ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ АККУМУЛЯТОРОВ

Кадмиево-никелевые и железоникелевые щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед свинцово-кислотными аккумулято­рами: они прочнее, хорошо сохраняются при перерывах в эксплуа­тации и обладают более длительным сроком службы. Например, срок службы железоникелевых аккумуляторов с ламельными элек­тродами достигает 1500 циклов заряд — разряда. Удельные элек­трические характеристики у ламельных щелочных аккумуляторов несколько ниже свинцово-кислотных аккумуляторов, главным об­разом из-за низкой э. д.с.

Наиболее распространенный тип щелочного аккумулятора с ла­мельными электродами состоит из следующих частей:

Положительных пластин, состоящих из плоских ламелей или трубок с навитой спиралью перфорированной ленты, в которых активным материалом является гидрат закиси никеля;

Отрицательных пластин, состоящих из плоских ламелей, в кото­рых активным материалом является либо окись кадмия (в кадмие - во-никелевых аккумуляторах), либо окись железа (в железонике­левых аккумуляторах);

Электролита — раствора едкого кали или едкого натра в чистом виде либо с добавкой в них небольших количеств гидроокиси лития;

Сепараторов—дырчатых пластин из полимерных материалов, устанавливаемых между пластинами разного знака заряда для фиксирования их положения в аккумуляторе;

Токоведущих частей — борнов, межэлементных соединений и других деталей крепления. Эти детали изготовляют из стали и ни­келируют гальваническим путем;

Стального сосуда, покрытого изнутри и снаружи слоем никеля толщиной 10—15 мкм.

Ламели, в которых заключены активные массы положительных и отрицательных электродов, представляют собой плоскую коро­бочку, изготовленную из перфорированной и никелированной сталь­ной ленты. Ламели изготовляют шириной 12,6 и 13,3 мм. Толщина ламелей для отрицательных пластин составляет 2,4—2,9 мм, а для положительных — 4,0—4,2 мм. Длина ламелей зависит от конструк­ции пластин, для которых они предназначены.

При изготовлении пластин ряд ламелей скрепляют между собой и по краям зажимают стальными ребрами. Группа собранных гаким образом пластин одного знака заряда, соединенных между собой мостиками или соединительными стержнями, образует блок электродов (рис. 36).

В положительных пластинах некоторых типов аккумуляторов вместо коробчатых ламелей применяют ламели трубчатой конструк­ции (рис. 37). Считают, что трубка лучше противостоит набуханию активной массы, чем плоская ламель. Указанные трубки изготов­ляют также из никелированной перфорированной стальной ленты, скручивая ее в виде спирали. Швы трубок загибают и сглаживают.

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ АККУМУЛЯТОРОВ

Рис. 36. Блок щелочного Рис. 37. Внешний вид ламе-

Аккумулятора ли трубчатой конструкции

(а) и пластины, состоящей из трубчатых ламелей (б)

При сборке пластин правые и левые спирали чередуют с целью вы­равнивания напряжений, которые могли бы искривить трубки. Трубки стандартизованы и имеют толщину 4,64 и 6,35 мм при длине 114 мм. Внешний вид щелочных аккумуляторов и батареи приведен на рис. 38.

Никелевые аккумуляторы в большинстве случаев выпускают с элек­тродами ламельной конструкции и применяют преимущественно в качестве источника тока для различных электровозов, на электро­карах, автопогрузчиках, а также для освещения железнодорожных вагонов. В последнее время освоено также изготовление железо - никелевых аккумуляторов с безламельными электродами. Характе­ристики таких аккумуляторов иа 20—30% выше обычных.

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ АККУМУЛЯТОРОВ

Рис. 38. Щелочные аккумуляторы со сборкой пластин с помощью соедини­тельных стержней (а), со сборкой с помощью сварки (б) и шестивольтовая батарея (в)

К числу недостатков железоникелевых аккумуляторов относят плохую работоспособность при низких температурах и повышенную скорость саморазряда.

За последние годы важное значение приобрели сульфидные сое­динения, способные работать при низких температурах в желез­ном электроде. При отсутствии сульфидных соединений резко ухуд­шается работоспособность при низких температурах. Установлено необходимое содержание сульфидных ионов в электроде (от 0,1 до 0,2% к железу).

В железоникелевых аккумуляторах железная активная масса берется в избытке, поэтому емкость аккумулятора ограничивается емкостью положительного электрода.

Кадмиево-никелевые аккумуляторы в зависимости от способа изготовления электродов бывают:

С ламельными электродами, в которых активная масса заклю­чена в металлические коробочки с перфорированными стенками;

Характеристики щелочных аккумуляторов

Тип акку­мулятора

Масса, кг

Номиналь­ная емкость, А-ч

Разрядный ток (8-часовой режим 1 В), А

Разряj

Ре

Ток, А

1-часовым жимом

Напряжение в конце, В

Зарядный ток (продолжитель­ность заряда 6 ч), А

КН-10

0,74

10

1,25

10

0,5

2,5

КН-22

1,67

22

2,75

22

0,5

5,5

КН-45

2,72

45

5,65

45

0,5

11,25

КН-60

4,60

60

7,50

60

0,5

15

КН-100

6,50

110

12,50

100

0,5

25

ЖН-22

1,48

22

2,75

22

0,5

5,5

ЖН-45

1,40

45

5,65

45

0,5

11,25

ЖН-60

4,07

60

7,50

60

0,5

15

ЖН-100

6,05

100

12,5

100

0,5

25

ТЖН-260

18

250

31,3

62,5

ТЖН-350

27

350

«,75

350

0,5

90

ТЖН-500

30

500

62,5

125

С металлокерамическими пластинами, в которых активная масса> введена в поры металлокерамической пористой пластины, получен­ной металлокерамическим путем (спеканием карбонильного ни­келя);

С фольговыми пластинами, в которых активная масса введена в поры тонкого металлического слоя из спеченного карбонильного никеля, нанесенного на никелевую фольгу;

С прессованными пластинами, в которых активная масса спрес­сована в тонкий брикет. Для токоподвода внутрь пластины вложена? металлическая сетка или рамка;

С намазными пластинами, в которых активная масса в виде пас­ты намазывается на сетку, а затем подпрессовывается.

Основная масса никель-кадмиевых аккумуляторов изготовляет­ся с ламельными электродами и в сосудах с вентиляционными' пробками. Некоторое количество никель-кадмиевых аккумуляторов^ с электродами ламельной или безламельной конструкции изготов­ляют в герметизированном виде.

Никель-кадмиевые аккумуляторы применяют главным образом - для питания установок связи и автономного питания приборов в установок, работающих при низких температурах. В негерметизи- рованных никель-кадмиевых аккумуляторах емкость ограничивает­ся отрицательным электродом. В герметизированных аккумулято­рах по причинам, связанным с особенностями этих аккумуляторов., берется избыток кадмиевой массы и емкость герметизированных ак­кумуляторов ограничивается положительным электродом.

В табл. 21 приведены характеристики основных типов аккуму­ляторов с ламельными электродами, а в табл. 22 — удельные ха­рактеристики некоторых из них при двух различных режимах раз­ряда.

Удельная энергия

Удельные характеристики щелочных ламельных аккумуляторов

Удельная мощность

Вт/кг

Вт/дм3

Вт ■ ч/кг

Вт'Ч/дм®

Тнп аккумулятора

Разряд одночасовым режимом

13,1 10,5

28,7 26,9

28,7 26,9

13,1 10,5

НКН-100 ТЖН-350

Разряд 10-часовым режимом

Нкн-юо

4.5

3.6

1,85 1,4

18,5 14

40,5 36

ТЖН-350

В условном обозначении типа щелочных аккумуляторных бата­рей первые цифры означают количество последовательно соеди­ненных аккумуляторов; буквы КН или ЖН — соответственно кад­мий-никелевые или железоникелевые; буквы перед обозначением КН или ЖН указывают на область применения батареи; НКН — накальная кадмиево-никелевая батарея; Ф — фонарная; Т — тяго­вая; цифры после букв — номинальную емкость батареи.

Фазе непосредственно в тех местах, где частицы гидрата закиси никеля контактируют с графитом.

Процесс заряда окисноникелевого электрода поддерживается ионами ОН-, которые, отнимая у зерен гидрата закиси никеля про­тон, переводят его в NiOOH

Ni (ОН)2 - f ОН" — NiOOH + Н20 + е

Это и есть реакция заряда окисноникелевого электрода, которая при разряде данного электрода протекает в обратном направлении.

В технической литературе обсуждается природа образующихся при работе окисноникелевого электрода твердых фаз. По новым представлениям заряженный электрод состоит из твердого раствора Р —NiOOH в№(ОН)2 или из соединений №0х-уН20 • zKOH. При оценке этих результатов следует, однако, учитывать, что они базируются на одних лишь данных рентгенографического метода, возможности которого применительно к окисноникелевому электро­ду ограничены, в частности из-за близости линий р— NiOOH и Ni(OH2).

Окисноникелевый электрод весьма чувствителен к действию примесей. На работу электрода вредное действие оказывают желе­зо, магний и алюминий. Влияние указанных примесей сказывается в заметном снижении емкости электрода. Поэтому содержание этих примесей в активной массе по возможности должно быть уменьше­но. Желательно, чтобы для каждого из этих элементов оно не пре­вышало 0,035% (но отношению к никелю).

Большое значение для нормальной работы окисноникелевого электрода имеет чистота графита: снижение зольности графита до 0,14% увеличивает емкость электрода на 25—30%. Принято счи­тать, что зольность графита не должна быть более 1 %.

К числу добавок, улучшающих работу положительного электро­да, относятся соли лития, бария, кобальта и марганца. При наличии в аккумуляторе ионов лития последние, адсорбируясь на зернах активной массы, препятствуют их укрупнению и сращиванию, т. е. сохраняют массу в высокодисперсном состоянии, делая ее более работоспособной как при обычных, так и при повышенных темпе­ратурах. Введение в активную массу солей бария и кобальта повы­шает коэффициент использования никеля и увеличивает срок служ­бы электрода. Активирующее действие ионов бария на окиснонике­левый электрод проявляется в диспергировании активной массы, облегчении процесса накопления активного кислорода при заряде и более полном использовании его при разряде. Оптимальное со­держание бария в электроде составляет 2% по отношению к ни­келю.

Уменьшение емкости окисноникелевого электрода при хранении происходит вследствие постепенной потери кислорода. Особенно интенсивно отдача кислорода идет в течение первых суток по окон­чании заряда, что связано с разложением высших окислов никеля. В дальнейшем скорость саморазряда окисноникелевого электрода уменьшается.

Токообразующие процессы на железном и кад­миевом электродах. Для процессов заряда (-<-) и разряда (->-) железного и кадмиевого электродов были предложены урав­нения

Fe - f - 20Н - Fe (OH )2 - f 2e Cd + 20H - Cd (0H)2+2e

Как показывают реакции, в заряженном состоянии активные массы состоят из чистых металлов, а в разряженном состоянии — лз гидроокисей этих металлов. Впоследствии было доказано, что процессы заряда и разряда отрицательных электродов протекают с участием анионов" железа и кадмия, количества которых в кон­центрированных растворах щелочи достаточны для проведения этих электрохимических процессов.

В соответствии с этим представлением электродные реакции для железа и кадмия должны быть записаны следующим образом: для железного электрода

Fe + ЗОН - HFeOF + Н20+е

HFeOi" + Н20 ^ Fe (0Н)2+ОН-

Для кадмиевого электрода

Cd+ЗОН" HCdOr+Н20+ё

HCdOr + Н20 Cd (0Н)2+0Н~

Как следует из приведенных реакций, зарядный процесс для железного и кадмиевого электродов протекает одинаково, т. е. че­рез образование анионов этих металлов, восстанавливающихся на •катоде до металла. Однако ход зарядных кривых для железного и кадмиевого электродов различен.

Кривая заряда кадмиевого электрода имеет две четко выражен­ные потенциальные площадки. Первая из них отвечает восстанов­лению гидроокиси кадмия до металлического кадмия и мало отли­чается от стандартного потенциала кадмия. Вторая площадка заметно отличается от первой (примерно на величину, равную пере­напряжению выделения водорода на кадмий). Поэтому выделение водорода при заряде кадмиевого электрода начинается лишь в са­мом конце зарядного процесса, т. е. после того, как вся активная масса превратится в губчатый кадмий. По этой же причине почти весь зарядный ток расходуется на основной процесс и лишь незна­чительная его часть — на выделение водорода.

На железном электроде, хотя его стандартный потенциал мало отличается от кадмия, соотношение потенциалов выделения метал­ла и водорода иное: восстановление окислов железа происходит с •большим перенапряжением (около 0,25 В в начале заряда); водо­родное перенапряжение на железе, наоборот, мало. Поэтому одно­временно с восстановлением железа почти с самого начала заряда происходит разряд ионов водорода. В ходе заряда доля тока, рас­ходуемая на выделение водорода, растет, а доля тока, идущая на восстановление железа, падает. Кривая заряда железного электро­да не имеет четко разграниченных областей, отвечающих каждому из электродных процессов, а использование тока оказывается не­большим (порядка 70%).

Для кадмиевого электрода наиболее вредными примесями яв­ляются соли таллия и кальция, а для железного электрода — соли марганца, алюминия и кальция. Вредные примеси укрупняют кри­сталлы активных масс и сокращают истинную поверхность электро­дов. Следствие этих изменений — заметное уменьшение технологи­ческой емкости электродов. Активирующей добавкой для железного и кадмиевого электродов являются окислы никеля; сера и мышьяк оказывают активирующее действие на железный электрод. Пере­численные примеси, наоборот, улучшают работу электродов: облег­чают зарядный процесс и увеличивают глубину анодного окисления электрода при разряде. Эти изменения приводят к заметному уве­личению емкости электродов. Соляровое масло оказывает стабили­зирующее действие на кадмиевый электрод. Стабилизация емкости электрода в присутствии солярового масла происходит в резуль­тате диспергирования кадмиевой губки. Эффективная концентрация этой добавки равна 8% к массе кадмия.

Таким образом, исходя из описанных выше электродных реак­ций, можно записать суммарные токообразующие реакции, проте­кающие в щелочных аккумуляторах:

В кадмиево-никелевых аккумуляторах

Разряд

" 2NIOOH+ Cd + 2НаО —z: 2Ni (ОН )2+ Cd (ОН)2

Заряд

В железоникелевых аккумуляторах

Разряд

2NIOOH + Fe+2H2OZT— 2Ni (ОН)2+ Fe (ОН)2

Заряд

Электродвижущая сила кадмиево-никелевых аккумуляторов равна 1,36 В, а железоникелевых— 1,40 В.

Главными недостатками железоникелевых аккумуляторов яв­ляются большой саморазряд при обычных температурах и быстрая пассивация отрицательного электрода при низких температурах. Указанные недостатки препятствуют полной замене ими более до­рогого кадмиево-никелевого аккумулятора.

В отличие от свинцовых аккумуляторов увеличение разрядного тока относительно мало сказывается на емкости щелочных акку­муляторов, но зато резко снижает среднее разрядное напряжение — разрядные кривые делаются менее пологими.

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

Как правильно выбрать аккумулятор

В современном мире существует огромное количество техники, важными элементами которой являются аккумуляторы. Рано или поздно без них выходят из строя все приборы и теряют свои функциональные возможности. Сульфатация пластин – …

Самые надёжные аккумуляторы Mutlu AGM

Самые надёжные аккумуляторы Mutlu AGM. На сайте АЕТ представлены аккумуляторы Mutlu AGM нескольких ёмкостей, чтобы клиент мог подобрать необходимый размер, для установки на свой автомобиль.

Отличительные особенности аккумуляторов Inci Aku: FormulA и SuprA

Две самые востребованные серии автомобильных стартерных аккумуляторов для легковых и грузовых коммерческих автомобилей турецкого производителя Inci Aku пользуются неизменной популярностью у водителей, которые привыкли видеть у себя под капотом высокое …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.