Щелочные никель-железные и никель-кадмиевые аккумуляторы. Аккумуляторные помещения

Главная » Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта

Конструкция аккумуляторов. Существует несколько видов ще лочных аккумуляторов. По устройству электродов их делят на ла-мельные и безламельные. по составу активной массы пластин — на никель-железные, никель-кадмиевые, серебряно-цинковые, по способу исполнения — на герметичные и негерметичные. В стальном никелированном корпусе 1 ламельного никель-же.тезного (НЖ) аккумулятора (рис. 216, а) расположены блоки положительных 2 и отрицательных 4 пластин. Разноименные пластины изолируют друг от друга эбонитовыми палочками 3. На верхней крышке корпуса размещены полюсные выводы и отверстие для заливки электролита, закрываемое пробкой. Пробка (рис. 216, б) имеет Т-образный канал 1 для выхода газов, закрываемый резиновым пояском 2, и прокладку 3. Полюсные выводы положительных и отрицательных пластин изолированы от крышки корпуса.

Пластины аккумулятора состоят из стальных перфорированных ламелей (оболочек), внутри которых находится активная масса. Для повышения электропроводности в активную массу добавляют графит или никель. В аккумуляторах типа НЖ число отрицательных пластин на одну больше, чем положительных, причем крайние отрицательные пластины касаются корпуса. Положительные пластины с торцов изолируют от корпуса листовым эбонитом. В аккумуляторах типа НК положительные пластины крайние, вследствие чего корпус сообщается с положительным полюсным выводом.

Активной массой положительных пластин аккумуляторов типов НЖ и НК является гидрат окиси никеля М1(ОН)₃. Активная масса отрицательных пластин у аккумуляторов типа НЖ состоит из губчатого железа, у аккумуляторов типа НК — из губчатого кадмия. Электролитом служит водный раствор едкого кали КОН или едкого натра ИаОН плотностью 1,19-1,21 г/см³ с добавкой 20 г едкого лития на 1 л электролита, который препятствует изменению структуры активных масс положительных пластин в условиях высоких температур.

При разряде гидрат окиси никеля переходит в гидрат закиси никеля, а губчатое железо (кадмий) — в гидрат его закиси. На образование этих веществ не затрачивается едкий натр или едкое кали, поэтому плотность электролита во время разряда остается постоянной. Однако в аккумуляторы периодически доливают чистую воду, так как часть ее разлагается зарядным током на кислород и водород и испаряется. При заряде аккумуляторов типов НЖ и НК все химические процессы протекают в обратном порядке и пластины восстанавливаются до первоначального химического состава.

Безламельные никель-кадмиевые аккумуляторы типа НКБ отличаются от ламельных НК конструкцией пластин. Пластины безла-мельных аккумуляторов состоят из стальной рамки, в которую впрессована порошкообразная активная масса. Применение таких пластин позволило увеличить удельную емкость щелочных аккумуляторов на 30-40%.

Положительные и отрицательные пластины в аккумуляторах типа НКБ изолируют друг от друга гофрированной пленкой из винипласта или специальной комбинированной изоляцией. Благодаря этому уменьшается расстояние между пластинами, а следовательно, и внутреннее сопротивление аккумулятора. Безламельные аккумуляторы не боятся низких температур и имеют малый саморазряд.

Отечественная промышленность выпускает батареи безламельных аккумуляторов типов 4НКБ-15, 4НКБ-20, 10НКБ-60 и т. д. Первые цифры указывают число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее, буквы НК — никель-кадмиевая; буква Б — безламельная, а число в конце — номинальную емкость батареи в ампер-часах.

На протяжении всего срока службы герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы не требуют доливки или корректировки электролита. Их заряжают закрытыми и допускается их эксплуатация при любом положении в пространстве. Промышленность выпускает герметичные НК аккумуляторы дисковой, цилиндрической и прямоугольной конструкций. Корпус аккумулятора 3 герметичного аккумулятора типа НК дисковой конструкции (рис. 217) представляет собой стальной никелированный сосуд круглой формы с кольцевым выступом. Стальную никелированную крышку 4 изолируют от корпуса изоляционной прокладкой 7 и герметически запрессовывают верхним краем корпуса. Внутри корпуса находятся положительный 8 и отрицательный 6 электроды, разделенные сепаратором 2. Электроды и сепаратор сжимаются пружиной 5. Электроды ламельные;

Рис. 217. Герметичный никель-кадми-евый аккумулятор дисковой конструкции

они состоят из никелевой сетки 1, в которой упакованы брикеты активной массы. В качестве сепаратора применена капроновая ткань.

Основные характеристики. Э. д. с. заряженного щелочного аккумулятора типа НЖ- 1,5 В, аккумулятора типа НК- 1,4 В. При разряде э. д. с. снижается до 1,3 В. Напряжение щелочных аккумуляторов не является постоянным. При разряде оно сначала быстро уменьшается до напряжения 1,3 В, а затем медленно до напряжения 1,15 В, при котором разряд прекращают. Дальнейший разряд нецелесообразен, так как напряжение быстро падает и становится недостаточным для нормальной работы приемника энергии. Среднее напряжение аккумулятора при разряде принимают равным 1,25 В.

Очередной заряд щелочных аккумуляторов проводят током, равным 0,25 (?_п в течение 6 ч. Окончание заряда определяется тем, что напряжение на каждом элементе становится равным 1,75-1,8 В и наступает интенсивное «кипение» электролита во всех элементах. Во время заряда нужно следить за тем, чтобы температура электролита не превышала +40 °С. Для снижения температуры уменьшают зарядный ток. Батареи щелочных аккумуляторов заряжают при вывернутых пробках во всех элементах.

В отличие от кислотных щелочные аккумуляторы могут отдать полную емкость при различных режимах разряда. Для этого щелочные аккумуляторы следует разряжать до различного конечного напряжения. Чем больше разрядный ток, тем меньше конечное напряжение, при котором аккумулятор отдает полную емкость. Например, при 8-часовом режиме разряда аккумулятор отдает номинальную емкость при конечном напряжении 1,1 В, а при 5-часовом режиме разряда — при конечном напряжении 0,8 В. Большое изменение напряжения щелочных аккумуляторов требует установки специальных устройств, стабилизирующих напряжение электропитающей установки. Поэтому при 1, 3 и 5-часовом режимах разряда используется только часть номинальной емкости щелочных аккумуляторов.

Нормальной температурой электролита щелочного аккумулятора считается +25 °С. При снижении температуры емкость аккумулятора уменьшается, при повышении — увеличивается. Однако увеличение температуры электролита выше +40 °С резко увеличивает саморазряд аккумулятора.

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов приблизительно в 2 раза больше, чем свинцовых аккумуляторов такой же емкости. Вследствие этого они менее чувствительны к коротким замыканиям, но имеют более низкий к. п. д. Внутреннее сопротивление заряженного щелочного аккумулятора г₀ = 0,35/ф_н, где (?_н — номинальная емкость аккумулятора. Внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора в 1,5-2 раза больше, чем заряженного.

Щелочные никель-железные аккумуляторы подвержены значительному саморазряду. Так, за 30 сут хранения при температуре электролита +20 °С эти аккумуляторы теряют от 30 до 50% номинальной емкости, а при температуре электролита +40 °С — всю емкость. Саморазряд никель-кадмиевых аккумуляторов в 2-2,5 раза меньше, чем никель-железных. Отдача у щелочных аккумуляторов меньше, чем у кислотных, и составляет 0,65 по емкости и 0,5 по энергии.

Аккумуляторные помещения. Аккумуляторные батареи размещают в специальном помещении — аккумуляторной. Пол аккумуляторного помещения делают стойким к воздействию электролита и рассчитывают на нагрузку, создаваемую весом установленных аккумуляторных батарей. На верхнее покрытие пола наносят два слоя специального электролитоупорного асфальта или один слой асфальта и кладут метлахские плитки. Если пол сделан из асфальта, то тумбочки стеллажей устанавливают на электролитоупорные плитки, которые располагают на цементной подушке. Если пол покрыт метлахскими плитками, тумбочки ставят непосредственно на пол.

Стены аккумуляторного помещения штукатурят и окрашивают электролитоупорной эмалью. Для предохранения аккумуляторов от нагревания прямыми солнечными лучами оконнные стекла делают матовыми или покрывают их тонким слоем светлой краски.

Высота аккумуляторного помещения должна быть не менее 2,2 м при установке аккумуляторов на одноярусных стеллажах и не менее 2,8 м при установке аккумуляторов на двухъярусных стеллажах. Рядом с аккумуляторной находится комната площадью не менее 6 м² для хранения кислоты, дистиллированной воды, запасных частей и принадлежностей для приготовления электролита. Здесь же устанавливают водопроводный кран для промывки аккумуляторов и вспомогательного оборудования.

На входной двери в аккумуляторное помещение вешаются таблички «Аккумуляторная», «С огнем не входить», «Курение запрещено».

Размещение оборудования. Стеллажи в аккумуляторной размещают так, чтобы к каждому аккумулятору был свободный доступ для осмотра, доливки электролита или воды и для работы по текущему ремонту. Между стеллажами оставляют проходы шириной не менее 1 м.

Стеллажи должны отстоять от отопительных приборов на расстоянии не менее 1 м. Батареи размещают на стеллажах таким образом, чтобы при их обслуживании была устранена возможность одновременного случайного прикосновения к двум точкам, между которыми имеется напряжение более 250 В. Щелочные и кислотные аккумуляторы располагаются в разных аккумуляторных помещениях. В аккумуляторном помещении проводку выполняют кабелем марки ВРГ с медными жилами и резиновой изоляцией, в полихлорвиниловой оболочке без наружного покрова. Кабели прокладывают в металлических трубах под полом аккумуляторной. При выходе из-под пола концы труб заливают гудроном.

Вентиляция, отопление и освещение. Для удаления выделяющихся из аккумуляторов водорода и кислорода, которые образуют взрыво опасную смесь — гремучий газ, а также захватываемых этими газами мельчайших частиц серной кислоты в аккумуляторном помещении устраивают приточно-вытяжную вентиляцию, обеспечивающую 5- 10-кратный обмен воздуха в час в зависимости от числа и типа установленных аккумуляторов и размеров помещения. Вытяжные каналы вентиляционной системы аккумуляторных не должны сообщаться с дымоходами или общей вентиляционной системой. Они обычно заканчиваются вытяжной трубой, возвышающейся на 1,5 м над крышей. В аккумуляторных категорически запрещается открывать окна, так как поступающий воздух может быть засорен пылью и газами.

В аккумуляторной должна поддерживаться температура от +15 до +35 °С. Для подогрева воздуха применяют паровое или водяное отопление. Искусственное освещение аккумуляторного помещения должно обеспечивать освещенность не менее 40 лк. Во избежание взрыва газа применяют газонепроницаемые и взрывобезопасные светильники, а выключатели и штепсельные розетки для переносных ламп устанавливают перед входом в аккумуляторное помещение.

Диагностика качества и состояния герметичных щелочных аккумуляторов для портативной аппаратуры

В последнее десятилетие наблюдается неуклонный и значительный рост выпуска разнообразной портативной аппаратуры, что определяет и рост спроса на герметичные химические источники тока (ХИТ) для их электро-снабжения.

Значительную долю рынка этой продукции составляют выпускаемые уже несколько десятилетий щелочные аккумуляторы: никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-металлгидридные (Ni-MH). При этом вследствие более высоких удельных энергетических характеристик и упрощения решения экологических проблем во всем мире наблюдается тенденция к расширению производства никель-металлгидридных аккумуляторов. Но никель-кадмиевые аккумуляторы благодаря своим несомненным достоинствам (более низкая стоимость, отработанность решений, больший диапазон рабочих температур и возможность обеспечения больших токов разряда) сохраняют свои позиции и сейчас и, вероятно, сохранят их в ближайшем будущем [1].

Аккумуляторы Ni-Cd и Ni-MH имеют одинаковое рабочее напряжение 1,2 В, но характеристики их заметно различаются (табл. 1).

Таблица 1. Типичные характеристики герметичных щелочных аккумуляторов

Для использования в портативной аппаратуре наибольший интерес представляют цилиндрические аккумуляторы, габаритные размеры которых совпадают с аналогичными параметрами традиционных одноразовых ХИТ. В настоящей статье возможности оценки качества аккумуляторов и прогноза их поведения в процессе эксплуатации показаны на примере аккумуляторов типоразмера АА (∅ 14,5 мм, h = 50,5 мм), выпускаемых ведущими компаниями.

Для обеспечения работоспособности источников электропитания аппаратуры необходимо определить минимальный объем информации, который должен приниматься во внимание:

• при выборе требуемых источников тока среди аналогичной продукции разных компаний-производителей,
• при комплектации из аккумуляторов батарей.

Реальные энергетические возможности герметичных щелочных аккумуляторов в соответствии с техническими условиями оцениваются при проведении от 2 до 5 циклов (в зависимости от срока хранения) заряда-разряда в номинальном режиме (ток заряда — 0,1 С_н, ток разряда — 0,2 С_н). Разрядная емкость их от цикла к циклу увеличивается, а испытания прекращаются при стабилизации величины С_раз. Продолжительность испытаний от 40 до 100 часов.

Но при необходимости обеспечения работоспособности батарей в жестких режимах и условиях эксплуатации следует принимать во внимание не только величину номинальной емкости аккумуляторов, но и мощностные характеристики, которые определяют уровень их рабочего напряжения и потери емкости при разряде до предельного напряжения. При комплектации батарей испытания аккумуляторов в экстремальных режимах увеличивают общую продолжительность испытаний еще на 20–40 часов.

Естественно, появляется желание сократить время испытаний. И в некоторых случаях для оценки реальной емкости источников тока их сразу подвергают быстрому заряду в течение 1 часа при рекомендуемом производителями контроле напряжения и такому же короткому разряду. В этом случае, как правило, получают пугающе низкие величины разрядной емкости, что связано как с уменьшением зарядной и разрядной емкости при таком режиме относительно номинального, так и с изменениями в аккумуляторах в период хранения и необходимостью приведения в рабочее состояние описанным выше стандартным способом.

Сокращение объема испытаний может быть обеспечено лишь при максимально коротком циклировании аккумуляторов в стандартном режиме, но с использованием для оценки их качества дополнительных характеристик, которые могут быть измерены уже на первых циклах.

В настоящей статье описываются характеристики аккумуляторов (внутреннее сопротивление и зарядная характеристика), информация о которых существенна при проектировании батарей для длительной эксплуатации в жестких режимах. Внутреннее сопротивление определяет разрядное напряжение источника тока и характер его изменения в процессе разряда, а вид и параметры зарядной характеристики, особенно в конце процесса, позволяют оценить особенности реализации замкнутого кислородного цикла, которые определяют предельное давление в аккумуляторе и сильно влияют на ресурс источника тока.

Внутреннее сопротивление источника тока

Напряжение источника тока под нагрузкой:

где НРЦ — напряжение разомкнутой цепи, I — ток, протекающий через источник тока, R_Ω — омическое сопротивление, определяемое сопротивлением токоотводов, активных масс электродов и электролита, R_пол — поляризационное сопротивление, определяемое характером и скоростями электрохимических реакций, разное при разных токах разряда.

Омическое сопротивление R_Ω может быть измерено при постоянном токе, когда определяется реакция источника тока на разрядный импульс тока, или при переменном токе 1000 Гц (из импедансного спектра в широком диапазоне частот видно, что Imp_{1000 Нz} ≈ R_Ω).

Поляризационное сопротивление R_пол зависит от тока, и поэтому ГОСТ РФ жестко регламентирует параметры тестового сигнала I₁, I₂, T₁ и T₂ для разных классов аккумуляторов (длинного, среднего или короткого разряда). Полное сопротивление:

Для рассматриваемых в настоящей статье Ni-Cd аккумуляторов измерения должны производиться при I₁ = 0,5 С и I₂ = 5 С, для Ni-MH аккумуляторов — при I₁ = 0,2 С и I₂ = 2 С. Время протекания токов для них одинаково: T₁ = 10 с, T₂ = 3 с. Точность измерений существенно зависит от фронта разрядного импульса I₂ и скорости регистрации отклика.

ГОСТ РФ не оговаривает состояния аккумуляторов при измерении внутреннего сопротивления, но обычно в документации дается величина R_Ω заряженных. Изменение внутреннего сопротивления в процессе разряда позволяет оценить характер изменения рабочего напряжения, но при указанных выше параметрах тестового сигнала (особенно для Ni-Cd аккумуляторов) точность измерений разряженных аккумуляторов значительно снижается, так как при прохождении тока I₂, который может оказаться и больше предельно допустимого для данного типа аккумуляторов, новое их стационарное состояние не достигается.

В документации зарубежных производителей обычно дается величина импеданса при 1000 Гц (Imp_{1000 Hz}). При измерениях на переменном токе оценка величины R_Ω меньше зависит от характеристик аппаратуры.

Рис. 1. Тестер,анализатор ООО «Мегарон» для измерения характеристик химических источников тока

Серийной аппаратуры для измерений внутреннего сопротивления ХИТ в России не выпускается. В наших экспериментах для них использовался тестер-анализатор, разработанный ООО «Мегарон» (г. Санкт-Петербург) (рис. 1) , универсальный инструмент для измерения внутреннего сопротивления источников тока с напряжением до 18 В. Тестер обеспечивает измерения на постоянном токе и переменном при 1000 Гц и последовательно отображает U_хит, R_Ω, R_пол, R_полн и Imp_{1000 Hz} на дисплее. Измерения могут производиться эпизодически или непрерывно при периодической подаче тестового импульса (в том числе и при параллельном разряде постоянным током). Информация может записываться и персональным компьютером, подключаемым к тестеру.

Реализуемые в тестере токи I₁ = 35 мА и I₂ = 350 мА меньше требуемых в соответствии с ГОСТ, но возможность сравнения аналогичных источников тока обеспечивается при малой потере емкости (1 мА·ч/измерение), что позволяет измерять внутреннее сопротивление источников тока, разряженных до 90–100%. Следует помнить только, что при малых величинах сопротивлений точность измерений существенно зависит от качества контакта объекта с измерительным инструментом (даже при разделении силового и измерительного каналов).

Типичные величины R_Ω аналогичных заряженных аккумуляторов разных производителей, которые указываются в документации, как правило, мало различаются. Так, омическое сопротивление Ni-Cd аккумуляторов практически всех производителей составляет ∼17 мОм, Ni-MH аккумуляторов — ∼25 мОм. Заметно более низкое R_Ω имеют никель-кадмиевые аккумуляторы японской компании SANYO, что позволяет существенно увеличить токи их разряда (до 8 С) по сравнению с аналогичными аккумуляторами других компаний.

Таблица 2. Внутреннее сопротивление заряженных герметичных щелочных аккумуляторов ∗ у всех Ni-Cd аккумуляторов снято 500 мА·ч, у Ni-MH аккумуляторов — 800 мА·ч.

Наблюдаемый разброс величин внутреннего сопротивления аккумуляторов разных компаний может служить характеристикой однородности их продукции. Малый разброс R_Ω отражает стабильность технологических процессов производства электродов, операций упаковки пакета электродов и сборки аккумулятора, точность дозировки электролита. Разнообразие рецептур активных масс электродов и особенности технологии изготовления электродов отражаются в величине R_пол, которую можно оценить только при использовании методики измерений сопротивления при постоянном токе. Особенности дизайна отражаются и в соотношении R_Ω /R_пол. В таблице 2 представлены результаты обследования выборок (n = 8–12) свежих аккумуляторов. Измерения внутреннего сопротивления производились периодически при отключении аккумуляторов от схемы разряда.

Рис. 2. Изменение в процессе разряда внутреннего сопротивления (омического — 1–4, поляризационного — 5–6) герметичных Ni-Cd аккумуляторов компаний: 1, 5— SANYO; 2, 6— SAFT; 3, 7— GP; 4, 8— PANASONIC

Рис. 3. Изменение в процессе разряда внутреннего сопротивления (омического — 1–4, поляризационного — 5–6) герметичных Ni-MH аккумуляторов компаний: 1, 5— SANYO; 2, 6— SAFT; 3, 7— GP; 4,8 — АК «Ригель» (Россия)

При увеличении степени разряда аккумуляторов меняется как омическое сопротивление, так и поляризационное. На рис. 2 и 3 представлены усредненные характеристики для описанных выше аккумуляторов. Видно, что характер изменений для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов различен. Следует заметить, что вообще R_Ω увеличивается тем больше, чем меньше типоразмер (и номинальная емкость) источника тока.

Анализ представленных в таблице 2 и на рис. 2 и 3 данных весьма полезен для определения качества продукции разных компаний и прогноза их работоспособности. Понятно, что меньшие величины сопротивления R_полн = R_Ω + R_пол обеспечивают более высокое напряжение при разряде большими токами. Низкое внутреннее сопротивление аккумуляторов компании SANYO, например, обеспечивает после снятия 50% емкости заметно более высокое разрядное напряжение (не менее чем на 50 мВ) по сравнению с аккумуляторами других компаний. Но Ni-MH аккумуляторы этой компании уже не обладают этим преимуществом. Интересно, что в документации на них специально отмечено, что величина импеданса Imp_{1000 Hz} ≈ R_Ω указана для разряженных аккумуляторов. Разброс сопротивления заряженных аккумуляторов компании GP больше, чем у других компаний, и оно больше увеличивается в процессе разряда. Это определяет настоятельную необходимость учитывать этот параметр при подборе аккумуляторов в батареи, которые должны разряжаться токами выше номинального.

Характер изменения в процессе разряда внутреннего сопротивления Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов различается: у последних имеет место более высокое сопротивление их в заряженном состоянии. В силу некоторого различия технологий изготовления оно различается и для аккумуляторов одной и той же электрохимической системы разных компаний.

В связи с этим следует понимать, что ответ на старый вопрос о возможности использовать какие-то составляющие внутреннего сопротивления для оценки степени разряженности ХИТ не может быть универсальным. Необходимо определить эталонные кривые зависимости внутреннего сопротивления от степени разряженности для конкретных типов ХИТ и оценить разброс реальных характеристик относительно них.

То же самое можно сказать и о диагностике степени деградации аккумуляторов в процессе эксплуатации. При длительном циклировании из-за необратимых процессов происходит осушение порового пространства электродов и сепаратора, изменение структуры активных масс. В результате внутреннее сопротивление герметичных аккумуляторов заметно увеличивается, и количественная мера этих изменений позволяет оценивать степень их деградации. При хранении происходят иные процессы, и наблюдаемый эффект увеличения сопротивления герметичных аккумуляторов в значительной мере устраняется при нескольких циклах заряда малыми токами.

Для того чтобы оценки состояния ХИТ были достаточно точными, необходимо накапливать информацию об изменениях в процессе хранения и циклирования, прежде всего, омического сопротивления источников тока.

Следует отметить также, что из-за нелинейного увеличения R_пол при больших токах оценка рабочего напряжения ХИТ более точно может производиться при токе I₂, близком к максимальным требуемым токам. Для осуществления такой технологии испытаний в ООО «Мегарон» была разработана стационарная аппаратура, которая позволяет изменять величины токов тестового сигнала в пределах от 40 мА до 10 А (рис. 4) и проводить измерения непосредственно в процессе разряда. Регистрация информации такая же, как и в тестере-анализаторе, описанном выше.

Рис. 4. Зарядно-разрядное устройство ООО «Мегарон» с возможностью измерения внутреннего сопротивления химических источников тока

Зарядная характеристика

Характер изменения зарядного напряжения во второй половине зарядного процесса позволяет видеть индивидуальные особенности реализации замкнутого кислородного цикла, при котором кислород, выделяющийся при перезаряде на положительном электроде, достигает отрицательного и восстанавливается на его поверхности. Давление несколько выше типичного для каждого типа аккумуляторов не приводит к их разгерметизации, но определяет более быструю деградацию его характеристик при циклировании. Поэтому аккумуляторы, у которых максимальное зарядное напряжение достигается раньше (рис. 5) или максимальное напряжение заметно выше, чем у остальных, должны быть исключены из комплекта для батареи.

Рис. 5. Характеристики Ni-Cd аккумуляторов GP 100AAS при заряде током 100 мА (0,1 С)

Заключение

Итак, оценка различных составляющих полного внутреннего сопротивления позволяет:

• оценить качество аккумуляторов конкретного производителя и сравнить их энергетические возможности с аналогичной продукцией других компаний;
• с большей надежностью подобрать аккумуляторы в батареи, предназначенные для эксплуатации в жестких режимах;
• при накоплении данных обследования больших выборок получить параметр, измерения которого могут позволить обеспечить оценку степени разряженности конкретных типов ХИТ;
• при накоплении данных об аккумуляторах при разной их наработке обеспечить наиболее надежный критерий для оценки степени их деградации.

При этом продолжительность испытаний для оценки качества партий аккумуляторов и комплектации из них батарей не увеличивается по сравнению со стандартными испытаниями, так как дополнительная полезная информация об аккумуляторах может быть получена при параллельных измерениях их внутреннего сопротивления на 2 или 3 разряде и анализе семейства зарядных характеристик, которые обычно и не регистрируются.

Литература

1. Таганова А. А., Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы, оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб.: Химиздат. 2005.

Никель-кадмиевые батареи

Доля

Доля

Доля

Доля

Введение

В никель-кадмиевых батареях используются электроды из гидроксида оксида никеля, металлического кадмия и щелочного электролита из гидроксида калия. Никель-кадмиевая батарея была изобретена Вальдемаром Юнгером и запатентована в 1899 году. Никель-кадмиевая батарея — это перезаряжаемая батарея, которая обычно используется в портативных компьютерах, дрелях, видеокамерах и других небольших устройствах с батарейным питанием.

Электрохимия Никель-кадмиевые Батареи 9001 6

Полностью заряженный никель-кадмиевый элемент содержит:

• пластину положительного электрода из оксида никеля (III)
• пластину отрицательного электрода из кадмия
• сепаратор и
• щелочной электролит (гидроксид калия).

Преимущества

  Ниже перечислены преимущества никель-кадмиевых аккумуляторов :

• Низкое внутреннее сопротивление (менее половины эквивалентных NiMH элементов)
• Возможны высокие скорости заряда и разряда
• До Типичная скорость разряда 10C в течение коротких периодов времени.
• Равномерная разрядная характеристика (но быстро падает в конце цикла)
• Выдерживает глубокие разряды — может быть подвергнута глубокому циклированию.
• Широкий диапазон температур (до 70°C)
• Типовой срок службы более 500 циклов.
• Процесс зарядки сильно эндотермичен — аккумулятор охлаждается во время зарядки. Это позволяет заряжать очень быстро.
• Быстрая зарядка аккумулятора может занять 2 часа, но может занимать от 10 до 15 минут.
• Кулоновская эффективность никель-кадмия составляет более 80% для быстрого заряда.
• Герметичный никель-кадмиевый элемент может храниться в заряженном или разряженном состоянии без повреждений.
• Электролит представляет собой недорогой гидроксид калия KOH и легко доступен.
• Доступны различные размеры и емкости.

Недостатки никель-кадмиевых аккумуляторов

• Проблемы с эффектом памяти

Основным недостатком этой технологии является то, что никель-кадмиевые батареи страдают от эффекта памяти. Эффект памяти возникает, когда кристаллическое образование расширяется от маленького до большого размера, что происходит, когда аккумулятор NiCd перезаряжается до того, как он полностью разрядится. Из-за этого может произойти увеличение импеданса элемента, что может предотвратить разрядку батареи выше этой точки и вызвать ее саморазряд. Восстановление: с помощью процесса, называемого восстановлением, эффект памяти можно обратить вспять, подвергая батарею множеству циклов разрядки и перезарядки. что помогает восстановить более мелкие кристаллические образования.

• Подвержен повреждению из-за перезарядки .

Они имеют низкое напряжение элемента 1,2 Вольта по сравнению с первичными щелочными элементами, которые имеют 1,5 Вольта и только четверть емкости щелочных элементов. Рекомендуется иметь самозакрывающиеся предохранительные вентиляционные отверстия, чтобы предотвратить повреждение из-за перегрева и повышения давления.

• Отрицательное воздействие на окружающую среду

Кадмий является очень дорогим и токсичным металлом. Никель-кадмиевые батареи содержат от 6 до 18 % кадмия, поэтому из-за токсичности требуется особая осторожность при утилизации батарей.

Щелочные | никель-кадмиевый | никель-металлгидрид | Литий | Батареи | Лисбург, Флорида

Батареи представляют собой небольшие цилиндрические выходы химической энергии, преобразуемой в электрическую энергию, и используются для завершения электрических цепей, питающих предметы. Поскольку существует множество вещей, которым нужна энергия, существуют также различные виды батарей, которые были созданы для удовлетворения потребностей в энергии предмета. И если есть что-то, о чем мы в Battery Power знаем, так это батареи. Имеет смысл, верно?

Щелочные батареи — Первая щелочная батарея была изобретена Томасом Эдисоном в 1901 году. Однако только в 1950-х годах Льюис Урри создал первую настоящую долговечную щелочную батарею. Разработанная им щелочная батарея содержит цинк (Zn) и диоксид марганца (MnO2). Щелочная батарея получила свое название из-за используемого в ней электролита – гидроксида калия, который является чисто щелочным. Аккумулятор имеет высокую плотность, малую утечку, более длительный срок службы и хорошие характеристики при различных перепадах температуры. Однако единственным его недостатком является высокая стоимость самой батареи.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи — Аккумуляторы, изобретенные шведским изобретателем и инженером Вальдемаром Юнгнером в 1899 году. Эти аккумуляторы были отличной альтернативой свинцово-кислотным, а также единственными перезаряжаемыми батареями в то время. К 1947 году была успешно разработана современная версия Ni-Cd батареи. Эти батареи содержат гидроксид никеля (NiOOH) и кадмий, а также гидроксид калия в качестве электролита. Преимущество Ni-Cd заключается в том, что они заряжаются очень быстро, прощают оскорбления, экономически доступны и доступны в широком диапазоне размеров и вариантов производительности. Несмотря на это, кадмий является токсичным металлом, и его нельзя утилизировать на свалках, а из-за низкого напряжения элемента требуется множество батарей для достижения высокого напряжения.

Никель-металлогидридные (NiMH) батареи — NiMH батареи были разработаны Стэнфордом Овшинским в 1986 году, изобретателем-самоучкой, который даже не учился в колледже. Аккумулятор очень похож на никель-кадмиевый аккумулятор, с той лишь разницей, что вместо кадмия используется металлогидрид. С этим привносят некоторые отличия, конечно.