1598005409-d822585ccc08cc47a0cab5184af6a524 (811208), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Глава 11 лннумулятОРМ дрягих систем ИЛ. Нннель-цинковые аккумуляторы Интерес к никель-цинковому (НЦ) аккумулятору обусловлен рядом его достоинств; относительно высокнмн удельной энергией н разрядным напряжением в широком интервале токовых нагрузок и температуры, способностью к быстрому заряду.
Этот сравнительно недорогой аккумулятор рассматривается как перспективный для энергоснабжения злектромобнлей н других изделий. Электрохнмнческан снстема Хн~КОН1%ООН для аккумулятора была предложена Ф. Михайловским (1899). В 1980-е годы были предприняты большие, на малоуспешные усилия (Г. Друмм, Т. Н. Калайда н др.) для практнческой реализации системы. Только после разработкн обратимых цинковых электродов для СЦ аккумуляторов в 1950-е годы былн возобновлены работы но ннкель-цинковой системе. Прн разряде НЦ аккумулятора на положительном электроде протекает реакция (8.6), а на отрицательном электроде †реакц но схеме (10.1). Суммарное уравнение токообразующего процесса имеет внд га+йаООН+НО 2ЭН(ОН)т+Ъа (ИЛ) Как видно из уравнения (11.1), КОН при разряде, как и в случае СЦ аккумуляторов, ие расходуется.
Это позволяет уменьшать объем электролита до минимума, необходимого для проппткп активных масс н сепараторов. Прн работе расходуется только вода, в связи с чем уровень электролита в аккумуляторе повышается пря заряде н соответственно понижается в процессе разряда. Отличительная эксплуатационная особенность НЦ аккумулятора †необходимос проведения периодических глубоких разрядов для обеспечения стабильной работы по сроку службы. Это связано с различной отдачей по току у оксндноникелевого н цинкового электродов.
Заряд цинкового электрода происходят при практически 100%-ном использовании тока, тогда ках для полного заряда оксидионикелевого электрода необходимо сообщить 30 — Збзь избыточной емкости. Это приводит к постепенному накоплению заряженной фазы в активной массе цинкового электрода. Поэтому прп дальнейшем циклнроваини требуется пли прерывать заряд аккумулятора по достижении полной заряженности цинкового электрода, нли продолжать заряд в условиях выделения водорода на цинке, чтобы полностью зарядить окспдноникелевый электрод. Оба эти пути нежелательны. Первый нз нпх ухудшает удельные характеристики аккумулятора, второй приведет к ускорению прорастания цинковых деидрптов через сепаратор.
По своей конструкции никель-цинковый аккумулятор в традиционном исполнении аналогичен серебряно-цинковому. Электродный блок имеет плотную упаковку, а электроды противоположного знака отделены друг от друга иесколькимн слоями сепаратора. Основным компонентом активной массы отрицательного электрода, так же как и в СЦ аккумуляторе, является окснд цинка. В качестве связующего используют добавку б — 10%-пой эмульсии фторопласта. Дли снижения саморазряда вводят ингибиторы коррозии; обычно это металлы (ртуть, свннея„кадмпй отдельно пли в различных комбинациях), повышающие переиа« пряженне выделения водорода на цинке.
Электроды изготавливают методом прессования нлп вальцевапня на токоотводящий каркас, которым служит медная сетка пли растяжная фольга без покрытия плп покрытая кадмнем или свинцом. Для аккумуляторов длительного 231 срока службы в состав активной массы внодят Са(ОН)м образующий труднорастворнмый цинкат кальция. В качестве положительного электрода используют металлокерамнческий оксидноникелевый электрод, применяемый в никель-кадмиевых аккумуляторах. Обладая высохой работоспособностью, в том числе при жестких режимах эксплуатации, такой электрод имеет высокую стоимость, поскольку при его изготовлении используется карбоннльный никель. Однако электроды ламельной конструкции нз-за более низкой энергоемкости и отравления цинкатными ионами в никель-цинковом аккумуляторе не применяются. Ведутся исследования по разработке технологии изготовления неспеченных безламельных положительных электродов, которые в связи с меньшей массой основы обладают более низким расходом никеля иа единицу емкости электрода и в 2 — 3 раза меньшей стоимостью по сравнению с металлокерамнческим электродом, До настоящего времени электроды этого типа обладают пониженной удельной энергией и небольшим сроком службы.
Изыскание сепараторных материалов для никель- цинковых ахкумуляторов встречает дополнительные затруднения по сравнению с серебряно-цанковыми. Это вызвано необходимостью перезаряда оксидноннкелевого электрода, в ходе которого выделяющийся кислород оказывает разрушающее действие на сепараторы. На положительном электроде применяют нетканые материалы, обеспечивающие достаточное количество электролита у электрода. На отрицательном электроде используют гидратцеллюлозные пленки, которые для увеличения стойкости обрабатывают растворами, содержащими ионы серебра и других тяжелых металлов.
Как в отечественной, так и в зарубежной практике обычно используют электролит, содержащий 5 — 7 моль/л КОН. Прн такой концентрации уменьшается разрушение металлокерамнческих оксидноникелевых электродов, а обратимость цинковых электродов остается достаточно высокой. Кроме того, 7 М раствор КОН обладает наиболее низкой температурой замерзания и максимальной электрической проводимостью. Для обеспечения более глубокого заряда оксидноиикелевого электрода в электролит вводится добавка 1.1ОН НзО с содержанием 10 †!5 гlл. Одновременно она является замедлителем старения цинкатного раствора. Для стабилизации свойств цинкового электрода в электролит могут 232 Р гн ЬЗ ж ! смкьс7яь, % аы номинальной яг м ф ф вводить также различные поверхностно-активные добавки.
По своим удельным характеристикам никель-цинковый аккумулятор уступает серебряно-цииковому н сравним с серебряно-кадмневым. Его удельная энергия составляет 50 — 75 ВтХ Хч/кг, что в 2 — 3 раза выше НК и НЖ аккумуляторов. НЦ акку- ~ та муляторы имеют поло- й гую разрядную кривую Ф 1ь в широком диапазоне $ разрядных токов (рис. лг ! 11 1) н температуры 1рис. 1!.2). Никель - цинковый аккумуаятор может Рнс. 11.1. Разрядные характернстираэряжаться относи- ки НЦ аккумулятора пРи темпера- тельно большим то тура 2О'С Я Раарип~ ТОКОМ: ком — до 4 С Прн — .
»»„! — 0,6»»», 3 — ! С»»» иом. восьмичасовом заряде постоянным током отдача по току составляет 72 70%. Повышение отдачи по току до 85% достигается проведением 7Ь заряда при постоянном 77 2 напряжении. Этот спо- ф соб позволяет сокра- и йй йр 12 7йй 1 тить продолжитель- сыяьсмь, 2 вп ньиинальярй ность заряда до 2,5— 3,5 ч. Веаичина разряд- Рис.
11.2. Влияние температуры на ной емкости аккуь!уля разрядные характеристики нЦ аккутора зависит от степе- мрлитпра пРЯ токе О,З С„и темни перезаряда положи- т-яа с; 7-з с; з-м тс ы с; !- тельного электрода. Оптимальным с точки зрения обеспечения высоких удельных характеристик и длительного срока службы является перезаряд 120— 140!7з от номинальной емкости.
Саморазряд НЦ аккумулятора обусловлен саморазрядом положительного электрода как из-за нестабильности высших оксидов никеля, так и в связи со снижением электрохимической активности при нахождении в цинкатпом растворе. Суммарно за б мес хранения в эа- 22з ряжеииом состоянии теряется до ЗОЪ номинальной емкости. Саморазряд цинкового электрода с выделением водорода ири использовании ннгнбнторов иорроэии находится на уровне саморазряда электрода С11 аккумулятора.
До настоящего времени ресурс аккумуляторов невелик н составляет 150 — 200 циклов при глубине разряда до 80%. При использовании на 30 — 25% номинальной емкости наработка увеличивается до 400 циклов. Емкость положительного элехтрода уменьшается на 1б— 207з, и связано это в основном с осаждением оксида цинка в порах электрода, образующегося при старении цннкатных растворов.
Основной фахтор, лимитирующий срок службы,— нзменение формы цинкового электрода при длительной обратимой работе. В связи со значительной растворимостью цинка в щелочном электролите наблюдается постепенная потеря массы с краев н верхней части электрода и ее накопление в средней. Это приводит к уменьшению активной площади электрода и преждевременной пасснвацни при анодной поляризации чрезвычайно уплотненной средней части. Аккумулятор теряет разрядную емкость, создаются благоприятные условия для возникновения коротких замыканий. Для уменьшения потери цинка с поверхности электрода необходимо создать такие условия, чтобы цинковый электрод работал преимущественно на вторичном процессе. Ускорить выпадение в порах цинкового электрода оксида цинка можно введением в электролит специальных добавок.
Ухудшение электрохимических свойств цинкового электрода связано также с укрупнением активных частиц при циклированнн. Диспергнровання активной массы можно добиться применением в качестве добавок высокомолекулярных поверхностно-активных веществ. Выход аккумулятора из строя, как и для СЦ аккумулятора, связан в первую очередь с появлением шунтнрующих межзлектродных замыканий через образующиеся при заряде дендриты цинка. Срок службы аккумулятора существенно зависит от применяемого сепаратора. Усовершенствование сепараторов идет по линии снижения степени набухаиия гндратцеллюлозных пленок, а также в направлении изыскания новых химически стойких сепараторов. Промышленное внедрение никель-цинковых аккуму- 234 ляторов сдерживается небольшим сроком службы н высокой стоимостью металлокерамического Оксидиоиикелевого электрода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
