Никель-цинковые аккумуляторы (NiZn): особенности, преимущества и недостатки

Никель-цинковые аккумуляторы – заряжаемые химические элементы питания, использующиеся в различной технике: фото и видеокамеры, часы, рации, проигрыватели, пульты дистанционного управления, игрушки и т. д. Для обозначения используется аббревиатура NiZn. Подходят для любых устройств, рассчитанных на использование стандартных солевых и щелочных батареек.

Первая версия такой АКБ была разработана ещё в 1901 году американским изобретателем Томасом Эдисоном. Пользуются популярностью благодаря высокой ёмкости и напряжению. Как и другие виды батарей обладают своими плюсами и минусами, которые важно учитывать при выборе.

Особенности и характеристики

В NiZn АКБ в качестве анода используется цинк (Zn), катода – никелевый оксид (NiOH), электролита – калиевый гидроксид (KOH).

Конструктивно аккумулятор состоит из таких элементов:

Положительный и отрицательный электроды (катод и анод).
Чехол из капрона, отделяющий положительный электрод.
Оболочка из трёхслойного целлофана, отделяющая отрицательный электрод.
Изоляционная трубка для фиксации отрицательной клеммы.
Изолирующая пробка для крепления положительной клеммы.
Герметичный корпус из полистирола.

Отрицательным электродом является спрессованный брикет из цинковой пыли и оксида цинка в соотношении 3:7. Для соединения этих компонентов используется раствор крахмала концентрацией 2,5%.

Положительный электрод выполнен в виде пористой никелевой пластины, пропитанной активным веществом.

Производители выпускают такие АКБ всех основных форм-факторов:

AA (пальчик).
AAA (мини пальчик).
D (бочка).

Элементы питания NiZn обладают такими основными характеристиками:

Номинальное напряжение – 1,6 В.
Удельная энергетическая ёмкость – 46-70 Вт*ч/кг.
Рабочий ресурс – 250-370 циклов заряд-разряд.
Внутреннее сопротивление – 20 мОм.
Уровень саморазряда при температуре +18-+25°С – 10% в первый месяц и около 3-5% в последующие.
Напряжение отсечки – 1,3 В.
Допустимый температурный режим эксплуатации – -30-+40°С.

Для зарядки необходимо использовать специальное зарядное устройство. ЗУ для никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов применять нельзя, это чревато выходом элемента питания из строя и рисками безопасности. Напряжение заряда должно составлять 1,8 В. Можно использовать универсальное зарядное устройство для аккумуляторов разных типов, к примеру, IMAX B6. АКБ считается полностью заряженной по достижении напряжения в 1,6 В.

Аккумуляторы нужно периодически подзаряжать, даже если они не используются. В случае глубокого разряда может значительно снизиться ёмкость. Хранить желательно в прохладном месте, при высокой температуре разряд происходит гораздо быстрее. Перед зарядкой требуется полная разрядка. Если заряжать не полностью разряженную батарею, через короткое время у неё заметно снизится ёмкость.

Крайне рекомендуется использовать специальное зарядное устройство, осуществляющее автоматическую разрядку перед зарядкой. Также крайне желательно, чтобы ЗУ имело функцию автоматического отключения при достижении полной ёмкости.

Преимущества никель-цинковых аккумуляторов

К положительным особенностям батарей данного типа можно отнести:

Сравнительно высокое напряжение одного элемента в полностью заряженном состоянии – 1,6-1,7 В. Для сравнения, никель-металлогидридные и никель-кадмиевые аналоги имеют напряжение 1,25 В.
В составе нет токсических химических веществ, что упрощает утилизацию неисправных АКБ.
Стабильное напряжение в процессе разряда независимо от нагрузки. Элемент остаётся стабильным при токе разряда 4-300 А.
Широкий спектр использования. Можно устанавливать в любую технику, питающуюся от обычных батареек с номинальным напряжением 1,5 В.
Допустимость переполюсовки. Если вставить батарею в устройство не той стороной (спутав + и -), не возникнет негативных последствий как для АКБ, так и для прибора.
Пожаробезопасность. Даже в случае короткого замыкания питающий элемент обычно не возгорается. Однако нельзя чтобы батарея долго находилась в состоянии КЗ.
Устойчивость к механическим нагрузкам. Прочный полистироловый корпус надёжно защищает внутренние компоненты от внешних негативных воздействий.
Высокая мощность. АКБ может разряжаться при высоких токах, вплоть до 300 А, что позволяет питать высокомощные приборы.
Низкое внутреннее сопротивление. Благодаря этому можно осуществлять зарядку высокими токами. Также это обеспечивает сравнительно низкий саморазряд.
Малый вес. Это позволяет питать данными элементами радиоуправляемые летательные аппараты.
Высокая ёмкость. В сравнении с другими аналогами на основе никеля, ёмкость элемента той же массы примерно на 30% выше.
Низкий саморазряд. Даже при длительном хранении в заряженном состоянии уровень заряда снижается незначительно.

Недостатки NiZn АКБ

Несмотря на обилие достоинств, такие аккумуляторы обладают и рядом недостатков:

Повышенная чувствительность к глубокому разряду. При разряде ниже 1,4 В возможно значительное снижение ёмкости и сокращение срока службы.
Низкая устойчивость к перезаряду. Нельзя часто перезаряжать элемент, это приведёт к ухудшению технических характеристик и ускоренному выходу из строя.
Для зарядки необходимо использовать специальное ЗУ.
Наличие эффекта памяти. Если заряжать не полностью разряженную батарею, у неё достаточно быстро упадёт уровень ёмкости.
Малый ассортимент. NiZn элементы выпускают всего несколько производителей, поэтому зачастую их достаточно сложно найти в продаже.
Сравнительно низкий рабочий ресурс. Максимальное количество циклов заряд-разряд составляет 370, что соответствует примерно 5 годам эксплуатации. Для сравнения, у NiMh аналогов данный параметр составляет до 800, следовательно, их теоретический срок службы может достигать 10 лет. Однако реальный срок службы всегда зависит от интенсивности и условий использования.

Заключение

NiZn аккумуляторы – довольно эффективные и надёжные элементы питания. В сравнении с аналогами выигрывают повышенной ёмкостью и рабочим напряжениям. Могут использоваться для питания широкого спектра бытовых приборов. За счёт повышенного напряжения техника может работать дольше, а сами аккумуляторы разряжаются более правильно. Но, такие батареи служат меньше в сравнении с никель-металлогидридными аналогами.

Также могут возникнуть сложности с их покупкой из-за низкой распространённости, обычно приходится заказывать такие аккумуляторы на зарубежных торговых площадках. При этом стоимость такая же или даже выше, чем у NiMh аналогов.