидридные аккумуляторы (NiMH)

Исследования никель-металл-гидридной технологии начались еще в 1967 году. Однако нестабильность металл-гидрида тормозила разработку, что в свою очередь привело к развитию никель-водородной (NiH) системы. Новые гидридные сплавы, обнаруженные в 1980-х, решили проблемы с безопасностью, и позволили создать аккумулятор с удельной энергоемкостью на 40% большей, чем у стандартного никель-кадмиевого.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы не лишены недостатков. Например, их процесс зарядки более сложен, чем у NiCd. С саморазрядом в 20% за первые сутки и последующей ежемесячной в 10%, NiMH занимают одну из лидирующих позиций в своем классе. Модифицируя гидридный сплав, можно добиться снижения саморазряда и коррозии, но это добавит недостаток в виде уменьшения удельной энергоемкости. Но в случае использования в электротранспорте, эти модификации весьма полезны, так как повышают надежность и увеличивают срок службы батарей.

3. Использование в потребительском сегменте

NiMH батареи в данный момент являются одними из самых легкодоступных. Такие гиганты отрасли как Panasonic, Energizer, Duracell и Rayovac признали необходимость присутствия на рынке недорогого и долговечного аккумулятора, и предлагают никель-металл-гидридные источники питания разных типоразмеров, в частности АА и ААА. Производителями тратятся большие усилия, чтобы отвоевать часть рынка у щелочных батарей.

В этом сегменте рынка никель-металл-гидридные батареи являются альтернативой перезаряжаемым щелочным батареям, которые появились еще в 1990 году, но из-за ограниченного жизненного цикла и слабых нагрузочных характеристик не снискали успеха.

В таблице 2 сравниваются удельная энергоемкость, напряжение, саморазряд и время работы батареек и аккумуляторов потребительского сегмента. Представленные в АА, ААА и других типоразмерах, эти источники питания могут использоваться в портативных устройствах. Даже если у них может немного различается номинальный вольтаж, состояние разряда, как правило, наступает при одинаковом для всех фактическом значении напряжения в 1 В. Эта широта значений напряжения допустима, так как портативные устройства имеют некоторую гибкость в плане диапазона напряжений. Главное – необходимо вместе использовать только однотипные электрические элементы. Проблемы безопасности и несовместимость напряжения препятствуют развитию литий-ионных батарей в АА и ААА типоразмере.

Тип батареи Емкость АА версии Напряжение Количество остаточной энергии вследствие саморазряда после 1 года Примерное количество возможных снимков цифровой камерой
NiMH 2700 мАч, перезаряжаемая 1,2В 50% 600 снимков
Eneloop* 2400 мАч, перезаряжаемая 1,2В 85% 500 снимков
Обычная щелочная 2800 мАч, неперезаряжаемая 1,5В 95% 10-летний срок хранения 100 снимков
Перезаряжаемая щелочная 2000 мАч, уменьшается при последующих зарядках 1,4В 95% 100 снимков
Литиевая (Li-FeS2) 2500-3400 мАч, неперезаряжаемая 1,5В Крайне низкий саморазряд, 10-летний срок хранения 690 снимков

Таблица 2: Сравнение различных батарей типоразмера АА.

* Eneloop является торговой маркой корпорации Sanyo, основанной на NiMH системе.

Высокий показатель саморазряда NiMH является причиной продолжающейся озабоченности потребителей. Фонарь или портативное устройство с батареей NiMH разрядится, если не пользоваться им несколько недель. Предложение заряжать устройство перед каждым использованием навряд ли найдет понимание, особенно в случае с фонарями, которые позиционируются как источники резервного освещения. Преимущество щелочной батареи со сроком хранения в 10 лет тут видится бесспорным.

В никель-металл-гидридной батарее от Panasonic и Sanyo под торговой маркой Eneloop удалось значительно уменьшить саморазряд. Eneloop может храниться без подзарядки в шесть раз дольше чем обычная NiMH. Но недостатком такой улучшенной батареи является немного меньшая удельная энергоемкость.

В таблице 3 приведены преимущества и недостатки никель-металл-гидридной электрохимической системы. В таблице не учтены характеристики Eneloop и других потребительских торговых марок.

Преимущества На 30-40 процентов большая емкость по сравнению с NiCdМенее склонны к эффекту “памяти”, могут быть восстановленыПростые требования к хранению и транспортировке; отсутствие регулирования этих процессовЭкологически чистые; содержат только умеренно токсичные материалыСодержание никеля делает утилизацию самоокупающейсяШирокий диапазон рабочих температур
Недостатки Ограниченный срок службы; глубокие разряды способствуют ее уменьшениюСложный алгоритм зарядки; чувствительны к перезарядуОсобые требования к режиму подзарядкиВыделяют тепло во время быстрой зарядки и разряда мощной нагрузкойВысокий саморазрядКулоновская эффективность на уровне 65% (для сравнения у литий-ионных - 99%)

Таблица 3: Преимущества и недостатки NiMH батарей.

4. Железо-никелевые аккумуляторы (NiFe)

После изобретения в 1899 году никель-кадмиевого аккумулятора шведский инженер Вальдмар Юнгнер продолжил исследования и пытался заменить дорогой кадмий более дешевым железом. Но низкая эффективность заряда и чрезмерное газообразование водорода заставили его отказаться от дальнейшего развития NiFe батареи. Он даже не стал патентовать эту технологию.

В 1901 году Томас Эдисон продолжил развитие этой электрохимической системы в качестве замены свинцово-кислотному аккумулятору для электрических транспортных средств. Эдисон был уверен, что NiFe намного превосходит свинцово-кислотную систему и рассчитывал на большой успех на зарождавшемся рынке электротранспорта. Но в итоге автомобили с двигателем внутреннего сгорания полностью заняли рынок, а железо-никелевая батарея не заинтересовала производителей даже в роли стартерного аккумулятора или как источник электричества для осветительных приборов. (Смотрите: История электрических силовых агрегатов).

Железо-никелевый аккумулятор (NiFe) использует в качестве катода гидрат окиси никеля, анода - железо, а электролита - водный раствор гидроксида калия. Ячейка такого аккумулятора генерирует напряжение в 1,2 В. NiFe устойчив к излишнему перезаряду и глубокому разряду; может эксплуатироваться в качестве резервного источника питания в течение более чем 20 лет. Устойчивость к вибрациям и высоким температурам сделали этот аккумулятор самым используемым в горной промышленности в Европе; также он нашел свое применение для обеспечения питания железнодорожной сигнализации, также используется как тяговой аккумулятор для погрузчиков. Можно отметить, что во время Второй мировой войны именно железо-никелевые батареи использовались в немецкой ракете “Фау-2”.

NiFe имеет низкую удельную мощность - примерно 50 Вт/кг. Также к недостаткам стоит отнести плохую производительность при низких температурах и высокий показатель саморазряда (20-40 процентов в месяц). Именно это, вкупе с высокой стоимостью производства, побуждает производителей оставаться верными свинцово-кислотным батареям.

Но железо-никелевая электрохимическая система активно развивается и в недалеком будущем способна стать альтернативой свинцово-кислотной в некоторых отраслях. Перспективно выглядят экспериментальная модель ламельной конструкции, в ней удалось снизить саморазряд аккумулятора, он стал практически невосприимчив к пагубному воздействию пере- и недозарядки, а его срок службы ожидается на уровне 50 лет, что сопоставимо с 12-летним сроком службы свинцово-кислотной батареи в режиме работы при глубоких циклических разрядах. Ожидаемая цена такой NiFe батареи будет сравнима с ценой литий-ионной, и всего в четыре раза превышать цену свинцово-кислотной.

NiFe аккумуляторы, равно как и NiCd и NiMH, требуют особых правил зарядки - кривая напряжения имеет синусоидальную форму. Соответственно, использовать зарядное устройство для свинцово-кислотного или литий-ионного аккумулятора не выйдет, это даже может навредить. Как и все батареи на основе никеля, NiFe боятся перезаряда - он вызывает разложение воды в электролите и приводит к ее потере.

Сниженную в результате неправильной эксплуатации емкость такого аккумулятора можно восстановить путем приложения высоких токов разрядки (соразмерных значению емкости аккумулятора). Данную процедуру необходимо проводить до трех раз с длительностью периода разряда в 30 минут. Также следует следить за температурой электролита - она не должна превышать 46°С.

5. Никель-цинковые аккумуляторы (NiZn)

Никель-цинковый аккумулятор похож на никель-кадмиевый тем, что использует щелочной электролит и никелевый электрод, но отличается по напряжению - NiZn обеспечивает 1,65 В на ячейку, в то время как NiCd и NiMH имеют показатель в 1,20 В на ячейку. Заряжать NiZn аккумулятор необходимо постоянным током с значением напряжения 1,9 В на ячейку, также стоит помнить, что этот вид аккумуляторов не рассчитан для работы в режиме подзарядки. Удельная энергоемкость составляет 100Вт/кг, а количество возможных циклов - 200-300 раз. NiZn не имеет в своем составе токсичных материалов и может быть легко утилизирован. Выпускается в различных типоразмерах, в том числе в АА.

В 1901 году Томас Эдисон получил патент США на перезаряжаемую никель-цинковую батарею. Позже его разработки были усовершенствованны ирландским химиком Джеймсом Драммом, который установил эти аккумуляторы на автомотрисы, которые курсировали по маршруту Дублин-Брей с 1932 по 1948 год. NiZn не получил должного развития из-за сильного саморазряда и короткого жизненного цикла, вызванного образованиями дендритов, что также часто приводило к короткому замыканию. Но совершенствование состава электролита уменьшило эту проблему, что дало повод снова рассматривать NiZn для коммерческого использования. Низкая стоимость, высокая выходная мощность и широкий диапазон рабочих температур делают эту электрохимическую систему крайне привлекательной.

6. Никель-водородные аккумуляторы (NiH)

Когда в 1967 началась разработка никель-металл-гидридных батарей, исследователи столкнулись с нестабильностью гидритов металла, что вызвало сдвиг в сторону развития никель-водородного (NiH) аккумулятора. Ячейка такого аккумулятора включает в себя инкапсулированный в сосуд электролит, никелевый и водородный (водород заключен в стальной баллон под давлением в 8207 бар) электроды.

NiH имеет номинальное напряжение ячейки в 1,25 В, а удельная энергоемкость составляет 40-75 Вт/кг. Преимуществами являются длительный срок службы, даже при глубоких циклах разряда, устойчивость к окружающим воздействиям вследствие низкого показателя коррозии, минимальный саморазряд и выдающейся диапазон рабочих температур — от -28°С до 54°С. Эти свойства делают NiH батареи идеальным решением для использования в спутниках. Ученые пытались разработать версии и для наземного использования, но низкая удельная энергоемкость и высокая стоимость приводят к нецелесообразности этого направления. Стоимость одной ячейки такого аккумулятора может достигать тысячи долларов. В свое время NiMH батареи заменили в спутниках никель-кадмиевые, сейчас же существует тенденция к замене NiH на литий-ионные. (Смотрите: Альтернативные электрохимические системы).

Последнее обновление 2016-02-16

best-energy.com.ua

Железо-никелевый аккумулятор — WiKi

Желе́зо-ни́келевый аккумуля́тор — это вторичный химический источник тока, в котором железо — анод, электролитом является водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития), катод — гидрат окиси никеля(III).

Активный материал содержится в никелированных стальных трубках или перфорированных карманах. С точки зрения стоимости и удельной энергоемкости, они близки к литий-ионным аккумуляторам, а с точки зрения саморазряда, эффективности и напряжения — к NiMH аккумуляторам. Это достаточно выносливые аккумуляторы, стойкие к грубому обращению (перезаряд, глубокий разряд, короткое замыкание и термические удары) и имеющие очень длинный срок службы.

Их использование стало снижаться с момента остановки производства из-за пожара на заводе/лаборатории Эдисона в 1914 году[1]проверить ссылку, по причине плохих показателей работы батарей при низких температурах, плохого удержания заряда (как у NiMH аккумуляторов) и высокой стоимости производства, сравнимой с лучшими герметизированными свинцово-кислотными аккумуляторами и до 1/2 стоимости NiMH аккумуляторов. Однако в связи с ростом стоимости свинца[2] в последние годы, цена свинцовых аккумуляторов значительно поднялась, и цены практически сравнялись.[3]

При сравнении аккумуляторов со свинцово-кислотными следует помнить, что допустимый эксплуатационный разряд свинцово-кислотного аккумулятора значительно меньше, чем теоретическая полная ёмкость, а железоникелевого — очень близок к ней. Поэтому реальная эксплуатационная ёмкость железоникелевого аккумулятора, при равной теоретической полной ёмкости, может быть в несколько раз (в зависимости от режима) больше, чем у свинцово-кислотного.

Долговечность

Способность этих аккумуляторов выносить частые циклы разряд/заряд связана с низкой растворимостью реагентов в электролите. Длительное формирование металлического железа в процессе зарядки обусловлено низкой растворимостью Fe3O4. Длительный процесс образования кристаллов железа сохраняет электроды, но также лимитирует скорость работы: данные аккумуляторы заряжаются медленно и так же медленно разряжаются.

Основные факторы ограничивающие долговечность железо-никелевых аккумуляторов — выгорание графита токопроводящей добавки из-за выделения кислорода при разложении воды, коррозия никелированных железных корпусов и ламелей с последующим высыпанием активных масс в шлам, осаждение железа на сепараторах и увеличение саморазряда. Железо-никелевые элементы производства заводов Эдисона в начале 19хх годов имели трубчатую конструкцию положительного окисно-никелевого электрода с токопроводящей добавкой никелевых лепестков вместо графита и улучшенную технологию никелирования железных конструкционных материалов (запекание многослойного никелевого покрытия, полученого из водного раствора никелевой соли, в печах с водородной защитной атмосферой). При этом назначенный срок службы составлял 100 лет и рекомендованный интервал замены электролита — один раз в 5..10 лет. В более дешевых конструкциях железо-никелевых аккумуляторов со сроком службы в начальные десятки лет из-за выгорания графитной токопроводящей добавки в процессе эксплуатации элемента быстрее загрязняется электролит карбонатами и уменьшаются интервалы между заменами электролита (рекомендованный интервал замены электролита в исполнениях никелевых аккумуляторов с графитом — от 100 циклов или 1 раз в год). Также после выгорания существенного количества графита ухудшается отдаваемая емкость и увеличивается эквивалентное внутреннее сопротивление элемента из-за ухудшения контакта активной массы с электродами. Окончательное разрушение аккумулятора и полный выход из строя происходят при сквозной коррозии конструкционных элементов (ламелей и/или стального корпуса) из-за ограниченного качества никелирования дешевых вариантов исполнения аккумулятора.

Никель-железные аккумуляторы долгое время использовались в европейской горной промышленности благодаря их способности выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия. Повторно к ним возрос интерес в солнечных и ветрогенераторах, современном электротранспорте.

История изобретения

Вальдемар Юнгнер

Шведский изобретатель Вальдемар Юнгнер (Waldemar Jungner, в английском произношении — Джангнер) был изобретателем никель-кадмиевого аккумулятора в 1899. Юнгнер экспериментировал с железом в качестве замены кадмию, включая вариант со 100 % железом. Юнгнер обнаружил, что главным преимуществом перед никель-кадмиевой схемой была стоимость, но из-за более низкой эффективности зарядки и более высокого газообразования никель-железная технология была признана неполноценной и заброшена. Юнгнер получил несколько патентов на железную версию его аккумулятора (шведские патенты № 8.558/1897, 10.177/1899, 11.132/1899, 11.487/1899 и германский патент № 110.210/1899).

Томас Эдисон

Железо-никелевый аккумулятор был независимо изобретён Томасом Эдисоном в 1901 и использовался как источник энергии для электромобилей, таких как «Detroit Electric» и «Baker Electric». Эдисон заявлял, что никель-железные батареи будут «гораздо лучше аккумуляторов, использующих свинцовые пластины и кислоту». Работа Юнгнера была практически неизвестна в США вплоть до 40-х годов, когда там было запущено производство никель-кадмиевых аккумуляторов. 50-вольтовая никель-железная батарея была основным источником питания в немецкой ракете «Фау-2» (совместно с двумя 16-вольтовыми аккумуляторами питания 4 гироскопов, в уменьшенной версии использовалась в крылатой ракете «Фау-1»).

Параметры

  • Запасённая энергия/масса: 20-50[4] Вт·ч/кг
  • Запасённая энергия/объем: 350[5] Вт·ч/л
  • Мощность/масса: 100[4] Вт/кг
  • Эффективность: 65%[6]
  • Стоимость: 1,5[5] — 6,6[4] Вт·ч/US$
  • Саморазряд: 20%[4][5] — 40 %[4]/месяц
  • Срок службы: 30[6] — 50 лет[5][7]
  • Количество рабочих циклов: Многократный глубокий разряд на срок службы заметно не влияет.[5][6]
  • Напряжение: 1,2 В[4]
  • Рабочий диапазон температур: от −40 до +46 °C[8]

Электрохимический процесс

Половина реакции на катоде:

2NiOOH+2h3O+2e−⇌2Ni(OH)2+2OH−{\displaystyle {\mathsf {2NiOOH\;+\;2H_{2}O\;+\;2e^{-}\quad \rightleftharpoons \quad 2Ni(OH)_{2}+2OH^{-}}}} 

и на аноде:

Fe+2OH−⇌Fe(OH)2+2e−.{\displaystyle {\mathsf {Fe+2OH^{-}\quad \rightleftharpoons \quad Fe(OH)_{2}+2e^{-}}}.} 

(При разряде реакция протекает слева направо, при заряде справа налево.) [1]

В связи со значением электрохимического потенциала железа в рабочем щелочном растворе при хранении заряженого аккумулятора происходит выделение водорода и саморазряд железного электрода. Также из-за малого значения перенапряжения выделения водорода на железном электроде при заряде примерно половина прошедшего через аккумулятор электрического заряда тратится на выделение водорода даже при рекомендованых положительных рабочих температурах. Это основной фактор ограничивающий энергетическую эффективность железо-никелевого аккумулятора. При понижении температуры ниже нуля зарядная эффективность железного электрода еще больше ухудшается и примерно при ниже −20 °C аккумулятор перестает заряжаться.

Производство

Аккумулятор Эдисона производился с 1903 до 1972 компанией «Edison Battery Storage Company» в East Orange, штат Нью-Джерси. Они были достаточно прибыльными для компании. В 1972 компания была продана корпорации «Exide Battery», которая прекратила производство в 1975.

В настоящее время (2012) железо-никелевые аккумуляторы производятся в США, Китае, Венгрии, России и Украине.

Применение

Экология

Железо-никелевые аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды, чем никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы.

См. также

Литература

  • Black, Edwin. Internal Combustion : How Corporations and Governments Addicted the World to Oil and Derailed the Alternatives. — St Martin's Griffin, 2006. — ISBN 978-0-312-35908-9.

Примечания

ru-wiki.org

Никель-железный аккумулятор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Никель-железный аккумулятор

Cтраница 1

Никель-железные аккумуляторы формируют в растворе, содержащем 190 - 230 кг / м3 NaOH и 4 кг / м3 Li ( ОН), никель-кадмиевые аккумуляторы - в растворе КОН с ЫОН. После формирования электролит выливают, аккумуляторы моют снаружи и сушат на су - шильно-моечном конвейере. Аккумуляторы, выпускаемые в стальных сосудах, после сушки обычно лакируют на конвейере. На некоторые типы аккумуляторов одевают резиновые изоляционные чехлы.  [1]

Никель-железные аккумуляторы используются в тех областях применения, где такие их недостатки, как узкий температурный интервал работоспособности, значительный саморазряд и несколько более сложное эксплуатационное обслуживание по сравнению с ламельными никель-кадмиевыми аккумуляторами, не имеют существенного значения.  [2]

Никель-железный аккумулятор по своему устройству, внешнему виду и размерам похож на никель-кадмиевый.  [3]

Никель-железный аккумулятор емкостью от 250 до 11 50 А - ч занимает ведущее положение в качестве автономного источника электроэнергии разнообразных технических средств передвижения - электрокар, рудничных электровозов, электропогрузчиков. Этому способствует большой срок службы ГОК аккумулятора, превышающий 1000 циклов, и высокая механическая прочность, надежность в работе, работоспособность в широком интервале токовой нагрузки, сравнительно невысокая стоимость ( хотя они в 3 - 4 раза дороже аналогичных по назначению свинцовых аккумуляторов), простота в эксплуатации. Недостатком НЖ аккумулятора является низкая сохранность в заряженном состоянии. Однако для тяговых аккумуляторных батарей, эксплуатируемых весьма интенсивно, это не существенно.  [4]

Никель-железные аккумуляторы дешевле никель-кадмиевых ЭА, но имеют несколько худшие характеристики ( 8 - 30 Вт - ч / кг и 300 Вт / кг), особенно при низких температурах.  [5]

Никель-железный аккумулятор представляет собой железный сосуд ( бак), внутри которого размещены положительные и отрицательные пластины, выполненные в виде коробок из плоских перфорированных лент, заполненных активной массой. Активная масса положительных пластин состоит из смеси гидрата окиси ( гидрок-сида) никеля и графита, отрицательных пластин - из специально приготовленного железного порошка.  [6]

Никель-железные аккумуляторы благодаря высокой прочности пластин и корпуса не боятся толчков и сотрясений, а их электролит не выделяет при заряде вредно действующих паров, удовлетворительно работают при температурах от - 20 до 40 С, способны выносить короткие замыкания и перегрузки, не требуют тщательного ухода при эксплуатации, не подвержены явлениям сульфата-ции и имеют срок службы больше, чем у свинцовых.  [7]

Некоторые тяговые никель-железные аккумуляторы после сборки отправляют потребителю, у которого они проходят формирование, но большинство аккумуляторов проходит один или два цикла формирования на производстве. В табл. 40 приведены условия формирования различных аккумуляторов.  [9]

Для никель-железных аккумуляторов на перезарядных циклах заряд должен проводиться током нормального режима в течение 12 ч, на прогоночных циклах заряд проводится нормальным режимом. Разряд на перезарядных и прогоночных циклах должен проводиться током 5-часового режима в течение 5 ч, но до напряжения не ниже конечного напряжения нормального режима разряда у каждого аккумулятора или у каждой батареи.  [10]

Сопротивление никель-железных аккумуляторов переменному току, в отличие от сопротивления никель-кадмиевых, имеет тенденцию только к возрастанию, что свидетельствует о преобладании во внутреннем сопротивлении этих аккумуляторов индуктивной составляющей над емкостной.  [12]

Главными недостатками никель-железных аккумуляторов являются большой саморазряд и быстрая пассивация при низких температурах. Указанные недостатки препятствуют полной замене ими более дорогого кадмий-никелевого аккумулятора.  [13]

На крышке никель-железного аккумулятора у отрицательного полюса и а боковых сторонах ставится клеймо, с обозначением типа данного источника тока. Кроме того, на крышке батарейного ящика с никель-железными аккумуляторами проведена голубая полоса.  [14]

Плотность электролита никель-железных аккумуляторов не измеряется в процессе заряда и разряда. Поэтому при правильном выборе плотности электролита в соответствии с температурными условиями эксплуатации опасность замерзания исключена. Никель-железные батареи могут находиться в течение нескольких дней в разряженном состоянии. Это не вызывает каких-либо вредных последствий. Поэтому в процессе эксплуатации степень заряженности никель-железных аккумуляторных батарей не контролируется.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

устройство, восстановление. Как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор? :: SYL.ru

Сегодня одним из самых популярных видов пополнения энергии бытовой техники являются никель-кадмиевые аккумуляторы. Это довольно простое в эксплуатации устройство, которое при правильном обращении прослужит достаточно длительный промежуток времени. Как правильно обращаться с никель-кадмиевыми аккумуляторами, следует рассмотреть подробнее.

Общая характеристика

Никель-кадмиевый аккумулятор устроен так, что при низком внутреннем сопротивлении он может отдавать достаточно большой ток. Такие аккумуляторы выдерживают даже короткое замыкание.Никель-кадмиевые аккумуляторы

Аккумуляторы представленного типа легко выдерживают длительные нагрузки. При понижении температуры окружающей среды их работоспособность практически не меняется.

Никель-кадмиевые аккумуляторы уступают другим видам в емкости. Однако их высокая отдача делает батареи одними из самых популярных и востребованных в области портативной техники.

Для приборов с электродвигателями, которые потребляют большие токи, применение таких зарядных устройств, как аккумуляторы никель-кадмиевого типа, просто незаменимо.

Разрядные токи, на которых они используются, находятся в диапазоне 20-40 А. Предельная нагрузка для NiCd-аккумуляторов составляет 70 А.

Преимущества

Представленные устройства обладают рядом преимуществ. Они способны работать в широком диапазоне токов разряда и заряда, а также температуры.Как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор

Заряжать аккумуляторы никель-кадмиевого типа можно при низких температурах, что объясняется высокой нагрузочной способностью. Они не требовательны к типу затяжного устройства. Это существенное преимущество. Оно выделяет устройство из массы других разновидностей, так как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор можно в любых условиях. Он устойчив к механическим нагрузкам, пожаробезопасен. Аккумуляторы никель-кадмиевой разновидности имеют более 1000 циклов зарядки и обладают способностью восстановления после понижения емкости.

Низкая стоимость вместе с перечисленными преимуществами делают NiCd-аккумуляторы очень популярными.

Недостатки

Устройство никель-кадмиевого аккумулятора имеет и ряд недостатков. Основным из них является "эффект памяти". Никель-кадмиевые аккумуляторы как заряжатьВ течение нескольких циклов зарядки-разрядки происходит изменение структуры поверхности электродов. При этом в сепараторе образовываются химические соединения, которые впоследствии будут мешать разрядке малыми токами. Это приводит к запоминанию источником своего неполного разряда.

Заряд никель-кадмиевых аккумуляторов чем дальше, тем больше будет терять свою эффективность. Источник будет иметь всё меньшую емкость.

Недостатком также является высокий саморазряд в течение первых суток до 10 % после зарядки. Минусом можно считать также большие габариты.

Зарядка

Чтобы разобраться, как заряжать никель-кадмиевые аккумуляторы, следует учесть ряд особенностей этого процесса.Заряд никель-кадмиевых аккумуляторов

Быстрый режим зарядки для представленных источников питания предпочтительнее, чем медленный. Импульсное пополнение емкости для них лучше, чем постоянный ток.

Рекомендуется выполнять восстановление устройства. Этого требуют никель-кадмиевые аккумуляторы. Как заряжать их подобным методом, учли производители соответствующих устройств. Реверсивный заряд ускоряет процесс благодаря рекомбинации газов, выделяющихся во время его проведения.

Представленная техника осуществления восстановления подобных батарей позволяет увеличить срок эксплуатации до 15 %. Как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор? Существует целая технология. Некоторые пользователи для увеличения отдачи источника питания применяют быструю зарядку с последующей дозаправкой слабыми токами. Это позволяет более плотно наполнить аккумулятор.

Хранение и утилизация

Хранить представленные батареи следует в разряженном состоянии. Существуют зарядные устройства, в которых предусмотрена функция разряда. Если же таковой не имеется, перед хранением никель-кадмиевые аккумуляторы опустошают при помощи лампы накаливания с допустимым током 3-20 А. Батарею подключают к ней и ждут, пока спираль не начнет краснеть.

Такая процедура позволит хранить устройство довольно длительное время. Причем условия окружающей среды, перепады температуры не будут иметь воздействия на устройство.

Если требуется утилизировать представленную разновидность батарей, следует отдать их на особый пункт приема подобных устройств. Во всех развитых странах они есть. Это связано с наличием в аккумуляторе кадмия. По своей токсичности он сопоставим с ртутью.

Понимая технологию того, как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор, хранить его и утилизировать, можно не сомневаться в безопасности и долговечности этого источника питания. Он не навредит экологии и здоровью человека при ответственной утилизации батарей.

Восстановление

Аккумуляторы никель-кадмиевого типа являются единственной разновидностью подобных устройств, которые нуждаются в восстановлении. Восстановление никель-кадмиевых аккумуляторовПериодическое проведение цикла разряд-заряд позволит увеличить срок эксплуатации батарей. Этого не следует делать слишком часто, но время от времени это просто необходимо.

Для проведения восстановления существует два типа устройств. Первое называется реверсивно-импульсным зарядным устройством с разным временем продолжительности. Это очень эффективное устройство, но сложное и дорогостоящее. Восстановление никель-кадмиевых аккумуляторов можно выполнять более простым устройством. Оно совершает цикл разряда-заряда автоматически. Такое устройство дешевле, удобнее и позволяет заряжать сразу 2-4 батареи.

Для проведения процесса необходимо вставить аккумуляторы в кассету оборудования. При помощи переключателя задается число аккумуляторов. Включение прибора в сеть приведет в действие индикатор. Красный цвет соответствует зарядке, а желтый - разрядке. Зеленый свет индикатора оповещения о прекращении процесса. Разряжать батареи следует принудительно. Для этого на приборе необходимо переключить определенный рычаг. После окончания разрядки устройство продолжит процесс зарядки автоматически.

Ознакомившись с основными характеристиками такого источника питания, как никель-кадмиевые аккумуляторы, можно правильно их эксплуатировать. Придерживаясь инструкции производителя, регулярно выполняя восстановление батарей, можно значительно продлить их срок службы. Правильно утилизируя представленное устройство, достаточно просто будет обезопасить себя, других людей и экологию в целом от токсического воздействия кадмия.

www.syl.ru

Железо-никелевые аккумуляторы заряд - Справочник химика 21

    Какие химические процессы протекают на электродах при заряде и разряде а) свинцового аккумулятора б) железо-никелевого аккумулятора  [c.194]     На положительном электроде как кадмиево-никелевого, так и железо-никелевого аккумуляторов протекает один и гот же процесс. Масса положительного электрода после заряда содержит водную окись никеля и небольшое количество водной дву-140 [c.140]

    ЗАРЯД И РАЗРЯД ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ [c.294]

    Срок службы. Кадмиево-никелевый аккумулятор выдерживает более 500 циклов заряда и разряда, после которых емкость его уменьшается на 15—20%. Железо-никелевый аккумулятор выдерживает до 1000 циклов. Известен случай, когда тяговый щелочной аккумулятор безотказно работал в жестаих условиях в течение 14 лет. [c.151]

    Железо-никелевые аккумуляторы нельзя зарядить током ниже определенного минимума. Вызывается это тем, что процесс перехода Ре(ОН)а в Ре идет при более отрицательном потенциале, чем процесс выделения водорода, так как перенапряжение водорода на железе невелико (около —0,15 в). Повышение плотности тока увеличивает потенциал водорода, и Ре(ОН)г начинает восстанавливаться. Зависимость между величиной перенапряжения водорода и плотностью тока выражается формулой Тафеля (см. Теоретическая часть)  [c.310]

    Кривые разряда у щелочных аккумуляторов несколько меняются в том случае, если приборы разряжаются спустя некоторое время после заряда. Разряд иа всем протяжении проходит здесь при меньшей э. д. с. Начальная часть кривой разряда железо-никелевого аккумулятора становится более пологой это является следствием исчезновения двуокиси никеля из электродной массы положительного электрода при хранении аккумулятора. Кривые заряда и разряда железо-никелевого аккумулятора, 10 147 [c.147]

    Срок службы П1,елочных аккумуляторов дольше, чем свинцовых сравнительные данные о сроках службы были приведены 1 ыше. Особенной устойчивостью обладают железо-никелевые аккумуляторы, которые выдерживают 1000 циклов (заряд-разряд). [c.162]

    Если заряд и разряд железо-никелевых аккумуляторов производится нри температуре электролита —10°С, аккумуляторы отдают 50%, а при —20°С от 17 до 20% номинальной емкости. [c.520]

    При формировании некоторые железо-никелевые аккумуляторы получают один заряд и разряд (цикл), другие — не менее двух-трех циклов, а кадмий-никелевые аккумуляторы проходят два-три таких цикла. Аккумуляторы заливают электролитом (табл. 45), выдерживают в течение 1 часа для пропитки, после чего доводят уровень электролита до нормы и включают на формирование. Формирование проводится в соответствии с режимами, указанными в табл. 45—48. [c.364]

    Кривая разряда кадмиево-никелевого аккумулятора (рис. 52) проходит более плавно и лишь в конце имеет резкое падение. Среднее значение э. д. с. немного меньше, чем у железо-никеле-кого аккумулятора оно соответствует 1,2—1,25 в. Кривая заряда кадмиево-никелевого аккумулятора более благоприятна. Сначала наблюдается медленное повышение напряжения до 1,4— J, 5 в и только в конце заряда оно резко возрастает до 1,75—1,80 в. [c.147]

    В реактивной авиации и космической технике применяют серебряно-цинковые аккумуляторы. Они значительно превосходят свинцовые и железо-никелевые аккумуляторы по энергоемкости и развиваемой мощности (в расчете на единицу массы), но допускают гораздо меньще циклов заряд-разряд. [c.590]

    Большая разница между напряжениями разряда и заряда. Особенно резко это проявляется у железо-никелевых аккумуляторов. Поэтому щелочные аккумуляторы неприменимы в качестве буферных батарей. [c.317]

    Кадмий-никелевые и железо-никелевые щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед свинцово-кислотными аккумуляторами они прочнее, хорошо сохраняются при перерывах в эксплуатации и обладают более длительным сроком службы так, например, срок службы железо-никелевых аккумуляторов с ламельными электродами достигает 1500 циклов заряд-разря-да. Удельные электрические характеристики у ламельных щелочных аккумуляторов несколько ниже свинцово-кислотных аккумуляторов, главным образом из-за низкой э. д. с. [c.91]

    Кривые заряда и разряда. На рис. 51 представлены кривые заряда и разряда железо-никелевого аккумулятора. При заряде 1шпряжение быстро повышается до 1,60—1,67 в, затем оно несколько падает вследствие повышения температуры и изменения внутреннего сопротивления, после чего заряд проходит длительное время с незначительным увеличением напряжения к концу заряда оно возрастает до 1,8—1,85 в. Кривая разряда показы- [c.146]

    При заряде железо-никелевых аккумуляторов нормальным зарядным током, в отличие от кадмиево-никелевых, напряжение почти моментально по вышается до 1,60— 1,65 0, затем часто следует небольшое падение напряжения, после чего напряжение постепенно повышается и достигает довольно устойчивого значения между 1,80— 1,85 в. У кадмиево-никелевых аккумуляторов максимальное напряжение 1,7—1,8 в достигается по истечении 75% времени от начала до конца заряда. Максимальное- зарядное напряжение колеблется в пределах 1,85-- 1,95е [c.310]

    При введении в эксплоатацию новых железо-никелевых аккумуляторов или аккумуляторов, хранившихся в сухом виде, аккумуляторы заливают раствором электролита, как это указано при описании операций при заряде кадмиево-никелевых аккумуляторов. Заряд производится нормальным током в течение 12 часов. Затем аккумуляторы разряжают нормальным током в течение 8 часов. После этого доводят уровень электролита до нормального и перед ПУСКОМ в эксплоатацию заряжают 12 часов нормальным током. [c.315]

    Можно считать установленным, что реакции, происходящие в железо-никелевых аккумуляторах, состоят в переносе кислорода с одной пластины на другую. Во время разряда элемента кислород отнимается у никелевой или положительной пластины и присоединяется к железной или отрицательной пластине. При заряде происходит обратное. Электролит в целом не испытывает изменений ни в своем составе, ни в плотности, нп н. электролите, находящемся в порах пластин, происходят существенные изменения. [c.217]

    Произведен ряд интересных экспериментов с электро-да.ми железо-никелевого аккумулятора, подвешенными на коромысле весов так, чтобы можно было измерять перемены в весе, сопровождающие разряд электродов. При этом найдено, что как при заряде, так и при разряде происходят изменения в объеме активного матернала. Эти опыты показали, что активный материал положительной [c.222]

    Ватт-часовая отдача железо-никелевых аккумуляторов при нормальном режиме разряда изменяется в пределах от 55 ДО 60%. Если разряд производится непосредственно после заряда, то отдача напряжения равна приблизительно 73%, ватт-часовая отдача около 60%. После суточного перерыва отдача получается меньшая. [c.366]

    Вторичными источниками тока являются аккумуляторы. Работоспособность разряженного аккумулятора можно восстановить, зарядив его, т. е. пропустив через него в обратном направлении ток от внешнего источника (электролиз). Наиболее распространены свинцовый (кислотный) и железо-никелевый (щелочной) аккумуляторы. [c.220]

    Аккумулятор представляет собой гальванический элемент, который можно перезаряжать, пропуская ток внешнего источника. Многие реакции, пригодные для гальванических элементов и являюш.иеся химически обратимыми, оказываются непригодными для аккумуляторов, так как после цикла заряд — разряд изменяются те или иные физические условия, например состояние электродов. Кроме того, на практике выбор систем ограничен такими системами, для которых требуется только один электролит. Наибольшее распространение получили свинцовые и ш.е-лочные (железо-никелевый и кадмий-никелевый) аккумуляторы, однако в аккумуляторных батареях могут быть также использованы цинк-серебряный элемент (см.), цинк-воздушный элемент (см.) и марганцовый элемент с ш.елоч-ным электролитом (см. сухой элемент). [c.13]

    На рис. 49 показаны кривые заряда и разряда железного электрода. На нем отчетливо видны участки кривой, соответствующие реакциям разряда в железо-никелевом элементе. При эксплоатации аккумуляторов разряд не следует проводить далее [c.142]

    Разряд щелочных железо-никелевых и кадмий-никелевых аккумуляторов можно производить до конечного напряжения а) при 8-часовом и более длительном режиме заряда — не ниже 1,1 в б) при 5-часовом режиме разряда — не нил[c.519]

    Железо-никелевые аккумуляторы. Емкости положительных и отрицательных пластин железо-никелевых аккумуляторов могут быть определены также с помощью вспомогательных элект1родов в основном тем же способом, который был описан для свинцово-кислотных аккумуляторов. Для лабораторнЫ Х целей подходящими электродами являются каломельный полуэлемент или же отрезок положительной трубки, взятый из щелочного аккумулятора. Вывод к этому электроду должен быть сделан из того же самого металла, который применен для удержания активного материала, или же трубка должна быть сделана достаточно длинной для того, чтобы она выступала из жидкости. Электрод должен быть изолирован так, чтобьи он не мог касаться пластин. Для этой цели пригоден лист перфорированного эбонита. Как это было показано в разделе о железо-никелевых аккумуляторах, в положительных пластинах, после того как заряд закончен, происходит самопроизвольное разложение перекиси никеля до низшей степени окисления ввиду этого необходимо производить частичный разряд промежуточного электрода (трубки) после предварительного его заряда для того, чтобы привести его в устойчивое состояние. Помимо этой предосторожности, желательно также дать электроду до употребления постоять день или два в электролите аккумулятора. [c.264]

    В дополнение к определению емкости аккумулятора иногда необходимо бывает определение емкостей положительных и отрицательных пластин в отдельности в целях нахождения места повреждения элементов. Емкость аккумуляторов как кислотного типа, так и щелочного нормально ограничивается емкостью положительных пластин. Если емкость одного или нескольких элементов в батарее оказывается ниже нормальной и причину этого нельзя отнести за счет недостаточной изоляции, то часто причина повреждения может заключаться в свойствах активных материалов. Та или иная группа пластин может оказаться заряженной лишь частично, хотя вся батарея в целом и получила нормальный заряд. Железо-никелевые батареи также обнаруживают иногда неодинаковые емкости пластин, что может быть результатом некоторого периода бездействия или же пониженного качества материалов. [c.258]

    Для заряда железо-никелевых и кадмий-никелевых аккумуляторов напряжение на зарядных шинах должно быть минимум 1,85 в на элемент и максимум 2,30 в. [c.273]

    Ампер-часовая отдача железо-никелевых аккумуляторов — 75—80% и ватт-часовая 60—65%. Номинальная емкость аккумуляторов (см. табл. 118) представляет собой наименьшее значение емкости при 6-часовом режиме заряда и 8-часовом релсиме разряда до конечного напряжения 1 а при температуре от -+-20° до +35 С и использовании водного раствора едкого натра уд. веса 1,17—1,19 с добавлением моногидрата лития 10 + 1 г/л или едкого кали уд. веса 1,19—1,21 с добавлением моногидрата лития 20 1 г/л. [c.519]     Бринер и Ялда, основываясь на недавних исследованиях работы железо-никелевых аккумуляторов, предложили уравнение зарядных и разрядных реакций, близкое к цитированному из книги Каммергоффа. При заряде выделяется 69,6 кал тепла связав это с температурным коэффициентом Томпсона и Ричардсона для э. д. с., можно воспользоваться формулой Джиббса-Гельмгольца. Это даст  [c.219]

    Эта самопроизвольная реакция имеет некоторые интересные последствия, обнаруженные при изучении действия аккумуляторов железо-никелевого типа. Разложение N 02 сопровождается освобождением кислорода, который может взорвать крышку элемента даже спустя значительное время после прекращения заряда. Разряд элемента вскоре после окончания заряда дает несколько большее среднее напряжение и емкость, чем такой же разря ) спустя сутки или более. Это весьма существенная особенность, которая должна быть учтена при испытании железо-никелевых аккумуляторов, так как различный порядок испытаний может вызвать различия в напряжении, ватт-часовой отдаче и в емкости. Многочисленными экспериментальными данными установлено, что если разряд элементов нациняртгя вскоре после окончания заряда, то газа выделится совсем немного по сравнению г тем его количеством, которое вы- [c.220]

    При заряде железо-никелевы аккумуляторов током постоянной величины ток остается неизменным в течение всего времени, необходимого для полного заряда, обьично 7 ч. Окончание заряда может быть также определено по постоянству напряжения, которое обычно при полном заряде составляет 1,8—1,9 в на элемент. Точная величина зависит от температуры. [c.272]

    Никель-кадмиевые аккумуляторы не предназначены для работьи по методу заряд—разряд. Характерные кривьие заряда и разряда никель-кадмиевых аккумуляторов типа 5 приведены на рис. 6-11. Следует заметить, что характер зарядной кривой никель-кадмиевого аккумулятора более похож на зарядную кривую свинцово-кислотного аккумулятора, чем на кривую железо-никелевого аккумулятора, отличающуюся крутым ростом напряжения на зажимах в начальной стадии заряда. [c.298]

    Железо-никелевые батареи выделяют газы почти в течение всего периода заряда, кроме того, потеря емкости в них по окончании заряда больше, чем у свинцовых батарей в силу этих причин ампер-часовая отдача их получается меньшая. Путем сокращения периода заряда можно получить отдачу в 93—957о, но при этом отдаваемая энергия будет меньше нормальной. Ампер-часовая отдача железо-никелевых аккумуляторов составляет около 82 7о, если разряд следовал непосредственно за зарядом, но при 7-часовом заряде, следующим за 5-часовым разрядом, при той же силе тока коэффициент отдачи был бы только 72%. Однако режим разряда аккумуляторов обычно превышает 5 ч и это улучшает их отдачу. [c.365]

    Необходимо учитывать, что среднее рабочее напряжение щелочных аккумуляторов ниже, чем кислотных напряжение у щелочных аккумуляторов в процессе заряда и разряда колеблется значительно больше, чем у кислотных, поскольку последние не допускают глубоких разрядов. Поэтому при малых моищостях СКЗ (не бплее 100—200 вт) железо-никелевые аккумуляторы можно применять в режиме заряд — разряд, при больших мощностях — в буферном режиме. [c.219]

    В области щелочных аккумуляторов советскими электрохимиками проделана большая работа по выяснению механизма процессов, протекающих при заряде и разряде окисно-никелевого электрода (Е. М. Кучинский, Б. В. Эршлер, П. Д. Луковцев и др.). Большое значение имели такн е работы по исследованию процессов на железном электроде железо-никелевого аккумулятора (Б. Н. 1 абанов, С. А. Розен-цвейг, М. Г. Абахаев), которые заложили основу производства в СССР железо-пикелевых аккумуляторов высокого качества. [c.173]

    Эксплоатационные показатели. Отдача. Рассматривая кривые разряда и заряда, можно было уже предположить, что отдача в щелочных аккумуляторах невелика. Ампер-часовая отдача железо-ннкелевых аккумуляторов составляет 70—80% и ватт-часовая отдача 50—60%. Для кадмиево-никелевых аккумуляторов соответственно 75—80% и 60—65%. Неблагоприятное влияние на отдачу оказывает увеличение силы тока при разряде и заряде в последнем случае наступает интенсивное выделение водорода. [c.150]

    В течение зарядного периода в железо-никелевь(х. аккумуляторах, так же как и в свинцовых,, имеют место некоторые необратимые явления, ведущие к образованию газа. Газообразование у отрицательной пластины начинается вскоре после начала заряда. Освобождающийся водород играет важную роль в работе аккумулятора, так как он делает железо активным вопреки его склонности стано- [c.221]

chem21.info


Смотрите также