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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Batterie per elettrodomestici
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche Negli ultimi anni sono apparse sul mercato russo molte diverse celle galvaniche per l'alimentazione di apparecchiature domestiche. Allo stesso tempo, mancano informazioni sulla valutazione e selezione degli elementi più adatti per attrezzature specifiche. Lo scopo di questo articolo è colmare questa lacuna e offrire ai nostri lettori ulteriori informazioni. In ogni cella galvanica, la reazione elettrochimica consiste nel processo di ossidazione all'elettrodo negativo e di riduzione al positivo. Le reazioni sono separate nello spazio e gli elettroni formati al terminale negativo passano attraverso il circuito esterno a quello positivo e lì partecipano alla reazione di riduzione. A seconda dei materiali degli elettrodi e della composizione dell'elettrolita, la forza elettromotrice (EMF) ai terminali dell'elemento può essere diversa. Il valore EMF è determinato dalla differenza nei potenziali elettrochimici degli elettrodi. A tavola. 1 sono riportati alcuni parametri delle celle galvaniche più comunemente utilizzate.
L'elemento rame-zinco, nonostante la bassa tensione e altri inconvenienti (elettrolita acido liquido, necessità di pulizia), funziona stabilmente a bassa corrente da molti anni e recentemente è stato ampiamente utilizzato nei sistemi di automazione ferroviaria. In pratica, allo stato attuale, siamo di fronte a un numero limitato di elementi. Questi sono salini, alcalini, mercurio, argento, aria e litio. Elementi di sale Sono anche chiamati elementi manganese-zinco o carbonio-zinco. In essi, l'elettrodo più è fatto di grafite e quello meno è zinco (corpo dell'elemento). La funzione di elettrolita-depolarizzatore è svolta da una miscela di biossido di manganese e cloruro di ammonio. L'EMF della cella di sale è di 1,6 V e le batterie con la tensione richiesta si ottengono tramite connessione seriale. Gli elementi per tali batterie spesso non sono cilindrici, ma di forma rettangolare. La gamma di temperature di lavoro degli elementi salini va da -20°С a +55°С. ma a basse temperature la corrente erogata al carico diminuisce. ea temperature elevate, la distruzione dell'elettrodo di zinco viene accelerata e l'elettrolita si asciuga più velocemente. Nell'ultimo decennio, le celle di sale sono state notevolmente migliorate: per ridurre la distruzione della cassa di zinco, all'elettrolita è stato aggiunto mercurio, che è stato poi sostituito con additivi organici ecologici. Questi miglioramenti prolungano la vita delle celle fino a tre anni, anche se di solito sono indicati tra 9 e 12 mesi. Gli elementi salini con additivi migliorativi sono prodotti in un design più affidabile: una custodia protettiva in acciaio (meno spesso plastica) è all'esterno e lo zinco è all'interno. Questi elementi sono più sicuri da usare e. inoltre, hanno una maggiore intensità energetica. Il corpo di tale elemento è chiuso dall'alto e dal basso da dischi-elettrodi metallici sagomati con una tenuta sotto forma di guarnizioni polimeriche. Tuttavia, le celle galvaniche al sale hanno la capacità elettrica più piccola tra le fonti di corrente chimica, che è 450 ... 850 mAh (di seguito, i valori sono indicati per un elemento in formato AA). Sono progettati per l'uso in dispositivi di potenza medio-bassa come orologi, telecomandi per elettrodomestici, giocattoli per bambini, dispositivi di allarme, radio tascabili. Per prolungare la durata delle celle di sale, si consiglia, insieme ai nuovi set, di utilizzare quelli già usati, ma senza portarli a uno stato completamente scarico. Ciò è dovuto a un processo molto lento di equalizzazione delle disomogeneità locali in un elettrolita viscoso durante la scarica e in qualche ripristino delle proprietà dell'elemento durante il "riposo". In particolare, non è consigliabile utilizzare un set di elementi salini per più di due ore consecutive in un lettore audio. Elementi alcalini Gli elementi alcalini esternamente praticamente non differiscono da quelli salini, contengono elettrodi di carbonio e zinco, biossido di manganese, ma invece di cloruro di ammonio usano un elettrolita alcalino. Pertanto, sono chiamati alcalini o alcalini. L'elettrolita alcalino elimina lo sviluppo di gas durante il funzionamento delle celle, quindi sono prodotte in versione sigillata. La fem di tali elementi è leggermente inferiore a quella del sale. Ma hanno una maggiore capacità specifica, corrente di scarica e durata di conservazione (fino a cinque anni). La capacità delle celle alcaline va da 1000 a 3700 mAh. Rimangono operativi a temperature da -30°С a +55°С. Tuttavia, la differenza più significativa tra celle alcaline e saline è una diminuzione più lenta della tensione durante la scarica (ma diminuisce bruscamente alla fine). Poiché la capacità delle celle alcaline è molto superiore a quella di quelle saline, vengono utilizzate in dispositivi a medio e alto consumo energetico: torce elettriche, rasoi elettrici, registratori vocali, lettori, radio e radio portatili, telefoni e stazioni radio, potenti luci elettriche . elementi di mercurio Il mercurio è stato a lungo utilizzato con successo per migliorare gli elementi salini con lo zinco. Di conseguenza, sono stati creati elementi con biossido di manganese e ossidi di mercurio. L'elemento di mercurio ha una grande capacità e una durata di conservazione molto lunga. L'EMF di un tale elemento è solo 0.15 V inferiore a quello di uno alcalino, ma a causa del pericolo di inquinamento ambientale con il mercurio, tali elementi di formati domestici vengono prodotti sempre meno (gli elementi con la scritta "Merquri" non possono essere lanciati nei bidoni della spazzatura, e abbiamo contenitori speciali per rifiuti pericolosi (Purtroppo non ancora). elementi in argento Sono davvero d'argento: l'elettrodo positivo in essi contenuto è fatto di ossidi d'argento. L'EMF degli elementi d'argento è 0.25 V maggiore di quello di quelli salini. Sono costosi, rari e si distinguono per la scritta "Silver". Elementi aria-zinco Questi elementi hanno zinco e aria coinvolti nella reazione elettrochimica, quindi sono previsti dei fori nel loro corpo. Le celle d'aria in zinco hanno un'elevata capacità e una lunga durata. La loro autoscarica a temperatura ambiente non supera il 2% all'anno. Ma è necessario conservare questi elementi in uno stato ermeticamente sigillato, escludendo l'ingresso di aria. Questa caratteristica, insieme a una gamma molto ristretta di parametri operativi, ha portato a un rilascio limitato di elementi del formato consumer. L'EMF delle celle di zinco-aria è di 1.4 V con una capacità da 70 a 600 mAh. campo di temperatura di esercizio - da -18°С a +50°С. Sono utilizzati principalmente negli apparecchi acustici. Celle al litio Le batterie al litio sono apparse relativamente di recente. Utilizzano elettrodi negativi al litio e un elettrolita con biossido di manganese a base di composti organici. Le celle sono efficienti in un ampio intervallo di temperature (da -30°C a +65°C), hanno un'elevata capacità e una durata di conservazione molto lunga con un'autoscarica molto bassa (fino a 10 anni). Il litio ha il più alto potenziale di elettrodo negativo di tutti gli altri metalli. L'EMF di questo elemento è 3,8 V. Il litio è un metallo costoso, quindi le celle al litio sono state utilizzate principalmente dove era richiesto un funzionamento affidabile a lungo termine, ad esempio negli alimentatori di backup per i chip di memoria dei computer e nella tecnologia spaziale. In precedenza, le celle al litio venivano prodotte solo nelle versioni "a pulsante" ("pulsante") per orologi, calcolatrici, macchine fotografiche e computer. A poco a poco, man mano che il loro costo diminuisce, le celle al litio compaiono non solo per dispositivi ad alto consumo energetico (fotocamere moderne, videocamere - celle CR123, 2CR5 e CR2). ma anche per altri dispositivi. Sfortunatamente, oggi non esiste un'unica designazione degli elementi - esiste un sistema di dimensioni americano, ce n'è uno internazionale - IEC, e le aziende leader spesso indicano più designazioni contemporaneamente sui loro prodotti (vedi Tabella 2, così come "Radio" , 2000, n.2, p.47).
La lettera "R" secondo il sistema IEC indica un elemento cilindrico e "F" - rettangolare. L'aggiunta della lettera "L" prima di "R" o "F" significa che questo elemento è alcalino. In generale, la designazione completa nel sistema IEC comprende 14 caratteri, suddivisi in cinque gruppi semantici, che, forse, sono diventati un serio ostacolo alla sua attuazione. È descritto in dettaglio nell'articolo di R. Varlamov "Elementi estranei e batterie del sistema MC" ("Radio", 1996, n. 3). Il consumatore è interessato alla durata della batteria ea un prezzo accessibile, e la durata della batteria è principalmente correlata alla sua capacità elettrica. I produttori cercano all'unanimità di non indicare questo parametro e per questo hanno ottime ragioni. Il fatto è che la capacità effettiva dipende dalle condizioni di scarico. La rapidità con cui la tensione della cella diminuisce durante la scarica dipende dalla corrente di carico e dal tipo di elettrolita. È impossibile scaricare l'elemento a zero: il dispositivo richiede una certa tensione e a bassa tensione non sarà in grado di funzionare. La tensione minima consentita durante la scarica è chiamata tensione di interruzione. È determinato dalle caratteristiche di funzionamento e di solito varia da 0,8 a 1 V. Più bassa è la tensione di interruzione, maggiore è l'energia che l'elemento può fornire. L'introduzione di nuove tecnologie consente di migliorare le caratteristiche degli elementi - aumentare la capacità, la durata di conservazione, la corrente di scarica. Ad esempio, Duracell ha introdotto la tecnologia Titanium: l'aggiunta di biossido di titanio all'elettrolita aumenta la durata delle celle nei dispositivi a basso consumo di corrente. Panasonic ha introdotto la tecnologia Power Activator, TDK ha introdotto la tecnologia X-treme. Batterie GP - Super alcaline, Energiser - Formula High-Tech. L'uso di una qualche forma di grafite granulare altamente conduttiva finemente dispersa e di un elettrolita organico gelificato ha permesso a queste aziende di migliorare significativamente le prestazioni delle celle a livelli di potenza medi e alti. Da un lato, i produttori migliorano costantemente i loro elettrodomestici, cercando di ridurre il consumo di energia, e dall'altro, nello sviluppo della produzione di batterie, c'è la tendenza ad aumentare la loro intensità energetica e la corrente di scarica. Ad esempio, Panasonic, che produce elettrodomestici e batterie, pubblicizzando il lettore RQ-SX20, sottolinea che le celle alcaline LR6 di marca (utilizzando la tecnologia Power Activator) forniscono una riproduzione della registrazione di 45 ore. Nei materiali pubblicitari, le aziende di solito segnalano che le nuove batterie che producono hanno una capacità notevolmente aumentata (senza indicarne il valore). Panasonic fornisce i seguenti risultati sull'aumento della capacità reale delle nuove celle LR6 Power Alkaline: se utilizzate in un lettore CD con un consumo di corrente di 170 ... 300 mA, il tempo di funzionamento delle celle è aumentato del 20%. in una torcia con lampada alogena (assorbimento di corrente 600..800 mA) - del 20%. nella fotocamera digitale Casio QV-10 (potenza 315 mW) - del 28%. in un computer portatile IBM ThinkPad 230, del 30% e in una macchinina Nikko, del 45%. Da un set di due elementi Panasonic LR6, puoi ottenere più di 500 unità flash con un piccolo intervallo tra di loro. Come puoi vedere, ancora pubblicità: non è indicata né la potenza del flash né l'intervallo tra loro. Allo stesso modo, vengono pubblicizzati gli elementi Energiser: l'azienda indica che i suoi elementi LR6 durano il 50% in più in una fotocamera digitale. in una radio tascabile - del 45%. in un telefono cellulare - del 40%. in una torcia portatile - dell'80%, in un modello di auto radiocomandato - del 40% rispetto agli elementi convenzionali (sale). In realtà, il costo delle batterie al sale e alcaline della stessa dimensione differisce di 4 ... 5 volte e la durata è di 6 ... 8 volte. L'effettiva capacità elettrica di una particolare batteria è praticamente impossibile da stabilire contrassegnandola. Può differire in modo abbastanza significativo anche con l'apparente identità degli elementi. A tavola. 2 mostra la capacità del sale e tra parentesi - celle galvaniche alcaline. Inoltre, la caratteristica più importante dell'elemento è la corrente massima. che questo elemento può fornire brevemente ma stabilmente al consumatore: la cosiddetta corrente di flash. A tavola. 3 sono riportati i valori della corrente di flash di alcuni elementi.
La corrente flash è diversa dalla corrente di guasto a resistenza zero del circuito esterno. In quest'ultimo caso, non viene svolto alcun lavoro utile e la durata dell'impulso di corrente di guasto è di una frazione di secondo. La corrente di flash viene misurata a una certa resistenza, anche se molto piccola, del circuito esterno, spesso anche rispetto alla resistenza interna della sorgente. Questa corrente svolge un lavoro utile e la sua durata è di diversi secondi (fino a dieci). Il valore della corrente del flash è molto significativo per i consumatori con carico intenso periodico a breve termine: fotocamere con avanzamento automatico della pellicola, flash fotografici. Le celle e le batterie con corrente flash elevata tendono ad avere una notevole quantità di energia. Ad esempio, le batterie nei set usa e getta delle fotocamere Polaroid dopo aver utilizzato il set fotografico sono ancora in grado di fornire corrente fino a 10 A per lungo tempo. La mancanza di valori per i parametri degli elementi è compensata da prove di prova effettuate in varie condizioni. A tavola. 4 mostra i risultati del test degli elementi AA (UM3, MN1500, R6, LR6) quando si lavora in un lettore audio. Questo uso di elementi è uno dei più massicci. Le informazioni di cui sopra illustrano chiaramente il vantaggio degli elementi alcalini rispetto a quelli salini. Per il consumatore, i parametri presentati hanno un valore maggiore rispetto alle promettenti dichiarazioni pubblicitarie delle aziende.
Come distinguere tra elementi di diverso tipo e non incappare in prodotti falsi o semplicemente di bassa qualità prodotti da non si sa chi e non si sa dove? L'elenco delle aziende leader che producono batterie e vendono i loro prodotti sul mercato russo è molto ampio. Questi sono Duracell, Energiser, Panasonic, Varta, Kodak, TDK e altri. Pertanto, il loro stesso nome è già una sorta di raccomandazione, soprattutto se l'elemento e il dispositivo per il quale lo acquisterai sono prodotti dalla stessa azienda. Tuttavia, va ricordato che sulle celle alcaline, più avanzate e ad alta intensità energetica, troverai quasi sempre la designazione - "Alkaline". Iscrizioni che indicano una tecnologia di produzione migliorata: "Power Alcaline", "X-Treme". "Super alcalino". Anche "High-Tech", "Titanium" sono una solida raccomandazione. Dovresti assolutamente prestare attenzione a loro quando scegli una batteria per una particolare apparecchiatura. Spesso puoi sentire che il corpo stampato interamente in metallo dell'elemento (specialmente con una superficie inferiore non liscia) indica che si tratta di un elemento salino. Questo segno non è assoluto: gli elementi salini migliorati hanno una custodia metallica protettiva con rondelle metalliche sagomate alle estremità, quindi è difficile distinguerli dall'aspetto alcalino. Puoi distinguere tra sale ed elementi alcalini dalla designazione del suo marchio e dalle iscrizioni. La lettera "R" sta per elementi salini (R1, R03, R6, R14, R20, ecc.). Gli elementi salini migliorati sono inoltre indicati dalle lettere "P" o "S" (meno spesso HD, HE, EH, UP, UPS), ad esempio R6P, SUMS, R20UPS. La lettera "L" è inserita nella designazione dell'elemento alcalino - LR1, LR03, LR6, LR14, LR20, 6LF22 - e quasi sempre viene aggiunta la scritta "Alkaline", "Super Alkaline", ecc. Gli elementi di mercurio, argento e zinco-aria sono designati rispettivamente "Merqury", "Silver" (o "Silber"). "Zn-Air", ma per le apparecchiature domestiche è preferibile utilizzare elementi con le iscrizioni "0% Merqury", "0% Merqury & Cadmium". "Aggiunto 0% di merqury e cadmio" . "0% Quecksilber Cadmio", "0% Hg Cd", "Senza Merqury". Un'altra prova attendibile dell'alta qualità delle batterie è il loro imballaggio. Le aziende serie imballano i loro prodotti nei cosiddetti contenitori blister su un supporto di cartone: gusci di plastica trasparente che consentono di vedere gli articoli imballati e li proteggono in modo affidabile dall'umidità e dai danni meccanici. Di solito diversi elementi (due-quattro elementi R6 o due elementi R14 - R20) in una custodia di plastica trasparente sono incollati su una base di cartone colorato, su cui sono ripetuti il nome dell'azienda, il suo marchio e altre informazioni sull'azienda e sul prodotto , compreso il codice a barre del paese - produttore. Assicurati di indicare la data di scadenza: questa informazione è ripetuta sulla confezione e sul corpo dell'elemento sotto forma di numeri stampati: ad esempio, 09.99. Questo è più caratteristico degli elementi salini. Su alcalino, la data di scadenza è più spesso indicata sotto forma di un'iscrizione sulla custodia: INSTALL BY JAN 2001, Best before MAR2003, o semplicemente JAN2001 e MAR2003. Di recente, alcune aziende hanno iniziato a risparmiare sull'imballaggio e sul supporto in cartone, non proteggendo i loro prodotti con un film polimerico. È vero, sul retro dell'imballaggio di cartone in diverse lingue forniscono informazioni sulle caratteristiche del funzionamento della merce e delle garanzie. Diverse aziende hanno già iniziato a stampare queste iscrizioni in russo. In generale, le informazioni sulla confezione di elementi di aziende leader sono molto più informative delle iscrizioni sull'elemento stesso. Ecco alcuni esempi di iscrizioni su elementi salini in formato AA. Batterie GP, Greencell Extra Heavy Duty 15G "SIZEAA" 1,5 V, 0% Merqury (Hong Kong) - cella salina (nella cui designazione non è menzionato), formato AA. "heavy duty" (Heavy Duty), non contiene mercurio. Azienda Varta, elemento Varta Super MIGN0N'R6'AA'UM3'1.5 V 0% Merqury Cadmio. 0% Quecksilber Cadmium (prodotto in Francia) è un elemento salino della stessa dimensione, e questa dimensione è ripetuta quattro volte nella marcatura (MIGNON'R6'AA'UM3). non contiene mercurio e cadmio. Elementi alcalini dello stesso formato. Duracell, Duracell Alkaline element 1.5 V'SIZEAA'MN 1500 LR6, JAN2001 - AA elemento alcalino, designazione dimensionale ripetuta tre volte, durata di conservazione - fino a gennaio 2001. Nessuna nota ambientale. Ma sulla confezione di questo elemento puoi leggere una designazione più completa: Alkaline'ExtraPower'Titanium 'AA' MN1500'LR6'Mignon, informazioni ambientali - 0% Cd? 0% Hg, 0% Pb e luogo di produzione - Belgio. Lì vengono anche fornite raccomandazioni: sostituire l'intero set di elementi, non ricaricare, non portarli al fuoco e non utilizzare contemporaneamente elementi di tipi e sistemi diversi (aggiungiamo e di diversi gradi di scarica). Di solito, sul corpo dell'elemento sono riportate etichette di avvertenza in diverse lingue: Non gettare nel fuoco! Non ricaricabile! (Non gettare nel fuoco! Non ricaricare!). L'essenza di queste iscrizioni è che le moderne celle galvaniche alcaline, e ancor più al litio, molto spesso esplodono quando vengono riscaldate o quando si tenta di caricarle, come una batteria. E il contenuto di una cella galvanica, anche se non ci sono mercurio, piombo e cadmio, è tutt'altro che sicuro. Puoi trovare elementi prodotti da numerose aziende in cui queste iscrizioni sono ripetute in russo (e anche sulla confezione). Se le batterie sono imballate male, sciatte, non hanno un'indicazione di dove sono state prodotte e qual è la loro data di scadenza, allora tali prodotti potrebbero non soddisfare le tue aspettative ed è pericoloso acquistarli. Di norma, sono tra i più economici. Pertanto, il prezzo elevato degli elementi è anche una prova indiretta di elevate proprietà di consumo. Autore: M.Mikhailov, Mosca
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