Аккумуляторов - 40 минут.

Щелочные аккумуляторы - это аккумуляторы, в которых электролитом служит водный раствор щелочи. Они широко применяются для питания аппаратуры связи и других потребителей постоянного тока.

Щелочные аккумуляторы - это простые, удобные и надежные в эксплуатации источники электропитания. Их характерной особенностью является то, что они не подвергаются разборке в течение всего срока службы. Конструкция их надежная и долговечная; срок службы при правильной эксплуатации и надлежащем уходе достигает 10-ти лет и более.

Аккумуляторные батареи (АКБ), состоят из аккумуляторов одинаковой емкости, соединенных между собой, как правило, последовательно. Сборка аккумуляторов в батареи производится в металлических каркасах или деревянных ящиках. Если батарея собирается в металлическом каркасе, то аккумуляторы обязательно от него изолируются.

Существует несколько типов щелочных аккумуляторов, отличающихся внешним видом, конструкцией сосудов, электродов и другими признаками.

Классификация щелочных АКБ представлена на (рис. 1).

Никель-кадмиевые аккумуляторы классифицируются:

- по способу исполнения: открытого исполнения с вентильными пробками и герметичные;

- по конструкции корпуса: цилиндрические, призматические и дисковые;

- по конструкции электродов: ламельные (карманной и таблеточной конструкции) и безламельные (металлокерамические, прессованные, намазные).

ПО ТИПУ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Никель – кадмиевые НК		Никель – железные НЖ		Серебряно-цинковые СЦ
НК-125		5НЖ-60		2СНД-12

ПО СПОСОБУ ИСПОЛНЕНИЯ

Открытые

Герметичные

ПО КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА

Дисковые		Цилиндрические		Призматические
7Д-0,115		10НКГЦ-1Д		10НКГ-1,5

ПО КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОДОВ

Ламельные

Безламельные

Карманной конструк-ции		Таблеточ-ные (НКТ)		Намазные (НКБН)		Прессован-ные (НКП)		Металло-ке-рамические (НКБ)
2НК-10		10НКТБ-60		2НКБН-3,5		2НКП-20		2НКБ-32

Рис 1. Классификация щелочных АКБ.

В зависимости от состава активного вещества электродов различают никель-кадмиевые, никель-железные и серебряно-цинковые щелочные аккумуляторы.

Применение никель-железных аккумуляторов ограничивается их плохой работоспособностью при низких температурах и повышенным саморазрядом, а серебряно-цинковых - малыми сроком службы и диапазоном рабочих темпе­ратур, сложностью эксплуатации и дефицитностью исходных материалов.

Поэтому основным типом аккумуляторов, применяемых в средствах связи, являются ни­кель-кадмиевые, у которых в качестве активного вещества положительного электрода используется окись никеля, а отрицательного - кадмий.

Никель-кадмиевые аккумуляторы обладают следующими электрическими данными:

Таблица 1.

Up	-	номинальное напряжение	1,25 в
Ukp	-	напряжение в конце разряда	1,0 в
Uнз	-	напряжение в начале заряда	1,4 в
Uкз	-	напряжение в конце заряда	1,8 в
E	-	электродвижущая сила	1,36 в
rо	-	внутреннее сопротивление	0,3/ Q Ом
tз.н	-	время номинального заряда	6-7 ч
tр.н.	-	время номинального разряда	8 ч
Iз.н.	-	ток номинального заряда	Q/4 (или по инструкции)
Iр.н.	-	ток номинального разряда	Q/8 (или по инструкции)

Устройство щелочного аккумулятора. Простейший ЩА, представляет собой 2 пластины активного вещества помещенные в сосуд с токопроводящим жидким веществом – электролитом.

R_н – сопротивление «нагрузки»

+ - KOH + H₂O

корпус

NiOОН Сепаратор Cd

Рис 2. Устройство простейшего щелочного аккумулятора.

В реальных АКБ активная масса положительных пластин представляет собой смесь гидрата окиси никеля NiОOH + Н₂О = Ni(OH)₃ с добавкой (16-18%) графита для улучшения электропроводности. Активная масса отрицательных пластин состоит из смеси порошкообразного кадмия, железа и их окислов.

В аккумуляторах обычно используются электроды, состоящие из нескольких пластин – полублоков, соединенных между собой т. н. мостиками парал­лельно для получения большей емкости.

Пластины со­бираются в полублоки электродов таким образом, что отри­цательные и положительные пластины чередуются меж­ду собой.

Щелочной никель-кадмиевый аккумулятор состоит из полублока положительных и полублока отрицательных электродных пластин, помещённых в сварной никелированный корпус (сосуд) с электролитом. К мостику полублока приваривается полюсный вывод – борн.

Положительные пластины изготавливаются более толстыми, чем отрицательные, а число их на одну больше. Количество и размеры пластин различны для аккумуляторов различных типов и определяются их конструкцией и требуемой емкостью аккумулятора.

Между положительными и отрицательными пласти­нами для предотвращения их замыкания внутри акку­мулятора помещается сепаратор — электроизоляцион­ный материал, обеспечивающий пространственное раз­деление пластин и не препятствующий прохождению ионов активного вещества. В качестве сепаратора ис­пользуются: эбонитовые палочки или полиэтиленовые решетки, вставляемые между пластинами, а также раз­личные специальные тканевые материалы и синтетиче­ские пленки, в которые обертываются пластины перед сборкой в электродный блок.

В качестве электролита никель-кадмиевых аккумуляторов используется водные растворы щелочей едкого калия КОН или натрия NaOH в чистом виде, или с добавлением моногидрата лития LiOH.

Корпус аккумулятора — стальной или пластмассо­вый, на крышке корпуса размещаются токовыводы и горловина для заливки электролита, закрываемая вен­тильной пробкой, которая устроена так, что га­зы из аккумулятора могут выходить через вентильные отверстия, а наружный воздух не может проникнуть внутрь аккумулятора. В нижней части корпуса аккумулятора, под пласти­нами, обычно оставляется грязевое пространство, куда оседает вымываемое при циклировании активное вещество.

Принцип действия щелочного аккумулятора вытекает из химической реакции:

2NiOOH + Cd + H₂O 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂ .

Как видно из уравнения, при заряде аккумулятора активная масса положи­тельных пластин окисляется - гидрат закиси никеля Ni(OH)₂ переходит в гид­рат окиси никеля NiOOH, активная масса отрицательных пластин восстанавли­вается - гидрат окиси кадмия Cd(ОН)₂ превращается в губчатый кадмий Cd.

При разряде процессы протекают в обратном направлении.

Наряду с основной токообразующей реакцией протекают и побочные реакции. В конце заряда аккумулятора (особенно при их перезаряде) на положительном электроде начинается выделение кислорода:

4OH^-→ 2 H₂O + O₂ + 4e,

а на отрицательном – выделение водорода:

2H₂O + 2e → 2 OH^- + H₂.

Суммарный процесс на обоих электродах является процессом электролиза воды и сопровождается усиленным газовыделением.

Аккумуляторы открытого исполнения.

Основное различие аккуму­ляторов определяется конст­рукцией их электродных пла­стин.

а) Аккумуляторы с элект­родами ламельной конструкции (ламельные аккумуляторы). В ламельных аккумуляторах (Рис.3а) активное ве­щество в виде брикета или таблетки находится в ламе­ли — упаковке, изготовленной из стальной перфориро­ванной никелированной ленты в виде плоского короба (кармана) или чашки.

При использовании ламелей карманной конструкции электродные пластины изготовляются скреплением меж­ду собой нескольких ламелей. По краям такая пласти­на зажимается стальными ребрами, обеспечивающими требуемую механическую прочность сборки.

Ламель-чашка с запрессованным в нее активным ве­ществом представляет собой электродную пластину законченной конструкции. При использовании таких пла­стин электродный блок представляет собой одну или две вертикальные сборки из размещенных одна на дру­гой чередующихся положительных и отрицательных пластин-чашек, разделенных слоем сепарационного ма­териала. Жесткое крепление пластин, а также их тре­буемое электрическое соединение между собой и с токовыводом обеспечивается с помощью контактных шпи­лек, продеваемых в ушки чашек.

б) Аккумуляторы с электродами безламельной кон­струкции (безламельные аккумуляторы).

В безламельных аккумуляторах (Рис.3б), активное вещество находится не в ламелях, а наносится на поверхность токопроводящей основы электродных пластин. В насто­ящее время используются следующие разновидности безламельных аккумуляторов:

- с металлокерамическими пластинами, в которых ак­тивное вещество вве-дено путем химической или элект­рохимической пропитки в поры основы -металлокерамической пористой пластины, полученной путем спека­ния карбонильного никеля;

- с прессованными пластинами, в которых активное вещество напрессовано на основу – никелевую или стальную никелированную сетку;

- с намазными пластинами, в которых активное веще­ство в виде пасты намазывается на никелевую сетку, а затем подпрессовывается.

Безламельные пластины по сравнению с ламельными имеют меньшую толщину, массу и большую пло­щадь активной поверхности. Это позволяет в одном и том же объеме разместить их большее количество, т. е. получить аккумулятор большей емкости, и, кроме того, увеличить максимально допустимые токи разряда.

Так, например, переход от ламельной конструкции электродов к прессованной позволил в одних и тех же габаритах получить вместо аккумуляторной батареи ем­костью 13 А∙ч (2НК-13) аккумуляторную батарею ем­костью 24 А∙ч (2НКП-24М). Максимально допустимый ток аккумуляторной батареи 2НК-13 - 6,5 А, а бата­реи 2НКП-24М – 16 А.

Основными недостатками безламельных аккумуля­торов по сравнению с ламельными являются их несколь­ко меньший срок службы и большая стоимость.