Appareil à piles alcalines. Conditions générales d'utilisation. Caractéristiques des piles alcalines

Le nombre de batteries vendues quotidiennement dans le monde se chiffre en millions. La part du lion de ce nombre revient aux piles alcalines - des piles dans lesquelles une solution alcaline (hydroxyde de potassium) agit comme un électrolyte. Leurs avantages incluent un faible coût, la possibilité de travailler longtemps en mode de charge constante et de stocker une charge pendant 3 à 5 ans.

En plus de l'électronique grand public, ils sont de plus en plus utilisés dans l'armée pour les véhicules électriques et les applications aérospatiales. Ce sont des batteries primaires qui dépendent de la réaction entre le dioxyde de zinc et le dioxyde de manganèse. Les cellules à oxyde d'argent ont une densité et une capacité d'énergie plus élevées, mais également des coûts plus élevés que les cellules alcalines de taille similaire.

Il y a aussi d'autres systèmes de batterie qui utilisent des électrolytes alcalins mais utilisent des matériaux actifs différents pour les électrodes. Une croissance a été enregistrée sur le marché des batteries secondaires, mais les batteries sans stockage ou primaires sont tout aussi importantes. Ils continuent de se nourrir d'un marché de niche important dans des applications telles que les PDA, les télécommandes télécommande, clés électriques et jouets. Les batteries principales sont également utiles lorsque le chargement est peu pratique ou impossible, comme dans les batailles militaires, les missions de sauvetage et la lutte contre les incendies de forêt.

Pile alcaline AAA

Dans les appareils à faible consommation d'énergie, par exemple dans les télécommandes des équipements de télévision et de vidéo, les piles alcalines AAA, également appelées "petit doigt" ou "mini doigt", sont le plus souvent utilisées. Selon les normes de la Commission Electrique Internationale, ils sont marqués LR6. La capacité de ces éléments est suffisante pour maintenir la télécommande pendant 1 à 2 ans.

Les autres applications principales de la batterie sont les moniteurs de pression des pneus pour les voitures et les camions, les capteurs de suivi des oiseaux, les stimulateurs cardiaques pour les patients souffrant d'insuffisance cardiaque, les perceuses intelligentes et les stations de rappel légères et isolées. Une densité d'énergie élevée, une durée de stockage élevée et une disponibilité opérationnelle rendent cette batterie adaptée à ces applications. La batterie peut être transportée dans des endroits isolés et utilisée immédiatement après un stockage à long terme.

La plupart des batteries de base sont peu coûteuses, pratiques et respectueuses de l'environnement. Ces piles à usage général sont utilisées pour les applications à faible consommation d'énergie telles que les télécommandes, les lampes de poche, les jouets et les horloges murales. L'une des piles grand public les plus courantes est la pile alcaline au manganèse, ou principalement alcaline. Une pile alcaline fournit plus de puissance à des courants de charge plus élevés qu'une pile au carbone-zinc. Plus important encore, la pile alcaline ne se vide pas lorsqu'elle est consommée, pas plus que la pile au carbone-zinc.

Piles alcalines AA

Les piles AA, communément appelées , sont un "cheval de bataille" universel et sont utilisées dans les jouets musicaux pour enfants, les récepteurs et lecteurs portables, les lampes de poche, les téléphones, le matériel de bureau et de nombreux autres appareils. Pour les travaux à long terme dans les équipements photographiques, qui nécessitent une efficacité énergétique maximale, des photo-éléments spéciaux ont été développés, qui peuvent être reconnus par le préfixe "photo" dans le titre. La capacité des cellules ordinaires à électrolyte alcalin varie de 1500 à 3000 mA / h, et la tension qu'elles produisent est au niveau de 1,5V.

Du côté négatif, une pile alcaline est plus chère qu'une pile au carbone-zinc. Les batteries primaires ont l'une des densités d'énergie les plus élevées. Alors que les piles secondaires se sont améliorées, une pile alcaline domestique typique fournit 50 % plus d'énergie que Batterie aux ions lithium. La batterie principale avec la densité d'énergie la plus élevée - batterie au lithium, conçu pour les caméras vidéo et les batailles militaires. Il contient trois fois plus d'énergie qu'une batterie lithium-ion et se présente sous divers mélanges tels que le lithium métal, le dioxyde de lithium manganèse, le dioxyde de lithium, le dioxyde de lithium thionyle, le lithium oxygène, etc.

Piles alcalines de type D

Les piles de type D, communément appelées "baril" ou "fût", sont le plus souvent utilisées dans les récepteurs radio et les émetteurs radio, les compteurs Geiger et les talkies-walkies, c'est-à-dire là où c'est nécessaire grande capacité. Selon la norme de la Commission électrique internationale, ils sont marqués LR20. Tension de travail est de 1,5 V et la capacité peut atteindre un niveau de 16 000 mAh.

Figure 1 : Comparaison de l'énergie spécifique entre les batteries secondaires et les batteries principales. Les batteries secondaires sont généralement évaluées à 1C; les piles alcalines utilisent des courants de décharge beaucoup plus faibles. L'énergie spécifique indique l'énergie que la batterie peut stocker. Cependant, cela ne garantit pas l'approvisionnement en énergie. Les batteries principales ont une résistance interne élevée, ce qui limite le chargement de charges légères telles que les consoles, les torches et les appareils de divertissement portables. Les appareils photo numériques sont la limite - une perceuse électrique alcaline serait inimaginable.

Piles alcalines et alcalines - différences

Assez souvent, les vendeurs d'équipements fonctionnent avec le terme piles "alcalines". Bien que ce nom semble assez impressionnant, il vient de mot anglais"alkaline", désignant le même alcali et utilisé dans l'étiquetage des piles alcalines fabriquées à l'étranger. Ainsi, les piles alcalines et alcalines ne sont pas différentes les unes des autres, et ces deux noms sont des synonymes familiers.

Les principaux fabricants de batteries ne répertorient que des énergies spécifiques ; la puissance spécifique n'est pas publiée. De plus, les piles peuvent chuter à très basse tension 0,8 volt par cellule. Cette méthode de notation offre des valeurs de papier impressionnantes, mais des résultats faibles sur un problème plus complexe. La figure 2 compare les caractéristiques des batteries primaires et secondaires avec une sortie 1C. Les résultats sont répertoriés sous « Réel » et « Estimé ».

La résistance interne élevée limite la pile alcaline aux faibles charges. La raison de la dégradation apparente des performances des batteries principales est la résistance interne élevée qui provoque une chute de tension sous charge. La résistance déjà élevée augmente d'autant plus que la batterie est consommée lors de la décharge. Par exemple, lorsqu'une batterie ne convient plus à un appareil photo numérique, une capacité précieuse est souvent gaspillée. Une pile alcaline usée peut souvent alimenter une horloge de cuisine jusqu'à deux ans.

La différence entre les piles alcalines et salines

Bien que les piles salines et alcalines soient toujours les meilleures ventes, elles ont des différences :

Le sel:

sont complètement déchargés en environ 2-3 ans de stockage ;
sont plus sensibles aux fluctuations de température, ce qui réduit considérablement la durée de conservation;
sous l'influence de processus chimiques internes à la fin de la décharge, ils «fuient» souvent, inondant les contacts de l'équipement et salissant tout autour, ils ne doivent donc pas être laissés dans des appareils inutilisés;
avoir une capacité et une durée de fonctionnement relativement faibles ;
ne supportent pas des charges élevées et ne conviennent qu'aux appareils à faible consommation d'énergie : horloges, balances de cuisine, télécommandes ;
appartiennent à la catégorie des petits prix.

La figure 2 montre le plus grand écart entre "nominal" et "réel" dans les piles alcalines. La pile alcaline alcaline fournira meilleurs scores. Le tableau 3 montre la capacité de la norme piles alcalines avec des tâches spécifiques aux appareils de divertissement personnels ou aux petites lampes de poche. Le déchargement à chargement fractionné donne de grandes capacités ; augmenter la vitesse de téléchargement la réduirait considérablement.

Tableau 3 : Caractéristiques d'une pile alcaline. Le téléchargement est comme de petits appareils de divertissement. Les batteries primaires peuvent être coûteuses à utiliser et l'impossibilité de les recharger augmente le coût énergétique d'environ 30 % par rapport aux batteries secondaires. Le problème de coût devient encore plus aigu si l'emballage est remplacé après chaque mission, quelle que soit la durée de vie. L'élimination des batteries partiellement utilisées est courante, en particulier dans les applications de transport et les missions critiques.

En savoir plus sur les piles alcalines

Les piles alcalines portent le nom de l'électrolyte qu'elles contiennent. Dans la plupart des cas, il s'agit d'une solution aqueuse de KOH (potasse caustique) ou de NaOH (sodium caustique). Ce type de batterie présente un certain nombre d'avantages par rapport aux batteries de type acide, mais il n'est pas sans inconvénients. Dans certains secteurs de l'économie nationale, l'utilisation de piles alcalines est plus justifiée. Par conséquent, nous examinerons aujourd'hui les caractéristiques et la conception des piles alcalines, ainsi que leur portée.

Fournir de nouveaux paquets aux troupes à chaque appel est plus pratique et plus sûr que d'estimer l'état de charge restant. L'estimation de l'état de charge d'une batterie peut aider, mais de tels outils sont coûteux et imprécis. Le moyen le plus simple consiste à mesurer la tension en circuit ouvert et à lire la résistance interne en appliquant une charge courte et en vérifiant la chute de tension. Une tension différentielle élevée sera associée à une résistance croissante, une alimentation en fin de vie. Un moyen plus précis consiste à calculer l'énergie consommée, une mesure connue sous le nom de compteur de consommation, mais qui nécessite des circuits électriques coûteux.

Les types de piles alcalines les plus courants sont le nickel-cadmium et le nickel-hydrure métallique (également appelé nickel-fer). Dans les deux types de batteries à l'état chargé, la masse active de l'électrode positive est constituée de NiOOH (hydroxyde de nickel) additionné d'oxyde de baryum et de graphite. Le graphite est conçu pour augmenter la conductivité électrique de la masse active. L'ajout d'oxyde de baryum augmente la durée de vie d'une pile alcaline.

Mesure de l'état de la charge. En raison du coût élevé et des imprécisions inhérentes, les jauges de carburant sont rarement utilisées pour les batteries principales. Le stress est toujours football maintenant et varié. Jupe flèche et carquois. Patronne de tous soucis que seul le chocolat passe. Salade cette commodité s'appelle la fermentation. Qu'il s'agisse de votre dernier projet de robotique, de questions d'électronique, d'un débat industriel ou simplement d'une conversation entre amis.

Grâce à nouvelle technologie ce chargeur est plus petit, beaucoup plus fiable que les chargeurs d'ancienne génération, et aussi plus efficace, ce qui économise la consommation d'énergie pendant la charge. Chargeur"intelligent" - contrôlé par le microprocesseur, qui ne nécessite pas de surveiller le temps du processus de déception ou de peur de la surcharge. Lorsque le processus de charge est terminé, le chargeur passe en mode de contrôle de tension, ce qui le rend 100 % fiable.

La masse active de l'électrode négative dans le cas d'une batterie nickel-hydrure métallique est de la poudre de fer (Fe) et ses oxydes. Il contient des additifs de sulfure de fer et de sulfate de nickel. Dans le cas des batteries nickel-cadmium, la masse active de l'électrode négative est un mélange de poudre de cadmium (Cd) et de fer. Une solution aqueuse de potassium caustique (20%) est utilisée comme électrolyte pour les piles alcalines. Le monohydrate de lithium est ajouté à l'électrolyte à raison de 20 à 30 grammes par litre. Cet additif prolonge la durée de vie de la batterie.

Examinons la conception et la construction d'une pile alcaline en utilisant des modèles de piles utilisés dans les locomotives diesel et les voitures particulières à titre d'exemple. Les hydrures de nickel-métal (Ni-MH) et (Ni-Cd) y sont utilisés. Les entreprises produisent des batteries nickel-fer et nickel-cadmium, dans lesquelles les électrodes sont réalisées sous la forme de cadres en acier nickelé. Les lamelles sont enfoncées dans les rainures de ces cadres.

Le chargeur utilise une technologie innovante. Contrôle de charge automatique et fiable - à une certaine tension ou réduction automatique du courant de charge. Le contrôle de tension après le processus de charge est activé avec un très niveau faible courant de charge, permettant à la batterie de rester complètement chargée, restant allumée pendant une longue période. Le chargeur élimine la charge de la batterie pour la sulfatation dans charge de la batterie. Mode hiver. - Fournit une charge complète et efficace de la batterie même à basse température environnement. Le chargeur utilise une quantité limitée courant de charge une impulsion pour fournir une tension sûre pour plus charge rapide- le chargeur décide automatiquement quand et quand il est nécessaire Utilisez ce mode. Le chargeur est protégé contre les courts-circuits, l'inversion de polarité, la surchauffe et la surcharge. Mode de récupération - Un mode de charge spécial pour les batteries fortement déchargées. . La première étape consiste à déterminer le type de batterie et sa tension.

Lamel est un emballage rempli de masse active. Les lattes sont en tôle nickelée avec un grand nombre de trous. Ceci est fait pour que l'électrolyte puisse s'écouler vers la masse active.

Dans les batteries nickel-cadmium (NC est présent dans le marquage), la plaque négative est entre 2 plaques positives. Nickel-fer (dans le marquage NJ) ou prévoir la présence d'une plaque positive entre 2 plaques négatives. Pour éviter un court-circuit, des séparateurs sont placés entre les plaques. Ils sont réalisés sous la forme d'une maille en PVC ou d'une tige en ébonite.

L'image ci-dessous montre un appareil à piles alcalines Ni-MH. Dans le schéma, vous pouvez voir les demi-blocs d'électrodes et l'ensemble de la batterie.

Et dans l'image suivante, vous pouvez voir le dispositif de la batterie alcaline Ni-Cd.

Dans de telles variétés piles les PUFA et les PUFA utilisent des plaques positives blindées. Ces plaques sont placées dans des étuis spéciaux ou des coquilles. Les électrodes sont dans un boîtier en tôle nickelée. Le corps a un couvercle soudé avec des trous pour les broches. Il y a aussi un trou pour le remplissage d'électrolyte et de gaz de ventilation. Pour donner au corps une résistance mécanique, les parois sont ondulées. Le dessus du boîtier est fermé par un couvercle en caoutchouc, qui permet d'isoler les éléments du boîtier où est installée la batterie. Parlons maintenant un peu de ce qui assure le fonctionnement d'une pile alcaline.

Le principe de fonctionnement des piles alcalines

Lorsque la batterie se décharge, l'hydroxyde de nickel (NiOOH) réagit avec les ions de l'électrolyte de la batterie alcaline au niveau de l'électrode positive. Il en résulte la formation d'oxyde de nickel hydraté Ni(OH) 2 . Au niveau de l'électrode négative, le cadmium et le fer sont convertis en oxyde de cadmium hydraté (Cd (OH) 2) et en fer (Fe (OH) 2). La circulation du courant à travers les réseaux externes et internes fournit une différence de potentiel (environ 1,45 volts) d'une pile alcaline. Ainsi, le fonctionnement d'une pile alcaline est assuré.
Lorsqu'une pile alcaline est chargée, la masse active des plaques positives s'oxyde sous l'effet du courant. L'oxyde de nickel hydraté Ni(OH) 2 est converti en hydroxyde de nickel (NiOOH). Dans la masse active des électrodes négatives, lors de la charge, il y a une réduction avec la formation de cadmium et de fer.

Vous trouverez ci-dessous les réactions qui se produisent pendant le processus de décharge-charge, représentées par les équations suivantes :

Pile alcaline Ni─MH :

2Ni(OOH) + 2KOH + Fe ⇒ 2Ni(OH) 2 + 2KOH + Fe(OH) 2

Pile alcaline Ni─Cd :

2Ni(OOH) + 2KOH + Cd ⇒ 2Ni(OH) 2 + 2KOH + Cd(OH) 2

Le fonctionnement d'une pile alcaline est tel que valeur nominale le courant de décharge est de 0,2*C. La valeur "C" indique la capacité nominale de la batterie. Le courant de décharge maximal, par exemple, lors du démarrage d'un moteur diesel, peut atteindre 4 * C. Le courant de charge standard pour les piles alcalines est de 0,25*C.

Il convient de noter que les substances qui se forment lors du fonctionnement d'une pile alcaline et de l'apparition de réactions électrochimiques ne se dissolvent presque pas dans l'électrolyte et ne réagissent pas les unes avec les autres. Du fait que l'électrolyte d'une pile alcaline n'interagit pas avec eux, il n'y a pas de consommation et la densité ne change pas. En conséquence, moins de volume est nécessaire que dans une batterie à acide.

Pour que l'électrode négative (composée d'éponge de fer) d'une batterie nickel-fer fonctionne correctement, son poids doit être supérieur à celui de la positive. Cela est dû au plus grand nombre de plaques négatives dans ce type de batterie. Le bloc d'assemblage de ce type de pile alcaline comporte des plaques négatives sur les bords. Ces plaques ont connexion électrique avec coque. Dans les batteries Ni─Cd, c'est l'inverse qui est vrai. Là, la masse active de l'électrode positive doit avoir un volume plus important que celle de la négative. Leurs blocs ont des plaques positives le long des bords, qui sont reliées au corps.

La tension d'une pile alcaline lorsqu'elle est complètement chargée est d'environ 1,45 volts. En raison de la résistance interne importante de ce type de pile, la tension d'une pile alcaline est nettement inférieure à la valeur nominale lors de la décharge et nettement supérieure lors de la charge.

Lorsqu'une charge est connectée aux bornes de la batterie et que la décharge commence, la tension diminue rapidement à 1,3 volt, puis diminue lentement à un volt. Lorsque cette marque est atteinte, la décharge doit être arrêtée. La valeur moyenne de la tension calculée pendant la décharge est de 1,25 volts. En dessous d'une tension de 1 volt, il est déconseillé de décharger une pile alcaline. Cela peut entraîner une perte de capacité et une durée de vie réduite.

Lorsque la charge est en cours, la tension d'une pile alcaline monte assez rapidement de 1,55 à 1,75 volts, puis remonte assez lentement jusqu'à 1,8 volts. La charge d'une pile alcaline scellée s'effectue jusqu'à un certain Ah nombre conformément aux caractéristiques de son passeport. Le courant de charge d'une pile alcaline scellée est fixé à 0,25 * C (capacité nominale). Pendant le processus de charge, 150 % de la capacité est transférée à la batterie. Pour plus d'informations, lisez les articles sur et les batteries Ni─Cd.

Les piles acides et alcalines sont similaires en ce sens que les deux types de piles libèrent du gaz lorsqu'elles sont chargées. Cependant, dans le cas des piles alcalines scellées, le dégagement gazeux n'est pas un signe de fin de charge. Mais ici il est également recommandé de réduire le courant si le dégazage est trop violent.

On peut dire qu'il vaut mieux recharger des piles alcalines scellées qu'elles ne seront déchargées. Une charge incomplète pour eux réduit la durée de vie. Dans le même temps, la surcharge n'est pas non plus autorisée. En cours de charge, leur température augmente. À des valeurs supérieures à 45 degrés Celsius, la masse active des électrodes commence à s'effondrer. Pour plus d'informations, lisez à propos de.

Caractéristiques de fonctionnement et durée de vie des piles alcalines

En principe, l'entretien des piles alcalines est à peu près le même que celui des piles acides. Il est nécessaire de surveiller périodiquement le niveau d'électrolyte, ainsi que de charger la batterie. Les piles alcalines scellées doivent être rechargées régulièrement et maintenues propres.

Les piles alcalines scellées peuvent être stockées assez longtemps dans un état semi-chargé ou déchargé. Il convient également de noter que les piles alcalines sont moins sensibles aux températures négatives. De plus, les piles alcalines scellées sont capables de fonctionner lorsqu'elles sont déchargées. courants élevés(haute capacité de surcharge).

En raison du fait que la pile alcaline scellée a une grande résistance interne, une forte décharge et des courts-circuits à court terme n'endommagent pas ces piles. Les piles alcalines résistent aux vibrations, aux chocs, aux chocs en raison de leur grande résistance. Par rapport aux acides, ils ont une énergie spécifique plus élevée, une durée de vie plus longue et peuvent être stockés plus longtemps.

L'autodécharge des piles alcalines scellées dans un circuit ouvert est de 20 % de la capacité en 9 mois. Ce n'est pas beaucoup par rapport aux batteries à acide. Dans ce dernier, un tel niveau d'auto-décharge est observé en un mois. Il est important de noter que pendant le fonctionnement des piles alcalines scellées, il n'y a pas d'émissions de gaz nocifs et elles sont assez fiables.

Mais les piles alcalines présentent certains inconvénients et inconvénients lors du fonctionnement. Leur tension de décharge est d'environ 40 % inférieure à celle des acides. Par conséquent, pour produire la même tension de batterie, vous devez recruter un nombre différent de cellules. Et dans le cas d'une pile alcaline scellée, le nombre de tels éléments sera beaucoup plus important. En raison de la résistance interne élevée des batteries à électrolyte alcalin, la tension chute beaucoup plus rapidement lors d'une décharge intense que lors d'une décharge acide.

Types de piles alcalines et leurs domaines d'application

Les piles alcalines lamellaires, dont la conception a été discutée ci-dessus, sont largement utilisées comme piles alcalines de traction. De plus, ils sont également utilisés comme starters. Voici les domaines d'application de ces batteries:

locomotives et voitures voyageurs;
alarmes et systèmes d'alimentation de secours;
locomotives électriques minières;
toutes sortes d'équipements électriques extérieurs (divers chariots élévateurs dans les entrepôts et les usines. Par exemple, une pile alcaline TNZh);
pour le démarrage des moteurs à combustion interne.

Les piles alcalines se trouvent dans les téléphones, les appareils photo, les tramways, les trolleybus, etc. Les piles alcalines ont reçu large utilisation dans divers équipements portables et outils électriques. Ils utilisent des batteries cylindriques avec des électrodes de type rouleau. Ils ont Tension nominale 1,2─1,3 volt. De tels éléments sont collectés dans une batterie et utilisés, par exemple, dans des tournevis. En savoir plus sur leur utilisation dans l'article "".

De plus, les piles alcalines peuvent être trouvées comme batteries de démarrage dans les voitures. Certes, ils ne sont produits principalement que pour certains camions, ainsi que pour du matériel militaire. Ils sont rares sur les voitures. Mais, en principe, rien n'empêche certains propriétaires de voitures d'installer une pile alcaline 12V sur leurs "chevaux de fer". Et les avis sur leur utilisation sont positifs.