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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива ДНК вместо жесткого диска 20.08.2015 Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха продемонстрировали, что информация, закодированная человеком в ДНК, способна храниться без всяких потерь около 2000 лет. С наступлением цифровой эпохи проблема сохранения информации для будущих поколений приобрела новую значимость. Как известно, на данный момент внешний жесткий диск может хранить до пяти терабайтов информации около 50 лет (при идеальных условиях хранения). Ученые решили преодолеть эти границы, еще пару лет назад взяв ДНК в качестве запоминающего устройства. В теории даже ее малая часть может содержать до 300 тысяч терабайт информации, а вчера на 250-й выставке-конференции Американского химического общества ученые продемонстрировали, насколько долго может храниться эта информация. Они закодировали в ДНК 83 килобайта текста из Федеративной хартии Швейцарии 1291 года и Палимпсеста Архимеда X века, после чего запечатали ДНК к кремниевых сферах и неделю держали их при температуре около 71 градуса по Цельсию, что является эквивалентом содержания того же материала при температуре 10 градусов по Цельсию около 2000 лет. Когда же информация была раскодирована после всех процедур, в ней не нашли никаких ошибок. Теперь, когда исследователи продемонстрировали метод того, как синтетически хранить ДНК долгое время, перед ними стоит новая задача. Как говорит глава исследовательской группы, доктор Роберт Грасс, "в ДНК-хранилище находится капля жидкости с плавающими молекулами, в которых закодирована информация. Сейчас мы можем прочитать все, что находится в этой капле. Но я не могу указать на какое-то отдельное место и прочитать отдельный файл". Поэтому сейчас ученые разрабатывают систему ярлыков для разных участков информации, чтобы по ним можно было осуществлять поиск. Правда, есть и плохие новости. Как в случае многих технологий на ранних этапах развития, хранение информации в ДНК обходится в немалую сумму. Кодирование и сохранение пары мегабайт данных сейчас стоит тысячи долларов, то есть жесткие носители на основе ДНК еще не скоро будут доступны для пользователей.

Другие интересные новости:

▪ Мышь Cherry MC 4900 со сканером отпечатков пальцев

▪ Медицинские датчики Maxim MAX30208 и MAXM86161

▪ MAX44291 - новый малошумящий ОУ с низким температурным дрейфом

▪ Электричество из грибов

▪ Плазма со сверхбыстрым механизмом охлаждения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья На заре ты ее не буди. Крылатое выражение

▪ статья Какая рок-певица была капитаном женской юниорской сборной России по баскетболу? Подробный ответ

▪ статья Вишня садовая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Протрава для деревянных курительных трубок. Простые рецепты и советы

▪ статья Неугомонные зернышки. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025