2020-04-12
119
Ламельные НЖ аккумуляторы выпускают в РФ в широком диапазоне емкости от 8 до 1150 А∙ч. Габаритно-массовые и некоторые электрические характеристики наиболее распространенных из них представлены в табл. 8.2.
Таблица 8.2. Параметры некоторых ламельных никель-железных аккумуляторов по ГОСТ 9241—79 (серия НЖ) и ГОСТ 19484—80 (серия ТНЖ)
|
Обозначение аккумулятора | Размеры, мм
|
Масса с электролитом, кг |
Конечное напряжение при токе разряда, В |
Область преимущественного применения или назначения | ||||
| длина | ширина* | Высота | 0,1Сном | 0,2Сном | 0,33Сном | |||
| НЖ-22 НЖ-45 НЖ-60 НЖ-100 ТНЖ-350-У2 ТНЖ-550-У2 ТНЖШ-650- У5 ТНЖ-1150-У2 | 34 55 47 72 132 130 155 195 | 107* 107* 131* 131* 167 167 167 167 | 216 216 352 352 368 561 647 785 | 1,69 2,78 4,46 6,60 17,0 25,0 33,0 51,2 | 1,0 1,0 1,0 1,0 | 1,0 0,9 1,0 1,0 | 0,8 0,8 0,8 0,8 | Электрические аппараты, приборы и средства связи Электротягачи, электропогрузчики Рудничные электровозы Электропогрузчики |
* Без учета цапф.
Номинальная емкость аккумулятора серии НЖ - емкость при 10-часовом разряде и температуре 20 °С до напряжения 1,0 В.
Номинальный режим тяговых аккумуляторов серии ТНЖ - 5-часовой разряд до напряжения, указанного в табл. 8.1.
Свежезаряженный НЖ аккумулятор имеет значение НРЦ около 1,48 В, которое по мере перехода положительного электрода в равновесное состояние снижается до 1,35 В. Номинальное разрядное напряжение принято равным 1,2 В, изменение фактического напряжения при разряде током от I100 до I1 показано на рис. 8.5.
Разрядные характеристики демонстрируют характерную для ламельных аккумуляторов зависимость напряжения и емкости от токовой нагрузки.
Причина снижения напряжения и емкости — высокое внутреннее сопротивление, усугубляющееся пассивацией железного электрода. Поэтому разряд током I1 при котором конечное напряжение составляет 0,5 В, представляется предельно допустимым. По тем же причинам заметно ухудшается работоспособность НЖ аккумулятора при пониженной температуре. Повышение температуры электролита выше допустимой 45 °С приводит к сокращению срока службы. Так, при систематическом перегреве электролита до 70 °С наработка (ресурс) тягового аккумулятора сокращается с 1000 до 500 — 400 циклов из-за снижения емкости положительного электрода.
Саморазряд НЖ аккумуляторов при 20 °С составляет от 50 до 80% за месяц в зависимости главным образом от чистоты активной массы железного электрода.
Основные правила эксплуатации НЖ аккумуляторов
- проведение нормальных и усиленных зарядов,
- контроль и корректировка электролита,
- своевременная замена сезонных электролитов,
- поддержание чистоты.
Нормальный зарядный режим - заряд током I4 в течение 6 ч. Аккумулятору сообщается емкость 1,5Сном и, следовательно, количество электричества, равное 0,5Сном, затрачивается на побочный процесс электролиза воды. Периодически проводят усиленный заряд тем же током в течение 10 — 12 ч. 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 рабочего электролита выбирают в зависимости от температуры, при которой эксплуатируются аккумуляторы (табл. 8.3).
Таблица 8.3. Выбор электролита в зависимости от температуры
| Температура, °С | Электролит | Плотность, г/см3 | Добавка |
| 5 < t < 40 –15 < t < 35 t < –15 | NaOH KOH KOH | 1,18 – 1,20 1,19 – 1,21 1,26 – 1,28 | 10 г/л LiOH∙H2O 20 г/л LiOH∙H2O без добавки |
Растворы КОН обладают более высокой электрической проводимостью и поэтому при низкой температуре предпочтительны. Однако при температуре выше 35 °С применение этого электролита недопустимо: агломерация активной массы положительного электрода при этом ускоряется и аккумулятор необратимо теряет емкость, несмотря на добавку гидроксида лития.
Раз в квартал электролит для корректировки анализируют, определяя концентрацию щелочи и карбонатов. Карбонаты калия или натрия образуются за счет поглощения СО2 из 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 при достижении концентрации 70 г/л электролит следует заменить свежим.
Перспективы развития
Современные ламельные никель-железные аккумуляторы имеют удельную энергию в пределах от 20 до 28 Вт∙ч/кг при наработке от 1000 до 1500 циклов. Удельная энергия НЖ аккумуляторов с безламельными железными электродами 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%) коэффициент использования железной активной массы. Велика металлоемкость электродов и аккумулятора в целом.
Представляются перспективными направления, связанные с коренным усовершенствованием электродов и других элементов конструкции, включая корпус.
Среди безламельных отрицательных электродов наиболее многообещающим является железный спеченный электрод, который получают спеканием в водородной атмосфере чистого высокоактивного железного порошка. При разряде током трехчасового режима он обеспечивает 40%-ное использование активной массы при стабильной емкости. Применив этот электрод в паре с металло-керамическим оксидноникелевым, японские исследователи достигли 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 оксидноникелевым электродом. Доля активного материала в массе электрода достигла 70% по сравнению с 50% у существующих. Значительно снижено внутреннее омическоее сопротивление.
Новые идеи касаются сепарирования электродов, облегчения корпуса, улучшения работоспособности положительного электрода при длительном циклировании. Одновременно предстоит найти новые технологические решения, направленные на снижение трудоемкости и себестоимости изделий. Повышение электрических и эксплуатационных характеристик представляется невозможным без ужесточения технических требований к чистоте электролита, исходного сырья и 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 электромобилей.
