Щелочные аккумуляторы: принцип работы, преимущества и недостатки
Отправим материал на почту
Для многих устройств необходимо питание. Для этой цели применяются щелочные аккумуляторы. Они включают в свою конструкцию два электрода и жидкий состав, использующий щелочь. Такие элементы питания имеют срок эксплуатации, достигающий 25 лет. Технология допускает возможность ускоренной зарядки. Разрядка может обеспечивать повышенную мощность.
Принцип работы
Щелочные аккумуляторы могут различаться в зависимости от веществ, которые используются для электролитов и для пластин. Наиболее эффективными считаются никель-кадмиевые или никель-железные аккумуляторы.
Здесь используется щелочной электролит, имеющий в своём составе гидроксиды калия и лития, применение которого способствует увеличению ёмкости батареи. Он также улучшает разрядные характеристики аккумулятора.
Положительный электрод представляет собой смесь следующих элементов:
Отрицательный электрод, соответственно, сделан из чистого кадмия или железа. Его также создают с использованием гидрата закиси одного из этих металлов.
Электроды сделаны с использованием мелкоячеистой стальной сетки. На неё нанесены активные вещества, которые предназначены для взаимодействия с электролитом.
Щелочные батареи имеют преимущество перед кислотными, состоящее в том, что они допускают перезарядку. В большинстве случаев её продолжительность составляет 6 часов. Если производилось долгое хранение в разряжённом состоянии, то время зарядки увеличивается — оно может длиться до 12 часов.
Щелочные аккумуляторные батареи выпускают в деревянном или металлическом корпусе. Они могут состоять из нескольких аккумуляторов. При смене электролита нужно исходить из объёма жидкости, требуемой для одного устройства и умножить на их количество.
Особенности щелочных аккумуляторов
На никель-кадмиевых имеется обозначение «НК» далее после тире указана ёмкость в ампер-часах. Например, если написано «НК-13», то речь идёт об аккумуляторе рассматриваемого типа, который обеспечивает ёмкость, равную 13 А/час. У таких устройств положительный полюс замкнут на корпус.
Если стоит обозначение «НЖ», то речь идёт о никель-железной батарее. Через тире после этих букв указана ёмкость. Например, у аккумулятора «НЖ-45» она составляет 45 А/час. В отличие от кадмиевых, у железных на корпус замкнут отрицательный электрод.
Плюсы и минусы
Использование щелочных аккумуляторов позволяет применить следующие их достоинства:
Щелочные АКБ имеет определённые недостатки:
В процессе применения наблюдается большой разброс рабочего напряжения. Например, щелочной аккумулятор 12В, создает разность потенциалов, которая может находиться в пределах 10-17,5 В.
Где используются
Такие аккумуляторы имеют широкое применение. Их используют для следующих целей:
Существуют щелочные аккумуляторы, которые активно используются в различных видах портативной техники. Они могут применяться, например, для обеспечения работы электроинструментов, пультов управления телевизором и других целей.
Замена электролита
Использование щелочных аккумуляторов рассчитано на долгие годы. Однако он обеспечивает высокое качество работы только при условии правильного обслуживания. Необходимой операцией является регулярная замена электролита.
Об особенностях работы щелочных батарей рассказано в ролике:
Видео описание
Щелочные аккумуляторные батареи: особенности эксплуатации.
Её следует проводить после осуществления 100-150 циклов зарядки и разрядки щелочных аккумуляторных батарей. Процедура заключается в следующем:
В процессе работы нельзя делать перерыв, в результате которого батарея внутри станет сухой. Это может стать причиной коррозии элементов щелочных автомобильных аккумуляторных батарей.
Приготовление раствора электролита
Для щелочного аккумулятора его можно делать на основе твёрдых или жидких щелочей. Чтобы приготовить из отдельных компонентов, нужно сделать следующее:
Из этих компонентов делают электролит необходимого для щелочных АКБ состава.
Как выполняется зарядка
Подготовка щелочной АКБ к работе, в большинстве случаев требует 6 часов. Однако для этого допускается применение различных режимов работы:
Для зарядки щелочного аккумулятора лучше всего использовать стандартный режим. При его применении износ батареи будет минимальным. Процедура зарядки предполагает выполнение следующих действий:
После завершения подзарядки аккумулятор отключают от источника энергии.
История возникновения простой щелочной батарейки
Изобретателями щелочных аккумуляторов считают Томаса Эдисона и Вольдемара Джангера. Оба специалиста работали независимо друг от друга. Первой компанией, которая произвела промышленное внедрение, стала Duracell.
Она обеспечила поставку щелочных элементов питания для портативной техники того времени. Рассматриваемые батареи в то время конкурировали с солевыми, но значительно превосходили их по своим характеристикам.
Как устроена батарейка
В ней используется катод, который включает в себя следующие вещества:
В качестве щелочи может использоваться также гидроксид лития или натрия. Для изготовления анода применяют очищенный цинк с добавками, предохраняющими от коррозии. Раньше для этой цели брали свинец и ртуть, теперь перешли к применению в этом качестве висмута и алюминия.
Конструкция такого щелочного аккумулятора включает в себя следующие элементы:
В процессе эксплуатации образуется незначительное количество газа. Его давление сдерживается особой прокладкой. Предохранителем служит специальная мембрана. Если газа много, она лопается, и он проходит наружу.
В этом видео рассматриваются алкалиновые батарейки:
Видео описание
Что такое алкалиновая батарейка
Батарейки отличаются по форме. Некоторые сделаны в виде цилиндра, другие являются плоскими. Последние также называют таблеточными. Они применяются для портативных устройств, например, для наручных часов. Такие источники питания дают напряжение от 1,5 до 9 В. Ёмкость рассматриваемых батарей обычно не превосходит 3000 мА/час. В отдельных случаях этот параметр может быть больше.
Плюсы и минусы щелочных батареек
Такие щелочные аккумуляторы предоставляют следующие преимущества:
При их применении пользователь столкнётся с такими недостатками:
Такие источники тока получили широкое распространение благодаря своему качеству.
Заключение
Щелочные элементы питания обеспечивают электроэнергией большое количество устройств. При соблюдении правил эксплуатации они будут служить в течение многих лет. Покупая щелочной аккумулятор для определённого устройства, нужно следить, чтобы он соответствовал необходимым параметрам.
Щелочные аккумуляторы. Устройство, принцип действия, достоинства и недостатки
Своё название щелочные аккумуляторы получили от вида электролита, необходимого для их работы. Основными разновидностями электролита, используемыми в щелочных аккумуляторах, являются едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH). При сравнении щелочных аккумуляторов с кислотными батареями, очевидно, что аккумуляторы, работающие на электролите, имеют некоторые преимущества. Однако недостатки у них также существуют. Особенности работы щелочных аккумуляторов делают их незаменимыми в некоторых производственных отраслях.
Устройство щелочных аккумуляторов
Среди аккумуляторов, работающих при помощи щелочного раствора (электролита), наиболее часто используются два их вида – никель-кадмиевый и никель-металлогидридный. В каждом них положительный электрод состоит из гидроокиси никеля (NiOOH), с добавками графита и окиси бария. Каждая из добавок улучшает качество работы аккумулятора. Графит увеличивает электропроводность электрода, а окись бария увеличивает срок работы аккумулятора. 
Массы отрицательных электродов каждого вида щелочного аккумулятора имеют различный состав. У металлогидридного аккумулятора отрицательный электрод изготовлен из порошкообразного железа и его окислов. В основной состав отрицательного электрода входит также сернистое железо и сернокислый никель. Если батарея никель-кадмиевая, то отрицательный электрод состоит из смеси порошков железа и кадмия.
В качестве электролита преимущественно используют раствор едкого калия (20 %), в который добавлен моногидрат лития, увеличивающий срок эксплуатации щёлочного аккумулятора. Необходимое количество – 20-30 г/литр раствора.
Химические процессы, происходящие при работе щелочного аккумулятора
При использовании щелочного аккумулятора, то есть, при его разряде, гидроокись никеля положительного электрода вступает в реакцию с ионами электролита. Результатом данной реакции становится образование Ni(OH)2 — гидрата закиси никеля
Одновременно подобный процесс происходит на отрицательном электроде, только на нём образуются гидраты окисей кадмия и железа. Разность потенциалов, составляющая около 1,45 вольта, обеспечивается протеканием тока по контурам внешней и внутренней сети. Таков принцип работы щелочного аккумулятора.
При зарядке щелочного аккумулятора происходит обратный химический процесс – при воздействии тока положительные электроды окисляются, превращая гидрат закиси никеля в гидроокись никеля. Отрицательный электрод при этом восстанавливается, в его массе образуется кадмий и железо.
Главная особенность этих процессов в том, что вещества, образующиеся в процессе электрохимических реакций, в реакцию друг с другом не вступают. Они практически не растворяются в электролите. Благодаря такому поведению веществ расход электролита отсутствует, а его плотность не изменяется. 
Особенности эксплуатации щёлочных аккумуляторов
Начиная с момента, когда аккумулятор начинает использоваться по назначению, то есть, к батарее подключается нагрузка, напряжение весьма быстро падает до 1,3 вольта, а затем продолжает снижаться уже медленно. В момент, когда оно уменьшается до 1 вольта, его работу необходимо останавливать.
Далее батарею эксплуатировать не следует, так как её использование при напряжении ниже 1 вольта, приводит к потере ёмкости аккумулятора. Уменьшится и срок его эксплуатации. Повседневный уход за щелочными аккумуляторами ничем не отличается от их кислотных аналогов. Необходима систематическая подзарядка и контроль уровня электролита.
Применение щёлочных аккумуляторов, их достоинства и недостатки.
Щёлочные аккумуляторы находят применение в устройствах систем аварийного электроснабжения, в оборудовании локомотивов и вагонов для пассажиров. Их используют в устройствах электропогрузчиков, электроинструментах и портативных электроинструментах. Телефоны и фотоаппараты также оборудуются щёлочными батареями. Правильно выбрать аккмуляторную батарею можно, протитав статью на нашем сайте.
Основными достоинствами батарей данной конструкции считают:
— Длительный срок службы;
Существенным минусом щелочных аккумуляторов является небольшой КПД – всего 55%. Наличие эффекта памяти, приводящего к потере ёмкости.
Автомобильные аккумуляторы (виды, периоды замены)
Всем привет. В продолжение предыдущего поста, решил написать пост о автомобильных аккумуляторах. Аккумулятор играет немаловажную роль, если не сказать одну из главных в работе автомобиля и электрических цепей. Поэтому нужно с особой тщательностью подходить к выбору и к дальнейшей эксплуатации батареи. Как и в других комплектующих и запчастях существует огромное количество видов и производителей автомобильных батарей, какую выбрать и какая прослужит долго- это открытый вопрос, потому что раз на раз не приходится, хотя как и везде опытные автомобилисты советуют не экономить и брать качественную батарею, которая прослужит более 5 лет точно. Аккумуляторы бывают следующих видов:
1.Традиционные («сурьмянистые»)
2.Малосурьмянистые
3.Кальциевые
4.Гибридные
5.Гелевые, AGM
6.Щелочные
7.Литий-ионные
АКБ этого типа содержат в составе свинцовых пластин ≥5% сурьмы. Часто их еще называют классическими, традиционными. Но такое название на сегодняшний день уже не актуально, так как классическими уже стали АКБ с меньшим содержанием сурьмы.Аккумуляторы с высоким содержанием сурьмы делают легкообслуживаемыми. Это вызвано тем, что приходится довольно часто, не реже одного раза в месяц, производить проверку плотности электролита и заливку воды.
Сейчас АКБ данного типа уже не устанавливаются на автомобили, т.к. прогресс уже давно ушел вперед. Такие аккумуляторы ставились на советские автомобили, а так же некоторые иномарки 70-80-х годов. Такую батарею можно найти на старых автомобилях которые стоят в гараж уже более двадцати лет и не эксплуатируются.
Для уменьшения интенсивности «выкипания» воды в аккумуляторах стали использовать пластины со сниженным количеством сурьмы (меньше 5%). Это позволило избавиться от необходимости часто проверять уровень электролита. Также снизился уровень саморазряда АКБ при хранении.
Такие аккумуляторы чаще всего называют малообслуживаемыми или вовсе необслуживаемыми, подразумевая, что данные АКБ не требуют контроля и ухода. Хотя термин «необслуживаемый» больше маркетинговый, чем реальный, так как не получилось абсолютно избавиться от потерь воды из электролита. Вода все равно понемножку «выкипает», хоть и гораздо в меньших количествам, чем у обычных обслуживаемых аккумуляторов.
Малосурьмянистые аккумуляторные батареи больше подходят для легковых автомобилей российского производства, так как отечественные авто пока не могут похвастаться обеспечением стабильности напряжения бортовой сети. Тем более, малосурьмянистые аккумуляторы отличаются минимальной стоимостью по сравнению с другими.
Еще одним решением снизить интенсивность «выкипания» воды в аккумуляторе было использование вместо сурьмы другого материала в решетках электродов. Наиболее подходящим оказался кальций. Аккумуляторные батареи данного типа часто имеют маркировку «Ca/Ca», что обозначает, что пластины обоих полюсов содержат в своем составе кальций. Также в состав пластин иногда добавляют еще и серебро в малых количествах, что снижает внутреннее сопротивление АКБ. Это положительно сказывается на энергоемкости и КПД батареи.
Однако кальциевые аккумуляторные батареи имеют не только плюсы, но и минусы.
Одним из главных минусов аккумуляторов данного типа является капризность в отношении переразряда. Достаточно 3-4 раза чересчур разрядить, как необратимо снижается уровень энергоемкости, т.е. резко уменьшается количество тока, которое батарея способна накопить. Аккумуляторную батарею в таких случаях, как правило, просто меняют.
Кальциевые аккумуляторы чувствительны к напряжению бортовой сети автомобиля, крайне плохо перенося резкие перепады. Перед покупкой аккумуляторной батареи данного типа следует убедиться в стабильности напряжения автомобиля.
Еще одним минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов. Но это уже не является недостатком, а вынужденной платой за качество.
Чаще всего кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на иномарках среднего ценового диапазона и выше, т.е. на те автомобили, где качество и стабильность электрооборудования гарантировано.
Часто обозначаются как «Ca+». В гибридных аккумуляторах пластины электродов сделаны по разным технологиям: положительные – малосурьмянистые, отрицательные — кальциевые. Это позволяет совместить положительные качества обоих типов аккумуляторных батарей. Расход воды у гибридных батарей в два раза меньше, чем у малосурьмянистых, но все равно больше, чем у кальциевых. Зато выше устойчивость к переразрядам и перезарядам.
По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.
елевые и AGM аккумуляторные батареи содержат электролит не в «классическом» жидком виде, а в связанном, гелеобразном состоянии (отсюда и название типа батареи).
Инженерам на протяжении более чем полторы сотни лет истории аккумуляторных батарей приходилось решать множество проблем, задач. Одной из важнейших проблем было осыпание активного вещества с поверхности пластин-электродов. Этот вопрос временно решили путем добавления в состав оксида свинца различных присадок — сурьмы, кальция и т.д. Еще одной очень важной задачей было обеспечение безопасности эксплуатации батарей, т.к. электролит — водный раствор серной кислоты — мог легко вытечь при повреждении корпуса АКБ. Не надо рассказывать, насколько агрессивным химическим веществом является серная кислота. Необходимо было найти способ не допустить, минимизировать возможность утечки электролита при повреждении корпуса батареи.
К сожалению, гелевые батареи при очень низких температурах ведут себя хуже, чем классические. Это связано с тем, что гель становится менее проводимым при снижении температуры. При благоприятных условиях эксплуатации гелевые аккумуляторные батареи могут работать до 10 лет.
Благодаря своей абсолютной герметичности, относительной виброустойчивости и своей фактической (а не просто маркетинговой) необслуживаемости гелевые батареи широко применяются там, где классические АКБ использовать опасно или невыгодно: внутри помещений (например, в источниках бесперебойного питания), в мототехнике (мотоцикл, в отличие от автомобиля, едет, периодически отклоняясь от вертикальной плоскости), в морском и речном транспорте (данные аккумуляторы не боятся качки, свойственной судам). Разумеется, гелевые батареи также применяются и в автомобилях. Чаще всего — в престижных иномарках, что обусловлено довольно высокой ценой этих АКБ (плата за качество и надежность).
Как известно, в качестве электролита в аккумуляторах может использоваться не только кислота, но и щелочь. Существует множество разновидностей щелочных АКБ, но мы рассмотрим только те, что нашли применение в автомобилях.У щелочных аккумуляторных батарей есть ряд преимуществ по сравнению с кислотными:
— Хорошая переносимость переразрядов. При этом батарея может храниться в разряженном состоянии без потери своих характеристик, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
— Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд. При этом есть мнение, что их лучше перезарядить, чем недозарядить.
— Щелочные аккумуляторы гораздо лучше работают в условиях низкой температуры. Это позволяет почти безотказно обеспечивать запуск двигателей в зимнее время.
— Саморазряд щелочных батарей ниже классических кислотных.
— Из щелочных АКБ не выделяются вредные испарения, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
— Щелочные аккумуляторы умеют накапливать больше энергии на единицу массы. Это дает возможность дольше выдавать электрический ток (при тяговом режиме эксплуатации).
Однако у щелочных аккумуляторных батарей есть и недостатки, если сравнивать с кислотными:
— Щелочные аккумуляторы выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за чего приходится объединять большее количество «банок» для достижения нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты щелочного аккумулятора будут больше.
— Щелочные батареи намного дороже кислотных.
Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве тяговых аккумуляторов, чем стартерных. Из-за своих габаритов большинство выпускаемых стартерных щелочных АКБ — для грузовиков.
Литий-ионные аккумуляторные батареи (и ее подвиды) считаются наиболее перспективными в качестве дополнительного источника электрического тока.Когда инженерам удастся решить эти недостатки, литий-ионные аккумуляторы станут отличной заменой классической кислотной АКБ.
Идет непрерывная работа над усовершенствованием существующих типов аккумуляторных батарей. В исследовательских центрах ищут способы увеличения энергоемкости источников питания, что позволит уменьшить размеры аккумуляторов. Для северных районов очень пригодится изобретение морозоустойчивой батареи (и тогда не было бы проблемы отказа завода двигателя в сильные морозы).
Таким образом можно заметить, что перед автовладельцами стоит непростой выбор, какую батарею поставить, и какая именно подойдет в тот или иной тип автомобиля. Помимо вышеуказанного разнообразия, все аккумуляторы подразделяются на обслуживаемые и не обслуживаемые.
1. Обслуживаемые батареи
Прежде всего, их положительный заряд переходит постепенно в отрицательный, что способствует быстрой разрядке. Кроме того, во время движения по нашим неидеальным дорогам происходит вытекание электролита, что также способствует выходу из строя батареи. При этом у них есть и одно достоинство, их легко не только разрядить, но и зарядить снова.
Характерным визуальным отличием являются пробочки с крестовиной, они закрывают колодцы в которых находится электролит. Такой аккумулятор при должном обслуживании и своевременном залитии электролита может прослужить до 8 лет.
2. Необслуживаемые батареи
К таким моделям относятся гелевые конструкции (и не только), которые не нуждаются в дополнительной доливке, так как данная субстанция довольно плотная по своей консистенции и никогда не просачивается. Таким образом, его можно установить в любом удобном положении, это никак не отразится на работоспособности. Также существуют и батареи AGM, в которых сгущение кислоты достигается с помощью использования стекловолокна.
Итак мы рассмотрели виды и типы аккумуляторных батарей, теперь рассмотрим период замены. Почти во всех мануалах и руководствах по аккумуляторам указан срок 4 года. Однако это не значит что по истечению этого срока нужно сразу же менять батарею на новую. Аккумулятор аккумулятору рознь, некоторые отраюотают два года и в один прекрасный день просто не запустят ваш автомобиль, другие же будут служить до 8-10 лет. Например у моего дяди батарея BOSCH прослужила 8 лет, зимой проблем не было.
Срок гарантии на свинцовые аккумуляторы, обычно плавает в пределах от 1 до 3 лет, да и срок службы не превышает 5 – 7 лет. Конечно есть очень много факторов которые влияют на его долголетие, например кто-то пользуется им целый год и зимой и летом, аккумулятор испытывает перегрузки в зимние холода (соответственно срок его службы укорачивается), а кто-то эксплуатирует автомобиль только летом, а летом достаточно даже не очень сильного аккумулятора (срок службы будет значительно дольше, а особенно дольше если его правильно хранить).
Наши (отечественные) аккумуляторы, ходят (при круглогодичном использовании) максимум 3 – 4 года, импортные по 5 – 6 лет.
Наиболее очевидным признаком проблем с аккумулятором, является, конечно же, падение напряжения в электросистеме автомобиля. Тем не менее, аккумулятор является частью более крупной системы, подключенной к другим частям автомобиля, и мёртвый аккумулятор может указывать на проблему глубже, чем просто отсутствие напряжения. Если что-то ещё происходит не так в системе электрооборудования — например, скажем, слабый генератор, то это также может быть причиной слабого аккумулятора.
Большое количество электронной аппаратуры, зарядки для телефонов, видеорегистраторы, навигаторы, и прочее будут уверенно разряжать батарею, а уж если вы ездите со всем этим добром на короткие дистанции, то батарея не сможет восстанавливать потерянную энергию в полном объеме. Еще одной немаловажной причиной может быть не стабильная работа генератора, проблемы в проводах массы, электроцепях автомобиля, и непосредственно клеммах и проводах которые идут на сам аккумулятор.
Другим сигналом к замене аккумулятора является и его возраст — если аккумулятор старше трёх-четырёх лет, можно начинать ожидать проблемы. Коррозия и пятна на нём означают, что в нём появилась утечка. Наконец, просто понюхайте аккумулятор, обращая внимание на запах гнилых яиц (сера) или запахом перегрева батареи.
На мой взгляд ТО аккумуляторной батареи нужно проводить каждый год, вне зависимости от вида и типа батареи. Если вы купили аккумулятор в специализированном магазине то вам дают специальный талон, так же вы бесплатно можете проводить проверку батареи. Таким образом если у вас исправен генератор, электроцепи и прочее, а так же вы не нагружаете автомобиль другой электроникой, даете возможность батарее зарядится как следует, то аккумулятор будет служить очень долго, а ТО проводимое в специальном магазине по продаже аккумулятора покажет и предупредит вас о том, необходимо ли менять батарею, сколько она еще прослужит и чего ожидать.
Всем спасибо, надеюсь данная информация была полезна. Дальше будут еще информативные и полезные статьи. Всем спасибо и до связи.