Заряд щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, методы заряда

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.

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

зарядкевосстановлении

зарядке Ni─MH аккумуляторов

Где используются щелочные батарейки

Хорошая производительность и широкий выбор технических параметров сохраняют востребованность этих элементов у потребителей.

Какие приборы питаются от алкалиновых батареек:

• техника для взвешивания (бытовые, напольные, торговые или лабораторные весы);
• пульты управления (для телевизоров, кондиционеров, видео- и аудиотехники);
• часы (электронные настенные, настольные или напольные);
• модели на радиоуправлении;
• игрушки для детей;
• медицинское оборудование (электронные приборы для измерения артериального давления, температуры тела, слуховые аппараты, холтеры и пр.);
• радиоприемники, магнитофоны, бумбоксы, портативные колонки;
• цифровые фотоаппараты.

У некоторых алкалиновых батареек есть температурный индикатор заряда.

Правила эксплуатации

Чтобы АКБ прослужил долго, необходимо использовать определённые правила. Для правильной эксплуатации существует конкретный ряд действий:

1. Перед запуском в работу необходимо увеличить ёмкость до определённого значения. С этой целью используют 1 тренировку.
2. Корпус желательно часто очищать от грязи, соли и пыли.
3. Чтобы удалить коррозию, используют ветошь, которая смачивается в керосине.
4. Если используется соединение нескольких батарей, необходимо, чтобы соединение было очень плотным.
5. Уровень электролита желательно часто проверять. Он должен быть в пределах 4−12 мм.

Разряд и заряд

Чтобы правильно зарядить аккумулятор из щёлочи, необходимо использовать постоянный ток. Автомобилисты обычно используют автоматическое зарядное устройство. Чтобы правильно зарядить батарею, необходимо учитывать некоторые режимы:

1. Стандартный — 7 часов.
2. Ускоренный — 3 часа.
3. Усиленный — 12 часов.

Усиленный режим допускается, если аккумуляторная батарея заряжается в первый раз, используется нерегулярно, или только что произошла перезарядка электролита. А также такой режим используют после того, как АКБ была полностью разряжена.

При малом токе аккумулятор заряжаться будет очень плохо. Ток не рекомендуется понижать на 40 или 50%. Если батарея частично или полностью разряжена, то ни в коем случае нельзя допускать перегрева. Электролит начинает закипать при 35 градусах. Иные части — при 45 градусах. Когда достигается критическая температура, необходимо сразу же отключить источник питания от сети. Продолжить зарядку можно, когда температура станет оптимальной.

Аккумулятор на 12 вольт запрещено заряжать при отрицательных температурах на улице. Если нет иного варианта, то батарею потребуется дополнительно утеплить. Обычно для этого используют брезент — обматывают им батарею.

Если используется последовательное подключение нескольких батарей, то их необходимо держать на определённом расстоянии друг от друга. Таким образом обеспечивается сохранение корпуса устройства. Если поставить их слишком близко, то они начнут вздуваться. Чтобы разделить источники питания, обычно используют виниловые пластины и обычную резину.

Чтобы правильно произвести разрядку аккумуляторной батареи, нужно делать это до определённых значений:

1. Если разряд длится 5 часов, напряжение не должно превышать 1 Вольт.
2. Три часа — 0,8 Вольт.
3. 1 час — 0,5 Вольт.

Чтобы отследить уровень напряжения, можно использовать тестировочный аппарат. Контрольные испытания делают после полной замены электролита. Перед этим нужно использовать несколько проверочных циклов. После полной зарядки напряжение составляет 1,1 Вольт. Когда проводится контрольный цикл, необходимо произвести замеры напряжения при разряженном устройстве.

Сокращение периода эксплуатации

Чтобы продлить срок эксплуатации АКБ, надо придерживаться основных правил. Они довольно простые, но эффективно позволяют справиться с поставленной задачей:

1. Нельзя допускать постоянной недозарядки батареи.
2. До критического значения опускать показания напряжения не следует.
3. Вещество внутри АКБ должно покрывать пластины. Плотность электролита необходимо менять, когда наблюдается повышение температуры.

Правила — простые. Их легко соблюдать, чтобы продлить срок эксплуатации.

Правила эксплуатации

Основные требования к эксплуатации перезаряжаемых источников постоянного тока щелочного типа:

1. 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.
2. Зарядка аккумуляторов выполняется с выкрученными пробками, при повышении температуры и давления происходит разрушение корпуса и металлических сеток электродных пластин.
3. 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.
4. 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.
5. Отработавшие аккумуляторные батареи с щелочным электролитом запрещено выбрасывать на свалки бытового мусора. Поскольку устройства имеют ограниченное распространение, их прием на утилизацию осуществляется специализированными организациями.

История развития

Впервые щелочную батарейку изобрели и ввели в эксплуатацию в начале XIX века. Изобрели ее Томас Эдисон и Вольдемар Джангер. Причем они работали не совместно — гениальная идея пришла на разные континенты почти одновременно.

Компания Duracell стала основным поставщиком источников тока данного типа на рынке. В эпоху возникновения первых портативных бытовых приборов и распространения радиоприемников существовала острая необходимость в приобретении элементов питания. Щелочные батарейки стали прорывом того времени. Ведь, в отличие от солевых, они были более герметичны, миниатюрны и экономичны.

Используются данные элементы питания до сих пор в различных приборах и технике. Называются они щелочными из-за их конструкции. Иногда можно встретить маркировку «Alkaline» — это значит, что батарейка была изготовлена за рубежом.

Аккумуляторы на основе лития

Выпускаются различные типы производимых литиевых аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы (li ion)

Li- Ion

Набирающие популярность АКБ. НЕ допускают полного разряда, поэтому некоторые модели выпускаются с защитой от полного разряда.

Li- Ion с защитой и без

Достоинства:

• Практически нет «эффекта памяти» – можно заряжать в любом состоянии.
• Высокая емкость, легкие, поэтому получила распространение также в автомобилестроении, где соотношение веса и мощности АКБ сильно влияет на дневной пробег.
• Медленно разряжаются – в среднем до 3 % в первый месяц, и 1% в последующие месяцы.
• Скоростная зарядка почти не вредит дальнейшей эксплуатации.
• Цены постепенно падают.

Недостатки:

• Все типы существующих плохо переносят холод. Ниже 0 емкость резко падает.
• Дороже чем АКБ Ni htm и ni-cd.
• Имеют тенденцию к взрыву при неправильной зарядке.

Заряжать их рекомендуется уже при половинном заряде. Чем больше циклов заряда-разряда – тем меньше работают батареи. Отсюда вывод – старайтесь не допускать полного разряда. Держите эти аккумуляторы, по возможности, максимально заряженными – это обеспечит их длительную работу. Например, используя ноутбук, держите его всегда включенным в розетку. Ноутбук станет питаться током от сети, а аккумулятор будет использоваться реже, например, в дороге, или там, где действительно необходимо автономное питание.

Некоторые даже снимают батареи с ноутбуков, предварительно зарядив их, и хранят отдельно, чтобы увеличить срок службы батареи. Однако у такого метода имеются свои недостатки – ноутбук, в случае отключения света или если хозяин забыл правильно завершить работу операционной системы, может не сохранить важные данные. Это также негативно сказывается на операционной системе. В любом случае приходится периодически ставить аккумулятор на зарядку, чтобы уровень заряда был по возможности выше 50 %.

Принцип работы щелочных аккумуляторов

Когда происходит разряд батареи, на положительном электроде идёт реакция гидроокиси никеля (NiOOH) с ионами электролита для щелочного аккумулятора. 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.

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.

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 и Ni─Cd аккумуляторов.

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 .

Особенности выбора

Чтобы правильно подобрать щелочную аккумуляторную батарею, надо особое внимание уделять ключевым параметрам. Они крайне важны для правильной покупки:

1. В первую очередь смотрим на производство. Всегда нужно изучить дату изготовления. Если АКБ была произведена больше полугода назад, тогда приобретать её не стоит. Такие устройства будут разряжаться — эффект памяти это зафиксирует.
2. Показатель ёмкости. Срок применения зависит от ёмкости. Многие приобретают АКБ с большой ёмкостью. В таком случае генератор не сможет справиться со своей задачей. Но и меньше ёмкость приобретать не стоит. Много зарядов способствуют поломке всего агрегата. Чтобы подобрать правильную ёмкость, необходимо изучить определённые характеристики, указанные в технической эксплуатации.
3. Полярность устройства. АКБ могут различаться по степени полярности. Когда идёт выбор агрегата, потребуется сосредоточиться на расположении полярности электродов.
4. Стоимость батареи. Цена АКБ зависит от элементов, которые входят в состав, изготовителя, ёмкости, мощности. Чем лучше показатели, тем выше цена.

Щелочный агрегат отличается прочностью и надёжностью. Очень выгодно приобретать такие средства для тяговой техники или габаритных автотранспортных средств. Необходимо только правильно выбрать модель, изучив предварительно все характеристики.

Это была краткая характеристика и применение щелочных аккумуляторов. Сведения пригодятся для верной эксплуатации и правильной покупки.

Литература

• Вересов, Г. П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М. : Радио и связь, 1983. — С. 85—95. — 128 с. : ил.
• Китаев, В. В. Электропитание устройств связи : уч / В. В. Китаев, А. А. Бокуняев, М. Ф. Колканов. — М. : Связь, 1975. — С. 225—235. — 328 с. : ил. — 24 000 экз. — УДК .
• Костиков, В. Г. Источники электропитания электронных средств : Схемотехника и конструирование : Учебник для ВУЗов / В. Г. Костиков, Е. М. Парфенов, В. А. Шахнов. — 2 изд. — М. : Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3.
• Кромптон, Т. Первичные источники тока = Small Batteries. Volume 2. Primary Cells. T. R. Crompton. The Macmillan Press Ltd., London, Basingstocke. 1982 :  / Под ред. канд. хим. наук Ю. А. Мазитова. — М. : Мир, 1986. — 328 с. : ил. — ББК . — УДК .

Щелочной аккумулятор

Щелочные аккумуляторы обладают большой механической прочностью, не боятся коротких замыканий.
 

Щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ по сравнению с кислотными: в частности, они не боятся перегрузок и коротких замыканий, прочны, работают в более широком диапазоне темлератур.
 

Щелочные аккумуляторы при сборке в батарею должны быть соединены в последовательную цепь посредством стальных никелированных межэлементных перемычек.
 

Щелочной аккумулятор обычно имеет стальной сварной корпус прямоугольной формы. Пластины состоят из стальных пакетов, в которых сделано много отверстий. Пакеты заполнены активной массой и скреплены стальной рамкой с выступом для отвода тока. У кадмиево-никелевых аккумуляторных батарей активная масса в пакетах положительных пластин представляет собой гмесь гидрата окиси никеля с чешуйчатым графитом. В пакетах отрицательных пластин кадмиево-никелевой аккумуляторной батареи активной массой являются кадмий и железо, а у железо-никелевой батареи — мелкоизмельченное электрохимически чистое активное железо. Корпус батарей соединен электрически с пластинами: корпуса аккумуляторов изолированы один от другого; иногда отдельные аккумуляторы выпускаются спаренными.
 

Щелочные аккумуляторы — кадмнй-никелевые ( КН) и железо-никелевые ( ЖН) — имеют ряд преимуществ перед свннцово-кнслотными аккумуляторами. Они прочнее, хорошо сохраняются при перерывах в эксплуатации н обладают более длительным сроком службы.
 

Щелочной аккумулятор с нерастворимым цинковым электродом, в котором исключены указанные недостатки, создан Андре в 1943 г. В качестве положительного электрода в таком аккумуляторе использован окисно-серебряный электрод.
 

Щелочные аккумуляторы, обладающие большой прочностью и сравнительно малой чувствительностью к нарушениям режима заряда и разряда, имеют значительно больший срок службы, чем свинцовые аккумуляторы. При правильной эксплуатации они выдерживают 1000 и более циклов заряд — разряд.
 

Щелочные аккумуляторы по своему устройству существенно отличаются от свинцовых. Применяемая в них активная масса удерживается в электродах с помощью ламелей, сделанных в виде пакетов с перфорированными стенками, которые обеспечивают доступ электролита к активной массе, или с помощью металлокерамической основы, в которой активная масса находится в порах.
 

Щелочные аккумуляторы герметичные 93 заряд — разряд 104, 105 с ламельными электродами 91 ел.
 

Щелочные аккумуляторы получили такое название по их электролиту — щелочи, а именно 21 % — ному водному раствору едкого кали КОН или едкого натра NaOH.
 

Щелочные аккумуляторы в отличие от кислотных обладают значительно меньшей массой, не боятся толчков и встряхиваний, хорошо переносят длительное пребывание в разряженном состоянии. В железо-никелевом щелочном аккумуляторе Эдиссона электродами служат железо и гидроксид никеля, погруженные в раствор гидроксида калия.
 

Щелочные аккумуляторы применяются двух типов: никель-железные и никель-кадмиевые. Активная масса положительных пластин в этих аккумуляторах состоит из окисла никеля, смешанного для увеличения электропроводности с графитом. Эта масса помещена в тонкие железные оболочки с мелкой перфорацией.
 

Щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед кислотными: увеличенный срок службы ( пять — семь лет вместо двух-трех), использование для изготовления менее дефицитных материалов, они медленнее, чем свинцовые, саморазряжаются ( при этом не разрушаются пластины), имеют большую механическую прочность и малую чувствительность к перезаряду и недозаряду, а также к большим разрядным токам, требуют более простого обслуживания и ремонта.
 

Щелочь или кислота – какой аккумулятор лучше и как их отличить?

Отличая виды аккумуляторов, необходимо остановится на каждом значимом показателе, чтобы понять, какой тип лучше подойдет под определенный круг поставленных задач. Итак — чем отличается щелочно-свинцовый элемент от кислотного?

Период использования

Тут лидер — щелочные аккумуляторные батареи. Такое устройство лучше сохраняет характеристики, чем кислотные аналоги.

Сказывается на этом факторе конструкция пластин

С кислотными АКБ с вставлением свинцовых пластинок стоит обращаться осторожно, такие батарейки довольно хрупкие. Пластины же хороших устройств, содержащих щелочной электролит, повредить труднее, и плотность вещества между ними обеспечивает бесперебойную работу

Напряжение и реакция на его неустойчивость

Здесь все не так однозначно. Если заряжается кислотный аккумулятор, разрешено напряжение до двух вольт. Можно спокойно доводить до полной разрядки и питать батарею с нуля.

Аналогичный показатель в щелочной батарее не может быть больше 1,25 В. С другой стороны, последние гораздо более стойки к замыканиям и перегрузкам.

Цена

Класс кислотно-свинцовых АКБ дешевле, чем щелочный. Кроме того, они не нуждаются в специализированных и дорогих зарядных устройствах — для пользования кислотной батареей достаточно самого простого ЗУ.

Основных внешних отличий между этими типами аккумуляторов два — корпус и масса. Для кислотных обычно используется пластик, и они заметно тяжелее. Щелочной аккумулятор выпускается в стальном корпусе, но вопреки этому гораздо меньше весит.

Итак, покупкой кислотно-свинцового АКБ лучше озаботиться, если планируется частое, чуть ли не ежедневное использование. В отличие от него, щелочь подойдет тем, кто будет эксплуатировать прибор нечасто и не хочет тратить много времени на возню с аккумулятором.

Разница между щелочными и литиевыми батарейками

Отличие состоит в том, что литиевые элементы питания служат в 7 раз дольше. Выдерживают морозы до -40 градусов Цельсия и могут храниться до 10 лет. По напряжению они превосходят щелочные элементы и имеют вольтаж 1.5;3;3.6;3.7 вольт. Держат уровень заряда на одном уровне, а в самом конце резко его теряют. Такие элементы питания будут легче. Их емкость в несколько раз больше. Литиевые батарейки могут взрываться при перезаряде, взаимодействии с водой, повреждении корпуса. Так же отличие имеется в строении.

Но если вы думаете какие батарейки лучше щелочные или литиевые, то непременно это элементы на основе лития.

Преимущества и недостатки батареек на щелочной основе

Щелочные аккумуляторы обладают следующими положительными сторонами:

• слабое выделение газов внутри контура и герметичность последнего уменьшают риск протечки щелочи и, как следствие, порчи электронного прибора;
• без использования хранятся 3-5 лет, при этом не разряжаются самостоятельно;
• при стандартных размерах обладают повышенной емкостью, из-за чего лучше работают и служат дольше;
• адаптируются к перепадам температуры, высоким нагрузкам;
• разряжаются равномерно, нет резкого падения мощности при потере заряда.

Слабые стороны:

• стоят больше обычных солевых батареек;
• утилизируются специальными методами, т. к. при попадании на почву или свалку наносят вред окружающей среде;
• тяжелый вес моделей отдельных производителей;
• не перезаряжаются из-за необратимости химических реакций, при попытке подзарядки нагреваются или взрываются.