Бесплатная техническая библиотека

Глава 1. Гальванические источники тока одноразового действия

1.1. Типы гальванических элементов

Справочник / Батарейки и аккумуляторы

 Комментарии к статье

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].

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.

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. 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, дисковую 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 течение 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. 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. 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. Заряжаемая батарея включается 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 течение 5 лет.

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 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.

Назад (Введение)

Вперед (Батарейки ведущих фирм мира)

Смотрите другие статьи раздела Батарейки и аккумуляторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Климат влияет на длительность беременности 07.11.2025

Беременность традиционно воспринимается как естественный биологический процесс с предсказуемыми сроками, однако современные исследования все чаще доказывают, что на ее продолжительность влияют факторы, выходящие далеко за пределы медицины. Среди них особое место занимают климат и окружающая среда - именно эту взаимосвязь впервые подробно изучили ученые из Университета Кертина в Австралии. Их работа раскрывает, что экстремальные погодные условия способны не только вызывать преждевременные роды, но и, напротив, удлинять срок беременности. Команда исследователей проанализировала данные почти 400 тысяч новорожденных, появившихся на свет в Западной Австралии. Результаты оказались неожиданными: климатические колебания заметно влияли на организм будущих матерей, особенно у тех, кто рожал после 41-й недели беременности. По словам доктора Сильвестра Додзи Ньядана из Школы народного здоровья Университета Кертина, проблема перенашивания долгое время оставалась в тени, хотя ее последствия могут ...>>

Роботизированное кресло Toyota Walk Me 07.11.2025

Современные технологии все чаще пересекаются с медициной, эргономикой и социальной сферой. Компании стремятся не просто создавать машины, а делать устройства, которые расширяют возможности человека. Именно к этому направлению принадлежит новейшая разработка корпорации Toyota - роботизированное кресло Walk Me, впервые показанное на выставке Japan Mobility Show 2025. Оно демонстрирует, как инженерная мысль и забота о людях с ограниченной подвижностью могут соединяться в одном компактном устройстве. Внешне Walk Me напоминает нечто среднее между креслом и небольшим роботом. В отличие от привычных инвалидных колясок или тележек, новинка лишена колес - вместо них движение обеспечивают четыре механические ноги. Такая система позволяет креслу буквально "идти" по поверхности, адаптируясь к рельефу и уверенно преодолевая гравий, бордюры или даже лестницы. Создатели вдохновлялись природой - в частности, движениями коз и крабов, известных своей устойчивостью и ловкостью на пересеченной местн ...>>

Отцу полезно брать отпуск по уходу за ребенком 06.11.2025

Роль отцов в воспитании детей перестала восприниматься как второстепенная. Современные исследования все чаще доказывают, что участие папы в уходе за младенцем оказывает не только эмоциональное, но и долговременное развитие на психику и успехи ребенка. Новая работа ученых из Национального университета Сингапура добавила весомые аргументы в пользу того, что отцам стоит брать отпуск по уходу за ребенком - хотя бы на две недели. Исследование показало, что дети, чьи отцы проводили с ними больше времени в первые недели жизни, реже сталкиваются с трудностями в поведении и обучении. Такие дети проявляют лучшие результаты в тестах на математические и речевые способности и демонстрируют более устойчивое эмоциональное состояние. Ученые отмечают, что именно продолжительный отпуск дает мужчинам возможность установить прочную эмоциональную связь с ребенком и активнее участвовать в жизни семьи. Профессор Вэй-Джун Джин Ян, соавтор исследования, подчеркивает, что в большинстве азиатских стран дек ...>>

Случайная новость из Архива Сейсмические волны и аномалии в мантии Земли 28.08.2024 Изучение недр Земли с помощью сейсмических волн уже на протяжении многих десятилетий позволяет ученым раскрывать тайны, которые иначе остались бы скрытыми от нас. Одной из таких загадок являются так называемые предшественники PKP - сейсмические сигналы, которые возникают перед основными сейсмическими волнами, проходящими через ядро Земли. Эти сигналы вызывают множество вопросов, но недавнее исследование проливает новый свет на природу этой загадочной сейсмической энергии. Предшественники PKP представляют собой волны, которые распространяются из глубин Земли, в частности, из областей под Северной Америкой и западной частью Тихого океана. Ученые связывают эти сигналы с "зонами сверхнизких скоростей" - тонкими слоями в мантии, где сейсмические волны значительно замедляются. Эти зоны считаются источниками вулканической активности в таких местах, как Йеллоустоун, Гавайи, Самоа, Исландия и Галапагосские острова. Сейсмические волны уже давно используются для изучения внутреннего строения Земли. Например, благодаря анализу этих волн удалось охарактеризовать структуру твердого внутреннего ядра и даже отследить его движение. Однако предшественники PKP представляют особый интерес, поскольку они возникают, когда волны проходят через мантию - слой горячей породы толщиной около 2900 километров, находящийся между корой и металлическим ядром Земли. Команда ученых под руководством Торна сосредоточила внимание на том, как сейсмические волны рассеиваются, проходя через нерегулярные структуры в мантии. Эти рассеянные волны, как предполагается, и являются источниками предшественников PKP. Особую сложность представляет то, что волны проходят через мантию дважды - до и после пересечения жидкого наружного ядра. Это двойное путешествие затрудняет определение точного места возникновения предшественников: с какой стороны мантийного пути они появились - на стороне источника или приемника. Для решения этой задачи команда Торна, в которую входил ассистент профессора Сурья Пачхаи, разработала метод моделирования сейсмических волн. Этот метод позволил выявить важные эффекты, которые ранее оставались незамеченными. Используя передовые технологии и новые теоретические модели, исследователи проанализировали данные 58 землетрясений, произошедших вокруг Новой Гвинеи и зарегистрированных в Северной Америке. Новый метод позволил точно определить место рассеяния волн вдоль границы между внешним жидким ядром и мантией, известной как граница ядра и мантии, расположенная на глубине 2900 километров под поверхностью Земли. Исследование показало, что предшественники PKP, вероятно, возникают в зонах сверхнизких скоростей, которые образуются там, где тектонические плиты сталкиваются с границей между ядром и мантией в океанической коре. Работа ученых проливает свет на механизм формирования предшественников PKP и подчеркивает важность зон сверхнизких скоростей в мантийных процессах. Эти новые данные позволяют глубже понять внутренние процессы Земли и открывают новые перспективы для изучения ее недр.

Другие интересные новости:

▪ Отладочная плата MSP-EXP432P401R для интернета вещей

▪ Связь с датчиками сквозь стену

▪ Электропроводящий гель поможет создать гибких роботов

▪ IPS-мониторы LG 27GL850 с временем отклика в 1 мс

▪ Тунгусский метеорит - раз в тысячу лет

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Блоки питания. Подборка статей

▪ статья Быть можно дельным человеком... Крылатое выражение

▪ статья После показа какого мультфильма в больницы попало около 700 детей? Подробный ответ

▪ статья Ятеориза пальчатая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Еще об источниках питания с гасящим конденсатором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Карта определяется простым прикосновением. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025