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:
- 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
- Подобрана методика измерения содержания никеля и цинка в аккумуляторе.
- 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:
- Crompton T. R. Battery Reference Book / T. R. Crompton; Newnes, 2000. — 800 с.
- Dell R. M. Understanding Batteries / R. M. Dell, D. A. J Rand — Royal Society of Chemistry, 2001. — 223 с.
- В.І. Лебідь. Фізичнахімія / Підручник. Харків: Фоліо, 2005. — 478с.
- 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.
- Золотов Ю. А., Дорохова Е. Н., Фадеева В. И. Основы аналитической химии. Кн. 2: Методы химического анализа. — М.: «Высшая школа», 2002. — 494 с.
- Мазо Г. Н. Методы атомного спектрального анализа // Cоросовский образовательный журнал. — 2000. — № 7. — C. 31–34.
- CCCV Li-Ion battery charger — [Электронныйресурс] — http://www.tayloredge.com/reference/Circuits/0120Charger/0120.pdf
- LM117/LM317A/LM317-N Three-Terminal Adjustable regulator — [Электронныйресурс] — http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117.pdf
- LM158/LM258/LM358/LM2904 Low Power Dual Operational Amplifiers — [Электронныйресурс] — www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf
- Margolis M. Arduino Cookbook / M. Margolis; O’Reilly, 2011. — 658 c.
- NiZn Rechargeable Battery AA 2500mWh Amplifiers — [Электронныйресурс] — http://www.pkcell.net/?p=856
