Щелочные НК и никель-металлгидридные аккумуляторы (основные характеристики, способы эксплуатации).

В переносной аппаратуре связи, а также на сельских АТС небольшой емкости находят применение щелочные ак., которые в отличие от кислотных могут эксплуатироваться при низких температурах окружающей среды. На практике применяются как герметичные никель-кадмиевые (НК) ак., так и НК ак. закрытого типа.Наибольшее применение находят ламельные НК ак.закрытого типа. Ламели представляют собой плоские коробочки из стальной никелированной перфорированной ленты, в которые помещается активная масса электродов. Ламели закрепляются в рамках из никелированной стали, образуя положительные и отрицательные пластины аккумулятора. Активная масса положительных пластин состоит из гидроксида никеля, активная масса отрицательных пластин — из кадмия. Положительные и отрицательные пластины изолируются друг от друга полимерным сепаратором и помещаются либо в стальные никелированные, либо в полупрозрачные ударопрочные пластиковые сосуды (число положительных пластин

на одну больше числа отрицательных пластин). Верхняя крышка аккумулятора, как и в классических свинцово кислотных аккумуляторах, имеет заливочное отверстие, закрываемое пластмассовой пробкой. Электролитом служит водный раствор гидроксида калия плотностью 1,19... 1,21 г/см3 с добавкой 20 г/л гидрата окиси лития.Основная электрохимическая реакция при заряде и разряде НК аккумулятора имеет вид:

Как следует из этой реакции, в НК аккумуляторах в процессе заряда и разряда электролит активно не участвует и поэтому его концентрация практически не меняется. Кроме основной электрохим. реакции, при перезарядах НК аккумуляторов протекают побочные процессы, связанные с выделением кислорода на положительном электроде и водорода на отрицательном электроде. Кислород, выделяющийся на положительном электроде, через пористый сепаратор достигает отрицательного электрода, где и вступает в реакцию с кадмием, реализуя так называемый замкнутый кислородный цикл. В нормальной ситуации скорость доставки кислорода от положительного электрода к отрицательному и его рекомбинация обеспечивают отсутствие избыточного давления и в герметичных НК ак..Скорость окисления водорода на положительном электроде протекает с более низкой скоростью, что может привести к накоплению водорода и разгерметизации герметичного аккумулятора.

Для того чтобы исключить возможность разгерметизации, емкость отрицательного электрода (количество активной массы) обычно заметно превышает емкость положительного электрода. Поэтому емкость герметичного НК аккумулятора определяется емкостью его положительного оксидно-никелевого электрода. Герметичные НК ак. выполняются, как правило, безламельными (пластины изготовляются напрессовкой порошкообразной активной массы на стальную рамку с последующей формовкой, в процессе которой им придают необходимую пористость и прочность). Безламельные ак. характеризуются большими удельными значениями емкости и энергии и имеют существенно меньшее внутреннее сопротивление. Однако по сроку службы и механической прочности они уступают ламельным аккумуляторам.

ЭДС щелочных аккумуляторов ниже, чем у кислотных. У полностью заряженного НК аккумулятора ЭДС составляет 1,30... 1,35 В. Номинальное напряжение (среднее значение напряжения при разряде) НК ак. принимается равным 1,2 В, а напряжение в конце разряда 1,0 В. Конечное напряжение заряда — 1,75... 1,8В.

Столь большое относительное, изменение напряжения НК ак. ограничивает их применение в стационарных установках связи. В настоящее время в персональных компьютерах, сотовых телефонах, измерительной и бытовой технике достаточно широко применяются герметичные никель-металлгидридные (Ni-MH) ак.. Замена отрицательного кадмиевого электрода на электрод из сплавов никеля с металлами редкоземельной группы позволила увеличить в 1,5 раза объем и емкость положительного электрода, который и определяет емкость аккумулятора при тех же габаритах и массе. Отказ от кадмия означает также переход к более экологически чистым производствам и позволяет легче решать проблему утилизации использованных аккумуляторов. Кроме того в Ni-MH ак.удалось до некоторой степени уменьшить «эффект памяти» (необходимость перед зарядом полностью разряжать аккумулятор для предотвращения ухудшения его характеристик), что позволяет использовать их в аппаратуре в качестве буферного источника питания. Отечественными и зарубежными фирмами выпускаются аккумуляторы с номинальной емкостью до 15 А-ч. Номинальное напряжение Ni-MH аккумулятора такое же, как и у НК ак..Однако следует иметь в виду, что в процессе заряда Ni-MH аккумулятора выделяется больше теплоты, чем при заряде НК аккумуляторов. Поэтому их эксплуатация при температурах выше 40 °С недопустима. Кроме того, следует иметь в виду, что потери емкости отрицательного электрода при очень глубоких разрядах безвозвратны, что предъявляет более жесткие требовании к подбору ак. при их последовательном соединении в батарею и контролю процесса разряда, чем в случае использования НК аккумуляторов. Последовательное соединение более 10 аккумуляторов не рекомендуется. Для контроля заряда Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов и ак.батарей ведущие фирмы изготовители выпускают специализированные микроконтроллеры в интегральном исполнении, позволяющие контролировать процесс заряда по нескольким параметрам, что обеспечивает надежную их работу.