Что такое никель─железные аккумуляторы?

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.

Железно — никелевый аккумулятор

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.

На оксидно-никелевом электроде идёт реакция:

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.

  1. При протекании электрохимической реакции могут также образовываться оксиды Fe2O3 и FeOOH. Изменение физических и химических свойств оксидной плёнки приводит к торможению реакции на аноде.
  2. При этом происходит пассивация электрода.
  3. 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.
  4. 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.

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.

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.

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.

Читайте также:  Зачем нужен сухозаряженный аккумулятор и как им пользоваться?

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.

Саморазряд

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.

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.

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.

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.

Источник: http://akbinfo.ru/shhelochnye/nikel-zheleznye-akkumuljatory.html

Преимущества и недостатки

Железо-никелевый аккумулятор — это вторичный химический источник тока, в котором железо — анод, электролитом является водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития), катод — гидрат окиси никеля.

Активный материал содержится в никелированных стальных трубках или перфорированных карманах.

С точки зрения стоимости и удельной энергоемкости, они близки к литий-ионным аккумуляторам, а с точки зрения саморазряда, эффективности и напряжения — к NiMH аккумуляторам.

Это достаточно выносливые аккумуляторы, стойкие к грубому обращению (перезаряд, глубокий разряд, короткое замыкание и термические удары) и имеющие очень длинный срок службы.

Использование стало снижаться с момента остановки производства из-за пожара на заводе/лаборатории Эдисона в 1914 году проверить ссылку, по причине плохих показателей работы батарей при низких температурах, плохого удержания заряда (как у NiMH аккумуляторов) и высокой стоимости производства, сравнимой с лучшими герметизированными свинцово-кислотными аккумуляторами и до 1/2 стоимости NiMH аккумуляторов.

Однако в связи с ростом стоимости свинца в последние годы, цена свинцовых аккумуляторов значительно поднялась, и цены практически сравнялись.

При сравнении аккумуляторов со свинцово-кислотными следует помнить, что допустимый эксплуатационный разряд свинцово-кислотного аккумулятора значительно меньше, чем теоретическая полная ёмкость, а железоникелевого — очень близок к ней.

  1. Поэтому реальная эксплуатационная ёмкость железоникелевого аккумулятора, при равной теоретической полной ёмкости, может быть в несколько раз (в зависимости от режима) больше, чем у свинцово-кислотного.
  2. Существует несколько видов щелочных аккумуляторов.
  3. По устройству электродов их делят на ламельные и безламельные, по составу активной массы пластин на никель-железные, никель-кадмиевые, серебряно-цинковые, по способу исполнения  — на герметичные и негерметичные.

В скорпусе ламельного никель-железного (НЖ) аккумулятора (см. рис.) расположены блоки положительных и отрицательных пластин. Разноименные пластины изолируют друг от друга эбонитовыми палочками.

На верхней крышке корпуса размещены полюсные выводы и отверстие для заливки электролита, закрываемое пробкой. Пробка имеет Т-образный канал для выхода газов, закрываемый резиновым пояском и прокладку.

Полюсные выводы положительных и отрицательных пластин изолированы от крышки корпуса.

Пластины аккумулятора состоят из стальных перфорированных ламелей (оболочек), внутри которых находится активная масса. Для повышения электропроводности в активную массу добавляют графит или никель.

В аккумуляторах типа НЖ число отрицательных пластин на одну больше, чем положительных, причем крайние отрицательные пластины касаются корпуса (если он железный никелированный).

Положительные пластины с торцов изолируют от корпуса (если он железный никелированный) листовым эбонитом.

Активной массой положительных пластин аккумуляторов типов НЖ является гидрат окиси никеля Ni(OH)3. Активная масса отрицательных пластин у аккумуляторов типа НЖ состоит из губчатого железа.

Электролитом служит водный раствор едкого кали КОН или едкого натра NaOH плотностью 1,19—1,21 г/см3 с добавкой 20 г едкого лития на 1 л электролита, который препятствует изменению структуры активных масс положительных пластин в условиях высоких температур.

При разряде гидрат окиси никеля переходит в гидрат закиси никеля, а губчатое железо — в гидрат его закиси. На образование этих веществ не затрачивается едкий натр или едкое кали, поэтому плотность электролита во время разряда остается постоянной.

Однако в аккумуляторы периодически доливают чистую воду, так как часть ее разлагается зарядным током на кислород и водород и испаряется.

При заряде аккумуляторов типов НЖ и НК все химические процессы протекают в обратном порядке и пластины восстанавливаются до первоначального химического состава.

Электроды ламельные: они состоят из никелевой сетки, в которой упакованы брикеты активной массы. В качестве сепаратора применена капроновая ткань. Основные характеристики. Э.д.с. заряженного щелочного аккумулятора типа НЖ — 1,5 В. При разряде э.д.с. снижается до 1,3 В. Напряжение щелочных аккумуляторов не является постоянным.

  1. При разряде оно сначала быстро уменьшается до напряжения 1,3 В, а затем медленно до напряжения 1,15 В, при котором разряд прекращают.
  2. Дальнейший разряд нецелесообразен, так как напряжение быстро падает и становится недостаточным для нормальной работы приемника энергии.
  3. Среднее напряжение аккумулятора при разряде принимают равным 1,25 В.
  4. Очередной заряд щелочных аккумуляторов проводят током, равным 0,25Q и в течение 6 ч.
Читайте также:  Аккумулятор для дизельного автомобиля

Окончание заряда определяется тем, что напряжение на каждом элементе становится равным 1,75—1,8 В и наступает интенсивное «кипение» электролита во всех элементах.

Во время заряда нужно следить за тем, чтобы температура электролита не превышала 40 °С. Для снижения температуры уменьшают зарядный ток. Батареи щелочных аккумуляторов заряжают при вывернутых пробках во всех элементах.

В отличие от кислотных щелочные аккумуляторы могут отдать полную емкость при различных режимах разряда. Для этого щелочные аккумуляторы следует разряжать до различного конечного напряжения. Чем больше разрядный ток, тем меньше конечное напряжение, при котором аккумулятор отдает полную емкость.

Например, при 8-часовом режиме разряда аккумулятор отдает номинальную емкость при конечном напряжении 1,1 В, а при 5-часовом режиме разряда при конечном напряжении 0,8 В.

  • Большое изменение напряжения щелочных аккумуляторов требует установки специальных устройств, стабилизирующих напряжение электропитающей установки.
  • Поэтому при 1, 3 и 5-часовом режимах разряда используется только часть номинальной емкости щелочных аккумуляторов.
  • Нормальной температурой электролита щелочного аккумулятора считается 25°С.
  • При снижении температуры емкость аккумулятора уменьшается, при повышении — увеличивается.
  • Однако увеличение температуры электролита выше 40 град. резко увеличивает саморазряд аккумулятора.
  • Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов приблизительно в 2 раза больше, чем свинцовых аккумуляторов такой же емкости.

Вследствие этого они менее чувствительны к коротким замыканиям, но имеют более низкий к.п.д. Внутреннее сопротивление заряженного щелочного аккумулятора r0 = 0,35/QН, где QH — номинальная емкость аккумулятора.

Внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора в 1,5—2 раза больше, чем заряженного.

Щелочные никель-железные аккумуляторы подвержены значительному саморазряду.

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

Долговечность

Способность этих аккумуляторов выносить частые циклы разряд/заряд связана с низкой растворимостью реагентов в электролите.

Длительное формирование металлического железа в процессе зарядки обусловлено низкой растворимостью Fe3O4.

Длительный процесс образования кристаллов железа сохраняет электроды, но также лимитирует скорость работы: данные аккумуляторы заряжаются медленно и так же медленно разряжаются.

Основные факторы ограничивающие долговечность железо-никелевых аккумуляторов — выгорание графита токопроводящей добавки из-за выделения кислорода при разложении воды, коррозия никелированых железных корпусов и ламелей с последующим высыпанием активных масс в шлам, осаждение железа на сепараторах и увеличение саморазряда.

Железо-никелевые элементы производства заводов Эдисона в начале 19хх годов имели трубчатую конструкцию положительного окисно-никелевого электрода с токопроводящей добавкой никелевых лепестков вместо графита и улучшеную технологию никелирования железных конструкционных материалов (запекание многослойного никелевого покрытия, полученого из водного раствора никелевой соли, в печах с водородной защитной атмосферой).

При этом назначеный срок службы составлял 100 лет и рекомендованый интервал замены электролита — один раз в 5..10 лет.

В более дешевых конструкциях железо-никелевых аккумуляторов со сроком службы в начальные десятки лет из-за выгорания графитной токопроводящей добавки в процессе эксплуатации элемента быстрее загрязняется электролит карбонатами и уменьшаются интервалы между заменами электролита (рекомендованый интервал замены электролита в исполнениях никелевых аккумуляторов с графитом — от 100 циклов или 1 раз в год).

  1. Также после выгорания существенного количества графита ухудшается отдаваемая емкость и увеличивается эквивалентное внутренее сопротивление элемента из-за ухудшения контакта активной массы с электродами.
  2. Окончательное разрушение аккумулятора и полный выход из строя происходят при сквозной коррозии конструкционных элементов (ламелей и/или стального корпуса) из-за ограниченого качества никелирования дешевых вариантов исполнения аккумулятора.
  3. Никель-железные аккумуляторы долгое время использовались в европейской горной промышленности благодаря их способности выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия.

Повторно к ним возрос интерес в солнечных и ветрогенераторах, современном электротранспорте.

Источник: http://ok-wood.com.ua/articles/energy/iron-nickel-battery.html

Особенности использования

Никель-железные аккумуляторы формируют в растворе, содержащем 190 — 230 кг / м3 NaOH и 4 кг / м3 Li ( ОН), никель-кадмиевые аккумуляторы — в растворе КОН с ЫОН.

После формирования электролит выливают, аккумуляторы моют снаружи и сушат на су — шильно-моечном конвейере. Аккумуляторы, выпускаемые в стальных сосудах, после сушки обычно лакируют на конвейере.

На некоторые типы аккумуляторов одевают резиновые изоляционные чехлы.

Никель-железные аккумуляторы используются в тех областях применения, где такие их недостатки, как узкий температурный интервал работоспособности, значительный саморазряд и несколько более сложное эксплуатационное обслуживание по сравнению с ламельными никель-кадмиевыми аккумуляторами, не имеют существенного значения.  [2]

Никель-железный аккумулятор по своему устройству, внешнему виду и размерам похож на никель-кадмиевый.  [3]

Никель-железный аккумулятор емкостью от 250 до 11 50 А — ч занимает ведущее положение в качестве автономного источника электроэнергии разнообразных технических средств передвижения — электрокар, рудничных электровозов, электропогрузчиков.

Этому способствует большой срок службы ГОК аккумулятора, превышающий 1000 циклов, и высокая механическая прочность, надежность в работе, работоспособность в широком интервале токовой нагрузки, сравнительно невысокая стоимость ( хотя они в 3 — 4 раза дороже аналогичных по назначению свинцовых аккумуляторов), простота в эксплуатации.

Недостатком НЖ аккумулятора является низкая сохранность в заряженном состоянии. Однако для тяговых аккумуляторных батарей, эксплуатируемых весьма интенсивно, это не существенно.  [4]

Никель-железные аккумуляторы дешевле никель-кадмиевых ЭА, но имеют несколько худшие характеристики ( 8 — 30 Вт — ч / кг и 300 Вт / кг), особенно при низких температурах.  [5]

Никель-железный аккумулятор представляет собой железный сосуд ( бак), внутри которого размещены положительные и отрицательные пластины, выполненные в виде коробок из плоских перфорированных лент, заполненных активной массой.

Активная масса положительных пластин состоит из смеси гидрата окиси ( гидрок-сида) никеля и графита, отрицательных пластин — из специально приготовленного железного порошка.  [6]

Никель-железные аккумуляторы благодаря высокой прочности пластин и корпуса не боятся толчков и сотрясений, а их электролит не выделяет при заряде вредно действующих паров, удовлетворительно работают при температурах от — 20 до 40 С,

  1. Способны выносить короткие замыкания и перегрузки, не требуют тщательного ухода при эксплуатации, не подвержены явлениям сульфата-ции и имеют срок службы больше, чем у свинцовых.
  2. Некоторыетяговые никель-железные аккумуляторы после сборки отправляют потребителю, у которого они проходят формирование, но большинство аккумуляторов проходит один или два цикла формирования на производстве.
  3. Дляникель-железных аккумуляторов на перезарядных циклах заряд должен проводиться током нормального режима в течение 12 ч, на прогоночных циклах заряд проводится нормальным режимом.
Читайте также:  Технология AGM аккумуляторов

Разряд на перезарядных и прогоночных циклах должен проводиться током 5-часового режима в течение 5 ч, но до напряжения не ниже конечного напряжения нормального режима разряда у каждого аккумулятора или у каждой батареи.

Сопротивлениеникель-железных аккумуляторов переменному току, в отличие от сопротивления никель-кадмиевых, имеет тенденцию только к возрастанию, что свидетельствует о преобладании во внутреннем сопротивлении этих аккумуляторов индуктивной составляющей над емкостной.

  • Главными недостаткаминикель-железных аккумуляторов являются большой саморазряд и быстрая пассивация при низких температурах. Указанные недостатки препятствуют полной замене ими более дорогого кадмий-никелевого аккумулятора.
  • На крышкеникель-железного аккумулятора у отрицательного полюса и а боковых сторонах ставится клеймо, с обозначением типа данного источника тока. Кроме того, на крышке батарейного ящика с никель-железными аккумуляторами проведена голубая полоса.
  • Плотность электролитаникель-железных аккумуляторов не измеряется в процессе заряда и разряда. Поэтому при правильном выборе плотности электролита в соответствии с температурными условиями эксплуатации опасность замерзания исключена.

Никель-железные батареи могут находиться в течение нескольких дней в разряженном состоянии. Это не вызывает каких-либо вредных последствий.

Поэтому в процессе эксплуатации степень заряженности никель-железных аккумуляторных батарей не контролируется.

Источник: http://www.ngpedia.ru/id633589p1.html

Как правильно заряжать никель — железные аккумуляторы

В США разработкой НЖА для электромобиля занимаются фирмы «Вестингауз (Westinghause Electric Corp.) и «Игл-Пичер»

Окисно-никелевый электрод (ОНЭ) фирмы «Игл-Пичер» представляет собой безламельный электрод металлокерамической конструкции.

Технология изготовления такого электрода состоит из следующих стадий: получение высокопористой (до 80 %) никелевой основы путем прессования никелевого порошка на никелевую или железную никелированную решетку с летучим наполнителем, например карбамидом, и спекание нанесенной массы в водородной атмосфере при t = 700-900 °С.

Далее следует пропитка полученных основ в растворе азотнокислого никеля, кристаллизация соли в порах электрода, защелачивание для перевода соли азотнокислого никеля в гидроксид никеля (II) с последующей отмывкой от щелочи, сушкой и формированием.

Специфика электрохимической пропитки в противоположность обычной химической, применяемой в технологии изготовления ОНЭ фирмы «Игл-Пичер», состоит в пропитке электродов при катодной поляризации основы; последний прием позволяет получать основы более однородно заполненные гидроксидом никеля (II) при меньшей коррозии собственно никелевой основы в условиях пропитки.

Удельная емкость металлокерамических ОНЭ составляет 0,9- 1,1 А.ч/г и 0,35-0,45 А.ч/см3.

Фирма «Игл-Пичер» использует моноблочную конструкцию батареи. Каждый модуль включает шесть аккумуляторов. При заряде действует принудительное воздушное охлаждение. Сравнительные испытания НЖА, изготовленных фирмами «Вестингауз» и «Игл-Пичер», проведенных Аргонской Национальной лабораторией, показали практическую идентичность характеристик.

Из серьезных технических достижений в разработке НЖА для электромобиля следует упомянуть (кроме железного электрода фирмы СНДК) ОНЭ металлокерамической конструкции фирмы «Даймлер-Бенц» (Deimler-Benz, ФРГ).

При новой технологии изготовления ОНЭ осуществляется наполнение вспененного полимерного материала сухим никелевым порошком с размером частиц 2-4 мкм и нагреванием при 450 °С для выплавления полимерной основы с последующим спеканием в атмосфере водорода при

t =700-1000 °С. Полученная высокопористая коррозионно-стойкая основа подвергается электрохимической пропитке. Выходные характеристики электрода: 0,1-0,12 А. ч/г и 0,45-0,50 А. ч/см3.

Если рассматривать перспективы развития НЖА для электромобилей, то необходимо отметить следующее. Возможно за счет набора технологических мероприятий довести удельную энергию НЖА до 60 Вт. ч/кг. Стоимость 1 А-ч можно довести до 10- 5 коп., однако увеличение плотности энергии усиливает интенсивность тепловыделения.

Показатель 1980г.200 А*ч 1983г. 6 В,230 А*ч 1990г.
Результат Цель Результат Цель
Удельная весовая энергия Вт*ч/кг 50 60 60 70
Удельная объемная энергияВт*ч/дм3 90 110 116 130
Пиковая мощность (15с, 50% заряженности) 125 150 153 175
Эффективность по энегии, % 55 60 62 65
Срок службы, циклы 1500 1500 2000
Эквивалент пробега, км 120000 120000 160000

При заряде теплоотвод можно интенсифицировать системой циркуляции электролита, масса которой составляет 7 % от массы батареи.

  1. Кроме того, необходима разработка режима заряда, обеспечивающего, с одной стороны, приемлемую для практики скорость заряда 6-12 ч, а с другой, хорошее использование тока.
  2. В качестве датчика полной заряженности целесообразно использовать жидкостной сигнальный электрод, реагирующий на поток кислорода, поступающего с положительного электрода.
  3. В целом НЖА является единственным промышленным аккумулятором, который на данном этапе можно рассматривать основным кандидатом для применения в электромобилях.

На международной конференции по электромобилям в июне . в Париже французской фирмой САФТ была представлена конструкция НЖА, в значительной степени повторяющая конструкцию фирмы «Вестингауз», однако с более высокими энергетическими показателями.

Базовым элементом батареи является 5-аккумуляторный моноблочный модуль емкостью 230 А-ч. Создание энергомодуля явилось этапом реализации программы, приведенной в табл. 2.4.

Окончанием срока службы (табл. 2.4) считался цикл, при котором терялось 20 % начальной емкости. Батарея снабжена системой централизованной доливки водой.

Применен сдвоенный химически пропитанный металлокерамический ОНЭ с габаритными размерами 190x175x2x0,9 мм.

Безламельный отрицательный электрод получен прессованием окиси железа с пластмассовым связующим материалом на стальную ленту.

Каждый аккумулятор содержит 10 отрицательных электродов с габаритными размерами 19x175x1,5 мм. Массовая раскладка на один аккумулятор приведена в табл. 2.5.

Массовая раскладка НЖА фирмы САФТ

Элементы аккумулятора Килограммы %
Положительный электрод 11.30 45.0
Отрицательный -//- 5.95 23.7
Сепаратор 0.65 2.6
Сосуд и уплотнения 1.25 5.0
Токоотводы и межэлементные соединения 0.1 0.4
Общая масса 25.10 100

Зависимость удельной энергии от температуры для различных токов разряда приведена на рис. 2.9, из которого следует, что в режиме электромобиля энергомодуль надежно функционирует при температуре, от О °С.

При окружающей температуре 25 °С при непрерывном разряде током 1С имеет место разогрев энергомодуля до 60 °С (рис. 2.10).

Понятно, что в системе электромобиля это значение температуры существенно повысится, поэтому необходима организация принудительного охлаждения; так как при использовании пластмассовых сосудов конвективная теплоотдача окажется недостаточной, необходимо жидкостное охлаждение по типу, используемому фирмой «Вестингауз».

Эксплуатационные испытания электромодулей проводились на модели «Пежо 104 И» (Peugeot 104 I) типа фургон.

Рис. 2.9. Зависимость удельной энергии от температуры никель-железной батареи фирмы САФТ (цифры на кривых — токи разряда)

  • Электромобиль был снабжен 16 энергомодулями описанного типа. При весе незагруженного электромобиля ИЗО кг масса батареи составила .
  • Пробег в условиях городского движения составил при полном заряде и средней скорости . Общая энергоемкость батареи — 22,9 кВт-ч, что соответствовало удельной энергии 57 Вт.ч/кг.
  • Оценивая данные, представленные фирмой САФТ, необходимо отметить следующее. По существу конструкция энергомодуля повторяет конструкцию фирмы «Вестингауз».
  • Рекламируемый ресурс работы завышен, поскольку приводятся данные по отдельному энергомодулю, а не по батарее в целом.

При эксплуатации в электромобиле необходимо будет решить проблему принудительного жидкостного охлаждения по типу, используемому фирмой «Вестингауз».

Источник: http://www.electro-machines.ru/content/nikel-zheleznye-akkumulyatory-0

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector