Судовые электрические станции и сети - Щелочные аккумуляторы

§ 20. ЩЕЛОЧНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Щелочные аккумуляторные батареи обладают большим сроком службы, значительной механической прочностью, просты в обслуживании, могут работать при низких температурах, стойки против коротких замыканий. Их недостатки — относительно малая э. д. с., большое падение напряжения при разряде, небольшие удельная емкость и отдача, высокая стоимость.
Щелочные батареи бывают двух видов: кадмиево-никелевые и железоникелевые. Активная масса отрицательных пластин у железоникелевых аккумуляторов состоит из электрохимически активного железа, смеси губчатого железа с его окислами и небольшого количества окиси ртути. Для кадмиево-никелевых аккумуляторов применяют смесь губчатого кадмия (75—80%) с железом (20— 25%). Активной массой положительных пластин в обоих типах аккумуляторов является гидрат окиси никеля Ni(OH)3. Положительные и отрицательные пластины аккумуляторов собирают на двух стальных никелированных стержнях.
Щелочной аккумулятор состоит из сосуда с электролитом (рис. 42, а), в который погружают два комплекта положительных и отрицательных пластин (рис. 42, б). Сосуд изготовляют из никелированной стали. Пластины состоят из пакетов перфорированной стали с запрессованной активной массой. Пакеты собирают в стальные никелированные рамки. Для исключения взаимного замыкания между пластинами прокладывают эбонитовые палочки. Эбонитовые прокладки изолируют пластины от стенки сосуда.

Рис. 42. Щелочной аккумулятор
В крышке сосуда предусмотрены два отверстия: для вывода полюсов и для накопления электролитом газов с их последующим выходом. В качестве электролита применяют раствор едкого калия или едкого натра с добавлением некоторого количества моногидрата лития (20 г на 1 л раствора едкого калия или 10 г на 1 л раствора едкого натра). При таком составе электролита аккумулятор может работать в температурных пределах 15—35° С и кратковременно — до 45° С.
Активная масса отрицательных пластин при разряде железоникелевых аккумуляторов превращается в гидрат окиси железа, а кадмиево-никелевых — в гидрат окиси кадмия. Активная масса положительных пластин переходит в гидрат закиси никеля.
Для восстановления первоначального химического состава пластин аккумуляторы заряжают. При этом происходит обратная химическая реакция: на отрицательных пластинах восстанавливается губчатое железо (кадмий), а на положительных — гидрат окиси никеля.
Плотность электролита при разряде и заряде аккумуляторов остается постоянной. При повторных зарядах вода в аккумуляторе разлагается на водород и кислород, которые выделяются в виде пузырьков газа. Количество электролита постепенно уменьшается, его нужно систематически доливать.
Режимы работы аккумулятора определяются э. д. с., внутренним сопротивлением, напряжением на зажимах, емкостью, отдачей и саморазрядкой.
Э. д. с. аккумулятора зависит от состояния активной массы пластин и в меньшей мере— от плотности и температуры электролита. Если заряженный аккумулятор долго не работает, его э. д. с. постепенно уменьшается вследствие разложения неустойчивых окислов
никеля, образованных в процессе заряда. При этом образуются окислы меньшей степени окисления и выделяется кислород. Через 4 мин после заряда э.д.с. аккумулятора составляет 1,42 В, через день — 1,37, через 12 дней — 1,32 В.
Внутреннее сопротивление аккумулятора обусловливается сопротивлением электролита и пластин, а также дополнительным сопротивлением в результате поляризации последних. Внутреннее сопротивление в начале разряда аккумулятора сравнительно небольшое, определяется эмпирической формулой
где Сном — номинальная емкость при 8-часовом разряде.
При разряде аккумуляторов до 80% их нормальная емкость и внутреннее сопротивление возрастают медленно, затем начинается более крутой подъем, и к концу заряда они резко увеличиваются. Такое изменение внутреннего сопротивления отражается на разрядной характеристике аккумулятора; последний период разрядки характеризуется более быстрым снижением напряжения.
Напряжение аккумулятора зависит от силы тока:

Рис. 43. Кривые изменения напряжения щелочного аккумулятора

Напряжение отличается от э. д. с. в зависимости от зарядного или разрядного тока. При заряде номинальным током конечное напряжение должно быть 1,75—1,85 В, среднее 1,58—1,6 В, начальное через сутки после заряда — до 1,3—1,32 В. номинальное напряжение принимается равным 1,25 В.
Напряжение в конце нормального 8-часового заряда составляет не менее 1 В (рис. 43), а 1-часовой — 0,5 В (/ — заряд нормальный, 2 — ускоренный).
Данные щелочных кадмиево-никелевых батарей приведены в табл. 7 приложения.
Основная причина саморазряда щелочных аккумуляторов заключается в том, что гидрат перекиси никеля, частично образовавшийся при заряде в активной массе положительных пластин, будучи нестойким, самопроизвольно разлагается, поэтому часть запасенной при заряде химической энергии теряется бесполезно. Особенно интенсивно перекись никеля разлагается в первое время бездействия аккумулятора.
Обслуживание. Для приготовления электролита используют дистиллированную воду, которую наливают в чистую железную, чугунную или стеклянную посуду. Плотность электролита должна соответствовать рекомендации заводских инструкций по уходу за аккумуляторами.
Уровень электролита в аккумуляторе должен быть на 15 мм выше верхней грани пластины. Спустя 2 ч после заливки замеряют напряжение и уровень электролита во всех элементах. При отсутствии напряжения аккумулятор оставляют в электролите дополнительно на 10 ч, затем производят 2—3 формовочных цикла заряда в следующей последовательности: заряжают аккумулятор током нормального заряда в течение 6 ч, затем еще 6 ч — током, равным половине нормального; разряжают аккумулятор нормальным разрядным током 8-часового режима в течение 4 ч.
В зависимости от состояния аккумулятора различают заряд нормальный, усиленный, формовочный и ускоренный. Нормальный заряд выполняют током нормального зарядного режима в течение 7 ч в соответствии с паспортом аккумулятора. Усиленный заряд производят двумя ступенями по 6 ч: током нормального заряда и половиной нормального тока. Усиленный разряд применяют для аккумуляторов после глубокого разряда. Формовочный заряд применяют для новых и отремонтированных аккумуляторов, а ускоренную— при крайней необходимости в течение 4,5 ч (2,5 ч — двойным током, 2 ч — нормальным).
В процессе эксплуатации щелочных аккумуляторов необходимо соблюдать следующие условия: во время заряда открывать крышки батарейных ящиков и вывертывать пробки; заряд производить током, не превышающим указанного в заводской инструкции; применять электролит требуемой плотности и не допускать его загрязнения; во время заряда следить за напряжением, силой зарядного тока, температурой нагрева электролита и работой вентиляции (признаком окончания заряда является напряжение 1,75—1,8 В, не изменяющееся в течение 20—30 мин); после окончания заряда протереть, смазать техническим вазелином все элементы аккумулятора; проверить уровень электролита и закрыть пробки; предохранять аккумуляторы от воздействия высоких температур; перед каждым зарядом или разрядом проверять состояние контактов и подтягивать ослабленные ганки; не курить и не пользоваться открытым пламенем вблизи аккумулятора.