1598005409-d822585ccc08cc47a0cab5184af6a524 (811208), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Удельная энергия НК аккумуляторов того же порядка, чта н ламельных НЖ (т. е. не превышает 25 Вт.ч/кг), и заметно снижается с ростом токовой нагрузки (см. гл. 8). В безлпмелоных аккумуляторах применяют электроды нескольких конструкций: металлокерамические, фольговые, вальцовакные, прессованные, намазные. Металлокерамический спеченный электрод представ- йш лает собой высокопористую никелевую пластину (порнстость — до 80%) с диаметром пор менее 10 мкм, в объем которой введена активная масса. Пластину изготов» ляют методом спекания в водородной атмосфере прн температуре до 900'С из смеси порошкообразного карбоннльпого никеля с порообразователем, например карбамидом. В качестве токоотводящего каркаса используют решетку или сетку из никеля или никелированной стали с ушком.
Пластину заполняют активной массой многократно чередующейся пропиткн растворами соответствующей соля и щелочи. Для изготовления положительного электрода используют раствор нитрата никеля, для изготовления отрицательного электрода — раствор хлорида кадмия. Металлокерамические электроды получили распространение благодаря высокой электрической проводимости и устойчивому контакту активной массы с металлокерамнческим токоотводом, прочности и стабильной толшине при циклированни. Их недостатком следует считать высокий удельный расход никеля, который составляет 15 — 20 г/А.ч по сравнению с 4 — 4,5 г/А ч у ламельиых электродов, а также слишком трудоемкую технологию.
Поэтому стоимость аккумуляторов с такими электродамн весьма высока. Разновидностью металлокерамического электрода является фольговый электрод, представляющий собой гибкую металлокерамическую ленту толщиной 0,4 — 0,6 мм с ка касом из никелевой фольги. 5 трицательные кадмиевые электроды могут быть также вальцованными, прессованными илп намазными; в качестве токоведущего каркаса используют металлическую сетку, решетку или перфорированную фольгу.
Активная масса готовится на основе оксида кадмия и содержит стабилизирующую добавку гидроксида никеля и актнвирующую добавку ПАВ (обе добавки вводятси и в металлокерамнческнй элехтрод). Такие электроды значительно дешевле, технология поддается механизации. Однако они менее прочны, имеют худшую электрическую проводимость н при использовании в герметичных аккумуляторах не столь эффективны.
Положительные безламельные электроды не набухают при циклироваиии, это позволяет снизить межэлектродное расстояние до минимальных размеров. Для этого используют тонкие сепараторы из ткани или нетканого 2Ю материала типа перхлорвииила или полипропилена. Сепараторы должны быть гидрофильными, химически стойкими, хорошо проннцаемыми для кислорода. Закрытые аккумуляторы с безламельными электродами имеют традиционное устройство. Конструкция герметичных аккумуляторов имеет особенности. В связи с этим кратко рассмотрим основные принципы герметизации аккумулятора. Источником давления, способного разрушить полностью загерметизированный аккумулятор, являются кислород н водород, выделяющиеся на электродах в качестве побочных продуктов прн заряде нлн перезаряде.
Чтобы превратить давление в безопасный фактор либо не допустить его рост, требуется реализовать одно из следующих условий: !) снабдить аккумулятор прочным корпусом, способным выдержать предполагаемое давление; 2) исключить приборными методами опасное повышение давления прекращением заряда; 3) создать условия для реализации замкнутых газовых циклов; 4) снабдить аккумулятор предохранительным клапаном (такой аккумулятор называют герметизироваиным, см. равд. 7.6). Реализация первого условия ведет к утяжелению конструкции, снижению удельных характеристик и долу- стима для образцов малых размеров. Второе условие реализуется в специальных случаях применением заряд- но-разрядных автоматизированных устройств (см. равд.
3.4). Единственным универсальным способом оказывается реализация замкнутого кислородного цикла прн одновременном исключении выделения водорода. Расчет на водородный цикл необоснован, поскольку скорость ионизация Нз на оксидноникелевом электроде значительно ниже скорости иоиизации Оз на кадмиевом электроде. На практике одновременно прибегают к некоторому упрочнению корпуса, рассчитанному на определенное избыточное давление, которое не исключается при эксплуатации аккумулятора. Оио даже желательно, так как ускоряет процесс ионизации кислорода.
Применение предохранительного клапана допустимо для аккумуляторов некоторых типов, работающих в составе батареи, так как исключает опасные последствия переполюсовки (пере- разряда)„также вызывающей газовыделение. Таким образом, в конструкции герметичного аккумулятора должно быть предусмотрено следующее: плотная сборка электродов с сепаратором, легко проиицаемым для кислорода; матричный электролит, допускающий от- 22! крытне части пор кадмиевого электрода для реализации условия трехфазной границы [см. гл.
6); избыточное количество разряженной отрицательной активной массы; достаточно прочный корпус. Прямоугольные (призматические) аккумуляторы обычно имеют металлокерамнческне электроды, ио достаточна часто отрицательный электрод является вальцоваиным илн прессованным. Стальной тонкостенный корпус упрочнен ребрами жесткости — гофрами. Согласно ГОСТ 24958 — 81 выпускают аккумуляторы сериа НКГ (никель - кадмневый герметичный) емкостьюот0,4да16А ч, работоспособные в интервале температуры окружающей 4 среды от — 20 до +45'С. причем емкость аккумулятора пря — 20'С составляРис.
9.3. Раарилиме характеристики ет не меньше 0,3 герметичного НК акиумулитора при Сивм. Типичные разтемпературе 20'С п Раарихе тока: рядные характерна Сввв 1 1 С в» 3 а С»в» а 3 Свв» Ь Стихн таяня аККуыу ляторов даны на рис. 9.3 и 9.4. Средняя наработка при циклированни может достигать 1000 циклов, 1 Прн ЭТОМ ПрИЗНаКОМ Ф отказа считается емкость ниже 0,6 Сивм- 100 В дисковых аккумуляторах применяют прессованные элекРис. 9.4. Василие температуры иа троды, заключенные рааридиые хараатеристиии терметие в ламели из никелевого НК аккумулитора при токе 1 С~ и температуре: вой сетки, я реже— 1-аа'С: а-О'С; Ь- тв Мнн Ь- МЕтаЛЛОКЕРа М и Ч Е- ишус Йа'с ские (спеченные). Так устроены дисковые аккумуляторы серии Д (ГОСТ 11258 — 79) от Д-0,025 до Д-0,55 номинальной емкостью от 0,025 до 0,55 А.ч Их конструкция в принципе ие отличается от конструкции герметичных дисковых источников тока других снс- ИЗ »ь 1Ь н 1,0 и в 1,0 н 4 йв 0 00 ей бй 00 100 Гнквсть, у» ат немннлньной Д~ ов м 1,0 м10 0, 0 сй ей бй 00 Емкость, 'л ат нлминальнай тем, хотя некоторые характериые особеипости имеются (например, наличие между крышкой и отрицательным электродом газового пространства, образуемого плоской контактной пружиной).
Аккумуляторы серии Д рассчитаны иа длительиый (Л»„— — 0,1С „,) или средний (l,~м — — 0,2С „) режим разряда при температуре окружающей среды от — 20 до 45'С. Срок службы таких аккумуляторов составляет ие меиее двух лет. Цилиндрические аккумуляторы имеют чаще всего спеченные (фольговые) электроды, туго скручеииые спнральио. Благодаря наличию тонких электродом с предельно развитой рабочей поверхностью аккумуляторы этого типа в иаибольшей степеии пряспособлеиы к работе в экстремальных условиях эксплуатации, лучше других выдерживают короткие режимы разряда и форсированиые режимы заряда.
В последнее десятилетие был налажен промышлеиный выпуск цилиндрических аккумуляторов рулоняой конструкции со спеченным положительным и вальцоаанным отрицательным электродами. Эти аккумуляторы емкостью от 0,15 до 4,0 А.ч имеют размеры, соответствующие стаидартному ряду цилиидрических источииков тока многоцелевого назиачепия, утверждениому МЭК (см. табл. 4.1). Оии рассчитаны иа разряд в широком диапазоне токовой нагрузки и температуры, снабжены шариковыми или иными клапанамн многократного действия, исключающими опасное повышение давления при иарушеиии режима эксплуатации. Герметичиые никель-кадмиевые аккумуляторы обладают высокими эксплуатациоииыми характеристиками, включая миоголетний срок службы, многие из них отличаются достаточно высокой удельиой мощностью.
Их удельная энергия в среднем ие превышает 20 — 25 Вт ч/кг и для лучших образцов достигает 40 Вт ч/кг. Фактором, ограиичивающим распространеиие иикелькадмиевых аккумуляторов, остается их высокая стоимость. Тем не менее их широко используют для питания радиоаппаратуры, медицинской аппаратуры, в светотехнике, в качестве аварийных и буферных источников питания. гзз Глава 1О си%ивино.цммиОвые лшцпаулятоэы Серебряно-цинковые (СЦ) аккумуляторы приобрели известность благодаря высокой удельной энергии, в 3 — 4 раза превышающей удельную энергию лучших аккумуляторов других систем. Их недостатком являются малый срок службы и высокая стоимость.
В настоящее время СЦ аккумуляторы находят применение в самых разнообразных областях науки и техники. Их используют в радио- н телеаппаратуре, в контрольио-измерительных и медицинских приборах, в аэрокосмической н военной технике, прн проведении океанографических исследований и др. Например, фирма Уагдпу (США) выпускает 19 типоразмеров СЦ аккумуляторов емкостью от 0,5 до 525 А ч, которые применяют более чем в 50 видах различных изделий.
4ФЛ. Теория серебряно-цинкового аккумулятора В СЦ аккумуляторах реализуется электрохимическая система 2п~ КОН(АйО. Как и в рассматриваемых выше (см. гл. 4) щелочных первичных элементах, здесь применяют пористый цинковый электрод, обладающий высокой злектрохимической обратимостью. Продуктамн разряда являются металлическое серебро и оксид (или гидрокснд) цинка. Токообразующий процесс описывается суммарной реакцией АяО+ Еа- Ад+ ЕаО При разряде отрицательного электрода сохраняются общие закономерности (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
