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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Baterias para equipamentos domésticos
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas Nos últimos anos, muitas células galvânicas diferentes para alimentar equipamentos domésticos apareceram no mercado russo. Ao mesmo tempo, faltam informações sobre a avaliação e seleção dos elementos mais adequados para equipamentos específicos. O objetivo deste artigo é preencher essa lacuna e oferecer informações adicionais aos nossos leitores. Em qualquer célula galvânica, a reação eletroquímica consiste no processo de oxidação no eletrodo negativo e redução no positivo. As reações são separadas no espaço e os elétrons formados no terminal negativo passam do circuito externo para o positivo e aí participam da reação de redução. Dependendo dos materiais dos eletrodos e da composição do eletrólito, a força eletromotriz (EMF) nos terminais do elemento pode ser diferente. O valor de EMF é determinado pela diferença nos potenciais eletroquímicos dos eletrodos. Na tabela. 1 mostra alguns parâmetros das células galvânicas mais utilizadas.
O elemento de cobre-zinco, apesar da baixa tensão e outros inconvenientes (eletrólito ácido líquido, necessidade de limpeza), funciona de forma estável em baixa corrente por muitos anos e recentemente tem sido amplamente utilizado em sistemas de automação ferroviária. Na prática, atualmente, nos deparamos com um número limitado de elementos. Estes são solução salina, alcalina, mercúrio, prata, ar e lítio. Elementos de sal Eles também são chamados de elementos manganês-zinco ou carbono-zinco. Neles, o eletrodo positivo é feito de grafite e o negativo é de zinco (corpo do elemento). A função do eletrólito-despolarizador é realizada por uma mistura de dióxido de manganês e cloreto de amônio. O EMF da célula de sal é de 1,6 V e as baterias com a tensão necessária são obtidas por conexão serial. Os elementos para essas baterias geralmente não são cilíndricos, mas de forma retangular. A faixa de temperatura de trabalho dos elementos de sal é de -20°С a +55°С. mas em baixas temperaturas, a corrente fornecida à carga diminui. e em temperaturas elevadas, a destruição do eletrodo de zinco é acelerada e o eletrólito seca mais rapidamente. Na última década, as células de sal foram significativamente melhoradas: para reduzir a destruição da caixa de zinco, foi adicionado mercúrio ao eletrólito, que foi então substituído por aditivos orgânicos ecológicos. Essas melhorias prolongam a vida útil das células para três anos, embora geralmente sejam cotadas entre 9 e 12 meses. Elementos de sal com aditivos de melhoria são produzidos em um design mais confiável - uma caixa protetora de aço (com menos frequência de plástico) está do lado de fora e o zinco está dentro. Esses elementos são mais seguros de operar e. além disso, eles têm uma maior intensidade de energia. O corpo de tal elemento é fechado por cima e por baixo por discos-eletrodos de metal moldados com vedação na forma de juntas de polímero. No entanto, as células galvânicas de sal têm a menor capacidade elétrica entre as fontes de corrente química, que é de 450 ... 850 mAh (doravante, os valores são dados para um elemento de formato AA). Eles são projetados para uso em dispositivos de baixa e média potência, como relógios, controles remotos para eletrodomésticos, brinquedos infantis, dispositivos de alarme, rádios de bolso. Para prolongar a vida útil das células de sal, recomenda-se, junto com conjuntos novos, usar os já usados, mas não deixá-los completamente descarregados. Isso se deve a um processo muito lento de equalização de inomogeneidades locais em um eletrólito viscoso durante a descarga e em alguma restauração das propriedades do elemento durante o "repouso". Em particular, não é recomendado usar um conjunto de elementos de sal por mais de duas horas seguidas em um reprodutor de áudio. Elementos alcalinos Os elementos alcalinos externamente praticamente não diferem dos salinos, contêm eletrodos de carbono e zinco, dióxido de manganês, mas em vez de cloreto de amônio usam um eletrólito alcalino. Portanto, eles são chamados de alcalinos ou alcalinos. O eletrólito alcalino elimina a evolução de gás durante o funcionamento das células, por isso são produzidas em versão selada. A fem de tais elementos é ligeiramente menor que a dos sais. Mas possuem maior capacidade específica, corrente de descarga e vida útil (até cinco anos). A capacidade das células alcalinas é de 1000 a 3700 mAh. Eles permanecem operacionais em temperaturas de -30°С a +55°С. No entanto, a diferença mais significativa entre células alcalinas e salinas é uma diminuição mais lenta na voltagem durante a descarga (mas diminui acentuadamente no final). Como a capacidade das pilhas alcalinas é muito superior à das salinas, elas são utilizadas em aparelhos de médio e alto consumo energético: lanternas, barbeadores elétricos, gravadores de voz, players, rádios e rádios portáteis, telefones e estações de rádio, lanternas elétricas potentes . elementos de mercúrio O mercúrio tem sido usado com sucesso para melhorar os elementos de sal com zinco. Como resultado, foram criados elementos com dióxido de manganês e óxidos de mercúrio. O elemento de mercúrio tem uma grande capacidade e uma vida útil muito longa. O EMF de tal elemento é apenas 0.15 V menor que o de um alcalino, mas devido ao perigo de poluição ambiental com mercúrio, tais elementos de formatos domésticos são produzidos cada vez menos (elementos com a inscrição "Merquri" não podem ser jogados em latas de lixo e temos recipientes especiais para resíduos perigosos (infelizmente, ainda não). elementos de prata Eles são realmente de prata - o eletrodo positivo neles é feito de óxidos de prata. A EMF dos elementos de prata é 0.25 V maior que a dos elementos de sal. Eles são caros, raros e podem ser distinguidos pela inscrição "Silver". Elementos de ar-zinco Esses elementos possuem zinco e ar envolvidos na reação eletroquímica, por isso são fornecidos furos em seu corpo. Células de ar de zinco têm alta capacidade e longa vida útil. Sua autodescarga à temperatura ambiente não excede 2% ao ano. Mas você precisa armazenar esses elementos em um estado hermeticamente fechado, impedindo a entrada de ar. Esse recurso, juntamente com uma faixa muito estreita de parâmetros operacionais, levou a uma liberação limitada de elementos de formato de consumidor. O EMF das células de zinco de ar é de 1.4 V com capacidade de 70 a 600 mAh. faixa de temperatura operacional - de -18°С a +50°С. Eles são usados principalmente em aparelhos auditivos. Células de lítio As baterias de lítio surgiram relativamente recentemente. Eles usam eletrodos negativos de lítio e um eletrólito com dióxido de manganês à base de compostos orgânicos. As células são eficientes em uma ampla faixa de temperatura (de -30°C a +65°C), têm alta capacidade e uma vida útil muito longa com autodescarga muito baixa (até 10 anos). O lítio tem o maior potencial de eletrodo negativo de todos os outros metais. O EMF desse elemento é 3,8 V. O lítio é um metal caro, então as células de lítio foram usadas principalmente onde era necessária uma operação confiável de longo prazo, por exemplo, em fontes de alimentação de backup para chips de memória de computador e em tecnologia espacial. Anteriormente, as células de lítio eram produzidas apenas em versões de "botão" ("botão") para relógios, calculadoras, câmeras e computadores. Gradualmente, à medida que seu custo diminui, as células de lítio aparecem não apenas para dispositivos com alto consumo de energia (câmeras modernas, filmadoras - células CR123, 2CR5 e CR2). mas também para outros dispositivos. Infelizmente, hoje não existe uma designação única de elementos - existe um sistema americano de dimensões, existe um internacional - IEC, e as empresas líderes costumam indicar várias designações em seus produtos ao mesmo tempo (consulte a Tabela 2, bem como "Rádio" , 2000, nº 2, p. 47).
A letra "R" de acordo com o sistema IEC denota um elemento cilíndrico e "F" - retangular. Adicionar a letra "L" antes de "R" ou "F" significa que este elemento é alcalino. Em geral, a designação completa no sistema IEC inclui 14 caracteres, divididos em cinco grupos semânticos, o que, talvez, tenha se tornado um sério obstáculo para sua implementação. É descrito em detalhes no artigo de R. Varlamov "Elementos estranhos e baterias do sistema MC" ("Rádio", 1996, nº 3). O consumidor está interessado na vida útil da bateria e em um preço acessível, e a duração do trabalho do elemento está principalmente relacionada à sua capacidade elétrica. Os fabricantes unanimemente tentam não indicar esse parâmetro e, para isso, têm boas razões. O fato é que a capacidade real depende das condições de descarga. A rapidez com que a tensão da célula cai à medida que descarrega depende da corrente de carga e do tipo de eletrólito. É impossível descarregar o elemento a zero - o dispositivo requer uma certa tensão e, em baixa tensão, não funcionará. A tensão mínima permitida durante a descarga é chamada de tensão de corte. É determinado pelas características de operação e geralmente varia de 0,8 a 1 V. Quanto menor a tensão de corte, mais energia o elemento pode fornecer. A introdução de novas tecnologias permite melhorar as características dos elementos - aumentar a capacidade, o prazo de validade, a corrente de descarga. Por exemplo, a Duracell introduziu a tecnologia Titanium - a adição de dióxido de titânio ao eletrólito aumenta a vida útil das células em dispositivos com baixo consumo de corrente. A Panasonic introduziu a tecnologia Power ativador, a TDK introduziu a tecnologia X-treme. Baterias GP - Super alcalinas, Energiser - Fórmula de alta tecnologia. O uso de alguma forma de grafite granular altamente condutor finamente disperso e um eletrólito orgânico gelificado permitiu que essas empresas melhorassem significativamente o desempenho da célula em níveis de potência médios e altos. Por um lado, os fabricantes estão constantemente melhorando seus eletrodomésticos, buscando reduzir o consumo de energia e, por outro lado, no desenvolvimento da produção de baterias, há uma tendência de aumentar sua intensidade energética e corrente de descarga. Por exemplo, a Panasonic, que produz eletrodomésticos e baterias, anunciando o reprodutor RQ-SX20, enfatiza que as células alcalinas LR6 da marca (usando a tecnologia Power ativador) fornecem reprodução de gravação de 45 horas. Em materiais publicitários, as empresas costumam informar que as baterias novas que produzem têm capacidade significativamente aumentada (sem indicar seu valor). A Panasonic dá os seguintes resultados ao aumentar a capacidade real das novas células alcalinas LR6 Power: quando usadas em um CD player com consumo de corrente de 170 ... 300 mA, o tempo de operação das células aumenta em 20%. em uma lanterna com lâmpada halógena (consumo atual 600.. 800 mA) - em 20%. na câmera digital Casio QV-10 (potência 315 mW) - em 28%. em um computador portátil IBM ThinkPad 230, em 30%, e em um carrinho de brinquedo Nikko, em 45%. A partir de um conjunto de dois elementos Panasonic LR6, você pode obter mais de 500 unidades de flash com um pequeno intervalo entre elas. Como você pode ver, novamente publicidade: nem a potência do flash nem o intervalo entre eles são indicados. Da mesma forma, os elementos Energiser são anunciados: a empresa indica que seus elementos LR6 duram 50% mais em uma câmera digital. em um rádio de bolso - em 45%. em um telefone celular - em 40%. em uma lanterna portátil - em 80%, em um modelo de carro controlado por rádio - em 40% em comparação com elementos convencionais (sal). Na realidade, o custo das baterias salinas e alcalinas do mesmo tamanho difere em 4 ... 5 vezes e a vida útil - em 6 ... 8 vezes. A capacidade elétrica real de uma determinada bateria é praticamente impossível de estabelecer por marcação. Pode diferir bastante significativamente mesmo com a aparente identidade dos elementos. Na tabela. 2 mostra a capacidade de sal e entre parênteses - células galvânicas alcalinas. Além disso, a característica mais importante do elemento é a corrente máxima. que este elemento pode fornecer ao consumidor de forma breve, mas estável - a chamada corrente de flash. Na tabela. 3 mostra os valores da corrente de flash de alguns elementos.
A corrente de flash é diferente da corrente de falha na resistência zero do circuito externo. No último caso, nenhum trabalho útil é feito e a duração do pulso de corrente de falta é uma fração de segundo. A corrente do flash é medida em uma certa, embora muito pequena, resistência do circuito externo, muitas vezes até em comparação com a resistência interna da fonte. Essa corrente faz um trabalho útil e sua duração é de vários segundos (até dez). O valor da corrente do flash é muito significativo para consumidores com carga intensa periódica de curto prazo - câmeras com avanço automático de filme, flashes fotográficos. Células e baterias com alta corrente de flash tendem a ter uma quantidade significativa de energia. Por exemplo, as baterias em conjuntos descartáveis de câmeras Polaroid após o uso do conjunto de fotos ainda são capazes de fornecer corrente de até 10 A por muito tempo. A falta de valores para os parâmetros dos elementos é compensada por testes de teste realizados em várias condições. Na tabela. 4 mostra os resultados do teste de elementos AA (UM3, MN1500, R6, LR6) ao trabalhar em um reprodutor de áudio. Esse uso de elementos é um dos mais massivos. A informação acima ilustra claramente a vantagem dos elementos alcalinos em comparação com os sais. Para o consumidor, os parâmetros apresentados são de maior valor do que as promissoras declarações publicitárias das empresas.
Como distinguir entre elementos de diferentes tipos e não encontrar produtos falsos ou simplesmente de baixa qualidade produzidos por ninguém sabe quem e ninguém sabe onde? A lista de empresas líderes que produzem baterias e vendem seus produtos no mercado russo é muito grande. Estes são Duracell, Energiser, Panasonic, Varta, Kodak, TDK e outros. Assim, o próprio nome já é uma espécie de recomendação, principalmente se o elemento e o aparelho para o qual você vai adquiri-lo forem fabricados pela mesma empresa. Porém, deve-se lembrar que em células alcalinas, mais avançadas e com alto consumo de energia, você quase sempre encontrará a designação - "Alcalina". Inscrições indicando tecnologia de produção aprimorada - "Power Alcaline", "X-Treme". "Super Alcalina". "High-Tech", "Titanium", também são uma recomendação sólida. Você definitivamente deve prestar atenção a eles ao escolher uma bateria para um determinado equipamento. Muitas vezes você pode ouvir que o corpo estampado todo em metal do elemento (especialmente com uma superfície inferior não lisa) indica que este é um elemento de sal. Este sinal não é absoluto - os elementos de sal melhorados têm uma caixa de metal protetora com arruelas de metal moldadas nas extremidades e, portanto, é difícil distingui-los dos alcalinos na aparência. Você pode distinguir entre elementos salinos e alcalinos pela designação de sua marca e inscrições. A letra "R" significa elementos de sal (R1, R03, R6, R14, R20, etc.). Os elementos de sal aprimorados são adicionalmente indicados pelas letras "P" ou "S" (menos frequentemente HD, HE, EH, UP, UPS) - por exemplo, R6P, SUMS, R20UPS. A letra "L" é inserida na designação do elemento alcalino - LR1, LR03, LR6, LR14, LR20, 6LF22 - e quase sempre é adicionada a inscrição "Alkaline", "Super Alkaline", etc. Os elementos de mercúrio, prata e zinco-ar são designados "Merqury", "Silver" (ou "Silber"), respectivamente. "Zn-Air", mas para equipamentos domésticos é desejável usar elementos com as inscrições "0% Merqury", "0% Merqury & Cadmium". "0% Mercúrio e Cádmio Adicionado". "0% Quecksilber Cadmium", "0% Hg Cd", "Merqury Free". Outra evidência confiável da alta qualidade das baterias é sua embalagem. Empresas sérias embalam seus produtos nos chamados recipientes blister em um suporte de papelão - invólucros de plástico transparente que permitem ver os itens embalados e protegê-los de maneira confiável contra umidade e danos mecânicos. Normalmente, vários elementos (dois a quatro elementos R6 ou dois elementos R14 - R20) em uma caixa de plástico transparente são colados a uma base de papelão colorida, na qual são repetidos o nome da empresa, sua marca registrada e outras informações sobre a empresa e o produto , incluindo o código de barras do país - fabricante. Certifique-se de indicar a data de validade - essas informações são repetidas na embalagem e no corpo do elemento na forma de números estampados: por exemplo, 09.99. Isso é mais característico dos elementos de sal. Em alcalina, a data de validade é mais frequentemente indicada na forma de uma inscrição na caixa: INSTALL BY JAN 2001, Melhor antes de MAR2003 ou simplesmente JAN2001 e MAR2003. Recentemente, algumas empresas começaram a economizar em embalagens e suporte de papelão, não protegendo seus produtos com filme de polímero. É verdade que no verso da embalagem de papelão em vários idiomas eles fornecem informações sobre as características da operação das mercadorias e garantias. Várias empresas já começaram a imprimir essas inscrições em russo. Em geral, as informações na embalagem dos elementos das empresas líderes são muito mais informativas do que as inscrições no próprio elemento. Aqui estão exemplos de inscrições em elementos de sal no formato AA. Baterias GP, Greencell Extra Heavy Duty 15G "SIZEAA" 1,5 V, 0% Merqury (Hong Kong) - célula de sal (em cuja designação não é mencionada), tamanho AA. "heavy duty" (Heavy Duty), não contém mercúrio. Empresa Varta, elemento Varta Super MIGN0N'R6'AA'UM3'1.5 V 0% Merqury Cadmium. 0% Quecksilber Cadmium (fabricado na França) é um elemento de sal de mesmo tamanho, e esse tamanho é repetido quatro vezes na marcação (MIGNON'R6'AA'UM3). não contém mercúrio e cádmio. Elementos alcalinos do mesmo formato. Duracell, Duracell Elemento alcalino 1.5 V'SIZEAA'MN 1500 LR6, JAN2001 - Elemento alcalino AA, designação de tamanho repetida três vezes, prazo de validade - até janeiro de 2001. Sem notas ambientais. Mas na embalagem deste elemento você pode ler uma designação mais completa: Alkaline'ExtraPower'Titanium 'AA' MN1500'LR6'Mignon, informações ambientais - 0% Cd? 0% Hg, 0% Pb e local de produção - Bélgica. Também são dadas recomendações: substitua todo o conjunto de elementos, não recarregue, não leve ao fogo e não use elementos de tipos e sistemas diferentes ao mesmo tempo (vamos adicionar, e de diferentes graus de descarga). Normalmente, etiquetas de advertência são dadas no corpo do elemento em vários idiomas: Não jogue no fogo! Não recarregável! (Não jogue no fogo! Não recarregue!). A essência dessas inscrições é que as células galvânicas alcalinas modernas, e ainda mais de lítio, muitas vezes explodem quando aquecidas ou ao tentar carregá-las, como uma bateria. E o conteúdo de uma célula galvânica, mesmo que não haja mercúrio, chumbo e cádmio, está longe de ser seguro. Você pode encontrar elementos produzidos por várias empresas onde essas inscrições são repetidas em russo (e também na embalagem). Se as baterias estiverem mal embaladas, malfeitas, não tiverem indicação de onde são fabricadas e qual é a data de validade, esses produtos podem não atender às suas expectativas e é perigoso comprá-los. Como regra, eles estão entre os mais baratos. Portanto, o alto preço dos elementos também é uma evidência indireta de altas propriedades de consumo. Autor: M. Mikhailov, Moscou
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