Текст книги "Батарейки и аккумуляторы"

Автор книги: В Лаврус

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 3 страниц)

Лаврус В С
Батарейки и аккумуляторы

В.С.Лаврус

Батарейки и аккумуляторы

Серия "Информационное Издание", Выпуск 1

В книге изложены сведения о конструкции, принципах действия и характерных особенностях химических источников тока (батареек и аккумуляторов).

Как самому выбрать необходимые вам батарейки и аккумуляторы, как правильно их заряжать и восстанавливать, вы узнаете из этой книги.

Оглавление

Введение

Глава 1. Гальванические источники тока одноразового действия

1.1. Типы гальванических элементов

1.2. Батарейки ведущих фирм мира

Глава 2. Аккумуляторы

2.1. Кислотные аккумуляторы

2.1.1. Стационарные свинцовые аккумуляторы

2.1.2. Автомобильные аккумуляторы

2.1.3. Устройства для заряда аккумуляторов

2.2. Герметичные аккумуляторы

2.2.1. Аккумуляторы, технология "dryfit"

2.2.2. Герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы

Список литературы

Термины и определения

Анод – положительный вывод батареи.

Батарея – два или более элементов, соединенных последовательно или (и) параллельно для обеспечения нужного напряжения и тока.

Внутреннее сопротивление – сопротивление току через элемент, измеренное в Омах. Иногда называется внутренним импедансом.

Выход энергии – расход емкости, умноженный на среднее напряжение в течение времени разряда батарей, выраженный в Ватт-часах (Втч).

Емкость – количество электрической энергии, которое батарея выделяет при определенных условиях разряда, выраженное в ампер-часах (Ач) или кулонах (1 Ач = 3600 Кл).

Заряд – электрическая энергия, передаваемая элементу, с целью преобразования в запасаемую химическую энергию.

Катод – отрицательный вывод батареи.

Компенсационный подзаряд – метод, при котором для приведения батареи в полностью заряженное состояние и поддержания ее в этом состоянии используется постоянный ток.

Напряжение отсечки – минимальное напряжение, при котором батарея способна отдавать полезную энергию при определенных условиях разряда.

Напряжение холостого хода – напряжение на внешних зажимах батареи при отсутствии отбора тока.

Номинальное напряжение – напряжение на полностью заряженной батарее при ее разряде с очень низкой скоростью.

Плавающий заряд – метод поддержания подзаряжаемой батареи в полностью заряженном состоянии путем подачи выбранного постоянного напряжения для компенсации в ней различных потерь.

Плотность энергии – отношение энергии элемента к его массе или объему, выраженное в Ватт-часах на единицу массы или объема.

Поляризация – падение напряжения, вызванное изменениями химических композиций компонентов элементов (разница между напряжением холостого хода и напряжением в любой момент разряда).

Разряд – потребление электрической энергии от элемента во внешнюю цепь. Глубокий разряд – это состояние, в котором практически вся емкость элемента израсходована. Неглубокий разряд – это разряд, при котором израсходована малая часть полной емкости.

Сепаратор – материал, используемый для изоляции электродов друг от друга. Он иногда удерживает электролит в сухих элементах.

Срок хранения – период времени, в течение которого, элемент хранящийся при нормальных условиях (20oC), сохраняет 90% первоначальной емкости.

Стабильность – однородность напряжения, при котором батарея отдает энергию в течение полного режим разряда.

Элемент – базовая единица, способная преобразовывать химическую энергию в электрическую. Он состоит из положительного и отрицательного электродов, погруженных в общий электролит.

Электрод – проводящий материал, способный при реакции с электролитом производить носителей тока.

Электролит – материал, проводящий носителей заряда в элементе.

Цикл – одна последовательность заряда и разряда элемента.

Английские термины

A battery – батарея накала

acid storage battery – батарея кислотных (свинцовых) аккумуляторов

air battery – воздушно-металлический элемент

alkaline battery – (первичный) щелочной элемент

alkaline battery – щелочной марганцево-цинковый элемент

alkaline dry battery – сухой ртутно-цинковый элемент

alkaline dry battery – сухой щелочной элемент

alkaline manganese battery – щелочной марганцево-цинковый элемент

alkaline storage battery – батарея щелочных аккумуляторов

alkaline storage battery – щелочной аккумулятор

anode battery – анодная батарея

B battery – анодная батарея

Bansen battery – (азотно-кислотно-цинковый) элемент Бунзена

bag-type battery – стаканчиковый (первичный) элемент с куколкой

balancing battery – буферная батарея

battery – батарея

bias battery – элемент батареи смещения, элемент сеточной батареи

biasing battery – батарея смещения, сеточная батарея

bichromate battery – (первичный) элемент с дихроматным раствором

buffer battery – буферная батарея

bypass battery – буферная батарея

C battery – батарея смещения, сеточная батарея

Clark battery – (ртутно-цинковый) элемент Кларка

cadmium normal battery – (ртутно-кадмиевый) нормальный элемент Вестона

cadmium-silver-oxide battery – оксидно-кадмиевый гальванический элемент

carbon battery – (первичный) элемент с угольным электродом

carbon-zinc battery – (сухой) элемент с цинковым анодом и угольным катодом

cell – элемент, ячейка, гальванический элемент (первичный элемент, аккумулятор или топливный элемент)

chemical battery – батарея химических источников тока

chargeable battery – перезаряжаемый элемент

cooper-zinc battery – медно-цинковый элемент

counter (electromotive) battery – противодействующий элемент

Daniel battery – (медно-цинковый) элемент Даниеля

decomposition battery – элемент с (побочной) реакцией электролитического разложения

dichromate battery – (первичный) элемент с дихроматным раствором

displacement battery – элемент с (побочной) реакцией электролитического замещения

divalent silver oxide battery – элемент с оксидированием серебра до двухвалентного состояния

double-fluid battery – двухжидкостный элемент

drum storage – батарея никель-цинковых аккумуляторов

dry battery – сухой элемент

dry battery – сухая батарея

dry-charged battery – батарея сухозаряженных аккумуляторов

dry-charged battery – сухозаряженный аккумулятор

Edison battery – никель-железный аккумулятор

electric battery – гальваническая батарея (батарея первичных элементов, аккумуляторов или топливных элементов)

electric battery – гальванический элемент (первичный элемент), аккумулятор или топливный элемент

emergency batteries – батареи аккумуляторов аварийного питания

emergency battery – батарея аварийного питания

end batteries – запасные аккумуляторные батареи

Faradey battery – ячейка Фарадея

Faure storage battery – батарея аккумуляторов с пастированными пластинами

filament battery – батарея накала

floating battery – запасная батарея аккумуляторов (включаемая параллельно основной батарее)

Grenet battery – (дихроматно-цинковый) элемент Грене

galvanic battery – электрохимическая ячейка в режиме гальванического элемента

grid battery – сеточная батарея, батарея смещения

grid-bias battery – батарея смещения, сеточная батарея

Lalande battery – (щелочной оксидмедно-цинковый) элемент Лаланда

Leclanche battery – (марганцево-цинковый) элемент Лекланше

lead (-acid) battery – кислотный (свинцовый) аккумулятор

lead-acid (lead-storage) battery – батарея свинцовых (кислотных) аккумуляторов

lead-calcium battery – свинцово-кальциевый элемент

lead-dioxide primary battery – первичный элемент из диоксида свинца

line battery – буферная батарея

lithium battery – элемент с литиевым анодом

lithium-iron sulfide secondary battery -хлориджелезно-литиевый аккумулятор

lithium-silver chromate battery -хроматосеребряно-литиевый элемент

lithium-water battery – водно-литиевый элемент

long wet-stand life battery – батарея аккумуляторов с длительным сроком хранения в залитом состоянии

magnesium battery – первичный элемент с магниевым анодом

magnesium mercuric oxide battery -магниевая-оксид-ртутная батарея

magnesium-cuprous chloride battery -хлоридмедно-магниевый элемент

magnesium-silver chloride battery -хлоридсеребряно-магниевый элемент

magnesium-water battery – водно-магниевый элемент

mercury battery – (сухой) ртутно-цинковый элемент

mercury battery – батарея (сухих) ртутно-цинковых элементов

metal-air storage battery – воздушно-металлический аккумулятор

nicad (nickel-cadmium) battery – батарея никель-кадмиевых аккумуляторов

nickel-cadmium battery – никель-кадмиевый аккумулятор

nickel-iron battery – никель-железный аккумулятор

nickel-iron battery – батарея никель-железных аккумуляторов

Plante battery – свинцовый (кислотный) аккумулятор с полотняным сепаратором

pilot battery – контрольный аккумулятор батареи

plate battery – анодная батарея

plug-in battery – сменная батарея

portable battery – переносная батарея

primary battery – (первичный) элемент

primary battery – батарея (первичных) элементов

quiet battery – микрофонная батарея

Ruben battery – (сухой) ртутно-цинковый элемент

rechargeable battery – батарея аккумуляторов

rechargeable battery – батарея перезаряжаемых элементов

reserve battery – гальванический элемент резервной батареи

ringing battery – вызывная (телефонная) батарея

sal-ammoniac battery – (первичный) элемент с растворами солей аммония

saturated standard battery – насыщенный нормальный элемент

sealed battery – герметичный аккумулятор

sealed battery – герметичный (первичный) элемент

secondary battery – батарея аккумуляторов

signaling battery – вызывная (телефонная) батарея

silver-cadmium storage battery – батарея серебряно-кадмиевых аккумуляторов

silver-oxide battery – (первичный) элемент с серебряным катодом

silver-zinc primary battery – серебряно-цинковый первичный элемент

silver-zinc storage battery – батарея серебряно-цинковых аккумуляторов

solar battery – солнечная батарея

standard Daniel battery – (медно-цинковый) нормальный элемент Даниеля

standby battery – батарея аварийного питания

stationary battery – стационарная батарея аккумуляторов

storage battery – батарея аккумуляторов

talking battery – микрофонная батарея

Voltaic battery – элемент Вольта; элемент с металлическими электродами и жидким электролитом

Weston (standard) battery – (ртутно-кадмиевый) нормальный элемент Вестона

wet battery – элемент с жидким электролитом

zinc-air battery – батарея воздушно-цинковых элементов

zinc-chlorine battery – хлорно-цинковый аккумулятор

zinc-coper-oxide battery – оксидмедно-цинковый элемент

zinc-iron battery – железоцинковый элемент

zinc-manganese dioxide battery – батарея марганцево-цинковых элементов

zinc-mercury-oxide battery – оксидртутно-цинковый элемент

zinc-nickel battery – батарея никель-цинковых аккумуляторов

zinc-silver-chloride primary battery -хлоридсеребряно-цинковый первичный элемент

ВВЕДЕНИЕ

Химические источники тока (ХИТ) в течении многих лет прочно вошли в нашу жизнь. В быту потребитель редко обращает внимание на отличия используемых ХИТ. Для него это батарейки и аккумуляторы. Обычно они используются в устройствах таких, как карманные фонари, игрушки, радиоприемники или автомобили.

Чаще всего, различают батарейки и аккумуляторы по внешнему виду. Но существуют аккумуляторы, конструктивно выполненные также как и батарейки. Например внешний вид аккумулятор КНГ-1Д мало отличается от классических пальчиковых батареек R6C. И наоборот. Аккумуляторы и батарейки дисковой конструкции внешне также неразличимы. Например аккумулятор Д-0,55 и кнопочный ртутный элемент (батарейка) РЦ-82.

Для того, чтобы различать их потребителю необходимо обращать внимание на маркировку, нанесенную на корпус ХИТ. Маркировки, наносимые на корпуса батареек и аккумуляторов описаны в главе 1 и 2 на рисунках и в таблицах. Это необходимо для правильного выбора питающего элемента для вашего устройства.

Появление переносной аудио, видео и другой более энергоемкой аппаратуры потребовало увеличения энергоемкости ХИТ, их надежности и долговечности.

В данной книге описываются технические характеристики и способы выбора оптимального ХИТ, способы заряда, восстановления, эксплуатации и продления срока использования аккумуляторов и батареек.

Читателю следует обратить внимание на предостережения относительно безопасности и утилизации ХИТ.

В том случае, когда потребляемая мощность относительно велика (10Ач), используются аккумуляторы, в основном кислотные, а также никель-железные и никель-кадмиевые. Они применяются в портативных ЭВМ (Laptop, Notebook, Palmtop), носимых средствах связи, аварийном освещении и пр.

Автомобильные аккумуляторы занимают особое место в книге. Приводятся схемы устройств для зарядки и восстановления аккумуляторов, а также описываются новые, созданные по технологии "dryfit", герметичные аккумуляторы, не требующие ухода в течении 5...8 лет эксплуатации. Они не оказывают вредного воздействия на людей и аппаратуру.

В последние годы такие аккумуляторы широко применяются в резервных источниках питания ЭВМ и электромеханических системах, накапливающих энергию для возможных пиковых нагрузок и аварийного питания электроэнергией жизненно-важных систем.

В начале каждой главы приведен словарь специальных английских терминов, которые используются в описаниях и при маркировке батареек и аккумуляторов. В конце книги находится сводный отрезной словарь терминов.

Основные характеристики ХИТ широкого спектра применения, представляющих практический интерес, приведены в таблице В.1.

ГЛАВА 1

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА ОДНОРАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ

Гальванические источники тока одноразового действия представляют собой унифицированный контейнер, в котором находятся электролит, абсорбируемый активным материалом сепаратора, и электроды (анод и катод), поэтому они называются сухими элементами. Этот термин используется применительно ко всем элементам, не содержащим жидкого электролита. К обычным сухим элементам относятся углеродно-цинковые элементы или элементы Лекланше [1].

Сухие элементы применяются при малых токах и прерывистых режимах работы. Поэтому такие элементы широко используются в телефонных аппаратах, игрушках, системах сигнализации и др.

Поскольку спектр приборов, в которых используются сухие элементы, весьма широк и, кроме того требуется их периодическая замена, существуют нормы на их габариты [1]. Следует подчеркнуть, что габариты элементов, приведенные в таблицах 1.1 и 1.2, выпускаемые различными изготовителями могут несколько отличаться в части расположения выводов и других особенностей, оговоренных в их спецификациях.

В процессе разряда напряжение сухих элементов падает от номинального до напряжения отсечки (напряжение отсечки -минимальное напряжение, при котором батарея способна отдавать минимальную энергию), т.е. обычно от 1,2 В до 0,8 В/элемент в зависимости от особенностей применения. В случае разряда при подключении к элементу постоянного сопротивления после замыкания цепи напряжение на его выводах резко уменьшается до некоторой величины, несколько меньшей исходного напряжения. Ток, протекающий при этом, называется начальным током разряда.

Функциональные возможности сухого элемента зависят от потребления тока, напряжения отсечки и условий разряда. Эффективность элемента повышается по мере уменьшения тока разряда. Для сухих элементов непрерывный разряд за время меньше 24ч может быть отнесен к категории разряда с высокой скоростью.

Электрическая емкость сухого элемента оговаривается для разряда через фиксированное сопротивление при заданном конечном напряжении в часах в зависимости от начального разряда и представляется графиком или таблицей. Целесообразно использовать график или таблицу изготовителя для конкретной батареи. Это обусловлено не только необходимостью учета особенностей изделия, но и тем, что каждый изготовитель дает свои рекомендации по наилучшему использованию его продукции. В таблице 1.3 и таблице 1.5 представлены технические характеристики гальванических элементов, наиболее распространенных в последнее время на прилавках наших магазинов.

Внутреннее сопротивление батареи может ограничивать необходимый ток, например при использовании в фотовспышке. Начальный стабильный ток, который может кратковременно давать батарея, называется током вспышки. В обозначении типа элемента присутствуют буквенные обозначения, которым соответствуют токи вспышки и внутреннее сопротивление элемента, измеренные на постоянном и переменном токе (таблица 1.4 [1]). Ток вспышки и внутреннее сопротивление весьма сложны для измерений, причем элементы могут иметь длительный срок хранения, но при этом ток вспышки может уменьшаться.

1.1. ТИПЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Угольно-цинковые элементы

Угольно-цинковые элементы (марганец-цинковые) являются самыми распространенными сухими элементами. В угольно-цинковых элементах используется пассивный (угольный) коллектор тока в контакте с анодом из двуокиси марганца (MnO2), электролит из хлорида аммония и катодом из цинка. Электролит находится в пастообразном состоянии или пропитывает пористую диафрагму. Такой электролит мало подвижен и не растекается, поэтому элементы называются сухими.

Номинальное напряжение угольно-цинкового элемента составляет 1,5 В.

Сухие элементы могут иметь цилиндрическую, рис.1.1, дисковую рис.1.2 и прямоугольную форму. Устройство прямоугольных элементов аналогично дисковым. Цинковый анод выполнен в виде цилиндрического стакана, одновременно являющимся контейнером. Дисковые элементы состоят из цинковой пластины, картонной диафрагмы, пропитанной раствором электролита, и спрессованного слоя положительного электрода. Дисковые элементы последовательно соединяют друг с другом, полученную батарею изолируют и упаковывают в футляр.

Угольно-цинковые элементы "восстанавливаются" в течении перерыва в работе. Это явление обусловлено постепенным выравниванием локальных неоднородностей в композиции электролита, возникающих в процессе разряда. В результате периодического "отдыха" срок службы элемента продлевается.

На рис. 1.3 представлена трехмерная диаграмма, показывающая увеличение продолжительности работы D-элемента при использовании прерывистого режима работы в сравнении с постоянным. Это следует учитывать при интенсивной эксплуатации элементов (и использовать несколько комплектов для работы с тем, чтобы один комплект имел достаточный период времени для восстановления работоспособности. Например, при эксплуатации плеера не рекомендуется использовать один комплект батареек более двуo часов подряд. При смене двух комплектов продолжительность работы элементов увеличивается в три раза.

Достоинством угольно-цинковых элементов является их относительно низкая стоимость. К существенным недостаткам следует отнести значительное снижение напряжения при разряде, невысокую удельную мощность (5...10 Вт/кг) и малый срок хранения.

Низкие температуры снижают эффективность использования гальванических элементов, а внутренний разогрев батареи его повышает. Влияние температуры на емкость гальванического элемента показана на рис. 1.4. Повышение температуры вызывает химическую коррозию цинкового электрода водой, содержащейся в электролите, и высыхание электролита. Эти факторы удается несколько компенсировать выдержкой батареи при повышенной температуре и введением внутрь элемента, через предварительно проделанное отверстие, солевого раствора.

Щелочные элементы

Как и в угольно-цинковых, в щелочных элементах используется анод из MnO2 и цинковый катод с разделенным электролитом.

Отличие щелочных элементов от угольно-цинковых заключается в применении щелочного электролита, в следствии чего газовыделение при разряде фактически отсутствует, и их можно выполнять герметичными, что очень важно для целого ряда их применений.

Напряжение щелочных элементов примерно на 0,1 В меньше, чем угольно-цинковых, при одинаковых условиях. Следовательно эти элементы взаимозаменяемы.

Напряжение элементов с щелочным электролитом изменяется значительно меньше, чем у элементов с солевым электролитом. Элементы с щелочным электролитом также имеют более высокие удельную энергию (65...90 Втч/кг), удельную мощность (100...150 кВтч/м3) и более длительный срок хранения.

Зарядка марганцево-цинковых элементов и батарей

Производится асимметричным переменным током. Заряжать можно элементы с солевым или щелочным электролитом любой концентрации, но не слишком разряженные и не имеющие повреждений цинковых электродов. В пределах срока годности, установленного для данного типа элемента или батареи, можно производить многократное (6...8 раз) восстановление работоспособности [2].

Зарядка сухих батарей и элементов производятся от специального устройства, позволяющего получить зарядный ток необходимой формы: при соотношении зарядной и разрядной составляющей 10:1 и отношении длительности импульсов этих составляющих 1:2. Это устройство позволяет заряжать батарейки для часов и активизировать старые малогабаритные аккумуляторы. При зарядке батареек для часов, зарядный ток не должен превышать 2 мА. Время заряда не более 5 часов. Схема такого устройства для зарядки батарей показана на рис. 1.5.

Здесь заряжаемая батарея включена через две параллельно включенные цепочки диодов с резисторами. Асимметричный ток заряда получается в следствии различия сопротивлений резисторов. Окончание заряда определяется по прекращению роста напряжения на батарее. Напряжение вторичной обмотки трансформатора зарядного устройства выбирается так, чтобы выходное напряжение превышало номинальное напряжение элемента на 50...60%.

Время заряда батарей с помощью описанного устройства должно быть порядка 12...16 часов. Зарядная емкость должна быть примерно на 50% больше номинальной емкости батареи.

Ртутные элементы

Ртутные элементы очень похожи на щелочные элементы. В них используется оксид ртути (HgO). Катод состоит из смеси порошка цинка и ртути. Анод и катод разделены сепаратором и диафрагмой, пропитанной 40% раствором щелочи.

Эти элементы имеют длительные сроки хранения и более высокие емкости (при том же объеме). Напряжение ртутного элемента примерно на 0,15 В ниже, чем у щелочного.

Ртутные элементы отличаются высокой удельной энергией (90...120 Втч/кг, 300...400 кВтч/м3), стабильностью напряжения и высокой механической прочностью.

Для малогабаритных приборов созданы модернизированные элементы типов РЦ-31С, РЦ-33С и РЦ-55УС. Удельная энергия элементов РЦ-31С и РЦ-55УС – 600 кВтч/м3, элементов РЦ-33С -700 кВтч/м3. Элементы РЦ-31С и РЦ-33С применяются для питания ручных часов и другой аппаратуры. Элементы РЦ-55УС предназначены для медицинской аппаратуры, в частности для вживляемых медицинских приборов.

Элементы РЦ-31С и РЦ-33С работают 1,5 года при токах соответственно 10 и 18 мкА, а элемент РЦ-55УС обеспечивает работу вживляемых медицинских приборов в течении 5 лет. Как следует из таблицы 1.6, номинальная емкость этих элементов не соответствует их обозначению.

Ртутные элементы работоспособны в интервале температур от 0 до +50oС, имеются холодостойкие РЦ-83Х и РЦ-85У и теплостойкие элементы РЦ-82Т и РЦ-84, которые способны работать при температуре до +70oС. Имеются модификации элементов, в которых вместо цинкового порошка (отрицательный электрод) используются сплавы индия и титана.

Так как ртуть дефицитна и токсична, ртутные элементы не следует выбрасывать после их полного использования. Они должны поступать на вторичную переработку.

Серебряные элементы

Они имеют "серебряные" катоды из Ag2O и AgO. Напряжение у них на 0,2 В выше, чем у угольно-цинковых при сопоставимых условиях [1].

Литиевые элементы

В них применяются литиевые аноды, органический электролит и катоды из различных материалов. Они обладают очень большими сроками хранения, высокими плотностями энергии и работоспособны в широком интервале температур, поскольку не содержат воды.

Так как литий обладает наивысшим отрицательным потенциалом по отношению ко всем металлам, литиевые элементы характеризуются наибольшим номинальным напряжением при минимальных габаритах (рис. 1.6). Технические характеристики литиевых гальванических элементов приведены в таблице 1.7.

В качестве растворителей в таких элементах обычно используются органические соединения. Также растворителями могут быть неорганические соединения, например, SOCl2, которые одновременно являются реактивными веществами.

Ионная проводимость обеспечивается введением в растворители солей, имеющих анионы больших размеров, например: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. Удельная электрическая проводимость неводных растворов электролитов на 1...2 порядка ниже проводимости водных. Кроме того, катодные процессы в них обычно протекают медленно, поэтому в элементах с неводными электролитами плотности тока невелики.

К недостаткам литиевых элементов следует отнести их относительно высокую стоимость, обусловленную высокой ценой лития, особыми требованиями к их производству (необходимость инертной атмосферы, очистка неводных растворителей). Следует также учитывать, что некоторые литиевые элементы при их вскрытии взрывоопасны.

Такие элементы обычно выполняются в кнопочном исполнении с напряжением 1,5 В и 3 В. Они успешно обеспечивают питанием схемы с потреблением порядка 30 мкА в постоянном или 100 мкА в прерывистом режимах. Литиевые элементы широко применяются в резервных источниках питания схем памяти, измерительных приборах и прочих высокотехнологичных системах.

1.2. БАТАРЕЙКИ ВЕДУЩИХ ФИРМ МИРА

В последние десятилетия возрос объем производства щелочных аналогов элементов Лекланше, в том числе воздушно-цинковых (см. таблицу В1).

Так, например в Европе производство щелочных марганцево-цинковых элементов стало развиваться в 1980 г., а в 1983 г. оно достигло уже 15% общего выпуска [10].

Использование свободного электролита ограничивает возможности применения автономных и в основном используется в стационарных ХИТ. Поэтому многочисленные исследования направлены на создание так называемых сухих элементов, или элементов с загущенным электролитом, свободных от таких элементов, как ртуть и кадмий, которые представляют серьезную опасность для здоровья людей и окружающей среды.

Такая тенденция является следствием преимуществ щелочных ХИТ в сравнении с классическими солевыми элементами:

существенное повышение разрядных плотностей тока за счет применения пастированного анода;

повышение емкости ХИТ за счет возможности увеличения закладки активных масс;

создание воздушно-цинковых композиций (элементы типа 6F22) за счет большей активности существующих катодных материалов в реакции электровосстановления дикислорода в щелочном электролите [11].

Батарейки компании Duracell (США)

Фирма Duracell – признанный лидер в мире по производству щелочных гальванических источников одноразового действия. История фирмы насчитывает более 40 лет.

Сама фирма расположена в Соединенных Штатах Америки. В Европе ее заводы находятся в Бельгии. По мнению потребителей как у нас, так и за рубежом по популярности, продолжительности использования и соотношению цены и качества батарейки фирмы Duracell занимают ведущее место.

Появление Duracell на рынке Украины привлекло внимание наших потребителей.

Плотности разрядного тока в литиевых источниках не велики (по сравнению с другими ХИТ), порядка 1 мА/см2 (см. стр.14). При гарантированном сроке хранения 10 лет и разряде малым током рационально использовать литиевые элементы Duracell в высокотехнологичных системах.

Запатентованная в США технология EXRA-POWER с применением двуокиси титана (TiO2) и других технологических особенностей способствует повышению мощности и эффективности использования марганцево-цинковых ХИТ фирмы Duracell.

Внутри стального корпуса щелочных элементов "Duracell" расположен цилиндрический графитовый коллектор, в котором находится пастообразный электролит в контакте с игольчатым катодом.

Гарантированный срок хранения элементов 5 лет, и при этом – емкость элемента, указанная на упаковке, гарантируется в конце срока хранения.

Технические характеристики ХИТ фирмы Duracell приведены в таблице 1.8.

Батарейки концерна Varta (Германия)

Концерн Varta – один из мировых лидеров по производству ХИТ. 25 заводов концерна расположены в более чем 100 странах мира и выпускают более 1000 наименований аккумуляторов и батареек.

Основные производственные мощности занимает Департамент стационарных промышленных аккумуляторов. Однако порядка 600 наименований гальванических элементов от батареек для часов до герметичных аккумуляторов производятся на заводах концерна Департаментом приборных батарей в США, Италии, Японии, Чехии и т.д., при гарантии неизменного качества вне зависимости от географического расположения завода. В фотографической камере первого человека, ступившего на Луну, были установлены батарейки концерна Varta.

Они достаточно хорошо известны нашим потребителям и пользуются устойчивым спросом.

Технические характеристики ХИТ концерна Varta с указанием отечественных аналогов приведены в таблице 1.9.

ГЛАВА 2

АККУМУЛЯТОРЫ

Аккумуляторы являются химическими источниками электрической энергии многоразового действия. Они состоят из двух электродов (положительного и отрицательного), электролита и корпуса. Накопление энергии в аккумуляторе происходит при протекании химической реакции окисления-восстановления электродов. При разряде аккумулятора происходят обратные процессы. Напряжение аккумулятора – это разность потенциалов между полюсами аккумулятора при фиксированной нагрузке.

Для получения достаточно больших значений напряжений или заряда отдельные аккумуляторы соединяются между собой последовательно или параллельно в батареи. Существует ряд общепринятых напряжений для аккумуляторных батарей: 2; 4; 6; 12; 24 В.

Количество аккумуляторов, необходимое для укомплектования батареи при последовательном соединении, определяется по формуле:

N = Uп / Uа, где

N – число аккумуляторных батарей,

Uп – напряжение питания потребителя,

Uа – напряжение одного полностью заряженного аккумулятора.

Под отдаваемой емкостью следует понимать максимальное количество электричества в кулонах (ампер часах) ( 1 Ач = 3600 Кл), которое аккумулятор отдает при разряде до выбранного конечного напряжения. В условном обозначении типа аккумулятора приводится номинальная емкость, т.е. емкость при нормальных условиях разряда (при разряде номинальным током и, обычно, при температуре 20oС).

Аккумуляторы следует выбирать по следующим параметрам:

коэффициент отдачи – это отношение количества электричества в кулонах (Ач)* [3], отданного аккумулятором при полном разряде, к количеству электричества, полученному при заряде;

коэффициент полезного действия аккумулятора – это отношение количества электричества, Кл (Ач)*, которое он отдает потребителю, разряжаясь до установленного предела для продолжения нормальной работы последнего, к количеству, полученному им при заряде, Кл (Ач)*.