Никель цинковые аккумуляторы – особенности, преимущества и недостатки

При выборе источников питания с высоким напряжением следует понимать, что никель цинковые аккумуляторы плюсы и минусы в эксплуатации хотя и имеют, но они находятся в оптимальном соотношении. По сравнению с другими щелочными батареями, способны отдавать значительные токи, имеют стабильную кривую разряда, подзаряжаются до полной ёмкости на 30% быстрее.

Особенности конструкции

Никель цинковые аккумуляторы

Конструктивно Ni-Zn источник питания состоит из следующих деталей:

  • полистиролового герметичного корпуса;
  • отрицательного и положительного электродов;
  • капронового чехла, выполняющего функцию сепаратора на положительном электроде;
  • трёхслойной целлофановой оболочки для изоляции отрицательного электрода;
  • изолирующей трубки для вывода наружу отрицательного провода и крепления отрицательной клеммы;
  • изоляционной пробки, на которой фиксируется положительная клемма.

В качестве отрицательного электрода применяется спрессованный брикет, в состав которого входит оксид цинка и цинковая пыль в пропорции 7:3. Связующим элементом выступает 2,5% раствор крахмала.

Положительный электрод представляет собой пластину из высокопористого никеля, пропитанного специальным активным веществом. Она изготавливается путём спекания порошкообразного карбонильного никеля при высоких температурах.

Токоотвод представляет собой проволоку, изготовленную из медно-кадмиевого сплава. В состав электролита входит KOH и LiOH.

Условия и правила эксплуатации


Заряжать батарейки необходимо постоянным током с величиной напряжения 1,9 В.
После полной зарядки нужно подождать, пока заряд не снизится до 1,6 В. Напряжение разряда должно составлять не менее 1,5 В.

При хранении аккумуляторов важно не допускать глубокого разряда, так как они потеряют свою ёмкость. В первый месяц потеря заряда достигает 10%, в последующие – по 3-5%.

Скорость разряда увеличивается при повышении температуры, поэтому элементы рекомендуется хранить в прохладном месте. Чтобы батареи сохранили свои свойства в течение года, нужно поддерживать температуры в интервале от -200С до +300С.

Использование зарядных устройств для щелочных аккумуляторов других типов недопустимо, так как у них другие величины выходных напряжений.
Важно понимать, что режим подзарядки не до конца разряженного элемента, сократит заявленную ёмкость, потому важно полностью разряжать её.

Для максимального использования ресурсов элемента питания важно зарядить их на 90% от заявленной ёмкости. Автоматические зарядные устройства позволяют точно контролировать уровень заряда, поэтому их рекомендуется применять в бытовых или промышленных условиях.

При эксплуатации запрещается:

  • накоротко замыкать клеммы;
  • допускать перегрев выше +500С;
  • разбирать элементы с целью изменения их электрических свойств;
  • эксплуатировать аккумуляторы в условиях, не рекомендуемых производителем.

Сравнение с Ni-Mh аккумуляторами

Ni-Mh аккумулятор

Основным отличием двух источников питания является способ подзарядки. Зарядка Ni Zn аккумуляторов выполняется специальными зарядными устройствами с напряжением 1,8 В, а для Ni-Mh – 1,4 В. Применение зарядных устройств неподходящего типа может сделать источник тока непригодным для эксплуатации.

Зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов бывают следующих видов: капельная и быстрая. Капельная осуществляется постоянным током величиной 0,1С, которая не меняется в зависимости от степени заряда. Быстрая проводится с параметрами от 0,3С до 1С, при этом токи на старте процесса большие, а в конце уменьшаются.

Принципиальным отличием капельной от быстрой зарядки является сниженное КПД с 90% до 70% и отсутствие у первой ограничения по заряду.
То есть капельная по достижению полного заряда не отключает аккумулятор от питания, что становится причиной его деградации при условии несвоевременного отключения. Из-за малых зарядных токов перегрев не наступает.

Для подзарядки никель-цинковых источников питания также могут применяться быстрые зарядки или стандартные медленные. Однако их напряжение должно составлять 1,8 В.

Все быстрые зарядники для Ni-Zn или Ni-Mh элементов  автоматически детектируют уровень заряда и отключаются при выполнении определённых условий. При зарядке Ni-Zn источники питания подвержены нагреву в меньшей степени, чем Ni-Mh, поэтому для них зарядные устройства не оснащаются датчиками температуры.

Принципиальным отличием двух аккумуляторов является снижение напряжения при разряде на Ni-Mh элементах с 1,3 до 1 В, в то время как на Ni-Zn оно сохраняется на уровне 1,6 В и падает до 1,3 в самом конце разряда. Никель-металлогидридные источники питания не рассчитаны на подключение нагрузок, потребляющих высокие токи, в отличие от никель-цинковых.

Таблица 1. Сравнение технических характеристик Ni-Zn и Ni-Mh источников питания.

Технический параметрТип аккумулятора
Ni-MhNi-Zn
Удельная энергоёмкость, Вт•ч/кг60-12046-70
Удельная плотность энергии, Вт•ч/дм360-72255
Количество циклов «заряд-разряд»От 300 до 500От 250 до 370
Внутреннее сопротивление, мОмОт 200 до 30020
Устойчивость к перезарядуНизкаяНизкая
Степень саморазрядки в условиях хранения при комнатных температурах30%10%
Номинальное напряжение на одном элементе, В1,21,6-1,7
Напряжение отсечки, В11,3
Допустимая температура зарядки, 0СОт 00С до +450СОт 00С до +350С
Температура разрядки, 0СОт -200С до +650СОт -200С до +600С

Плюсы и минусы

Никель цинковые аккумуляторы

Основными преимуществами Ni-Zn источников питания являются:

  • напряжение на одном элементе питания составляет 1,6-1,7 В, максимальное по величине по сравнению с другими щелочными аккумуляторами;
  • отсутствие в составе токсичных веществ, простота утилизации элементов;
  • сохранение высокого напряжения в процессе разряда в широком диапазоне нагрузок по току до от 4 до 300 А;
  • срок службы составляет 5 лет или до 370 циклов «заряд-разряд»;
  • допустимость переполюсовки;
  • высокий уровень пожаробезопасности в случае возникновения короткого замыкания;
  • стойкость к механическим нагрузкам;
  • высокая мощность.

Недостатки:

  • время жизни аккумулятора меньше, чем у многих современных типов аккумуляторов (литий-ионных, литий-полимерных);
  • допускается эксплуатация элементов при температурах окружающей среды от -300С до +400С;
  • невозможность дозаряжать не до конца разряженные элементы по причине частичной потери ёмкости.

Заключение

Никель-цинковый источник питания является выгодным для запитывания мощных потребителей.
При правильной эксплуатации и использовании зарядки для Ni-Zn аккумулятора они смогут прослужить на несколько лет дольше, чем другие виды щелочных аккумуляторов. Стабильные характеристики по напряжению и высокая плотность заряда – основные преимущества.

Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации