RSS Feed

‘История батареек’ Category

  1. О типоразмерах батареек

    Сентябрь 28, 2011 by admin

    Батарейка AA (также: R6, 316, А316, Mignon, в просторечии «Пальчиковая») — один из наиболее популярных типоразмеров гальванических элементов питания (батареек) и аккумуляторов. Номинальное напряжение — 1,5 Ву батареек, 1,2 В — у никель-кадмиевых и 1,55 В у серебряно-цинковых аккумуляторов.
    В СССР батарейки АА имели обозначение 316 (с солевым электролитом) и А316 (со щелочным электролитом). Бытовое название для элементов и аккумуляторов размера AA в России — «пальчиковые».
    Элемент AA представляет собой цилиндр, диаметром 13,5 — 14,5 мм. Длина элемента вместе с контактным выступом положительного полюса составляет 50,5 мм. Цилиндрическая часть покрыта изолированной оболочкой. Выводы располагаются на противоположных торцах цилиндра. Положительный вывод представляет собой выступ, диаметром 5,5 мм и высотой не менее 1 мм. Отрицательный вывод представляет собой плоскую или рельефную контактную площадку, диаметром не менее 7 мм[1].
    Вес может различаться в широких пределах. Так, например, солевые — GP Greencell AA/R6 — 18 граммов, Samsung Pleomax AA/R6 — 14 граммов (одни из самых легких); щелочные — Duracell AA/LR6 Turbo — 24 грамма, Panasonic Essential Power AA/LR6 — 22 грамма. Для сравнения, аккумуляторы GP 2700 mAh — 30 граммов.
    В ранних экземплярах батарей цинковый стакан (для сухих элементов) или стальной никелированный (для щелочных) непосредственно служил одним из электродов. Однако такая конструкция элементов часто служила причиной коротких замыканий, а также такие элементы были сильно подвержены коррозии. Современные гальванические элементы имеют изолированный металлический или пластмассовый корпус, защищающий элемент от коротких замыканий и от коррозии.
    Батарейка R10
    В СССР батарейки имели обозначение 332 или ФБС-0,25 (с солевым электролитом) и А332 (с щелочным электролитом).
    В настоящее время большинством производителей не выпускаются.
    В СССР в 70-е — 80-е годы элементы 332 применялись в дозиметрах, в войсковых приборах химической разведки (подсветка прибора при работе в ночное время), в армейских полевых телефонных аппаратах, в измерительных приборах (омметры, испытатели транзисторов), в медицинских инструментах (ларингоскопы) и др.
    В бытовой радиоэлектронной аппаратуре элементы 332 до начала 90-х годов не применялись (не разрешалось ГОСТом). Одна из причин запрета на использование подобных батарей в бытовой аппаратуре в том, чтобы предотвратить дефицит элементов питания для специальной аппаратуры. Элементы 332 в домашнем хозяйстве даже во времена дефицита спросом не пользовались. Лишь в конце 80-х годов советской радиоэлектронной промышленностью выпущено малое количество компактных радиоприёмников и кассетных магнитофонов (плейеров) под эти батарейки, а также футляры для трёх элементов 332 в типоразмере батареи 3336. В настоящее время элементы 332 ограниченно применяются в специальной аппаратуре.
    Технические характеристики:
    Длина — 37 мм, диаметр — 21 мм.
    Номинальное напряжение — 1,5 В у батареек и 1,2 В у аккумуляторов
    1/2AA (также: Half AA, SAFT, LS14250, Tadiran, TL5101, UL142502P) — типоразмер батареек и аккумуляторов. Представляет собой батарейку AA уменьшенную по длине вдвое.
    Технические характеристики:
    Длина — 24 мм, диаметр — 13,5-14,5 мм, масса обычно около 6 граммов.
    Напряжение — 3,6 В у щелочных батареек и 1,2 В у никель-металлогидридных (Ni-MH) аккумуляторов.
    Батарейка AAAA
    Материал из Википедии — свободной энциклопедии
    Батарейки AAAA.
    Батарейка AAAA (справа).
    Разобранная 9В-батарейка
    AAAA — типоразмер батареек.
    При отсутствии в продаже можно добыть подобные батарейки, разобрав щелочную батарею 6LR61 (PP3). Из её солевого аналога 6F22, а также из советских аналогов — «Крона» подобные элементы получить нельзя, поскольку там используются элементы галетного типа.
    Технические характеристики:
    Длина — 42,5 мм, диаметр — 8,3 мм.
    Напряжение — 1,5 В.
    Ёмкость — 625 мАч.
    Батарейка B
    B (также R12, 336) — типоразмер батареек и аккумуляторов.
    В СССР имели обозначение 336. Три такие батарейки являются составляющими батареи 3R12.
    Область применения
    В СССР элементы 336 применялись крайне редко в дозиметрах, в войсковых приборах химической разведки (подсветка прибора при работе в ночное время).
    В бытовой радиоэлектронной аппаратуре элементы 336 почти никогда не применялись.
    В Советском Союзе эти батарейки в свободную продажу почти никогда не поступали, большинство людей даже и не знало о существовании подобного типоразмера.
    Технические характеристики
    Длина — 60 мм, диаметр — 21,5 мм.
    Напряжение — 1,5 В.
    Типичная ёмкость щелочной батарейки — 8350 мАч.
    Типичная ёмкость солевой батарейки — ?0,6 А-ч
    Батарейка C
    C (также R14, 343, Baby) — типоразмер батареек и аккумуляторов.
    В СССР имели обозначение 343.
    Технические характеристики:
    Длина — 50 мм, диаметр — 26,2 мм.
    Напряжение — 1,5 В.
    Типичная ёмкость щелочной батарейки — 8350 мАч.
    Батарейка D
    D (также R20, 373, Mono) — типоразмер батареек, имеющий самую большую ёмкость и самый большой рабочий ток среди 1,5-вольтовых гальванических элементов широкого применения.
    Батарейки такого типа стали производить в 1898 году — эта батарейка стала одной из первых в ряду 1,5-вольтовых элементов, пользующихся популярностью по сегодняшний день. В СССР имели обозначение 373 (торговая марка «Сатурн»), и в угольно-цинковом исполнении стоили 17 копеек.
    Технические характеристики:
    Длина — 62,5 мм, Диаметр — 33,2 мм. [1]
    Напряжение — 1,5 В.
    Типичная ёмкость щелочной (алкалиновой) батарейки — 12000 мАч.
    Область применения
    Применяется в наиболее энергонагруженных переносных электроприборах, таких, как носимые магнитолы, рации, счётчики Гейгера и мощные ручные фонари.
    Батарейка «Крона»
    Батарейка «Крона» (также 6F22 (солевая), 6LR61 (щелочная), PP3, E-Block, 9V Brick Battery, AM6, 1604A, MN1604, Корунд, 522, 6AM6, CR-9V, ER9V) — типоразмер батареек. Название происходит от марки выпускавшихся в СССР угольно-марганцевых батареек этого типоразмера «Крона ВЦ».
    Размеры: 48,5 мм ? 26,5 мм ? 17,5 мм.
    Напряжение — 9 В.
    Типичная ёмкость щелочной батарейки — 625 мА·ч.
    Батарея «Крона» имеет ёмкость (по паспорту) 0,5 А·ч.
    Существуют аккумуляторы данного форм-фактора иностранного производства. Они имеют чуть меньшую толщину корпуса. При рабочем расчётном напряжении в 8,4 В, свежезаряженными они могут короткое время давать 11,5 В и выше, что обусловлено особенностями составляющих их Ni-MH аккумуляторных элементов. Аккумуляторы отечественного производства, совместимые по электрическим параметрам с «Кроной», набирались из дисковых элементов Д-0,125 (7Д-0,125 Диаметр 24 мм, высота 62 мм, масса 53 г, номинальная емкость 125 мАч, номинальное напряжение 8,75 в), были цилиндрической формы, корпус — пластиковый стакан с запаянной пластиковой крышкой. Их высота была больше высоты стандартной Кроны, однако отечественные малогабаритные радиоприёмники часто изготавливались с учётом этого.
    Виды «Крон»:
    Первичные:
    Марганцево-цинковые 6 блоков
    Щелочные 6 блоков
    Литий-железодисульфидные 6 блоков
    Маргенцево-литиевые 3 блока
    Вторичные:
    Ni-Cd 150 мАч
    Ni-MH 175-300 мАч
    Li-ION 350 мАч
    Конструктивное исполнение
    В СССР выпускались как обычные угольно-марганцевые батареи данного типоразмера, так и щелочные, которые стоили дороже и назывались «Корунд». Конструктивное исполнение — как на нижнем снимке, из прямоугольных ванночек. Применялся металлический корпус (лужёная жесть); контактная площадка и дно — гетинакс либо напоминающий резину пластик.
    Американская компания Energizer утверждает, что в 1956 году первой выпустила такой тип батареек.
    Батарея 3R12
    Батарея 3R12 — типоразмер батарей, состоит из трех элементов типоразмера R12 (336) в общем корпусе, соединенных последовательно.
    В СССР имела торговое название КБС (для карманного фонаря батарея сухая), а позже 3336 и «Планета» (варианты для небольших токов нагрузки выпускались также под маркой «Рубин»). Существовали «летний» и «холодостойкий» варианты, они обозначались КБС-Л-0,5, 3336Л и КБС-Х-0,7, 3336Х соответственно. Выводы батареи заклеивались бумажной контрольной лентой с повторяющейся надписью «Не проверив не срывай». Щелочного варианта батареи не выпускалось.
    Одно время выпускались адаптеры. Они представляли собой пластиковый корпус габаритов батареи КБС (3R12), в который устанавливались три элемента типоразмера R6 (316), или R10 (332). Адаптер имел два пластинчатых вывода, как и у оригинальной батареи КБС. Данные адаптеры выпускались для того, чтобы восполнить дефицит батарей КБС (впрочем, элементы R6 (316) и R10 (332) в советское время и сами часто были в дефиците).
    Технические характеристики:
    Размеры: 70 мм ? 60 мм ? 22 мм.
    ЭДС — 4,5 В.
    Емкость (с солевым электролитом) — 0,5 или 0,7 Ач.
    Батарея CR-V3
    CR-V3 — формат литиевых батарей питания для малой бытовой техники (например, фотоаппараты).
    Существуют перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторные батареи этого стандарта. Более точно аккумуляторы этого стандарта следует называть уже не CR-V3 (что часто встречается), а RCR-V3 (от англ. Rechargeable — перезаряжаемый).
    Технические характеристики:
    Напряжение — 3 В.
    Достоинства:
    Выдающаяся морозоустойчивость.
    Плоская кривая разряда.
    Возможность очень длительного хранения без использования.
    Большая электрическая ёмкость на единицу веса по сравнению с традиционными батареями.
    Во многих устройствах (исходя из формы батарейного отсека) есть возможность замены двух батарей или аккумуляторов типа AA на CR-V3.
    Батарея 2CR5
    2CR5 — формат литиевых батарей питания для мелкой бытовой техники (например, фотоаппараты).
    Технические характеристики:
    Напряжение — 6 В.
    Размер — 34 x 45 x 17  мм.
    Вес — 42  г.
    Ёмкость — 1500  мА*час.
    Достоинства:
    Выдающаяся морозоустойчивость.
    Плоская кривая разряда.
    Возможность очень длительного хранения без использования.
    Большая электрическая ёмкость на единицу веса по сравнению с традиционными батареями.
    Другие названия
    Идентичны и взаимозаменяемы с 2CR5 форматы:
    2CR5
    DL245
    EL2CR5
    RL2CR5
    Фирмы производители
    Eveready
    Varta
    Duracell
    Kodak
    GP
    TDK
    Sanyo
    Energizer
    Fujifilm
    Panasonic
    Toshiba
    Samsung
    Космос
    Часовая батарейка
    Миниатюрный элемент питания — батарейка размером с пуговицу, впервые широко начала применяться в электронных наручных часах, поэтому называется также часовой батарейкой.
    Миниатюрные батарейки отличаются по высоте, диаметру, напряжению (В) и заряду (мА·ч), а также химическим составом.
    У каждого элемента питания есть наименование, по которому можно определить вышеназванные параметры.
    обозначение Тип батареи напряжение
    PR Воздушно-цинковый элемент 1,4 В
    LR Марганцево-щелочный элемент 1,5 В
    SR Серебряно-цинковый элемент 1,55 В
    CR Литиевый элемент 3,0 В
    Наименование:
    Разные производители используют свою маркировку, вследствие чего бывает не просто найти замену отслужившей батарейке. Ниже приводятся наиболее распространённые наименования.
    Серебряно-цинковые элементы
    LD — для электроприборов с низким и равномерным энергопотреблением.
    HD — для электроприборов с высоким и неравномерным энергопотреблением.
    MD — для любых режимов. (нет в таблице)
    диаметр,мм высота,мм тип МЭК-код Renata,Varta (V),Duracell (D) Maxell,Sony Seiko Rayovac
    11,6 5,4 LD 303 SR44SW SB-A9
    11,6 5,4 HD SR44 357 SR44W SB-B9 RW42
    11,6 4,2 LD 301 SR43SW SB-A8 RW34
    11,6 4,2 HD SR43 386 SR43W SB-B8
    11,6 3,6 LD SR43 344 SR1136SW RW36
    11,6 3,6 HD 350
    11,6 3 LD SR54 390 SR1130SW SB-AU RW39
    11,6 3 HD 389 SR1130W SB-BU
    11,6 2,1 LD 381 SR1120SW SBAS-DS RW30
    11,6 2,1 HD 391 SR1120W SB-BS/ES
    11,5 1,65 LD 366 SR1116SW RW318
    9,5 3,6 LD SR45 394 SR936SW SB-A4 RW33
    9,5 3,6 HD 380 SR936W
    9,5 2,7 LD 395 SR927SW SBAP-DP RW313
    9,5 2,7 HD SR57 399 SR927W SB-BP/EP
    9,5 2,1 LD 371 SR920SW SB-AN RW315
    9,5 2,1 HD 370 SR920W SB-BN
    9,5 1,65 LD 373 SR916SW SBAJ-DJ RW317
    7,9 5,4 LD 309 SR754SW RW38
    7,9 5,4 HD 393 SR754W SB-B3
    7,9 3,6 LD SR41 384 SR41SW SBA1-D1 RW37
    7,9 3,6 HD SR41 392 SR41W SB-B1 RW47
    7,9 3,1 LD 329 SR730SW RW300
    7,9 2,6 LD 397 SR726SW SB-AL RW311
    7,9 2,6 HD 396 SR726W SB-BL
    7,9 2,1 LD SR58 362 SR721SW SB-AK/DK RW310
    7,9 2,1 HD SR721W 361 SR721W SB-BK/EK
    7,9 1,65 LD 315 SR716SW SB-AT RW316
    7,9 1,45 LD 341 SR714SW
    7,9 1,3 LD 346 SR712SW SB-DH
    6,8 2,6 LD SR626 377 SR626SW SB-AW RW329
    6,8 2,6 HD 376 SR626W
    6,8 2,15 LD SR60 364 SR621SW SBAG-DG RW320
    6,8 2,15 HD 363
    6,8 1,65 LD 321 SR616SW SBAF/DF RW321
    6,8 1,45 LD 339 SR614SW
    6,8 1,05 LD 333
    5,8 2,7 LD 319 SR527SW SBAE/DE RW328
    5,8 2,15 LD 379 SR521SW SBAC-DC RW327
    5,8 1,65 LD 317 SR516SW SB-AR RW326
    5,8 1,25 LD 335 SR512SW SB-AB
    4,8 1,65 LD 337 SR416SW
    Марганцево-щелочные элементы G13-A и LR44
    диаметр,мм высота,мм МЭК-код Renata Varta Seiko Rayovac
    16 6,2 V625U
    11,6 5,4 LR44 LR1154 V13GA AG13 RW82
    11,6 4,2 LR43 LR1142 V12GA AG12 RW84
    11,6 3,1 LR54 LR1130 V10GA AG10 RW49
    11,6 2,1 LR1120 V8GA RW40
    7,9 5,4 LR48 LR754 AG5
    7,9 3,6 LR41 392 AG3
    6,8 2,6 LR66 LR626 AG4
    6,8 2,15 LR60 LR621 AG1
    Воздушно-цинковые элементы с цветовым кодированием
    диаметр,мм высота,мм МЭК-код Renata Varta Rayovac
    11,6 5,4 PR44 ZA675 V675A DA675
    7,9 5,4 PR48 ZA13 V13A DA13
    7,9 3,6 PR41 ZA312 V312A DA312
    5,9 3,6 PR70 ZA10 V10 DA230
    Литиевые элементы (3V)
    Литиевые элементы
    Большинство производителей использует одинаковую схему наименований.
    Схема наименования:
    CR = Литиевый элемент
    Химический состав Диаметр в целых мм Высота в 1/10 мм
    пример: «CR1216»
    CR Литиевый элемент ? 12,5 мм 1,6 мм
    Дисковые аккумуляторы
    Существуют также дисковые аккумуляторы (например, никель-кадмиевые или литиевые). Они имеют ме?ньшую, в сравнении с гальваническими элементами, ёмкость.
    Они применяются как альтернатива гальваническим элементам в устройствах, требующих частой смены источника питания (слуховые аппараты, фотовспышки, электрические фонарики), а также для резервного питания часов различных устройств (например, игровой приставки Sega Dreamcast), в наручных часах с подзарядкой от солнечных батарей.
    В СССР для питания электронных устройств были распространены дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы.
    Название
    аккумулятора диаметр
    мм высота
    мм напряжение
    вольт Ёмкость
    А/час Рекомендуемый ток разряда, мА Применение
    Д-0,03 11,6 5,5 1,2 0,03 3 фотоаппараты,
    слуховые аппараты
    Д-0,06 15,6 6,4 1,2 0,06 12 фотоаппараты, фотоэкспонометры,
    слуховые аппараты
    Д-0,125 20 6,6 1,2 0,125 12,5 аккумуляторные электрические фонарики
    Д-0,26 25,2 9,3 1,2 0,26 26 аккумуляторные электрические фонарики,
    фотовспышки
    Д-0,55 34,6 9,8 1,2 0,55 55 фотовспышки
    7Д-0,125 8,4 0,125 12,5 замена батарее Крона
    Опасности
    Из-за своего размера батарейки могут быть легко проглочены детьми. В целях предотвращения этого крышки батарейных отсеков на детских игрушках, использующих такие батарейки, часто оснащают фиксирующими винтами, иногда с нестандартной головкой.

    Использованные батарейки подлежат специальной утилизации.

    Оказывается типа-размеров батареек существует гораздо больше чем всем известные «пальчики» и «бочки». О большинстве из них, мы собрали информацию на просторах интернета и предлагаем Вашему вниманию

    (more…)

    Category Интересные факты, История батареек | Tags: ,,,, | No Comments

  2. Matsushita выпустила стомиллиардную электробатарейку с момента начала производства

    Сентябрь 20, 2011 by admin

    Matsushita Battery Industrial, производитель батареек под марками National и Panasonic, сообщила о производстве стомиллиардной батарейки. Новый рекорд в объемах производства совпал с 70-летней годовщиной начала производства батареек группой компаний Matsushita. Из этих ста миллиардов 83,4 млрд. (83%) составляют марганцевые батарейки, а 16,6 млрд. (17%) алкалиновые батарейки. Около 40% батареек было произведено в Японии, остальные — за рубежом. (more…)

    Category История батареек, Новости | Tags: ,, | No Comments

  3. История батарейки

    Июнь 6, 2011 by admin

    Принято считать, что основные принципы работы батарейки, использующиеся и по сей день, были открыты в конце XVIII века итальянским физиком и естествоиспытателем Алессандро Вольтой (1745-1827). Именно тогда, работая в университете города Павия, он заинтересовался «животным электричеством», открытым несколькими годами ранее его соотечественником Луиджи Гальвани (в его честь электрохимические элементы питания часто называют гальваническими). Вольта доказал, что именно ток, вырабатываемый при контакте двух различных металлов, вызывает наблюдавшееся сокращение мышц в лягушачьих лапках. Этим он опроверг предположение Гальвани о том, что электричество вырабатывается в мышцах. Для того, чтобы доказать свою точку зрения, он наполнил соляным раствором две чаши и соединил их металлическими дугами. Один конец этих дуг был медным, а другой цинковый. Они были установлены так, что в каждой чаше было по одному электроду каждого типа. Эта конструкция и стала первой батареей, вырабатывающей электричество за счет химического взаимодействия двух металлов в растворе. В 1800 г. он усовершенствовал ее, создав свой знаменитый «вольтов столб», первый источник постоянного тока. Он представлял собой 20 пар кружочков, изготовленных из двух различных металлов, проложенных кусочками кожи или ткани, смоченных в соляном растворе. В знак признания заслуг итальянского ученого, его именем была названа единица электрического напряжения — вольт.

    Другие экспериментаторы обратили внимание на полученные результаты. Они усовершенствовали вольтов столб, создав новые типы батарей. К примеру, в 1836 г. английский химик Джон Дэниелл поместил медные и цинковые электроды в емкость с серной кислотой. Эта батарея получила название «плоскостной элемент» или «элемент Дэниела». Три года спустя другой англичанин, Уильям Р. Гроув, добавил окислитель для предотвращения накопления водорода около катода, что приводило к снижению напряжения на выходе. Были и другие попытки улучшить первоначальную конструкцию, но ни одно из этих примитивных устройств не используется в наши дни.

    Первый значительный прорыв был совершен французом Гастоном Плантэ. В 1859 г. он провел интересный опыт, внешне похожий на то, что проделал Вольта. В его гальваническом элементе в качестве электродов использовались свинцовые пластины, а электролитом являлась разбавленная серная кислота. Плантэ подключил к элементам источник постоянного тока, и некоторое время заряжал батарею. После этого прибор стал сам вырабатывать электричество, выдавая почти всю энергию, потраченную на зарядку. Причем подзаряжать его можно было много раз. Именно так и появился тот самый свинцовый аккумулятор, который еще долго будет использоваться во всех производимых автомобилях.

    Еще один прибор-долгожитель был разработан и запатентован другим французским изобретателем, Жоржем Лекланше в 1866 году. Названный в его честь элемент послужил прообразом современных «сухих» батарей, правда, изначально он такому названию не соответствовал. Дело в том, что в варианте, предложенном Лекланше, электролит был жидким. В производимых же сейчас батарейках он заменен на желеобразный для того, чтобы не допустить вытекания содержимого и порчи оборудования, которое эта батарея питает. В остальном же, за это время технология почти не изменилась. Как и полтора века назад, сухие элементы представляют собой цинковый стаканчик (анод), в который вставлен графитовый стержень (катод), а внутреннее пространство заполнено электролитом. По такой технологии выпускают самые дешевые и массовые источники питания, которые вставляют в фонарики, плееры, детские игрушки и т.п.

    Впрочем, в своем оригинальном «мокром» виде элементы Лекланше не были ни компактными, ни надежными. Поэтому многочисленные рационализаторы многократно пытались улучшить его потребительские качества, например, помещая в герметичную упаковку, не допускающую утечки электролита.

    Большинство современных аккумуляторных батарей: никель-кадмиевые, никель-метал-гидридные, а также все литиевые — были разработаны уже в 20-ом веке в лабораториях крупных компаний или университетов. Новые химические системы не изобретаются энтузиастами-одиночками, основывающимися на их собственной интуиции. Основные принципы, на которых основано функционирование батарей, уже досконально изучены и описаны точными формулами. Сегодня основные задачи, которые стоят перед разработчиками, это подбор оптимальных компонентов.

    Химики различают гальванические элементы двух родов: первого и второго. Разница между ними заключается в том, как производится энергия, которую они вырабатывают.

    Элементы первого рода — это одноразовые батареи, которые производят электроэнергию за счет химических реакций, в результате которых анод, катод и электролит претерпевают необратимые изменения. Это делает перезарядку таких батарей невозможной или очень нерациональной (к примеру, для зарядки некоторых типов батарей придется потратить в десятки раз больше энергии, чем они могут сохранить, а другие виды могут накопить только малую часть своего первоначального заряда). После этого батарею останется только выкинуть в мусорный ящик, откуда, как хотелось бы надеяться, она попадет в переработку, а, скорее всего, на свалку.

    Элементы второго рода чаще называют аккумуляторами. Это значит, что они могут заряжаться, если к электродам подключить источник постоянного тока. Химические реакции, протекающие в них, являются обратимыми. Таким образом, батареи второго рода не производят, а лишь сохраняют энергию.

    При прочих равных, аккумуляторы кажутся лучшим выбором по сравнению с одноразовыми батареями. Используя их, мы не наносим столько вреда окружающей среде, ведь после разрядки их не нужно выбрасывать. Один аккумулятор можно использовать около года, а обычных батареек на этот же срок понадобилось бы штук 100-200, и в каждом элементе содержатся токсичные вещества. Но не все так просто. На деле, аккумуляторы имеют несколько серьезных недостатков, которые не позволяют им вытеснить все остальные батареи.

    В случае срочной необходимости, одноразовые батарейки являются лучшим выбором. Они дешевы и всегда готовы к работе. Но для мобильных устройств, используемых регулярно, аккумуляторы продолжают оставаться наиболее выгодным вариантом.

    Ни одна батарея не может хранить энергию вечно. Химические вещества внутри реагируют между собой и постепенно разлагаются. В результате, снижается заряд батареи. У этой постепенной разрядки есть две основные причины.

    Некоторые химические реакции влияют на способность хранить энергию. Через некоторое время батарея потеряет весь свой заряд. Этот промежуток времени, называемый сроком хранения обычно указывается на ее корпусе. Он зависит от типа и конструкции батарей, но условия хранения также влияют на продолжительность их жизни. Современные литиевые батареи могут храниться более десяти лет, в то же время элементы других типов могут разрядиться за пару недель (к примеру, цинк-воздушные батареи после начала использования). Но даже самые «долгоиграющие» образцы могут прийти в негодность гораздо раньше, если они будут храниться в неблагоприятных условиях. Особенно сильно сказывается влияние высоких температур. Если же их, наоборот, охладить (а некоторые типы даже заморозить), то это часто помогает сохранить их в лучшем виде на время, значительно большее указанного срока годности.

    Обратимые химические реакции в аккумуляторах протекают даже тогда, когда они не используются. Этот процесс называется саморазрядкой. Он является обратимым, также как и обычная разрядка. На скорость саморазрядки влияют те же факторы, что и на срок хранения, поэтому она также может сильно отличаться у разных типов батарей: одни теряют до 10% заряда в день, а другие лишь 1%.

    Еще один показатель, который важно знать для каждого типа батарей, это удельная емкость. Она определяется как отношение энергии элемента к его массе или объему и выражается в Ватт-часах на единицу массы или объема. Чем выше этот коэффициент, тем больше энергии может храниться в единице веса, и тем более привлекательна она для использования в переносных устройствах. В этой таблице приведены отношения для различных типов аккумуляторов, выраженные в Ватт-часах/кг.

    Химические системы

    Одним из важнейших факторов при разработке батарей (а также любого устройства, питающегося от них) является достижение максимальной удельной емкости для элемента заданного (минимального) размера и веса. Химические реакции, протекающие внутри элемента, определяют и его емкость, и физические размеры. В принципе, вся история разработки батарей сводится к нахождению новых химических систем и упаковке их в корпуса как можно меньших размеров.

    Сегодня производится множество разных типов элементов питания, некоторые из которых были разработаны еще в 19-ом веке, а другие едва отметили десятилетие. Такое разнообразие объясняется тем, что каждая технология имеет свои сильные стороны. Мы расскажем о самых распространенных из тех, что используются в мобильных устройствах.

    Сухие батареи

    Первыми серийно выпускаемыми элементами питания стали именно сухие. Наследники изобретения Лекланше, они являются самыми распространенными в мире. Одна лишь компания Energizer продает более 6 миллиардов таких батарей ежегодно. В общем, «говорим батарейка, подразумеваем – сухой элемент». И это, несмотря на то, что они имеют самую низкую удельную емкость из всех «массовых» типов. Объясняется такая популярность, во-первых, их дешевизной, а во-вторых, тем, что этим именем называют сразу три разных химических системы: хлорно-цинковые, щелочные и марганцево-цинковые батареи (элементы Лекланше). Их имена дают представление о химических системах, на базе которых они созданы.

    В сухих элементах по оси батарейки расположен угольный стержень токосъемника катода. Сам катод это целая система, в которую входят диоксид марганца, уголь электрода и электролит. Цинковый «стаканчик» служит анодом и образует металлический корпус элемента. Электролит, в свою очередь, также представляет собой смесь, в которую входят нашатырь, диоксид марганца и хлорид цинка.

    Марганцево-цинковые и хлорно-цинковые элементы отличаются, по сути, электролитом. Первые содержат в себе смесь нашатыря и хлорида цинка, разбавленную водой. В хлорно-цинковых электролит почти на 100% представляет собой хлорид цинка. Различие в номинальном напряжении у них минимально: 1,55В и 1,6В соответственно.

    Несмотря на то, что хлорно-цинковые имеют большую емкость по сравнению с элементами Лекланше, это преимущество пропадает при малой нагрузке. Поэтому на них часто пишут «heavy-duty», то есть элементы с повышенной мощностью. Как бы то ни было, эффективность всех сухих элементов сильно падает при увеличении нагрузки. Именно поэтому в современные фотоаппараты их ставить не стоит, они просто для этого не предназначены.

    Сколько бы не бегали розовые зайчики в рекламе, щелочные батарейки — это все те же угольно-цинковые ископаемые родом из 19го века. Единственное отличие заключается в специально подобранной смеси электролита, позволяющей добиться увеличения емкости и срока хранения таких батареек. В чем секрет? Эта смесь является несколько более щелочной, чем у двух других типов.

    Если химический состав у щелочных батареек мало отличается от оного у элемента Лекланше, то в конструкции различия существенны. Можно сказать, что щелочная батарея это сухой элемент, вывернутый наизнанку. Внешний корпус у них не является анодом, это просто защитная оболочка. Анодом здесь является желеобразная смесь цинкового порошка вперемешку с электролитом (который в свою очередь является водным раствором гидроксида калия). Катод, смесь угля и диоксида марганца, окружает анод и электролит. Он отделяется слоем нетканого материала, таким как полиэстер.В зависимости от области применения, щелочные батарейки могут прослужить в 4-5 раз дольше, чем обычные угольно-цинковые. Особенно заметна эта разница при таком режиме использования, когда короткие периоды высокой нагрузки перемежаются длительными периодами бездействия.Важно помнить, что щелочные батарейки не являются перезаряжаемыми, потому что химические процессы, на которых они основаны, не являются обратимыми. Если ее поставить в зарядное устройство, то она будет вести себя не как аккумулятор, а скорее как резистор – начнет нагреваться. Если ее оттуда вовремя не вынуть, то она нагреется достаточно сильно, чтобы взорваться.

    Если химический состав у щелочных батареек мало отличается от оного у элемента Лекланше, то в конструкции различия существенны. Можно сказать, что щелочная батарея это сухой элемент, вывернутый наизнанку. Внешний корпус у них не является анодом, это просто защитная оболочка. Анодом здесь является желеобразная смесь цинкового порошка вперемешку с электролитом (который в свою очередь является водным раствором гидроксида калия). Катод, смесь угля и диоксида марганца, окружает анод и электролит. Он отделяется слоем нетканого материала, таким как полиэстер.

    В зависимости от области применения, щелочные батарейки могут прослужить в 4-5 раз дольше, чем обычные угольно-цинковые. Особенно заметна эта разница при таком режиме использования, когда короткие периоды высокой нагрузки перемежаются длительными периодами бездействия.

    Важно помнить, что щелочные батарейки не являются перезаряжаемыми, потому что химические процессы, на которых они основаны, не являются обратимыми. Если ее поставить в зарядное устройство, то она будет вести себя не как аккумулятор, а скорее как резистор – начнет нагреваться. Если ее оттуда вовремя не вынуть, то она нагреется достаточно сильно, чтобы взорваться.

    Никель-кадмиевые аккумуляторы

    Название подсказывает нам, что батареи этого типа имеют никелевый анод и кадмиевый катод. Никель-кадмиевые аккумуляторы (обозначаются Ni-Cad) пользуются заслуженной популярностью у потребителей во всем мире. Не в последнюю очередь это объясняется тем, что они выдерживают большое количество циклов зарядки-разрядки — 500 и даже 1000 — без существенного ухудшения характеристик. Кроме того они относительно легкие и энергоемкие (хотя их удельная емкость приблизительно в два раза меньше, чем у щелочных батареек). С другой стороны, они содержат токсичный кадмий, так что с ними надо быть поаккуратнее, как во время использования, так и после, при утилизации.

    Напряжение на выходе у большинства батарей падает по мере разрядки, потому что в результате химических реакций увеличивается их внутреннее сопротивление. Никель-кадмиевые батареи характеризуются очень низким внутренним сопротивлением, а потому могут подать на выход достаточно сильный ток, который, к тому же, практически не изменяется по мере разрядки. Соответственно, напряжение на выходе также остается практически неизменным до тех пор, пока заряд почти совсем не иссякнет. Тогда напряжение на выходе резко падает практически до нуля.

    Постоянный уровень выходного напряжения является преимуществом при проектировании электрических схем, но это же делает определение текущего уровня заряда практически невозможным. Из-за такой особенности остаток энергии вычисляется на основе времени работы и известной емкости конкретного типа батарей, а потому является величиной приблизительной.

    Гораздо более серьезным недостатком является «эффект памяти». Если такую батарею разрядить не полностью, а потом поставить заряжаться, то их емкость может уменьшиться. Дело в том, что при такой «неправильной» зарядке на аноде образуются кристаллы кадмия. Они и играют роль химической «памяти» батарейки, запоминая этот промежуточный уровень. Когда во время следующей разрядки заряд батареи упадет до этого уровня, выходное напряжение понизится так же, как если бы батарейка была полностью разряжена. Злопамятные кристаллы будут продолжать формироваться на аноде, усиливая влияние этого неприятного эффекта. Чтобы избавиться от него, нужно продолжить разрядку после достижения этого промежуточного уровня. Только таким образом можно «стереть» память и восстановить полную емкость батареи.

    Гораздо более серьезным недостатком является «эффект памяти». Если такую батарею разрядить не полностью, а потом поставить заряжаться, то их емкость может уменьшиться. Дело в том, что при такой «неправильной» зарядке на аноде образуются кристаллы кадмия. Они и играют роль химической «памяти» батарейки, запоминая этот промежуточный уровень. Когда во время следующей разрядки заряд батареи упадет до этого уровня, выходное напряжение понизится так же, как если бы батарейка была полностью разряжена. Злопамятные кристаллы будут продолжать формироваться на аноде, усиливая влияние этого неприятного эффекта. Чтобы избавиться от него, нужно продолжить разрядку после достижения этого промежуточного уровня. Только таким образом можно «стереть» память и восстановить полную емкость батареи.

    Этот прием обычно называют глубокой разрядкой. Но глубокая не значит полная, «до нуля». Это лишь навредит и укоротит срок службы элемента. Если в процессе использования напряжение на выходе упадет ниже отметки 1 Вольт (при номинальном напряжении 1,2 В), то это уже может привести к порче батарейки. Сложная техника, например КПК или ноутбуки, настроены таким образом, чтобы они отключались прежде, чем заряд аккумулятора упадет ниже предельного уровня. Для глубокой разрядки батарей нужно использовать специальные приборы, которые выпускают многие известные фирмы.

    Некоторые компании-производители заявляют, что новые никель-кадмиевые аккумуляторы не подвержены влиянию эффекта памяти. Впрочем, на практике это не было доказано.

    Что бы там не обещали производители, для достижения максимальной отдачи батареи следует каждый раз полностью заряжать, а потом дожидаться нормальной разрядки, чтобы они не испортились и прослужили весь срок.

    Предотвращение электролиза

    В результате электролиза внутри никель-кадмиевых аккумуляторов могут накапливаться потенциально взрывоопасные газы: водород и кислород. Чтобы не допустить этого, батареи помещаются в герметичную оболочку. В ней имеются специальные микроклапаны, предназначенные для автоматического стравливания накопившихся газов. Они настолько малы, что заметить их очень сложно. Важно, чтобы эти клапаны не оказались закрыты, поэтому батареи не стоит заворачивать, склеивать или обматывать скотчем.

    Никель-метал гидридные аккумуляторы

    С точки зрения химии, идеальным материалом для катода был бы водород. Но в обычных условиях использовать его для этого невозможно. При комнатной температуре и атмосферном давлении он является газом, и его проще использовать для наполнения аэростатов, чем в качестве материала для батарей.

    Впрочем, еще в конце 60-ых годов 20 века ученые открыли ряд сплавов, способных связывать атомарный водород в объеме, в 1000 раз превышающем их собственный. Они получили название гидриды, а химически они обычно представляют соединения таких металлов, как цинк, литий и никель. При грамотном использовании, с помощью гидридов можно хранить достаточно водорода, чтобы использовать его в обратимых реакциях внутри аккумуляторов.

    Наибольшее распространение получили никель-метал гидридные (NiMH) батареи, имеющие гидридный катод и никелевый анод.

    Использование гидридов имеет несколько преимуществ. Наиболее очевидным является то, что в производстве не используется токсичный кадмий. Отсутствие этого материала также означает, что такие батареи должны быть свободны от эффекта памяти. Кроме того, благодаря использованию водорода в качестве катода, удалось добить 50-процентного увеличения удельной емкости (по сравнению с никель-кадмиевыми батареями). На практике это значит, что с никель-метал гидридными аккумуляторами плеер или другое подобное устройство будет работать на 50% дольше.

    Но применение водорода приносит не только положительные, но и отрицательные результаты. Главным недостатком является то, что эти батареи существенно сильнее подвержены саморазрядке. Некоторые из них теряют до 5% заряда за день, хотя в последних моделях этот показателей удалось снизить.

    График разрядки никель-метал гидридных аккумуляторов под нагрузкой немного отличается от никель-кадмиевых. По номинальному напряжению они не различаются (все те же 1,2 В). Но если батарея была полностью заряжена, то в течение некоторого времени напряжение на выходе составляет 1,4 В. После этого короткого промежутка оно падает до уровня 1,2 В, и дальше NiMH-батареи ведут себя так же, как и NiCad.

    Оба типа вообще имеют достаточно похожие свойства. NiMh-батареи также могут вырабатывать ток большой силы, выдерживают много циклов зарядки/разрядки (обычно около 500), но все же это две разные технологии.

    Если во время разрядки батареи двух этих типов ведут себя почти одинаково, то при зарядке сходства не наблюдается. Говоря конкретно, никель-кадмиевые батареи при зарядке практически не изменяют свою температуру. Никель-метал гидридные при этом вырабатывают тепло, причем при достижении полного заряда они могут нагреться весьма значительно. Из-за этого для разных батарей нужны разные зарядные устройства. И хотя на рынке присутствуют универсальные приборы, обычно единовременно в них можно заряжать аккумуляторы только одного типа.

    Литий-ионные аккумуляторы

    Литий является самым химически активным металлом и используется именно в самых компактных системах, обеспечивающих энергией самую современную мобильную технику. Литиевые катоды используются практически во всех батареях с большой емкостью. Но благодаря активности этого металла батареи получаются не только очень емкие, они также имеют самое высокое номинальное напряжение. В зависимости от анода, литий-содержащие элементы имеют выходное напряжение от 1,5 В до 3,6 В!

    Основной проблемой при использовании лития опять-таки является его высокая активность. Он даже может вспыхнуть – что уж говорить, не самая приятная особенность, когда речь идет о батареях. Из-за этих проблем элементы на базе металлического лития, которые начали появляться еще в 70ых-80ых годах 20го века, «прославились» своей низкой надежностью.

    Чтобы избавиться от этих трудностей, производители батарей постарались использовать литий в виде ионов. Таким образом, им удалось получить все полезные электрохимические качества, не связываясь с капризной металлической формой.

    В литий-ионных элементах ионы лития связаны молекулами других материалов. Типичный Li-Ion-аккумулятор имеет угольный анод и катод из литийкобальтдиоксида. Электролит в своей основе имеет раствор солей лития.

    Литиевые батареи имеют большую плотность, нежели никель-металл гидридные. Скажем, в ноутбуках такие аккумуляторы могут работать в полтора раза дольше никель-металл гидридных. Кроме того, литий-ионные элементы избавлены от эффектов памяти, которыми страдали ранние никель-кадмиевые батареи.

    С другой стороны, внутреннее сопротивление у современных литиевых элементов выше, чем у никель-кадмиевых. Соответственно, они не могут обеспечить такие сильные токи. Если никель-кадмиевые элементы способны расплавить монету, то литиевые на это не способны. Но все равно, мощности таких батареек вполне хватит для работы ноутбука, если это не связано со скачкообразными нагрузками(это значит, что некоторые устройства, например, винчестер или CD-ROM, не должны вызывать высоких скачков на предельных режимах — например, при начальной раскрутке или выходе из спящего режима). Более того, даже не смотря на то, что литий-ионные батарейки выдержат не одну сотню подзарядок, они живут меньше, чем те, в которых используется никель.

    Из-за того, что в литий-ионных элементах используется жидкий электролит (пусть даже отделенный слоем ткани), по форме они почти всегда являются цилиндром. Хотя такая форма ничуть не хуже форм других элементов, с появлением полимеризованных электролитов литий-ионные батареи становятся компактнее.

    Литий-полимерные аккумуляторы

    Наиболее продвинутой технологией, используемой сегодня при создании аккумуляторов, является литий-полимерная. Уже сейчас среди производителей, как батарей, так и компьютерных устройств наметилась тенденция по постепенному переходу к этому типу элементов. Главным преимуществом литий-полимерных батарей является отсутствие жидкого электролита. Нет, это не значит, что ученые нашли способ обходиться совсем без электролита. Анод отделен от катода полимерной перегородкой, композитным материалом, таким как полиакрилонитрит, который содержит литиевую соль.

    Благодаря отсутствию жидких компонентов, литий-полимерные элементы могут принимать практически любую форму, в отличие от цилиндрических батарей других типов. Обычными формами упаковки для них являются плоские пластины или бруски. В таком виде они лучше заполняют пространство батарейного отсека. В результате, при одинаковой удельной плотности, литий-полимерные батареи оптимальной формы могут хранить на 22% больше энергии, чем аналогичные литий-ионные. Это достигается за счет заполнения «мертвых» объемов в углах отсека, которые остались бы неиспользованными в случае применения цилиндрической батареи.

    Кроме этих очевидных преимуществ, литий-полимерные элементы являются экологически безопасными и более легкими, за счет отсутствия внешнего металлического корпуса.

    Литий-железодисульфидные батареи

    В отличие от других литий-содержащих батарей, которые имеют выходное напряжение более 3В, у литий-железодисульфидных оно в два раза меньше. Кроме того, их нельзя перезаряжать. Эта технология представляет собой некий компромисс, на который разработчики пошли, чтобы обеспечить совместимость литиевых источников питания с техникой, разработанной для использования щелочных батареек.

    Химический состав батарей был специальным образом изменен. В них литиевый анод отделен от железодисульфидного катода прослойкой электролита. Этот сэндвич упаковывается в герметичный корпус с микроклапанами для вентиляции, как и никель-кадмиевые батареи.

    Этот тип элементов был задуман как конкурент щелочным батарейкам. По сравнению с ними литий-железодисульфидные весят на треть меньше, имеют большую емкость, а, кроме того, еще и хранятся дольше. Даже после десяти лет хранения они сохраняют почти весь свой заряд.

    Превосходство над конкурентами проявляется наилучшим образом при большой нагрузке. В случае высоких токов нагрузки литий-железодисульфидные элементы могут работать в 2,5 раза дольше, чем алкалиновые батареи того же размера. Если же на выходе не требуется высокая сила тока, то эта разница заметна гораздо меньше. К примеру, один из производителей элементов питания заявил следующие характеристики двух типов своих батарей размера AA: при нагрузке 20 мА щелочная батарейка проработает 122 часа против 135 часов у литий-железодисульфидной. Если же нагрузку увеличить до 1А, то продолжительность работы составит 0,8 и 2,1 часа соответственно. Как говорится, результат налицо.

    Такие мощные батареи нет смысла ставить в устройства, потребляющие относительно немного энергии в течение длительного времени. Они были специально созданы для использования в фотоаппаратах, мощных фонарях, а в будильник или радиоприемник лучше поставить щелочные батарейки.

    Category История батареек | Tags: , | No Comments