Аккумуляторы никель цинковые: Купить Ni-Zn — никель цинковые аккумуляторы, напряжением 1.6 В AA и AAA в Москве

Никель-цинковый аккумулятор — это… Что такое Никель-цинковый аккумулятор?

Никель-цинковый аккумулятор — это химический источник тока, в котором анодом является цинк, электролитом — гидроксид калия с добавкой гидроксида лития, а катодом — оксид никеля. Часто сокращается аббревиатурой NiZn.

Достоинства: большая энергоёмкость и напряжение, наибольшее из щёлочных аккумуляторов.

Недостатки: небольшой ресурс (250—370 циклов заряд-разряд).

История изобретения

В 1901 году Томас Эдисон получил патент США на перезаряжаемую никель-цинковую батарею.^[1] Его изобретение усовершенствовал ирландский химик Джеймс Драмм (1897—1974) и установил на четыре автомотрисы собственной конструкции, которые обслуживали линию Дублин-Брей с 1932 по 1948 год. Хотя эксперимент оказался удачным, но автомотрисы были сняты с линии, когда аккумуляторы выработали ресурс. Ранние модели никель-цинковых аккумуляторов могли выдержать только очень ограниченное количество циклов заряда. В 1960-х никель-цинковые аккумуляторы рассматривали в качестве альтернативы серебряно-цинковым для использования в военных целях, а в 1970-х — снова заинтересовались применением в электромобилях. Компания Evercel Inc. разработала и запатентовала ряд улучшений для никель-цинковых аккумуляторов, но в 2004 году свернула работы в этой области.

Параметры

• Удельная энергоёмкость(Вт·ч/кг): около — 60 Вт·ч/кг.
• Удельная энергоплотность: около — до 255 Вт·ч/дм³.
• ЭДС: 1,78 В.
• Рабочая температура: −30…+40 °C.

Электрохимия

2Ni(OH)₂(s) + Zn(OH)₂(s) ↔ 2Ni(OH)₃(s) + Zn(s)

Применение

Производители

Лидер производства никель-цинковых аккумуляторов в России различной ёмкости является компания «РИГЕЛЬ» (Санкт-Петербург) http://www.rigel.ru/.

См. также

Примечания

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 14 мая 2011.

что это такое, технические характеристики, плюсы и минусы

Все собственники различных электронных гаджетов сталкиваются с проблемой частой смены батареек. Поэтому многие из них со временем переходят на аккумуляторы, ведь их можно заряжать по мере необходимости.

Среди таких многоразовых источников питания и никель-цинковые аккумуляторы – с ними не нужно будет тратить ни деньги, ни время на покупку батареек.

Что это за батареи, какие их преимущества и недостатки, а также как их правильно заряжать – читайте далее.

Общие данные

Такая батарея – это химический элемент питания, положительный электрод которого цинковый, а отрицательный – состоит из оксида никеля. Гидроксид калия в данном случае является электролитом. Для лучшей проводимости тока в него примешивают гидроксид лития.

Никель-цинковые аккумуляторы изобрели еще в прошлом веке – больше ста лет назад. Такие батареи использовались для установки в военную технику, электрические автомобили, а также разные устройства и приборы. На сегодняшний день никель-цинковые АКБ выпускаются в таких типоразмерах:

Данные типоразмеры прекрасно подойдут для техники с обычными «пальчиковыми» батарейками.

По какому принципу работают никель-цинковые батареи?

Никель-цинковые аккумуляторы бывают в форме батарейки с металлическим корпусом. Основная часть оболочки – отрицательный контакт элемента питания. Для этого на поверхность тонким слоем наносят оксид никеля.

Положительный вывод расположен лишь с одной стороны. Для того чтобы узнать полярность, обратите внимание на специальные метки на корпусе. Также помните, что сторона «плюса» слегка выпуклая.

В середине батареи присутствует капсула с гидроксидом калия, а в ней – цинковый стержень. Он имеет соединение с «плюсовым» контактом аккумулятора.

Между анодом и катодом размещен нейтральный наполнитель. У аккумуляторов, которые выпускаются в корпусе прямоугольной формы, показатели и принципы работы аналогичные.

Такая конструкция АКБ и присутствие активных элементов в ней в процессе зарядки и разрядки способствуют следующей реакции никель-цинкового изделия:

Технические особенности

Основные технические параметры никель-цинковой батареи:

• напряжение в 1,6V;
• заряд/разряд – 200-300 циклов;
• выдерживает температуры от –30˚С до +40˚С.

Объем и вес отличается в зависимости от типоразмера изделия.

Разновидности никель-цинковых аккумуляторов

Самая популярная разновидность такого аккумулятора – батарея типа АА. Она достаточно компактна, ее без труда можно достать из устройства и подзарядить.

Остальные типоразмеры в форме цилиндра тоже применяются для подпитки разных приборов. Они обладают всеми вышеперечисленными свойствами, а срок их работы зависит от объемов.

Никель-цинковые АКБ, которыми подпитывают электрокары, очень разнятся от батареек. Такие аккумуляторы не делают в форме цилиндра, так как их присоединяют к электросистеме через резьбовые клеммы.

Батареи прямоугольной формы имеют повышенные показатели стойкости, это важно во время движения автомобиля. Кроме того, у этого изделия очень прочный корпус. Электрические выводы в таких аккумуляторах расположены с одной стороны, поэтому делать корпус металлическим не нужно.

Никель-цинковые АКБ: преимущества и недостатки

Главные достоинства этих батарей:

1. Высокое напряжение. Такие АКБ одного типоразмера могут дать напряжение на 0,4V больше, чем никель-металлогидридные батареи, и на 0,1V выше, чем «пальчиковые» батарейки.
2. Хорошие разрядные токи. Никель-цинковый аккумулятор способен удерживать максимальное напряжение на протяжении практически всего времени разрядки.
3. Малое внутреннее сопротивление. При высоких токах зарядить подобную батарею можно намного быстрее.
4. Небольшая стоимость. Эти батареи намного ниже по стоимости, чем аналогичные аккумуляторы.
5. Легкие по весу. Это позволяет применять АКБ в разных летающих игрушках.

Недостатки батареи:

1. Сравнительно небольшое количество рабочих циклов, то есть разряда/заряда.
2. Часто встречающиеся подделки.

Больше трех сотен рабочих циклов порой не выдерживают даже изделия от проверенных производителей. А поддельная продукция вообще ломается буквально в первый месяц работы.

Но, несмотря на все это, благодаря своей небольшой цене никель-цинковые аккумуляторы довольно популярны среди наших потребителей.

Процесс зарядки

Для нормального питания батареи лучше всего купить подходящее по типу зарядное устройство, которое предназначено именно для никель-цинковых аккумуляторов. Источник питания вставляется в отсек зарядки, после чего она подключается к сети в 220V.

Если вы будете использовать неподходящее ЗУ, это может привести к неполному заряду и, в результате, уменьшить емкость изделия. На необходимом вам зарядном устройстве будет стоять маркировка – NiZn. Благодаря ей батарея послужит вам как можно дольше.

Одно из самых востребованных зарядных устройств такого плана – это IMAX B6. Оно не только правильно подпитает батарею, но и восстановит ее при понижении напряжения даже до 0,2V.

Области применения никель-цинковых изделий

Такие аккумуляторы подходят для любых приборов, где применяются стандартные батарейки. Кроме того, их используют как энергоемкие источники питания для электрокаров.

Для устройств с низким энергопотреблением использование этих батарей не совсем оправдано. Также не стоит их применять для приборов, которые имеют чувствительность к высокому напряжению.

Как правильно использовать и утилизировать?

Для продолжительного срока службы аккумулятора нужно знать, как его правильно сохранять и использовать. Утилизировать их можно на общих основаниях, ведь такие изделия не наносят заметный ущерб окружающей среде.

Для начала обязательно прочтите инструкцию по применению. Вся информация должна быть на упаковке товара. Не стоит хранить аккумулятор в помещении с повышенной влажностью, при крайне высоких или низких температурах.

Используя зарядку, исключите любую возможность короткого замыкания. Если вы сомневаетесь, лучше установить в электрической цепи предохранители.

В комментариях к статье вы можете задать интересующие вас вопросы или же поделиться своим опытом использования никель-цинковых аккумуляторов.

Ni zn аккумуляторы: устройство и принцип работы

Все новое, это хорошо забытое старое. В мире аккумуляторов происходит нечто подобное. Не так давно стали продаваться никель — цинковые или NiZn аккумуляторы. Они по некоторым параметрам превосходят NiMh (никель — кадмиевые). Так вот. Патент на их устройство датируется 1901 годом, а получил его Томас Эдисон. Впоследствии они были улучшены Джеймсом Драмом и использовались даже как элементы питания железнодорожного транспорта.

Внутреннее устройство

В подобных АКБ положительным электродом служит цинк, а отрицательным оксид никеля. Катализатором или электролитом — смесь гидроксида лития с гидроксидом калия. Химические реакции при зарядке — разрядке выражаются формулой

В настоящее время, Ni Zh аккумуляторы, выпускаются форм — факторами элементов питания AA и AAA, то есть их внутреннее строение выглядит приблизительно так:

Примечание. Размер капсулы с гидроксидом калия определяет объём запасаемой энергии, которой может храниться от 900 до 2500 mAh для таких элементов питания.

Никель цинковые аккумуляторы характеризуются повышенными напряжениями, доходящими до 1.6 вольта рабочего режима и длительной поддержкой таких параметров при эксплуатации. Иначе говоря, пока АКБ не израсходует 80% своего заряда, показатели вольт на его электродах будут держаться, не опускаясь менее 1.4В. К сожалению этот плюс одновременно и минус. Если напряжение на контактах упадёт ниже 1.2В, то есть, если батарея села более чем на 80%, — может произойти переполюсовка контактов. Это такое состояние, когда анод становится катодом и наоборот. К сожалению, восстановить нормальную работу, для подобных аккумуляторов, очень сложно, зачастую просто невозможно.

И ещё. Подобный АКБ сильно боится перезаряда. Возможно вспухание или даже мини — взрыв элемента питания. Поэтому если вольтаж на контактах при зарядке превышает 1.92В — ЗУ отключают.

Химический состав позволяет почти полностью избежать «эффекта памяти», к тому же он достаточно безопасен для окружающей среды.

Особенности использования

Существующие недостатки батареи сильно влияют на то, где желательно применение таких АКБ. Потребители должны быть оборудованы системой отсечки, которая при определённых уровнях подаваемого тока отключает аккумулятор. Ведь обычно, чтобы получить суммарный вольтаж, элементы питания соединены последовательно. Это приводит к тому, что при несогласованности объёма, если одна батарейка даёт меньше 1.1В, а вторая 1.6В, то есть суммарно потребитель получает 2.7В. И он продолжает потреблять энергию, из-за чего один из АКБ может выйти из строя. И дорога при этом батарее только на утилизацию. Рекомендуемые устройства:

• Фотоаппараты с фотовспышками.
• Рации.
• Зарядные устройства для мобильных гаджетов.
• Специализированные для использования с аккумулятором NiZn устройства.

В остальных случаях, при применении для питания: дистанционных управлений, фонариков или прочих приборах, необходимо периодически проверять вольтметром напряжение на контактах каждой из батарей.

Многие пользователи аккумуляторных источников питания такого типа отмечают лучшую работу приборов и устройств с ними. Все это происходит из-за того, что NiZn АКБ дают больше вольт, чем обычные NiCd или NiMh накопители.

Сравнивая с обычным Ni Mh

Ni Zn в сравнении Ni Mh аккумуляторами размеров AA и AAA, хорошо покажет таблица ниже:

Характеристики	Никель-цинковые	Никель-металлгидридные
Напряжение (В) вольт	1,6-1,7	1,25
Циклов заряд — разряд	<400	<800
Саморазряд	Слабый, до 10% за год	Высокий до 40% за год
Ёмкость	До 2500 mAh	До 1500 mAh
Требования к ЗУ и зарядке	специфичные	универсальные
Эффект «памяти»	нет	Нет
Максимальный разрядный ток	3С	4С
Внутреннее сопротивление	20 мОм	До 200 мОм

Достоинства и недостатки

Минусы никель — цинковых аккумуляторов:

1. Чувствительность к сильной разрядке (менее 1.4В с переполюсовкой).
2. Специальные зарядные устройства, или контроль процесса зарядки.
3. Меньшее по сравнению с NiMh количество циклов полный заряд — разряд.
4. Чувствительность к перезарядке.
5. Выше цена, малая распространённость.

Плюсы никель — цинковых аккумуляторов:

1. Более высокое напряжение, сравнительно с обычными NiMh: 1.65 вольта против 1.25 вольта.
2. Реальная энергоёмкость при активном использовании на 30% больше остальных видов аккумуляторов.
3. Малый саморазряд.
4. Долгое сохранение вольтовых параметров, даже при низком оставшемся заряде батареи.

Как заряжать Ni Zn аккумуляторы

Зарядка Ni Zn аккумуляторов довольно специфична. Универсальная, если нет отдельных параметров для никель — цинковых батарей подойдёт плохо, ей можно воспользоваться, но нужно постоянно контролировать процесс. Лучшее решение — приобретение отдельной зарядки для NiZn.

Как использовать универсальную зарядку? Есть три способа (в зависимости от возможностей самого ЗУ):

Способ 1. Нужно зарядное устройство с возможностью установления вольтажа. Рассчитывается заряд исходя из 1.9В для каждого элемента питания. То есть, если установлено 4 элемента на зарядку, то нужно выставить на ней (если есть такая функция! Ток заряда равным 4*1.9=7,6В). Ну и заряжать соответственно по времени.

Внимание! Превышать значения нельзя — элемент питания выйдет из строя!

Способ 2. Если зарядное устройство достаточно «интеллектуальное», но нет регулировки напряжения, то можно на нем выставить ограничение по ёмкости. 1500 mAh будет в самый раз. В качестве вида заряжаемых АКБ выставляют NiMh или NiCd аккумуляторы.

Способ 3. Используя зарядку для LiFe аккумуляторов. Только необходимо, выставляя на ЗУ количество заряжаемых батарей, в реальности подключать их вдвое больше. То есть, выставив зарядку 2 АКБ LiFe, в реальности к зарядному подключить 4 элемента NiZn.

Заключение

Что ж. С одной стороны, никель-цинковые аккумуляторы лучше тем, что они дают больше вольт, а соответственно устройства в которые они установлены будут работать лучше. С другой стороны, смущает необходимость контроля напряжений для некоторых видов потребителей и заморочки с зарядными устройствами.

никель-цинковый аккумулятор — патент РФ 2105396

Использование: при производстве никель-цинковых аккумуляторов. Сущность изобретения заключается в том, что номинальная емкость отрицательных электродов составляет 0,9-1,2 от номинальной емкости положительных электродов, которые расположены в баке с электролитом и разделены сепаратором. Активная масса отрицательного электрода при изготовлении может содержать 10-25 мас.% металлического цинка и до 5 мас.% оксида свинца. Между положительными и отрицательными электродами дополнительно может быть размещена пористая мембрана из металлической фольги. Верхняя кромка мембраны выступает за пределы электродов и может быть активирована катализатором. Аккумулятор обладает повышенным ресурсом и высокими удельными электрическими характеристиками. 5 з.п.ф-лы, 1 ил. Рисунок 1

Формула изобретения

1. Никель-цинковый аккумулятор, содержащий бак с электролитом и размещенные в нем положительные и отрицательные электроды с различными значениями номинальных емкостей, разделенные сепаратором, отличающийся тем, что значения номинальной емкости отрицательных электродов составляет 0,9 1,2 значения номинальной емкости положительных электродов. 2. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что соотношение массовых количеств активных веществ отрицательных и положительных электродов составляет 0,5 0,8. 3. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что активная масса отрицательного электрода при изготовлении включает 10 25 мас. металлического цинка и до 5 мас. оксида свинца. 4. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что между положительными и отрицательными электродами дополнительно размещена мембрана из металлической пористой фольги. 5. Аккумулятор по п.4, отличающийся тем, что верхняя кромка мембраны выступает за пределы электродов. 6. Аккумулятор по п.5, отличающийся тем, что верхняя кромка мембраны активирована катализатором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве никель-цинковых аккумуляторов. Известен никель-цинковый аккумулятор, содержащий бак с электролитом и расположенные в нем положительные и отрицательные электроды, разделенные сепаратором [1]. Недостатком вышеуказанного аккумулятора является его низкий ресурс, связанный с образованием дендритов цинка из-за систематического перезаряда отрицательного электрода. Из известных никель-цинковых аккумуляторов наиболее близким по совокупности существенных признаков является аккумулятор, в котором для повышения ресурса емкость отрицательных электродов существенно превышает емкость положительных. Указанный аккумулятор содержит бак с электролитом и размещенные в нем положительные и отрицательные электроды, разделенные сепаратором. Теоретическая емкость цинковых электродов в 2-4 раза превышает расчетную емкость никелевого электрода [2]. Избыточная емкость отрицательного электрода предназначена для предотвращения его перезаряда при циклировании. Недостатком этого аккумулятора являются низкие удельные характеристики из-за избыточного количества активной массы на отрицательных электродах, которая не участвует в токообразующей реакции и является, по сути, балластом. Задачей изобретения является создание никель-цинкового аккумулятора, обладающего повышенным ресурсом и высокими удельными электрическими характеристиками. Указанный технический результат достигается тем, что в никель-цинковом аккумуляторе, содержащем бак с электролитом и размещенные в нем положительные и отрицательные электроды, разделенные сепаратором, обычно многослойным, отрицательные электроды имеют номинальную емкость, составляющую 0,9-1,2 от номинальной емкости положительных электродов. Целесообразно соотношение массовых количеств активных веществ отрицательных и положительных электродов выполнить равным 0,5-0,8. Указанное соотношение активных масс выбранного состава обеспечивает требуемое соотношение емкостей электродов. Целесообразно в активную массу отрицательного электрода ввести при изготовлении 10-25 мас.% металлического цинка и до 5 мас.% свинца. Целесообразно между положительными и отрицательными электродами разместить пористую мембрану из металлической фольги. Наличие фольги между электродами препятствует росту цинковых дендритов и предотвращает закорачивание электродов, приводящее к отказу аккумулятора. Целесообразно, чтобы верхняя кромка мембраны выступала за пределы электродов. Это позволяет сорбировать газ в подкрышечном пространстве аккумулятора. Выбранное соотношение номинальных емкостей электродов является оптимальным. При соотношении номинальных емкостей менее 0,9 емкость отрицательных электродов будет недостаточной для полного заряда положительных электродов. Отрицательный электрод зарядится первым и при дальнейшем заряде на нем будет выделяться водород, что усложняет эксплуатацию аккумулятора. При соотношении номинальных емкостей более 1,2 емкость отрицательного электрода избыточна, что приводит к снижению удельных электрических характеристик за счет избыточного содержания активной массы на отрицательном электроде, которая не участвует в токообразующей реакции. Соотношение количеств активных масс на электродах (0,5-0,8) соответствует оптимальному соотношению емкостей электродов при использовании на отрицательном электроде активной массы из оксида цинка и 10-25 мас.% порошка металлического цинка. Содержание металлического цинка при изготовлении 10-25 мас.% является оптимальным. Нижний предел содержания цинка определяется требуемой механической прочностью электрода и его электропроводностью. При содержании порошка цинка менее 10 мас.% электрод плохо прессуется, что снижает его механическую прочность. Кроме того, металлический цинк выполняет в электроде функцию токопроводящей добавки, обеспечивающей требуемую электропроводность. Содержание металлического цинка более 25 мас.% не оправдано, поскольку при любом исходном содержании металлического цинка в электроде после разряда всегда остается около 25 мас.% металлического цинка. Это связано с коэффициентом использования активной массы, составляющим для отрицательного электрода 75%. Введение в активную массу в процессе ее приготовления оксида свинца в количестве до 5% от массы цинкового электрода стабилизирует его разрядную емкость и повышает эффективность использования активной массы на 20%. Введение в состав активной массы более 5 мас.% оксида свинца нецелесообразно, поскольку дальнейшего улучшения характеристик не наблюдается, а доля неактивной компоненты растет, что снижает удельные характеристики. Введение пористой мембраны из металлической, например никелевой, фольги между электродами защищает электроды от закорачивания цинковыми дендритами. Цинковый дендрит не может проколоть фольгу, обладающую достаточной механической прочностью. Кроме того, дендрит, доросший до фольги, будет электрохимически растворяться, так как цинк и никель образуют гальваническую пару. Наличие выступающих за пределы электродов верхний кромок мембран позволяет сорбировать не только растворенные в электролите газы, но и газ, выделяющийся в газовое покрышечное пространство. Выступающие кромки могут быть активированы соответствующим катализатором, что позволяет создать никель-цинковый аккумулятор в герметичном исполнении. Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом и примером практической реализации. На ччччертеже схематически изображен поперечный разрез никель-цинкового аккумулятора. Заявляемый аккумулятор содержит положительный электрод 1 из гидроксида никеля, сепаратор 2 положительного электрода, пористую металлическую, например никелевую мембрану 3 с верхней кромкой 7, сепаратор 4 отрицательного электрода, отрицательный цинковый электрод 5, корпус 6, крышку 8 и борны 9. Верхние кромки 7 пористых металлических мембран выступают за пределы блока электродов 1, 5. Сепараторы 2, 4 пропитаны щелочным электролитом. Аккумулятор работает следующим образом. При разряде на положительном электроде происходит окисление гидроксида никеля, а на отрицательном — восстановление оксида цинка до металла. Суммарная токообразующая реакция имеет вид:

В процессе циклирования на цинковом аноде образуются дендриты из осажденного при заряде цинка, которые могут проколоть сепаратор и вызвать внутреннее короткое замыкание электродов. Для предотвращения этого между сепараторам положительного и отрицательного электродов размещены пористые металлические мембраны. Кромки мембран выступают за пределы кромок электродов и уровня электролита. Мембрана механически и электрохимически при соответствующем выборе металла мембраны защищает электроды от внутреннего замыкания растущими дендритами. Обладая высокой пористостью и развитой поверхностью, мембрана способна сорбировать выделяющиеся при работе аккумулятора газы. Она сорбирует как растворенные в электролите газы, так и газы, поступающие в газовое пространство под крышкой. Для осуществления последнего процесса кромки мембран выступают за пределы электродного блока и находятся в газовом подкрышечном объеме. Пример практической реализации. Изготовлены и проведены испытания макетов никель-цинкового аккумулятора с различным содержанием цинка в отрицательном электроде. Аккумулятор содержал два цинковых электрода с размерами 40х84х1,2 мм и три окисно-никелевых электрода с размерами 40х84х0,55 мм. Емкость макетного аккумулятора составляла 4 Ач. При изготовлении использовались цинковые электроды с содержанием цинка 10 и 25% от массы электрода. Использовался также цинковый электрод с добавкой 5 мас.% оксида свинца. Было изготовлено 3 аккумулятора с соотношением активных масс отрицательных и положительных электродов 0,5; 0,8 и 1,14, при этом соотношение номинальных емкостей электродов составляло соответственно 0,89; 1,18 и 1,45. Аккумуляторы разряжались током 1 А до напряжения 1,0 В. Заряд аккумулятора проводился током 0,2 А. Было проведено 10 циклов заряд/разряд. В процессе испытаний установлено, что содержание металлического цинка в отрицательном электроде не влияет на разрядные характеристики аккумулятора. Аккумулятор с цинковыми электродами, содержащими добавку 5 мас.% оксида свинца имел более стабильные разрядные характеристики и повышенную эффективность использования активной массы цинкового электрода. Без добавки оксида свинца эффективность составляла 52%, с добавкой 5 мас.% оксида свинца — 76%. Введение добавки в количестве более 5 мас.% не дает дальнейшего улучшения характеристик. В один из макетов аккумулятора между слоями сепаратора устанавливалась никелевая фольга толщиной 40 мкм, пористостью 60% и размером пор 20 мкм. Испытания аккумулятора дали положительные результаты. Снижения характеристик в процессе циклирования не наблюдалось. Введение фольги в аккумулятор практически не сказывается на его внутреннем сопротивлении. Проведенные испытания показали, что заявленный аккумулятор обладает стабильными разрядными характеристиками и повышенными удельными характеристиками за счет уменьшения массы цинкового электрода.

Исследование химических и энергетических свойств никель-цинковых аккумуляторов

 

Сегодня бурно развиваются технологии аккумуляторных батарей. Это связано с развитием различных отраслей промышленности и технологий, таких, как энергосберегающие технологии, портативная электроника, автономный электротранспорт, альтернативные источники энергии. Все эти отрасли требуют сохранения электрической энергии в том или ином масштабе. Для этого применяются вторичные химические источники тока, т. е. аккумуляторы.

С точки зрения эффективности лидерами являются литий-ионные аккумуляторы, но у них есть ряд существенных недостатков. Прежде всего, это причины экономического характера. Литий достаточно дорогой металл. Кроме того, литиевые аккумуляторы требуют специальных мер пожарной безопасности как активной, так и пассивной. Литиевые аккумуляторы оптимально работают в относительно узком диапазоне температур. Это приводит к тому, что в менее критических приложениях имеет смысл использовать более дешевые альтернативы [1]. Классической альтернативой является свинцовые кислотные, щелочные никель-железные, никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы. Недостатком свинцовых аккумуляторов является их большая масса. Щелочные никель-железные батареи имеют малую емкость и высокий саморазряд. Никель-кадмиевые аккумуляторы опасны для окружающей среды из-за высокой токсичности кадмия. Никель-металлогидридные аккумуляторы требуют точного соблюдения режима заряда и разряда, иначе значительно теряют емкость.

Альтернативой являются никель-цинковые аккумуляторы. Этот тип аккумулятора известен с 1920-х годов, но его ресурс был небольшой [2]. В настоящее время эта проблема частично решена. Такой аккумулятор достаточно дешевый при массовом производстве, умеренно чувствительный к режиму работы, безопасный для окружающей среды и может быть достаточно легко переработан.

Серьезной общей проблемой является несоответствие заявленных и реальных параметров аккумулятора. Довольно часто недобросовестные производители просто используют в разы меньшее количество реагентов, поэтому такой аккумулятор имеет очень малую емкость [1]. Для классических типов аккумуляторов эта задача решается за счет использования интеллектуальных зарядно-разрядных устройств и весовым контролем, некачественный аккумулятор намного легче. Для никель-цинковых аккумуляторов таких устройств не существует, и нет никаких данных о реальном количестве реагентов. Поэтому целью работы является измерение реальной емкости никель-цинкового аккумулятора, измерение коэффициента отдачи тока и измерение количества вещества электродов.

Для успешного достижения цели были решены следующие задачи:

1.                Разработано зарядно-разрядное устройство (рис.2), которое позволило получить кривые заряда и разряда никель-цинкового аккумулятора.

На рисунке 1 приведена принципиальная схема зарядного устройства. Микрокомпьютер на схеме не показан. Для проведения исследования разряда стабилизаторы с обвязкой заменялись на резистор 5.4 Ом, 2 Вт.

Рис. 1. Принципиальная схема зарядного устройства

 

Рис. 2. Общий вид зарядно–разрядного устройства

 

2.                Подобрана методика измерения содержания никеля и цинка в аккумуляторе.
3.                Проведен количественный анализ содержания аккумулятора.

Объектом исследования являлись никель-цинковые аккумуляторы габарита АА производства Pkcell, Китай.

В ходе работы была проанализирована литература по химии, физике и электронике по исследованию аккумуляторов. По его результатам была разработана схема прибора. Прибор был изготовлен и применен для экспериментального определения свойств аккумуляторов. Были получены результаты химического анализа, подтверждающие теоретические расчеты, но энергетические параметры исследованных аккумуляторов не соответствуют заявленным. Новизна работы заключается в выборе достаточно малоизвестного и неисследованного типа аккумуляторов.

 

Литература:

 

1.      Crompton T. R. Battery Reference Book / T. R. Crompton; Newnes, 2000. — 800 с.
2.      Dell R. M. Understanding Batteries / R. M. Dell, D. A. J Rand — Royal Society of Chemistry, 2001. — 223 с.
3.      В.І. Лебідь. Фізичнахімія / Підручник. Харків: Фоліо, 2005. — 478с.
4.      Lee S.-H. Poly(acrylamide-co-acrylic acid) Gel Electrolytes for Ni-Zn Secondary Batteries / S.-H. Lee, K. Kim, C.-W. Yi // Bull. KoreanChem. Soc. 2013, Vol. 34, No. 3 — p. 717.
5.      Золотов Ю. А., Дорохова Е. Н., Фадеева В. И. Основы аналитической химии. Кн. 2: Методы химического анализа. — М.: «Высшая школа», 2002. — 494 с.
6.      Мазо Г. Н. Методы атомного спектрального анализа // Cоросовский образовательный журнал. — 2000. — № 7. — C. 31–34.
7.      CCCV Li-Ion battery charger — [Электронныйресурс] — http://www.tayloredge.com/reference/Circuits/0120Charger/0120.pdf
8.      LM117/LM317A/LM317-N Three-Terminal Adjustable regulator — [Электронныйресурс] — http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117.pdf
9.      LM158/LM258/LM358/LM2904 Low Power Dual Operational Amplifiers — [Электронныйресурс] — www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf
10. Margolis M. Arduino Cookbook / M. Margolis; O’Reilly, 2011. — 658 c.
11. NiZn Rechargeable Battery AA 2500mWh Amplifiers — [Электронныйресурс] — http://www.pkcell.net/?p=856

RC-20 Зарядное устройство для Ni-Zn AA/AAA аккумуляторов

Тип: Зарядное устройство для Ni-Zn аккумуляторов AA/AAA

Описание:
Зарядное устройство RC-20 имеет 2 независимых канала зарядки, и оно довольно быстрое, поскольку величина тока в каждом канале составляет 350мА, что позволяет зарядить аккумулятор Ni-Zn AA за 4-5часов, а размера AAA — менее чем за 2 часа.

Совместимость:
Никель-цинковые аккумуляторы (Ni-Zn) с номинальным напряжением 1.5-1.6 Вольта

Комплект поставки:
Зарядное устройство RC-20
Никель-цинковые аккумуляторы 2500мВт*час — 4 шт.

Особенности:
— -deltaV control.
— Таймер автоматического отключения.
— Tемпературный датчик.
— Защита от обратной полярности.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип заряжаемых элементов	Никель-цинковые аккумуляторы (Ni-Zn) с номинальным напряжением 1.5-1.6 Вольта
Количество независимых каналов зарядки	2
Напряжение питания	100-240 Вольт
Зарядный ток, максимальный, A	на каждый канал 0.35 Ампер

Гарантия: 12 мес.

---

Никель-цинковый аккумулятор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении никель-цинковых аккумуляторов. Техническим результатом изобретения является увеличение срока эксплуатации никель-цинковых аккумуляторов и повышение их зарядно-разрядных характеристик. Согласно изобретению в аккумуляторах используют в отрицательных и положительных электродах в качестве связующего кремнийорганические термически отверждаемые смолы при следующем соотношении компонентов (мас.%): для отрицательного электрода: цинковый порошок 86-95; кремнийорганическая смола 5-14; для положительного электрода: никелевый порошок 43-58; гидроксид никеля 32-43; кремнийорганическая смола 10-14. В качестве кремнийорганической смолы может быть использован полиорганилсилоксан или полиорганилдисилоксан. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении щелочных никель-цинковых аккумуляторов.

Никель-цинковые аккумуляторы представляют собой наиболее экономически выгодный и экологически безопасный возобновляемый источник тока. Их конструкция наряду с высокими электротехническими показателями — отношение энергоемкости на единицу массы, экономическими — стоимость производства на единицу массы остаются практически вне конкуренции. При их производстве не используются такие токсичные материалы, как свинец, ртуть, кадмий. Основной недостаток никель-цинковых аккумуляторов — меньшее количество циклов заряда-разряда по сравнению, например, с широко распространенными свинцовыми аккумуляторами. В настоящее время промышленные аккумуляторы этой электрохимической системы при циклировании с 80% разрядом имеет ресурс в 100-200 циклов. Улучшение качества состава активных масс отрицательного и положительного электродов позволяет в ряде случаев поднять ресурс устройства до 600-1000 циклов. (Proc. 34th Int. Power Sources Symp., Cherry Hill, N.Y. June 25-28, 1990 — New York, 1990 — P.232-234 // РЖ Энергетика, №1, 1992, реф. 1Ф120.) При этом повышение качества активных масс достигается введением дорогостоящих композиционных материалов, таких как металлизированная углеродная фибра и др.Причина сокращенного срока службы никель-цинкового аккумулятора по сравнению с другими известными — изменение состава активных масс положительного и отрицательного электродов, сопровождающееся их растрескиванием и осыпанием. Следствием этого является неравномерное осаждение металлического цинка в процессе заряда и образование цинковых дендритов, что приводит к короткому замыканию электродов аккумулятора.Известно техническое решение (патент РФ №2106043, МПК⁶ Н 01 М 4/24 от 24.08.1995), в котором данная проблема решается за счет изменения конструкции электродов. Электрод содержит брикет активной массы и наружную оболочку из пористого металла, например никеля. Такое решение приводит к усложнению конструкции аккумулятора и увеличению затрат на изготовление.Наиболее близким аналогом к заявляемому является щелочной никель-цинковый аккумулятор (заявка РФ №93003473/07, МПК⁶ Н 01 М 4/24 от 20.01.1993), где в активную массу положительного и отрицательного электродов введено органическое связующее — полиметилметакрилат. Использование данного полимера обеспечивало повышение срока службы электродов. Однако в процессе разряда аккумулятора растворение цинка протекает медленно и неравномерно, так как полимер носит гидрофобный характер. Осаждение цинка в процессе заряда в ряде случаев приводит к образованию дендритов. Низкая адгезия полимера к металлу является причиной отслаивания активной массы от токоотвода.Технической задачей данного изобретения является увеличение числа зарядно-разрядных циклов никель-цинкового аккумулятора, что позволит увеличить срок службы аккумулятора.Для решения технической задачи предлагается никель-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, сепаратор, щелочной электролит, отрицательный электрод, состоящий из металлической решетки с напрессованным слоем активной массы, содержащей порошок цинка и связующее, и положительный электрод, состоящей из токоотвода — никелевой решетки с напрессованным слоем активной массы, содержащей никелевый порошок, гидроксид никеля (II) и связующее. В качестве связующего используют кремнийорганическую смолу, способную к термическому отверждению. Отвержденная кремнийорганическая смола механически и химически связывает частицы активных веществ массы электродов, обеспечивая необходимую механическую прочность. В отличие от полиметилметакрилата, являющегося карбоцепным полимером, отверждаемые кремнийорганические смолы, представляющие собой полиорганилалкокси(гидрокси)силоксаны, при термическом или каталитическом отверждении образуют нерастворимые полиорганилсилоксаны. Экспериментально было обнаружено, что они способны химически взаимодействовать с раствором гидроксидов щелочных металлов, входящих в состав электролита, растворяться в нем и тем самым создавать благоприятные условия для электрохимических взаимодействий активных веществ электродных масс. Взаимодействие активного вещества электрода и полиорганилсилоксана с щелочным электролитом взаимосвязано. Прекращение электрохимической реакции активного вещества электрода при возникновении рабочего потенциала электрода сопровождается прекращением растворения полиорганилсилоксана. Использовались органилполисилоксаны разветвленного, циклолинейного и лестничного строения, различающиеся по типу органических радикалов у атома кремния, в том числе полиметилсилоксаны, полифенилсилоксаны, полиметилфенилсилоксаны. Существенных различий в свойствах электродов, при изготовлении которых в качестве связующего использовались кремнийорганические смолы, способные к термическому отверждению, обусловленных строением применяемого в качестве связующего электродной массы кремнийорганического полимера, не наблюдалось. Исходя из общности физико-химических свойств полиорганилсилоксанов, можно предположить, что и другие термически отверждвемые кремнийорганические смолы, имеющие после отверждения строение сшитых полиорганилсилоксанов, будут пригодны для использования в качестве связующих при изготовлении электродов щелочных аккумуляторов.Кремнийорганическая смола, способная к термическому отверждению, вводится в состав активной массы электрода в виде раствора в органических растворителях, например кремнийорганического лака. Могут быть использованы как промышленные кремнийорганические лаки, так и специально приготовленные по известным методикам (Хананашвили Л.М., Андрианов К.А. Технология элементоорганических мономеров и полимеров. — М.: Химия, 1983. С.238-296) путем сополимеризации хлорсиланов или алкоксисиланов в системе вода — органический растворитель. Высокие результаты показывает применение термически отверждаемых кремнийорганических смол, содержащих в основной полимерной цепи, кроме силоксановых связей (-Si-O-Si-), дисилановые фрагменты (-Si-Si-), изготовление которых описано в (а.с. СССР 1625838, МКИ³ С 03 С 17/30, опубл. 07.02.1991). Полимеры такого типа также способны к растворению в щелочном электролите, причем реакция носит окислительно-восстановительный характер и сопровождается выделением водорода. Все исследованные композиции электродных масс обладали высокой адгезией к металлу токоотвода. В процессе эксплуатации электродов в составе аккумуляторов не наблюдалось растрескивания, отслаивания, осыпания активной массы.Для изготовления отрицательного электрода цинковый порошок смешивается с кремнийорганической смолой, растворенной в органическом растворителе, с содержанием сухого вещества 30-65% в соотношении: цинковый порошок 86-95 мас.%; полиорганилсилоксановая смола 5-14 мас.% в пересчете на сухой остаток, механически перемешивается до получения однородной пасты и наносится на токоотвод и прокатывается между валками или подпрессовывается при комнатной температуре. Выдерживается в течение времени необходимого для удаления основной массы органического растворителя и подвергается термической обработке при 140-200С в течение 2-6 ч (время термической обработки определяется свойствами кремнийорганической смолы). Конкретные примеры с указанием типа полиорганосилоксана, соотношения исходных компонентов приведены в таблице 1.Для изготовления положительного электрода смешивали никелевый порошок 43-58 мас.%, гидроксид никеля (II) 32-43 мас.% и кремнийорганическую смолу 10-14 мас.% (смолу также вводят в виде лака с содержанием сухого остатка 30-65%). Дальнейшие операции аналогичны изготовлению отрицательного электрода. В таблице 2 приведены составы конкретных примеров. Соотношения компонентов, указанные в таблицах 1 и 2, использованные при изготовлении активных масс электродов, ограничиваются механическими прочностными характеристиками получаемых электродов и свойствами исходной пастообразной массы, используемой в процессе их изготовления. Избыток кремнийорганического лака приводит к разжижению исходной смеси и затруднению формования электродов. Недостаточное количество раствора кремнийорганической смолы по сравнению с указанными в таблицах 1, 2 приводит к низкой механической прочности полученного электрода, недостаточной адгезии активной массы к материалу токоотвода. В то же время электротехнические характеристики электродов остаются удовлетворительными и в более широких пределах соотношения компонентов, нежели указанные в таблицах 1, 2. Собирали никель-цинковый аккумулятор из 6 отрицательных и 5 положительных электродов с размером цинковых электродов 1521402.2 мм и 1521402.2 мм соответственно никелевых. В качестве электролита использовали раствор гидроксида калия с концентрацией 7 моль/л и плотностью 1.23 г/см³.Испытания аккумулятора проводили на стенде КУС-250. Напряжение заряда-разряда контролировалось на вольтметре ВР-22М, разряд проводился током С/10 и С/2 до напряжения 1.0-0.9 вольта. Асимметричным током проводился тренировочный цикл и рабочие разрядно-зарядные циклы. Определялись интегральная разрядная емкость Q (А/ч) и количество циклов, при котором происходит снижение емкостных характеристик аккумулятора в два раза. Данные испытаний приведены в таблице 3. Высокие емкостные характеристики полученных аккумуляторов, значительное увеличение количества зарядно-разрядных циклов обуславливает преимущество предлагаемого технического решения перед известными.

Формула изобретения

1. Никель-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, сепаратор, щелочной электролит, отрицательный электрод, состоящий из металлической решетки с напрессованным слоем активной массы, содержащей порошок цинка и связующее, и положительный электрод, состоящий из никелевой решетки с напрессованной массой, содержащей никелевый порошок, гидроксид никеля (II) и связующее, отличающийся тем, что активная масса положительного и отрицательного электродов содержит в качестве связующего кремнийорганическую смолу, способную к термическому отверждению, при следующем соотношении компонентов, мас.%:для отрицательного электрода:Цинковый порошок 86-95Кремнийорганическая смола 5-14для положительного электрода:Никелевый порошок 43-58Гидроксид никеля (II) 32-43Кремнийорганическая смола 10-142. Никель-цинковый аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганической смолы, способной к термическому отверждению, в составе активной массы отрицательного и положительного электродов используется полиорганилсилоксан.3. Аккумулятор по п.2, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганической смолы, способной к термическому отверждению, используемой в активной массе отрицательного и положительного электрода, применяется полиорганилдисилсилоксан.

Почему никель-цинк лучше свинцово-кислотного и литий-ионного в ИБП центра обработки данных

Стив Дженнингс — старший вице-президент по продажам и маркетингу компании ZincFive

Свинцово-кислотные аккумуляторы

десятилетиями служили рабочей лошадкой ИБП для центров обработки данных, но новые технологии открывают новые возможности для повышения производительности, безопасности, устойчивости и совокупной стоимости владения. Литий-ионные и никель-цинковые (NiZn) химические вещества являются основными конкурентами, вытесняющими свинцово-кислотные продукты на рынке.Оба обещают меньшие размеры и более длительный срок службы, чем свинцово-кислотные батареи. В то время как компромиссы литий-ионных батарей более известны, учитывая их широкое использование в других приложениях хранения энергии, технология NiZn имеет определенные преимущества с точки зрения надежности, безопасности и устойчивости по сравнению как с свинцово-кислотными, так и с литий-ионными решениями в центрах обработки данных. ИБП. Эти преимущества могут привести к снижению совокупной стоимости владения для операторов центров обработки данных.

Высокая плотность мощности при небольшом размере и весе

Двумя наиболее очевидными недостатками свинцово-кислотных аккумуляторов являются их громоздкий размер и вес.Батареи NiZn предлагают значительно более высокую удельную мощность, чем свинцово-кислотные батареи, если измерять их либо по весу (ватт-часы на килограмм), либо по объему (ватт-часы на литр). Чтобы проиллюстрировать влияние перехода на NiZn аккумуляторы, мы сравнили резервную систему NiZn ИБП мощностью 50 кВт с сопоставимыми свинцово-кислотными системами и обнаружили следующие преимущества для ИБП:

• На 42 — на 63% меньше занимаемая площадь
• 55 — 60 процентов меньше нагрузки на пол
• 110 — на 197% больше мощности
• 91 — на 194 процента выше ватт / кв.футы

Более надежная работа

Чтобы использовать эту высокую удельную мощность, оператор центра обработки данных должен быть уверен в высокой надежности резервного аккумулятора. Ключевым моментом является надежность аккумуляторной батареи. Когда свинцово-кислотный или литий-ионный аккумуляторный элемент выходит из строя, он создает разрыв цепи, который останавливает работу цепочки. С другой стороны, слабая или истощенная ячейка NiZn остается проводящей, позволяя колонне продолжать работу. Это превращает аварийную ситуацию с батареями другого химического состава в простую замену батареи в следующем плановом цикле обслуживания с небольшими затратами и без каких-либо последствий для эксплуатации.Кроме того, гирлянды NiZn-аккумуляторов более устойчивы к дисбалансу цепей, чем цепочки свинцово-кислотных или литий-ионных аккумуляторов.

В критически важных приложениях, таких как резервное копирование центров обработки данных, NiZn-аккумуляторы способны быстро заряжаться и превосходны при высоких скоростях разряда при сохранении термической стабильности. Для поддержания производительности не требуется капельная подзарядка, что упрощает конструкцию системы и повышает энергоэффективность. Более того, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, NiZn — это щелочные аккумуляторы, которые со временем не сульфатируются, что способствует значительному увеличению срока службы при минимальных затратах на обслуживание.В сочетании эти характеристики надежности напрямую снижают совокупную стоимость владения.

Более безопасное оборудование центра обработки данных

Помимо бесперебойной работы, операторы центров обработки данных несут ответственность за безопасность своих объектов и персонала. Технология NiZn аккумуляторов имеет явные преимущества в плане безопасности по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами, поскольку исключает использование едких химикатов и регулярное техническое обслуживание, необходимое для поддержания полной работоспособности аккумуляторов. Кроме того, никель-цинковые батареи не выделяют газ при нормальной работе, как свинцово-кислотные батареи.

Хотя операторы центров обработки данных хотели бы рассмотреть литий-ионную технологию в качестве замены свинцово-кислотных систем, они, возможно, читали о случаях теплового разгона внутри помещений на объектах хранения энергии. Чтобы оценить относительную безопасность новых аккумуляторных технологий, они могут ознакомиться с результатами любой аккумуляторной батареи или системы накопления энергии, которые были протестированы в соответствии с методом испытаний UL9450A для оценки распространения огня из-за теплового разгона в аккумуляторных системах накопления энергии. Тестирование в соответствии с методом тестирования UL 9540 может происходить на уровнях, определенных в методе, включая уровень ячейки, модуля, устройства или установки.Тестирование на уровне элементов является фундаментальным индикатором того, будет ли химический состав батареи распространять или нет тепловой разгон. NiZn аккумуляторы ZincFive были тщательно протестированы UL в соответствии с Методом испытаний UL9540A на уровне элементов, и они не показали теплового разгона ни в одном из пяти сложных и разрушающих типов испытаний.

Системы литий-ионных аккумуляторов

, которые проходят более высокие тесты на уровне блока, полагаются на управляющий механизм (система управления батареями или BMS), предназначенный для предотвращения распространения теплового события на уровне элементов.Известно, что механические и электронные устройства выходят из строя и не могут предотвратить тепловое событие, если они действительно выходят из строя, следовательно, превосходное значение безопасности, обеспечиваемое химическим составом батареи, может быть испытано на уровне элемента и не проявлять теплового разгона.

Преимущества для устойчивого развития

Учитывая быстрый рост размеров и количества центров обработки данных по всему миру, операторы вынуждены снижать воздействие на окружающую среду. Это еще один фактор, способствующий замене свинцово-кислотных аккумуляторов, которые содержат значительное количество опасных материалов, что требует процесса переработки с высокой степенью загрязнения.Фактически, экологические организации определили переработку использованных свинцово-кислотных аккумуляторов как одну из главных мировых проблем загрязнения окружающей среды.

По окончании срока службы литий-ионные батареи еще не имеют четкого самостоятельного пути к утилизации. Они требуют дополнительных мер безопасности при транспортировке, поскольку содержат как химическую, так и электрическую опасность. С ними обращаются осторожно, чтобы предотвратить возгорание, связанное с выделением токсичных газов.

Химия

NiZn обеспечивает преимущества в области устойчивого развития по сравнению с обеими альтернативами.NiZn-аккумуляторы, состоящие в основном из обычных материалов высокой доступности, негорючие и отказоустойчивые. Более того, со сроком службы до трех раз дольше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, операторам центров обработки данных не нужно менять их почти так часто.

Кроме того, NiZn является одним из химикатов аккумуляторов, наиболее пригодных для вторичной переработки на рынке. Фактически, Департамент транспорта Калифорнии (Caltrans) определил стандарт системы резервного питания от аккумуляторных батарей с экологически чистыми технологиями (GT-BBS), в котором используются системы резервного питания на основе NiZn аккумуляторов в качестве экологически чистой альтернативы традиционным системам резервного питания от свинцово-кислотных аккумуляторов.

NiZn Атрибуты, снижающие совокупную стоимость владения

Общая стоимость владения для резервного копирования ИБП включает в себя не только предварительные капитальные затраты (CapEx) на аккумуляторные решения и оборудование для их размещения. Для свинцово-кислотных аккумуляторов эксплуатационные расходы (OpEx) в течение срока службы системы ИБП могут быть дороже, чем CapEx. Решения NiZn значительно снижают эксплуатационные расходы за счет более длительного срока службы и упрощенного обслуживания.

Есть и другие важные источники совокупной стоимости владения для центров обработки данных.Преимущества NiZn аккумуляторов в размере и весе по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами могут снизить вложения, необходимые для строительства объектов ИБП в центрах обработки данных. Более того, NiZn батареи имеют более широкий диапазон рабочих температур, чем другие технологии, что снижает требования к системам охлаждения центра обработки данных и позволяет размещать резервные ИБП ближе к нагрузке.

За счет снижения эксплуатационных расходов решения ZincFive сокращают совокупную стоимость владения до 28 процентов по сравнению с ИБП на основе свинцово-кислотных источников, если рассматривать общий срок службы ИБП.

Аккумуляторная технология для более безопасного и высокопроизводительного резервного копирования центров обработки данных

Технология

NiZn оказалась лучшим выбором для замены свинцово-кислотных аккумуляторов в резервных центрах обработки данных. Благодаря высокой удельной мощности, меньшим размерам и весу, а также более длительному сроку службы и работе при более высоких температурах никель-цинковые батареи являются сердцем надежных и высокопроизводительных ИБП. Эти батареи безопаснее в эксплуатации и являются более экологичной альтернативой, чем свинцово-кислотные и литий-ионные резервные батареи. В целом технология NiZn может помочь операторам центров обработки данных снизить совокупную стоимость владения при резервном копировании центров обработки данных.

Мнения, выраженные в статье выше, не обязательно отражают мнение Data Center Knowledge and Informa.

Industry Perspectives — это информационный канал в Data Center Knowledge, подчеркивающий интеллектуальное лидерство в сфере центров обработки данных. Чтобы узнать об участии, ознакомьтесь с нашими правилами и процессом подачи заявок.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Компания по производству никель-цинковых аккумуляторов нацелена на рынок гибридных электромобилей

PowerGenix, высокотехнологичная компания из Сан-Диего и ведущий разработчик высокопроизводительных герметичных никель-цинковых (NiZn) аккумуляторов для электроинструментов и других высокопроизводительных приложений, принесла Dr.Франц Крюгер стал старшим вице-президентом по разработке продуктов.

Доктор Крюгер, бывший генеральный директор компании Lithium Technology Corporation, занимающейся разработкой литий-ионных аккумуляторов, сосредоточится на разработке никель-цинковой технологии в качестве системы хранения энергии для рынка гибридных электромобилей.

Доктор Крюгер имеет более чем 30-летний опыт работы в производстве аккумуляторов и имеет более 80 патентов. Он работал на бакалавриате и получил докторскую степень по химии в Штутгартском университете.До своей должности генерального директора компании Lithium Technology Corporation доктор Крюгер работал управляющим директором по исследованиям и разработкам в Varta, ведущей европейской аккумуляторной компании со штаб-квартирой в Германии. Его опыт включает разработку и запуск аккумуляторных систем для электромобилей.

Никель-цинковые технологии PowerGenix предлагают множество убедительных преимуществ для использования в гибридных электромобилях и других мобильных приложениях. Никель-цинк обеспечивает высокую мощность, длительный срок службы и необходимую удельную энергию для удовлетворения высоких требований к крутящему моменту и разгрузке этих транспортных средств при экономически эффективных уровнях производительности.Никель-цинк также очень хорошо работает как при высоких, так и при низких температурах, что является ключевым требованием к характеристикам HEV. Не менее важно, что никель-цинк чрезвычайно безопасен, экологически чист и пригоден для вторичной переработки без каких-либо особых требований к обращению.

—Дэн Сквиллер, генеральный директор

Никель-цинковые батареи химически очень похожи на никель-кадмиевые. Оба используют щелочной электролит и никелевый электрод, но существенно различаются по напряжению. Никель-цинковая ячейка обеспечивает более 0.4 В дополнительного напряжения как при разомкнутой цепи, так и под нагрузкой, согласно PowerGenix.

Никель-цинковая реакция заряда-разряда
H ₂ O + Zn + 2NiOOH = ZnO + 2Ni (OH) ₂
E = 1,74 В

Никель-кадмиевая реакция заряда-разряда
H ₂ O + Cd + 2NiOOH = CdO + 2Ni (OH) ₂
E = 1,3 В

Ранние NiZn батареи (впервые разработанные в 1920-х годах) страдали от короткого цикла жизни из-за роста дендритов, приводящего к короткому замыканию, вызванному высокой растворимостью оксида цинка — продукта разряда цинкового анода в щелочном электролите.Помимо образования дендритов, растворимость оксида цинка может приводить к изменению формы и уплотнению анода при повторяющихся циклах зарядки / разрядки.

Основа подхода PowerGenix к коммерческой жизнеспособности своей NiZn-батареи — это запатентованный состав электролита, который снижает растворимость цинка и предотвращает проблемы с коротким замыканием дендритов и изменением формы. Дальнейшее увеличение возможностей электролизера связано с использованием материалов катода и анода, которые не содержат каких-либо элементов тяжелых металлов.

Получающееся в результате расширение возможности циклического переключения NiZn-аккумулятора PowerGenix поддерживает рабочие характеристики химического состава.Элементы PowerGenix обеспечивают на треть больше удельной энергии традиционной никель-кадмиевой (NiCd) батареи при измерении либо по весу (ватт-часов на килограмм), либо по объему (ватт-часы на литр).

Сравнительные характеристики PowerGenix NiZn
Тип батареи	Плотность энергии (Втч / кг) @ 12A	Плотность энергии (Вт · ч / л)	Длительная мощность плотность (Вт / кг)	Цена (¢ / Втч)	Срок службы	Внутреннее сопротивление (мОм)	Высокая рабочая температура (° C)
PowerGenix NiZn	60	170	> 900	30-50	100-500	<4.5	-20 до +60
NiCd	40	135	600	35-60	100-800	> 5	-30 до +60
NiMH	38	135	600	40-60	100-800	> 5	от 0 до 50

Компания PowerGenix была основана в 2000 году.

UPS Energy Storage Option 3: Никель-цинковые батареи

Никель-цинковые батареи — хорошие высокоэнергетические быстроразрядные батареи.

Никель-цинковые батареи аналогичны никель-металлогидридным батареям. Компания ZincFive добилась успехов в разработке никель-цинковых батарей для ИБП.

«Никель-цинк — это щелочная химия, в отличие от кислотной аккумуляторной химии», — говорит Дэн Ламберт, старший менеджер по продукции ZincFive. «Мы используем положительный электрод из оксигидроксида никеля и цинк с большой площадью поверхности в качестве отрицательного электрода.Из него получается очень хорошая высокоэнергетическая батарея с быстрой разрядкой ».

• Срок службы и срок службы: Срок службы батареи зависит от температуры, глубины разряда и скорости заряда / разряда. При комнатной температуре и скорости заряда / разряда 1C никель-цинковые батареи ZincFive имеют срок службы от 600 циклов при 100-процентной глубине разряда и более 150 000 циклов при 1-процентной глубине разряда. Срок службы батареи оценивается от 12 до 15 лет.

• Скорость разряда и время зарядки: Никель-цинковая батарея ZincFive имеет максимальную скорость разряда 6 минут (12 ° C), хотя она была протестирована при 5 минутах (10 ° C).ZincFive обычно настраивает свои батареи на четырехчасовую подзарядку, но за один час была продемонстрирована подзарядка от 0 до 93 процентов.

• Размер и вес: Никель-цинковые батареи обычно составляют примерно половину веса свинцовых и имеют меньший размер объема в зависимости от удельной мощности, чем свинцово-кислотные или литиевые батареи. Их размер сравним с литиевыми батареями, хотя некоторые литиевые системы занимают меньше места.

• Требования к охлаждению: Никель-цинковые батареи могут работать при чрезвычайно высоких температурах.В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, на их срок службы и характеристики не влияют резкие колебания температуры.

«Наши батареи используются в микроцентрах обработки данных в калифорнийской пустыне, где днем ​​часто бывает 120 F, а ночью — 20 F или 30 F, — говорит Ламберт. «Мы протестировали батареи после пяти лет использования, и они потеряли всего 4–5 процентов своей первоначальной емкости».

• Требования к техническому обслуживанию: Никель-цинковые батареи требуют ежегодного обслуживания и визуального осмотра, и ZincFive рекомендует использовать систему управления батареями для контроля состояния батареи.Но в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов никель-цинковые аккумуляторы не требуют ежеквартальных испытаний.

• Первоначальная стоимость по сравнению с общей стоимостью владения: Как и в случае литиевых батарей, никель-цинковые батареи имеют более высокую начальную стоимость, чем свинцово-кислотные батареи, но другие факторы могут снизить общую стоимость владения.

«Первоначальные вложения в никель-цинк примерно вдвое превышают стоимость традиционной свинцовой аккумуляторной системы», — говорит Ламберт. «Но поскольку никель-цинковая система требует очень низкого технического обслуживания с увеличенным сроком службы, мы считаем, что вы можете сэкономить около 30 процентов или более от [общей стоимости владения].«

Безопасность: Никель-цинк — негорючий химический состав. В отличие от свинцово-кислотных и литиевых аккумуляторов, никель-цинковые аккумуляторы не допускают теплового разгона.

---

---

---

Связанные темы:

Комментарии

Никель-цинковые аккумуляторные системы

— Краткие технические сведения

Компания SCPS разработала недорогую технологию промышленного производства вспененной меди.Коллектор из вспененной меди образует плотную и очень проводящую сеть внутри анодного активного материала. Компания

Société de Conseil et de Prospective Scientifique (SCPS), расположенная в Росни-су-Буа, Франция, разработала технологию, которая позволяет системе никель-цинковых батарей работать, максимально приближаясь к ее теоретическим характеристикам, с длительным сроком службы.

Никель-цинковые аккумуляторные системы известны уже более 100 лет, но только недавно технология стала жизнеспособной и конкурентоспособной с другими коммерчески доступными аккумуляторными системами.Основные аккумуляторные системы, представленные на рынке, можно разделить на три группы:

• Системы с кислотным электролитом: Свинцово-кислотные батареи (PbPbO ​​ ₂ )
• Системы со щелочным электролитом: Никель-кадмиевые батареи (NiCd), Никель-металл-гидридные батареи (NiMH), никель-цинковые батареи (NiZn)
• Системы с органическим электролитом: Литиевые батареи: литий-ионные (Li-ion) и литий-металл-полимерные (LiMP)

PbPbO ​​ ₂ и NiCd присутствуют недостатки с точки зрения технических характеристик и экологичности из-за наличия тяжелых металлов.Аккумуляторы LiMP имеют относительно короткий срок службы и низкий уровень мощности. Литий-ионный содержит летучие органические соединения, которые трудно перерабатывать; NiMH использует редкоземельные элементы, способные накапливать водород, которые очень трудно переработать; и LiMP содержит оксид ванадия, токсичное соединение. Литиевые системы также имеют проблемы с безопасностью, так как существует риск взрыва или возгорания во время производства, использования и переработки в конце срока службы.

NiZn много, нетоксичен и содержит полностью перерабатываемые компоненты.До недавнего времени NiZn никогда не мог правильно включить отрицательный цинковый электрод, что приводило к значительным потерям емкости и короткому замыканию.

SCPS проанализировал причины проблем, связанных с постепенными и быстрыми изменениями формы отрицательного цинкового электрода:

• распространение во всей ячейке активного материала цинкового анода, растворенного во время разряда в растворимые цинкаты,
• потеря электрических характеристик анода в разряженном состоянии и
• быстрой потери необходимой пористости цинкового анода после перезарядки.

Наиболее важной проблемой, которую необходимо было решить в батарее, было поведение цинкового анода. Цинковый анод, разработанный SCPS, представляет собой пластифицированный электрод, по существу, характеризующийся комбинацией двух ключевых элементов:

• коллектор из вспененной меди, образующий плотную и очень проводящую сеть в анодном активном материале, и
• порошок связанных добавок. распределены по цинковому аноду и обладают комбинированным действием, исключающим любое нежелательное изменение формы электрода.

Эти анодные компоненты в сочетании со специально адаптированным к системе положительным никелевым электродом позволяют решить предыдущие проблемы с NiZn и позволяют использовать NiZn для энергетики и энергетики (с его концентрированным электролитом и его однослойным микропористым слоем). разделитель). NiZn аккумулятор SCPS работает как система, не требующая обслуживания, и безопасна в любых условиях использования.

Для получения дополнительной информации посетите SCPS .

---

Это краткое описание включает пакет технической поддержки (TSP).

Никель-цинковая вторичная батарея

(номер GDM0006) в настоящее время доступна для загрузки из библиотеки TSP.

ВОЙТИ ДЛЯ ЗАГРУЗКИ

Нет учетной записи? Подпишите здесь.

---

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм: никель-цинковая батарея

Никель-цинковая батарея

Учитывая текущую озабоченность по поводу мировых поставок энергии и истощение невозобновляемых видов топлива, никель-цинковые батареи становятся важными в разработке электромобилей, в том числе небольших фургонов и легковых автомобилей.Эти батареи характеризуются высокой удельной энергией и мощностью, могут работать в широком диапазоне температур и имеют относительно низкую стоимость.

На рис. 1 показана никель-цинковая батарея классической конструкции. В верхней части корпуса видны как положительный, так и отрицательный полюса, которые крепятся полюсными гайками, смотровым окном и узлом наливной крышки / вентиляционного отверстия. В вырезе отображаются положительный и отрицательный электроды, а также разделители.

В никель-цинковой батарее используется тот же никелевый электрод, что и в никель-кадмиевых батареях, и цинковый электрод, используемый в серебряно-цинковых батареях. Мы надеемся, что использование этих материалов позволит достичь таких же долговечных характеристик, как и никель-кадмиевые батареи, при отличной емкости цинкового анода. Этот тип батарей не используется в промышленных масштабах из-за короткого срока службы цинкового электрода; однако со временем ожидается, что время его цикла будет улучшаться, и он, вероятно, будет иметь коммерческое значение из-за его высокой удельной энергии, а также его относительно низкой стоимости.Он работает от 1,55 до 1,65 вольт. Емкость никелевого электрода, используемого во время разряда, должна быть заменена перезарядом, и для этого обычно элементы изготавливаются из дополнительного цинк-активного материала.

Химия

Существует несколько типов никелевых электродов, которые используются в никель-цинковой батарее: электрод с карманной пластиной, электрод из спеченного никеля, электрод из неспеченного никеля и электрод на легкой подложке. Карманный пластинчатый электрод использует тот же основной электрод, что и никель-кадмиевые и никель-железные батареи.Эти типы электродов создаются путем загрузки гидрата гидроксида никеля, который является активным материалом, и проводящей добавки, такой как графит или хлопья никеля, в карманы для плоских трубок, которые в конечном итоге превращаются в электроды. Электрод из спеченного никеля изготавливается путем спекания порошка карбонильного никеля с высокой насыпной плотностью, что превращает его в пористую пластину. Не спеченные никелевые электроды уменьшают количество используемого никеля. Их изготавливают путем замешивания электродной ленты из гидрата гидроксида никеля, графитовой добавки и тефлонового пластикового связующего.Легкие электроды-подложки изготовлены из гальванического листа фольги с рисунком отверстий и гидрата гидроксида никеля в качестве активного материала.

Цинковый электрод имеет меньшее количество разновидностей и изготовлен из оксида цинка, добавок и пластикового связующего. Путем прессования или раскатывания сухого порошка на электродных полосах собирают цинковые электроды. Электролит обычно представляет собой гидроксид калия, хотя некоторые используют гидроксид лития в качестве добавочного материала для улучшения полупроводниковых свойств.

Традиционная никель-цинковая батарея имеет призматическую конструкцию ячеек, что означает, что в батарее используется несколько положительных и отрицательных электродов, все из которых изолированы разделителями и все подключены к соответствующим клеммам. В другой версии никель-цинковой батареи используется конструкция l, которая изначально была изобретена из-за проблем с цинковым электродом. Отрицательный электрод вибрирует, вызывая турбулентность электролита. Это обеспечивает диспергирование растворенного оксида цинка и снижает градиенты концентрации цинката, препятствуя образованию дендритов.Третий тип — это герметичные аккумуляторные батареи, в которых газы, образующиеся во время заряда, рекомбинируют внутри элемента.

НАЗАД НА ДОМУ АККУМУЛЯТОРОВ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

© 1995-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей.Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.

Этот веб-сайт обслуживается нашим

Команда разработчиков графики и веб-программирования
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.

Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:19

Счетчик доступа с 1 июня 1999 г .: 30970

никель-цинковые_батареи

Эта статья или раздел требуют внимания эксперта. WikiProject Energy может помочь нанять одного. Если существует более подходящий WikiProject или портал, пожалуйста, измените этот шаблон соответствующим образом.

Технические характеристики аккумулятора Энергия / вес 60 Вт · ч / кг Энергия / размер 170 Вт · ч / л Мощность / масса > 900 Вт / кг Эффективность заряда / разряда Энергия / цена для потребителей 0.30-0,50 $ / Вт · ч Скорость саморазряда Долговечность во времени Устойчивость к циклам 100-500 Номинальное напряжение ячейки 1,7 В Температурный интервал зарядки

Никель-цинковая батарея (иногда сокращенно NiZn ) представляет собой тип аккумуляторной батареи, обычно используемый в секторе легких электромобилей.

Рекомендуемые дополнительные знания

История

Разработан ирландским химиком, доктором Джеймсом Дж. Драммом (1897-1974) ^[1] и установлен в четырех двухвагонных вагонных вагонах в период с 1932 по 1946 год для использования на линии Дублин-Брей. Несмотря на успех, они были изъяты, когда срок службы батарей истек.

No related posts.