Ni Zn Аккумуляторы: Характеристики и как Заряжать
Перезаряжаемые химические источники электроэнергии пользуются большим спросом у владельцев электронных гаджетов. Значительное электропотребление таких устройств требует частой замены батареек.
Никель цинковые изделия можно использовать многократно, что позволяет сэкономить немало денег, а также избавляет от необходимости тратить время на приобретение новых батареек. Об особенностях использования этого типа аккумуляторных элементов будет подробно рассказано в этой статье.
Содрежание
- Что такое никель цинковый аккумулятор
- Принцип работы и устройство Ni-Zn аккумулятора
- Технические характеристики NiZn аккумулятора
- Какие бывают никель цинковые батареи
- Плюсы и минусы NiZn аккумулятора
- Зарядные устройства и как заряжать
- Где применяются
- Правила хранения, эксплуатации и утилизации
Что такое никель цинковый аккумулятор
Никель цинковый аккумулятор представляет собой химический источник электроэнергии, в котором анод состоит из цинка, а катод – из оксида никеля. В качестве электролита в элементах этого типа выступает гидроксид калия, в который, для улучшения качества токопроводящей вещества, добавляется гидроксид лития.
Никель цинковые аккумуляторы были изобретены более 100 лет назад. За это время изделия этого типа эксплуатировались в различных устройствах, в том числе электромобилях и военной технике. Сейчас элементы питания этого типа наиболее часто можно встретить в следующих типоразмерах:
- АА.
- ААА.
- D.
Перезаряжаемые источники электроэнергии перечисленных размерных стандартов отлично подходят для техники, в которой используются обычные батарейки.
Принцип работы и устройство Ni-Zn аккумулятора
Если NiZn аккумулятор производится в форме батарейки, то такое изделие состоит из корпуса, изготовленного из металла. Большая часть оболочки представляет собой отрицательный контакт источника питания. Для этой цели на металлическую поверхность наносится тонкий слой оксида никеля.
Положительный вывод имеется только с одной стороны. Определить полярность не представляет особых затруднений. Как правило, на корпусе имеются соответствующие обозначения. Кроме этого, плюсовой контакт имеет немного выпуклую плоскость.
В середине цилиндра находится капсула с гидроксидом калия, в которой находится цинковый стержень. Этот элемент непосредственно соединён с положительным контактом батареи.
Между положительным и отрицательным электродами находится нейтральный наполнитель. Перезаряжаемые элементы питания, выполненные в прямоугольном корпусе, имеют такие же характеристики и принцип работы.
Вышеприведённая конструкция батареи, а также наличие активных элементов, позволяют осуществить следующие реакцию при заряде и разряде никель цинкового аккумулятора:
2Ni(OH)2(s) + Zn(OH)2(s) <-> 2Ni(OH)3(s) + Zn(s)
Технические характеристики NiZn аккумулятора
Основным характеристиками никель цинковых аккумуляторов являются:
- Напряжение: 1,6
- Количество циклов заряд/разряд: 200 – 300.
- Диапазон рабочих температур: от -30˚С до +40˚С.
Вес и ёмкость никель цинковых батарей зависят от типоразмера.
Какие бывают никель цинковые батареи
Наиболее распространёнными моделями никель цинковых аккумуляторов являются батареи тип АА. Такие устройства имеют компактные размеры и легко вынимаются из электронного прибора для подзарядки.
Другие типоразмеры цилиндрической формы также используются для питания различных устройств. Все перечисленные качества справедливы и для таких элементов, но продолжительность работы источников питания будет напрямую зависеть от их ёмкости.
Никель цинковые батареи для питания электрических машин существенно отличаются от батареек. Учитывая тот факт, что присоединение к электрической системе осуществляется посредством резьбовых клемм, такие изделия нет необходимости изготавливать в виде вытянутого цилиндра.
Прямоугольные аккумуляторы значительно устойчивее при движении электрокара, а корпус таких изделий намного прочнее, чем у бытовых изделий. Делать оболочку из металла также нет необходимости, ведь электрические выводы таких изделий находится с одной стороны.
Плюсы и минусы NiZn аккумулятора
Никель цинковые батареи имеют как положительные качества, так и серьёзные недостатки. Основными плюсами таких изделий являются:
- Повышенное напряжение. При равных размерах аккумуляторы этого типа способны обеспечить напряжение на 0,4 В, выше чем у никель металлогидридных изделий и на 0,1 В более, чем в обычной батарейке.
- Отличные показатели разрядного тока. Практически в течение всего времени разряда никель цинковые аккумуляторы держат напряжение на максимально возможном уровне.
- Низкое внутреннее сопротивление. Благодаря этому качеству зарядить АКБ этого типа можно значительно быстрее с использованием тока большего значения.
- Относительно низкая цена. Никель цинковые батареи существенно дешевле аналогов.
- Обладают небольшим весом. Благодаря этому качеству изделия можно использовать в различных летающих игрушках на дистанционном управлении.
Кроме перечисленных преимуществ такие изделия имеют следующие недостатки:
- Относительно небольшое количество циклов заряд/разряда.
- Большое количество подделок.
Даже изделия от известных производителей не всегда способны выдержать более 300 циклов заряда, контрафактные аккумуляторы часто выходят из строя в течение первого месяца эксплуатации. Несмотря на наличие недостатков такие изделия являются очень востребованными у отечественных покупателей, по причине низкой стоимости.
Зарядные устройства и как заряжать
Для того чтобы зарядить никель цинковый аккумулятор достаточно приобрести ЗУ подходящего типа, установить батареи в отсек и подключить к сети 220 В. Следует использовать только специальные приборы, предназначенные для восстановления заряда NiZn элементов.
В противном случае, можно получить недозаряд и уменьшение ёмкости батареи. Применение устройств, которые имеют пометку NiZn, позволит продлить срок службы источника тока на максимально возможное время.
Среди наиболее популярных моделей ЗУ для NiZn батареек можно назвать профессиональный прибор IMAX B6. Такое устройство позволяет осуществить не только стандартную зарядку, но и восстановление АКБ при снижении напряжения на выводах батареи даже до 0,2 Вольт.
Где применяются
Применяться изделия могут в любых устройствах, где используются батарейки стандартных типоразмеров, а также в качестве батарей большой ёмкости для электромобилей.
Не совсем оправданным может быть использование никель цинковых АКБ в приборах, которые потребляют незначительное количество электроэнергии. Ограничения также накладываются на использование батарей этого типа в электронных устройствах, чувствительных к повышенному напряжению.
Правила хранения, эксплуатации и утилизации
Чтобы источник электроэнергии прослужил как можно дольше, его необходимо правильно хранить и эксплуатировать. Что касается утилизации, то вещества, входящие в состав батарейки этого типа не причиняют заметного ущерба природе и здоровью людей, поэтому утилизироваться могут на общих основаниях.
Перед первым использованием необходимо ознакомиться с инструкцией, размещённой на упаковке аккумулятора. Производители не рекомендуют хранить изделие этого типа во влажном помещении, а также при слишком низких или высоких температурах.
При эксплуатации необходимо исключить вероятность возникновения короткого замыкания, а если это невозможно, то установить в электрической цепи предохранительные элементы.
Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.
что это такое, технические характеристики, плюсы и минусы
Время на чтение: 5 мин
588
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:
- АА;
- ААА;
- D.
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:
- 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.
- Хорошие разрядные токи. Никель-цинковый аккумулятор способен удерживать максимальное напряжение на протяжении практически всего времени разрядки.
- Малое внутреннее сопротивление. При высоких токах зарядить подобную батарею можно намного быстрее.
- Небольшая стоимость. Эти батареи намного ниже по стоимости, чем аналогичные аккумуляторы.
- Легкие по весу. Это позволяет применять АКБ в разных летающих игрушках.
Недостатки батареи:
- Сравнительно небольшое количество рабочих циклов, то есть разряда/заряда.
- 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.
Никель и цинк — важные компоненты литий-ионных аккумуляторов
Инновационная новостная сеть дает всесторонний обзор важной роли никеля и цинка в производстве литий-ионных аккумуляторов и их важности для перехода к экологически чистой энергии.Аккумуляторы — невоспетые герои нашего современного мира, бесшумно питающие устройства, на которые мы полагаемся каждый день. Однако, как и в хорошо смазанной машине, литий-ионные аккумуляторы требуют нескольких основных компонентов для гармоничной работы и надежного хранения энергии. Никель и цинк — это два винтика, которые поддерживают работу этого двигателя — они составляют неотъемлемую часть конструкции батареи, помогая ей выполнять свою жизненно важную работу. В этой статье мы рассмотрим важную роль этих материалов в литий-ионных батареях и то, как их свойства влияют на производительность батареи.
Никель и цинк являются переходными металлами с универсальными характеристиками, что делает их идеальными для использования в перезаряжаемых батареях. Никель обладает высокой реакционной способностью, обеспечивая хорошую электропроводность, и в то же время способен подвергаться многократному циклированию без чрезмерной деградации с течением времени. Цинк служит жертвенным металлом, реагируя электрохимически во время разряда и образуя заряженные частицы, известные как ионы, которые могут свободно перемещаться через электролиты внутри элемента. Это производит электричество при подключении к внешней схеме, такой как двигатель или лампочка.
Комбинация никеля и цинка обеспечивает множество преимуществ по сравнению с другими типами аккумуляторов, доступными сегодня. Они обеспечивают более высокую плотность энергии, чем щелочные элементы, большую безопасность, чем свинцово-кислотные конструкции, лучшие экологические характеристики, чем элементы на основе кадмия, более высокую скорость зарядки и более глубокие разряды, чем некоторые альтернативные технологии. Все эти факторы способствуют тому, что в последние годы никель-цинковая технология становится все более популярной для различных применений, от электромобилей (EV) до портативных электронных продуктов, таких как смартфоны и планшеты.
Определение никеля и цинка
Никель и цинк — это два химических элемента, веками использовавшиеся во многих областях. Никель представляет собой серебристо-белый металл с атомным номером 28, а цинк имеет атомный номер 30. И никель, и цинк имеют определенные общие свойства, такие как ковкость и пластичность металлов, что означает, что их можно сгибать или придавать им различные формы без ломать. Они также обладают схожими химическими характеристиками; степень окисления никеля и цинка находится в диапазоне от +2 до +4.
©shutterstock/tunasalmon
Никель широко используется в промышленных процессах благодаря своей превосходной коррозионной стойкости и способности выдерживать чрезвычайно высокие температуры. Его также часто сплавляют с другими металлами, такими как медь или железо, для формирования различных компонентов, таких как трубы или клапаны. С другой стороны, цинк в основном используется при цинковании стальных конструкций, поскольку он действует как защитный слой от ржавчины или коррозии. Кроме того, он содержится в таких сплавах, как латунь, состоящая из меди и цинка, смешанных в соотношении 2:1 соответственно.
Литий-ионные аккумуляторы состоят в основном из никеля и цинка, что делает их критически важными для эффективного функционирования. Катод (положительный электрод) обычно содержит оксид кобальта вместе с диоксидом марганца или оксигидроксидом никеля, тогда как анод (отрицательный электрод) состоит в основном из графита, интеркалированного ионами лития при зарядке во время работы от батареи. Эта комбинация создает высокореактивную среду между катодом и анодом, позволяя электронам плавно проходить через элемент, что приводит к длительным циклам зарядки устройств, питаемых от этих батарей.
Роль в литий-ионных батареях
Никель и цинк играют важную роль в накоплении энергии и энергоэффективности литий-ионных батарей. Комбинация никеля и цинка обеспечивает эффективную передачу электронов внутри батареи, улучшая ее характеристики и увеличивая срок службы.
Наиболее распространенным типом литий-ионных аккумуляторов являются никель-металлогидридные (NiMH). В этой форме никель действует как материал анода, а цинк — как материал катода для накопления электрической энергии в химических связях. Эта конфигурация увеличивает количество заряда, который может быть сохранен, до десяти раз по сравнению с другими перезаряжаемыми батареями.
Кроме того, при использовании с другими материалами, такими как оксид кобальта или графит, никель и цинк еще больше увеличивают емкость, сокращая время зарядки и улучшая функции безопасности, такие как управление температурным режимом.
©shutterstock/Antoine2K
Ниже приведены пять ключевых моментов о том, как никель и цинк способствуют повышению производительности батареи:
- Никель обеспечивает более высокую удельную плотность энергии, чем другие металлы, обычно используемые в батареях; Цинк
- обеспечивает высокую электропроводность, что помогает сократить время зарядки;
- В сочетании с другими материалами их синергия приводит к увеличению емкости;
- Их использование улучшает функции безопасности, такие как управление температурным режимом; и
- Более высокое напряжение ячейки генерирует больше энергии в каждом цикле.
В дополнение к соединениям никеля и цинка в конструкции аккумуляторов могут использоваться и другие материалы, такие как сплавы цинка и никеля. Цинк-никелевые сплавы обладают высокой электропроводностью, что делает их подходящими для приложений, требующих быстрых циклов зарядки/разрядки с минимальными потерями мощности. Кроме того, они обеспечивают превосходную защиту от коррозии при экстремальных температурах и условиях окружающей среды по сравнению с чистыми металлами. Их более высокая температура плавления делает их идеальными для высокотемпературных сред, таких как автомобильная или аэрокосмическая промышленность.
Наконец, еще один часто используемый тип материала называется цинк-никелированием или гальванопокрытием. Этот процесс включает в себя покрытие подложки тонким слоем молекул цинка или никеля с помощью методов электролиза или химического связывания. В результате это увеличивает площадь поверхности, доступную для передачи тока от одного электрода к другому внутри аккумуляторной системы.
Кроме того, он добавляет дополнительную стабильность, помогая снизить износ внутренних компонентов с течением времени благодаря своей способности противостоять окислению и коррозии в суровых условиях лучше, чем большинство стандартных металлов по отдельности.В целом никель и цинк являются важными элементами для создания мощных литий-ионных аккумуляторов. Используя свои уникальные свойства, они предлагают такие преимущества, как более длительный срок службы, более быстрая зарядка и большая емкость хранения — все это важные факторы при разработке более производительной бытовой электроники на основе литий-ионной технологии.
Преимущества использования никеля и цинка
Никель и цинк обеспечивают повышенную энергоэффективность, долговечность и коррозионную стойкость элементов, содержащих ионы лития. Использование этих материалов в конструкции батареи может увеличить емкость и повысить производительность по сравнению со свинцово-кислотными или щелочными элементами.
Преимущества использования никеля и цинка в элементе батареи заключаются, прежде всего, в увеличении срока службы и снижении скорости саморазряда. Никель увеличивает электропроводность электродов, обеспечивая лучший контакт между ними. Это снижает потери мощности из-за тепла, выделяемого во время работы, и повышает общую энергоэффективность системы. Цинк также увеличивает прием заряда и улучшает выходное напряжение для элементов большей емкости. Кроме того, оба металла обладают отличной коррозионной стойкостью, что полезно при длительных условиях хранения.
©shutterstock/Immersion Imagery
Кроме того, поскольку никель, как правило, дороже других материалов, используемых в литий-ионных батареях, таких как алюминий или оксид кобальта, его необходимо тщательно сбалансировать с цинком, чтобы сохранить экономическую эффективность при в то же время достигая оптимального уровня производительности. Чтобы обеспечить достижение этого баланса, производители часто используют сложные методы моделирования при создании новых конструкций.
Таким образом, использование никеля и цинка обеспечивает значительные преимущества по сравнению с традиционными технологиями свинцово-кислотных или щелочных элементов благодаря повышенной энергоэффективности, повышенной долговечности, превосходным возможностям защиты от коррозии, большей емкости и улучшенным результатам работы. Эти элементы делают никель и цинк критически важными компонентами при проектировании любой литий-ионной аккумуляторной системы сегодня.
Экономичное производство аккумуляторов
Подобно тому, когда вы идете в магазин, и кажется, что все цены разные, у вас есть бюджет, которого нужно придерживаться, но в то же время вы хотите получить качественные продукты за ваши деньги. Это именно та дилемма, с которой сталкиваются производители аккумуляторов при выборе никеля и цинка для своих литий-ионных аккумуляторов: рентабельность против цены-эффективности.
Стоимость сырья играет важную роль в определении общей стоимости производства почти любого продукта; это справедливо и для литий-ионных аккумуляторов. Никель и цинк имеют свои преимущества и недостатки в отношении экономической эффективности, которые необходимо тщательно сопоставить с ценовой эффективностью, прежде чем принимать решение о том или ином. Никель имеет более высокую стоимость материалов, что изначально делает его менее привлекательным, чем цинк; однако его превосходные эксплуатационные характеристики могут со временем компенсировать эти первоначальные более высокие затраты из-за снижения потребностей в обслуживании, что приводит к потенциальному долгосрочному ценовому преимуществу или экономии по сравнению с цинком. Точно так же, хотя цинк более доступен по цене, чем никель, его более низкие характеристики могут увеличить затраты на техническое обслуживание в течение всего срока службы, что противоположно ожидаемому решению о покупке с целью экономии.
В конечном счете, нет однозначного ответа на вопрос, следует ли использовать никель или цинк, основываясь только на их стоимости. Скорее, прежде чем сделать такой вывод, необходимо провести анализ с учетом всех вовлеченных факторов, если производители хотят добиться максимального ценового преимущества от своего выбора.
Воздействие на окружающую среду
Экономическая эффективность литий-ионных аккумуляторов хорошо известна. Однако еще одним фактором, который необходимо учитывать при оценке устойчивости этих накопителей энергии, является их воздействие на окружающую среду. Никель и цинк оказывают значительное влияние на общее воздействие на окружающую среду.
Прежде всего, добыча никеля связана с крупными выбросами загрязняющих веществ и вырубкой лесов из-за ее добывающей природы. Он также может загрязнять водные пути из-за выщелачивания из близлежащих шахт. Производство цинка также связано с аналогичными процессами извлечения, которые негативно влияют на экосистемы и среду обитания вблизи рудников.
© Shutterstock/Evgeny
В дополнение к прямому воздействию добычи полезных ископаемых текущие исследования показывают, что и никель, и цинк могут представлять экологический риск косвенными путями, такими как атмосферное осаждение или биоаккумуляция в водных пищевых сетях. Таким образом, производители и потребители должны предпринять шаги для снижения своей зависимости от этих металлов, если они надеются уменьшить свой потенциальный вклад в глобальные уровни загрязнения.
Учитывая эту информацию, все еще существуют возможности для повышения долгосрочной устойчивости литий-ионных аккумуляторов путем разработки более экологически безопасных методов производства, а также поиска альтернативных материалов, которые не зависят в значительной степени от ресурсов никеля и цинка.
Производственные процессы для литий-ионных аккумуляторов
Для производства литий-ионных аккумуляторов необходимо использовать различные производственные процессы.
Первым этапом является предварительная обработка, которая включает подготовку сырья, такого как никель и цинк, используемого в производстве аккумуляторов. На этом этапе металлы переплавляются в форму сплава или металлического порошка, в зависимости от их предполагаемого использования в батарее.
По завершении этапа предварительной обработки эти элементы переходят к этапам формовки и сварки, где они могут принимать форму анодных пластин или катодов. Помимо придания формы этим компонентам, на этом стыке также используются передовые технологии сварки для обеспечения высококачественных электрических соединений между элементами в данном аккумуляторном блоке.
В процессе сборки все компоненты соединяются клеями или растворителями до тех пор, пока они не достигнут желаемого форм-фактора. После этого инженеры могут провести несколько тестов для проверки показателей производительности, таких как циклы зарядки, прежде чем они будут выпущены в продажу.
Примечательные особенности производства аккумуляторов включают:
- Плавление сырья во время предварительной обработки;
- Методы формовки и сварки для создания точек соединения ячеек;
- Этапы сборки, включающие соединение деталей с помощью клея/растворителя; и
- Тестирование и проверка аккумуляторных элементов для обеспечения оптимальной производительности.
© Shutterstock/Troggt
Процедуры тестирования и контроля качества
Процесс тестирования и контроля качества никелевых и цинковых компонентов в литий-ионных батареях часто проводится с определенной долей юмора. Попытка сбалансировать производительность батареи, безопасность и стоимость может быть похожа на ходьбу по канату — одно неверное движение может разрушить все это! Необходимо соблюдать строгие протоколы, чтобы обеспечить безопасное сочетание этих деликатных ингредиентов.
Протоколы испытаний включают всесторонние аналитические тесты для оценки производительности батареи, систематические процессы оценки для соблюдения стандартов безопасности, а также оценки соответствия и проверки для обеспечения экономической эффективности. В дополнение к этим этапам особое внимание следует уделить чувствительным к температуре материалам, таким как никель-цинковые элементы или элементы LiCoO2, для получения оптимальных результатов которых может потребоваться испытание на термический удар или ускоренное старение. Внедрение надлежащих методов контроля качества помогает повысить надежность продукции и сводит к минимуму риски, связанные с потенциальными неисправностями или опасностями из-за некачественных деталей.
Чтобы производители и поставщики могли производить надежную продукцию по доступной цене, они должны строго придерживаться установленных правил, разработанных специально для тестируемого компонента. Инвестируя в ответственные инициативы в области исследований и разработок, а также в строгие процедуры заводского контроля и технического обслуживания, компании могут гарантировать, что их клиенты получат безопасные высокопроизводительные устройства без ущерба для бюджетных ограничений.
Соображения безопасности
С никелем и цинком необходимо обращаться надлежащим образом для обеспечения безопасности пользователей. Безопасность батареи является важным фактором при разработке и использовании этих батарей, чтобы гарантировать, что никому не будет причинен вред в результате их использования. Кроме того, действуют правила безопасности лития от таких организаций, как UL (Underwriters Laboratories) и IEC (Международная электротехническая комиссия), чтобы гарантировать безопасность при использовании этих батарей.
Меры по управлению рисками также должны быть реализованы для защиты от потенциальных опасностей, связанных с использованием литий-ионных аккумуляторов, содержащих никель или цинк. Это включает в себя надлежащие процедуры установки и обслуживания, а также регулярное тестирование производительности батареи. Проверка безопасности должна включать предотвращение теплового разгона, защиту от перезарядки, защиту от короткого замыкания и балансировку элементов. Эти тесты могут помочь выявить любые существующие проблемы, прежде чем они станут слишком серьезными.
Производители аккумуляторов должны соблюдать все необходимые протоколы безопасности и регулярно обновлять их в соответствии с текущими стандартами для обеспечения безопасной работы. Эти протоколы должны охватывать такие аспекты, как критерии проектирования, производственные процессы, требования к проверке и методы контроля качества для каждого компонента, используемого в каждой аккумуляторной системе. Таким образом, клиенты будут уверены, что их продукты работают безопасно, без риска причинения вреда или ущерба, вызванного неисправными компонентами или неправильным использованием.
Проблемы для производителей аккумуляторов
Производство литий-ионных аккумуляторов ставит перед производителями аккумуляторов несколько задач. Эти трудности возникают из-за сложности производственного процесса, наложенных на него правил и трудностей с масштабированием производства. Проблемы включают в себя:
- Производственные процессы сложны: При наличии нескольких слоев и сложных процессов, связанных с производством одного элемента батареи, существует повышенный риск того, что что-то пойдет не так во время производства. Это может привести к снижению производительности или даже к небезопасным условиям, таким как опасность возгорания;
- Регламент налагает ограничения: Производство и использование литий-ионных аккумуляторов должно осуществляться в соответствии со строгими правилами техники безопасности, установленными регулирующими органами. Несоблюдение этих стандартов может привести к дорогостоящим штрафам или отзыву продукции; и
- Расширение производства затруднено: По мере увеличения спроса производители должны наращивать объемы производства. Однако за это приходится платить из-за нехватки сырья и увеличения затрат, связанных с контролем качества. Кроме того, любой неожиданный сбой в цепочках поставок может иметь серьезные последствия для компаний, полагающихся на своевременную доставку деталей и материалов.
Чтобы снизить риски, связанные с производственными трудностями, производители аккумуляторов должны обеспечить наличие достаточных ресурсов для тестирования и обеспечения качества на протяжении всего производственного цикла. Кроме того, следует внедрить стратегии управления поставщиками, чтобы уменьшить зависимость от какого-либо одного источника деталей или материалов, необходимых для сборки. Наконец, компаниям также следует рассмотреть возможность инвестирования в новые технологии, которые могут помочь упростить общий производственный процесс при сохранении высокого уровня безопасности и надежности.
Переработка и повторное использование никеля и цинка
Переработка и повторное использование этих металлов являются сложной задачей для производителей аккумуляторов из-за их воздействия на окружающую среду, когда они не используются повторно или не перерабатываются должным образом. В этом разделе обсуждаются текущие усилия, предпринимаемые производителями по переработке и повторному использованию никеля и цинка из этих литий-ионных аккумуляторов.
©shutterstock/Waldemarus
Переработка и повторное использование никеля и цинка из литий-ионных аккумуляторов становятся все более важными, поскольку все больше компаний стремятся уменьшить свой углеродный след. Процесс включает в себя разделение различных компонентов, таких как кобальт, медь, алюминий и другие металлы, из которых состоит элемент батареи, чтобы его можно было использовать повторно или переработать. Восстановленные материалы затем используются в новых продуктах или отправляются на дальнейшую переработку перед повторным использованием.
Чтобы максимизировать эффективность при одновременном снижении затрат и отходов, некоторые компании создали специализированные системы фильтрации, которые позволяют им с минимальными усилиями извлекать ценный многоразовый материал из отработанных элементов. Кроме того, были проведены исследования по разработке эффективных процессов разделения для повышения производительности при извлечении металлов из отработанных элементов перед их рециркуляцией.
Эти инициативы демонстрируют потенциал для значительного повышения экономической эффективности и экологической устойчивости за счет эффективного извлечения, повторного использования и переработки никеля и цинка для литий-ионных аккумуляторов. Таким образом, все заинтересованные стороны, включая потребителей, производителей и переработчиков, обязаны обеспечить применение надлежащих методов утилизации для максимального использования ресурсов при минимизации любых сопутствующих выбросов или загрязняющих веществ, образующихся в процессе производства или переработки.
Новые области применения никеля и цинка
Сила никеля и цинка неоспорима. Эти два элемента стали неотъемлемыми компонентами в различных промышленных приложениях, от разработки аккумуляторных технологий до хранения энергии. С появлением на горизонте новых применений роль никеля и цинка будет только возрастать.
По мере того, как литий-ионные аккумуляторы продолжают набирать обороты как одна из наиболее эффективных форм хранения энергии, доступных сегодня, исследователи изучают, как никель и цинк могут еще больше повысить производительность аккумуляторов. В частности, исследования показывают, что сочетание обоих металлов может помочь увеличить производительность при одновременном снижении затрат. Таким образом, это побудило инженеров изучить различные способы их объединения в более эффективные конструкции для новых поколений литий-ионных аккумуляторов.
Помимо использования в литий-ионных элементах, никель и цинк предлагают потенциальные решения для других областей, требующих передовых систем накопления энергии, таких как электромобили или интеллектуальные сети. Обеспечивая более высокую плотность энергии, чем позволяют современные технологии, они могли бы значительно улучшить наши возможности по эффективному хранению и транспортировке электроэнергии из одной точки в другую. Таким образом, очевидно, что эти два основных элемента будут играть важную роль во многих развивающихся отраслях по мере того, как мы движемся к более устойчивому будущему, основанному на экологически чистых источниках энергии.
©shutterstock/petrmalinak
Будущие разработки и тенденции
Ожидается, что будущее никеля и цинка в литий-ионных батареях будет многообещающим благодаря продолжению исследований новых технологий. В отрасли появляются несколько тенденций:
- Увеличение емкости накопления энергии – По мере того, как разрабатываются новые химические вещества для аккумуляторных элементов, никель-цинковая технология потенциально может обеспечить более высокие уровни плотности энергии, чем традиционные литий-ионные химические вещества. Это может увеличить дальность и время использования электромобилей;
- Снижение затрат – Спрос на электромобили продолжает расти, что увеличивает потребность в экономичных решениях для хранения энергии. Компании прилагают усилия, чтобы найти способы снижения производственных затрат при сохранении высокого уровня производительности. Например, сочетание нескольких металлов может помочь повысить эффективность и снизить производственные затраты; и
- Улучшенные функции безопасности . Безопасность электромобилей по-прежнему важна, поскольку их аккумуляторы содержат большое количество накопленной энергии. Исследования в области улучшения систем охлаждения и других улучшений, таких как защита от перезарядки, будут продолжать обеспечивать безопасность этих систем даже в экстремальных условиях, таких как низкие температуры или быстрые циклы зарядки/разрядки.
В дополнение к этим разработкам в отрасли правительства по всему миру также предпринимают инициативы по содействию внедрению электромобилей с помощью финансовых стимулов и правил, направленных на поощрение инвестиций в новые технологии, связанные с инфраструктурой зарядки электромобилей. Эти меры могут придать дополнительный импульс инновациям в технологии никель-цинковых аккумуляторов и создать дополнительные возможности для компаний, работающих в этом секторе.
Нормативная база и стандарты
Нормативно-правовая база и стандарты для литий-ионных аккумуляторов необходимы для обеспечения их безопасности, производительности и соответствия требованиям. Эти правила включают стандарты выбросов, которые производители должны соблюдать, чтобы гарантировать, что загрязняющие вещества, образующиеся в процессе производства, не превышают пороговые уровни для окружающей среды. Эти нормативные рамки также определяют характеристики материалов компонентов, таких как никель и цинк, используемых для сборки литий-ионных аккумуляторов. Это важно для обеспечения контроля качества на протяжении всего производственного процесса и уменьшения дефектов продукции, связанных с составом материала.
Кроме того, различные международные организации разрабатывают отраслевые стандарты, которые позволяют производителям сравнивать свою продукцию с установленными базовыми уровнями. Компании должны придерживаться этих руководящих принципов, учитывая их влияние на доверие потребителей, конкурентное преимущество, экономический рост и здоровье населения. Например, перед продажей компонента или системы литий-ионного аккумулятора нового типа могут потребоваться строгие процедуры тестирования, чтобы продемонстрировать высокую надежность и долговечность перед выпуском в обращение на рынке.
Таким образом, эффективное внедрение нормативно-правовой базы и стандартов, касающихся компонентов из никеля и цинка, имеет далеко идущие последствия для обеспечения безопасной работы литий-ионных аккумуляторов в различных приложениях по всему миру. Кроме того, это позволяет заинтересованным сторонам, участвующим в этом секторе, включая государственные учреждения, коммерческие предприятия, исследовательские институты и т. д., получать выгоду от оптимального использования ресурсов, при этом придерживаясь этических норм в соответствии с четко определенными правилами, установленными глобальными руководящими органами.
Перспективы мирового рынка
Перспективы мирового рынка никель-цинковых аккумуляторов положительные. Технология литий-ионных аккумуляторов получила широкое распространение в индустрии электромобилей и бытовой электроники, и ожидается, что эта тенденция сохранится по мере разработки новых приложений. Спрос на литий-ионные аккумуляторы постоянно растет из-за их превосходных характеристик по сравнению с другими перезаряжаемыми аккумуляторами. В результате на рынке никель-цинковых аккумуляторов может наблюдаться приток спроса, поскольку производители ищут эти высокопроизводительные компоненты.
©shutterstock/Gorodenkoff
Кроме того, текущие тенденции указывают на то, что правила утилизации аккумуляторов будут становиться все более строгими, чтобы смягчить воздействие выбрасываемых элементов на окружающую среду и уменьшить количество опасных отходов, создаваемых переработчиками. Это может привести к увеличению спроса на никель-цинковые батареи с улучшенными характеристиками безопасности и более длительным сроком службы. Кроме того, правительства во всем мире предоставляют финансовые стимулы и субсидии для исследований и разработок новых технологий хранения энергии, что также может повысить спрос на решения на основе никеля и цинка.
В целом мировая индустрия аккумуляторов обладает огромным потенциалом для роста, особенно когда речь идет о передовых материалах, таких как никель-цинковые сплавы, используемые в производстве литий-ионных элементов. В условиях ежедневного технического прогресса в сочетании с более строгими государственными нормами в отношении утилизации отработавших элементов компаниям следует инвестировать в инициативы НИОКР, связанные с системами накопления энергии на основе никеля и цинка, чтобы оставаться конкурентоспособными в этом секторе.
Никель-цинковые аккумуляторы для гибридных автомобилей (Технический отчет)
Никель-цинковые аккумуляторы для гибридных автомобилей (Технический отчет) | ОСТИ.GOVперейти к основному содержанию
- Полная запись
- Другое связанное исследование
- Авторов:
- Салкес, М. Дж.
- Дата публикации:
- Исследовательская организация:
- Лаборатория армейских электронных технологий и устройств, Форт Монмут, Нью-Джерси (США)
- Идентификатор ОСТИ:
- 5013416
- Номер(а) отчета:
- ЭПА-460/3-74-025
- Тип ресурса:
- Технический отчет
- Страна публикации:
- США
- Язык:
- Английский
- Тема:
- 33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; 25 НАКОПЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ; ГИБРИДНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА; НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ; СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ; РАСХОДЫ; ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ; НЕУДАЧИ; ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ; ВЛАСТЬ; МАССА; ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ БАТАРЕИ; ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА; ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЯЧЕЙКИ; СИСТЕМЫ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ; МЕТАЛЛООКСИДНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ; ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА; 330400* — Усовершенствованные силовые установки — гибридные системы; 250904 – Аккумуляторы энергии – Аккумуляторы – Другие применения
Форматы цитирования
- MLA
- АПА
- Чикаго
- БибТекс
Sulkes, M. J. Никель-цинковые аккумуляторы для гибридных транспортных средств . США: Н. П., 1972.
Веб. дои: 10.2172/5013416.
Копировать в буфер обмена
Sulkes, M. J. Никель-цинковые аккумуляторы для гибридных транспортных средств . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/5013416
Копировать в буфер обмена
Салкес, MJ. 1972.
«Никель-цинковые аккумуляторы для гибридных автомобилей». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/5013416. https://www.osti.gov/servlets/purl/5013416.
Копировать в буфер обмена
@статья{osti_5013416,
title = {Никель-цинковые аккумуляторы для гибридных автомобилей},
автор = {Сулкес, М.Дж.},
abstractNote = {},
дои = {10.