Щелочные АКБ (КН / ЖН)- наследие Эдисона и СССР

[booseli]

[b-b]УЖЕ ИМЕЮ НА РУКАХ ЛИТЕРАТУРУ - ПОЗЖЕ ОЦИФРУЮ И ВЫЛОЖУ ДЛЯ ВСЕХ[/b-b]

Щелочные аккумуляторы бывают двух типов: кадмиево-никелевые (типа КН) и железо-никелевые (типа ЖН).

Активной массой положительных пластин для обоих типов щелочных аккумуляторов служит гидрат окиси никеля. Для отрицательных пластин аккумуляторов КН активной массой является смесь кадмия с железом, а для ЖН — химически чистое железо. Пластины щелочных аккумуляторов представляют собой стальные никелированные рамки с ячейками, в которые помещают пакетики из тонкой (0,1 мм) никелированной перфорированной стали. В пакетики запрессовывается активная масса. В аккумуляторах ЖН число отрицательных пластин на единицу больше, чем положи¬тельных, и блок отрицательных пластин соединен с корпусом сосуда.
В аккумуляторах КН число положительных пластин на единицу больше, чем отрицательных, и корпус сосуда соединен с блоком положительных пластин.
Сосудом щелочных аккумуляторов служит стальная сваренная коробка, в крышке которой имеются три отверстия: два для вывода зажимов и одно для заливки электролита и выхода газов.
Электролитом щелочных аккумуляторов является раствор едкого калия КОН с удельным весом 1,18—1,20.
На  рис.  65  показан  внешний вид щелочного аккумулятора.

Уравнение реакции разряда — заряда железо-никелевого аккумулятора имеет следующий вид:
[b-b]2Ni(OH)2 + 2KOH + Fe(OH)2 = 2Ni(OH)3 + 2KOH + Fe (разряд)
2Ni(OH)3 + 2KOH + Fe = 2Ni(OH)2 + 2KOH + Fe(OH)2 (заряд)[/b-b]
Реакции разряда—заряда для кадмиево-никелевого аккумулятора выражаются следующим уравнением:
[b-b]2Ni(OH)3 + 2KOH + Cd = 2Ni(OH)2 + 2KOH + Cd(OH)2 (разряд)
2Ni(OH)2 + 2KOH + Cd(OH)2 = 2Ni(OH)3 + 2KOH + Cd (заряд)[/b-b]

В начале заряда батареи щелочных аккумуляторов на каждый аккумулятор подают около 1,55 в, затем напряжение постепенно
увеличивают и доводят его в конце заряда до 1,75—1,8 в.
Напряжение заряженного щелочного аккумулятора, отключенного от зарядного агрегата, составляет 1,25—1,3 в.
Разряжать щелочной аккумулятор можно только до напряжения 1,0—-1,1 в. При понижении температуры против нормальной (+25°) емкость щелочных аккумуляторов уменьшается на 0,5%  на каждый градус понижения температуры.
Щелочные аккумуляторы имеют следующие преимущества перед свинцово-кислотными:

• при их изготовлении не употребляется дефицитный  свинец;
• они обладают большой выносливостью и механической прочностью — не боятся сильных токов разряда, тряски, ударов и даже коротких замыканий;
• при длительном бездействии несут малые потери на саморазряд и не портятся, имеют большой срок службы;
• при  работе  выделяют  меньшее  количество   вредных   газов  и испарений;
• имеют меньший вес, чем свиицово-кислотные;
• менее требовательны в отношении постоянного квалифицированного ухода;
• имеют большее внутреннее сопротивление, чем свинцово-кислотные, поэтому не боятся внезапных перегрузок.

Недостатки щелочных аккумуляторов по сравнению со свинцово-кислотными: меньшая ЭДС; более низкий КПД (52—55%); более высокая стоимость.

[booseli]

Железо-никелевый аккумулятор - наследие СССР

Параметры

    Запасенная энергия/масса: 20-50[4] Вт*ч/кг
    Запасенная энергия/объем: 350[5] Вт*ч/л
    Мощность/Вес: 100[4] Вт/кг
    Эффективность: 65%[6]
    Стоимость: 1.5[5] - 6.6[4] Вт*ч/US$
    Саморазряд: 20%[5][4] - 40%[4]/месяц
    Срок службы: 30[6] - 50 лет[7][5]
    Количество рабочих циклов: Многократный глубокий разряд на срок службы заметно не влияет.[6][5]
    Напряжение: 1.2 V[4]
    Рабочий диапазон температур: min. -40 max.46 °C[8]

Производство

Аккумулятор Эдисона производился с 1903 до 1972 компанией "Edison Battery Storage Company" в East Orange, NJ. Они были достаточно прибыльными для компании. В 1972 компания была продана корпорации "Exide Battery", которая прекратила производство в 1975.
В настоящее время (2007) никель-железные аккумуляторы в западном мире не производятся, но есть производства в Китае, Венгрии и Украине.

Электролит

В настоящее время наиболее распространенными типами щелочных аккумуляторов являются кадмиево-никелевые и железо-никелевые. Сосуды этих аккумуляторов изготовляют из никелированного железа сваркой и заливают электролитом, состоящим из раствора едкого кали с добавлением моногидрата лития (20 г на 1 л). Плотность электролита составляет 1,19—1,21 при температуре от —20 до +50 оС. При температуре ниже —20 °С плотность электролита составляет 1,25—1,27.
Для приготовления щелочного электролита можно пользоваться только чистой стальной посудой. Иногда в комплекте зарядной станции имеется эмалированная посуда, изготовленная по специальной рецептуре.
Независимо от состояния аккумуляторов щелочной электролит заменяют 1 раз в год. Кроме того, электролит заменяют при уменьшении емкости щелочных аккумуляторов. Перед заменой электролита щелочной аккумулятор надо разрядить до напряжения 1 В. При замене электролита аккумулятор промывают, для чего несколько раз его энергично встряхивают и выливают электролит, затем промывают дистиллированной или подщелоченной водой. Промытые аккумуляторы сразу заливают свежим электролитом, чтобы предупредить появление коррозии на пластинах.

Заряд / разряд

Спустя 2 ч после заливки проверяют плотность электролита и доводят ее до нормы. После этого аккумуляторы заряжают. В начале заряда напряжение щелочного аккумулятора резко повышается и затем медленно достигает номинальной величины. В железо-никелевом аккумуляторе вначале напряжение резко повышается с 1 до 1,6 В, потом медленно достигает 1,75 В. В кадмиево-никелевом аккумуляторе вначале напряжение быстро повышается от 1 до 1,43 В, а затем медленно достигает 1,5 В. Набрав 2/3 емкости, напряжение поднимается до 1,7—1,8 В.
Если у кислотных аккумуляторов одним из характерных признаков окончания заряда является кипение электролита (бурное газовыделение), то у щелочных кипение электролита может начаться сразу же после включения на заряд. Единственный признак окончания заряда щелочных аккумуляторов — установившееся напряжение (оно держится постоянным в течение 20—30 мин). У железо-никелевых аккумуляторов установившееся напряжение конца заряда составляет 1,8—1,9 В, у кадмиево-нике-левых — 1,75—1,85 В.

из другого источника:
Полностью заряженный аккумулятор имеет ЭДС около 1,45 В. Вследствие большого внутреннего сопротивления его напряжение при разряде значительно меньше этого значения, а при заряде значительно больше. При разряде напряжение аккму-лятора довольно быстро падает до 1,3 В, а затем медленно уменьшается до 1 В -- при этом напряжении разряд следует прекращать. Среднее расчетное напряжение при разряде составляет 1,25 В. Разряжать щелочные аккумуляторы ниже установленного конечного напряжения нельзя, так как это приведет к безвозвратной потере емкости и уменьшению срока службы. При заряде напряжение с [b-b]1,55 В[/b-b] быстро поднимается до [b-b]1,75 В[/b-b], а затем медленно повышается до [b-b]1,8 В[/b-b].
Заряд щелочного аккумулятора ведут до тех пор, пока не будет сообщено требуемое количество ампер-часов (согласно паспортным данным).
Заряд щелочного аккумулятора осуществляется током, равным одной четвертой его номинальной емкости, при этом аккумулятору сообщается 150 % емкости.
Выделение газа у щелочных аккумуляторов не является признаком конца заряда, однако при бурном газовыделении необходимо уменьшить зарядный ток. Щелочные аккумуляторы лучше перезарядить, чем недозарядить, так как неполные заряды способствуют преждевременному выходу их из строя. Повышение температуры выше 45 °С также приводит к разрушению активной массы электродов.

Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде

Эксплуатация

Особенности эксплуатации. Уход за щелочными аккумуляторами в принципе такой же, как и за кислотными. Необходимо периодически проверять уровень электролита и степень заряжен-ности аккумулятора. Аккумуляторы должны содержаться в чистоте и периодически заряжаться.
Щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед кислотными. Они могут долгое время находиться в полузаряженном и даже в полностью разряженном состоянии, что совершенно недопустимо для кислотных. Кроме того, щелочные аккумуляторы не выходят из строя вследствие действия низких температур. Щелочные аккумуляторы имеют большую перегрузочную способность, т. е. могут работать с большими токами при разрядах и зарядах. Благодаря большому внутреннему сопротивлению кратковременное короткое замыкание и глубокие разряды не выводят из строя эти аккумуляторы. Для них характерны большая механическая прочность (аккумулятор не боится тряски, вибраций, ударов), большая, чем у кислотных, энергия на единицу массы (удельная энергия), больший срок службы и срок хранения.

У щелочных аккумуляторов саморазряд при отключенном состоянии очень мал (после 9 мес хранения они теряют лишь 20 % емкости). В то же время у кислотных аккумуляторов суточный саморазряд составляет около 0,5—0,7 % емкости, т. е. в течение месяца они теряют 15—21 % емкости. При эксплуатации щелочных аккумуляторов не происходит вредных выделений паров и газов, что характерно для кислотных аккумуляторов. По указанным причинам они в эксплуатации значительно надежнее, чем кислотные, и требуют значительно меньшего ухода.

Напряжение щелочного аккумулятора при разряде значительно ниже (почти на 40 , чем кислотного, вследствие чего при одном и том же напряжении количество аккумуляторов в щелочной батарее будет больше, чем в кислотной. Внутреннее сопротивление щелочного аккумулятора значительно выше, чем у кислотного, следовательно, его напряжение, особенно при больших токах разряда, падает гораздо быстрее и при очень интенсивном разряде аккумуляторной батареи резко уменьшается.

При эксплуатации щелочных аккумуляторов может наблюдаться усиленное выделение газов из работающего аккумулятора, которое показывает на наличие вредных примесей в электролите. Такой аккумулятор надо вывести в ремонт. Если во время заряда из одного аккумулятора совершенно не выделяются газы, в то время как из других происходит нормальное газовыделение, это указывает на короткое замыкание или слишком глубокий разряд аккумулятора. Такой аккумулятор также должен быть выведен в ремонт.
Обращаться со щелочным электролитом необходимо осторожно. При приготовлении электролита надевают защитные очки, резиновые перчатки, халат и резиновый фартук. Кусочки едкого кали берут щипцами или пинцетом, так как при попадании на кожу он вызывает ожоги. Если щелочь случайно попала на кожу, ее быстро удаляют и промывают место попадания десятипроцентным раствором борной кислоты

Именно этот тип можно встретить в старых армейских, железнодорожных и шахтерских фонарях. С ними и попытаемся разобраться.

[booseli]

Сегодня мне попались в руки два армейских фонаря с АКБ "2 ФЖН-8" - дата выпуска АКБ 1970 год.
АКБ очень старая, так что и методы можно пробовать древние - они честны и непредвзяты

На одной банке 0,05В, на второй 0,35В
Уровень электролита очень мал - его почти не осталось
Газовые клапана на заливных вентилях потеряли эластичность и рассыпались в руках

Буду пробовать реанимацию щелочного ХИТ известными мне методами. Если у кого есть такой опыт - подскажите. Но думаю, что начать надо с замены электролита (раз его рекомендуют менять раз в год)

[booseli]

АКБ "2 ФЖН-8" после доливки 5 мл дистиллята дала течь - корпус прогнил, и электролит (хорошо, что еще не успел напитаться едким калием) потек на газетку. Я чуть не обоссалсь - сцуко течет, перчаток нет, а рук жалко. Короче с газетой в ведро.... промыл, просушил.

Второй фонарь внутри имел батарею [b-b]"НКН-10" 195х[/b-b] года - точнее не определю. Из двух элементов. С виду небольшие участки корпуса - отслоилась краска, кое-где ржа. Отскреб - дырок не видно.

Начало: НРЦ 0,35В и 0,01В на банках, внутри сухо. Видны пластины - это шик!!! Они прекрасны!!! Сделаю фото. Также торчат штыри - уровень.
Аккуратно заливал водичку. Дал отстояться (пока был на работе). Подал с ЗУ 2,8В. За минуты 2-3 их и стало 2,8. Поднял ЗУ до 3,5В. Через пол-часа газов не слышно, но НРЦ 2,9. Лампочка 0,5А  2,5В светится - отработала 30 минут и стала тускнеть. Снова заряд на пару часов - до 3,3В дошло, слышны газы - как и должно быть в этих АКБ. Ешкин кот, я уже влюблен в эти советские батареи!!!

[b-b]Дальше я использовал зарядное устройство Intercept MW6178[/b-b]

Зарядное устройство Intercept MW6178

Для Ni-Cd и Ni-Mh у меня уже лет 7-8 лежит такая железка.

Description:    NiCd,NiMH AAA,AA battery charger with LCD indicator ~220V, 12V
Manufacturer:    MINWA ELECTRONICS CO., LTD ()
Description:    General Information
Model : MW 6178 CamPlus-Intercept
Name : AA/AAA Ni-Cd/Ni-MH Battery Charger with LCD Display, 4 Channels DV Control and Discharge
Rated voltage : 230 VAC / 12-13.8 VDC Cigarette Lighter Plug for Car
No. of batteries : 1-4pcs AAA/AA
[b-b]Charging supervision : -DV Check[/b-b]
Discharge function : Yes
Frequency : 50 Hz
Testing function : No
Product Dimension : 140x75x28mm

Charging current for AA:
Fast charge: 1,000mA
Trickle charge: 100mA

Charging current for AAA:
Fast charge: 500mA
Trickle charge: 50mA

Заряжает импульсами заряд/пауза все 4 канала раздельно.
Для АА пик где-то 600-800 мА, в паузе 100-200 мА. Интервалы около 0,8/0,2 секунды.
Для ААА пик где-то 800-900 мА, в паузе 10-20 мА Интервалы около 0,5/0,5 секунды.
По мере роста напруги амплитуда тока падает до 200 мА, потом становится в режим импульсного дозаряда около 100 мА.

ИМХО, это не лучший алгоритм, по сути заряд постоянным током. Интервалы нужны для DV. Но вроде Ni-Mh для фотоаппарата и фонарей заряжает хорошо. Разряжает терпимо - до 1В на банку, для простенького КТЦ пойдет. Если руки дойдут, хотелось бы интервалы сменить на 20-30 сек / 4-5 сек.

КТЦ №1 первый нормальный заряд/разряд = 3 Ач

ЗУ в первый раз сообщило о полном заряде через 4 часа. Я ему не поверил и сделал ресет через пару минут отдыха на батарее. Итого заряжал около 15 часов током около 600-800 мА каждую банку независимо - в ЗУ канала-то четыре. В НКН по литературе сложно определить окончание заряда по внешним признакам. Нужно тупо закачать 150% емкости током 0,25С (6-часовой заряд). У меня ток меньше 0,1С - значит часов 15-16 ему заряжаться. Обильного выделения газа нету - признак перезаряда (но не обязательно), значит ток принимает нормально, значит заряд продолжаем (тем более ЗУ отсекает на 1,7В и ставит в дозаряд).

Отстоялись батареи минут 10-15. НРЦ = 1,44 / 1,43 В

Ставим на разряд током 0,5А
Разряд длился 6 часов до 2,03В на АКБ (на банках 0,98 + 1,15 В). А это уже около 3 Ач. Более свежую банку оставил разрядил через резистор ПЭВ до 1,01 В -- держалась около 20 минут при токе разряда 0,7А 

Через 10 минут НРЦ на банках = 1,23 и 1,22 В. Ставим в ЗУ Intercept MW6178...

продолжение следут...

[черный_чак]

booseli,щелочной электролит имеет такую особенность-при контакте с воздухом щелочь вступает в реакцию
с углекислым газом и превращается в поташ или соду (в зависимости от того,что было залито,едкое кали или едкий натр).
Чем больше лет батарее,тем меньше активной щелочи и больше карбоната.
Кроме того,в составе электролита должна присутствовать гидроокись лития,в каком количестве-уже не припомню,что-то до 5% от основной щелочи.
Думаю,без замены электролита оживить батарейку не удастся.Даже процентов на пятьдесят.

[yuri]

booseli,щелочной электролит имеет такую особенность-при контакте с воздухом щелочь вступает в реакцию
с углекислым газом и превращается в поташ или соду (в зависимости от того,что было залито,едкое кали или едкий натр).
Чем больше лет батарее,тем меньше активной щелочи и больше карбоната.
Кроме того,в составе электролита должна присутствовать гидроокись лития,в каком количестве-уже не припомню,что-то до 5% от основной щелочи.
Думаю,без замены электролита оживить батарейку не удастся.Даже процентов на пятьдесят.

Да эти НКНы десятилетиями ходят, только меняй электролит. Жаль, что они для евелов не подходят, сопротивление внутреннее большое, ну и габариты.

[booseli]

booseli,щелочной электролит имеет такую особенность-при контакте с воздухом щелочь вступает в реакцию с углекислым газом и превращается в поташ или соду (в зависимости от того,что было залито,едкое кали или едкий натр).
Чем больше лет батарее,тем меньше активной щелочи и больше карбоната.
Кроме того,в составе электролита должна присутствовать гидроокись лития,в каком количестве-уже не припомню,что-то до 5% от основной щелочи.
Думаю,без замены электролита оживить батарейку не удастся.Даже процентов на пятьдесят.

[b-b]СПАСИБО[/b-b], об этом мало где написано, я пока не встречал такой литературы
Электролитом служит 20% раствор едкого калия КОН с примесью моногидрата лития (20—30 г/л)
Кроме лития, полезными являются также добавки кобальта и бария, существенно повышающие емкость активных масс. Вредные примеси - железо, магний, кремний и алюминий.

40-50% снять получилось, 450 мл КОН 20% стоит 5$, нету времени заехать, много проектов.

[черный_чак]

Да эти НКНы десятилетиями ходят, только меняй электролит.

.
Именно из-за превращения щелочи в карбонат в контакте с воздухом и приходится периодически менять электролит.

[женёк]

booseli,щелочной электролит имеет такую особенность-при контакте с воздухом щелочь вступает в реакцию
с углекислым газом и превращается в поташ или соду (в зависимости от того,что было залито,едкое кали или едкий натр).
Чем больше лет батарее,тем меньше активной щелочи и больше карбоната.
Кроме того,в составе электролита должна присутствовать гидроокись лития,в каком количестве-уже не припомню,что-то до 5% от основной щелочи.
Думаю,без замены электролита оживить батарейку не удастся.Даже процентов на пятьдесят.

мои две нкгк11д 85 года без долива даже воды отдали при первых разрядах около 5а ч!!!
долив по 30 кубиков дистилята вот разряжаю ща)
жаль нет электролита поменять.. может дойдут руки когда..

[booseli]

У меня есть еще живые НКН, но возиться с ними очень неудобно. Нынешние в полимерных корпусах вообще огонь. Клапана не проливают КОН, корпуса не ржавеют, полупрозрачные корпуса удобны.

[Typbo_E}|{uk]

Недавно разобрал аккумуляторы, производства СССР НКГК-11Д-У5 и НКП 20У2 , вот тут видео, кому интересно: www.youtube.com/watch?v=XaoMcfNuP7A
А вот в этом видео ввожу в эксплуатацию новый шахтерский фонарь, на никелево-кадмиевых аккумуляторах: www.youtube.com/watch?v=5Q71nacdz20

[uma]

В РФ тоже выпускают
Ni-Fe
Аккумуляторы серии FL/FH
http://www.akbluki.ru/products/alkaline_accumulators.php

[Jecc65]

Здравствуйте! Брат подогнал 10 батарей НЖ 60 сухие.1973г.в. Внутри ржавчина. Промыл дистилятом ,залил щел.электролит, стал заряжать,примерно через час из некоторых банках полезла пена. Заряжаться ,заряжаются , но эта пена достала.( раскачиваю). Думаю пена из за  ржавчины. Что с ними делать?Может после раскачки заменить эл.лит?