Какой аккумулятор лучше щелочной или кислотный

Какой аккумулятор лучше щелочной или кислотный

АККУМУЛЯТОР — химический источник тока, который после разряда обладает возможностью заряда (преобразования электрической энергии в химическую) путем пропускания через него электрического тока обратного направления. Мы рассматриваем две электрохимические системы аккумуляторов, свинцовую (кислотную) и никель-железную (щелочную):

Свинцовый аккумулятор состоит из двух блоков пластин погруженных в электролит (25-29%-ный водный раствор серной кислоты). Положительные пластины представляют собой трубчатые цилиндры из нетканых материалов, заполненных активной массой — диоксидом свинца PbO2 (панцирный электрод) или свинцовые каркасы, заполненные активной массой, также диоксидом свинца PbO2 (намазной электрод), отрицательные — представляют собой свинцовые каркасы, заполненные активной массой, состоящей из губчатого свинца (намазной электрод). После изготовления пластины подвергаются электролитической обработке — формовке. При разряде происходит химическая реакция, в результате которой активная масса положительной и отрицательной пластин переходит в сернистое соединение свинца PbSO4 с выделением воды, что уменьшает концентрацию электролита, его проводимость и снижает э. д. с. аккумулятора. При снижении плотности электролита до 1.14-1.13 г/см 3 разряд следует прекратить во избежание сульфитации пластин — образования на них нерастворимого сернистого свинца.

При заряде через аккумулятор проходит ток, имеющий направление, противоположное току разряда. Происходит обратная химическая реакция и на электродах восстанавливается диоксид свинца и губчатый свинец. Во избежание сульфитации аккумулятор необходимо содержать в заряженном состоянии, периодически проверять уровень, плотность электролита, напряжение под нагрузкой. Токообразующий процесс в свинцовом аккумуляторе описывается реакцией: Pb + PbO2 + 2H2SO4 — 2PbSO4 + 2H2O. Увеличив плотность электролита, можно повысить емкость аккумулятора, но при этом ресурс аккумулятора резко снижается. КПД кислотного аккумулятора составляет 0,75-0,8.

Никель-железный аккумулятор состоит из двух блоков, расположенных в сосуде с электролитом (водный раствор едкого калия КОН или едкого натра NaOH, с добавлением едкого лития LiOH). Пластины представляют собой стальные рамки с вставленными в них стальными перфорированными коробочками, заполненными активной массой (ламельный тип электродов). Активная масса отрицательных пластин состоит из губчатого железа, положительных пластин — из гидрата окиси никеля Ni(OH)3. Гидрат окиси никеля при разряде переходит в гидрат закиси никеля, а губчатое железо — в гидрат закиси железа. При заряде реакция идет в обратном направлении — происходит восстановление массы электродов. Концентрация электролита в процессе разряда и заряда остается неизменной. 2NiOOH + Fe + 2H2O — 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2. КПД щелочного аккумулятора составляет 0,5-0,6.

Для более наглядного сравнения эксплуатационных характеристик свинцовых и никель-железных аккумуляторных батарей возьмем две батареи близкие по параметрам, применяемые на самом распространенном Российском электропогрузчике ЭП-103КО: 36ТНЖ-300ВМП У2 и 40V5PzS350Ah. Щелочная батарея производится на Великолукском и Курском аккумуляторных заводах, кислотная – на заводе Elhim-Iskra JSC (Болгария), под торговой маркой Елхим-Искра. Стоимость щелочной батареи 36ТНЖ-300 составляет в среднем 160 000,00 рублей, а кислотной батареи 40V5PzS350Ah в среднем 100 000,00 рублей. Цены как правило меняются в течение времени, но кислотная батарея в любом случае будет дешевле щелочной.

Стоимость любой аккумуляторной батареи находится в прямой зависимости от стоимости сырья, из которого производятся элементы ее конструкции и компоненты активной массы. Для заливки щелочной АКБ потребуется 140кг калиево-литиевого электролита, плотностью 1,19-1,21 г/см 3 . Стоимость электролита составляет, в среднем, 75,0 руб./кг. Итого в сумме 10 500,00 руб.

Для заливки кислотной АКБ потребуется 110кг сернокислотного электролита, плотностью 1,28 г/см 3 . Стоимость электролита составляет около 45,0 руб./кг. Итого в сумме 4 950,00 руб. При этом следует учитывать, что щелочной электролит подлежит полной замене не реже одного раза в год, поскольку он теряет свои электролитические свойства в процессе эксплуатации. Кислотный электролит заливается один раз и на весь срок эксплуатации батареи. Кислотные аккумуляторы имеют меньшее внутреннее сопротивление, и, следовательно, более высокий КПД, чем щелочные. Поэтому, при ее зарядке расходуется меньше электроэнергии. Что бы зарядить кислотную батарею, требуется отдать ей количество электричества, эквивалентное 130% емкости, для щелочной батареи, ввиду более высокого внутреннего сопротивления, этот показатель составляет 170%. Справедливости ради надо отметить, что с другой стороны высокое внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов делает их более устойчивыми к коротким замыканиям.

Читайте также:  Как восстановить отражатель противотуманок

При сравнении щелочной и кислотной батареи одинаковой емкости (350А*ч) экономия электроэнергии составляет

54% на одну батарею за смену. Вывод, чем интенсивнее используется техника с кислотными АКБ, тем более ощутимой будет экономия. Для заряда щелочных батарей необходимо использовать устройства с зарядной характеристикой IU, т. е., со стабилизированной токовой характеристикой. Такой профиль заряда требует применения сложных электронных схем и более мощного трансформатора. Как следствие, такие агрегаты стоят в несколько раз дороже, чем устройства с зарядной характеристикой Wa, применяемой для тяговых кислотных батарей с жидким электролитом. Конкретная цена на зарядные устройства ЕлПулскКар для различных типов батарей зависит от мощности силы тока заряда, но, в любом случае зарядные устройства ЕлПулсКар для кислотных батарей стоят дешевле.

Щелочной аккумулятор имеет ряд положительных по сравнению с кислотным аккумулятором отличий:

  • он отличается высокой выносливостью;
  • он сохраняет работоспособность в течение длительного срока;
  • он не восприимчив к физическому воздействию;
  • он сохраняет работоспособность даже при очень длительных простоях при отрицательных температурах;
  • он хорошо держит неожиданные нагрузки;
  • он хорошо переносит короткие замыкания;
  • он может очень большой промежуток времени храниться абсолютно разряженным, что категорически недопустимо в случае с кислотными батареями.

ВЫВОД: в качестве тяговых аккумуляторов, в подавляющем большинстве случаев, свинцовые батареи имеют неоспоримые преимущества перед щелочными.

Многим известно что в наших машинах используется два принципиально различных типа аккумуляторов, кислотный и щелочный. Но немногие знают в чем же реальное отличие этих двух видов. Ниже мы сможем с вами разобраться, какие основные преимущества и недостатки этих видов.

Устройство кислотного аккумулятора

Кислотный аккумулятор как правило состоит из нескольких(как правило двух) групп свинцовых пластин, помещенных в серную кислоту, сами пластины при этом делаются решётчатыми.

Устройство щелочного аккумулятора

В основном тут используются железные или никелевые пластины, помещенные в раствор едкого калия. Сами же пластины производятся из никелированного железа с большим количеством отверстий. Раствор щелочи в данном аккумуляторе используется как электролит.

Срок службы

Итак, основным и даже ключевым критериев при выборе аккумулятора для любого потребителя является высокий срок службы. Здесь как раз лучший вариант именно щелочный аккумулятор. Известно что при длительном простое свои свойства и характеристики щелочный аккумулятор сохраняет гораздо дольше.

При физическом воздействии сохранность пластин у них более стойкая, в свою очередь как у кислотных аккумуляторов пластины более хрупкие. Тут дело в том что у щелочных пластины из никелированного железа, а у кислотных пластины свинцовые идут с добавками сурьмы. Именно из за этого пластины подвержены ломкости, и кислотные аккумуляторы требуют более бережного к себе отношения.

Переносимость нагрузок

Весомым плюсом кислотных аккумуляторов состоит в том что, напряжение в них выдается 2 В., в свою очередь в щелочных всего 1,25В. Еще одной немаловажной особенностью у этих аккумуляторов является различный состав используемого электролита. Благодаря более качественному составу электролита в щелочных аккумуляторах, им с большей легкостью получается переносить небольшие перегрузки, а также короткие замыкания.

Читайте также:  Как промыть воздушную заслонку

Из положительных моментов у кислотных аккумуляторов стоит выделить их низкую стоимость. А так же тот фактор, что они гораздо лучше переносят глубокую разрядку и дальнейшую зарядку с нуля. Для них не нужны какие то специальные, дорогостоящие зарядки, а подойдут самые обычные и дешевые.

Внешний вид

Внешне аккумуляторы можно отличить по корпусу. Как правило, у щелочных аккумуляторов он стальной, у кислотных пластиковый. Также они сильно отличаются по массе, щелочные гораздо легче кислотных.

Утилизация

Большим недостатком у кислотных аккумуляторов является повышенное содержания яда (сурьмы) ,что затрудняет его утилизацию.

Основные моменты по уходу за кислотными аккумуляторами

  • Нельзя оставлять разряженный аккумулятор дольше чем на сутки.
    При хранении аккумулятора его следует немного разрядить, после слить старый электролит и желательно промыть пластины дистиллированной водой.
  • Заряд аккумулятора не должен падать ниже 1,8 В .
  • Заряжать аккумулятор стоит при открытых банках, и до того времени пока во всех не будет одинаково кипеть электролит.
  • Если ваш заряженный аккумулятор некоторое время был в инертном состоянии, то через некоторое время его следует подзарядить.

Основные моменты по уходу за щелочными аккумуляторами

При зарядке пробки нужно обязательно снимать во избежания перегрева и разрушения АКБ. После успешной зарядки ( время около полусуток в зависимости от степени разряженности АКБ) пробки необходимо поставить на место.
Заряд аккумулятора не должен падать ниже 1,1 В.

По истечении года электролит необходимо заливать заново, а в течении года необходимо подливать дистиллированную воду. Когда соберетесь сменить электролит, АКБ необходимо промыть водой и разрядить до 0,8 В.

Вывод

Какой же вывод из всего вышесказанного можно сделать? Если вы обслуживаете свой аккумулятор на регулярной основе то кислотной аккумулятор для вас предпочтителен. Если же сама техника работает не регулярно, без необходимого обслуживания, то есть смысл приобрести щелочной аккумулятор.

23.11.2017

Работа на складах, в шахтах, да и просто в замкнутых помещениях зачастую невозможна без электротранспорта, поскольку требования к качеству воздуха не позволяют применять транспортные средства на двигателях внутреннего сгорания. Составной частью любого электротранспорта, определяющей его автономность, мощность и стоимость эксплуатации, является аккумулятор как источник энергии. На рынке присутствуют несколько различных систем аккумуляторов, различающихся по номинальному напряжению аккумуляторного элемента, величине допустимого разрядного и зарядного тока, поэтому еще на этапе закупки оборудования необходимо совершить взвешенный выбор, определяющий значительные капитальные затраты. Наиболее часто стоит проблема выбора между щелочными и свинцовыми аккумуляторами, которые за десятилетия с момента их разработки уже заслужили себе репутацию надежных устройств.

Для того, чтобы определиться с преимуществами и недостатками этих систем, необходимо рассмотреть процессы, происходящие в них.

Кислотный свинцовый аккумулятор

Положительный электрод заряженного аккумулятора содержит диоксид свинца PbO2, а отрицательный – губчатый свинец. Электролитом является раствор серной кислоты. Процесс, протекающий при разряде аккумулятора, можно описать уравнением

При зарядке процесс протекает в обратном направлении

и в конце заряда на электродах кроме основных реакций образования активных веществ начинают протекать побочные – выделение водорода на отрицательном электроде и кислорода – на положительном. Напряжение полностью заряженного аккумулятора составляет 2,07…2,11 В.

Как видно из уравнений, описывающих химические процессы заряда/разряда, в процессе разряда концентрация кислотного электролита уменьшается, а при зарядке наоборот – увеличивается. Из этого следует, при снижении температуры электролит разряженного аккумулятора может замерзнуть, что приведет к разрушению батареи. Снижение концентрации и соответствующее увеличение сопротивления электролита при разряде приводит к уменьшению энергоэффективности аккумулятора в конце разряда. Также стоит отметить, что конечный продукт разряда обоих электродов – это неэлектропроводный сульфат свинца, а значит, при разряде на величину емкости, большую определенного значения, увеличивается вероятность отслоения кристаллов сульфата и необратимого снижения емкости аккумулятора. К увеличению размеров кристалла и их осыпанию с электродов могут приводить повышенная температура; увеличенная скорость образования, что наблюдается при превышении величины допустимого разрядного тока; перекристаллизация в результате длительного контакта сульфата свинца с раствором серной кислоты, что встречается при хранении даже частично разряженных аккумуляторов.

Читайте также:  Фары на гранту с линзами

Щелочные аккумуляторы

Наибольшее распространение в качестве тяговых среди щелочных аккумуляторов получили никель-кадмиевые и никель-железные элементы. В обоих типах положительный электрод содержит нестехиометрический оксид-гидроксид никеля NiOOH. Отрицательный электрод содержит либо смесь кадмия с железом, либо губчатое железо. Электролитом служит раствор щелочи – гидроксид натрия или калия. Разряд аккумулятора сопровождается протеканием реакций

При зарядке на электродах проходят процессы в обратном направлении. Кроме того, на положительном электроде в процессе зарядки происходит побочный процесс выделения кислорода. На отрицательном электроде побочный процесс выделения водорода начинает протекать после набирания: на железе – 50 % емкости, а на кадмии – 80 % емкости. Напряжение свежезаряженных аккумуляторов составляет 1,25…1,45 В.

Поскольку в процессах заряда/разряда электролит не расходуется, то его концентрация не изменяется, что приводит к большей морозоустойчивости щелочных аккумуляторов. Однако большее разложение воды по сравнению с кислотным аккумулятором требует реализации циклов рекомбинации с участием выделяющихся газов и регулярного долива воды. Также щелочь чрезвычайно интенсивно поглощает углекислый газ из окружающей среды, что приводит к снижению электропроводности электролита из-за карбонизации и необходимости периодической замены электролита. Кроме этого, щелочной электролит имеет меньшую электропроводность и более высокую стоимость.

Вещества, образующиеся при разряде электродов, имеют достаточно высокую проводимость, поэтому щелочные аккумуляторы менее чувствительны к превышению токов заряда/разряда и не склонны к осыпанию с электродов, в результате чего аккумуляторы имеют большой ресурс и выдерживают до 2000…3000 циклов разряд/заряд (для свинцовых кислотных тяговых аккумуляторов – порядка 1500 циклов). Такие аккумуляторы с щелочным электролитом могут переносить даже кратковременные короткие замыкания, тогда как свинцовый аккумулятор практически гарантированно выйдет из строя. Вместе с тем, гидроксид никеля имеет склонность к переходу в другие модификации, что приводит к появлению такого фактора, как «эффект памяти» – после перерывов в процессе разряда или неполного разряда емкость аккумулятора снижается, поэтому такие аккумуляторы требуют вначале полного «доразряда». Также свежеобразованный оксид-гидроксид имеет повышенную активность, поэтому в первый час после окончания процесса зарядки батарея может потерять до 10 % своей емкости.

Кроме повышенного ресурса щелочные аккумуляторы обладают большей механической прочностью. В то время как свинец является достаточно мягким и ломким материалом, а корпус свинцовых аккумуляторов из-за агрессивности серной кислоты изготавливают из полимерных материалов, что делает его хрупким и чувствительным к ударам и вибрации, в щелочных аккумуляторах электроды устанавливают в стальных рамках, а корпуса изготавливают из стальной жести.

Все вышесказанное позволяет выделить такие преимущества обоих типов аккумуляторов.

  • имеют более высокое номинальное напряжение;
  • характеризуются низким саморазрядом;
  • не имеют «эффекта памяти»;
  • имеют более низкую стоимость всех компонентов;
  • просты конструктивно;
  • просты в эксплуатации.
  • имеют более высокие удельные энергетические характеристики (из-за меньшего веса компонентов);
  • мало чувствительны к коротким замыканиям и перегрузкам по току;
  • допускают возможность хранения в разряженном состоянии;
  • имеют высокую механическую прочность и вибростойкость;
  • менее чувствительны к низким температурам.
Ссылка на основную публикацию
Как хранить летние шины зимой на дисках
Вопрос о правильном хранении шин каждый год остро встает перед автолюбителями. Переход на зимнюю или летнюю резину заставляет задуматься о...
Как снять лампочку ближнего света на гранте
1200 руб. за фотоотчёт Платим за фотоотчёты по ремонту авто. Заработок от 10 000 руб/мес. Пишите: Менять лампочки на Lada...
Как снять левую фару на калине
Нельзя сказать, что запотевание фар на автомобиле Лада Калина — это слишком распространенная проблема, но она имеет место быть. Данная...
Как устроена механическая коробка передач
МКПП, она же механическая коробка передач, иногда, в кругах автомехаников можно услышать как "коробка" или "коробас" — представляет собой устройство,...
Adblock detector