Журнал радіо 9 номер 2018 рік
Амбітна мета компанії MediaTek - сформувати співтовариство розробників гаджетів з фахівців по всьому світу і допомогти їм реалізувати свої ідеї в готові прототипи. Вже зараз для цього є всі можливості, від міні-спільнот, в яких можна подивитися чужі проекти до прямих контактів з справжніми виробниками електроніки. Почати проектувати гаджети може будь-який талановитий розробник - поріг входу дуже низький.
М. МИХАЙЛОВ, г. Киев
В останні роки на українському ринку з'явилося багато різних гальванічних елементів для живлення побутової апаратури. Разом з тим відчувається недолік інформації з оцінки та вибору елементів, які найбільшою мірою підходять для конкретної апаратури. Мета пропонованої статті - заповнити цю прогалину і запропонувати нашим Новомосковсктелям додаткову інформацію.
У будь-якому гальванічному елементі електрохімічна реакція складається з процесу окислення на негативному електроді і відновлення на позитивному. Реакції рознесені в просторі і електрони, що утворюються на мінусовому виведення, переходять по зовнішньому ланцюзі на плюсовій і там беруть участь в відновної реакції.
Залежно or матеріалів електродів і складу електроліту електрорушійна сила (ЕРС) на висновках елемента може бути різною. Значення ЕРС визначається різницею електрохімічних потенціалів електродів. У табл. 1 наведені деякі параметри найбільш часто вживаних гальванічних елементів. Мідно-цинковий елемент, незважаючи на невелику напругу і інші незручності (рідкий кислотний електроліт, необхідність чистки), при малому струмі працює стабільно протягом багатьох років і ще недавно широко використовувався в системах залізничної автоматики. На практиці ж в даний час ми стикаємося з обмеженим числом елементів. Це - сольові, лужні, ртутні, срібні, повітряні і літієві.
Їх називають також марганцево-цинковими або вугільно-цинковими елементами. У них плюсовим є електрод з графіту, а мінусовим - цинк (корпус елемента). Функцію електроліту-деполяризатора виконує суміш двоокису марганцю і хлористого амонію. ЕРС сольового елемента - 1,6 В, а послідовним з'єднанням отримують батареї з потрібним напругою. Елементи для таких батарей часто виконують не циліндричної, а прямокутної форми.
Робочий інтервал температур сольових елементів - від -20 ° С до + 55 ° С. але при знижених температурах зменшується віддається в навантаження струм. а при підвищених прискорюється руйнування цинкового електрода і швидше висихає електроліт.
В останнє десятиліття сольові елементи суттєво вдосконалені: для зменшення руйнування цинкового корпусу до складу електроліту додавали ртуть, яку потім замінили екологічно чистими органічними добавками. Ці поліпшення дозволяють збільшити термін служби елементів до трьох років, хоча зазвичай термін придатності на них вказують в межах від 9 до 12 місяців.
Сольові елементи з поліпшують добавками випускають в більш надійному виконанні - зовні захисний сталевий (рідше пластмасовий) корпус, а цинк знаходиться всередині. Ці елементи безпечніше в експлуатації і. крім того, мають більш високою енергоємністю. Корпус такого елемента закритий зверху і знизу фасонними металевими дисками-електродами з ущільненням у вигляді полімерних прокладок.
І все ж сольові гальванічні елементи мають найменшу електричну ємність серед хімічних джерел струму, складову 450. 850 мАг (тут і далі значення наведені для елемента формату АА). Вони призначені для використання в пристроях з низьким і середнім енергоспоживанням: годиннику, пультах дистанційного керування побутовою апаратурою, дитячих іграшках, пристроях сигналізації, кишенькових радіоприймачах.
Щоб продовжити термін служби сольових елементів, рекомендують, поряд з новими комплектами, використовувати вже попрацювали, але не доводячи їх до повністю розрядженого стану. Це пов'язано з дуже повільним процесом вирівнювання локальних неоднорідностей в в'язкому електроліті при розрядці і в деякому відновленні властивостей елемента під час "відпочинку". Зокрема, в аудіоплеєр не рекомендують використовувати один комплект сольових елементів більше двох годин поспіль.
Лужні елементи зовні практично не відрізняються від сольових, містять вугільний і цинковий електроди, двоокис марганцю, але замість хлориду амонію в них застосовують лужний електроліт. Тому їх і називають лужними або алкаліческімі. Лужний електроліт виключає газовиділення при роботі елементів, тому їх випускають в герметичному виконанні. ЕРС таких елементів трохи менше, ніж у сольових. Зате вони володіють більшою питомою ємністю, розрядним струмом і терміном зберігання (до п'яти років). Ємність лужних елементів - від 1000 до 3700 мАг. Вони зберігають працездатність при температурі від -30 ° С до + 55 ° С.
Однак найсуттєвіша відмінність лужних елементів від сольових - більш повільне зниження напруги в процесі розрядки (але зате воно різко зменшується в кінці).
Ртуть давно і успішно використовували для удосконалення сольових елементів з цинком. В результаті були створені елементи з двоокисом марганцю і оксидами ртуті. Ртутний елемент володіє великою ємністю і вельми тривалим терміном зберігання. ЕРС подібного об'єкта всього на 0.15 У менше, ніж у лужного, але через небезпеку забруднення навколишнього середовища ртуттю такі елементи побутових форматів випускають все рідше (елементи з написом "Merquri" не можна викидати в сміттєві баки, а спеціальних контейнерів для небезпечних відходів у нас . на жаль поки що ні).
Вони дійсно срібні -плюсовой електрод в них виконаний з оксидів срібла. ЕРС срібних елементів на 0.25 У більше, ніж у сольових. Вони дороги, зустрічаються рідко, а відрізнити їх можна по напису "Silver".
У цих елементів в електрохімічної реакції беруть участь цинк і повітря, тому в їх корпусі передбачені отвори. Повітряно-цинкові елементи мають високу ємність і тривалим терміном зберігання. Їх саморазрядка в умовах кімнатної температури не перевищує 2% на рік. Але зберігати ці елементи потрібно в герметично закритому стані, що виключає доступ повітря всередину. Ця особливість, поряд з досить вузьким інтервалом експлуатаційних параметрів, привели до обмеженого випуску елементів споживчого формату. ЕРС повітряно-цинкових елементів становить 1.4 В при ємності від 70 до 600 мАг. інтервал робочих температур - від -18 ° С до + 50 ° С. В основному їх використовують в слухових апаратах.
Літієві елементи живлення з'явилися порівняно недавно. У них застосовують мінусові електроди з літію і електроліт з двоокисом марганцю на основі органічних сполук. Елементи працездатні в широкому інтервалі температур (від -30 ° С до + 65 ° С), мають високу ємність і дуже тривалим терміном зберігання при досить малій саморазрядка (до 10 років).
Літій має найвищий негативний електродний потенціал по відношенню до всіх інших металів. ЕРС цього елемента - 3,8 В. Літій - метал дорогий, тому літієві елементи використовували в основному там, де потрібна довготривала надійна робота, наприклад, в резервних джерелах живлення мікросхем пам'яті комп'ютерів і в космічній техніці.
Споживача цікавить термін роботи елемента живлення і доступна ціна, а тривалість ж роботи елемента в першу чергу пов'язана з його електричною ємністю. Фірми-виробники цей параметр дружно намагаються не вказувати, і для цього у них є досить вагомі причини. Справа в тому, що реальна кількість різниться залежно від умов розрядки. Наскільки швидко знижується напруга на елементі в міру розрядки залежить від струму навантаження і типу електроліту. Розряджати елемент до нуля не можна - пристрій може потребувати певне напруження, а при низькому воно не зможе працювати.
Мінімально допустиме напруження при розрядці називають напругою відсічення. Воно визначається особливостями експлуатації і зазвичай коливається від 0,8 до 1 В. Чим нижче напруга відсічення, тим більшу енергію може віддати елемент.
Впровадження нових технологій дозволяє поліпшити характеристики елементів - збільшити ємність, термін зберігання, розрядний струм. Наприклад, фірма Duracell впровадила технологію Titanium - додавання в електроліт двоокису титану підвищує термін служби елементів в пристроях з низьким споживанням струму.
Фірма Panasonic впровадила технологію Power activator, фірма TDK - технологію X-treme. GP Batteries - Super alkaline, Energiser - High-Tech Formula. Використання в тій чи іншій формі дрібнодисперсного високопровідного гранульованого графіту і гелевого органічного електроліту дозволило цим фірмам істотно поліпшити характеристики елементів при середньому і високому рівнях енергоспоживання.
Реально вартість сольових і лужних елементів живлення однакового габариту відрізняється в 4. 5 разів, а термін служби - в 6. 8 разів.
Фактичну електричну ємність того чи іншого елемента живлення практично не можна встановити за маркуванням. Вона може відрізнятися досить істотно навіть при видимій ідентичності елементів. У табл. 2 приведена ємність сольових, а в дужках - лужних гальванічних елементів.
Крім того, найважливіша характеристика елемента - максимальний струм. який цей елемент може короткочасно, але стабільно віддавати споживачеві - так званий струм спалаху. У табл. 3 наведені значення струму спалаху деяких елементів. Струм спалаху відрізняється від струму замикання при нульовому опорі зовнішньому ланцюгу. В останньому випадку ніякої корисної роботи не здійснюється, а тривалість імпульсу струму замикання - частки секунди. Струм спалаху вимірюють при деякому, хоча і дуже малому опорі зовнішньому ланцюгу, нерідко навіть в порівнянні з внутрішнім опором джерела. Цей струм виконує корисну роботу, а його тривалість - декілька секунд (до десяти).
Значення струму спалаху має велике значення для споживачів з короткочасної періодичної интенсив-, ної навантаженням - фотоапаратів з автоматичною протяжкою плівки, фотоспалахів. Елементи й батареї з великим струмом спалаху, як правило, володіють значним запасом енергії. Наприклад, батареї живлення в одноразових комплектах фотоапаратів Polaroid після використання Фотокомплект ще довго здатні віддавати струм до 10 А.
Відсутність значень параметрів елементів заповнюють тестові випробування, що проводяться в різних умовах.
Як же розрізняти елементи різних типів і не нарватися на підробку або просто неякісну продукцію, вироблену невідомо ким і невідомо де?
Перелік провідних фірм, що випускають елементи живлення і реалізують свою продукцію на українському ринку, досить великий. Це - Duracell, Energiser, Panasonic, Varta, Kodak, TDK і інші. Таким чином, сама їх назва вже є своєрідною рекомендацією, особливо, якщо елемент і прилад, для якого ви збираєтеся його придбати, виробляє одна і та ж фірма.
Однак слід пам'ятати, що на лужних, більш досконалих і енергоємних елементах ви практично завжди зустрінете позначення - "Alkaline". Написи, що вказують на вдосконалену технологію виробництва - "Power Alcaline", "X-Treme". "Super Alkaline". "High-Tech", "Titanium", також є надійною рекомендацією. На них обов'язково треба звертати увагу при виборі елемента живлення для конкретної апаратури.
Нерідко можна почути, що суцільнометалевий штампований корпус елемента (особливо з нерівною поверхнею дна) свідчить, що це - сольовий елемент. Ця ознака не абсолютний - вдосконалені сольові елементи мають захисний металевий корпус з фасонними металевими шайбами по торцях, і тому відрізнити їх за зовнішнім виглядом від лужних важко.
Розрізнити сольовий і лужної елементи можна по позначенню його марки і написів.
Буква "R" означає сольові елементи (R1, R03, R6, R14, R20 і т.д.). Вдосконалені сольові елементи додатково позначають буквами "Р" або "S" (рідше HD, НЕ, ЄП, UP, UPS) - наприклад, R6P, SUMS, R20UPS.
У позначення лужного елемента вводять букву "L" - LR1, LR03, LR6, LR14, LR20, 6LF22 - і майже завжди додають напис "Alkaline", "Super Alkaline" і т. П.
Ртутні, срібні і повітряно-цинкові елементи позначають відповідно "Merqury", "Silver" (або "Silber"). "Zn-Air", але для побутової апаратури бажано застосовувати елементи з написами "0% Merqury", "0% Merqury Cadmium "." 0% Merqury and Cadmium Added "." 0% Quecksilber Cadmium "," 0% Hg Cd "," Merqury Free ".
Ще одним надійним свідченням високої якості елементів живлення є їх упаковка. Серйозні фірми упаковують свою продукцію в так звані блистерні контейнери на картонній підкладці -Прозорість пластикові оболонки, що дозволяють бачити упаковані елементи і надійно захищають їх від вологи і механічних пошкоджень.
Останнім часом деякі фірми стали економити на упаковці і на картонній підкладці, не захищають свої вироби полімерною плівкою. Правда, на звороті картонної упаковки на декількох мовах наводять відомості про особливості експлуатації товару і гарантії. Ряд фірм вже почав друкувати ці написи російською мовою. І взагалі інформація на упаковці елементів провідних фірм набагато інформативніше, ніж написи на самому елементі.
Ось приклади написів на сольових елементах формату АА.
Фірма GP Batteries, елемент Greencell Extra Heavy Duty 15G "SIZEAA" 1,5 V, 0% Merqury (Гонконг) - сольовий елемент (в позначенні якого про це не згадано), розмір АА. "Надпотужний" (Heavy Duty), не містить ртуті.
Фірма Varta, елемент Varta Super MIGN0N'R6'AA'UM3'1.5 V 0% Merqury Cadmium. 0% Quecksilber Cadmium (вироблено у Франції) - сольовий елемент того ж розміру, і цей типорозмір повторений в маркуванні чотири рази (MIGNON'R6'AA'UM3). не містить ртуті і кадмію.
Лужні елементи такого ж формату.
А ось на упаковці цього елемента можна прочитати більш повне позначення: Alkaline'ExtraPower'Titanium 'АА' MN1500'LR6'Mignon, екологічні відомості - 0% Cd? 0% Hg, 0% Pb і місце виробництва - Бельгія. Там же наведені рекомендації: замінювати весь комплект елементів, які не перезаряджати, не тримайте телефон близько їх до вогню і не використовувати одночасно елементи різних типів і систем (додамо, і різного ступеня розрядженого).
Зазвичай на корпусі елемента на декількох мовах призводять попереджувальні написи: Do not throw in fire! Not rechargeable! (He кидати у вогонь! He перезаряджати!).
Суть цих написів в тому, що сучасні лужні, а тим більше літієві гальванічні елементи дуже часто вибухають при нагріванні або спробі їх зарядити, як акумулятор. А вміст гальванічного елемента, навіть якщо там немає ртуті, свинцю і кадмію, далеко не безпечно. Можна зустріти елементи, що випускаються рядом фірм, де ці написи повторені на російській мові (і на упаковці теж).
Якщо елементи живлення погано упаковані, оформлені неохайно, не мають вказівки, де вони виготовлені і який термін їх придатності, то такі вироби можуть не виправдати ваших сподівань і купувати їх небезпечно. Як правило, вони одні з найдешевших. Тому висока ціна елементів - теж непряме свідчення високих споживчих властивостей.