Щелочные аккумуляторы получили такое название из-за электролита, используемого для их работы – едкого калия (KOH) или натрия (NaOH). Энергетические накопители этого вида многофункциональны, соответственно, популярны. Выгодно отличаются, если сравнить с кислотными элементами, но и недостатков не лишены. Характеристики, принцип работы, сферы применения и правила эксплуатации щелочных АКБ – в статье.
Как устроены и как работают
Щелочные АКБ делятся на два типа: никель-кадмиевые и никель-металлогидридные. У заряженных аккумуляторов активная масса «плюс» состоит из гидроокиси никеля. Предусмотрены и добавки: графит – увеличивает электропроводимость электролита, окись бария – повышает срок эксплуатации источника питания.
Отрицательные электроды, «минусы», в зависимости от вида батареи различаются составом. Материал электрода никель-металлогидридного аккумулятора – порошкообразное железо и его окислы, с добавлением сернистого железа и сернокислого никеля. В никель-кадмиевой АКБ «минус» состоит из порошкообразной смеси кадмия и железа. Щелочь, используемая для функционирования – 20%-раствор едкого калия. Чтобы батарея прослужила дольше, на 1 л рабочей среды добавляют 20 – 30 г моногидрата лития.
Устройство необычное. Электроды в виде пластин упакованы в «конверты» из тонкой металлической пластины с перфорацией. В эти же «конверты» запрессован электролит. Таким образом в разы повышается виброустойчивость конструкции.
Особенность никель-кадмиевых батарей – пластин-плюсов у них на одну больше, чем минусов, а расположены они по краям, являясь частью корпуса. В никель-металлогидридных иначе – пластин-минусов больше, чем плюсов. Так устроен стандартный щелочной элемент, используемый, например, для автомобиля.
Рассмотрим, как работает АКБ, какие химические процессы в ней протекают. Когда щелочная батарея эксплуатируется, она разряжается. В это время гидроокись электрода-плюса вступает в хим. реакцию с ионами рабочей жидкости, т.е. щелочи. Так образуется гидрат закиси никеля. Тот же процесс наблюдается на электроде-минусе, только там из-за реакции возникают гидраты окисей кадмия и железа. Ток, протекающий по контурам сети, дает разность потенциалов в 1.45 В.
Если на АКБ подается заряд, химическая реакция идет вспять – электроды-плюсы окисляются, и гидрат закиси никеля обратно превращается в гидроокись никеля. Электрод-минус восстанавливается, с появлением кадмия и железа на массе.
Отличительная черта батарей с щелочью в том, что вещества, образуемые во время работы, не реагируют друг на друга и характерны минимальной растворимостью в электролите. Получается, щелочь с ними не контактирует, а вместе с этим не расходуется и не меняет плотности. Что это дает – необходим меньший объем электролита, нежели для тех же кислотных АКБ.
Преимущества и недостатки
Стоит сразу узнать все плюсы и минусы щелочных моделей, чтобы иметь представление, насколько эта разновидность актуальна для покупки в зависимости от ситуации. Положительные качества:
- если грамотно обслуживать АКБ и правильно ее эксплуатировать, можно в разы продлить срок службы;
- щелочные разновидности нормально ведут себя при глубоком разряде;
- продолжают исправно работать даже на морозе, практически без снижения емкости;
- минимальный саморазряд (но важно использовать подходящее устройство для зарядки);
- автомобильный источник питания сравнительного немного весит.
Есть и ряд недостатков:
- наличие эффекта памяти. Если неправильно пользоваться батареей, она быстро потеряет изначальную емкость. Избежать этого несложно: аккумулятор надо полностью заряжать и не допускать недозарядки;
- у каждого элемента в «теле» источника питания свое напряжение, поэтому, чтобы емкость была равномерной, потребуется специальное ЗУ;
- при зарядке сильно расходует электроэнергию, а значение КПД находится на уровне 55%;
- время от времени надо заменять электролит, причем не самому, а с привлечением профессионалов. Объемы работ немалые, поэтому щелочные АКБ редко используют для автомобилей.
Эффект памяти – обратимый процесс. Емкость восстанавливается посредством «тренировки» батареи.
Области применения
Как правило, щелочные АКБ работают как тяговые и стартерные устройства. Сферы применения:
- локомотивы, вагоны для пассажиров;
- сигнализации;
- устройства аварийного энергоснабжения;
- погрузчики на предприятиях;
- для пуска бензинового двигателя.
Трамваи, троллейбусы, телефоны, фотоаппаратура, такие аккумуляторы распространены. Нашли они применение и в электроинструментах, переносной электронике, где имеют вид цилиндра с рулонными электродами. Параметр их напряжения – 1.2 – 1.3 Вольт.
Щелочные АКБ применяются также как стартерные на автомобилях. Но используются преимущественно для грузовых машин и военной техники. Впрочем, никто не мешает поставить под капот легковушки щелочной аккумулятор 12В, главное, чтобы его преимущества и недостатки устраивали.
Маркировка
Компании маркируют выпускаемую продукцию, чтобы взглянув на корпус изделия, можно было считать основные параметры. Маркировка АКБ российского производства:
- Т – тяговый;
- ТП – тепловозная модель;
- В – вагонная;
- НЖ – никель-железная;
- К – комбинированный блок электродов;
- Ш – шахтный, для применения в рудниках;
- П – корпус из пластика;
- М – модернизированный;
- У – для эксплуатации в умеренном климате;
- Т – модель для работы в условиях тропического климата.
Международная маркировка:
- F – никель-железная АКБ;
- L – ток при разрядке до 0.5 C;
- M – 0.5 – 3.5 С;
- H – 3.5 – 7 C;
- X – выше 7 С;
- P – корпус из пластического материала.
После букв через дефис указываются другие обозначения, у каждого производителя свои. Они отражают условия эксплуатации, особенности конструкции, категорию размещения и пр.
Правила эксплуатации
Герметичные аккумуляторные батареи следует поддерживать в чистоте, следить, чтобы они были заряжены. При этом они могут длительно хранится полуразряженными или разряженными. В сравнении с аккумуляторами с другой химией, щелочные лучше переносят отрицательные температуры, и такая характеристика как емкость не меняется.
За счет большого внутреннего сопротивления устойчивы к сильному разряду, кратковременным коротким замыканиям. Высокая прочность уберегает изделия от вибраций и ударов.
Зарядка и разрядка
Чтобы правильно зарядить щелочной аккумулятор, нужен постоянный ток. У автомобилистов для таких ситуаций имеется автоматическое ЗУ. Есть три режима зарядки:
- стандартный – 7 часов;
- ускоренный – 3 часа;
- усиленный – 12 часов.
Последний используют только для новых батарей, заряжаемых впервые, или если аккумулятор работает нерегулярно, перезалили электролит, произошел полный разряд.
На малых токах элемент питания заряжается плохо, поэтому параметр не понижают ниже 40 – 50%. Работая с полностью разряженной батареей, следят, чтобы она не перегревалась. «Бурление» электролита начинается при +35°. При превышении критической отметки в +45° ЗУ отключают, и продолжают зарядку после стабилизации температуры.
АКБ на 12 В с щелочным электролитом нельзя заряжать на улице при минусовой температуре. На крайний случай изделие утепляют брезентом, которым обматывают корпус.
При последовательном подсоединении нескольких элементов их размещают на определенной дистанции. Если они будут слишком близко, корпуса начнут вздуваться. В качестве разделителя годятся виниловые пластины или обычная резина.
Как разряжать аккумулятор:
- если разряжается 5 часов и дольше, предел напряжения – 1 В;
- 3 часа – 0.8 В;
- 1 час – 0.5 В.
Напряжение отслеживают тестировочным прибором.
Хранение и утилизация
Сухие щелочные аккумуляторы хранят с завинченными пробками не дольше двух месяцев. Если АКБ работала сроком до 1 года, снижают ее напряжение до 1 В и сливают электролит. Далее очищают корпус от грязи, солевых отложений, проверяют, насколько туго закручены пробки, чтобы не циркулировал воздух. Те же манипуляции проводят при перевозке.
Условия хранения:
- следить за закруткой пробок и состоянием уплотнительных колец из резины;
- счищать соль с наружной части корпуса;
- если корпус металлический, с него удаляют ржавчину, затем покрывают краской или лаком.
Корпуса из стали обычно покрывают черным лаком на основе битума.
На сроки хранения влияет температура в помещении. В «поле» опустошенные никель-кадмиевые модели хранятся полгода, в помещении – до 5 лет. Никель-железные хранят только в закрытых помещениях, не дольше 3.5 лет. Кроме того, складское место должно быть защищено от снега, дождя, солнца.
Что до утилизации, есть предприятия с технологичными линиями, на которых непригодные аккумуляторы разбирают на отдельные компоненты. «Вторсырье» используют в металлургической промышленности, в том числе и для изготовления новых АКБ. Отслуживший свое источник питания сдают в специализированные фирмы или пункты приема. И при сдаче можно получить небольшой бонус.
Главная цель утилизации аккумуляторных изделий – снизить уровень опасности, который они наносят окружающей среде. Просто выброшенная АКБ на свалку – экологическая бомба, которая не один десяток лет будет отравлять воздух и землю.
Щелочные аккумуляторные батареи – устойчивые и надежные элементы питания, которыми обычно комплектуют тяговую технику и габаритные автотранспортные средства.
