Войти
 Никель-цинковые элементы типоразмеров AA и AAA | |
| Удельная энергия | 100 Вт · ч / кг |
|---|---|
| Плотность энергии | 280 Вт · ч / л |
| Удельная мощность | >3000 Вт / kg |
| Энергия / потребительская цена | 2–3 Вт · ч / US $ |
| Номинальное напряжение элемента | 1,65 В |
A никель-цинковая батарея, сокращенно NiZn, является тип аккумуляторной батареи аналогичен NiMH батареям, но с более высоким напряжением 1,6 В.
Больше никель - цинк аккумуляторные системы известны уже более 100 лет. С 2000 года разработка системы стабилизированного цинкового электрода сделала эту технологию жизнеспособной и конкурентоспособной по сравнению с другими коммерчески доступными системами аккумуляторных батарей. В отличие от некоторых других технологий, капельная зарядка не рекомендуется.
В 1901 Томас Альва Эдисон был награжден США. Патент 684204 на систему перезаряжаемых никель-цинковых батарей.
Батарея была позже разработана ирландским химиком Dr. Джеймс Дж. Драмм (1897–1974) и установлен в четырех двухвагонных дрезинавных вагонах в период с 1932 по 1949 год для использования на железнодорожной линии Дублин – Брей. Несмотря на успех, они были сняты, когда батарейки изнашивались. Ранние никель-цинковые батареи обеспечивали лишь небольшое количество циклов разрядки / зарядки. В 1960-х годах никель-цинковые батареи были исследованы в качестве альтернативы серебряно-цинковым батареям для военных целей, а в 1970-х годах снова проявили интерес для электромобилей. Evercel Inc. разработала и запатентовала несколько усовершенствований никель-цинковых батарей, но отказалась от этой области в 2004 году.
Никель-цинковые батареи имеют кривую заряда / разряда, аналогичную 1,2 В NiCd или NiMH элементы, но с более высоким номинальным напряжением 1,6 В.
Никель-цинковые батареи хорошо работают в приложениях с большим потреблением энергии и могут быть потенциально заменены свинцово-кислотные батареи из-за их более высокого отношения энергии к массе и более высокого отношения мощности к массе - всего 25% массы при той же мощности. NiZn дешевле, чем никель-кадмиевые батареи, и, как ожидается, их цена будет где-то между NiCd и свинцово-кислотными батареями. NiZn может использоваться как заменитель никель-кадмий. Европейский парламент поддержал запрет на использование кадмиевых батарей; никель-цинк - хорошая альтернатива для электроинструментов и других применений. Недостатком является повышенная скорость саморазряда примерно после 30-50 циклов, так что батареи не держат заряд так долго, как новые. Там, где это не проблема, NiZn - хороший выбор батарей для приложений, требующих большой мощности и высокого напряжения.
По сравнению с гидроксидом кадмия, тенденция растворимого гидроксида цинка (цинкат ) растворяться в растворе и не полностью мигрировать обратно на катод во время перезарядки в прошлом представлял проблемы для коммерческой жизнеспособности NiZn батареи. Другой распространенной проблемой с цинковыми аккумуляторными батареями является изменение формы электрода и дендритов (или «усов »), которые могут снизить производительность разряда элемента или, в конечном итоге, вызвать короткое замыкание элемента, что приведет к низкий цикл жизни.
Последние достижения позволили значительно уменьшить эту проблему. Эти достижения включают усовершенствования материалов для разделения электродов, включение стабилизаторов цинкового материала и улучшение электролита (например, за счет использования фосфатов ). PowerGenix разработала батареи на 1,6 В с заявленным сроком службы батарей, сравнимым с никель-кадмиевыми батареями.
Срок службы батареи обычно указывается при глубине разряда 80 процентов от номинальной емкости и при условии одно- часовой разрядный ток. По мере уменьшения тока разряда или глубины разряда количество циклов заряда-разряда батареи увеличивается. При сравнении NiZn с другими технологиями аккумуляторов сравнение срока службы может отличаться в зависимости от скорости разряда и глубины используемого разряда.
Никель-цинковые элементы имеют напряжение холостого хода 1,85 В при полной зарядке и номинальное напряжение 1,65 В. Это делает NiZn отличной заменой электронным изделиям, рассчитанным на использование 1,5 В. V щелочные первичные элементы. Оборудование, предназначенное для щелочных батарей, не будет работать должным образом при напряжении ниже конечной точки, равном 1,5 В в свежем виде; NiCd и NiMH оба имеют номинальное напряжение 1,2 В и достигнут этой конечной точки до того, как их зарядная емкость будет полностью исчерпана.
Альтернативой могут быть новые элементы, более мощные и со сроком службы до 800 циклов. на литий-ионные аккумуляторы для электромобилей. Из-за более высокого напряжения элементов для данного напряжения батареи требуется меньше элементов, чем для NiCd и NiMH. Они также имеют низкий внутренний импеданс (обычно 5 миллиом ), что обеспечивает высокую скорость разряда батареи, до 50 ° C. (C - емкость батареи в Ач, деленная на один час.)
В NiZn-батареях не используются ртуть, свинец, кадмий или гидриды металлов, все из которых трудно переработать.. И никель, и цинк являются обычными элементами в природе и могут быть полностью переработаны.
В элементах NiZn не используются горючие активные материалы или органические электролиты, а в новейших моделях используются полимерные сепараторы, которые уменьшают проблему дендритов.
Правильно спроектированные элементы NiZn могут иметь очень высокую плотность мощности и низкотемпературные разрядные характеристики, а также могут разряжаться почти до 100%, но не ниже 0,45 В, и без проблем заряжаться. По состоянию на 2017 год они были доступны в размерах до F и 50 Ач / призматическая ячейка.
Цинк - дешевый и распространенный металл, 24-й элемент в земной коре по распространенности и не опасен для здоровья. Обычное окисление составляет +2, поэтому заряд и разряд перемещают два электрона вместо одного, как в NiMH батареях.
Зарядные устройства для NiZn-аккумуляторов должны быть способны заряжать аккумулятор при полностью заряженном напряжении 1,85 В на элемент, что выше 1,4 В для NiMH аккумуляторов. Технология NiZn хорошо подходит для быстрой циклической перезарядки, поскольку предпочтительны оптимальные скорости зарядки C или C / 2.
Известные режимы зарядки включают постоянный ток C или C / 2 на батарею напряжение = 1,9 В. Один производитель рекомендует заряжать при постоянном токе от C / 4 до C до тех пор, пока напряжение элемента не достигнет 1,9 В, а затем продолжать зарядку при постоянном напряжении 1,9 В до тех пор, пока ток заряда не снизится до C / 40.
Максимальное время зарядки дается по-разному: 2 ⁄ 2 часа и 3 часа. После зарядки не рекомендуется непрерывная подзарядка, так как рекомбинация не предусмотрена, а избыток водорода со временем улетучится, что отрицательно скажется на сроке службы батареи. Типичное зарядное устройство для NiZn аккумуляторов не производит непрерывный заряд после полной зарядки аккумулятора, а отключается.
