Стартовая >> Оборудование >> Щелочные аккумуляторы и батареи

Щелочные аккумуляторы и батареи

В щелочных аккумуляторах электролитом служит раствор щелочи, обычно гидроксида калия. Наиболее распространены щелочные никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы. Кроме того, в небольших масштабах выпускаются серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы.
Щелочные электролиты также используются в разрабатываемых аккумуляторах: никель-цинковых, воздушно-цинковых, воздушно-железных, никель-водородных и кислородно-водородных.
Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы и батареи. Суммарные основные уравнения процессов разряда и заряда в аккумуляторах имеют вид:

Активная масса положительных электродов состоит из гидроксида никеля, активная масса отрицательных электродов — из кадмия или железа. Электролитом служит раствор гидроксида калия (КОН) плотностью 1190+1210 кг/м3 с добавкой 20 кг/м3 моногидрата гидроксида лития. Большинство никель-кадмиевых и иикель-железных аккумуляторов выпускается в ламельном исполнении, активная масса помещается внутри стальных перфорированных коробок (ламелей). Кроме того, некоторые аккумуляторы имеют прессованные и спеченные электроды, в порах которых находится активная масса, и фольговые электроды, у которых к поверхности металлической фольги припечен слой с активным веществом. Аккумуляторы помещаются в стальные никелированные сосуды.
Напряжение аккумулятора зависит от режима разряда. Номинальное напряжение равно 1,15 В. Данные аккумуляторов приведены в табл.. Номинальная емкость для НК, указанная в обозначении, соответствует разрядному току, приведенному в таблице.

Кривые разряда  и заряда   никель-кадмиевого аккумулятора
Кривые разряда (У — 7) и заряда (в) никель-кадмиевого аккумулятора при 20 "С. Ток заряда численно равен 1/4 номинальной емкости. Режимы разряда 1 — 1-часовой; 2 — 2-часовой (2); 3 — 3-часовой; 4 — 4-часовой; 5 — 8-часовой; 6 — 10-часовой;
7 — 25-часовой
Соединяя указанные аккумуляторы, можно получить батареи с различными параметрами. Батареи помещаются в деревянные ящики, рамки или металлические каркасы. Батареи в металлических каркасах обозначаются буквой К. Кроме того, в обозначениях батарей буква Т указывает вывод на торцевую сторону, римская цифра — расположение аккумуляторов в рамках: I — в один ряд по длине, II — в два ряда по длине.
Емкость никель-кадмиевых аккумуляторов составляет не менее 0,6 номинальной емкости при —20 °С и не менее 0,2 номинальной емкости при —40 °С.
Срок хранения ламельных ннкель-кадмиевых аккумуляторов 5 лет, никель-железных аккумуляторов 3,5 года, наработка — 1000 циклов.
Первое число обозначает число последовательно соединенных аккумуляторов, последнее — емкость, А-ч.

Характеристики никель-кадмиевых (НК) и никель-железных (НЖ) аккумуляторов


Тип аккумулятора

Габаритные размеры, мм

Масса, кг

Нормальный зарядный ток при 6-часовом заряде, А

Нормальный разрядный ток, А, до конечного напряжения 1 В

Длина

Ширина

Высота

без электролита

с электролитом

НК-13

103

34

126

0,60

0,75

3,3

1,3

НК-28

127

34

216

1,35

1,69

7,0

2,8

НК-55

127

55

216

2,2

2,78

14,0

5,5

НК-80

154

47

352

3,5

4,46

20,0

8,0

НК-125

154

72

352

5,10

6,60

31,0

12,50

НЖ-42

127

34

216

1,35

1,69

5,5

2,75

НЖ-45

127

55

216

2,20

2,78

11,2

5,65

НЖ-60

154

47

352

3,50

4,46

15,0

7,50

НЖ-100

154

72

352

5,10

6,60

25,0

12,50

Применение полиэтиленовых сосудов и другие усовершенствования позволяют улучшить параметры ламельных аккумуляторов. Новые аккумуляторы имеют обозначения НЖЛ и предназначены для замены соответствующих типов аккумуляторов НК и НЖ: НЖ-22 и НК-28 на НЖЛ-36; НЖ-45 и НК-55 на НЖЛ-60; НЖ-60 и НК-80 на НЖЛ-85.
Одновременные испытания батареи 4НЖЛ-60 и 4НЖ-45 показали преимущество первых. Они имеют более высокие емкость и удельную энергию (30 Вт-ч/кг).
Наибольшее количество щелочных аккумуляторов, выпускаемых промышленностью, составляют тяговые никель-железные ХИТ (ТНЖШ), имеющие емкость 360-!-1150 А-ч и предназначенные для электровозов, пассажирских железнодорожных вагонов и внутризаводского транспорта. Тяговые аккумуляторы изготовляются в металлическом корпусе со щелочестойким электроизоляционным покрытием или резиновым чехлом, или в пластмассовых сосудах. В качестве электролита в них используется водный раствор гидроксида натрия (плотность 1190+ 1210 кг/м3 с добавкой 20 г/л гидроксида лития.
На основе аккумуляторов ТНЖШ созданы батареи 66ТНЖШ-300П, 66ТНЖШ-350, 96ТНЖШ-500, 112ТНЖШ-500, 112ТНЖШ-550, 154ТНЖШ-550 и 126ТНЖШ-650 . Выпускаются также батареи из 22, 26, 27, 28, 34, 36 и 40 последовательно соединенных аккумуляторов емкостью 350 А-ч, батареи из 32, 36 и 49 аккумуляторов емкостью 550 А-ч, из 24 и 36 аккумуляторов емкостью 600 А-ч и из 36 аккумуляторов емкостью 1150 А-ч.
Номинальное напряжение батареи равно произведению номинального напряжения аккумулятора на число аккумуляторов и коэффициент 0,98, учитывающий потери напряжения в перемычках. Параметры тяговых аккумуляторов удалось улучшить путем применения отрицательных безламельных электродов и с помощью других усовершенствований. Такие аккумуляторы предназначены для безрельсового транспорта. Удельная энергия аккумуляторов серии ТНЖК (31+36 Вт-ч/кг и 58+ 67 кВт-ч/м3) заметно выше, чем у аккумуляторов серии ТНЖ (21+26 Вт-ч/кг и 44+48 кВт-ч/м3).
Аккумуляторы предназначены для работы при температуре электролита от —20 до +45 °С. В аккумуляторах, предназначенных для работы при —20 °С, должен использоваться в качестве электролита водный раствор гидроксида калия плотностью 1260+1280 кг/м3 без добавки гидроксида лития. Срок хранения аккумуляторов 3,5 года, ресурс 7000 ч, наработка 1000 циклов.
На основе аккумуляторов ТНЖК собираются батареи 34ТНЖК-300, 36ТНЖК-300, 20ТНЖК-400, 22ТНЖК-400, 34ТНЖК-400, 40ТНЖК-400, 36ТНЖК-500, 40ТНЖК-500, 34ТНЖК-600, 36ТНЖК-600, 36ТНЖК-700, 36ТНЖК-1000.
Особую группу никель-кадмиевых аккумуляторов составляют герметичные аккумуляторы, в которых положительные электроды имеют меньшую емкость, чем отрицательные электроды. Выделяющийся в конце заряда кислород окисляет кадмий, поэтому давление в аккумуляторе не повышается. Скорость образования кислорода должна быть невелика, поэтому аккумулятор заряжают относительно небольшим током. Герметичные аккумуляторы подразделяются на дисковые (обозначение Д), цилиндрические (обозначение Ц) и прямоугольные (обозначение НКГ).
В табл.   приведены данные дисковых и цилиндрических аккумуляторов и батарей.
Герметичные аккумуляторы применяются для слуховых аппаратов, малогабаритных радиоприемников, магнитофонов, киноаппаратуры, карманных фонарей и т. д.

Данные герметичных никель-кадмневых аккумуляторов и батарей


Тип аккумуляторов и батарей

Габаритные размеры, мм

Масса, г

Зарядный ток, мА

Разрядный ток, мА

Диаметр

Высота

Д-0,1

20,0

6.9

7

12

23

Д-0,25

27,0

10

14

25

50

7Д-0,115-У 1.1

24,0

62

60

12

20

ЦНК-0,2

16,0

24,5

15

20

20

ЦНК-0,45

14,0

50

21

45

45

ЦНК-0,85

14,0

96

41

85

85

ЦНК-0,9-У2

14,0

96

49

90

90

ЗЦНК-0,2

16,0

74

40

20

40

5ЦНК-0,2

87X24

27

117

20

100

11 ЦНК-0,45

112X39

57

350

45

90

Примечания: 1. Номинальная емкость и номинальное напряжение при 20 °С соответствуют 5-часо- вому режиму разряда, за исключением батареи 7Д-0,115-У1 I, у которой номинальная емкость и напряжение приведены для 10-часового режима разряда (разрядный ток 11,5 мЛ). При —18 °С емкость составляет 30% номинальной.

  1. Номинальное напряжение аккумуляторной батареи равно числу аккумуляторов, умноженному на 1,2 В. Напряжение в конце разряда 1 В.
  2. Время заряда аккумуляторов и батарей 15 ч.

Гарантийный срок хранения аккумуляторов Д-0,1 — 15 мес, Д-0,25 — 6 мес, батареи 7Д-0.115 — 14 мес. Гарантийный срок эксплуатации аккумуляторов Д-0,25 — 12 мес, а Д-0,1 — 14 мес , батареи 7Д-0.115 — 15 мес.
Наработка дисковых аккумуляторов до 400 циклов, цилиндрических аккумуляторов — от 100 до 300 циклов в зависимости от условий испытаний. Герметичные прямоугольные никель-кадмиевые аккумуляторы производятся с отрицательными и неметаллическими электродами из оксида кадмия (тип НКПС) или с металлокерамическими кадмиевыми электродами (тип НКГ). Номинальная емкость выпускаемых аккумуляторов лежит в пределах 3,5+50,0 А-ч, удельная энергия 16+23 Вт ч/кг и 45+63 кВт ч/м3.
Никель-водородные и никель-металлогидридные аккумуляторы. Разработан аккумулятор, в котором анодом служит водородный электрод. Токообразующая реакция в аккумуляторе

Водород либо хранится непосредственно в сосуде аккумулятора, либо обратимо поглощается интер- металлидами, например соединениями FeTi, NiTi2- По сравнению с никель-кадмиевым аккумулятором никель-водородный аккумулятор имеет высокую удельную энергию. Например, аккумулятор НВ-40 имеет емкость 40 А- ч, удельную энергию 45 Вт • ч/кг и 80 кВт-ч/м3. Максимальное давление водорода 40 МПа.
К недостаткам никель-водородного аккумулятора следует отнести саморазряд из-за взаимодействия водорода с активной массой положительного электрода. Поэтому в заряженном состоянии он хранится лишь кратковременно (потеря емкости за сутки составляет 6+10%). В последние годы созданы никель-металлогидридные аккумуляторы, в которых анодами служат интерметаллиды.
Эти аккумуляторы имеют такое же напряжение, как и никель-кадмиевые, но более высокую емкость и удельную энергию (в 1,3*1,5 рвза). Кроме того, они не содержат токсичный кадмий. Поэтому эти аккумуляторы получают все большее распространение.
Серебряно-цинковые аккумуляторы. Активными веществами в аккумуляторах служат оксид серебра и цинк, электролитом — раствор КОН.
Аккумуляторы имеют высокие удельные энергию (до 130 В-ч/кг) и мощность (до 500 Вт/кг). Разрядная кривая аккумуляторов имеет две площадки, одна из них при напряжении 1,8, вторая — 1,54 В. Недостатками серебряно-цинковых аккумуляторов является их высокая цена, дефицитность серебра и малая наработка (10*100 циклов).
Никель-цинковые аккумуляторы. Активными веществами в аккумуляторах служат гидроксид никеля и цинк, электролитом — раствор гидроксида калия.
Напряжение при разряде 1,7*1,8 В, удельная энергия 50*70 Вт-ч/кг.
Испытаны аккумуляторы различной емкости. Например, аккумулятор НЦ-125 имеет емкость 125 А-ч при 2-часовом разряде и номинальное напряжение 1,65 В. Габаритные размеры 239x123* х82 мм, масса с электролитом 4,3 кг. Удельная энергия 50 Вт-ч/кг и 100 кВт-ч/м3. Аккумулятор НЦ- 240 имеет емкость 240*280 А-ч, массу 9 кг. Наработка аккумуляторов 150*250 циклов.

 
« Шпоночные и шлицевые соединения   Эквивалентное групповое сопротивление »
электрические сети