Какой металл в щелочных аккумуляторах

Обновлено: 19.05.2024

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.

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.

2NiOOH + 2H₂O + 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.

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 H2.
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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 H₂O. 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.

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.
Вернуться к содержанию

Опрос

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

Подробно о щелочных аккумуляторах

Щелочные аккумуляторы получили своё название по электролиту, который в них работает. В большинстве случаев это водный раствор КОН (едкий калий) или NaOH (едкий натрий). Этот вид аккумуляторов имеет ряд преимуществ перед кислотным типом батарей, но не лишён и недостатков. В некоторых областях народного хозяйства применение щелочных аккумуляторов более оправдано. Поэтому сегодня мы рассмотрим характеристики и устройство щелочных аккумуляторов, а также сферы их применения.

Устройство щелочных аккумуляторов

Самыми распространёнными видами щелочных батарей являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные (ещё их называют никель─железные). У обоих типов аккумуляторов в заряженном состоянии активная масса положительного электрода состоит из NiOOH (гидроокись никеля) с добавлением окиси бария и графита. Графит предназначен для увеличения электропроводности активной массы. Добавка окиси бария увеличивает срок эксплуатации щелочного аккумулятора.

Активная масса отрицательного электрода в случае никель─металлогидридного аккумулятора представляет собой порошкообразное железа (Fe) и его окислы. В ней присутствует добавки сернистого железа и сернокислого никеля. В случае никель─кадмиевых батарей активная масса отрицательного электрода представляет собой смесь порошка кадмия (Cd) и железа. В качестве электролита для щелочных аккумуляторов применяется водный раствор едкого калия (20%). В электролит добавляется моногидрат лития в количестве 20—30 грамм на литр. Эта добавка увеличивает срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Давайте рассмотрим конструкцию и устройство щелочного аккумулятора на примере моделей батарей, используемых в тепловозах и пассажирских вагонах. Там применяются как никель─металлогидридные (Ni─MH), так и никель─кадмиевые аккумуляторы (Ni─Cd). На предприятиях выпускаются никель─железные и никель─кадмиевые батареи, в которых электроды выполнены в виде рамок из стали, покрытой никелем. В пазы этих рамок запрессованы ламели.

Ламель представляет собой пакет, заполненный активной массой. Ламели выполнены из никелированной жести с большим количеством отверстий. Это делается для того, чтобы электролит мог поступать к активной массе.

В никель─кадмиевых аккумуляторах (в маркировке присутствует НК) отрицательная пластина находится между 2-мя положительными. Никель─железные (в маркировке НЖ) или никель─металлогидридные аккумуляторы предусматривают наличие одной положительной пластины между 2-мя отрицательными. Чтобы не было короткого замыкания, между пластинами ставят сепараторы. Их делают в виде полихлорвиниловой сетки или эбонитового стержня.

На изображении ниже представлено устройство щелочного аккумулятора Ni-MH. На схеме можно видеть полублоки электродов и аккумулятор в сборе.

Полублоки и никель─железный аккумулятор в сборе. На примере тепловозного аккумулятора ТПНЖ

Полублоки и никель─кадмиевый аккумулятор в сборе. На примере аккумулятора НКН-100

В таких разновидностях аккумуляторных батарей, как ТПНЖК и ТПНЖ используются панцирные положительные пластины. Эти пластины помещаются в специальные чехлы или панцири. Электроды находятся в корпусе из никелированной жести. У корпуса имеется приваренная крышка с отверстиями под выводные штыри. Также предусмотрено отверстие для заправки электролитом и вывода газов. Чтобы придать корпусу механическую прочность, стенки делаются гофрированными. Сверху корпус закрыт резиновым чехлом, который обеспечивает изоляцию элементов от ящика, где установлена батарея. Теперь немного о том, за счёт чего обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Вернуться к содержанию

Принцип работы щелочных аккумуляторов

Когда происходит разряд батареи, на положительном электроде идёт реакция гидроокиси никеля (NiOOH) с ионами электролита. В результате образуется гидрат закиси никеля Ni(OH)₂. На отрицательном электроде кадмий и железо превращаются в гидрат окиси кадмия (Cd(OН)₂) и железа (Fe(ОН)₂). Протекание тока по внешней и внутренней сети обеспечивает разность потенциалов (примерно 1,45 вольта) щелочного аккумулятора. Таким образом, обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Когда происходит заряд щелочной АКБ, то под воздействие тока активная масса положительных пластин окисляется. Гидрат закиси никеля Ni(ОН)₂ переходит в гидроокись никеля (NiOOH). В активной массе отрицательных электродов при заряде идёт восстановление с образованием кадмия и железа.

Ниже представлены реакции, происходящие в процессе разряда-заряда, представлены следующими уравнениями:

Щелочная АКБ Ni─MH:

2Ni(OOH) + 2KOH + Fe ⇒ 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Fe(OH)₂

Щелочная АКБ Ni─Cd:

2Ni(OOH) + 2KOH + Cd ⇒ 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Cd(OH)₂

Работа щелочного аккумулятора такова, что номинальное значение разрядного тока составляет 0,2*С. Величина «С» обозначает номинальную ёмкость аккумуляторной батареи. Максимальный разрядный ток, к примеру, при запуске дизельного двигателя, составляет до 4*С. Штатный ток заряда щелочных АКБ равен 0,25*С.

Стоит отметить, что вещества, которые образуются во время работы щелочного аккумулятора и протекания электрохимических реакций, почти не растворяются в электролите и не реагируют друг с другом. За счёт того, что электролит для щелочного аккумулятора с ними не взаимодействует, отсутствует его расход и плотность не меняется. В результате требуется меньший объём, чем в кислотной батарее.

Чтобы отрицательный электрод (состоит из губчатого железа) никель─железной батареи работал правильно, его вес должен быть больше положительного. Эти объясняется большее количество отрицательных пластин в этом типе АКБ. Сборный блок в этом типе щелочных батарей по краям имеет отрицательные пластины. Эти пластины имеют электрическое соединение с корпусом. В Ni─Cd батареях все наоборот. Там активная масса положительного электрода должна иметь больший объем, чем отрицательного. У них блоки имеют по краям положительные пластины, которые имеют соединение с корпусом.

Напряжение щелочного аккумулятора при полной зарядке составляет примерно 1,45 вольта. Из-за существенного внутреннего сопротивления этого типа батарей, напряжение щелочного аккумулятора существенного меньше номинала при разряде и существенно больше при заряде.

Когда выводам батареи подключается нагрузка и начинается разряд, то напряжение быстро снижается до 1,3 вольта, а затем медленно уменьшается до одного вольта. При достижении этой отметки разряд нужно останавливать. Среднее значение расчётного напряжения при разряде равно 1,25 вольта. Ниже напряжения 1 вольт разряжать щелочной элемент не рекомендуется. Это может приводить к потере ёмкости и уменьшению срока эксплуатации.

Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде

Когда ведётся зарядка, то напряжение щелочного аккумулятора довольно быстро возрастает с 1,55 до 1,75 вольта, а потом достаточно медленно идёт до 1,8 вольта. Заряд герметичного щелочного аккумулятора ведут до того момента, пока ему не будет передано определённое число А-ч в соответствии с его паспортными характеристиками. Ток заряда герметичного щелочного аккумулятора устанавливается, как 0,25*С (номинальная ёмкость). В процессе заряда батарее передаётся 150 процентов ёмкости. Для дополнительной информации, читайте статьи о зарядке и восстановлении Ni─Cd аккумуляторов.

Кислотные и щелочные аккумуляторы схожи в том, что при зарядке у обоих типов батарей выделяется газ. Однако в случае герметичных щелочных аккумуляторов газовыделение не является признаком окончания зарядки. Но здесь также рекомендуется снижать ток, если выделение газов идёт слишком бурно.

Можно сказать, что герметичные щелочные аккумуляторы лучше перезарядить, чем они будут незаряженными. Неполный заряд для них сокращает срок эксплуатации. В то же время излишний заряд также не допустим. В процессе заряда растёт их температура. При значениях выше 45 градусов Цельсия начинает разрушаться активная масса электродов. Для дополнительной информации, читайте о зарядке Ni─MH аккумуляторов.
Вернуться к содержанию

Особенности эксплуатации и срок службы щелочных аккумуляторов

В принципе, уход при эксплуатации щелочных аккумуляторных батарей примерно такой же, как и в случае кислотных. Нужно периодически контролировать уровень электролита, а также проводить зарядку АКБ. Герметичные щелочные аккумуляторы должны регулярно подзаряжаться и находиться в чистоте.

Герметичные щелочные аккумуляторы могут при хранении находиться в полузаряженном или разряженном состоянии достаточно длительное время. Также стоит отметить, что аккумуляторы щелочного типа менее чувствительные к действию отрицательных температур. Кроме того, герметичные щелочные аккумуляторы способны работать при разряде большими токами (высокая перегрузочная способность).

Благодаря тому, что герметичный щелочной аккумулятор имеет большое внутреннее сопротивление, сильный разряд и кратковременные короткие замыкания не вредят этим батареям. Щелочные АКБ устойчивы к воздействию вибрации, тряски, ударов благодаря высокой прочности. По сравнению с кислотными они имеют большую удельную энергию, больший срок эксплуатации и могут храниться дольше.

Саморазряд герметичных щелочных аккумуляторов при разомкнутой цепи составляет 20 процентов ёмкости за 9 месяцев. Это немного, если сравнивать с кислотными АКБ. У последних такой уровень саморазряда наблюдается за месяц. Немаловажно отметить, что при эксплуатации герметичных щелочных аккумуляторов нет вредных газовыделений и они достаточно надёжны.

Но батареи щелочного типа имеют некоторые минусы и неудобства при эксплуатации. Напряжение при разряде у них примерно на 40 процентов ниже, чем у кислотных. В результате для производства одного и того же напряжения АКБ нужно набирать разное количество элементов. И в случае герметичного щелочного аккумулятора количество таких элементов будет значительно больше. Из-за высокого внутреннего сопротивления батарей со щелочным электролитом, напряжение при интенсивном разряде снижается значительно быстрее, чем у кислотных.
Вернуться к содержанию

Виды щелочных аккумуляторов и области их применения

Ламельные щелочные АКБ, конструкция которых была рассмотрена выше, широко используются в качестве тяговых щелочных аккумуляторов. Кроме того, они используются и в качестве стартерных. Ниже приведены области применения таких аккумуляторных батарей:

локомотивы и пассажирские вагоны;
сигнализации и системы аварийного энергоснабжения;
рудничные электровозы;
всевозможная напольная электротехника (различные погрузчики на складах и производствах. Например, щелочной аккумулятор ТНЖ);
для запуска двигателей внутреннего сгорания.

Аккумулятор для пассажирских вагонов

Аккумулятор для погрузчика

Щелочные АКБ встречаются в телефонах, фотоаппаратах, трамваях, троллейбусах и т. п. Батареи щелочного типа получили широкое использование в различной портативной технике и электроинструменте. Там используются батареи цилиндрической формы с электродами рулонного типа. Они имеют номинальное напряжение 1,2─1,3 вольта. Такие элементы набираются в аккумулятор и используются, к примеру, в шуруповёртах. Подробнее об их использовании читайте в статье «Ni-Cd аккумуляторы для шуруповёрта».

Кроме того, щелочные аккумуляторные батареи можно встретить в роли стартерных на автомобилях. Правда, выпускаются они в основном только для некоторых грузовых автомобилей, а также для военной техники. На легковых автомобилях они встречаются редко. Но, в принципе, ничего не мешает некоторым автовладельцам устанавливать щелочной аккумулятор 12В на своих «железных коней». И отзывы об их использовании положительные.
Вернуться к содержанию

Маркировка щелочных аккумуляторов

Рассмотрим маркировку тяговых батарей российского производства. У нас в стране производством таких батарей занимается Великолукский завод щелочных аккумуляторов и Курский завод «Аккумулятор». При поставке продукции на внутренний рынок они маркируют свою продукцию следующим образом (буквы и цифры поясняются по мере их следования слева направо):

Если в маркировке перед цифрами стоят буквы, то они показывают число элементов в батарее;
Затем следуют буквы, показывающие область применения (Т – тяговый, ТП ─ тепловозный, В ─ вагонный);
Далее идут буквы, обозначающие тип. Например, НЖ — никель─железная АКБ;
Если присутствует буква К, то это значит, что конструкция блока электродов комбинированная (при этом положительный электрод ламельного типа, отрицательный ─ безламельного);
Если в маркировке присутствует Ш, то это АКБ для шахтных электровозов;
Если в маркировке после букв есть цифры, то это величина номинальной ёмкости батареи, выраженная в А-ч;
После значения ёмкости могут присутствовать буквы: П (пластмассовый корпус), В (высокий вариант), М (модернизированный), У (исполнение для умеренного климата), Т (исполнение для тропического климата);
Далее цифры обозначающие категорию размещения в соответствии с ГОСТ 15150-69 (2 обозначает размещение над землей, 5 ─ под землей).

цифры перед буквами показывают число элементов в батарее;
Буква F говорит о том, что это никель─железный аккумулятор;
Далее идут буквы, которые обозначают токи в режиме разряда (L ─ до 0,5*С, M ─ (0,5─3,5)*С, H ─ (3,5─7)*С, X ─ больше 7*С);
Следующие цифры показывают ёмкость батареи в А-ч;
Следующие буквы показывают материал корпуса (к примеру, Р ─ пластический материал). Затем идёт дефис и далее указываются различные особенности конструкции АКБ по системе обозначений производителя. Ещё через дефис могут указываться категория размещения и климатическое исполнение в соответствии с ГОСТ 16150-69.

Сдача и утилизация щелочных аккумуляторов

В последние годы повсюду появились пункты приёма свинцово─кислотных автомобильных аккумуляторов. Это стало очень выгодно, поскольку производители АКБ платят за них хорошие деньги и забирают аккумуляторы на утилизацию. В большинстве таких пунктов приёма можно сдать и щелочные батареи. Но ещё не везде. Дело в том, что у населения таких АКБ меньше и пунктам приёма приходится долго их накапливать, чтобы сдать на предприятие.

Помните, что нельзя просто так выкидывать щелочные АКБ на помойку. В их составе присутствуют опасные вещества. Это едкий калий и натрий, соединения щелочных металлов и другие вещества, которые необходимо грамотно обезвреживать. Просто складировать их дома или в гараже то же небезопасно.

Поэтому нужно обязательно сдавать их в пункты приёма, откуда их заберут на утилизацию по всем правилам. И что самое важное. Вы избавляетесь от старого нерабочей щелочной батареи и получаете за это деньги.
Вернуться к содержанию

Плюсы и минусы щелочных аккумуляторов

Плюсы

Длительный срок службы при правильной эксплуатации;
Возможность глубокого разряда;
Работа при отрицательных температурах без потери свойств;
Небольшой саморазряд;
Небольшой удельный вес.

При снижении температуры с 25 градусов Цельсия ёмкость щелочного аккумулятора понижается с каждым градусом на 0,5 процента. Показатель лучше, чем у свинцово-кислотных практически в два раза. Но стоит отметить, что при низкой температуре возрастает и скорость уменьшения ёмкости.
Вернуться к содержанию

Старые щелочные аккумуляторы, что с ними делать

Содержимое статьи сдаче и переработке щелочных аккумуляторов:

Что делать со старым аккумулятором

Щелочные аккумуляторы - наиболее распространенная разновидность, прошедшая проверку временем и доказавшая свою надежность. Они способны обеспечивать бесперебойное питание транспортных средств на протяжении достаточно длительного времени, а их низкая цена при качественной сборке и высокой надежности является большим преимуществом.

Обычные щелочные аккумуляторы

В то же время, отработавший свое аккумулятор даже при простом хранении, - уже не говоря о выбрасывании на свалку, - выделяет много химически-опасных веществ, которые отравляют природу и представляют угрозу жизни людей.

Почему нужно правильно утилизировать щелочной аккумулятор

Электролит - очень опасное и агрессивное вещество. Сливать его допустимо только после нейтрализации, в специально для этого оборудованных помещениях. В ином случае он может попасть в атмосферу, грунтовые воды - да и просто на незащищенную кожу человека.

Старые советские щелочные акб

На основе вторсырья, извлекаемого из щелочных аккумуляторов, могут производиться и новые аккумуляторы - полученное сырье является в достаточной для этого мере чистым. В том же случае, если переработка будет производиться не надлежащим образом, полученное сырье окажется малокачественным и непригодным для использования при производстве новых аккумуляторов.

Щелочной аккумулятор - что это?

Щелочными они называются из-за типа электролита. Обычно в его состав входят щелочные растворы металлов - и это вне зависимости от типа аккумулятора или его предназначения. Как правило, это железо с добавлением никеля, но встречаются и варианты с наличием других примесей.

Отработанные аккумуляторы ждут переработки

Корпус у щелочных аккумуляторов обычно металлический, реже - из пластика. Состав пластин - металл с добавлением никеля. В любом случае, отдельные элементы аккумулятора вставляются в резиновые или пластмассовые кожухи - это уже чтобы не протек электролит.

Современные источники питания на щелочи

Плюсы и минусы щелочных аккумуляторов

Плюсы:

Длительное хранение в полностью разряженном состоянии никак не влияет на характеристики аккумулятора.
Низкие температуры не влияют на качество работы.
Большая энергоемкость.
Сравнительно небольшой вес.

Минусы:

Конструкция состоит из множества блоков, соответственно имеет большие габариты.
Небольшой КПД – всего 55%.
Наличие эффекта памяти, приводящего к потере ёмкости.
Сравнительно высокая цена.

Срок службы щелочных аккумуляторов достаточно большой

Факторы, сокращающие срок службы

систематические недозаряды;
глубокие разряды ниже конечных напряжений;
снижение уровня электролита ниже верхнего края пластин;
повышение температуры.

Куда сдать

В последние годы повсюду начали появляться пункты приема аккумуляторов. Это стало очень выгодно, поскольку производители АКБ платят за них хорошие деньги. В большинстве пунктов приема можно сдать и щелочные батареи. Но ещё не везде. Дело в том, что у населения таких АКБ меньше и пунктам приема приходится долго их накапливать, чтобы сдать на предприятие.

Блоки от щелочных батарей

Как выбрать пункт приема

Чтобы посмотреть пункты приема в вашем городе, нажмите кнопку "Выберите вторсырье и город", расположенную справа, и выберите свой город. Вы сможете ознакомиться с ценами, адресами телефонами, и на основе этого выбрать ту приемку, которая больше всего Вам подходит.

Правила сдачи

Поскольку составляющие аккумулятора опасны и ядовиты, в процессе транспортировки до пункта приема или автомагазина соблюдайте следующие правила безопасности:

Ни в коем случае не сливайте электролит самостоятельно. Опытные сотрудники сделают это сами.
Перевозите прибор в горизонтальном положении, не переворачивайте его на бок или вверх дном.
После взаимодействия с аккумулятором обязательно мойте руки горячей водой с мылом.

Для сдачи б/у аккумуляторов не нужно никаких документов, это может сделать любой человек. Оплата может осуществляться наличными или на карту.

Подготовленные к переработке акб

Как определяется цена

Разновидности	Цена, руб/тонна
Лом щелочных аккумуляторов ТНЖ	42 000
Лом щелочных аккумуляторов ТПНЖ	33 000
Лом щелочных аккумуляторов НК	42 000

Разновидности щелочных аккумуляторов

Вторпереработка щелочных аккумуляторов

Первый этап переработки

Слив электролита. Он обладает существенной агрессивностью в отношении веществ и органического, и неорганического происхождения, так что грамотный и безопасный его слив - это очень важно.

Второй этап переработки

Дробление. Перед этим корпуса АКБ могут разрезаться, чтобы отделить имеющиеся в их конструкции пластины из свинца и полипропилена. После того как полученный материал уже не будет превышать в размерах спичечного коробка, наступает третий этап.

Третий этап переработки

Переплавка. Перед тем, как получить уже готовое вторсырье, надо отделить металл от пластика, для этого служит особая ванна.

Щелочные

Аккумуляторы любого типа, в том числе и щелочные, представляют собой устройства, в которых протекает большое количество химических реакций. В результате вместе с основными электрохимическими процесс.

При эксплуатации щелочных аккумуляторов, равно как и других типов, возникает необходимость решения нескольких задач. Одна из таких задач – это обеспечение правильной зарядки аккумуляторной батареи. .

Разработки серебряно─цинковых аккумуляторов велись достаточно давно и были нацелены на преодоление недостатков кислотных и щелочных аккумуляторов. У последних низкая удельная ёмкость: 8 (кислотные) .

Ni─MH аккумуляторы рекламируются производителями, как батареи с большой энергоёмкостью, устойчивые к холоду, и лишённые недостатков кадмиевых. Действительно, этот тип батарей не имеет в своём состав.

Никель─металлогидридные аккумуляторы постепенно распространяются на рынке, и совершенствуется технология их производства. Многие производители постепенно улучшают их характеристики. В частности, уве.

Сегодня Ni─Cd аккумуляторы используются в большинстве портативных инструментов и различных электронных устройствах (фотоаппараты, плееры и т. п.). Правда, в последнее время наблюдается тенденция зам.

Сегодня в продаже можно встретить много моделей шуруповёртов как от известных мировых брендов, так и от неизвестных никому компаний. Есть простенькие модели, а также функциональные с богатым оснащен.

Это модели аккумуляторов, в которых электролит — это водный раствор сильной щелочи. Щелочные аккумуляторы подразделяются на несколько видов.

Например, по устройству электродов щелочные аккумуляторы подразделяются на ламельные и безламельные. По химическому составу активной массы электродов они бывают никель-кадмиевые, никель-железные, серебряно-цинковые. По исполнению их можно классифицировать на герметичные и негерметичные.

Щелочные аккумуляторы имеют свои преимущества и недостатки, которые мы будем разбирать в материалах этого раздела. Щелочные аккумуляторы применяются в инструменте, на электротранспорте, в промышленных батареях и т. п.

Щелочные акб — характеристики преимущества и недостатки

Щелочные батареи представляют собой портативный источник постоянного тока, заправленный электролитом на основе водного раствора едкого натрия или калия. Изделия отличаются повышенным сроком эксплуатации, достигающим 25 лет (устройства ламельного типа). Оборудование поддерживает алгоритмы ускоренной зарядки, при разрядке обеспечивается повышенная мощность.

Отличие от других АКБ

Наибольшее распространение получили щелочные аккумуляторы на основе никель-кадмиевых или никель-железных композиций. Положительные электроды кадмиевых батарей изготовлены из соединения гидрата закиси никеля и графитового порошка с добавлением окиси бария.

Отрицательные пластины выполнены из чистого кадмия/железа или гидрата закиси кадмия/железа. В состав щелочного электролита (на основе гидроксида калия) введен гидроксид лития, способствующий повышению емкости и улучшению разрядных характеристик.

Активная масса на катоде и аноде нанесена на стальную сетку, что позволяет увеличить площадь вещества, принимающего участие в электрохимической реакции. В полость банок залит жидкий электролит.

В устройство щелочного аккумулятора дискового типа входят анодная и катодная пластины, разделенные пластиковым сепаратором. В состав электролита введены специальные загустители, способствующие удержанию раствора в полостях сепаратора.

В отличие от кислотных батарей, щелочные элементы допускают перезарядку. Стандартный алгоритм восстановления емкости занимает 6 часов. После длительного хранения в разряженном состоянии или эксплуатации в цепях с пониженным энергопотреблением производится интенсивная зарядка, длящаяся до 12 часов.

При падении силы тока в цепи зарядки ниже нормативного значения рабочие характеристики щелочных элементов питания ухудшаются.

Химические процессы

Во время работы батареи протекает обратимая химическая реакция взаимодействия материалов катода и анода с ионами электролита. В результате положительные пластины покрываются слоем нестехиометрического гидрата закиси никеля, а на отрицательных электродах формируется гидрат окиси кадмия. Во внешней цепи образуется разница потенциалов, составляющая 1,45 В (рабочее напряжение 1,2 В).

При подаче напряжения от зарядного блока реакция происходит в обратном направлении — гидрат закиси никеля преобразуется в гидроокись никеля, а на отрицательной пластине восстанавливается кадмий. Вещества, используемые в батарее, не вступают в реакции между собой.

Также отсутствует растворение материалов в электролите, что способствует поддержанию химического состава и плотности рабочей жидкости. Стабильность плотности электролита повышает устойчивость оборудования к воздействию низких температур.

В процессе работы батареи происходит разложение воды, входящей в состав электролита. Для восстановления используются циклы рекомбинации, дополненные периодической доливкой воды (по мере снижения уровня жидкости в банках).

Едкий калий или натрий активно поглощает углекислый газ, находящийся в атмосферном воздухе. В результате происходит карбонизация и снижение электропроводных характеристик раствора. Для восстановления параметров выполняется периодическая замена жидкости, химических способов регенерации не существует.

Замена электролита

Для продления ресурса щелочной АКБ электролит меняется через 100-125 циклов зарядки и разрядки. Перед сливом рабочей жидкости производится разрядка источника постоянного тока до напряжения 1 Вольт (для каждого элемента).

После слива отработавшего раствора полости промываются дистиллированной водой или раствором щелочи. Для удаления остатков загрязнений корпус аккумулятора встряхивается. Использовать механические приспособления для удаления грязи запрещается.

Свежий раствор с необходимой плотностью заливается непосредственно после промывки. Батарея выдерживается на протяжении 2-3 часов, рабочая жидкость заполняет пустоты между положительными и отрицательными пластинами.

Затем проверяется плотность раствора и осуществляется зарядка, для корректировки состава электролита используется дистиллированная вода. Не допускается хранение или эксплуатация щелочной аккумуляторной батареи с оголенными торцами пластин и вывернутыми пробками.

Преимущества и недостатки

Как и любой источник питания, щелочные АКБ обладают преимуществами и недостатками, определяющими сферы применения изделий. Материалы анода и катода обладают повышенной электрической проводимостью, что позволяет повышать ток в цепи разрядки/зарядки выше номинального значения без риска разрушения активной массы.

Щелочные аккумуляторные батареи обладают ресурсом до 3 тыс. циклов (в 2 раза выше, чем у свинцово-кислотных АКБ).

Конструкция допускает кратковременное короткое замыкание, губительное для кислотных батарей.

Дополнительным плюсом щелочных элементов является повышенная механическая прочность элементов конструкции, лишенных пластичного свинца. Пластины установлены в специальных стальных рамках.

Для изготовления корпусов используется лист из углеродистой стали, дополнительно защищающий детали от повреждений.

Недостатки щелочных источников тока:

При подключении к зарядному блоку частично разряженного аккумулятора наблюдается снижение емкости («эффект памяти»). Процесс является обратимым, при проведении тренировочных циклов емкость восстанавливается до исходных параметров. В основе процесса лежит способность гидроксида никеля образовывать разные модификации вещества.
Обратимость процесса снижения емкости имеет одновременно и плюсы, и минусы. После восстановления гидроксид никеля обладает повышенной активностью, что приводит к ускорению процессов саморазряда. Восстановленный кадмиевый аккумулятор теряет за 1 час до 10% емкости. Но в процессе нормальной эксплуатации эффект исчезает.
Разброс напряжения элементов, установленных в банке. Для обеспечения равномерной емкости необходимо использовать специальные зарядные устройства.
Повышенный расход электроэнергии при зарядке, КПД составляет не более 55%.
Необходимость периодического обслуживания с заменой электролита, для выполнения работ требуется квалифицированный персонал. Увеличенный объем работ ограничивает использование щелочных батарей для автомобиля.

Сфера применения

Щелочные источники постоянного тока используются в электронных приборах вместо базовых гальванических элементов. Из-за сниженного внутреннего сопротивления обеспечиваются стабильные рабочие характеристики и уменьшается вероятность перегрева источника питания.

Батареи применяются для обеспечения электроэнергией тяговых электродвигателей, установленных на складской технике.

Аналогичные устройства встречаются в конструкции вспомогательных приводов, установленных на электрическом городском транспорте (трамваи или троллейбусы).

Источники питания щелочного типа применяются для привода электрических двигателей строительного инструмента (малогабаритные дрели, шуруповерты).

Из-за постоянного ужесточения экологических требований происходит вытеснение никель-кадмиевых аккумуляторов устройствами на основе лития.

Небольшие габариты кадмиевых аккумуляторов, способность работать при понижении температуры до -40°С и высокая энергоемкость предопределили распространение изделий в авиации (в качестве бортовых источников питания).

Щелочные автомобильные аккумуляторы ограниченно используются в качестве устройств для пуска и обеспечения работы силового агрегата. Традиционные свинцово-кислотные обладают пониженным внутренним сопротивлением, обеспечивая увеличенный ток холодной прокрутки. Никелевые элементы обладают «эффектом памяти», негативно влияющим на емкость устройства при нарушении условий разряда и заряда.

Малогабаритные батареи щелочного типа, имеющие корпуса цилиндрической конфигурации, используются в наручных часах и бытовой технике.

Дисковые батареи отличаются применением герметичного металлического кожуха, рабочий ток не превышает 10% емкости (для снижения газообразования).

Правила эксплуатации

Основные требования к эксплуатации перезаряжаемых источников постоянного тока щелочного типа:

При эксплуатации устройств учитывается характеристика кривой падения напряжения. После подачи нагрузки происходит постепенное снижение напряжения до 1,1 В. Дальнейшая разрядка батареи приводит к снижению ресурса и разрушению активной массы на электродных пластинах.
Зарядка аккумуляторов выполняется с выкрученными пробками, при повышении температуры и давления происходит разрушение корпуса и металлических сеток электродных пластин.
Через каждые 10 дней эксплуатации производится визуальный осмотр корпуса изделия, затем проверяется и доводится до нормативного значения уровень электролита. В конструкции пробок предусмотрены дренажные каналы, предназначенные для сброса давления газов. Каналы прочищаются, одновременно проверяется состояние резиновых уплотнителей, потрескавшиеся элементы подлежат замене.
Через 100-125 рабочих циклов или через год эксплуатации производится замена электролита (с промывкой банок). Внешние поверхности корпуса очищаются от загрязнений, производится проверка затяжки креплений соединительных пластин. Для удаления следов коррозии на неокрашенных поверхностях используется ветошь, смоченная керосином.
Отработавшие аккумуляторные батареи с щелочным электролитом запрещено выбрасывать на свалки бытового мусора. Поскольку устройства имеют ограниченное распространение, их прием на утилизацию осуществляется специализированными организациями.

Правила хранения

Сухой щелочной аккумулятор хранится с закрученными пробками, срок складирования устройств не превышает 2 месяцев. Если устройство находилось в эксплуатации до 1 года, то перед длительным хранением необходимо снизить напряжение до 1 В и произвести слив электролита.

Затем проводятся дополнительные мероприятия по консервации и очистке корпуса от отложений солей, пробки плотно заворачиваются в отверстия банок, предотвращая циркуляцию воздуха. Аналогичные действия выполняются при длительной транспортировке изделий.

При хранении щелочных источников питания требуется соблюдать условия:

периодически проверять затяжку пробок и состояние резиновых уплотнительных колец;
удалять следы соли с поверхности корпуса;
металлический корпус источника питания очищается от следов коррозии и покрывается слоем защитной краски или лака.

Для защиты стального кожуха используется специальный лак черного цвета на битумной основе. Для предохранения защитного покрытия от повреждений щелочным раствором используются специальные реагенты.

В процессе хранения проводится периодический осмотр изделий с восстановлением защитных покрытий и удалением потеков электролита.

Категорически запрещается складирование в одном помещении свинцово-кислотных и щелочных аккумуляторов.

Срок хранения изделий зависит от температурных условий в помещениях. Никель-кадмиевые источники со слитым электролитом допускается хранить в полевых условиях в течение полугода, при размещении изделий в закрытых помещениях срок увеличивается до 5 лет.

Никель-железные элементы допускается хранить на протяжении 3,5 года (только в помещении). Необходимо предусмотреть защиту складских мест от воздействия прямого солнечного излучения и атмосферных осадков.

Читайте также: