Ni-zn аккумуляторы

Tungstone

Один из самых молодых заводов страны, Рязанский завод был запущен в 2004 году совместными усилиями российских и британских специалистов. Завод специализируется на выпуске широкого спектра продукции, от стартерных и тяговых батарей до литий-ионных аккумуляторов и источников энергии для промышленного применения.

Общая производственная мощность завода составляет 12 700 квадратных метров, на нем работает 450 человек, и он имеет собственные очистные сооружения. Имеется собственная физико-химическая лаборатория для тестирования и проверки качества готовой продукции. В 2022 году на Рязанском заводе освоена технология непрерывного литья электродов Con-Cast с использованием сплава, легированного кальцием.

Производственные мощности завода позволяют производить около одного миллиона аккумуляторов в год (16 автомобильных и 7 промышленных), включая аккумуляторы для автомобилей МАЗ и КАМАЗ. В настоящее время компания занимает 4-е место в стране по объему годовых продаж (2,7 млрд. рублей в 2022 году).

Наиболее популярные серии батарей включают Gladiator, Sputnik, Ataka, Kontakt, Tungstone, Fora и SilverStar.

Правила эксплуатации

Схема утилизация АКБ.

Не рекомендуется хранить никель-цинковые аккумуляторы в помещениях с высокой влажностью и при низких температурах. При подключении АКБ необходимо исключать шанс короткого замыкания, либо использовать предохранители в электрической цепи. Утилизировать никель-цинковую батарею нужно отдельно от остального мусора.

Особенности зарядки

ЗУ для никель-цинковых АКБ.

Пополнять емкость никель-цинковых АКБ стандартным зарядником не получится, так как требуется тонкая настройка отдельных параметров. Лучше приобрести специальное зарядное устройство для NiZn-батарей. Тем не менее, если нужно срочно восполнить емкость, можно использовать универсальную зарядку с выставлением нужного вольтажа. Заряд рассчитывается исходя из 1,9 В для каждого элемента АКБ.

Также может подойти ЗУ для LiFePo4 аккумуляторов. В этом случае необходимо подключать вдвое больше никель-цинковых батарей, чем рассчитано зарядником. Например, выставив устройство на работу с двумя LiFePo4 АКБ нужно присоединять 4 элемента NiZn.

С одной стороны, никель-цинковые батареи превосходят аналоги – они дают больше вольт, из-за чего большинство устройств будет работать лучше. Заряжать NiZn-батареи также быстрее за счет низкого внутреннего сопротивления. С другой стороны, данные АКБ подходят далеко не ко всем устройствам из-за специфичных характеристик. Их также сложно заряжать без специального ЗУ.

Что даёт добавление серебра?

Добавление серебра в элементы питания значительно повысило их устойчивость к
разрядам. Если раньше 3 полных разряда «съедали» 50% емкости, то после
модернизации емкостные потери стали минимальными даже после 10 глубоких
разрядов.

Серебру не страшна коррозия — у него хорошая устойчивость к кислоте. При
полном соблюдении условий эксплуатации АКБ такого вида будет служить на пару
лет дольше.

Иногда производители называют их полностью необслуживаемыми. Это не совсем
так, но расход воды в них действительно небольшой — доливать почти не надо.

Серебро снижает сопротивление электрода, и серебряно цинковые аккумуляторы
(СЦА) заряжаются и разряжаются быстрее – сила тока растет на 5-6%, а емкость
увеличивается на 4%. Пластины устойчивы к вибрации. Они тоньше, поэтому их
можно поставить численно больше.

То, что АКБ не нужно обслуживать — большой плюс автолюбителей, не имеющих
навыков ухода за оборудованием автомобиля. СЦА не требуют измерения плотности
электролита. После установки о них можно забыть — лишь изредка уделять время
подпитке.

Аккумуляторы с серебром подойдут для автомобилей с исправным
электрическим оснащением. Лучше, если в машине встроена система, автоматически
отключающая свет, габариты, музыку и другие потребители электричества.

Сфера применения

Область применения серебряно-цинковых АКБ весьма обширна. В основном они устанавливаются там, где требуется источник питания с небольшой массой и объемом:

1. Космическая отрасль.
2. Военная техника.
3. Геологическое геофизическое оборудование.
4. Авиационная техника.

Производители АКБ смогли уменьшить размеры корпуса, сделать источники питания более компактными. Сфера применения определяется следующими качествами:

1. Аккумулятор может выдерживать воздействие температуры от -10 до +55 градусов Цельсия. Именно поэтому он не устанавливается на автомобиле, который эксплуатируется в суровых условиях.
2. Температура хранения от -40 до +60 градусов Цельсия.
3. Хранить АКБ можно в течение 4 лет.
4. Период эксплуатации может варьировать в пределе от 2 до 4 года в зависимости от правильности обслуживания и области применения.

Интересным фактом назовем то, что для оборудования, применяемого в лунной программе «Аполлон», производили именно подобные АКБ.

Зачем нужны добавки в пластины?

Добавки нужны для приданию АКБ различных свойств, но в первую очередь для того чтобы увеличить срок службы. Ведь сам по себе свинец, из которого делаются пластины очень мягкий, и при постоянных процессах заряда-разряда, а также нагрева-охлаждения (лето — зима), он может разрушаться, обычно добавляется небольшой процент (около 2 – 5%) различных материалов, которые придают нужные свойства.

• СУРЬМА (Sb). В самом начале начали добавлять этот металл, благодаря ему увеличился срок службы пластин, они стали устойчивы и к глубоким разрядам и практически не осыпались. Однако есть большой минус при почти полностью заряженном аккумуляторе, начинает происходить бурный процесс электролиза, то есть выделение газа. Вода из электролита улетучивается и уровень в «банках» падает. Поэтому за такими АКБ нужен «глаз да глаз», еще их нельзя сделать необслуживаемыми (их просто разорвет при заряде)
• КАЛЬЦИЙ (Ca). Чтобы уменьшить процесс электролиза и выделения газа, в пластины начали добавлять «Кальций». При такой конструкции процесс электролиза начинался гораздо позже, когда аккумулятор был уже заряжен, то есть бурления практически не происходило. Поэтому большое количество таких батарей сейчас делают необслуживаемыми, если и есть испарение, то оно по специальному лабиринту возвращается обратно в банки. То есть требует минимум обслуживания, ОЧЕНЬ хорошо подходит новичкам. Однако большой минус не устойчив к глубоким разрядам, буквально 3-4 уносят 50% емкости
• ГИБРИДНЫЙ (сочетание Sb + Ca). Здесь инженеры решили воспользоваться преимуществами как Кальциевой, так и Сурмянистой технологии (одна пластина такая другая такая), мало кипит, более-менее устойчив к глубоким разрядам. Получилось не плохо, однако этот аккумулятор обслуживаем, обычно идут пробочки сверху.

Это основные типы которые существовали достаточно долго, но ученые посчитали что потенциал Кальциевой батареи НЕ РАСКРЫТ. Постарались их улучшить благодаря добавлению серебра в пластины

Применение серебряно-цинковых батареек

Эти элементы не получили обширного применения из-за высокой цены на серебро. Однако они используются там, где необходимы компактные размеры и экологическая безопасность. Они обеспечивают питание:

• наручным часам;
• материнским платам ноутбуков и компьютеров;
• миниатюрным фонарикам;
• калькуляторам;
• брелкам;
• лазерным указкам;
• музыкальным открыткам и сувенирам, и др.

Саморазряд у элементов питания этого типа невысокий. Во время разрядов большими токами остается постоянное напряжение. Показатель отдачи тока у них близок к 100%, энергетическая отдача составляет примерно 85%. Благодаря этим показателям до появления литиевых источников серебряно-цинковые батарейки широко использовались в военной, авиационной, космической технике.

В каких аккумуляторах есть серебро?

На некоторые АКБ нанесена надпись “Gold”, но это не значит, что они содержат золото. Содержание драгоценных металлов в пластинах не подлежит стандартизации, и маркер “Gold” – маркетинговая уловка. Производителей за это никто не наказывает – вот они и стараются, кто во что горазд.

Оксид серебра в аккумуляторах используется, хоть его и немного. Его добавляют в свои изделия многие производители – например:

• Varta;
• Bosch;
• Black Horse;
• Титан (российское производство).

Но реальной добавки драгоценного металла может и не быть. Уточняйте эту информацию на сайтах изготовителей или в центрах продажаккумуляторных батарей — там есть бесплатные тематические брошюры. А то, что золота в АКБ нет — это точно. Иначе их стоимость была бы заоблачной.

История и использование

Эта технология имела наивысший плотность энергии до литиевых технологий. В первую очередь разработанные для самолетов, они давно используются в космических пусковых установках и пилотируемых космических кораблях, где их короткий срок службы не является недостатком. Первые советские батареи питались неперезаряжаемыми серебристо-цинковыми батареями. Спутник спутники, а также США Сатурн ракеты-носители, Лунный модуль Аполлона, луноход и рюкзак жизнеобеспечения.

Первичные источники питания для командный модуль были водород / кислород топливные элементы в сервисном модуле. Они обеспечивали большую плотность энергии, чем любые обычные батареи, но ограничения пиковой мощности требовали дополнения серебряно-цинковыми батареями в CM, которые также стали его единственным источником питания во время повторного входа после отделения служебного модуля. Только эти аккумуляторы заряжались в полете.

После Аполлон-13 В преддверии катастрофы к сервисному модулю была добавлена ​​вспомогательная серебряно-цинковая батарея в качестве резервной для топливных элементов. Служебные модули Apollo используются в качестве паромов для экипажа на Скайлаб космическая станция питалась от трех серебряно-цинковых батарей между расстыковкой и сбросом СМ, так как водородные и кислородные баки не могли хранить реагенты топливных элементов во время длительного пребывания на станции.

Эти ячейки используются в военных приложениях, например в Торпеды Mark 37 или на Подводные лодки класса Альфа.

Принцип работы и устройство

Если никель-цинковая аккумуляторная батарея выпускается в виде батарейки, то такое изделие состоит из прочного металлического корпуса. Основная часть корпуса, это отрицательный контакт источника питания. Для этой цели на поверхность из металла наносят тоненький слой оксида никеля. Положительный вывод есть лишь с одной стороны. Понять, какая полярность, совсем несложно. Чаще всего, на корпусе есть специальные обозначения. Также, плюсовой контакт имеет немножко выпуклую плоскость.

В центральной части цилиндра расположена капсула с гидроксидом калия, в которой есть стержень из цинка. Эта деталь совмещена с положительным контактом АКБ. Между положительным и отрицательным электродами находится нейтрального типа наполнитель.

Перезаряжаемые элементы питания, закрытые в прямоугольной оболочке, имеют такие же характеристики и принцип действия. Вышеприведённая конструкция изделия и наличие активных деталей, позволяют осуществить следующую реакцию при зарядке и разряде никель цинкового АКБ: 2Ni(OH)2(s) + Zn(OH)2(s) <-> 2Ni(OH)3(s) + Zn(s)

Разница в эффективности и напряжении

Помимо вышеуказанных различий еще одним существенным фактором выступает напряжение элемента питания. На аккумуляторных оно обычно составляет 1,2V:

А на одноразовых батарейках – 1,5V.

Что же более эффективно – батарейка или аккумулятор? Как все это скажется на работе приборов?

Чтобы это понять придется разрядить оба вида батареек тремя разными способами и сравнить полученные результаты.

1-й способ – разряд постоянным током с нагрузкой до 200мА. Так батарейка обычно разряжается в электронных игрушках.

2-й способ – разряд импульсами (мощные эл.приборы)

Подается нагрузка (2,5А) в течение 10 секунд, затем делается пауза на 20 секунд. Далее процесс повторяется.

3-й способ – разряд в режиме постоянного сопротивления (“фонарик”)

Здесь начальный ток будет 1А. Подобная нагрузка характерна для фонариков или девайсов со встроенными моторчиками.

Данный эксперимент был проведен LampTest. Вот его результаты в виде графиков.

Первый режим работы (200мА) показал, что напряжение на аккумуляторах всего через 1/3 времени выравнивается с напряжением на обычных батарейках. Хотя изначально оно и было меньше.

Но не это главное. После первых 30% разряда, достигнув U=1.2В, аккумуляторы в отличие от батареек практически сохраняют данный диапазон до самого конца.

И только после 90% разряда идет стремительное падение вниз. У обычных одноразовых элементов такой стабилизации, к сожалению, нет.

Более того, в режиме работы “фонарик”, U на простых батарейках уже после 1% разряда падает ниже U на аккумуляторах.

Исходя из этого можно сделать вывод, что несмотря на изначально меньшее значение напряжения, аккумуляторы более выгодны.

Особо эта разница становится заметна при питании на мощных и сверхмощных устройствах.

Казалось бы, вот и получен ответ на наш изначальный вопрос. Аккумуляторы действительно эффективнее простых батареек, а значит покупать нужно только их.

А если еще вспомнить вопрос экологии, то все сомнения разом отпадают.

Сравнение с серебряно-цинковыми батареями

Итак, если вы использовали аккумуляторы сц, вам пригодится информация указанная ниже. Ni Zn в сравнении Ni Mh батареями размеров AA и AAA, хорошо отобразит таблица ниже:

Характеристики	Никель-цинковые	серебряно цинковые аккумуляторы
Напряжение (В) вольт	1,6-1,7	1,25
Циклов заряд — разряд	<400	<800
Саморазряд	Слабоватый, до 10% за год	Высокий до 40% за год
Ёмкость	До 2500 mAh	До 1500 mAh
Требования к зарядному устройству и подзарядке	специальные	универсальные
Эффект «памяти»	нет	Нет
Макс. разрядный ток	3С	4С
Внутреннего типа сопротивление	20 мОм	До 200 мОм

Стандартные серебряные аккумуляторы во многом лучше, но стоят они дороже.

Особенности NiZn-аккумуляторов

Устройство Ni-Zn аккумулятора.

Отличительным качеством никель-цинковых батарей является использование цинка в качестве

положительного электрода. Отрицательным выступает оксид никеля. В качестве катализатора используется смесь гидроксида лития с калием. В связи с этим NiZn-батареи имеют увеличенное напряжение – до 1,8 Вольта в рабочем режима. Показатель сохраняется на протяжении всего срока эксплуатации.

Пока батарея не использует около 75% своей емкости, в ней будет поддерживаться высокое напряжение, не опускаясь ниже 1,2 В. Это является как достоинством никель-цинковых аккумуляторов, так и недостатком. Если внутреннее напряжение сильно снизится, то есть АКБ разрядится ниже 70-75% – высок риск переполюсовки контактов. В этом состоянии анод аккумулятора станет катодом и наоборот. Восстановить батарею в этом случае сложно.

Также NiZn-батареи перестают работать из-за перезарядки. В случаях, когда вольтаж на клеммах при восполнении емкости превышает 2 В – зарядное устройство необходимо выключить. Иначе возможно вздутие АКБ или даже взрыв.

Используются никель-цинковые АКБ во многих устройствах, среди которых:

• фотоаппараты;
• зарядки для смартфонов;
• рации;
• специальные аппараты, подстроенные под работу с никель-цинковым АКБ.

Если надо запитать устройство, не подходящее под напряжение NiZn-батареи, следует проверять вольтметром мощность на контактах. Это поможет избежать перегрузок и выхода аккумулятора из строя.

Область применения

Автомобилистам интересно знать, в каких аккумуляторах действительно есть серебро. Если говорить про АКБ, предназначенные для машин, то здесь следует ориентироваться обычно на надписи «Sliver» или «Silver Plus». Это указывает на то, что производитель использует серебряные технологии для изготовления источников питания.

Но у некоторых компаний есть свои специальные маркировки, разобраться с которыми помогут инструкция, информация на корпусе либо консультация со специалистами. Также отличить АКБ с оксидами серебра можно по стоимости. Они дороже обычных батарей на 10–20% при тех же характеристиках.

Но сфера использования АКБ типа СЦ (серебряно-цинковых) вовсе не ограничена автотранспортом. В аккумуляторах, содержащих серебро, заинтересованы и представители других сфер. А именно:

• военная отрасль;
• авиационное строительство;
• космическая сфера;
• геологические системы;
• геофизическое оборудование.

https://youtube.com/watch?v=_zQhx6CSEcg

Одним из самых ярких примеров, где были задействованы серебряно-цинковые АКБ, справедливо можно считать луноход «Аполлон».

Небольшой экскурс в историю серебряно-цинковых аккумуляторных батарей

Прошло почти сто лет после открытия Вольта, прежде чем появилась идея создания аккумулятора из цинковых и серебряных электродов. Ее высказывал Юнгнер, являющийся автором никеле-кадмиевых батарей. Но в ту пору это предложение не было реализовано.

Работой над созданием серебряно-цинкового аккумулятора занялся французский физик Андре. Первый образец появился лишь после 20 лет напряженного труда. Однако у этого новаторского прибора, представленного ученым в 1943 году, был существенный недостаток. Электрод из цинка, установленный в батарее, растворялся, не позволяя эффективно использовать аккумулятор. Через пять лет Андре удалось усовершенствовать свое изобретение. Он нашел способ создания батареи, в которой цинковые электроды не были растворимыми.

Отличные технические показатели аккумуляторов обеспечивают им перспективность, расширение области применения. Ученые всего мира и сегодня ведут работы по совершенствованию этих конструкций.

Специфика работы серебряно-цинковых батареек

Рассмотреть принцип работы серебряно-цинковых батареек, оценить их преимущества можно на примере популярного щелочного элемента питания ЭСЦГД-0,2. Эти источники тока устанавливаются в электронные наручные часы, оборудованные светодиодной индикацией цифр.

Этим изделиям требуется миниатюрный источник тока, способный не оказывать существенного влияния на вес и размер часов, обеспечить разряд необходимой мощности. С такой задачей может справиться только серебряно-цинковый тип электрохимической схемы.

Батарейка ЭСЦГД-0,2 обладает минимальными габаритами. Ее высота 5,4мм, диаметр 11,6мм. В элементе питания содержатся катоды, изготовленные из окисей одновалентного и двухвалентного серебра с показателями 0,16А-ч и 0,25 А-ч соответственно. При токе 1 мА напряжение разряда составляет 1,56В.

В обычном режиме работы часов разрядка элемента питания осуществляется в условиях плотности тока в диапазоне от 15 до 25 мкА. В период индикации цифр на табло часов батарейка разряжается в виде импульса. Плотность тока в данный момент составляет 50 мА 1 см2. Способность миниатюрного прибора разряжаться при таком высоком показателе плотности тока присуща только серебряно-цинковым элементам.

Правила эксплуатации кнопочных источников питания этого типа:

• использовать элементы рекомендуется при температуре от – 10°C до +55°C;
• хранить батарейки можно при температуре от — 40°C до +60°C;
• период хранения – до 4-х лет;
• срок эксплуатации источников тока – 2-4 года.

В мире есть несколько производителей серебряно-цинковых элементов питания. Основными брендами являются: Sony, RENATA, ENERGIZER, MAXELL, VARTA.

Особенности конструкции серебряно-цинковых аккумуляторных батарей

Рабочие элементы аккумулятора расположены в полупрозрачной пластиковой емкости. В роли анода выступает пластина, изготовленная из оксида серебра. Катодом батареи являются пластины, созданные из окиси цинка и цинкового порошка. Условия для аккумулирования зарядов создает электролитная среда. Это едкий калий, растворенный в воде в определенной концентрации.

Серебряный положительный электрод требуется защитить от активной щелочной среды. Для этого пластина анода помещается в конверт, созданный из прочного лозного материала, не пропускающего электролит.

Катоды заключены в упаковку из целлюлозных волокон. Ее структура обеспечивает проникновение раствора едкого калия. Под его воздействием сепаратор разбухает, не позволяя цинковой отрицательной пластине оплывать. Он надежно защищает катод от проникновения серебряных частиц.

В этих типах аккумуляторов нет необходимости устанавливать дополнительные решетки. Пластины плотно прилегают друг к другу, стоят непосредственно на дне корпуса. Они обладают высокой прочностью.

Специфика структуры, материалов аккумуляторной батареи:

• исключает риск появления коротких замыканий;
• обеспечивает оптимальную площадь взаимодействия раствора электролита с электродами, высокую эффективность;
• устойчивость к механическим воздействиям извне, вибрации.

В этих устройствах используется небольшой объем электролита, что дает возможность придавать прибору любое нужное положение. Исключить вытекание раствора едкого калия позволяет плотная пробка.

АкТех

Бренд AkTech известен с 2000-х годов, но производит батареи на заводе с почти вековой историей. Завод «ВостСибЭлемент» был основан в 1930-х годах и поставлял аккумуляторы для зарождающейся автомобильной промышленности. В 1990-х годах она была на грани закрытия и была разделена на три компании, одна из которых, Accumulator Technologies, оказалась успешной. Настолько, что уже через несколько лет лучшие модели аккумуляторов стали устанавливаться на автомобили ВАЗ и других марок, а продукция завода впоследствии была успешно сертифицирована по европейским стандартам.

Позже компания стала получать регулярные заказы от Министерства обороны и начала осваивать рынки соседних стран. В 2010-х годах было освоено производство батарей, соответствующих азиатским стандартам. Компания успешно осваивала новые технологии, в том числе собственной разработки. Одним из примеров является внедрение технологии FiberGlass Composite (EFB), которая позволила значительно увеличить срок службы батареи за счет использования композитного армирования сердечника.

Сегодня производственная линия «АкТех» включает оборудование мировых лидеров аккумуляторной промышленности: Exide, Wirz, Bosh и т.д. Его общая площадь, включая все производственные и технологические цепочки, составляет около 22 000 квадратных метров. Производственный процесс сертифицирован в соответствии со стандартами качества ISO 9001:2008/2015, и компания выпускает несколько линеек батарей для установки в автомобили всех ценовых категорий, от бюджетных до премиальных, включая внедорожники. Ассортимент включает серию батарей для грузовых автомобилей.

Продукция «АкТех» занимает лидирующие позиции среди российских автомобильных аккумуляторов благодаря следующим характеристикам:

• использование гибридной технологии (Ca+, Ca/Ca) при производстве пластин, которая объединила лучшие свойства кальциевых батарей и классических сурьмяных батарей, сделав их более устойчивыми к многократным глубоким разрядам, сократив потери электролита и снизив саморазряд;
• Технология Tetra Oxide Power улучшила антикоррозийные свойства электродов, увеличив емкость и пусковой ток батарей;
• Технология ChessPlate разработана для повышения устойчивости активной массы к измельчению, тем самым увеличивая срок службы батарей;
• Используемая в производстве отрицательных электродов технология Expanded metal, заключающаяся в растяжении металла и его специальной перфорации, делает пластины более прочными и устойчивыми к коррозионным процессам;
• традиционные пробки были заменены лабиринтной технологией, которая значительно сократила потери электролита;
• Добавление диоксида кремния в активный слой также служит для улучшения свойств аккумулятора: укрепления пластин, уменьшения их истирания, повышения электропроводности активных веществ, расширения диапазона рабочих температур (от минус 40 до плюс 50 градусов Цельсия);
• Технология PowerPass также направлена на улучшение проводимости активной массы;
• использование однокамерных клемм (конические клеммы и винтовое соединение) улучшило их прочностные характеристики, значительно снизив эффект нагрева и риск оплавления контактов.

В рейтингах лучших российских батарей такие линейки, как «АкТех», «Орион», «Зверон», «Соло», неизменно занимают самые высокие места.

Заключение

Ответ на вопросы, какой российский производитель лучше и какую батарею выбрать, мы оставим открытым. Отметим только, что недостатки имеются у всех аккумуляторных брендов, в том числе и у немецких Varta или Bosh. Да, по совокупности внедрения в производство современных технологий российские АКБ для авто пока уступают лучшим западным производителям, но они гораздо дешевле и обладают оптимальным соотношением качества к стоимости. Срок службы 3-5 лет – вполне приемлемый показатель для недорогой батареи, устанавливаемой на обычном легковом автомобиле без большой нагрузки на бортовую сеть.