Сравнительные характеристики гальванических элементов типоразмера АА. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы

 Комментарии к статье

Сегодня в магазинах и на рынках можно встретить множество различных гальванических элементов. Какие выбрать? Предлагаемая статья поможет принять правильное решение.

Для питания различной радиоэлектронной аппаратуры широко применяют гальванические элементы и батареи. Наибольшее распространение получили элементы типоразмера АА. На торговых прилавках можно встретить подобные изделия разных фирм в основном двух электрохимических систем: солевые и щелочные. Совсем недавно фирма Energizer начала выпуск литиевых гальванических элементов типоразмера АА напряжением 1,5 В.

Важнейшая характеристика гальванического элемента - емкость (количество электричества, которое он способен отдать в нагрузку) - почти никогда не указана на этикетке. Покупателю остается ориентироваться на телевизионные рекламные ролики об элементах, которые "работают до десяти раз дольше обычных солевых", или поверить на слово фирме Energizer, утверждающей, что ее новые литиевые элементы е2 типоразмера АА работают в пять раз дольше обычных щелочных [1]. Причем остается не вполне понятным, какие именно элементы названы "обычными".

Чтобы количественно сравнить параметры элементов разных электрохимических систем, необходимо испытать их в одинаковых условиях. Такие испытания были проведены с элементами трех типов: солевым Philips Long Life (ЭДС "свежего" элемента - 1,65 В), щелочным Duracell Ultra МЗ (1,62 В) и литиевым Energizer е2 (1,8 В). Каждый из них был нагружен резистором номиналом 15 Ом, что соответствует начальному току разрядки приблизительно 100 мА. Для элементов типоразмера АА такой ток нагрузки - типовой. Разрядка проводилась циклами по несколько часов в сутки, что соответствует реальным условиям эксплуатации. Этим объясняются "выбросы" напряжения на разрядных кривых, показанных на рис. 1. Кривая синего цвета соответствует солевому элементу, красного - щелочному и зеленого - литиевому. За время "отдыха" напряжение на элементе любого типа немного возрастало, но после подключения нагрузки оно быстро снижалось до минимального в предыдущем цикле. Точками отмечены значения ЭДС элементов - напряжения на них без нагрузки.

Если принять в качестве критерия полной разрядки элемента уменьшение напряжения на его нагрузке до 0,9 В, экспериментально определенная емкость солевого элемента составила 1 Ач, щелочного - 2,9 Ач, а литиевого - 3,5 Ач. Следовательно, ни о каких пяти- и десятикратных отличиях в емкости элементов разных электрохимических систем говорить не приходится.

На рис. 2 приведена еще одна серия кривых.

Они показывают, как изменялось внутреннее сопротивление элементов в процессе разрядки. Соответствие между типом элемента и цветом кривой здесь такое же, как на рис. 1. Значения внутреннего сопротивления R, были вычислены по формуле

где Е - ЭДС элемента; U - напряжение под нагрузкой; RH - сопротивление нагрузки.

Внутреннее сопротивление солевого и щелочного элементов по мере разрядки монотонно возрастает. А сопротивление литиевого, резко уменьшившись в начале разрядки, до самого ее конца остается практически неизменным, а затем столь же резко увеличивается.

Конечно, проведенные эксперименты нельзя назвать исчерпывающими. Емкость элемента не строго фиксированная величина, она зависит от многих внешних факторов. У разных элементов ее максимум может достигаться при существенно различающихся условиях разрядки. Чтобы учесть все это, пришлось бы провести очень большую, нереальную в любительских условиях серию экспериментов.

Однако попробуем проверить полученные результаты расчетом. Чтобы оценить теоретически максимально возможную емкость элементов различных электрохимических систем, нужно знать химический состав их электродов, электролита и происходящую в элементе химическую реакцию. У солевых и щелочных элементов катод - цинк, анод - двуокись марганца. Именно по этой причине такие элементы обобщенно называют марганцево-цинковыми. Но электролит в них разный: соль (обычно хлорид аммония) или щелочь (гидроксид калия). По данным [2] в солевом марганцево-цинковом элементе происходит реакция

а в щелочном

О материале электродов и химической реакции в литиевом элементе нет достоверных сведений. Можно лишь предположить, что электроды - литий и двуокись марганца, а электролит - раствор перхлората лития в пропилен-карбонате. Если эта догадка верна, согласно [2] в литиевом элементе идет реакция

Используя закон Фарадея, получим выражение для определения емкости гальванического элемента С, Ач:

где m - масса реагирующих веществ F = 96,5-103 Кл/г-экв - число Фарадея; n - валентность (для солевого и щелочного гальванических элементов - 2, для литиевого - 1); М - суммарная молекулярная масса реагирующих веществ.

Взвешиваем гальванические элементы типоразмера АА: солевой - 17 г, щелочной - 24 г, литиевый - 15 г Предположим, что по сравнению с массой реагирующих веществ масса корпуса элемента и веществ, не принимающих участия в реакции (угольный электрод, электролит в щелочном и литиевом элементах), ничтожно мала и ею можно пренебречь.

Суммарную молекулярную массу реагирующих веществ вычислим из приведенных выше уравнений химических реакций: у солевого - 346 г, у щелочного - 257 г, у литиевого - 94 г. Подставляя в формулу числовые значения, получим максимально возможную емкость солевого элемента - 2,6 А-ч, щелочного - 5 А-ч, литиевого - 4,3 Ач. Отличия рассчитанных значений емкости от измеренных можно объяснить довольно грубыми допущениями, принятыми при расчете.

Так что пяти- и десятикратных отличий не обнаружено. Теоретическая емкость щелочного элемента примерно вдвое больше емкости солевого, а литиевый не имеет в этом отношении никакого преимущества перед щелочным. Это соответствует результатам эксперимента. По итогам всей проделанной работы можно заключить следующее:

1. Литиевые гальванические элементы обладают наиболее стабильным напряжением, наименьшим внутренним сопротивлением, которое практически не зависит от степени разряженности, и наибольшей, хотя и не намного, емкостью. Их предпочтительнее применять для питания аппаратуры с большим потребляемым током, а также в устройствах, которые автоматически отключаются при снижении напряжения источника питания (например, цифровые фотоаппараты).

2. Щелочные элементы имеют емкость, сравнимую с емкостью литиевых, и также способны отдавать в нагрузку большой ток, однако при меньшем напряжении. Их лучше применять в устройствах со средним током потребления без автоматического контроля напряжения. Во многих случаях щелочные элементы предпочтительнее литиевых, поскольку они в три-четыре раза дешевле.

3. Солевые элементы имеют наименьшую емкость и наибольшее внутреннее сопротивление. Их целесообразно применять в аппаратуре с малым потребляемым током.

Литература

1. Energizer. Battery Products. - < energizer-eu.com/en/e2_lithium/ defeult.htm>.
2. Загорский В. Лекции по общей и неорганической химии. Лекция 5. - < chem.msu.su/rus/teaching/general/ lection5.html#3>.

Автор: И.Подушкин, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Увидь, понюхай, прикоснись - телевидение завтрашнего дня 25.11.2005 По словам японских специалистов, в 2020 году в домах поселится самое настоящее 3D телевидение. ТВ нового поколения позволит ощутить даже запахи и взаимодействовать с проецируемым изображением. Видео будет выводиться на требуемом для пользователя уровне через экран, установленный в полу. Только представьте, что в момент просмотра кулинарной программы мы сможем почувствовать приготовляемые блюда в реальном времени. Или, коснуться рекламируемой вещи, например - мягкого кожаного дивана. Конечно, описанные технологии пока кажутся фантастикой. Однако, сообщения о разработках проецированного 3D изображения поступают регулярно. Устройства для создания запахов также были описаны несколько лет назад, хотя возникло множество трудностей при их практической реализации. Передача прикосновений может осуществляться через ультразвук, электрическую стимуляцию и направленные потоки воздуха. Правительство Японии всерьез заинтересовалось созданием 3D телевидения, поставив также условие усовершенствовать системы перевода с разных языков и поиска информации в Интернет. В апреле следующего года в исследовательские центры страны поступит 9 миллиардов долларов, что ознаменует старт абсолютно нового поколения ТВ. Надеемся, что, несмотря на бешеный темп развития технологий, идея 3D телевидения не успеет устареть, и, какие-нибудь электроды, подключаемые напрямую к мозгу, не вытеснят привычные способы получения информации.

Другие интересные новости:

▪ Алмазная растяжка для микроэлектроники

▪ Новые свойства черных дыр

▪ Наноразмерная FM-радиостанция

▪ Чашка меняет вкус чая

▪ Кишечные бактерии повышают выносливость

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники. Подборка статей

▪ статья Гвоздь программы (сезона). Крылатое выражение

▪ статья Кто охотится на человека? Подробный ответ

▪ статья Промывание желудка. Медицинская помощь

▪ статья Индикатор ионизирующего излучения на микросхемах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Игральная кость-великан. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025