Пристрій. Найбільш поширені нікель-залізні і нікель-кадмієві лужні акумулятори. Їх широко застосовують на е. п. с, тепловозах і пасажирських вагонах. На тепловозах встановлюють акумуляторну батарею 46ТПНЖ-550, що складається з 46 послідовно з'єднаних нікель-залізних акумуляторів ємністю 550 А-ч [буква Т - означає, що батарея встановлена на тепловозах; П - тип позитивних пластин (панцирні)]. Для тепловозів застосовують вдосконалені акумулятори ТПНЖК (буква До означає, що електроди комбіновані). На електровозах вітчизняної споруди застосовують батарею 42НК-125, що складається з 42 послідовно з'єднаних нікель-кадмієвих акумуляторів ємністю 125 А * год, а на електропоїздах - батарею 90НК-55, що складається з 90 послідовно з'єднаних нікель-кадмієвих акумуляторів ємністю 55 А * год, на електровозах ЧС - батареї 40NKT-120 і 40NKT-160, що складаються з 40 послідовно з'єднаних нікель-кадмієвих акумуляторів ємністю 120 і 160 А-ч. Номінальна напруга всіх лужних акумуляторів 1,2 В.
В нікель-залізних і нікель-кадмієвих акумуляторах активна маса позитивного електрода в зарядженому стані складається з гідрату окису нікелю NiOOH, до якого додають графіт і окис барію. Графіт збільшує електропровідність активної маси, а окис барію - термін служби електрода. Активна маса негативних пластин нікель-залізного акумулятора складається з порошкового заліза Fe і його окислів з добавкою сірчанокислого нікелю і сірчистого заліза, а нікель-кадмиевого акумулятора - з суміші порошків кадмію Cd і заліза Fe. Електролітом служить 20% -ний розчин їдкого калію КОН з домішкою моногідрату літію (20-30 г / л). Ця домішка збільшує термін служби акумулятора.
Промисловість випускає нікель-залізні акумулятори (НЖ) і нікель-кадмієві (НК). Обидва електроди в цих акумуляторах виготовляють у вигляді сталевих нікельованих рамок (рис. 162 і 163), в пази яких впресовані наповнені активною масою пакети (ламелі) з нікельованої жерсті з великою кількістю дрібних отворів для доступу електроліту до активної маси. В акумуляторах НК кожна негативна пластина розташована між двома позитивними, в акумуляторах НЖ кожна позитивна пластина - між двома негативними. Для запобігання короткого замикання між ними встановлюють сепаратори, виконані у вигляді ебонітових стрижнів або поліхлорвінілових сіток. В акумуляторах ТПНЖ і ТПНЖК застосовують панцирні позитивні пластини. Кожна така пластина укладена в спеціальний панцир (чохол). Корпус, в який поміщають пластини і електроліт, також виготовляють з нікельованої жерсті. Він має приварену кришку з отворами для вивідних штирів, для виходу газів
Мал. 162. Полублокі негативних і позитивних пластин (а) і загальний вид (б) нікель-залізного акумулятора ТПНЖ, що застосовується на тепловозах: 1 вивідний штир; 2 - шпилька; 3 позитивні пластини; 4 ламелі; 5 - сепаратори; 6 - негативні пластини; 7 - корпус; 8 - гумовий чохол; 9 - отвір з пробкою для заливки електроліту
Мал. 163. Полублокі позитивних і негативних пластин (а) і загальний вид (б) нікель-кадмиевого акумулятора НКН-100 для е.п.с: 1 - негативні пластини; 2 - з'єднувальний місток; 3 - вивідний штир; 4 - позитивні пластини; 5 - отвір з пробкою для заливки електроліту; 6 - кришка; 7 - сепаратор; 8 - корпус; 9 - гумовий чохол
і заливки електроліту. Для додання корпусу механічної міцності стінки його виконують гофрованими. Корпус поміщають в гумовий чохол, що забезпечує ізоляцію акумуляторів один від одного і від ящика, в якому встановлюють батарею.
Розряд і заряд. При розряді лужного акумулятора гідрат окису нікелю NiOOH на позитивних пластинах, взаємодіючи з іонами електроліту, переходить в гідрат закису нікелю Ni (OH) 2, а залізо або кадмій негативного електрода перетворюється відповідно в гідрат окису заліза Fe (ОН) 2 або гідрат окису кадмію CdOН2 . Між електродами виникає різниця потенціалів близько 1,45 В, що забезпечує протікання струму по зовнішньому ланцюзі і всередині акумуляторів.
При заряді акумулятора під дією електричної енергії, що підводиться від зовнішнього джерела струму, відбувається окислення активної маси позитивних пластин, що супроводжується переходом гідрату закису нікелю Ni (ОН) 2 в гідрат окису нікелю NiOOH. У той же час активна маса негативних пластин відновлюється з утворенням заліза Fe або кадмію Cd. Електрохімічні реакції при розряді і заряді нікель-залізного акумулятора можуть бути виражені рівнянням
2Ni (OOH) + 2KOH + Fe? 2Ni (OH) 2 + 2KOH + Fe (OH) 2
для нікель-кадмиевого
2Ni (OOH) + 2KOH + Cd? 2Ni (OH) 2 + 2KOH + Cd (OH) 2
Номінальний розрядний струм чисельно дорівнює 0,2 Сном, максимальний при запуску дізеля- (3-4) Сном, зарядний струм - 0,25 Сном, де Сном - номінальна ємність.
Позитивною якістю лужного акумулятора є те, що всі компоненти, які утворюються в процесі заряду і розряду, практично нерозчинні в електроліті і не вступають в будь-які хімічні реакції. Електроліт в процесі електрохімічних реакцій не витрачається, тому щільність його не змінюється. Це дозволяє обходитися порівняно невеликими кількостями електроліту, що робить ці акумулятори більш компактними, ніж кислотні.
Для правильної роботи нікель-залізного акумулятора негативний електрод (губчасті залізні) повинен мати більшу масу, ніж позитивний (гідрат окису кадмію). Тому негативних пластин беруть на одну більше, ніж позитивних. У збірному блоці нікель-залізного акумулятора крайні пластини негативні; вони електрично з'єднані з корпусом. В нікель-кадмієвих акумуляторах, навпаки, позитивна активна маса повинна займати більший об'єм, ніж негативна. Тому у них крайні пластини позитивні і електрично з'єднані з корпусом.
Повністю заряджений акумулятор має е. д. з. близько 1,45 В. Внаслідок великого внутрішнього опору його напруга при розряді значно менше цього значення, а при заряді значно більше. При розряді напруга АККМ-ром досить швидко падає до 1,3 В, а потім повільно зменшується до 1 В (рис. 164); при цьому напрузі розряд слід припиняти. Середнє розрахункове напруження при розряді складає 1,25 В. Розряджати лужні акумулятори нижче встановленого кінцевого напруги не можна, так як це призведе до безповоротної втрати ємності і зменшення терміну служби. При заряді напруга з 1,55 В швидко піднімається до 1,75 В, а потім повільно підвищується до 1,8 В. Заряд лужного акумулятора ведуть до тих пір, поки не буде повідомлено необхідну кількість ампер-годин (згідно з паспортними даними). Заряд лужного акумулятора здійснюється струмом, рівним однієї четвертої його номінальної ємності, при цьому акумулятора повідомляється 150% ємності.
Виділення газу у лужних акумуляторів не є ознакою кінця заряду, проте при бурхливому газовиділенні необхідно зменшити зарядний струм. Лужні акумулятори краще перезарядити, ніж недозаряд, так як неповні заряди сприяють передчасного виходу їх з ладу. підвищення
Мал. 164. Криві напруги лужного акумулятора при заряді і розряді
температури вище 45 ° С також призводить до руйнування активної маси електродів.
Особливості експлуатації. Догляд за лужними акумуляторами в принципі такий же, як і за кислотними. Необхідно періодично перевіряти рівень електроліту і ступінь заряджений-ності акумулятора. Акумулятори повинні міститися в чистоті і періодично заряджатися.
Лужні акумулятори мають ряд переваг перед кислотними. Вони можуть тривалий час перебувати в полузаряженном і навіть в повністю розрядженому стані, що абсолютно неприпустимо для кислотних. Крім того, лужні акумулятори не виходять з ладу внаслідок дії низьких температур. Лужні акумулятори мають велику перевантажувальну здатність, т. Е. Можуть працювати з великими струмами при розрядах і зарядах. Завдяки великому внутрішньому опору короткочасне коротке замикання і глибокі розряди не виводять з ладу ці акумулятори. Для них характерні велика механічна міцність (акумулятор не боїться тряски, вібрацій, ударів), більша, ніж у кислотних, енергія на одиницю маси (питома енергія), більший термін служби і термін зберігання.
У лужних акумуляторів саморозряд при відключеному стані дуже малий (після 9 міс зберігання вони втрачають лише 20% ємності). У той же час у кислотних акумуляторів добовий саморазряд становить близько 0,5-0,7% ємності, т. Е. Протягом місяця вони втрачають 15-21% ємності. При експлуатації лужних акумуляторів не відбувається шкідливих виділень парів і газів, що характерно для кислотних акумуляторів. З наведених причин вони в експлуатації значно надійніше, ніж кислотні, і вимагають значно меншого догляду.
Однак лужні акумулятори мають ряд недоліків. Напруга лужного акумулятора при розряді значно нижче (майже на 40%), ніж кислотного, внаслідок чого при одному і тому ж напрузі кількість акумуляторів у лужному батареї буде більше, ніж в кислотної. Внутрішній опір лужного акумулятора значно вище, ніж у кислотного, отже, його напруга, особливо при великих токах розряду, падає набагато швидше і при дуже інтенсивному розряді акумуляторної батареї різко зменшується.
