Сплав никель - цинк. Цинковые покрытия, легированные никелем (50% Ni и 50% Zn), имеют более высокую коррозионную стойкость, чем цинковые, и способны обеспечить анодную защиту стальным деталям от коррозии. Наиболее оптимальным для этой цели является электролит (в г/л):

Хлористый аммоний 200-250

Окись цинка 15-17

Хлористый никель 25 — 40

Кислота борная 20—25

Декстрин 5 — 10

Режим электролиза: температура электролита 15-20 °С, i к = 1 ÷ 2 А/дм 2 , аноды — раздельные Zn:Ni = 1:1, рН =6,3 ÷ 6,7.

Покрытия получаются блестящими и хорошо сцепленными с основой. Продолжительность действия добавки декстрина (блескообразователь) составляет 5 г/л на 10 А.ч/л.

Наряду с этим составом применяют электролит, содержащий (в г/л):

Сернокислый цинк 75-125

Сернокислый никель 25 — 75

Сернокислый аммоний 35 — 40

Аммиак, мл/л 250

Режим электролиза : температура электролита 15 — 20°С, i к = 1 ÷ 2 А/дм 2 , (i к в начале электролиза 2 — 3 А/дм 2 в течение 1 мин), аноды — из сплава, который осаждается на катоде.

Декоративные и светопоглощающие покрытия из черного никеля в оптической промышленности осаждают из электролита (в г/л):

Сернокислый никель 65 — 75

Сернокислый цинк 30 — 40

Никель — аммоний сернокислый 45 — 50

Натрий роданистый 15

Кислота борная 25

Режим электролиза: температура электролита 45 —55°С, i к = 1,0 ÷1,5 А/дм 2 , аноды раздельные Ni: Zn = 1:1 или из сплава, который осаждается на катоде.

Сначала при 0,02 — 0,05 А/дм 2 рекомендуется осадить определенный слой обычного никеля в качестве подслоя, а потом повысить i к до 1,3 А/дм 2 и нанести черный никель. Благодаря этому повышается адгезия покрытия с основой. Для работы в условиях умеренного климата (помимо подслоя меди и никеля по стали) черные никелевые покрытия дополнительно обрабатывают в горячем растворе дву-хромовокислого калия.

В покрытия, получаемые из роданистого электролита, помимо никеля и цинка входит роданистый натрий и двойная никель-аммонийная соль.

При малых i к = 0,2 ÷ 0,4 А/дм 2 на катоде осаждается серый никель, прочно сцепленный с основой. Увеличение i к от 0,4 до 1,0 А/дм 2 приводит к получению черных осадков. Одновременно изменяется качество — покрытия становятся хрупкими. При понижении температуры электролита до 20°С покрытия становятся грубыми, с подгарами. Переход от серого никеля к черному происходит скачкообразно. На рис. 43, участок 1 кривой соответствует выделению никеля, а участок 2 — выделению цинка. На переходном участке происходит восстановление Ni — Zn на катоде. При 50°С этот момент соответствует i к = 0,35 ÷ 0,4 А/дм 2 . В составе серых покрытий содержатся следы цинка, 14 — 15% черного сульфида никеля, 74% гидроокиси цинка, 9% обычного сульфида никеля.

Рис. 43.

1 — выделение никеля; 2 — выделение цинка

Катодное восстановление сплава Ni — Zn сводится к тому, что при значении i к, отвечающем скачку потенциала на поверхности катода, начинается выделение пузырьков водорода. С повышением рН прикатодного слоя в нем образуется гидроокись цинка, которая, адсорбируясь поверхностью катода, пассивирует грани растущих кристаллов и прекращает их рост.

В результате восстановления роданидов образуются сульфиды металлов, при осаждении которых на пассивированных гранях катода последние становятся электропроводными. Это обеспечивает возникновение новых центров кристаллизации металла, дальнейший рост которых тормозится пассивированием граней кристаллов гидроокисью цинка.

Микротвердость покрытий сплавом Ni — Zn составляет 400 — 500 кгс/мм 2 и возрастает с увеличением содержания никеля в сплаве. Сплав Ni — Zn может быть использован в качестве самостоятельного покрытия или подслоя перед нанесением на сталь хромо-никелевых покрытий.

Петр Степанович Мельников . Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении , 1979 .

В течение целых пятидесяти лет портативные устройства для автономной работы могли полагаться исключительно на никель-кадмиевые источники питания. Но кадмий очень токсичный материал, и в 1990-х на смену никель-кадмиевой технологии пришла более экологичная никель-металл-гидридная. По сути эти технологии очень схожи, и большинство характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов передались по наследству никель-металл-гидридным. Но тем не менее, для некоторых применений никель-кадмиевые аккумуляторы остаются незаменимыми и используются по сей день.

1. Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd)

Изобретенный Вальдмаром Юнгнером в 1899 году, никель-кадмиевый аккумулятор имел несколько преимуществ по сравнению со свинцово-кислотным, единственным существовавшим тогда аккумулятором, однако был более дорогим из-за стоимости материалов. Развитие этой технологии было довольно медленным, но в 1932 году был сделан значительный прорыв - в качестве электрода стал использоваться пористый материал с активным веществом внутри. Дальнейшее усовершенствование было сделано в 1947 году и решило проблему газопоглощения, что позволило создать современную герметичную необслуживаемую никель-кадмиевую батарею.

На протяжении многих лет именно NiCd батареи служили в качестве источников питания для двухсторонних радиостанций, экстренной медицинской техники, профессиональных видеокамер и электроинструмента. В конце 1980-х были разработаны ультраемкие NiCd аккумуляторы, которые потрясли мир своей емкостью, на 60% превышающей показатель стандартной батареи. Это было достигнуто благодаря размещению большего количества активного вещества в батарее, но добавились и недостатки - повысилось внутреннее сопротивление и уменьшилось количество циклов заряда/разряда.

NiCd стандарт остается одним из самых надежных и непритязательных среди аккумуляторных батарей, и авиационная отрасль остается верной этой системе. Тем не менее, долговечность этих аккумуляторов зависит от надлежащего обслуживания. NiCd, и отчасти NiMH аккумуляторы, подвержены эффекту “памяти”, который приводит к потере емкости, если периодически не делать полный цикл разряда. При нарушении рекомендованного режима зарядки аккумулятор будто помнит, что в предыдущие циклы работы его емкость не была использована полностью, и при разряде отдает электроэнергию только до определенного уровня. (Смотрите: Как восстановить никелевый аккумулятор ). В таблице 1 перечислены преимущества и недостатки стандартного никель-кадмиевого аккумулятора.

Таблица 1: Преимущества и недостатки никель-кадмиевых батарей.

2. Никель-металл-гидридные аккумуляторы (NiMH)

Исследования никель-металл-гидридной технологии начались еще в 1967 году. Однако нестабильность металл-гидрида тормозила разработку, что в свою очередь привело к развитию никель-водородной (NiH) системы. Новые гидридные сплавы, обнаруженные в 1980-х, решили проблемы с безопасностью, и позволили создать аккумулятор с удельной энергоемкостью на 40% большей, чем у стандартного никель-кадмиевого.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы не лишены недостатков. Например, их процесс зарядки более сложен, чем у NiCd. С саморазрядом в 20% за первые сутки и последующей ежемесячной в 10%, NiMH занимают одну из лидирующих позиций в своем классе. Модифицируя гидридный сплав, можно добиться снижения саморазряда и коррозии, но это добавит недостаток в виде уменьшения удельной энергоемкости. Но в случае использования в электротранспорте, эти модификации весьма полезны, так как повышают надежность и увеличивают срок службы батарей.

3. Использование в потребительском сегменте

NiMH батареи в данный момент являются одними из самых легкодоступных. Такие гиганты отрасли как Panasonic, Energizer, Duracell и Rayovac признали необходимость присутствия на рынке недорогого и долговечного аккумулятора, и предлагают никель-металл-гидридные источники питания разных типоразмеров, в частности АА и ААА. Производителями тратятся большие усилия, чтобы отвоевать часть рынка у щелочных батарей.

В этом сегменте рынка никель-металл-гидридные батареи являются альтернативой перезаряжаемым щелочным батареям , которые появились еще в 1990 году, но из-за ограниченного жизненного цикла и слабых нагрузочных характеристик не снискали успеха.

В таблице 2 сравниваются удельная энергоемкость, напряжение, саморазряд и время работы батареек и аккумуляторов потребительского сегмента. Представленные в АА, ААА и других типоразмерах, эти источники питания могут использоваться в портативных устройствах. Даже если у них может немного различается номинальный вольтаж, состояние разряда, как правило, наступает при одинаковом для всех фактическом значении напряжения в 1 В. Эта широта значений напряжения допустима, так как портативные устройства имеют некоторую гибкость в плане диапазона напряжений. Главное – необходимо вместе использовать только однотипные электрические элементы. Проблемы безопасности и несовместимость напряжения препятствуют развитию литий-ионных батарей в АА и ААА типоразмере.

Таблица 2: Сравнение различных батарей типоразмера АА.

* Eneloop является торговой маркой корпорации Sanyo, основанной на NiMH системе.

Высокий показатель саморазряда NiMH является причиной продолжающейся озабоченности потребителей. Фонарь или портативное устройство с батареей NiMH разрядится, если не пользоваться им несколько недель. Предложение заряжать устройство перед каждым использованием навряд ли найдет понимание, особенно в случае с фонарями, которые позиционируются как источники резервного освещения. Преимущество щелочной батареи со сроком хранения в 10 лет тут видится бесспорным.

В никель-металл-гидридной батарее от Panasonic и Sanyo под торговой маркой Eneloop удалось значительно уменьшить саморазряд. Eneloop может храниться без подзарядки в шесть раз дольше чем обычная NiMH. Но недостатком такой улучшенной батареи является немного меньшая удельная энергоемкость.

В таблице 3 приведены преимущества и недостатки никель-металл-гидридной электрохимической системы. В таблице не учтены характеристики Eneloop и других потребительских торговых марок.

Таблица 3: Преимущества и недостатки NiMH батарей.

4. Железо-никелевые аккумуляторы (NiFe)

После изобретения в 1899 году никель-кадмиевого аккумулятора шведский инженер Вальдмар Юнгнер продолжил исследования и пытался заменить дорогой кадмий более дешевым железом. Но низкая эффективность заряда и чрезмерное газообразование водорода заставили его отказаться от дальнейшего развития NiFe батареи. Он даже не стал патентовать эту технологию.

Железо-никелевый аккумулятор (NiFe) использует в качестве катода гидрат окиси никеля, анода - железо, а электролита - водный раствор гидроксида калия. Ячейка такого аккумулятора генерирует напряжение в 1,2 В. NiFe устойчив к излишнему перезаряду и глубокому разряду; может эксплуатироваться в качестве резервного источника питания в течение более чем 20 лет. Устойчивость к вибрациям и высоким температурам сделали этот аккумулятор самым используемым в горной промышленности в Европе; также он нашел свое применение для обеспечения питания железнодорожной сигнализации, также используется как тяговой аккумулятор для погрузчиков. Можно отметить, что во время Второй мировой войны именно железо-никелевые батареи использовались в немецкой ракете “Фау-2”.

NiFe имеет низкую удельную мощность - примерно 50 Вт/кг. Также к недостаткам стоит отнести плохую производительность при низких температурах и высокий показатель саморазряда (20-40 процентов в месяц). Именно это, вкупе с высокой стоимостью производства, побуждает производителей оставаться верными свинцово-кислотным батареям.

Но железо-никелевая электрохимическая система активно развивается и в недалеком будущем способна стать альтернативой свинцово-кислотной в некоторых отраслях. Перспективно выглядят экспериментальная модель ламельной конструкции, в ней удалось снизить саморазряд аккумулятора, он стал практически невосприимчив к пагубному воздействию пере- и недозарядки, а его срок службы ожидается на уровне 50 лет, что сопоставимо с 12-летним сроком службы свинцово-кислотной батареи в режиме работы при глубоких циклических разрядах. Ожидаемая цена такой NiFe батареи будет сравнима с ценой литий-ионной, и всего в четыре раза превышать цену свинцово-кислотной.

NiFe аккумуляторы, равно как и NiCd и NiMH , требуют особых правил зарядки - кривая напряжения имеет синусоидальную форму. Соответственно, использовать зарядное устройство для свинцово-кислотного или литий-ионного аккумулятора не выйдет, это даже может навредить. Как и все батареи на основе никеля, NiFe боятся перезаряда - он вызывает разложение воды в электролите и приводит к ее потере.

Сниженную в результате неправильной эксплуатации емкость такого аккумулятора можно восстановить путем приложения высоких токов разрядки (соразмерных значению емкости аккумулятора). Данную процедуру необходимо проводить до трех раз с длительностью периода разряда в 30 минут. Также следует следить за температурой электролита - она не должна превышать 46°С.

5. Никель-цинковые аккумуляторы (NiZn)

Никель-цинковый аккумулятор похож на никель-кадмиевый тем, что использует щелочной электролит и никелевый электрод, но отличается по напряжению - NiZn обеспечивает 1,65 В на ячейку, в то время как NiCd и NiMH имеют показатель в 1,20 В на ячейку. Заряжать NiZn аккумулятор необходимо постоянным током с значением напряжения 1,9 В на ячейку, также стоит помнить, что этот вид аккумуляторов не рассчитан для работы в режиме подзарядки. Удельная энергоемкость составляет 100Вт/кг, а количество возможных циклов - 200-300 раз. NiZn не имеет в своем составе токсичных материалов и может быть легко утилизирован. Выпускается в различных типоразмерах, в том числе в АА.

В 1901 году Томас Эдисон получил патент США на перезаряжаемую никель-цинковую батарею. Позже его разработки были усовершенствованны ирландским химиком Джеймсом Драммом, который установил эти аккумуляторы на автомотрисы, которые курсировали по маршруту Дублин-Брей с 1932 по 1948 год. NiZn не получил должного развития из-за сильного саморазряда и короткого жизненного цикла, вызванного образованиями дендритов, что также часто приводило к короткому замыканию. Но совершенствование состава электролита уменьшило эту проблему, что дало повод снова рассматривать NiZn для коммерческого использования. Низкая стоимость, высокая выходная мощность и широкий диапазон рабочих температур делают эту электрохимическую систему крайне привлекательной.

6. Никель-водородные аккумуляторы (NiH)

Когда в 1967 началась разработка никель-металл-гидридных батарей, исследователи столкнулись с нестабильностью гидритов металла, что вызвало сдвиг в сторону развития никель-водородного (NiH) аккумулятора. Ячейка такого аккумулятора включает в себя инкапсулированный в сосуд электролит, никелевый и водородный (водород заключен в стальной баллон под давлением в 8207 бар) электроды.

*Примечание:



К сожалению маркетинговые игры в завышение емкости аккумуляторов стали уже нормой для производителей. Вообще говоря,производители аккумуляторов предлагают поставщикам завышать емкость, по крайней мере на 30%, при маркировке этикеток аккумуляторов 1800мАч 2300мАч и даже больше! В этом может быть ничего страшного для магазина игрушек, но такая тактика маркетинга способна выжить 1 неделю в нашем магазине с отзывами и обзорами клиентов, и именно поэтому мы гарантируем нашим Turnigy 1500mAh Ni-Zn аккумуляторам по меньшей мере, 1500мАч емкости.

примечание переводчика:

http://habrahabr.ru/post/89264/





Turnigy Ni-ZN (Nickel-Zinc) batteries offer high voltage and excellent cycle life when compared with Ni-CD/Ni-MH batteries.

The nominal voltage of these Turnigy Ni-ZN cells is 1.6V compared to that of only 1.2V with Ni-CD/Ni-MH. This means more power for your device and longer usable capacity. Our Ni-ZN cells provide on average 50% more usable capacity per cycle compared to a standard Ni-CD/Ni-MH cell of the same rated capacity.

Category: Rechargeable AA battery
Capacity: 1500mAh
Voltage: 1.6V
Chemistry: Ni-ZN High Voltage
Weight: 25g
Dimensions: 49x14mm

*Note: When charging these Ni-ZN cells, set your charger to Ni-CD/Ni-MH mode using CV (constant voltage) charge function. Set the cutoff voltage to 1.9V per cell.

We guarantee our cells are true to their capacity!
Sadly battery marketing is an evil game, with overstated capacity being the industry norm. Generally speaking, battery factories will suggest vendors to overstate the capacity by at least 30%, marking 1800mAh cells with 2300mAh labels or more!
While this might work for toy stores, such marketing tactics wouldnt survive 1 week in our store with customer feedbacks and reviews, and thats why we guarantee our TURNIGY 1500mAh Ni-ZN cells to be at least 1500mAh!




Turnigy Ni-Zn (никель-цинковые) батареи обеспечивают высокое напряжение и отличный жизненный цикл по сравнению с Ni-CD/Ni-MH батареями.

Номинальное напряжение этих Turnigy Ni-Zn аккумуляторов 1,6В в отличии от 1,2В у Ni-CD/Ni-MH. Это означает больше мощности и больше полезной емкости. Наши Ni-Zn аккумуляторы обеспечивают в среднем на 50% больше полезной емкости за один цикл по сравнению со стандартным Ni-CD/Ni-MH аккумулятором той же номинальной мощности.

*Примечание: При зарядке этих Ni-Zn аккумуляторов, установить зарядное устройство в режим Ni-CD/Ni-MH функции заряда CV (постоянное напряжение) . Установить напряжение отсечки 1,9 В на "банку".


Мы гарантируем что наши аккумуляторы соответствуют заявленной емкости!
К сожалению маркетинговые игры в завышение емкости аккумуляторов стали уже нормой для производителей. Вообще говоря,производители аккумуляторов предлагают поставщикам завышать емкость, по крайней мере на 30%, при маркировке этикеток аккумуляторов 1800мАч 2300мАч и даже больше!
В этом может быть ничего страшного для магазина игрушек, но такая тактика маркетинга способна выжить 1 неделю в нашем магазине с отзывами и обзорами клиентов, и именно поэтому мы гарантируем нашим Turnigy 1500mAh Ni-Zn аккумуляторам по меньшей мере, 1500мАч емкости.

примечание переводчика: беглый поиск выдал много разного, вот ссылка на обзор аналогичного аккумулятора другого производителя:

http://habrahabr.ru/post/89264/