Главная
История:
Началось все с
лягушки
Вольтов столб
Огромная батарея Василия Петрова
Первые гальванические элементы
Первые аккумуляторы
Электрохимический счётчик
Аккумуляторы:
Типы аккумуляторов
Аккумуляторы
Литий-ионные
Аккумуляторы
Литий-полимерные
Аккумуляторы Литиевые
Аккумуляторы
Ni-Cd
Аккумуляторы
Ni-MH
Аккумуляторы Свинцово-Кислотные
Автомобильный аккумулятор
Зарядка автомобильного аккумулятора
Умные аккумуляторы
Зарядные устройства
Способы контроля заряда аккумуляторов
Эффект памяти аккумулятора
Аккумуляторные Батареи
"Батарейки":
Типы "Батареек"
Батарейки солевые и щелочные
Батарейки Литиевые
Резервные источники тока
Альтернативная энергия:
Топливные элементы
Солнечная энергия
Солнечные батареи
Ветрогенератор
Разное:
Источник бесперебойного питания
Ионисторы
Перспективные источники тока
Эксплуатация химических источников тока
Диагностика химических источников тока
Тенденции рынка
Производители
Теория и её развитие:
Начало электрохимии
Открытие электроосмоса и электрофореза
Открытия Фарадея
Появление новых терминов
Электрохимический ряд напряжений металлов
Гальванический элемент в банке
Почему растворы проводят электрический ток
Двойной электрический слой на поверхности
Электрохимическая коррозия
Биоэлектричество
   


Если айфон выключился и не включается, то обращайтесь в iPrivet.RU - ремонт iphone в Москве.


Яндекс цитирования

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы

Щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd) были изобретены еще в 1899 г. Вальдмаром Юнгнером. Однако материалы для производства таких аккумуляторов стоили дороже материалов для производства аккумуляторов других типов, и поэтому в то время широкого использования они не нашли. Только в 1932 г. была разработана технология нанесения активного материала пластин путем осаждения на губчатый (пористый) покрытый никелем электрод. А в 1947 г. стали известны работы над созданием герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов, в которых была осуществлена возможность рекомбинации газов, выделявшихся в процессе заряда, без их отвода. Конечным результатом этих разработок и стало появление герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, используемых и в настоящее время.

Ni-Cd аккумуляторы любят быстрый заряд, медленный разряд до состояния полного разряда и подзарядку импульсами тока, в то время как батареи других типов предпочитают частичный разряд и умеренные токи нагрузки. Это тип аккумуляторов, которые способны работать в самых жестких условиях.

Для никель-кадмиевых аккумуляторов крайне необходим полный периодический разряд: если его не делать, на пластинах элементов формируются крупные кристаллы, значительно снижающие их емкость (так называемый "эффект памяти").

Преимущества Ni-Cd аккумуляторных батарей:
• возможность быстрого и простого заряда, даже после длительного хранения аккумулятора;
• большое количество циклов заряд/разряд: при правильной эксплуатации - более 1000 циклов;
• хорошая нагрузочная способность и возможность эксплуатации при низких температурах;
• продолжительные сроки хранения при любой степени заряда;
• сохранение стандартной емкости при низких температурах;
• наибольшая приспособленность для использования в жестких условиях эксплуатации;
• низкая стоимость;

Недостатки Ni-Cd аккумуляторных батарей:
• относительно низкая по сравнению с другими типами аккумуляторных батарей энергетическая плотность;
• присущий этим аккумуляторам эффект памяти и необходимость проведения периодических работ по его устранению;
• токсичность применяемых материалов, что отрицательно сказывается на экологии, и некоторые страны ограничивают использование аккумуляторов этого типа;
• относительно высокий саморазряд - после хранения неоходим цикл заряда.

Никель-металлгидридные аккумуляторы в последние десятилетия существенно потеснили никель-кадмиевые во многих областях техники. Особенно широко они применяются в автономных источниках питания портативной аппаратуры, где увеличение их удельных характеристик в 1,5-2 раза по сравнению с никель-кадмиевыми привело к улучшению потребительских свойств этой аппаратуры.

Ni-Cd и Ni-MH источники тока, однако, имеют много общего, так как именно положительный оксидно-никелевый электрод определяет как разрядную емкость аккумулятора, так и в существенной степени его свойства.

Основные электрохимические процессы Ni-Cd аккумулятора

Основной процесс, происходящий на положительном оксидно-никелевом электроде в цикле заряда-разряда аккумуляторов, описывается следующим образом:

Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e- (заряд)
NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH- (разряд)

На отрицательном кадмиевом электроде аккумулятора проходит реакция:

Cd(OH)2 + 2e- → Cd + 2OH- (заряд)
Cd + 2OH- → Cd(OH)2 + 2e- (разряд)

Общая реакция в Ni-Cd аккумуляторе имеет вид:

2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 → 2NiOOH + Cd + 2H2O (заряд)
2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 (разряд)

При перезаряде никель-кадмиевых аккумуляторов на положительном электроде идет побочный процесс выделения кислорода:

2OH- → 1/2O2 + H2O + 2e- (перезаряд)

Кислород сквозь пористый сепаратор достигает отрицательного электрода и восстанавливается на нем:

1/2O2 + Cd + H2O → Cd(OH)2 (перезаряд)

Последняя реакция воплощает в жизнь замкнутый кислородный цикл и обеспечивает стабилизацию давления в герметичном никель-кадмиевом аккумуляторе при его перезаряде. Нужно отметить, что давление в аккумуляторе определяется не только скоростями протекания указанных реакций, но, главным образом, скоростью доставки кислорода от положительного электрода к отрицательному. Так же, при перезаряде отрицательного кадмиевого электрода может иметь место реакция выделения водорода:

H2O + e- → OH- + 1/2H2

который окисляется на оксидно-никелевом электроде в соответствии с реакцией:

NiOOH + 1/2H2 → Ni(OH)2

Реакция образования водорода опасна для герметичного аккумулятора, так как она может привести к накоплению водорода из-за низкой скорости реакции его поглощения. Для того чтобы в стандартной ситуации, условий для протекания реакции выделения водорода не возникало, в герметичном аккумуляторе емкость отрицательного электрода объемно заметно превосходит емкость положительного. Поэтому емкость герметичного никель-кадмиевого аккумулятора определяется емкостью его положительного оксидно-никелевого электрода.

Механизмы электродных реакций Ni-Cd аккумулятора

Положительный электрод
Исходный гидроксид никеля может существовать в двух формах: α- и β-Ni(OH)2, отличающихся степенью гидратации и плотностью. В разряженном электроде могут присутствовать обе формы Ni(OH)2. При заряде β-Ni(OH)2 переходит в β-NiOOH (при небольших изменениях кристаллической решетки вещества). На последней стадии заряда может образовываться γ-NiOOH. Соотношение β- и γ-фаз NiOOH зависит от условий заряда. γ-Фаза образуется при больших скоростях заряда и/или при существенных перезарядах. Ее образование приводит к коренной перестройке структуры оксидов. Плотность β-NiOOH равна 4,15 г/см3, плотность γ-NiOOH - 3,85 г/см3, поэтому при существенном перезаряде при образовании оксидов высшей валентности объем активной массы оксидно-никелевого электрода изменяется.

Электрохимическое поведение двух форм гидроксида никеля также различное. Заряд γ-NiOOH протекает с меньшей эффективностью, а коэффициент использования по току ниже, чем у β-NiOOH. Разрядный потенциал γ-NiOOH ниже на 50 мВ. Но при хранении его саморазряд в 2 раза медленнее.

Для обеспечения большего ресурса следует вести заряд с небольшим перезарядом до образования β-NiOOH, который обеспечивает малые объемные изменения электрода в цикле заряда-разряда.

Отрицательный электрод
В новых герметичных никель-кадмиевых аккумуляторах емкость кадмиевого электрода обычно выше емкости оксидно-никелевого электрода на 20-70%. Поэтому потенциал кадмиевого электрода в цикле заряда-разряда аккумулятора может считаться неизменным.

Электрические характеристики никель-кадмиевого аккумулятора

Номинальное напряжение герметичных Ni-Cd аккумуляторов - 1,2 В.
Номинальный (стандартный) режим заряда никель-кадмиевого аккумулятора - током 0,1 С в течение 16 ч.
Номинальный режим разряда никель-кадмиевого аккумулятора - током 0,2 С до напряжения 1 В.

Стандартный вид разрядных характеристик герметичных цилиндрических никель-кадмиевых аккумуляторов при разных режимах показан на рисунке 1.

Разрядные характеристика никель-кадмиевого аккумулятора (Ni-Cd) при различных токах разряда
Рис.1. Разрядные характеристика никель-кадмиевого аккумулятора (Ni-Cd) при различных токах разряда

Работоспособность аккумуляторов также отображается в кривых зависимости разрядной емкости от температуры и токов нагрузки (рисунок 2 и 3).

Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора (Ni-Cd)
Рис.2. Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора (Ni-Cd)< BR>

Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора (Ni-Cd)
Рис.3. Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора (Ni-Cd)

Тепловыделение в герметичном Ni-Cd аккумуляторе зависит от уровня его заряженности. После сообщения 70% емкости начинается выделение кислорода и разогрев аккумулятора, обусловленный ионизацией кислорода на отрицательном электроде. К концу заряда в стандартном режиме температура аккумулятора может взрасти на 10-15 °С. При быстром заряде разогрев больше (до 40-45 °С).

Саморазряд герметичных Ni-Cd аккумуляторов определяется в первую очередь термодинамической неустойчивостью положительного оксидно-никелевого электрода. Влияние на саморазряд микроутечек между разнополярными электродами сравнительно мало в начале эксплуатации, но возрастает с наработкой.

При отключении аккумулятора с заряда, высокий потенциал поверхности заряженного оксидно-никелевого электрода постепенно снижается. Уровни заряженности поверхностных и глубинных слоев электрода выравниваются. В результате со временем скорость саморазряда понижается. Из-за различий в рецептуре и технологии скорость саморазряда и уровень стабилизации остаточной емкости у аккумуляторов разных серий даже одного производителя могут существенно различаться.

Процесс саморазряда ведет не только к утрате емкости, но и к общему снижению напряжения (на 30-50 мВ). Это связано как с постепенным выравниванием уровня заряженности поверхностных и глубинных слоев электродов, так и с частичной пассивацией их активных масс.

Типичный характер изменения потерь емкости Ni-Cd аккумуляторов изображен на рисунке 4. Хранение аккумуляторов при более низкой температуре понижает потери: обычно саморазряд при 0 °С в 2 раза меньше, чем при 20 °С. Из рисунка видно, как понижается со временем скорость саморазряда.

Саморазряд герметичного никель-кадмиевого аккумулятора при различных температурах хранения
Рис.4. Саморазряд герметичного никель-кадмиевого аккумулятора при различных температурах хранения

Обычно, при потребности постоянно поддерживать максимальный уровень заряженности аккумуляторов после стандартного заряда их переключают в режим подзаряда малым током, который должен компенсировать саморазряд при хранении. Токи подзаряда (порядка 0,03-0,05 С) оговариваются производителем.

Аккумуляторы разной конструкции обладают различной способностью к продолжительному перезаряду. Понятно, что дисковые аккумуляторы с толстыми ламельными электродами менее всего способны выдержать перезаряд. Среди цилиндрических аккумуляторов есть такие серии, аккумуляторы которых способны переносить перезаряд током 0,1С в течение многих месяцев.

Удельные энергетические характеристики Ni-Cd аккумуляторов
Дисковые аккумуляторы с двумя электродами среди герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов обладают самыми маленькими удельными энергетическими характеристиками: 15-18 Втч/кг и 35-45 Втч/л. Аккумуляторы дисковые с четырьмя электродами имеют вдвое более высокие характеристики. А удельные энергетические характеристики цилиндрических аккумуляторов достигают величин 45 Втч/кг и 130 Втч/л. У Ni-Cd аккумуляторов с положительным электродом на войлочной основе они еще выше: до 55 Втч/кг и 175 Втч/л.

Эксплуатационные характеристики Ni-Cd аккумуляторов

Режимы разряда
Разрядные характеристики аккумуляторов при разных плотностях тока определяются особенностями аккумуляторов, влияющими на величину их внутреннего сопротивления. К таким особенностям принадлежат прежде всего толщина электродов и их структурные характеристики, плотность сборки пакета электродов, толщина и структура сепаратора, количество электролита и отдельные параметры конструкции аккумулятора.

Для дисковых аккумуляторов с толстыми прессованными электродами, предназначенных для работы при продолжительном режиме разряда, характерна разрядная кривая с изменением напряжения с постоянно малой скоростью до напряжения 1,1В. Разрядная емкость, снимаемая при дальнейшем разряде до 1В, составляет 5-10 % Сн.

У этих аккумуляторов отмечается заметное снижение среднего разрядного напряжения и отдаваемой емкости с увеличением плотности тока до 0,2С. Это определяется невозможностью равномерного быстрого разряда активной массы по всей толщине электрода.

Снижение толщины электродов (при увеличении их числа с 2 до 4) позволило для дисковых аккумуляторов, предназначенных для использования при среднем режиме разряда, увеличить границу токов разряда до 0,6 С.

Короткоразрядные аккумуляторы с металлокерамичеекими электродами благодаря малому внутреннему сопротивлению обладают более высокими энергетическими показателями. При номинальных токах разряда разрядная кривая аккумуляторов имеет меньший градиент спада напряжения. Обычно, напряжение аккумуляторов выше 1,2В сохраняется вплоть до исчерпания 0,9 Сн. При разряде от 1,1 до 1,0В снимается не более 3% Сн. Такие аккумуляторы могут быть использованы при разряде токами до 3-5 С.

Современные цилиндрические Ni-Cd аккумуляторы с рулонными электродами допускают еще более высокие разрядные токи: для некоторых типов аккумуляторов максимальный долговременный ток составляет 7-10С.

Влияние режима разряда на величину разрядной емкости изображено на рисунках 2 и 3. Из рисунка видно, насколько существенным фактором внешнего влияния на электрические характеристики аккумуляторов является температура окружающей среды. Емкость, которая может быть получена от аккумулятора при 20 °С, наибольшая. Она почти не уменьшается и при разряде при более высокой температуре. Но при температуре ниже 0 °С разрядная емкость уменьшается, и тем больше, чем больше разрядный ток.

Снижение емкости при низкой температуре связано со снижением разрядного напряжения аккумулятора из-за существенного роста как омического, так и поляризационного сопротивления. Рост сопротивления определяется малым количеством электролита в герметичном аккумуляторе. Именно поэтому так существенно сказываются на характеристиках аккумулятора концентрация и состав электролита, которые определяют температуру образования в электролите той или иной твердой фазы: льда, кристаллогидратов, солей и др. Замерзание электролита вообще исключает вероятность разряда. Поэтому нижняя температурная граница работоспособности герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов редко бывает ниже -20 °С. Но при коррекции состава и концентрации электролита в отдельных типах аккумуляторов при -40 °С удается получить - 0,5Сн при токе разряда 0,2С и 0,2Сн при токе 1С.

Режимы заряда Ni-Cd аккумуляторов
При заряде герметичного аккумулятора кроме проблемы восстановления истраченной энергии, важным является ограничение его перезаряда, поскольку процесс заряда сопровождается повышением давления внутри аккумулятора. По мере заряда оксидно-никелевого электрода начинается побочный процесс выделения кислорода, и коэффициент использования тока к окончанию заряда заметно падает. На рисунке 5 показаны типичные кривые, отображающие зависимость разрядной емкости цилиндрического аккумулятора от емкости, сообщенной при разных скоростях заряда. Из этих кривых видно, что для полного заряда аккумулятора ему достаточно сообщать не более 160 % номинальной емкости.

Эффективность заряда никель-кадмиевого аккумулятора при различной скорости заряда
Рис.5. Эффективность заряда никель-кадмиевого аккумулятора при различной скорости заряда

Аккумуляторы могут быть заряжены при температуре от 0 до +40 °С, наиболее эффективно в интервале температур от +10 до +30 °С. При низкой температуре поглощение кислорода на отрицательном электроде сильно замедляется и при перезаряде быстрое повышение давления может привести к открытию аварийного клапана. При высокой температуре понижается потенциал, при котором на положительном электроде начинает выделяться кислород, что приводит к более раннему началу этого процесса.

При одной и той же температуре повышение тока для ускорения процесса заряда приводит к увеличению скорости выделения кислорода. Скорость газо-поглощения кислорода при этом практически не изменяется. Она в большей степени зависит от особенностей аккумулятора, которые определяют перенос кислорода от положительного электрода к отрицательному, а именно: от плотности компоновки пакета электродов, толщины и структурных параметров электродов и сепарационного материала, количества электролита.

Заряд тем эффективнее, чем тоньше электроды аккумулятора и плотнее сборка их пакета. Именно поэтому цилиндрические аккумуляторы с электродами рулонного типа больше приспособлены к заряду с большой скоростью. Из кривых на рисунке 5 видно, что для таких аккумуляторов эффективность заряда в интервале токов заряда 0,1-1С практически не изменяется. А уменьшение тока заряда приводит к заметному уменьшению емкости, которую можно получить от аккумулятора при последующем разряде.

Номинальным (стандартным) режимом заряда является режим, при котором аккумулятор, разряженный до 1В, заряжается током 0,1С в течение 16 ч. Для отдельных аккумуляторов продолжительность заряда в номинальном режиме составляет 14 ч. Это ограничение оговаривает предприятие-изготовитель, оно определяется особенностями конструкции аккумулятора или повышенной закладкой активных масс с целью увеличения емкости.

Кроме гальваностатического заряда (заряда при постоянном токе) для герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов могут быть применены другие стратегии заряда, при которых в конце зарядного процесса ток снижается плавно или ступенчато до величин, позволяющих вести процесс практически бесконечно без повреждения аккумулятора. В этом случае на начальной ступени заряда ток может быть значительно выше стандартного тока 0,1 С.

В настоящее время во многих случаях появляется настоятельная необходимость в ускорении процесса заряда. Эта проблема решается при применении аккумуляторов, способных к эффективному заряду током повышенной плотности, постоянным по величине в процессе всего заряда, и систем контроля, не допускающих чрезмерного перезаряда аккумуляторов.

Большая часть цилиндрических аккумуляторов может быть заряжена постоянным током 0,2 С за 6-7 ч либо током 0,3 С за 3-4 ч (при контроле лишь времени заряда). При ускоренном относительно стандартного заряде рекомендуется перезаряд не более чем до 120-140 %. При этом обеспечивается разрядная емкость не менее номинальной. Аккумуляторы серий, разработанных для циклирования в ускоренных режимах, могут быть заряжены еще быстрее: в течение около 1 ч. Но в этом случае они требуют специфического контроля напряжения и/или температуры во избежание деградации аккумуляторов из-за быстрого увеличения давления.

Пауза между зарядом и разрядом
После прекращения заряда повышение давления в аккумуляторе некоторое время продолжается, так как на оксидно-никелевом электроде идет процесс окисления гидроксильных ионов. По мере снижения потенциала оксидно-никелевого электрода за счет саморазряда скорость процесса газовыделения понижается и становится соизмеримой со скоростью поглощения кислорода на отрицательном электроде. В результате давление в аккумуляторе начинает понижаться. Понятно, что при одинаковом уровне перезаряда чем больше была скорость заряда, тем больше растет давление в аккумуляторе после прекращения заряда.

Изменения в никель-кадмиевом аккумуляторе в процессе эксплуатации

Работоспособность герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов при эксплуатации определяется главным образом постепенными изменениями, которые происходят в аккумуляторах при циклировании и приводят к неминуемому уменьшению разрядной емкости и напряжения.

Анализ данных об отказах герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов показывает, что при их эксплуатации накапливаются эффекты, связанные со следующими факторами:
- потерей активных масс и перераспределением их на электродах;
- понижением рабочей поверхности электродов;
- протеканием процессов, связанных с необратимым потреблением кислорода и воды, а также распадом органических веществ (различных добавок);
- изменением количества и состава электролита и его перераспределением внутри аккумулятора;
- появлением утечек по проводникам 1-го рода в результате роста дендритов металлического кадмия.

Изменения в оксидно-никелевом электроде
В результате циклического изменения плотности активных масс оксидно-никелевого электрода при длительном циклировании аккумуляторов имеет место набухание положительного электрода и снижается его механическая прочность. Ухудшение контакта между основой оксидно-никелевого электрода и активной массой приводит к уменьшению электрической проводимости электрода и снижению емкости аккумулятора.

Снижение механической прочности оксидно-никелевого электрода происходит в большей степени при регулярных перезарядах, что связано с эффектами от процесса выделения кислорода в поровом пространстве оксидно-никелевого электрода. При этом в спеченных металлокерамических электродах эти изменения существенно меньше, чем в электродах прессованных.

При циклировании аккумулятора отмечается также укрупнение кристаллической структуры активных масс оксидно-никелевого электрода, что влечет за собой уменьшение рабочей поверхности электрода и снижение емкости аккумулятора.

Изменения в кадмиевом электроде
Главным процессом на отрицательном кадмиевом электроде, определяющим его деградацию, является процесс миграции активной массы, которая после длительного циклирования обнаруживается и в сепараторе, и на поверхности положительного электрода. Результатом этого является не только некоторая потеря активных масс, но и блокировка пор в поверхностных слоях кадмиевого электрода, которая препятствует доступу электролита в глубь его и приводит к увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора. Миграция активных масс и прорастание дендритных мостиков от отрицательного электрода через сепаратор вплоть до поверхности оксидно-никелевого электрода приводит к микро- коротким замыканиям разнополярных электродов. В итоге саморазряд аккумуляторов увеличивается.

В кадмиевом электроде, как и в оксидно-никелевом электроде, при циклировании аккумулятора имеют место рост крупных кристаллов и некоторое набухание активных масс.

Необратимые окислительно-восстановительные процессы
В герметичном Ni-Cd аккумуляторе могут протекать также и другие необратимые процессы, ограничивающие срок службы аккумулятора. Один из этих процессов связан с высоким окислительным потенциалом оксидно-никелевого электрода, с возможностью окисления на нем органических примесей, активирующих и стабилизирующих добавок, находящихся в аккумуляторе. Кроме того, металлокерамическая основа оксидно-никелевого электрода способна при циклировании медленно окисляться с потреблением воды и образованием гидроксида никеля Ni(OH)2.

Повышение давления в герметичном аккумуляторе
При понижении емкости отрицательного электрода изменяется соотношение емкостей положительных и отрицательных электродов. В результате при перезаряде увеличивается риск начала процесса выделения водорода. Водород при низкой скорости его рекомбинации может накапливаться в аккумуляторе от цикла к циклу и создать угрозу быстрого увеличения давления (в особенности при быстрых зарядах). У аккумуляторов дисковых и призматических при постоянно повышенном давлении деформация корпуса (еще до нарушения герметичности аккумулятора) приводит к снижению плотности сборки аккумуляторов, увеличению сопротивления аккумуляторов и уменьшению разрядного напряжения.

Водород накапливается в аккумуляторе также и при регулярных переразрядах ниже 0 В. Следует учитывать также, что в аккумуляторе присутствует и азот, который попадает в него при герметизации. Парциальное давление азота в процессе циклирования немного возрастает за счет восстановления примесей нитратов, содержащихся в электролите.

Герметичные щелочные аккумуляторы оснащены аварийным клапаном для сброса излишнего давления газа. Но их эксплуатация не предусматривает неоднократного вскрытия клапана, так как это приводит к необратимой потери баланса состава химического элемента.

Изменения состава и количества электролита
При эксплуатации аккумуляторов из-за набухания электродов и изменения их пористой структуры происходит отсасывание электролита из сепаратора. Поэтому с наработкой внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается.

Изменяется и состав электролита. Количество карбонатов с наработкой может значительно возрасти по сравнению с изначальным состоянием. Электропроводность электролита при этом уменьшается, и характеристики аккумуляторов при разряде короткими режимами ухудшаются при всех температурах, но особенно заметно при низких.

Влияние режимов эксплуатации и температуры на скорость процессов деградации аккумуляторов при циклировании

Температура окружающей среды является одним из самых значительных факторов внешнего воздействия, определяющим длительность работоспособного состояния герметичных аккумуляторов.

На процессы старения аккумуляторов наибольшее влияние оказывает высокая температура, при которой ускоряются все химические реакции (в 2-4 раза на каждые 10 °С), в том числе и ведущие к порче аккумулятора. Влияние температуры повышается с увеличением зарядных токов из-за разогрева аккумуляторов при перезаряде.

При низких температурах относительное понижение емкости кадмиевого электрода при длительном циклировании больше, чем уменьшение емкости оксидно-никелевого электрода, что следует учитывать при работе источника тока в северных широтах. В этом случае при заряде увеличивается опасность выделения водорода.

На срок службы аккумуляторов сильное воздействие оказывает режим эксплуатации: режим и глубина разряда, режим заряда, длительность паузы между зарядом и разрядом при непрерывном циклировании, периоды эксплуатации и хранения. На рисунке 6 показано изменение величины наработки в циклах цилиндрических аккумуляторов стандартной серии в зависимости от глубины разряда.

Наработка герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов при разной глубине разряда
Рис.6. Наработка герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов при разной глубине разряда

В заключение следует отметить также довольно хорошую устойчивость Ni-Cd аккумуляторов к случайным переразрядам. В этом случае в аккумуляторе выделяется водород, рекомбинация которого очень низка, но при нечастых переразрядах его количество не приводит к разгерметизации, а напряжение аккумулятора при снятии поляризации восстанавливается.

Работоспособность аккумуляторов в режиме постоянного подзаряда
В режиме непрерывного подзаряда герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов обычно обеспечивают ток порядка 0,03-0,05 Сн. Срок эксплуатации при таком режиме зависит как от тока подзаряда, так и от температуры окружающей среды. При повышенной температуре выделение кислорода увеличивается, и это приводит к ускорению деградационных реакций в аккумуляторе.

Для работы в режиме непрерывного подзаряда при температуре в помещении до +50-55 °С многие компании разработали особые серии цилиндрических аккумуляторов с рулонным пакетом электродов, которые имеют гарантированный срок службы не менее 4 лет. В этих аккумуляторах скорректирован состав электролита и предприняты меры к ускорению процесса газопоглощения.

При первом разряде после продолжительного подзаряда емкость аккумулятора как правило несколько ниже, чем у свежезаряженных аккумуляторов, но после нескольких циклов она быстро восстанавливается до прежнего уровня.

В случаи использования содержимого сайта, необходимо ставить активные ссылки на данный сайт видимые посетителями и поисковыми роботами.

Литература

 














Copyright © 2007-2009 PowerInfo.ru