Батарейки та акумулятори. Гальванічні джерела одноразового струму. Довідкова інформація

КНИГИ ТА СТАТТІ
Безкоштовна бібліотека /Довідник / Батарейки та акумулятори

Глава 1. Гальванічні джерела струму одноразової дії

1.1. Типи гальванічних елементів

Батарейки та акумулятори

Гальванічні джерела струму одноразової дії є уніфікованим контейнером, в якому знаходяться електроліт, що абсорбується активним матеріалом сепаратора, і електроди (анод і катод), тому вони називаються сухими елементами. Цей термін використовується стосовно всіх елементів, що не містять рідкого електроліту. До звичайних сухих елементів відносяться вуглецеві-цинкові елементи або елементи Лекланше [1].

Сухі елементи застосовуються при малих струмах та переривчастих режимах роботи. Тому такі елементи широко використовуються в телефонних апаратах, іграшках, системах сигналізації та ін. Оскільки спектр приладів, в яких використовуються сухі елементи, дуже широкий і, крім того, потрібна їх періодична заміна, існують норми на їх габарити [1].

У процесі розряду напруга сухих елементів падає від номінального до напруги відсічення (напруга відсічення - мінімальна напруга, у якому батарея здатна віддавати мінімальну енергію), тобто. зазвичай від 1,2 до 0,8 В/елемент залежно від особливостей застосування.

У разі розряду при підключенні до елемента постійного опору після замикання ланцюга напруга на його висновках різко зменшується до деякої величини, дещо меншої за вихідну напругу. Струм, що протікає при цьому, називається початковим струмом розряду.

Функціональні можливості сухого елемента залежать від споживання струму, напруги відсікання та умов розряду. Ефективність елемента підвищується зі зменшенням струму розряду. Для сухих елементів безперервний розряд протягом менше 24год може бути віднесений до категорії розряду з високою швидкістю. Електрична ємність сухого елемента обумовлюється для розряду через фіксований опір при заданій кінцевій напрузі в годиннику залежно від початкового розряду і представляється графіком або таблицею.

Доцільно використовувати графік чи таблицю виробника для конкретної батареї. Це обумовлено не тільки необхідністю обліку особливостей виробу, але й тим, що кожен виробник дає свої рекомендації щодо найкращого використання продукції.

Внутрішній опір батареї може обмежувати необхідний струм, наприклад, у фотоспалаху. Початковий стабільний струм, який може швидко давати батарея, називається струмом спалаху.

У позначенні типу елемента присутні буквені позначення, яким відповідають струми спалаху та внутрішній опір елемента, виміряні на постійному та змінному струмі. Струм спалаху та внутрішній опір дуже складні для вимірювань, причому елементи можуть мати тривалий термін зберігання, але при цьому струм спалаху може зменшуватися.

1.1. Типи гальванічних елементів

Вугільно-цинкові елементи

Вугільно-цинкові елементи (марганець-цинкові) є найпоширенішими сухими елементами. Вугільно-цинкові елементи використовують пасивний (вугільний) колектор струму в контакті з анодом з двоокису марганцю (MnO2), електроліт з хлориду амонію і катодом з цинку. Електроліт знаходиться в пастоподібному стані або просочує пористу діафрагму. Такий електроліт мало рухливий і не розтікається, тому елементи називають сухими. Номінальна напруга вугільно-цинкового елемента становить 1,5 Ст.

Сухі елементи можуть мати циліндричну, дискову та прямокутну форму. Влаштування прямокутних елементів аналогічно дисковим. Цинковий анод виконаний у вигляді циліндричної склянки, що одночасно є контейнером. Дискові елементи складаються з цинкової пластини, картонної діафрагми, просоченої розчином електроліту, та спресованого шару позитивного електрода. Дискові елементи послідовно з'єднують один з одним, отриману батарею ізолюють та упаковують у футляр.

Вугільно-цинкові елементи "відновлюються" протягом перерви у роботі. Це зумовлено поступовим вирівнюванням локальних неоднорідностей в композиції електроліту, що у процесі розряду. Внаслідок періодичного "відпочинку" термін служби елемента продовжується. Це слід враховувати при інтенсивній експлуатації елементів (і використовувати кілька комплектів для роботи з тим, щоб один комплект мав достатній період часу для відновлення працездатності. Наприклад, при експлуатації плеєра не рекомендується використовувати один комплект батарей більше двох годин поспіль. При зміні двох комплектів тривалість роботи елементів збільшується втричі.

Перевагою вугільно-цинкових елементів є їхня відносно низька вартість. До суттєвих недоліків слід віднести значне зниження напруги при розряді, невисоку питому потужність (5...10 Вт/кг) та малий термін зберігання. Низькі температури знижують ефективність використання гальванічних елементів, а внутрішній розігрів батареї його підвищує. Підвищення температури викликає хімічну корозію цинкового електрода водою, що міститься в електроліті, та висихання електроліту.

Ці фактори вдається дещо компенсувати витримкою батареї при підвищеній температурі та введенням всередину елемента, через попередньо зроблений отвір, сольового розчину.

Лужні елементи

Як і вугільно-цинкових, у лужних елементах використовується анод з MnO2 та цинковий катод з розділеним електролітом. Відмінність лужних елементів від вугільно-цинкових полягає у застосуванні лужного електроліту, внаслідок чого газовиділення при розряді фактично відсутнє, і їх можна виконувати герметичними, що дуже важливо для цілого ряду їх застосувань. Напруга лужних елементів приблизно на 0,1 менше, ніж вугільно-цинкових, при однакових умовах. Отже, ці елементи взаємозамінні.

Напруга елементів із лужним електролітом змінюється значно менше, ніж у елементів із сольовим електролітом. Елементи з лужним електролітом також мають більш високу питому енергію (65...90 Втч/кг), питому потужність (100...150 кВтг/м3) та триваліший термін зберігання.

Заряджання марганцево-цинкових елементів та батарей Виробляється асиметричним змінним струмом. Заряджати можна елементи з сольовим або лужним електролітом будь-якої концентрації, але не надто розряджені та не мають пошкоджень цинкових електродів. У межах терміну придатності, встановленого для даного типу елемента або батареї, можна проводити багаторазове (6...8 разів) відновлення працездатності [2].

Заряджання сухих батарей та елементів виконуються від спеціального пристрою, що дозволяє отримати зарядний струм необхідної форми: при співвідношенні зарядної та розрядної складової 10:1 та тривалості імпульсів цих складових 1:2. Цей пристрій дозволяє заряджати батареї для годинника та активізувати старі малогабаритні акумулятори.

При зарядці батарейок для годинника, зарядний струм не повинен перевищувати 2 мА. Час заряду трохи більше 5 годин. Акумулятор, що заряджається, включається через два паралельно включені ланцюжки діодів з резисторами. Асиметричний струм заряду виходить через відмінності опорів резисторів. Закінчення заряду визначається припинення зростання напруги на батареї.

Напруга вторинної обмотки трансформатора зарядного пристрою вибирається так, щоб вихідна напруга перевищувала номінальну напругу елемента на 50...60%. Час заряду батарей за допомогою описаного пристрою повинен бути близько 12...16 годин. Зарядна ємність повинна бути приблизно на 50% більше від номінальної ємності батареї.

Ртутні елементи

Ртутні елементи дуже нагадують лужні елементи. Вони використовують оксид ртуті (HgO). Катод складається із суміші порошку цинку та ртуті. Анод та катод розділені сепаратором та діафрагмою, просоченою 40% розчином лугу. Ці елементи мають тривалі терміни зберігання та вищі ємності (при тому ж обсязі).

Напруга ртутного елемента приблизно на 0,15 нижче, ніж у лужного. Ртутні елементи відрізняються високою питомою енергією (90...120 Втч/кг, 300...400 кВтг/м3), стабільністю напруги та високою механічною міцністю. Для малогабаритних приладів створено модернізовані елементи типів РЦ-31С, РЦ-33С та РЦ-55УС. Питома енергія елементів РЦ-31С та РЦ-55УС – 600 кВтг/м3, елементів РЦ-33С – 700 кВтг/м3.

Елементи РЦ-31С та РЦ-33С застосовуються для живлення ручного годинника та іншої апаратури. Елементи РЦ-55УС призначені для медичної апаратури, зокрема для медичних приладів, що вживлюються. Елементи РЦ-31С і РЦ-33С працюють 1,5 року при струмах відповідно 10 і 18 мкА, а елемент РЦ-55УС забезпечує роботу медичних приладів, що вживлюються, протягом 5 років.

Ртутні елементи працездатні в інтервалі температур від 0 до +50oС, є холодостійкі РЦ-83Х і РЦ-85У та теплостійкі елементи РЦ-82Т та РЦ-84, які здатні працювати при температурі до +70oС. Є модифікації елементів, у яких замість цинкового порошку (негативний електрод) використовуються сплави індію та титану.

Оскільки ртуть дефіцитна та токсична, ртутні елементи не слід викидати після їх повного використання. Вони мають надходити на вторинну переробку.

Срібні елементи

Вони мають "срібні" катоди з Ag2O та AgO. Напруга у них на 0,2 В вище, ніж у вугільно-цинкових за порівнянних умов [1]. Літієві елементи У них застосовуються літієві аноди, органічний електроліт та катоди з різних матеріалів. Вони мають дуже великі терміни зберігання, високі щільності енергії і працездатні в широкому інтервалі температур, оскільки не містять води.

Так як літій має найвищий негативний потенціал по відношенню до всіх металів, літієві елементи характеризуються найбільшою номінальною напругою при мінімальних габаритах Як розчинники в таких елементах зазвичай використовуються органічні сполуки. Також розчинниками можуть бути неорганічні сполуки, наприклад SOCl2, які одночасно є реактивними речовинами.

Іонна провідність забезпечується введенням у розчинники солей, що мають аніони великих розмірів, наприклад LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. Питома електрична провідність неводних розчинів електролітів на 1...2 порядку нижча за провідність водних. Крім того, катодні процеси в них зазвичай протікають повільно, тому елементи з неводними електролітами щільності струму невеликі.

До недоліків літієвих елементів слід віднести їх відносно високу вартість, обумовлену високою ціною літію, особливими вимогами до їх виробництва (необхідність інертної атмосфери, очищення неводних розчинників). Слід також враховувати, що деякі літієві елементи при їх розтині вибухонебезпечні.

Такі елементи зазвичай виконуються в кнопковому виконанні з напругою 1,5 і 3 В. Вони успішно забезпечують живленням схеми зі споживанням порядку 30 мкА в постійному або 100 мкА в переривчастому режимах.

Літійові елементи широко застосовуються в резервних джерелах живлення схем пам'яті, вимірювальних приладах та інших високотехнологічних системах.

Назад (Вступ)

Вперед (батарейки провідних фірм світу)

Дивіться інші статті розділу Батарейки та акумулятори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Купальники серед пустелі 13.01.2007

Більшість своєї історії Сахара була пустелею. Приблизно кожні сто тисяч років через особливості орбіти Землі та зміни нахилу її осі ця частина Африки переживає вологий період тривалістю близько 5000 років.

Німецькі геологи та археологи, що працюють на сході Сахари, виявили, що всього 5500 років тому на місці пустелі були савана з багатою рослинністю та озерами. Потім дощі стали рідкісними, і населенню довелося мігрувати на схід, у долину Нілу, де завдяки цій зміні клімату зародилася велика цивілізація Єгипту.

Археологи виявили наскельні малюнки, що зображають людей, що плавають в озері. У двох з них на ногах можна побачити щось на зразок ласт.

Інші цікаві новини:

▪ Акумулятор ZMI 20 25000 мАг

▪ Твердотільні джерела світла: рішення від ON Semicinductor

▪ Захитування перед сном покращує пам'ять

▪ Дієта може змінити смак цукру

▪ Робот-орел

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Інструменти та механізми для сільського господарства. Добірка статей

▪ стаття Юнак блідий з палаючим поглядом. Крилатий вислів

▪ стаття Яка тема в радянській фантастиці була настільки заїжджена, що розповіді про неї не приймалися журналами для публікації? Детальна відповідь

▪ стаття Судно на пляшках. Особистий транспорт

▪ стаття Що таке металошукач? Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Сто палаючих сигарет в одній руці. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт