1598005409-d822585ccc08cc47a0cab5184af6a524 (811208), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Расход воды ( 0,3 г на 1 А ч перезаряда) компенсируют, контролируя уровень электролита, который должен быть выше блока электродов на 25 — 30 мм для аккумуляторов серии ТНЖ и на 10 — 15 мм для аккумуляторов серии НЖ. Состав и концентрацию рабочега электролита выбирают в зависимости от температуры, при которой эксплуати уются аккумуляторы (табл. 8.3). астворы КОН обладают более высокой электрической пРоводимость»0 и поэтомУ пРи низкой темпеРатУеое предпочтительны. Однако при температуре выше 35 С применение этого электралята недопустимо: агломерация активной массы положительного электрода прн этом ускоряется н аккумулятор необратима теряет емкость, 213 Т а бл и и а 8.8.
Выбор алектролита ° ааеисимости от температуры пввтевввв. ивы двбвввв Эвевтрвввт 1О г/л 1АОН НвО 20 г!л Е1ОН НвО Вез добавки 1,18 — 1,20 1,19 — 1,21 1,26 — 1,28 5(1<40 — 15<1<35 1( — !5 ХаОН КОН КОН несмотря на добавку гндрокснда лития. Раз в квартал электролит для корректировки анализируют, определяя концентрацию щелочи и карбанатов. Карбонаты калия нлн натрия образуются за счет поглощения СОт нз воздуха, а также при окислении графита в активной массе, особенно при повышенной температуре. Рост концентрации карбонатов снижает электрическую проводимость электролита, а также ухудшает заряжаемость железного электрода, поэтому нрн достижении концентрации 70 г/л электролит следует заменить свежим. При строгом соблюдении правил эксплуатации срок службы ламельных НЖ аккумуляторов можно значительно увеличить по сравнению с гарантируемым. В.й.
Перспективы рвзвмтмв Современные ламельные никель-железные аккумуляторы имеют удельную энергию в пределах от 20 до 28 Вт.ч/кг прн наработке от 1000 до 1500 циклов. Удельная энергия НЖ аккумуляторов с безламельнымн железными электродамн достигает 32 Вт-ч/кг и соизмерима с тем же параметром лучших тяговых свинцовых аккумуляторов с панцирными электродами. Однако возможности никель-железной системы до настоящего времени далеко не исчерпаны. Продолжает оставаться низким (на уровне 25 — 20%1 коэффициент использования железной активной массы. Велика металлоемкость электродов н аккумулятора в целом. Представляются перспективными направления, связанные с коренным усовершенствованием электродов и других элементов конструкции, включая корпус.
Среди безламельиых отрицательных электродов наиболее многообещающим является железный спеченный электрод, который получают спеканнем в водородной атмосфере чистого высокоактивного железного порошка. При разряде током трехчасового режима ои обеспечи- 214 вает 40тэ-ное использование активной массы при стабильной емкости. Применив этот электрод в паре с металло- керамическим оксидноникелевым, японские исследователи достиглн удельной энергии НЖ аккумулятора порядка 55 Вт ч/кг. Реальное повышение удельной емкости на 40% по сравнению с традиционным ламельным получено при работе с моноламельным аксидноникелевым электродом. Доля активного материала в массе электрода достигла 70% по сравнению с 50~ у существующих.
Значительно снижено внутреннее омическоее сопротивление. Новые иден касаются сепарнрования электродов, облегчения корпуса, улучшения работоспособности положительного электрода при длительном циклировании. Одновременно предстоит найти новые технологические решения, направленные на снижение трудоемкости н себестоимости изделий. Повышение электрических н эксплуатационных характеристик представляется невозможным без ужесточения технических требований к чистоте электролита, исходного сырья н материалов. Реализация этих и других потенциальных возможностей позволит, как считают специалисты, создать НЖ аккумуляторы нового поколения с удельной энергией до 70 Вт ч/кг и ресурсом до 2000 циклов. При освоении серийного производства усовершенствованные НЖ аккумуляторы смогут по технико-экономическим показателям превзойти тяговые свинцовые аккумуляторы в традиционных областях применения, а также представят интерес как источники питания перспективных моделей электромоб плей.
Глава 9 ииняль-кадмикнын АинумулятОФМ Никель-кадмиевые (НК) аккумуляторы по сравнению с НЖ обладают лучшей работоспособностью в условиях повышенной токовой нагрузки н пониженной температуры, а также малым саморазрядом. Ламельные НК аккумуляторы, аналогичные по устройству НЖ. применяют в составе тяговых н других батарей.
В 1950 г. появились промышленные образцы герметичных НК аккумуляторов. За последнее время 21$ аккумуляторы этого типа получилн широкое распространение. Этому способствовали следующие преимущества: отсутствие выделения электролита и газов, исключение контроля н корректировки электролита, работа в любом положении, способность выдерживать фррсированный заряд и разряд, нечувствительность к перезаряду, стабильность разрядных характеристик в широком токовом интервале, возможность эксплуатации в диапазоне температуры от — 40 до +50'С.
Недостаток НК аккумуляторов — их высокая стоимость, связанная с трудоемкой технологией и с дефицитностью кадмия н никеля. ФЛ. Тверяк мииеяь.иадммевеге акиумуяятерв По аналогии с никель-железной никель-кадмиевая электрохнмнческая система имеет вид Со) КОН ~%00Н. Прн разряде протекэет суммарная реакция 2М(ООН+ СЛ + 2Нзо-м2% (ОН)з+ СЛ (ОН)з Электрохимнческое поведение положительного электрода в щелочном электролите (см. гл.
8) в НК и НЖ аккумуляторах одинаково. Остановимся иа особенностях реакций, характерных для кадмиевого электрода. На первой стадии разряда происходит окисление кадмия до гндроксида, причем этому предшествует образование адсорбцианного гидрокомплекса: сл + он — слон, СЛОН.— + ОН- Са (ОН), + 2з- Во = — О,ЗО2-В (цц Наряду с устойчивой ))-модификацией образуется активная неустойчивая модификация а-Сд(ОН)ь которая, по-видимому, определяет скорость растворения гидроксида с образованием кадматного комплекса: Сл (ОН)з + 20н — (сл (Он)4]з Растворимость тетрагидроксокадмвта калия относнтель« но невелики и составляет 1,3.10-' моль/л, однако фактическая концентрация значнтельцо выше нз-за пересыщения прнэлектродного слоя. В результате происходит распадение кадмат-яона по ренкции [сл (Он)4Р- -е )ьсл (Он)з+ 20н 216 Осадок гидроксида не компактный, н поэтому паоснвацню кадмиевого электрода связывают с торможеннем переноса ОН--попов сквозь порнстый слой й-Сб(ОН)э. Существуют н иные представления о пасснвацнн кадмия; так, некоторое значенне придают окснду кадмия, предположительно блокирующему электродную поверхность, Как н в случае железного электрода, пасснвацня кадмия уснливается по мере роста разрядного тока н сннжения температуры.
Область активного раствореиня кадмиевой губки па этим параметрам значительно шире н, кроме того, сильно завнснт от конструкции и технологии отрнцательного электрода. Прн заряде первичной является реакция восстановления тетрагндроксокадмат-иона до кадмия, убыль концентрацни которого непрерывно компенсируется раствореннем гндроксяда кадмия. Перенапряжение электродной реакцни невелико. Поскольку водородное перенапряженне на кадмия значительно, а равновесный потенциал водородного электрода более электроотрнцательный, чем равновесный потенциал кадмяевого электрода, заряд протекает эффективно со 1ООЪ-ным выходом по току.
Только после сообщения электроду около 80-'ьэ зарядной емкости начинается побочная реакция ю (9 $1Ф т р ув 1ВВ Емнввть, т'. вл1 нвмвнальнвй Рнс. 9.1. Иэмененне напряженна нрн наряде нетерметнчното 1 1) н герметичного (2) НК аккумулятора выделения водорода. На рис. 9.1 (крнвая 1) показан подъем напряжения н горизонтальный верхннй участок, отвечающий реакции злектровосстановления воды до водорода. Особан роль отводятся кадмиевому электроду в гер- 217 метичном НК аккумуляторе. Одним из условий герметизации является осуществление замкнутого кислородного цикла. Сущность его в том, что кислород, образующийся при заряде на положительном электроде по реакции 4ОН--~ Оз+ 2неО+ 4е- способен восстанавливаться на кадмии до ОН=ионов.
Процесс протекает в режиме работы газодиффузионяого электрода (см. 6.2) при соблюдении определенных уело« вий. Так, использованяе тонкослойного матричного алек« тролита позволяет наиболее эффективно осуществлять транспорт кислорода к электродной поверхности; определенное соотношение структурных характеристик сепаратора и кадмиевого электрода дает возможность обеспечить ту газонаполиениость пор, которая отвечает оптимальным условиям ионизация кислорода. По мере повышения скорости реакции Оз+2нгО+ 4е -~ 40Н- (9.2) которая обычно лимитируется лишь диффузионными ограничениями, соответственно снижается скорость реакции заряда Са(ОН) +2е- Са+2ОН Поэтому при достижении 100Ъ-ного выхода по току по реакции (9.2) процесс заряда кадмиевого электрода прекращается.
Это должно произойти до начала выделения на кадмиевом электроде водорода (рис. 9.1, кривая 2). Образование Не на отрицательном электроде не протекает в том случае, если отрицательная активная масса находится в избытке по отношению к активной массе положительного электрода. На практике этот избыток в расчете на зарядную емкость составляет от 20 до 100%. Саморазряд кадмиевого электрода с выделением водорода термодинамически невозможен (ом. рис.
3.4). Снижение емкости заряженного НК аккумулятора происходит из-за побочной реакции окисления кадмия растворенным в электролите кислородом с образованием плотных плохо растворимых оксидных слоев. Существенный вклад в саморазряд аккумулятора вносит положительный электрод, который снижает емкость с выделением кислорода.
На скорость саморазряда влияют примеси в электролите и активных массах, температура, особенности конструкции электродов. 2!В 9.2. Уст1ьвйствв и ка1ьвктв)ьистмии Никель-кадмиевые аккумуляторы отличаются бальшим разнообразием конструкций. В зависимости ат функциональна-конструктивных особенностей аккумуляторы делят на ламельные и безламельиые, а также на закрытые и герметичные. По форме корпуса различают аккумуляторы призматические, дисковые и цилиндрические. Ламельные НК аккумуляторы аналогичны ламельным НЖ аккумуляторам (см. гл.
8). В отечественных образцах используют только плосколамельные пластины, в зарубежных — положительные пластины трубчатой конструкции, отрицательные — плосколамельной. Согласно ГОСТ 9240 — 79 выпускают ламельные НК аккумуляторы номинальной емкостью от 13 до 125 А ч, их масса с электролитом от 0,75 до 6,60 кг. Номинальная емкость соответствует разряду током l,о до напряжения 1,0 В, номинальное напряжение 1,20 В. Емкость аккумулятора этой серии прн температуре — 20'С снижается до 0 6Сяем и при — 40'С вЂ” не ниже 0,2С„. Саморазряд за месяц не превышает 257ь н в дальнейшем ~ ьЬ растет медленнее: после полугода хранения в заряженном „ (р состоянии при 20'С у Е сохраняется емкость не менее 0,5 Спо .
ь Обшая наработка при циклированнн Енннпнь, '4 ая номинальной номинальным режимом составляет нЕ ряе' оо' ряоряляме кярекееряетякя лямелького 1тК аккумулятора вря меньше 1000 циклов. температуре 20 С я роеряде тока: Разрядные характе- ь-он с„.„; т-оь с„,„: ь — ~ с„„; рнстикн ламельного аккумулятора прн разряде токам от Еьо до 27~ показаны на рнс. 9.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
