Устройство с алкална батерия. Общи условия за ползване. Характеристики на алкалните батерии

Броят на батериите, продавани ежедневно в света, е милиони. Лъвският дял от това число се пада на алкалните батерии - батерии, в които алкален разтвор (калиев хидроксид) действа като електролит. Техните предимства включват ниска цена, способност да работят дълго време в режим на постоянно натоварване и да съхраняват заряд за 3-5 години.

В допълнение към потребителската електроника, те все повече се използват в армията за електрически превозни средства и космически приложения. Това са първични батерии, които зависят от реакцията между цинков диоксид и манганов диоксид. Клетъчните клетки със сребърен оксид имат по-висока енергийна плътност и капацитет, но също така и по-високи разходи от алкалните клетки с подобен размер.

Има и други акумулаторни системикоито използват алкални електролити, но използват различни активни материали за електродите. Беше отбелязан растеж на пазара на вторични батерии, но батериите без съхранение или първичните батерии са също толкова важни. Те продължават да заемат важна пазарна ниша в приложения като PDA, дистанционни дистанционно, електрически ключове и играчки. Основните батерии също помагат, когато зареждането е непрактично или невъзможно, като например при военни битки, спасителни мисии и гасене на горски пожари.

AAA алкална батерия

В устройства с ниска консумация на енергия, например в дистанционни управления за телевизионно и видео оборудване, най-често се използват алкални батерии AAA, наричани още „малък пръст“ или „мини пръст“. Според стандартите на Международната електрическа комисия те са означени с LR6. Капацитетът на тези елементи е достатъчен за поддържане на дистанционното управление за 1-2 години.

Други основни приложения на батериите са монитори за налягане в гумите за автомобили и камиони, сензори за проследяване на птици, сърдечни пейсмейкъри за пациенти със сърдечна недостатъчност, интелигентни бормашини и леки и изолирани бустерни станции. Високата енергийна плътност, дългото време за съхранение и оперативната наличност правят тази батерия подходяща за тези приложения. Батерията може да се транспортира на изолирани места и да се използва веднага след дългосрочно съхранение.

Повечето основни батерии са евтини, удобни и екологични. Тези батерии с общо предназначение се използват за приложения с ниска мощност като дистанционни, фенерчета, играчки и стенни часовници. Една от най-разпространените потребителски батерии е алкалната манганова батерия или най-вече алкалната. Алкалната батерия осигурява повече мощност при по-висок заряден ток от въглеродно-цинковата батерия. Най-важното е, че алкалната батерия не се изтощава, когато се изразходва, както и въглеродно-цинковата батерия.

Алкални АА батерии

АА батериите, популярни като , са универсален "работен кон" и се използват в детски музикални играчки, преносими приемници и плейъри, фенерчета, телефони, офис оборудване и много други устройства. За продължителна работа във фотографска техника, която изисква максимална енергийна ефективност, са разработени специални фотоелементи, които се разпознават по представката "снимка" в заглавието. Капацитетът на обикновените клетки с алкален електролит варира от 1500 до 3000 mA / h, а напрежението, което произвеждат, е на ниво 1,5V.

От друга страна, алкалната батерия е по-скъпа от въглеродно-цинковата. Първичните батерии имат една от най-високите енергийни плътности. Докато вторичните батерии са се подобрили, типичната битова алкална батерия осигурява 50% повече мощност от литиево-йонна батерия. Основната батерия с най-висока енергийна плътност - литиева батерия, направени за видео камери и военни битки. Той съдържа три пъти повече енергия от литиево-йонна батерия и се предлага в различни смеси като литиев метал, литиев манганов диоксид, литиев диоксид, литиев тионил диоксид, литиев кислород и други подобни.

D тип алкални батерии

Батериите тип D, популярно наричани "бъчва" или "кег", най-често се използват в радиоприемници и радиопредаватели, броячи на Гайгер и уоки-токита, тоест там, където е необходимо голям капацитет. Според стандарта на Международната електрическа комисия те са означени с LR20. Работно напрежениее 1.5V, а капацитетът може да достигне ниво от 16000 mAh.

Фигура 1: Сравнение на специфичната енергия между вторичните батерии и основните батерии. Вторичните батерии обикновено се оценяват на 1C; алкалните батерии използват много по-ниски токове на разреждане. Специфичната енергия показва енергията, която батерията може да съхранява. Това обаче не гарантира доставката на енергия. Основните батерии имат високо вътрешно съпротивление, което ограничава натоварването на леки товари като конзоли, фенери и преносими устройства за забавление. Цифровите фотоапарати са ограничението - електрическа бормашина с алкално захранване би била невъобразима.

Алкални и алкални батерии - разлики

Доста често продавачите на оборудване работят с термина "алкални" батерии. Въпреки че това име звучи достатъчно впечатляващо, то идва от английска дума"алкален", обозначаващ същия алкален и използван при етикетирането на алкални батерии, произведени в чужбина. По този начин както алкалните, така и алкалните батерии не се различават една от друга и тези две имена са разговорни синоними.

Големите производители на батерии изброяват само конкретни енергии; конкретната мощност не е публикувана. Освен това батериите могат да паднат до много ниско напрежение 0,8 волта на клетка. Този метод на точкуване предлага впечатляващи стойности на хартия, но слаби резултати при по-сложен проблем. Фигура 2 сравнява характеристиките на първични и вторични батерии с 1C изход. Резултатите са изброени в „Действителни“ и „Прогнозни“.

Високото вътрешно съпротивление ограничава алкалната батерия до ниски натоварвания. Причината за очевидното влошаване на производителността на основните батерии е високото вътрешно съпротивление, което причинява спад на напрежението при натоварване. И без това високото съпротивление нараства още повече, тъй като батерията се изразходва при разреждане. Например, когато батерията вече не пасва на цифров фотоапарат, ценният капацитет често се губи. Изтощена алкална батерия често може да захранва кухненски часовник до две години.

Разликата между алкални и солни батерии

Въпреки че както физиологичните, така и алкалните батерии са постоянно най-продаваните, те имат значителни различия :

Сол:

се разтоварват напълно за около 2-3 години съхранение;
са по-податливи на температурни колебания, което значително намалява срока на годност;
под въздействието на вътрешни химични процеси в края на разряда, те често "изтичат", наводнявайки контактите на оборудването и замърсявайки всичко наоколо, поради което не трябва да се оставят в неизползвани устройства;
имат относително нисък капацитет и време на работа;
не издържат на високи натоварвания и са подходящи за използване само в устройства с ниска консумация на енергия: часовници, кухненски везни, дистанционни управления;
принадлежат към ниската ценова категория.

Фигура 2 показва най-голямото несъответствие между "номинално" и "действително" при алкалните батерии. Алкална алкална батерия ще осигури най-добри резултати. Таблица 3 показва капацитета на стандарта алкални батериисъс задачи, специфични за лични устройства за забавление или малки фенерчета. Разтоварването при частично натоварване дава големи мощности; увеличаването на скоростта на изтегляне би го намалило драстично.

Таблица 3: Характеристики на алкална батерия. Изтеглянето е като малки устройства за забавление. Използването на първичните батерии може да бъде скъпо, а невъзможността за презареждане увеличава разходите за енергия с около 30% в сравнение с вторичните батерии. Проблемът с разходите става още по-остър, ако опаковката се подменя след всяка мисия, независимо от срока на експлоатация. Изхвърлянето на частично използвани батерии е обичайно, особено при транспортни приложения и критични мисии.

Научете повече за алкалните батерии

Алкалните батерии са кръстени на електролита, който съдържат. В повечето случаи това е воден разтвор на KOH (каустик поташ) или NaOH (каустик натрий). Този тип акумулатор има редица предимства пред киселинния тип батерии, но не е лишен и от недостатъци. В някои области на националната икономика използването на алкални батерии е по-оправдано. Ето защо днес ще разгледаме характеристиките и дизайна на алкалните батерии, както и техния обхват.

Предоставянето на нови пакети на войските при всяко повикване е по-удобно и по-безопасно от оценката на оставащото състояние на натоварване. Оценката на нивото на зареждане на батерията ще помогне, но такива инструменти са скъпи и неточни. Най-лесният начин е да измерите напрежението на отворена верига и да отчетете вътрешното съпротивление, като приложите кратко натоварване и проверите за спад на напрежението. Високото диференциално напрежение ще бъде свързано с нарастващо съпротивление, захранване в края на живота. По-точен начин е да се изчисли консумираната енергия, мярка, известна като измерване на потреблението, но изисква скъпи електрически вериги.

Най-често срещаните видове алкални батерии са никел-кадмиеви и никел-метал хидридни (наричани още никел-желязо). И при двата вида батерии в заредено състояние активната маса на положителния електрод се състои от NiOOH (никелов хидроксид) с добавка на бариев оксид и графит. Графитът е предназначен да увеличи електрическата проводимост на активната маса. Добавянето на бариев оксид увеличава живота на алкалната батерия.

Измерване на състоянието на товара. Поради високата цена и присъщите неточности, индикаторите за гориво рядко се използват за основните батерии. Сега стресът винаги е футболен и разнообразен. Пола със стрела и колчан. Покровител на всякакви притеснения, че само шоколадът минава. Салата, че удобството се нарича ферментация. Независимо дали става въпрос за най-новия ви проект по роботика, въпроси относно електрониката, индустриален дебат или просто разговор между приятели.

Благодарение на нова технологиятова зарядно устройство е по-малко, много по-надеждно от зарядните устройства от по-старо поколение, а също и по-ефективно, което спестява консумация на енергия по време на зареждане. зарядно устройство"интелигентен" - контролиран от микропроцесора, който не изисква наблюдение на времето на процеса на измама или страх от претоварване. Когато процесът на зареждане приключи, зарядното устройство преминава в режим на контрол на напрежението, което го прави 100% надеждно.

Активната маса на отрицателния електрод в случай на никел-метал хидридна батерия е прахообразно желязо (Fe) и неговите оксиди. Съдържа добавки от железен сулфид и никелов сулфат. В случай на никел-кадмиеви батерии, активната маса на отрицателния електрод е смес от кадмиев (Cd) прах и желязо. Като електролит за алкални батерии се използва воден разтвор на калий каустик (20%). Към електролита се добавя литиев монохидрат в количество 20-30 грама на литър. Тази добавка удължава живота на батерията.

Нека да разгледаме дизайна и конструкцията на алкална батерия, използвайки модели батерии, използвани в дизелови локомотиви и пътнически вагони като пример. Там се използват както никел-метален хидрид (Ni-MH), така и (Ni-Cd). Предприятията произвеждат никел-железни и никел-кадмиеви батерии, в които електродите са направени под формата на рамки от никелирана стомана. В жлебовете на тези рамки се пресоват ламели.

Зарядното устройство използва иновативна технология. Автоматичен и надежден контрол на зареждането - при определено напрежение или автоматично намаляване на зарядния ток. Контролът на напрежението след процеса на зареждане се активира с много ниско нивозаряден ток, което позволява на батерията да остане напълно заредена, оставайки включена за дълго време. Зарядното устройство елиминира заряда на батерията за сулфатиране зареждане на батерията. Зимен режим. - Осигурява пълно и ефективно зареждане на батерията дори при ниски температури околен свят. Зарядното устройство използва ограничено заряден токедин импулс за осигуряване на безопасно напрежение за повече бързо зареждане- зарядното автоматично решава кога и кога е необходимо Използвайте този режим. Зарядното има защита срещу късо съединение, обръщане на поляритета, прегряване и претоварване. Режим на възстановяване - Специален режим на зареждане за силно разредени батерии. . Първата стъпка е да се определи вида на батерията и нейното напрежение.

Lamel е опаковка, пълна с активна маса. Ламелите са изработени от никелирана ламарина с голям брой отвори. Това се прави, за да може електролитът да тече към активната маса.

При никел-кадмиевите батерии (NC присъства в маркировката) отрицателната пластина е между 2 положителни. Никел-желязо (в маркировката на NJ) или предвидете наличието на една положителна плоча между 2 отрицателни. За да се избегне късо съединение, между плочите се поставят разделители. Изработват се под формата на PVC мрежа или ебонитна пръчка.

Изображението по-долу показва устройство с Ni-MH алкална батерия. На диаграмата можете да видите половин блока от електроди и модула на батерията.

А на следващата снимка можете да видите устройството на алкалната Ni-Cd батерия.

В такива разновидности батериикакто PUFAs, така и PUFAs използват бронирани положителни пластини. Тези плочи се поставят в специални калъфи или черупки. Електродите са в корпус от никелирана ламарина. Тялото е със заварен капак с отвори за щифтовете. Има и отвор за пълнене с електролит и отвеждане на газовете. За да се даде на тялото механична якост, стените са направени гофрирани. Горната част на кутията е затворена с гумен капак, който осигурява изолация на елементите от кутията, в която е монтирана батерията. Сега малко за това, което осигурява работата на алкална батерия.

Принципът на действие на алкалните батерии

Когато батерията се разрежда, никеловият хидроксид (NiOOH) реагира с йони на електролита на алкалната батерия на положителния електрод. В резултат на това се образува никелов оксид хидрат Ni(OH) 2. На отрицателния електрод кадмият и желязото се превръщат в хидрат на кадмиев оксид (Cd (OH) 2) и желязо (Fe (OH) 2). Потокът от ток през външната и вътрешната мрежа осигурява потенциална разлика (приблизително 1,45 волта) на алкална батерия. Така се осигурява работата на алкална батерия.
При зареждане на алкална батерия активната маса на положителните плочи се окислява под въздействието на ток. Никелов оксид хидрат Ni(OH) 2 се превръща в никелов хидроксид (NiOOH). В активната маса на отрицателните електроди при зареждане има редукция с образуването на кадмий и желязо.

По-долу са реакциите, които възникват по време на процеса на разреждане-зареждане, представени от следните уравнения:

Алкална батерия Ni─MH:

2Ni(OOH) + 2KOH + Fe ⇒ 2Ni(OH) 2 + 2KOH + Fe(OH) 2

Алкална батерия Ni─Cd:

2Ni(OOH) + 2KOH + Cd ⇒ 2Ni(OH) 2 + 2KOH + Cd(OH) 2

Работата на алкална батерия е такава, че номинална стойностразрядният ток е 0,2*C. Стойността "C" показва номиналния капацитет на батерията. Максималният ток на разреждане, например при стартиране на дизелов двигател, е до 4 * C. Стандартният заряден ток за алкални батерии е 0,25*C.

Трябва да се отбележи, че веществата, които се образуват по време на работата на алкална батерия и протичането на електрохимични реакции, почти не се разтварят в електролита и не реагират помежду си. Поради факта, че електролитът за алкална батерия не взаимодейства с тях, няма консумация и плътността не се променя. В резултат на това е необходим по-малък обем, отколкото при киселинна батерия.

За да работи правилно отрицателният електрод (съставен от гъба желязо) на никел-желязна батерия, теглото му трябва да е по-голямо от положителното. Това се дължи на по-големия брой отрицателни пластини в този тип батерии. Монтажният блок в този тип алкални батерии има отрицателни пластини около краищата. Тези плочи имат електрическа връзкас корпус. При Ni─Cd батериите е точно обратното. Там активната маса на положителния електрод трябва да има по-голям обем от отрицателния. Техните блокове имат положителни пластини по ръбовете, които са свързани с тялото.

Напрежението на алкална батерия, когато е напълно заредена, е приблизително 1,45 волта. Поради значителното вътрешно съпротивление на този тип батерия, напрежението на алкална батерия е значително по-ниско от номиналната стойност при разреждане и значително по-високо при зареждане.

Когато товарът е свързан към клемите на батерията и започне разреждането, напрежението бързо намалява до 1,3 волта и след това бавно намалява до един волт. Когато се достигне тази маркировка, изхвърлянето трябва да бъде спряно. Средната стойност на изчисленото напрежение по време на разреждане е 1,25 волта. Под напрежение от 1 волт не се препоръчва разреждане на алкална клетка. Това може да доведе до загуба на капацитет и намален експлоатационен живот.

Когато се зарежда, напрежението на алкална батерия се повишава доста бързо от 1,55 до 1,75 волта и след това доста бавно се повишава до 1,8 волта. Зареждането на запечатана алкална батерия се извършва до определено Ах номерв съответствие с паспортните му характеристики. Зарядният ток на запечатана алкална батерия е зададен на 0,25 * C (номинален капацитет). По време на процеса на зареждане 150 процента от капацитета се прехвърлят към батерията. За повече информация прочетете статии за и Ni─Cd батерии.

Киселинните и алкалните батерии са сходни по това, че и двата вида батерии отделят газ при зареждане. Въпреки това, в случай на запечатани алкални батерии, обгазяването не е признак за край на зареждането. Но тук също се препоръчва да се намали тока, ако отделянето на газове е твърде силно.

Можем да кажем, че е по-добре да презаредите запечатаните алкални батерии, отколкото те да бъдат незаредени. Непълното зареждане за тях намалява живота. В същото време не се допуска и презареждане. В процеса на зареждане температурата им се повишава. При стойности над 45 градуса по Целзий активната маса на електродите започва да се разпада. За повече информация прочетете за.

Характеристики на работа и експлоатационен живот на алкални батерии

По принцип поддръжката на алкалните батерии е почти същата като на киселинните батерии. Необходимо е периодично да се следи нивото на електролита, както и да се зарежда батерията. Запечатаните алкални батерии трябва да се зареждат редовно и да се поддържат чисти.

Запечатаните алкални батерии могат да се съхраняват в полузаредено или разредено състояние за доста дълго време. Също така си струва да се отбележи, че алкалните батерии са по-малко чувствителни към отрицателни температури. В допълнение, запечатаните алкални батерии могат да работят, когато са разредени. големи токове(висок капацитет на претоварване).

Поради факта, че запечатаната алкална батерия има голямо вътрешно съпротивление, силното разреждане и краткотрайните къси съединения не увреждат тези батерии. Алкалните батерии са устойчиви на вибрации, удари, удари поради високата си якост. В сравнение с киселинните те имат по-висока специфична енергия, по-дълъг експлоатационен живот и могат да се съхраняват по-дълго.

Саморазреждането на запечатаните алкални батерии в отворена верига е 20 процента от капацитета за 9 месеца. Това не е много в сравнение с киселинните батерии. При последния такова ниво на саморазреждане се наблюдава за един месец. Важно е да се отбележи, че по време на работа на запечатаните алкални батерии няма емисии на вредни газове и те са доста надеждни.

Но алкалните батерии имат някои недостатъци и неудобства по време на работа. Разрядното им напрежение е с около 40 процента по-ниско от това на киселинните. В резултат на това, за да произведете същото напрежение на батерията, трябва да наемете различен брой клетки. А в случай на запечатана алкална батерия броят на такива елементи ще бъде много по-голям. Поради високото вътрешно съпротивление на алкалните електролитни батерии, напрежението пада много по-бързо при интензивен разряд, отколкото киселинните.

Видове алкални батерии и области на тяхното приложение

Ламелните алкални батерии, чийто дизайн беше обсъден по-горе, се използват широко като тягови алкални батерии. Освен това те се използват и като стартери. По-долу са областите на приложение на такива батерии:

локомотиви и пътнически вагони;
аларми и системи за аварийно захранване;
минни електрически локомотиви;
всички видове външно електрическо оборудване (различни мотокари в складове и фабрики. Например алкална батерия TNZh);
за стартиране на двигатели с вътрешно горене.

Алкалните батерии се намират в телефони, фотоапарати, трамваи, тролейбуси и др. Алкалните батерии са получили широко използванев различни преносими съоръжения и електрически инструменти. Те използват цилиндрични батерии с ролкови електроди. Те имат Номинално напрежение 1,2─1,3 волта. Такива елементи се събират в батерия и се използват например в отвертки. Прочетете повече за тяхното използване в статията "".

В допълнение, алкалните батерии могат да бъдат намерени като стартерни батерии в автомобили. Вярно е, че те се произвеждат главно само за някои камиони, както и за военна техника. Рядко се срещат при колите. Но по принцип нищо не пречи на някои собственици на автомобили да инсталират 12V алкална батерия на своите "железни коне". И отзивите за тяхното използване са положителни.