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 .

О СВЕТОДИОДЕ ЗАМОЛВИТЕ СЛОВО… О применении светодиодов в макетах и моделях.

Подробности Категория: Статьи на модельную тематику Опубликовано: 01 октября 2013 Создано: 01 октября 2013 Просмотров: 18402

Уже год как появились на одном многими используемом модельном сайте(магазине) никель-цинковые аккумуляторы.

По размерам - они с пальчиковые (или АА)

По напряжению - Номинальное - 1,6Вольт.

Что ни говори, но аккумуляторы - металлгидриды с их номинальными напряжениями в 1,2Вольта - уже не так интересно выглядят. Ведь иногда именно напряжения не хватает в том же фонарике или приемнике. А тут - даже несвежезаряженный аккумулятор будет иметь напряжение как свеженькая батарейка. Надо оговориться, что емкость у данного типа аккумуляторов все-таки меньше, чем никель-металлгидрида такого же габарита. Но думаю, что это зачастую не требуется, так как мы все обычно не разряжаем все равно аккумуляторы "до упора", а подразумевается, что мы прилежно следим за эксплуатацией акков и вовремя ставим их на зарядку.

Начнем с мер безопасности.

Что говорит нам инструкция о мерах безопасности:

Внимание! Нарушение следующих правил эксплуатации может привести к повреждению Ni -Zn аккумулятора , взрыву, пожару и серьезным травмам!

Запрещено бросать Ni -Zn аккумулятор в огонь или подвергать нагреву !

Запрещено подвергать Ni -Zn

Не замыкайте контакты Ni -Zn аккумулятора напрямую без нагрузки.

Не кладите Ni -Zn аккумулятор на высоту более 1,5 метра на случай падения. Не бросайте его с высоты более 1,5 метра .

Используйте специальные токоизолирующие контейнеры для транспортировки и хранения .

Используйте зарядное устройство для зарядки специально предназначенное для Ni -Zn аккумуляторов .

Не разбирайте Ni -Zn аккумуляторы. Это приведет к внешним или внутренним коротким замыканием поврежденных частей, что приведет к химической реакции и затем к выделению тепла , взрыву, пожару или выбросу электролита.

Уже довольно - таки страшно и напоминает литий-полимеры...

И продолжим:

Не допускать контакта Ni -Zn аккумуляторов с водой, морской водой или другими реагентами окисления , которые могут вызвать ржавение и тепловыделение. Если батареи заржавеет, то аварийный клапан сброса давления может не сработать и это приведет к взрыву .

Не перезаряжайте Ni -Zn аккумуляторы, то есть не оставляйте аккумуляторы Ni -Zn , в зарядном устройстве после окончания времени зарядки . Если Ni -Zn аккумуляторы заряжаются не полностью данным типом зарядного устройства, пожалуйста, прекратите зарядку . Продолжительная зарядка может привести к нагреву и взрыву .

Не соединяйте более 20 шт аккумуляторов последовательно . Это может привести к утечке электролита , короткому замыканию или нагреву .

Не разбирайте Ni -Zn аккумулятор , так как это может привести приведет к короткому замыканию , утечке электролита, нагреву, возгоранию и взрыву.

Не используйте Ni -Zn батарей при обнаружении утечки электролита или любом изменении цвета аккумулятора, его формы или других видимых изменениях . В противном случае он может на греться, воспламениться или взорваться.

Держите Ni -Zn аккумуляторы и электронное оборудование, использующее Ni -Zn аккумуляторы вдали от детей, чтобы избежать проглатывания аккумуляторов ребенком.

Используйте только новые Ni -Zn аккумуляторы, когда аккумулятор уже произвел большое количество циклов заряда-разряда - утилизируйте аккумулятор .

Ничего себе - веселенькие аккумуляторы... Эдакая баночка со смесью тротила и цианистого калия....

Так как же заряжать эти Ni -Zn аккумуляторы?

Инструкция нам четко говорит, что мы должны заряжать аккумуляторы данного типа специальным зарядным для этих Ni -Zn аккумуляторов. И модельный магазин предлагает купить эти зарядные.

Вот так выглядит это зарядное - как обычное для пальчиковых аккумуляторов.

Согласитесь, не особо хочется тратить еще как минимум 10 долларов на то, чтобы приобрести нонейм зарядку и заряжать ею, в то время как уже куплена какая-нибудь интеллектуальная (компьютерная) зарядка, например, Accucel-6 и деньги на нее уже потрачены. Но ведь в ней нет режима зарядки Ni-Zn-аккумуляторов!!! Что же делать?

Выход достаточно прост. Производителем указано напряжение окончания зарядки на банку - это 1,9В. И емкость каждой банки 1500мАч.

Теперь мы можем перейти к способам заряда:

Первый.

Если зарядка позволяет ограничить в каком-то режиме напряжение заряда (Voltage Cut-Off) - просто устанавливаем значение этого ограничения (Voltage Cut-Off) исходя из 1,9В на банку(для двух банок это 3,8В, для трех - 5,7В итд.) Далее - используя этот режим - заряжаем аккумуляторы током0,5С-1С(С - это емкость аккумулятора), т.е. 750-1500мА (миллиампер).

Второй.

Этим способом пользуюсь я. У меня в моей турниге Accucel-6 нет ограничения по напряжению заряда(или я его не нашел), поэтому я пользуюсь ограничением по емкости. В меню настроек (USER SET PROGRAM -->) есть пункт Capacity Cut-Off. У многих (и у меня так было) этот пункт выставлен в OFF. Надо его поставить в ON и выставить значение 1500mAh. А потом переходить в режим зарядки никель-металлгидридных (NiMh) или никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов и выставлять ток, как рекомендовано производителем - 0,5С-1С, т.е. это означает для данных аккумуляторов 750-1500мА (миллиампер). И в таком режиме заряжать. Некоторые пользователи на форумах поднимают установленную емкость в зарядных устройствах до 1900мАh, но это уже Вам принимать решение - как лучше распоряжаться своими аккумуляторами.

Третий.

Можно заряжать Ni-Zn-аккумуляторы используя режим для заряда LiFe аккумуляторов, но будьте внимательны - при этом режиме количество аккумуляторов Ni-Zn должно быть два на одну банку LiFe. Т.е, если в зарядном Вы выставляете 2 банки LiFe, то реально Вы должны подключить 4 последовательно соединенных Ni-Zn-аккумулятора, если в зарядном Вы выставляете 3 банки LiFe, то реально Вы должны подключить 6 последовательно соединенных Ni-Zn-аккумуляторов, если в зарядном Вы выставляете 1 банку LiFe, то реально Вы должны подключить 2 последовательно соединенных Ni-Zn-аккумулятора и т.д. И конечно же, мы (Вы) не можем использовать режимы балансировки данных аккумуляторов. Минус этого способа заряда - Voltage Cut-Off для каждой банки Ni-Zn-аккумулятора наступит при 1,8В, что меньше на 0,1В, чем стандартное значение отсечки для Ni-Zn-аккумуляторов, а следовательно - аккумуляторы не возьмут полный заряд.

Думаю, что если пару циклов заряда Вы пронаблюдаете за своими аккумуляторами и сделаете анализ происходящего - Вы сами определитесь - какой способ заряда использовать или какую же емкость ставить для аккумулятора, чтобы он взял полный заряд.

Внимание! Вся информация, описанная в данной статье - не является ни официальной инструкцией, ни руководством по эксплуатации. Она лишь выражает мнение автора. За любые действия и последствия, которые Вы произведете, почерпнув информацию из этой статьи - автор данной статьи ответственность не несет. Все свои дальнейшие действия Вы совершаете на свой страх и риск...

Откопал свой старенький Olympus Camedia C-500 Zoom , который я долго считал не рабочим, из-за одного глюка, если можно его так назвать... При включении фотоаппарата он быстро разряжался или вообще не включался. Но до недавнего времени, проверяя его на различных батарейках и аккумуляторах, я определил, что дело вовсе не в фотоаппарате, а низком напряжении в Ni-Mh аккумуляторах.

Olympus C-500 отлично работает на щелочных батарейках, а вот с аккумуляторами Ni-Cd и Ni-Mh он отказывает включаться, точнее, не со всеми аккумуляторами. Проверяя различия технических характеристик и сравнивая с эталонными (работающими аккумуляторами), было замечено, что у многих элементов питания сильно проседает напряжение при нагрузке, так как у Ni-Cd и Ni-Mh оно составляет 1,2 Вольт. И тут я задумался об их замене на альтернативные перезаряжаемые источники питания на NIZN аккумуляторы + отзыв от меня.

NIZN (NI-ZN) аккумуляторы - никель-цинковые аккумуляторы в отличии от Ni-Cd и Ni-Mh:

1. выдают 1,6 Вольт а не 1,2, что делает их идеальным решением для
2. NiZn имеет высокое напряжение и в конце разряда
3. небольшой ресурс (250-370 циклов заряд-разряд)
4. отдают 80-85 % от указанной энергии
5. для достижения MAX числа циклов рекомендуется заряжать на 80-90 %
6. маленькое внутреннее сопротивление (единицы миллиом) = большие зарядные и разрядные токи
7. штатная зарядка за 2 часа
8. заряжать до 1,8 Вольт и ждать пока упадет до 1,6 - НЕ ДО ЗАРЯЖАТЬ !

Имеют NIZN аккумуляторы память

Нет! У NIZN аккумуляторов отсутствует эффект памяти , который присутствовал в Ni-Cd, теперь не придется контролировать процесс заряда - разряда и до разряжать батареи если в потребителе (например фотоаппа)

NIZN аккумуляторы купить

Сегодня можно купить на китайских торговых площадках. На aliexpress есть неплохой проверенный продавец элементов питания под маркой PKCELL (оф. сайт производителя www.pkcell.net), который уже попал под тест-обзор на сайте mysku.ru пользователей Rimlyanin и Melafon :

Зарядка NIZN

Производитель PKCELL предлагает свое решение зарядного устройства для своих NIZN аккумуляторов, но я настаиваю обойтись без них, и прочитать несколько рекомендаций по зарядке NIZN без предлагаемого производителем зарядного устройства:

1. По максимальному напряжению. Если ваше зарядное устройство поддерживает, выставить значение ограничения по напряжению 1,9 Вольт. (Voltage Cut-Off).
2. Так же как в первом случае, установить зарядное устройство в режим Ni-CD/Ni-MH функции заряда CV (постоянное напряжение) . Установить напряжение отсечки 1,9 В на "банку".)
3. Ограничение по емкости заряда, тут все просто, выключить режим и указать рекомендуемую 80-90% емкости.
4. Можно заряжать используя режим для заряда LiFe аккумуляторов, но будьте внимательны - при этом режиме количество аккумуляторов Ni-Zn должно быть два на одну банку LiFe.
5. Зная постоянный ток заряда зарядного устройства, можно отслеживать процесс зарядки по времени.

Зарядное устройство для Ni-Zn можно собрать саму по очень простой схеме:

В схеме можно произвести замену, что сделает ее дешевле и проще:

1. Стабилитрон 2С107А заменить на резистор 240 Ом 0.125 Вт
2. Резистор k47 (470 Ом) оставить 0.125 Вт
3. конденсатор m1 (0,1 мкФ) убрать
4. Сопротивление 1.0E (1 Ом) замкнуть, тем самым исключив его из схемы

При этом напряжение на выходе составит 1,888 Вольт, что еще лучше. При полном заряде аккумулятора ток заряда будет стремиться к нулю.

Мне же удалось зарядить Ni-Zn с помощью китайской интеллектуальной зарядки BM110, не смотря на обещанные продавцом поддержку только Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов, в процессе заряда BM110 закончила заряд при достижении напряжения на NiZn аккумуляторе 1,9 вольт.

ОДНО НО, мы вставляем аккумуляторы и BM110 показывает Full , но стоит кнопкой MODE включить режим CHARGE и запустится процесс заряда учитывающий NiZn аккумулятор, который продлится до достижения напряжения 1,9 вольт.

Зарядное устройство BM110 было приобретено на Aliexpress у продавца Shenzhen City Boda International Trading Co.,Ltd. ссылка на товар BM110 Intelligent Digital Battery Charger Tester LCD Multifunction for 4 AA AAA Rechargeable AKKU +free shipping . (покупал за 31.29$, на сегодня цена товара 24.34$)

Разрядка пока не проверялась, но есть отзыв реального пользователя:

Лучше использовать специальную от хоббитов. Но при эксперименте BM110 зарядила NiZn полностью и потом разрядила, показав заявленную емкость. Правда, нет гарантий, что она не убьет их при долгой эксплуатации. Но как временную можно использовать.

- guru (пользователь форума forum.trackchecker.ru)

Важно знать

Не допускать напряжения разряда ниже 1,5 Вольт , дальше напряжение стремительно падает и 1.3 похоже предел, но доводить до этого не рекомендую. На эту тему есть хороший график разряда Ni-Zn аккумуляторов

Здесь представлен:

1. разряд 10 шт. Ni-Zn аккумуляторов PowerGenix (голубые графики)
2. разряд 10 шт. Ni-Mh аккумуляторов Eneloop (черные графики)

Приобретенные мною Ni-Zn аккумуляторы PKCELL показали 1,74 Вольт, продавцом поставляются в упаковке показанной выше или как в моем случае в прозрачный термоусаживающий пакет.

Реальная емкость приобретенных мною аккумуляторов PKCELL 1500 мА, по замерам заряд - разряд BM110:

На фото тот самый момент, когда разрядка на некоторых аккумуляторах уже закончилась, а другие вот вот начнут заряжаться или уже начали.

Возможно это сделано, что бы конкурировать с емкостью Ni-Mh аккумуляторов. Показатели неплохие, судя по информации из других источником, так как это нормальные показатели их емкости (см.

Простое зарядное устройство для никель-цинковых аккумуляторов на TP4056

Эксперимент по эксплуатации никель-цинковых аккумуляторов , начатый в прошлом году, привёл к поиску зарядного устройства. Первая зарядка была произведена вообще от блока питания. Соединив элементы последовательно в готовом китайском держателе , на них было подано напряжение 3,8 вольт согласно рекомендациям заряжать напряжением 1,9 вольт каждый. Окончание заряда отслеживалось по падению зарядного тока.

В дальнейшем мы придумали универсальное зарядное устройство на микроконтроллере, прототип которого описан . Им можно заряжать любые аккумуляторы, от привычных никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных до литиевых и даже свинцовых. Параллельно при этом ведётся подсчёт залитых миллиампер-часов, а для тестирования и восстановления есть режим разряда с аналогичным подсчётом. Это заметно упростило процесс, но как-то понадобилось заряжать ещё один комплект Ni-Zn, а собирать ещё одно универсальное зарядное устройство было лень, тем более, что требовался просто заряд без особого контроля и мониторнига.

Сразу закрались мысли, нельзя ли как-то переделать популярный китайский модуль зарядки лития на микросхеме TP4056 ? Разница в напряжении - 0,4 вольта. Но у TP4056 нет отдельного входа для слежения за напряжением, всё это находится внутри микросхемы. Поэтому подумалось, нельзя ли лишние доли вольта как-то погасить? Для подобных вещей часто используют диоды с их падением напряжения. Этот параметр также называется прямым напряжением диода и приводится в даташите в виде графика вольтамперной характеристики. Изучив эти графики, стало понятно, что нужным падением напряжения обладают лишь диоды Шоттки: на малых токах оно как раз находится в районе 0,4 вольт.

Для проверки мы выбрали диод 1N5818, подключив его последовательно с заряжаемыми аккумуляторами. В китайском модуле был заменён токозадающий резистор с 1,2 кОм на 2,55 кОм для тока в районе 500 мА. Идея частично сработала, но на малом токе - 50мА в конце зарядки - аккумулятор стоял слишком долго - более 2 часов, а до полного заряда не хватало всего 0,5В. Если ещё подержать, то, вероятно, через некоторое время аккумуляторы зарядятся полностью, и такой режим дозаряда даже скорее всего правильный. Напряжение на двух последовательно соединённых никель-цинковых аккумуляторах должно составлять 3,8 вольт, что соответствует 1,9 вольт на аккумулятор. После этого им следует дать "отлежаться", пока напряжение не опустится до 1,6 вольт, и можно пользоваться.

Полученное таким образом зарядное устройство является, по-видимому, самым простым и наиболее дешёвым вариантом с приличной функциональностью. Готовые зарядки для NiZn на Али, например, стоят соответственно самим аккумуляторам. А если применённый здесь модуль дополнить популярным USB-тестером, то получится ещё более функциональное зарядное устройство.

На модуле с

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.

Преимущества

Надежный; большое количество циклов при правильном обслуживании Единственный аккумулятор, способный к ультрабыстрой зарядке с минимальным стрессом Хорошие нагрузочные характеристики, прощает их преувеличение Длительный срок хранения; возможность хранения в разряженном состоянии Отсутствие специальных требований к хранению и транспортировке Хорошая производительность при низких температурах Самая низкая стоимость одного цикла работы среди всех аккумуляторов Доступен в широком диапазоне размеров и вариантов исполнения

Недостатки

Относительно низкая удельная энергоемкость в сравнении с более новыми системами Эффект “памяти”; необходимость периодического обслуживания для его избежания Кадмий является токсичным материалом, необходима специальная утилизация Высокий саморазряд; нуждается в подзарядке после хранения Низкое напряжение ячейки в 1,2 вольта, требует построения многоячеечных систем для обеспечения высокого напряжения

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.

Преимущества	На 30-40 процентов большая емкость по сравнению с NiCd Менее склонны к эффекту “памяти”, могут быть восстановлены Простые требования к хранению и транспортировке; отсутствие регулирования этих процессов Экологически чистые; содержат только умеренно токсичные материалы Содержание никеля делает утилизацию самоокупающейся Широкий диапазон рабочих температур
Недостатки	Ограниченный срок службы; глубокие разряды способствуют ее уменьшению Сложный алгоритм зарядки; чувствительны к перезаряду Особые требования к режиму подзарядки Выделяют тепло во время быстрой зарядки и разряда мощной нагрузкой Высокий саморазряд Кулоновская эффективность на уровне 65% (для сравнения у литий-ионных - 99%)

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.