Порівняльні характеристики гальванічних елементів типорозміру АА. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Порівняльні характеристики гальванічних елементів типорозміру АА. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи

Коментарі до статті

Сьогодні в магазинах та на ринках можна зустріти безліч різних гальванічних елементів. Які вибрати? Пропонована стаття допоможе ухвалити правильне рішення.

Для живлення різної радіоелектронної апаратури широко застосовують гальванічні елементи та батареї. Найбільшого поширення набули елементи типорозміру АА. На торгових прилавках можна зустріти подібні вироби різних фірм переважно двох електрохімічних систем: сольові та лужні. Нещодавно фірма Energizer розпочала випуск літієвих гальванічних елементів типорозміру АА напругою 1,5 В.

Найважливіша характеристика гальванічного елемента – ємність (кількість електрики, яку він здатний віддати у навантаження) – майже ніколи не вказана на етикетці. Покупцеві залишається орієнтуватися на телевізійні рекламні ролики про елементи, які "працюють до десяти разів довше за звичайні сольові", або повірити на слово фірмі Energizer, яка стверджує, що її нові літієві елементи е2 типорозміру АА працюють у п'ять разів довше за звичайні лужні [1]. Причому залишається цілком зрозумілим, які саме елементи названі " звичайними " .

Щоб кількісно порівняти параметри елементів різних електрохімічних систем необхідно випробувати їх в однакових умовах. Такі випробування були проведені з елементами трьох типів: сольовим Philips Long Life (ЕДС "свіжого" елемента - 1,65 В), лужним Duracell Ultra МОЗ (1,62 В) та літієвим Energizer е2 (1,8 В). Кожен був навантажений резистором номіналом 15 Ом, що відповідає початковому струму розрядки приблизно 100 мА. Для елементів типорозміру АА такий струм навантаження типовий. Розрядка проводилася циклами кілька годин на добу, що відповідає реальним умовам експлуатації. Цим пояснюються викиди напруги на розрядних кривих, показаних на рис. 1. Крива синього кольору відповідає сольовому елементу, червоного – лужному та зеленого – літієвому. За час "відпочинку" напруга на елементі будь-якого типу трохи зростала, але після підключення навантаження воно швидко знижувалося до мінімального попереднього циклу. Точками відзначені значення ЕРС елементів – напруги на них без навантаження.

Порівняльні характеристики гальванічних елементів типорозміру АА

Якщо прийняти як критерій повної розрядки елемента зменшення напруги на його навантаженні до 0,9 В, експериментально певна ємність сольового елемента склала 1 Ач, лужного - 2,9 Ач, а літієвого - 3,5 Ач. Отже, про жодні п'яти- і десятикратні відмінності в ємності елементів різних електрохімічних систем говорити не доводиться.

На рис. 2 наведено ще одну серію кривих.

Порівняльні характеристики гальванічних елементів типорозміру АА

Вони показують, як змінювалося внутрішній опір елементів у процесі розрядки. Відповідність між типом елемента та кольором кривої тут така сама, як на рис. 1. Значення внутрішнього опору R були обчислені за формулою

де Е - ЕРС елемента; U – напруга під навантаженням; RH – опір навантаження.

Внутрішній опір сольового та лужного елементів у міру розрядки монотонно зростає. А опір літієвого, різко зменшившись на початку розрядки, до її кінця залишається практично незмінним, та був настільки ж різко збільшується.

Звісно, проведені експерименти не можна назвати вичерпними. Місткість елемента не суворо фіксована величина, вона залежить від багатьох зовнішніх факторів. У різних елементів її максимум може досягатися при істотно різних умовах розрядки. Щоб зважити на все це, довелося б провести дуже велику, нереальну в аматорських умовах серію експериментів.

Проте спробуємо перевірити одержані результати розрахунком. Щоб оцінити теоретично максимально можливу ємність елементів різних електрохімічних систем, потрібно знати хімічний склад їх електродів, електроліту і хімічну реакцію, що відбувається в елементі. У сольових та лужних елементів катод – цинк, анод – двоокис марганцю. Саме з цієї причини такі елементи узагальнено називають марганцево-цинковими. Але електроліт у них різний: сіль (зазвичай хлорид амонію) або луг (гідроксід калію). За даними [2] у сольовому марганцево-цинковому елементі відбувається реакція

а в лужному

Про матеріал електродів та хімічну реакцію в літієвому елементі немає достовірних відомостей. Можна лише припустити, що електроди – літій та двоокис марганцю, а електроліт – розчин перхлорату літію в пропілен-карбонаті. Якщо цей здогад вірний, згідно [2] в літієвому елементі йде реакція

Використовуючи закон Фарадея, отримаємо вираз визначення ємності гальванічного елемента З, Ач:

де m – маса реагуючих речовин F = 96,5-103 Кл/г-екв – число Фарадея; n - валентність (для сольового та лужного гальванічних елементів - 2, для літієвого - 1); М – сумарна молекулярна маса реагуючих речовин.

Зважуємо гальванічні елементи типорозміру АА: сольовий - 17 г, лужний - 24 г, літієвий - 15 г Припустимо, що в порівнянні з масою реагуючих речовин маса корпусу елемента та речовин, що не беруть участі в реакції (вугільний електрод, електроліт у лужному та літієвому елементах) ), мізерно мала і нею можна знехтувати.

Сумарну молекулярну масу реагуючих речовин обчислимо з наведених вище рівнянь хімічних реакцій: у сольового – 346 г, у лужного – 257 г, у літієвого – 94 г. Підставляючи у формулу числові значення, отримаємо максимально можливу ємність сольового елемента – 2,6 А-ч , лужного – 5 А-год, літієвого – 4,3 Ач. Відмінності розрахованих значень ємності від виміряних можна пояснити досить грубими припущеннями, прийнятими під час розрахунку.

Тож п'яти- та десятикратних відмінностей не виявлено. Теоретична ємність лужного елемента приблизно вдвічі більша за сольову ємність, а літієвий не має в цьому відношенні ніякої переваги перед лужним. Це відповідає результатам експерименту. За підсумками всієї виконаної роботи можна зробити наступне:

1. Літієві гальванічні елементи мають найбільш стабільну напругу, найменший внутрішній опір, який практично не залежить від ступеня розрядженості, і найбільшою, хоча і не набагато, ємністю. Їх краще застосовувати для живлення апаратури з великим споживаним струмом, а також у пристроях, які автоматично відключаються при зниженні напруги джерела живлення (наприклад, цифрові фотоапарати).

2. Лужні елементи мають ємність, порівнянну з ємністю літієвих, також здатні віддавати в навантаження великий струм, проте при меншій напрузі. Їх краще застосовувати у пристроях із середнім струмом споживання без автоматичного контролю напруги. У багатьох випадках лужні елементи краще літієвих, оскільки вони в три-чотири рази дешевші.

3. Сольові елементи мають найменшу ємність та найбільший внутрішній опір. Їх доцільно застосовувати в апаратурі з малим споживаним струмом.

література

Energizer. Battery Products - <energizer-eu.com/en/e2_lithium/defeult.htm>.
Загорський В. Лекції з загальної та неорганічної хімії. Лекція 5. - <chem.msu.su/ukr/teaching/general/lection5.html#3>.

Автор: І.Подушкін, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи.

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

Матеріал, що робить невидимим 13.12.2020

Вчені з Південної Кореї розробили новий вид "шкіри", що маскує, яка дозволить військовим зливатися з навколишнім середовищем. Цей матеріал ховає людину не тільки від звичайних камер, а й від інфрачервоних камер нічного

Новий матеріал складається з "пікселів", які містять рідкі термохромні кристали, здатні змінювати колір. Матеріал також реагує на температуру навколишнього середовища - він здатний охолоджуватися або нагріватися, щоб "ховатись" від тепловізійних камер.

В експерименті дослідницька група продемонструвала роботу шкіри за допомогою пластиру, наклеєного на кисть руки. Руку поміщали різні фони і піддавали впливу різних температур. Наприклад, на блакитному тлі, матеріал також приймав блакитний забарвлення.

Незважаючи на це вражаюче досягнення, дослідницька група має ще багато роботи. Дослідники хочуть, щоб технологія самостійно реагувала на довкілля і відповідно змінювалася. В даний час дані, що дозволяють змінити колір, вводяться вручну за допомогою програми, але команда вже близька до рішення.

У найближчому майбутньому дослідники планують продемонструвати роботу більших ділянок "шкіри". Вчені також розробляють більш ефективні джерела харчування, які дозволять військовим використовувати технологію маскування в екстремальних умовах, наприклад в Арктиці або пустелі.

Інші цікаві новини:

▪ Компакт-диск з ніготь

▪ Відеокамера на прополюванні

▪ Мамонту поставили градусник

▪ Найдовговічніший сплав

▪ Прилад, керуючий сновидіннями

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Альтернативні джерела енергії. Добірка статей

▪ стаття Біант. Знамениті афоризми

▪ статья Який винахід людини першим подолав звуковий бар'єр? Детальна відповідь

▪ стаття Компасні румби, кутова розмітка. Поради туристу