Устройство и характеристики щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов

Кадмиево-никелевые и железоникелевые щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед свинцово-кислотными аккумуляторами: они прочнее, хорошо сохраняются при перерывах в эксплуатации и обладают более длительным сроком службы. Например, срок службы железоникелевых аккумуляторов с ламельными электродами достигает 1500 циклов заряд — разряда. Удельные электрические характеристики у ламельных щелочных аккумуляторов несколько ниже свинцово-кислотных аккумуляторов, главным образом из-за низкой Э.Д.С.

Наиболее распространенный тип щелочного аккумулятора с ламельными электродами состоит из следующих частей:

положительных пластин, состоящих из плоских ламелей или трубок с навитой спиралью перфорированной ленты, в которых активным материалом является гидрат закиси никеля;

отрицательных пластин, состоящих из плоских ламелей, в которых активным материалом является либо окись кадмия (в кадмиево-никелевых аккумуляторах), либо окись железа (в железоникелевых аккумуляторах);

электролита — раствора едкого кали или едкого натра в чистом виде либо с добавкой в них небольших количеств гидроокиси лития;

сепараторов-дырчатых пластин из полимерных материалов, устанавливаемых между пластинами разного знака заряда для фиксирования их положения в аккумуляторе;

токоведущих частей — борнов, межэлементных соединений и других деталей крепления. Эти детали изготовляют из стали и никелируют гальваническим путем;

стального сосуда, покрытого изнутри и снаружи слоем никеля толщиной 10−15 мкм.

Ламели, в которых заключены активные массы положительных и отрицательных электродов, представляют собой плоскую коробочку, изготовленную из перфорированной и никелированной стальной ленты. Ламели изготовляют шириной 12,6 и 13,3 мм. Толщина ламелей для отрицательных пластин составляет 2,4−2,9 мм, а для положительных — 4,0−4,2 мм. Длина ламелей зависит от конструкции пластин, для которых они предназначены.

При изготовлении пластин ряд ламелей скрепляют между собой и по краям зажимают стальными ребрами. Группа собранных таким образом пластин одного знака заряда, соединенных между собой мостиками или соединительными стержнями, образует блок электродов (рис. 52).

В положительных пластинах некоторых типов аккумуляторов вместо коробчатых ламелей применяют ламели трубчатой конструкции (рис. 50). Считают, что трубка лучше противостоит набуханию активной массы, чем плоская ламель. Указанные трубки изготовляют также из никелированной перфорированной стальной ленты, скручивая ее в виде спирали. Швы трубок загибают и сглаживают.

При сборке пластин правые и левые спирали чередуют с целью выравнивания напряжений, которые могли бы искривить трубки. Трубки стандартизованы и имеют толщину 4,64 и 6,35 мм при длине 114 мм. Внешний вид щелочных аккумуляторов и батареи приведен на рис. 53.

Как уже отмечалось, щелочные аккумуляторы различаются по составу активной массы отрицательного электрода. Активная масса состоит из смеси кадмия и железа в никель-кадмиевых аккумуляторах и из железа в железоникелевых аккумуляторах. Железоникелевые аккумуляторы в большинстве случаев выпускают с электродами ламельной конструкции и применяют преимущественно в качестве источника тока для различных электровозов, на электрокарах, автопогрузчиках, а также для освещения железнодорожных вагонов. В последнее время освоено также изготовление железоникелевых аккумуляторов с безламельными электродами. Характеристики таких аккумуляторов на 20−30% выше обычных.

К числу недостатков железоникелевых аккумуляторов относят плохую работоспособность при низких температурах и повышенную скорость саморазряда.

За последние годы важное значение приобрели сульфидные соединения, способные работать при низких температурах в железном электроде. При отсутствии сульфидных соединений резко ухудшается работоспособность при низких температурах. Установлено необходимое содержание сульфидных ионов в электроде (от 0,1 до 0,2% к железу).

В железоникелевых аккумуляторах железная активная масса берется в избытке, поэтому емкость аккумулятора ограничивается емкостью положительного электрода.

Кадмиево-никелевые аккумуляторы в зависимости от способа изготовления электродов бывают:

с ламельными электродами, в которых активная масса заключена в металлические коробочки с перфорированными стенками;

с металлокерамическими пластинами, в которых активная масса введена в поры металлокерамической пористой пластины, полученной металлокерамическим путем (спеканием карбонильного никеля);

с фольговыми пластинами, в которых активная масса введена в поры тонкого металлического слоя из спеченного карбонильного никеля, нанесенного на никелевую фольгу;

с прессованными пластинами, в которых активная масса спрессована в тонкий брикет. Для токоподвода внутрь пластины вложена металлическая сетка или рамка;

с намазными пластинами, в которых активная масса в виде пасты намазывается на сетку, а затем подпрессовывается.

Основная масса никель-кадмиевых аккумуляторов изготовляется с ламельными электродами и в сосудах с вентиляционными пробками. Некоторое количество никель-кадмиевых аккумуляторов с электродами ламельной или безламельной конструкции изготовляют в герметизированном виде.

Никель-кадмиевые аккумуляторы применяют главным образом для питания установок связи и автономного питания приборов в установок, работающих при низких температурах. В негерметизированных никель-кадмиевых аккумуляторах емкость ограничивается отрицательным электродом. В герметизированных аккумуляторах по причинам, связанным с особенностями этих аккумуляторов, берется избыток кадмиевой массы и емкость герметизированных аккумуляторов ограничивается положительным электродом.

В табл. 20 приведены характеристики основных типов аккумуляторов. В условном обозначении типа щелочных аккумуляторных батарей первые цифры означают количество последовательно соединенных аккумуляторов; буквы КН или ЖН — соответственно кадмий-никелевые или железоникелевые; буквы перед обозначением КН или ЖН указывают на область применения батареи; НКН — накальная кадмиево-никелевая батарея; Ф — фонарная; Т — тяговая; цифры после букв — номинальную емкость батареи.