Nors buityje dažnai visus elementus vadiname baterijomis, svarbu atskirti baterijas (vienkartinius elementus) ir akumuliatorius (įkraunamus elementus). Istoriškai terminas „baterija“ reiškė elektrocheminių elementų rinkinį, sujungtą nuosekliai.
Šiame straipsnyje apžvelgsime įvairius akumuliatorių elementų tipus, jų pavadinimus, cheminę sudėtį, eksploatavimo savybes ir taikymo sritis, taip pat supažindinsime su standartais, padedančiais identifikuoti šiuos energijos šaltinius.
RV akumuliatorių tipai ir jų ypatybės
RV (recreational vehicle) baterijos skiriasi savo konstrukcija, chemine sudėtimi ir priežiūros reikalavimais. Paprastai RV turi gilaus ciklo namo bateriją, skirtą ilgam ir pastoviam energijos srautui užtikrinti, o varikliui užvesti naudojamas standartinis automobilio akumuliatorius.
Gilaus ciklo akumuliatoriai
Gilaus ciklo akumuliatoriai skirti ilgam ir pastoviam energijos srautui, kad patenkintų RV elektros poreikius. Juos reikia reguliariai įkrauti. Skirtingai nuo įprastų automobilių baterijų, kurios suteikia galingesnį, bet trumpalaikį elektros energijos pliūpsnį varikliui užvesti, gilaus ciklo akumuliatoriai veikia ilgiau.
Švino-rūgšties akumuliatoriai
Tai patys paprasčiausi ir dažniausiai pasitaikantys baterijų tipai. Juos sudaro teigiamai ir neigiamai įkrautos švino plokštės, panardintos į elektrolito tirpalą, kuris padeda chemiškai generuoti energiją. Švino-rūgšties akumuliatoriai gali būti:
- Užtvindytos švino-rūgšties baterijos: daugelis standartinių užtvindytų švino-rūgšties akumuliatorių turi neužsandarintą konstrukciją, todėl kas kelias savaites reikia papildyti viduje esančius skysčius. Jų iškrovos gylis yra apie 50%.
- Absorbuojančio stiklo kilimėlio (AGM) akumuliatoriai: šie akumuliatoriai remiasi panašiais principais kaip užtvindyti švino-rūgšties akumuliatoriai, tačiau elektrolito tirpalas laikomas sugeriančiame kilimėlyje. AGM akumuliatoriai geriau veikia esant ekstremalioms temperatūroms ir gali būti iškrauti iki 80% ar daugiau.
- Gelio elementai: tai dar vienas tradicinio švino-rūgšties akumuliatoriaus variantas, kuriame tarp plokštelių įprastą elektrolito tirpalą pakeičia gelis. Gelio elementų akumuliatoriai taip pat gali sunaudoti 80% ar daugiau savo talpos. Jų tarnavimo laikas yra trumpiausias - nuo dvejų iki penkerių metų.
Ličio jonų baterijos
Ličio jonų baterijos yra naujesnė technologija, kuri pastaruoju metu keičia RV baterijų pasaulį. Jos pasižymi didesniu energijos tankiu ir ilgesniu tarnavimo laiku, taip pat gali būti iškrautos iki 80% ar daugiau savo talpos.
Akumuliatorių pasirinkimo kriterijai
Renkantis akumuliatorių, svarbu atsižvelgti į kelis veiksnius:
- Ampervalandės (Ah): elektros galios vienetas, atitinkantis vieno ampero galią vienai valandai. Šis įvertinimas paprastai yra 20 valandų.
- Vatai (W) ir vatvalandės (Wh): vatai yra elektros suvartojimo matas. Vatvalandės yra bendra sunaudota galia, padauginta iš sunaudotų valandų.
- Iškrovos gylis (DoD): užtvindytos švino-rūgšties baterijos gali iškrauti tik 50%, o AGM, gelio elementų ir ličio baterijos paprastai gali sunaudoti 80% ar kartais daugiau savo talpos.
- Tarnavimo laikas ir ilgaamžiškumas: gelio elementų baterijos paprastai trunka nuo dvejų iki penkerių metų, užtvindytos švino-rūgšties - nuo 10 iki šešerių metų. Ličio baterijos tarnauja ilgiausiai.
- Priežiūros reikalavimai: sandarios baterijos (AGM, gelio elementų, ličio) nereikalauja priežiūros, o standartinėms užtvindytoms švino-rūgšties baterijoms reikia papildyti skysčius.
- Kaina: užtvindyti švino-rūgšties akumuliatoriai yra pigiausi, o ličio baterijos - brangiausios.
- Garantija: skirtingų prekių ženklų ar stilių garantijos laikotarpiai gali skirtis.
- Naudojimo dažnumas: įvertinkite, kaip dažnai naudosite įrenginį, tai padės nuspręsti, kiek investuoti į baterijas.
Tarptautiniai baterijų standartai ir žymėjimai
Rasti tinkamus pakaitalus gali būti sudėtinga, kai susiduriame su įrenginiais, maitinamais kitais elementais, ir nežinomais trumpiniais ar pavadinimais. Kartais baterijų techninėse specifikacijose nurodomi modelių numeriai kaip suderinami pakaitalai, jų simboliai yra prieš tai pateikiami pagal ANSI arba IEC standartą.
ANSI (American National Standards Institute)
ANSI yra ne pelno siekianti organizacija, kurianti techninius produktų, technologinių procesų ar paslaugų standartus Jungtinėse Valstijose. Ji taip pat akredituoja kitų subjektų įvestus standartus ir pritaiko Amerikos standartus prie tarptautinių, užtikrindama nuoseklumą.
IEC (Tarptautinė elektrotechnikos komisija)
IEC yra standartizacijos organizacija, kurianti standartus elektrinėms, elektroninėms ir susijusioms technologijoms. 2021 metais IEC paskelbė tris naujas normas, susijusias su pirminėmis baterijomis:
- IEC 60086-1: apima pagrindinius reikalavimus ir informaciją apie elementus ir akumuliatorius, įskaitant naują testų lentelę, susijusią su laikymo ir iškrovimo sąlygomis.
- IEC 60086-2: nustato išsamesnius reikalavimus, papildančius IEC 60086-1 standarto informaciją.
- IEC 60086-3: nustato reikalavimus laikrodžių baterijų našumui ir saugumui.
Baterijų nomenklatūra ir žymėjimai
Pilna baterijų nomenklatūra atskleidžia elementų chemines savybes, apytikslius ar tikslius matmenis ir net formą. Pavyzdžiui, standartinė AA baterija pagal IEC standartą, priklausomai nuo cheminės sudėties, gali turėti skirtingus žymėjimus:
- LR6: šarminės
- R6: anglies-cinko
- FR6: LiFeS2 (ličio)
- HR6: NiMH (nikelio-metalo hidrido)
- KR6: NiCd (nikelio-kadmio)
- ZR6: NiOOH (nikelio-oksihidroksido)
Pagal ANSI, AA baterijos žymimos taip: 15A (šarminės); 15D (anglies-cinko); 15LF (LiFeS2); 1.2H2 (NiMH); 1.2K2 (NiCd).
LR44 baterijos pavyzdys
Ši labai paplitusi laikrodžių baterija turi IEC simbolį LR1154, kuris atskleidžia jos cheminę sudėtį, dydį ir matmenis:
- L: reiškia šarminį. Jei žymėjimas būtų „S“ (pvz., SR1154), tai reikštų sidabro oksidą.
- 11: nustatytas kodas 11,6 mm skersmeniui.
- 54: aukščio žymėjimas 5,5 mm.
CR2032 baterijos pavyzdys
Populiari monetos formos baterija CR2032 yra apvali ličio baterija, kuri turi 20 mm skersmenį ir 3,2 mm aukštį. „C“ pirmoje simbolio vietoje reiškia ličio chemiją. Šios 3 voltų baterijos plačiai naudojamos automobilių rakteliuose, skaičiuotuvuose, žaisluose, medicinos įrangoje, CMOS pagrindinėse plokštėse ir kituose mažuose įrenginiuose. Yra ir plonesni variantai, pvz., CR2016 ir CR2025.
Pagrindiniai baterijų elementų tipai ir jų ypatybės
1. Cinko-anglies baterijos (Leclanché elementai)
Šio tipo baterijas 1866 m. sukūrė prancūzų inžinierius Georges Leclanché. Jo originalus elementas, kurio vardinė įtampa buvo apie 1,5 V, buvo naudojamas telegrafams, skambučiams ir pirmiesiems telefonams. Šiandien jos naudojamos smulkiai elektros įrangai, pavyzdžiui, žaislams, radijo imtuvams, muzikos grotuvams ir žibintuvėliams, maitinti.
- Cheminė sudėtis: cinko elektrodas, grafito strypas (katodas) mangano dioksido ir grafito dulkių mišinyje, amonio chlorido tirpalas (elektrolitas).
- Sausa versija: Carl Gassner Vokietijoje 1887 m. sukūrė sausą elemento versiją, žymiai padidinusią patogumą.
- Modifikacijos: norint padidinti ilgaamžiškumą ir talpą, į užpildymo pastą pridedama cinko chlorido (Heavy Duty elementai).
- Gyvsidabris: anksčiau naudota amalgamacija (cinko paviršiaus padengimas gyvsidabriu), siekiant sumažinti cinko tirpimą, kai akumuliatorius neveikia. Dėl aplinkosaugos priežasčių ši praktika mažėja (pažymima „0 % gyvsidabrio“).
- Savybės: žemesnė kaina, mažesnė talpa, prastesnė tolerancija didelėms srovėms, trumpesnis galiojimo terminas (3-5 metai). Teorinis energijos tankis 40-70 Wh/kg. Darbinės temperatūros diapazonas -10...+50°C.
- Pastaba: nenaudokite išsekusių cinko-anglies baterijų įrenginiuose dėl galimo elektrolito nutekėjimo.
2. Šarminės baterijos (Alkaline)
Didžiulis šuolis vienkartinių baterijų technologijoje įvyko 1955 m., kai Kanados inžinierius Lewisas Frederickas Urry sukūrė šarminį elementą. Jame nebuvo grafito katodo ir cinko puodelio. Abu elektrodai (mangano dioksido ir grafito mišinys kaip katodas, cinko dulkių ir kalio hidroksido mišinys kaip anodas) yra drėgni, atskirti pasta.
- Savybės: žymiai geresnės eksploatacinės savybės, didesnė srovės talpa ir ilgesnis tarnavimo laikas (5-7 metai). Didesnis energijos tankis (teoriškai 80-100 Wh/kg), platesnis temperatūros diapazonas (-30...+70°C).
- Pritaikymas: tinkamos naudoti kone visuose prietaisuose, pritaikytuose AA baterijoms.
3. Ličio baterijos
Tai gerokai naujesnis produktas, lyginant su cinko-anglies ir šarminiais elementais. Ličio baterijos šeimą sudaro daug potipių, kurioms bendra tai, kad kaip anodas naudojamas litis arba ličio junginiai. Kaip katodo medžiaga naudojami įvairūs junginiai, pvz., mangano oksidas, tionilo chloridas, sieros oksidas, jodas, sidabro chromatas.
- Ličio-mangano baterijos: pvz., AA ličio baterijos, kurių vardinė įtampa yra 3 V. Jos atsparios temperatūros svyravimams, pasižymi dideliu energijos tankiu (iki 270 Wh/kg) - beveik tris kartus daugiau energijos nei šarminės analogiškos baterijos. Naudojamos buitiniuose prietaisuose (laikrodžiuose, vaizdo kamerose, fotoaparatuose) ir kompiuteriuose. Itin ilgas veikimo laikas, todėl dažnai naudojamos prietaisams, kuriems reikalingas ilgas tarnavimo laikas (širdies stimuliatoriai, klausos implantai).
- Mygtukinės baterijos (ličio): paprastai vadinamos „plokščiomis 3 V baterijomis“. Dėl ilgo tarnavimo laiko dažnai turi suvirintus gnybtus, skirtus litavimui prie plokštės.
- 12V ličio baterijos: jungiamos nuosekliai su 3 arba 4 ličio elementais. Nominali įtampa 11.1 V. Tai naujo tipo saugus ir aplinkai nekenksmingas akumuliatorius.
- Tipai pagal išorinę pakuotę: minkštas paketas, plieninis apvalkalas, kvadratinis aliuminio korpusas.
- Tipai pagal elementų įtampą: 3.2 V (ličio geležies fosfato, 4 elementai nuosekliai) ir 3.7 V (polimerinės arba trijų dalių ličio jonų, 4 elementai nuosekliai).
- Tipai pagal iškrovos greitį: didelės spartos (dideliems srovės iškrovimams) ir įprasti (stabiliam mažos srovės iškrovimui).
- Tipai pagal temperatūrą: žemos, aukštos ir normalios temperatūros baterijos.
- Pritaikymo sritys: saulės apšvietimo pramonė, elektriniai žaislai, mobiliojo apšvietimo pramonė, elektriniai įrankiai, Bluetooth garso įrenginiai, dulkių siurbliai, purkštuvai, žvejybos mašinos, LED lempos, medicinos įranga ir kt.
- Įkrovimas: maksimali įtampa paprastai yra 12.6 V; įkrovimo įtampa yra 12.6 V, paprastai 10 A.
4. Sidabrinės baterijos (Sidabro oksido elementai)
Sidabrinės baterijos buvo išrastos XIX a. pabaigoje, masinė gamyba prasidėjo XX a. septintajame dešimtmetyje. Jų vardinė įtampa yra 1,55 V. Katodas pagamintas iš sidabro oksido, anodas - iš cinko. Elektrolitas yra kalio hidroksido tirpalas.
- Savybės: stabili išėjimo įtampa, plokščia iškrovos charakteristika. Po iškrovos įtampa greitai sumažėja. Teorinis energijos tankis 130-150 Wh/kg. Tarnavimo laikas apie 2 metus.
- Trūkumai: cinko korozija šarminiame elektrolite, dėl ko baterija suyra.
Akumuliatorių dydžiai ir formos
Baterijų elementams keliami skirtingi reikalavimai, susiję su talpa, įtampa ar trumpojo jungimo srove. Tai atsispindi jų matmenyse ir formoje, taip pat elektrodų konstrukcijoje ir naudojamose medžiagose.
- AA baterijos ("lazdelės"): įprastos baterijos žymimos R6, o šarminės - LR6. Skersmuo 14 mm, aukštis 50 mm. Vardinė įtampa 1,5 V.
- AAA baterijos: mažesnė „lazdelių“ versija. Įprastos žymimos R03, šarminės - LR03. Skersmuo 10 mm, aukštis 44 mm. Vardinė įtampa 1,5 V.
- LR61 (AAAA) baterijos: dar mažesnė „lazdelių“ įvairovė. Skersmuo 8,3 mm, aukštis 42,5 mm. Nominalioji įtampa 1,5 V, talpa iki 650 mAh.
- R14 (C) baterijos: cilindrinės, didesnės talpos. Skersmuo 23 mm, aukštis 50 mm. Talpa iki 8000 mAh.
- R20 (D) baterijos: didžiausios iš populiarių cilindrinių akumuliatorių. Skersmuo 33 mm, aukštis 58 mm.
- Plokščiosios baterijos: sudarytos iš 3 nuosekliai sujungtų R10 elementų.
- Monetinės baterijos: pvz., CR2032 (20 mm skersmens, 3,2 mm storio) arba CR1025 (10 mm skersmens, 2,5 mm storio). Ličio monetinių baterijų pavadinimuose užkoduoti jų matmenys: CR<2 skaitmenys, skersmuo mm>
.
Akumuliatoriai ir baterijos: esminiai skirtumai
AGM akumuliatoriai ir jų palyginimas su kitais automobilių akumuliatoriais | „Interstate“ akumuliatoriai
Nors kasdieninėje kalboje šie terminai dažnai vartojami pakaitomis, yra esminis skirtumas:
- Baterija (pirminis elementas): vienkartinis elementas. Kai joje sukaupta elektros energija išnaudojama, ji tampa nebereikalinga, nes jos negalima įkrauti (t. y., ji negali vėl kaupti elektros energijos).
- Akumuliatorius (antrinis elementas): įkraunama baterija. Jos veikimo principas leidžia pakartotinai įkrauti ir iškrauti, kaupiant elektros energiją cheminės reakcijos metu.
Nepaisant įvairių bandymų, vienkartiniai elementai negali būti regeneruojami ir jų negalima įkrauti. Visada svarbu tinkamai utilizuoti išsekusias baterijas ir akumuliatorius, kad būtų sumažintas neigiamas poveikis aplinkai.
tags: #parasykite #akumuliatoriaus #elementu #pavadinimus