Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Кислотный или щелочной аккумулятор — выбор между двумя классически разными электрохимическими системами накопления энергии. К кислотным относятся свинцово-кислотные аккумуляторы с водным раствором серной кислоты в качестве электролита. К щелочным — никель-кадмиевые (Ni-Cd), никель-железные (Ni-Fe) и никель-металлгидридные (Ni-MH) с водным раствором гидроксида калия (KOH) в качестве электролита. Системы отличаются всем: химией электродных процессов, диапазоном рабочих температур, ресурсом, токоотдачей, требованиями к обслуживанию и областями применения.
Ниже разбираем, чем именно отличается свинцово-кислотный аккумулятор от щелочного, какая химия за этим стоит и в каких задачах какая система предпочтительна. Параметры свинцово-кислотных стационарных аккумуляторов нормированы ГОСТ 26881-86 и ГОСТ Р МЭК 60896-11-2015, общего назначения с регулирующим клапаном — ГОСТ Р МЭК 61056-1-2012. Щелочные никель-кадмиевые открытые призматические — ГОСТ Р МЭК 60623-2019 (идентичен IEC 60623:2017).
Свинцово-кислотный аккумулятор — старейшая и наиболее массовая система перезаряжаемых аккумуляторов. Электроды выполняются на свинцовой основе: положительный — диоксид свинца (PbO₂), отрицательный — губчатый металлический свинец (Pb). Электроды разделены сепаратором и погружены в водный раствор серной кислоты (H₂SO₄).
Конструктивно выделяют несколько подклассов:
Щелочной аккумулятор — обобщённое название систем, в которых электролитом служит водный раствор щёлочи (как правило, гидроксида калия KOH с добавкой гидроксида лития LiOH). Активные массы электродов содержат соединения никеля на положительном электроде и металлический кадмий, железо или сплав-аккумулятор водорода на отрицательном. Из щелочных перезаряжаемых систем промышленно распространены:
В современной литературе литий-ионные аккумуляторы выделяют в отдельный класс — они не относятся ни к кислотным, ни к щелочным в классическом понимании, хотя ряд литиевых систем работает с органическими растворителями, не являющимися кислотами.
Принципиально разная электрохимия лежит в основе всех остальных отличий двух типов аккумуляторов.
Свинцово-кислотный аккумулятор. Суммарная токообразующая реакция:
Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ ⇌ 2PbSO₄ + 2H₂O
При разряде серная кислота расходуется, образуется сульфат свинца и вода — плотность электролита снижается. При заряде идёт обратный процесс. Электролит — водный раствор серной кислоты, его электропроводность максимальна при массовой доле кислоты около 35%, что соответствует плотности около 1,26 г/см³.
Щелочной никель-кадмиевый аккумулятор. Упрощённая токообразующая реакция:
2NiOOH + Cd + 2H₂O ⇌ 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂
Электролит в реакции номинально не расходуется — это означает, что плотность электролита щелочного аккумулятора не служит индикатором степени заряда (в отличие от свинцового). Электролит — водный раствор гидроксида калия KOH с добавкой гидроксида лития LiOH (повышает ресурс и снижает деградацию). Типичная плотность электролита щелочного аккумулятора — около 1,19–1,21 г/см³.
У кислотного аккумулятора электролит — активный участник токообразующей реакции; у щелочного — фактически только ионопроводящая среда. Это базовое отличие определяет различия в обслуживании, контроле состояния и устойчивости к глубоким разрядам.
Из-за более высокого напряжения свинцово-кислотного элемента (2,0 В против 1,2 В) для одного и того же напряжения батареи требуется меньше элементов: батарея 12 В свинцовая собирается из 6 элементов, никель-кадмиевая на ту же шину — из 10 элементов. Это влияет на компоновку батареи и габариты системы.
Щелочные аккумуляторы существенно превосходят свинцово-кислотные по сроку службы и числу циклов заряд-разряд. Это базовое и общепризнанное преимущество щелочной системы.
Конкретные числа циклов и календарный срок службы существенно зависят от режима эксплуатации, глубины разряда, температуры и качества обслуживания — их следует брать из паспорта конкретного изделия. Качественная закономерность остаётся: щелочной аккумулятор служит дольше свинцово-кислотного при сопоставимых условиях работы.
Под саморазрядом понимают самопроизвольное снижение ёмкости заряженного аккумулятора при отсутствии нагрузки. Это естественный электрохимический процесс, скорость которого зависит от типа аккумулятора, температуры, степени заряда и качества электролита.
Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют относительно умеренный саморазряд при положительных температурах и при правильном хранении. Никель-кадмиевые саморазряжаются заметно быстрее — это вытекает из природы реакций на электродах. Никель-железные обычно занимают промежуточное положение. Низкие температуры замедляют саморазряд во всех системах, повышенные — ускоряют.
Свинцово-кислотный аккумулятор нельзя долго оставлять в разряженном состоянии — образующийся сульфат свинца постепенно становится труднорастворимым (сульфатация), и часть ёмкости теряется необратимо. Щелочной аккумулятор такого ограничения не имеет: ГОСТ Р МЭК 60623-2019 и каталоги изготовителей прямо разрешают хранение как в заряженном, так и в разряженном состоянии.
По стандарту ГОСТ Р МЭК 60623-2019 никель-кадмиевые открытые призматические аккумуляторы делятся на типы по режиму разряда:
Здесь It — нормированный ток, равный отношению номинальной ёмкости к базовому времени разряда (по МЭК 61434). На практике это означает, что щелочной аккумулятор серии KH способен отдавать в импульсе ток, многократно превышающий значения, на которые рассчитан длительный режим — этим объясняется их применение для запуска дизельных двигателей и в системах с резкими нагрузками.
It
Свинцово-кислотные стартерные аккумуляторы также обеспечивают высокие пусковые токи в кратком импульсе, но при пониженных температурах их ёмкость и пусковой ток снижаются заметнее, чем у щелочных. Щелочные аккумуляторы устойчивее работают при отрицательных температурах — это одна из причин их применения на железнодорожном транспорте, в полярных регионах, на удалённых объектах.
Обе системы относятся к промышленным электрохимическим источникам тока с регламентированным обращением, утилизацией и требованиями к помещениям.
Аккумуляторы любых типов запрещены к выбрасыванию вместе с бытовыми отходами. Использованные аккумуляторы передаются в специализированные организации по утилизации; на промышленных предприятиях работа с ними регулируется отдельными правилами обращения с отходами I класса опасности.
Природой электролита и электродов. У кислотного электролит — водный раствор серной кислоты, электроды свинцовые. У щелочного — водный раствор гидроксида калия, электроды на основе никеля и кадмия (или железа, или сплава-аккумулятора водорода). Из этого вытекают разное напряжение элемента (2,0 В против 1,2 В), разная толерантность к глубоким разрядам и хранению, разные температурные диапазоны, разный циклический ресурс.
При сопоставимых условиях эксплуатации щелочной никель-кадмиевый и никель-железный служат кратно дольше свинцово-кислотного — за счёт того, что не страдают от сульфатации, переносят глубокие разряды и длительное хранение в любом состоянии. Конкретный календарный срок и число циклов зависят от типа изделия, режима эксплуатации, температуры и качества обслуживания.
У свинцово-кислотного при правильном хранении саморазряд обычно ниже, чем у никель-кадмиевого. С ростом температуры саморазряд ускоряется во всех системах. В никель-железных саморазряд средний между двумя системами. Если устройство должно длительно храниться в заряженном состоянии без подзарядки — преимущество у свинцово-кислотного.
Нет. В щелочном аккумуляторе электролит не участвует в токообразующей реакции — его плотность практически не меняется при заряде и разряде. Контроль состояния идёт по напряжению. У свинцово-кислотного, наоборот, плотность электролита отражает степень заряда — это базовый метод контроля.
Щелочные системы устойчивее к низким температурам. Рабочий диапазон промышленных щелочных аккумуляторов по документации изготовителей доходит до −20…+40 (+45) °C. У свинцово-кислотных при отрицательных температурах заметно падает отдаваемая ёмкость и пусковой ток; в сильный мороз требуется подогрев или больший типоразмер.
Свинцово-кислотные стационарные — ГОСТ 26881-86 и ГОСТ Р МЭК 60896-11-2015 (открытые), ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 (закрытые), ГОСТ Р МЭК 61056-1-2012 (общего назначения с регулирующим клапаном). Щелочные никель-кадмиевые — ГОСТ Р МЭК 60623-2019 (открытые призматические), ГОСТ Р МЭК 62259 (с газовой рекомбинацией), ГОСТ Р МЭК 60622-2010 (герметичные). Никель-металлгидридные — ГОСТ Р МЭК 62675-2017.
Номинальное напряжение свинцово-кислотного элемента — 2,0 В, никель-кадмиевого открытого по ГОСТ Р МЭК 60623-2019 — 1,2 В, никель-металлгидридного — 1,2 В, никель-железного — 1,2 В. Заряженный свинцовый элемент даёт около 2,1 В, никель-кадмиевый — около 1,3 В. Это влияет на компоновку: батарея 12 В из свинцовых элементов содержит 6 банок, никель-кадмиевая на ту же шину — 10 банок.
Из-за сульфатации. При разряде на электродах образуется сульфат свинца; в течение длительного хранения мелкокристаллический сульфат укрупняется и становится труднорастворимым при заряде. Часть ёмкости теряется необратимо. У щелочного аккумулятора такого эффекта нет — он может храниться в любом состоянии заряда.
В неотапливаемых помещениях с отрицательными температурами щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы серий типа KH (высокий ток разряда) или KX (импульсный) более устойчивы — они сохраняют ёмкость и пусковой ток на холоде и допускают длительные интервалы между обслуживанием. Свинцово-кислотные применимы при условии достаточного запаса по ёмкости и наличии подогрева в самые холодные сезоны.
Среди щелочных — никель-железный и никель-металлгидридный, так как они не содержат кадмия (как у Ni-Cd) и свинца (как у свинцово-кислотных). Тем не менее любая система требует профессиональной утилизации: свинцовые и никель-кадмиевые относятся к отходам I класса опасности и не подлежат сбросу с бытовыми отходами.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.