Лужні акумулятори: принцип роботи, переваги та недоліки
Для багатьох пристроїв потрібне живлення. Для цього застосовуються лужні акумулятори. Вони включають у свою конструкцію два електроди і рідкий склад, що використовує луг. Такі елементи живлення мають термін експлуатації, що сягає 25 років. Технологія припускає можливість прискореної зарядки. Розряджання може забезпечувати підвищену потужність.
Принцип роботи
Лужні акумулятори можуть відрізнятися залежно від речовин, які використовуються для електролітів та пластин. Найбільш ефективними вважаються нікель-кадмієві або нікель-залізні акумулятори.
Тут використовується лужний електроліт, що має у своєму складі гідроксиди калію та літію, застосування якого сприяє збільшенню ємності батареї. Він також покращує розрядні характеристики акумулятора.
Позитивний електрод є сумішшю наступних елементів:
- гідрат закису нікелю;
- графітовий порошок, до якого додано окис барію.
Негативний електрод, відповідно, зроблений із чистого кадмію чи заліза. Його також створюють із використанням гідрату закису одного з цих металів.
Електроди зроблені з використанням дрібної сотової сітки. На неї нанесені активні речовини, призначені для взаємодії з електролітом.
Лужні батареї мають перевагу перед кислотними, що полягає в тому, що вони допускають перезаряджання. Найчастіше її тривалість становить 6 годин. Якщо тривале зберігання в розрядженому стані, то час зарядки збільшується — воно може тривати до 12 годин.
Лужні акумуляторні батареї випускають у дерев'яному чи металевому корпусі. Вони можуть складатися з кількох акумуляторів. При зміні електроліту потрібно виходити з об'єму рідини, необхідної для одного пристрою і помножити їх кількість.
Особливості лужних акумуляторів
На нікель-кадмієвих є позначення «НК» далі після тире зазначена ємність в ампер-годинниках. Наприклад, якщо написано «НК-13», то йдеться про акумулятор типу, що розглядається, який забезпечує ємність, рівну 13 А/год. Такі пристрої мають позитивний полюс замкнутий на корпус.
Якщо стоїть позначення «НЖ», то йдеться про нікель-залізну батарею. Через тиру після цих літер вказано ємність. Наприклад, акумулятор «НЖ-45» становить 45 А/год. На відміну від кадмієвих, у залізних на корпус замкнутий негативний електрод.
Плюси і мінуси
Використання лужних акумуляторів дозволяє застосувати такі переваги:
- Ці пристрої стабільно працюють за умов негативних температур. Після того, як стане холодніше -25, при охолодженні на кожний градус ємність зменшуватиметься на 0,5%.
- Якщо регулярно здійснювати обслуговування, то лужні акумулятори 12В або інші будуть справно служити протягом багатьох років.
- Виключено можливість раптового зникнення струму. Ця властивість є корисною, наприклад, при застосуванні лужних автомобільних акумуляторів.
- Такі батареї характеризуються невеликою вагою та компактними розмірами.
- Вони мають незначний мимовільний розряд.
Лужні АКБ має певні недоліки:
- Вони мають відносно невеликий коефіцієнт корисної дії. Зазвичай він дорівнює 50%-55%. Для порівняння потрібно враховувати, що у кислотних акумуляторах цей показник досягає 80%.
- Такі батареї мають ефект пам'яті, який може суттєво погіршити характеристики.
У процесі застосування спостерігається великий розкид робочої напруги. Наприклад, лужний акумулятор 12В створює різницю потенціалів, яка може знаходитися в межах 10-17,5 В.
Де використовуються
Такі акумулятори мають широке застосування. Їх використовують для наступних цілей:
- на залізничних локомотивах;
- для вантажних механізмів під час роботи на складі;
- застосовується до роботи різних видів сигналізації;
- використовуються щодо запуску силових агрегатів.
Існують лужні акумулятори, які активно використовують у різних видах портативної техніки. Вони можуть застосовуватися, наприклад, для роботи електроінструментів, пультів управління телевізором та інших цілей.
Заміна електроліту
Використання лужних акумуляторів розраховане довгі роки. Однак він забезпечує високу якість роботи лише за умови правильного обслуговування. Необхідною операцією є регулярна заміна електроліту.
Про особливості роботи лужних батарей розказано у ролику:
Корисне відео
Її слід проводити після здійснення 100-150 циклів зарядки та розрядки лужних акумуляторних батарей. Процедура полягає в наступному:
- Потрібно провести розрядку акумулятора до тих пір, поки напруга на його виходах не стане меншою за 1 В.
- Електроліт, що раніше використовується, потрібно акуратно злити в заздалегідь підготовлену ємність.
- Виконуючи цю операцію потрібно періодично проводити легке струшування. Воно потрібне для того, щоб на стінах не залишалися забруднення.
- Після повного видалення електроліту необхідно його ретельно промити. Для цього можна використовувати дистильовану або трохи підлужену воду. При цьому потрібно струшувати батарею для покращення якості очищення.
- Відразу після завершення промивання лужного акумулятора проводять заливання нового розчину. Після цього складу дають відстоятись протягом двох годин.
- Після цього потрібно перевірити щільність розчину та переконатися, що вона відповідає необхідної. При необхідності лужний розчин слід долити.
- Закривають кришки акумулятора.
У процесі роботи не можна робити перерву, внаслідок якої батарея всередині стане сухою. Це може спричинити корозію елементів лужних акумуляторних батарей.
Приготування розчину електроліту
Для лужного акумулятора його можна робити на основі твердих або рідких лугів. Щоб приготувати з окремих компонентів, потрібно зробити таке:
- Потрібно підготувати розчин їдкого калію. У нього має бути щільність, що дорівнює 1,19-1,21 г/куб. див.
- На кожен літр додають 20 г їдкого літію та акуратно перемішують.
- Роблять розчин їдкого натрію з розрахунку 1,17-1,19 г/куб.
- До нього додають їдкого літію по 20 г на літр.
З цих компонентів роблять електроліт необхідного для лужних АКБ складу.
Як виконується зарядка
Підготовка лужної АКБ до роботи, як правило, вимагає 6 годин. Однак для цього допускається застосування різних режимів роботи:
- 6 годин заряджатиметься за умови використання номінальної сили струму.
- Якщо в перші дві години її перевищити вдвічі, а залишок робити при дотриманні звичайного режиму, час може скоротитися на кілька годин.
- Посилений варіант виконується, якщо за звичайної сили струму збільшити час підзарядки вдвічі.
Для заряджання лужного акумулятора найкраще використовувати стандартний режим. При його застосуванні знос батареї буде мінімальним. Процедура заряджання передбачає виконання наступних дій:
- Необхідно забезпечити отримання необхідної сили струму.
- До джерела підключають клеми батареї.
- Здійснюється включення струму.
- Потрібно прочекати необхідний час, протягом якого заряджається лужна батарея. У цьому важливо переконатися, що перегрів немає. Зазвичай температура має перевищувати 45 градусів.
Після завершення заряджання акумулятор відключають від джерела енергії.
Історія виникнення простої лужної батареї
Винахідниками лужних акумуляторів вважають Томаса Едісона та Вольдемара Джангера. Обидва фахівці працювали незалежно один від одного. Першою компанією, яка виробила промислове використання, стала Duracell.
Вона забезпечила постачання лужних елементів живлення для портативної техніки на той час. Розглянуті батареї тоді конкурували з сольовими, але значно перевершували їх за своїми характеристиками.
Як влаштовано батарейку
У ній використовується катод, який включає наступні речовини:
- 7% -10% графіту;
- 25%-30% розчин калію гідроксиду;
- 65%-75% діоксид марганцю;
- 1% становить сполучні компоненти.
Як луг може використовуватися також гідроксид літію або натрію. Для виготовлення анода застосовують очищений цинк із добавками, що оберігають від корозії. Раніше для цієї мети брали свинець і ртуть, тепер перейшли до застосування в цій якості вісмуту та алюмінію.
Конструкція такого лужного акумулятора включає такі елементи:
- Внутрішня частина батареї містить цинкову пасту, яка є порошком. Така форма забезпечує більш ефективну роботу порівняно із сольовими батареями.
- Цинк знаходиться у суміші зі спеціальним гелем. Він виробляє негативний потенціал. Стрижень із латуні знімає цей заряд на зовнішній висновок.
- Катод із діоксиду марганцю, перемішаний з графітовим загусником відокремлюється від цинкової пасти за допомогою спеціального складу.
- Позитивний потенціал виводиться на сталеву склянку, що має нікелеве покриття. Він ізольований від оболонки батареї.
У процесі експлуатації утворюється незначна кількість газу. Його тиск стримується особливою прокладкою. Запобіжником є спеціальна мембрана. Якщо газу багато, вона лопається і він проходить назовні.
У цьому відео розглядаються алкалінові батареї:
Корисне відео
Батарейки відрізняються формою. Деякі зроблені як циліндра, інші є плоскими. Останні також називають пігулковими. Вони використовуються для портативних пристроїв, наприклад, для наручного годинника. Такі джерела живлення дають напругу від 1,5 до 9 В. Ємність батарей, що розглядаються, зазвичай не перевищує 3000 мА/год. В окремих випадках цей параметр може бути більшим.
Плюси та мінуси лужних батарейок
Такі лужні акумулятори надають такі переваги:
- Тривалий термін служби.
- Доступна вартість, яка поєднується із високою якістю роботи.
- Великий вибір типів батарейок та розмірів.
- Низький ризик протікання батареї.
- Невеликий рівень саморозряду.
При їх застосуванні користувач зіткнеться з такими недоліками:
- Якісні батареї можуть коштувати значно дорожче.
- Потрібна спеціальна процедура утилізації, так у складі є речовини, які можуть завдати шкоди екології.
Такі джерела струму набули широкого поширення завдяки своїй якості.
Висновок
Лужні елементи живлення забезпечують електроенергією велику кількість пристроїв. За дотримання правил експлуатації вони будуть служити багато років. Купуючи лужний акумулятор для певного пристрою, слід стежити, щоб він відповідав необхідним параметрам.
