Dispositivo a batteria alcalina. Condizioni generali d'uso. Caratteristiche delle batterie alcaline

Il numero di batterie vendute ogni giorno nel mondo è di milioni. La parte del leone di questo numero ricade sulle batterie alcaline, batterie in cui una soluzione alcalina (idrossido di potassio) funge da elettrolita. I loro vantaggi includono il basso costo, la capacità di lavorare a lungo in una modalità di carico costante e di conservare una carica per 3-5 anni.

Oltre all'elettronica di consumo, vengono sempre più utilizzati nell'esercito per veicoli elettrici e applicazioni aerospaziali. Si tratta di batterie primarie che dipendono dalla reazione tra biossido di zinco e biossido di manganese. Le celle all'ossido d'argento hanno una maggiore densità e capacità di energia, ma anche costi più elevati rispetto alle celle alcaline di dimensioni simili.

Ce ne sono anche altri sistemi di batterie che utilizzano elettroliti alcalini ma utilizzano diversi materiali attivi per gli elettrodi. È stata registrata una crescita nel mercato delle batterie secondarie, ma le batterie non di accumulo o primarie sono altrettanto importanti. Continuano a nutrirsi di un importante mercato di nicchia in applicazioni come palmari, telecomandi telecomando, chiavi elettriche e giocattoli. Le batterie principali aiutano anche quando il caricamento è impraticabile o impossibile, come nelle battaglie militari, nelle missioni di salvataggio e nella lotta agli incendi boschivi.

Batteria alcalina AAA

Nei dispositivi a basso consumo energetico, ad esempio, nei telecomandi per apparecchiature televisive e video, vengono spesso utilizzate batterie alcaline AAA, dette anche "mignolo" o "minidito". Secondo gli standard della International Electric Commission, sono contrassegnati LR6. La capacità di questi elementi è sufficiente per mantenere il telecomando per 1-2 anni.

Altre applicazioni principali della batteria sono i monitor della pressione dei pneumatici per auto e camion, sensori di rilevamento degli uccelli, pacemaker per pazienti con insufficienza cardiaca, trapani intelligenti e stazioni di richiamo leggere e isolate. L'elevata densità di energia, l'elevato tempo di conservazione e la disponibilità operativa rendono questa batteria adatta a queste applicazioni. La batteria può essere trasportata in luoghi isolati e utilizzata immediatamente dopo una lunga conservazione.

La maggior parte delle batterie di base sono economiche, convenienti e rispettose dell'ambiente. Queste batterie per uso generico vengono utilizzate per applicazioni a bassa potenza come telecomandi, torce elettriche, giocattoli e orologi da parete. Una delle batterie di consumo più comuni è la batteria alcalina al manganese, o principalmente alcalina. Una batteria alcalina fornisce più potenza a correnti di carica più elevate rispetto a una batteria zinco-carbone. Ancora più importante, la batteria alcalina non si scarica quando viene consumata, e nemmeno la batteria zinco-carbone.

Batterie AA alcaline

Le batterie AA, comunemente denominate , sono un "cavallo di lavoro" universale e sono utilizzate in giocattoli musicali per bambini, ricevitori e lettori portatili, torce elettriche, telefoni, apparecchiature per ufficio e molti altri dispositivi. Per il lavoro a lungo termine nell'attrezzatura fotografica, che richiede la massima efficienza energetica, sono stati sviluppati speciali fotoelementi, che possono essere riconosciuti dal prefisso "foto" nel titolo. La capacità delle celle ordinarie con elettrolita alcalino varia da 1500 a 3000 mA / h e la tensione che producono è di 1,5 V.

Sul lato negativo, una batteria alcalina è più costosa di una batteria zinco-carbone. Le batterie primarie hanno una delle densità di energia più elevate. Mentre le batterie secondarie sono migliorate, una tipica batteria alcalina per uso domestico fornisce il 50% di energia in più rispetto a batteria agli ioni di litio. La batteria principale con la più alta densità di energia - batteria al litio, realizzato per videocamere e battaglie militari. Contiene tre volte più energia di una batteria agli ioni di litio ed è disponibile in varie miscele come litio metallico, biossido di litio manganese, biossido di litio, biossido di litio tionile, ossigeno al litio e simili.

batterie alcaline tipo D

Le batterie di tipo D, comunemente chiamate "barile" o "fusto", sono più spesso utilizzate in ricevitori e trasmettitori radio, contatori Geiger e walkie-talkie, cioè dove necessario grande capacità. Secondo lo standard della International Electric Commission, sono contrassegnati con LR20. Tensione di lavoroè 1,5 V e la capacità può raggiungere un livello di 16000 mAh.

Figura 1: Confronto dell'energia specifica tra batterie secondarie e batterie principali. Le batterie secondarie sono generalmente classificate a 1C; le batterie alcaline utilizzano correnti di scarica molto più basse. L'energia specifica indica l'energia che la batteria può immagazzinare. Tuttavia, ciò non garantisce la fornitura di energia. Le batterie principali hanno un'elevata resistenza interna, che limita il carico di carichi leggeri come console, torce e dispositivi di intrattenimento portatili. Le fotocamere digitali sono il limite: un trapano elettrico ad alimentazione alcalina sarebbe inimmaginabile.

Batterie alcaline e alcaline - differenze

Abbastanza spesso, i venditori di apparecchiature operano con il termine batterie "alcaline". Anche se questo nome suona abbastanza impressionante, deriva da parola inglese"alcalino", che denota lo stesso alcali e utilizzato nell'etichettatura di batterie alcaline di fabbricazione straniera. Pertanto, sia le batterie alcaline che quelle alcaline non sono diverse l'una dall'altra e questi due nomi sono sinonimi colloquiali.

I principali produttori di batterie elencano solo energie specifiche; il potere specifico non è pubblicato. Inoltre, le batterie possono scendere molto basso voltaggio 0,8 Volt per cella. Questo metodo di punteggio offre valori di carta impressionanti, ma risultati deboli su un problema più complesso. La figura 2 confronta le caratteristiche delle batterie primarie e secondarie con uscita 1C. I risultati sono elencati in "Attuale" e "Stimato".

L'elevata resistenza interna limita la batteria alcalina a bassi carichi. Il motivo dell'apparente degrado delle prestazioni delle batterie principali è l'elevata resistenza interna che provoca la caduta di tensione sotto carico. La già elevata resistenza aumenta ancora di più man mano che la batteria si consuma durante la scarica. Ad esempio, quando una batteria non si adatta più a una fotocamera digitale, la capacità preziosa viene spesso sprecata. Una batteria alcalina esaurita può spesso alimentare un orologio da cucina per un massimo di due anni.

La differenza tra batterie alcaline e saline

Sebbene sia le batterie saline che quelle alcaline siano costantemente le più vendute, hanno un valore significativo differenze :

Sale:

si scaricano completamente in circa 2-3 anni di stoccaggio;
sono più suscettibili alle fluttuazioni di temperatura, il che riduce significativamente la durata di conservazione;
sotto l'influenza dei processi chimici interni alla fine dello scarico, spesso "perdono", inondando i contatti dell'attrezzatura e sporcando tutto ciò che li circonda, quindi non dovrebbero essere lasciati in dispositivi inutilizzati;
avere una capacità e un tempo di funzionamento relativamente bassi;
non sopportano carichi elevati e sono adatti all'uso solo in dispositivi a basso consumo energetico: orologi, bilance da cucina, telecomandi;
appartengono alla categoria di prezzo basso.

La figura 2 mostra la maggiore discrepanza tra "nominale" e "reale" nelle batterie alcaline. La batteria alcalina alcalina fornirà migliori risultati. La tabella 3 mostra la capacità dello standard batterie alcaline con attività specifiche per dispositivi di intrattenimento personale o piccole torce elettriche. Lo scarico a carico frazionato dà grandi capacità; aumentare la velocità di download la ridurrebbe drasticamente.

Tabella 3: Caratteristiche di una batteria alcalina. Il download è come piccoli dispositivi di intrattenimento. Le batterie primarie possono essere costose da usare e l'impossibilità di ricaricare aumenta il costo dell'energia di circa il 30% rispetto alle batterie secondarie. Il problema dei costi diventa ancora più acuto se l'imballaggio viene sostituito dopo ogni missione, indipendentemente dalla durata. Lo smaltimento delle batterie parzialmente usate è comune, soprattutto nelle applicazioni di trasporto e nelle missioni critiche.

Ulteriori informazioni sulle batterie alcaline

Le batterie alcaline prendono il nome dall'elettrolito che contengono. Nella maggior parte dei casi, si tratta di una soluzione acquosa di KOH (potassa caustica) o NaOH (sodio caustico). Questo tipo di batteria presenta numerosi vantaggi rispetto al tipo di batteria ad acido, ma non è privo di inconvenienti. In alcune aree dell'economia nazionale, l'uso di batterie alcaline è più giustificato. Pertanto, oggi considereremo le caratteristiche e il design delle batterie alcaline, nonché la loro portata.

Fornire nuovi pacchetti alle truppe ad ogni chiamata è più conveniente e più sicuro che stimare lo stato di carico rimanente. La stima dello stato di carica di una batteria aiuterà, ma tali strumenti sono costosi e imprecisi. Il modo più semplice è misurare la tensione a circuito aperto e leggere la resistenza interna applicando un breve carico e verificando la caduta di tensione. Un'elevata tensione differenziale sarà associata all'aumento della resistenza, all'alimentazione di fine vita. Un modo più accurato è calcolare l'energia consumata, una misura nota come misurazione del consumo, ma richiede costosi circuiti elettrici.

I tipi più comuni di batterie alcaline sono al nichel-cadmio e al nichel-metallo idruro (chiamato anche nichel-ferro). In entrambi i tipi di batterie cariche, la massa attiva dell'elettrodo positivo è costituita da NiOOH (idrossido di nichel) con l'aggiunta di ossido di bario e grafite. La grafite è progettata per aumentare la conduttività elettrica della massa attiva. L'aggiunta di ossido di bario aumenta la durata di una batteria alcalina.

Misurazione dello stato del carico. A causa dei costi elevati e delle imprecisioni intrinseche, gli indicatori del carburante vengono utilizzati raramente per le batterie principali. Lo stress è sempre il calcio ora e vario. Gonna a freccia e faretra. Patrono di tutte le preoccupazioni che passa solo il cioccolato. Insalata che convenienza si chiama fermentazione. Che si tratti del tuo ultimo progetto di robotica, di domande sull'elettronica, di dibattiti di settore o semplicemente di una conversazione tra amici.

Grazie a nuova tecnologia questo caricabatterie è più piccolo, molto più affidabile dei caricabatterie di vecchia generazione e anche più efficiente, il che consente di risparmiare energia durante la ricarica. Caricabatterie"intelligente" - controllato dal microprocessore, che non richiede il monitoraggio del tempo del processo di inganno o la paura del sovraccarico. Al termine del processo di ricarica, il caricabatterie passa alla modalità di controllo della tensione, rendendolo affidabile al 100%.

La massa attiva dell'elettrodo negativo nel caso di una batteria all'idruro di nichel metallico è il ferro in polvere (Fe) e i suoi ossidi. Contiene additivi di solfuro di ferro e solfato di nichel. Nel caso delle batterie al nichel-cadmio, la massa attiva dell'elettrodo negativo è una miscela di polvere di cadmio (Cd) e ferro. Una soluzione acquosa di potassio caustico (20%) viene utilizzata come elettrolita per batterie alcaline. Il litio monoidrato viene aggiunto all'elettrolita nella quantità di 20-30 grammi per litro. Questo additivo prolunga la durata della batteria.

Diamo un'occhiata alla progettazione e costruzione di una batteria alcalina utilizzando come esempio i modelli di batteria utilizzati nelle locomotive diesel e nelle autovetture. Qui vengono utilizzati sia idruro di nichel-metallo (Ni-MH) che (Ni-Cd). Le imprese producono batterie al nichel-ferro e al nichel-cadmio, in cui gli elettrodi sono realizzati sotto forma di telai in acciaio nichelato. Le lamelle vengono premute nelle scanalature di questi telai.

Il caricatore utilizza una tecnologia innovativa. Controllo della carica automatico e affidabile - a una certa tensione o riduzione automatica della corrente di carica. Il controllo della tensione dopo il processo di carica viene attivato con un molto basso livello corrente di carica, consentendo alla batteria di rimanere completamente carica, rimanendo accesa a lungo. Il caricabatterie elimina la carica della batteria per solfatazione carica della batteria. Modalità invernale. - Fornisce una carica della batteria completa ed efficiente anche a basse temperature ambiente. Il caricatore utilizza un limitato corrente di carica un impulso per fornire una tensione sicura per più ricarica rapida- il caricatore decide automaticamente quando e quando è necessario Utilizzare questa modalità. Il caricabatterie è dotato di protezione contro cortocircuito, inversione di polarità, surriscaldamento e sovraccarico. Modalità di recupero: una modalità di ricarica speciale per batterie molto scariche. . Il primo passo è determinare il tipo di batteria e la sua tensione.

Lamel è un pacchetto pieno di massa attiva. Le lamelle sono realizzate in lamiera nichelata con un gran numero di fori. Questo viene fatto in modo che l'elettrolita possa fluire verso la massa attiva.

Nelle batterie al nichel-cadmio (nella marcatura è presente NC), il negativo è compreso tra 2 positivi. Nichel-ferro (nella marcatura NJ) o prevedere la presenza di una piastra positiva tra 2 negative. Per evitare un cortocircuito, i separatori sono posti tra le piastre. Sono realizzati sotto forma di rete in PVC o asta di ebanite.

L'immagine seguente mostra un dispositivo con batteria alcalina Ni-MH. Nello schema si possono vedere i semiblocchi degli elettrodi e il gruppo batteria.

E nella foto seguente potete vedere il dispositivo della batteria alcalina Ni-Cd.

In tali varietà batterie sia i PUFA che i PUFA utilizzano piastre positive corazzate. Queste piastre sono collocate in custodie o conchiglie speciali. Gli elettrodi sono in un alloggiamento in lamiera nichelata. Il corpo ha un coperchio saldato con fori per i perni. C'è anche un foro per il riempimento con elettrolita e gas di sfiato. Per conferire resistenza meccanica al corpo, le pareti sono realizzate in lamiera grecata. La parte superiore del case è chiusa con una copertura in gomma, che fornisce l'isolamento degli elementi dalla scatola in cui è installata la batteria. Ora un po' di cosa garantisce il funzionamento di una batteria alcalina.

Il principio di funzionamento delle batterie alcaline

Quando la batteria si sta scaricando, l'idrossido di nichel (NiOOH) reagisce con gli ioni elettroliti della batteria alcalina sull'elettrodo positivo. Di conseguenza, si forma ossido di nichel idrato Ni(OH) 2. All'elettrodo negativo, cadmio e ferro vengono convertiti in ossido di cadmio idrato (Cd (OH) 2) e ferro (Fe (OH) 2). Il flusso di corrente attraverso le reti esterne e interne fornisce una differenza di potenziale (circa 1,45 volt) di una batteria alcalina. In questo modo è garantito il funzionamento di una batteria alcalina.
Quando una batteria alcalina viene caricata, la massa attiva delle piastre positive viene ossidata sotto l'influenza della corrente. L'ossido di nichel idrato Ni(OH) 2 viene convertito in idrossido di nichel (NiOOH). Nella massa attiva degli elettrodi negativi, durante la carica, si verifica una riduzione con la formazione di cadmio e ferro.

Di seguito sono riportate le reazioni che si verificano durante il processo di scarica-carica, rappresentate dalle seguenti equazioni:

Batteria alcalina Ni─MH:

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

Batteria alcalina Ni─Cd:

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

Il funzionamento di una batteria alcalina è tale valore nominale la corrente di scarica è 0,2*C. Il valore "C" indica la capacità nominale della batteria. La corrente di scarica massima, ad esempio, all'avvio di un motore diesel, è fino a 4 * C. La corrente di carica standard per le batterie alcaline è 0,25*C.

Va notato che le sostanze che si formano durante il funzionamento di una batteria alcalina e il verificarsi di reazioni elettrochimiche quasi non si dissolvono nell'elettrolita e non reagiscono tra loro. A causa del fatto che l'elettrolito per una batteria alcalina non interagisce con loro, non c'è consumo e la densità non cambia. Di conseguenza, è richiesto un volume inferiore rispetto a una batteria ad acido.

Affinché l'elettrodo negativo (composto da spugna di ferro) di una batteria al nichel-ferro funzioni correttamente, il suo peso deve essere maggiore di quello positivo. Ciò è dovuto al maggior numero di lastre negative in questo tipo di batteria. Il blocco di montaggio in questo tipo di batteria alcalina ha piastre negative attorno ai bordi. Questi piatti hanno connessione elettrica con scafo. Nelle batterie Ni─Cd, è vero il contrario. Lì, la massa attiva dell'elettrodo positivo dovrebbe avere un volume maggiore di quello negativo. I loro blocchi hanno piastre positive lungo i bordi, che sono collegate al corpo.

La tensione di una batteria alcalina quando è completamente carica è di circa 1,45 volt. A causa della notevole resistenza interna di questo tipo di batteria, la tensione di una batteria alcalina è significativamente inferiore al valore nominale durante la scarica e notevolmente superiore durante la carica.

Quando un carico è collegato ai terminali della batteria e inizia la scarica, la tensione diminuisce rapidamente a 1,3 volt, quindi diminuisce lentamente a un volt. Quando questo segno viene raggiunto, lo scarico deve essere interrotto. Il valore medio della tensione calcolata durante la scarica è 1,25 volt. Al di sotto di una tensione di 1 volt, non è consigliabile scaricare una cella alcalina. Ciò può comportare una perdita di capacità e una durata di servizio ridotta.

Quando la carica è in corso, la tensione di una batteria alcalina sale abbastanza rapidamente da 1,55 a 1,75 volt, per poi salire abbastanza lentamente fino a 1,8 volt. La carica di una batteria alcalina sigillata viene effettuata fino ad un certo punto Ah numero in base alle caratteristiche del suo passaporto. La corrente di carica di una batteria alcalina sigillata è impostata su 0,25 * C (capacità nominale). Durante il processo di ricarica, il 150 percento della capacità viene trasferito alla batteria. Per ulteriori informazioni, leggere gli articoli sulle batterie Ni─Cd.

Le batterie acide e alcaline sono simili in quanto entrambi i tipi di batterie rilasciano gas quando sono cariche. Tuttavia, nel caso di batterie alcaline sigillate, la formazione di gas non è un segno della fine della carica. Ma qui si consiglia anche di ridurre la corrente se il degassamento è troppo violento.

Possiamo dire che è meglio ricaricare batterie alcaline sigillate piuttosto che scariche. La carica incompleta per loro riduce la vita. Allo stesso tempo, anche il sovraccarico non è consentito. Durante la ricarica, la loro temperatura aumenta. A valori superiori a 45 gradi Celsius, la massa attiva degli elettrodi inizia a collassare. Per ulteriori informazioni, leggere su.

Caratteristiche di funzionamento e durata delle batterie alcaline

In linea di principio, la manutenzione per le batterie alcaline è più o meno la stessa delle batterie acide. È necessario monitorare periodicamente il livello dell'elettrolito e caricare la batteria. Le batterie alcaline sigillate devono essere ricaricate regolarmente e mantenute pulite.

Le batterie alcaline sigillate possono essere conservate in uno stato semi-caricato o scariche per un periodo piuttosto lungo. Vale anche la pena notare che le batterie alcaline sono meno sensibili alle temperature negative. Inoltre, le batterie alcaline sigillate sono in grado di funzionare quando sono scariche. correnti elevate(elevata capacità di sovraccarico).

A causa del fatto che la batteria alcalina sigillata ha una grande resistenza interna, una forte scarica e cortocircuiti a breve termine non danneggiano queste batterie. Le batterie alcaline sono resistenti a vibrazioni, urti, urti grazie alla loro elevata resistenza. Rispetto a quelli acidi, hanno un'energia specifica più elevata, una maggiore durata e possono essere immagazzinati più a lungo.

L'autoscarica delle batterie alcaline sigillate in un circuito aperto è del 20 percento della capacità in 9 mesi. Questo non è molto rispetto alle batterie ad acido. In quest'ultimo, un tale livello di autoscarica si osserva in un mese. È importante notare che durante il funzionamento delle batterie alcaline sigillate non ci sono emissioni di gas nocivi e sono abbastanza affidabili.

Ma le batterie alcaline presentano alcuni svantaggi e inconvenienti durante il funzionamento. La loro tensione di scarica è di circa il 40 percento inferiore a quella di quelle acide. Di conseguenza, per produrre la stessa tensione della batteria, è necessario reclutare un numero diverso di celle. E nel caso di una batteria alcalina sigillata, il numero di tali elementi sarà molto maggiore. A causa dell'elevata resistenza interna delle batterie ad elettroliti alcalini, la tensione scende molto più velocemente durante le scariche intense rispetto a quelle acide.

Tipi di batterie alcaline e loro campi di applicazione

Le batterie alcaline lamellari, il cui design è stato discusso sopra, sono ampiamente utilizzate come batterie alcaline da trazione. Inoltre, vengono utilizzati anche come antipasti. Di seguito sono elencate le aree di applicazione di tali batterie:

locomotive e autovetture;
allarmi e sistemi di alimentazione di emergenza;
locomotive elettriche minerarie;
tutti i tipi di apparecchiature elettriche esterne (vari carrelli elevatori in magazzini e fabbriche. Ad esempio una batteria alcalina TNZh);
per l'avviamento di motori a combustione interna.

Le batterie alcaline si trovano in telefoni, macchine fotografiche, tram, filobus, ecc. Le batterie alcaline sono state ricevute ampio utilizzo in varie apparecchiature portatili e utensili elettrici. Usano batterie cilindriche con elettrodi a rullo. Loro hanno Tensione nominale 1,2─1,3 volt. Tali elementi vengono raccolti in una batteria e utilizzati, ad esempio, nei cacciaviti. Maggiori informazioni sul loro utilizzo nell'articolo "".

Inoltre, le batterie alcaline possono essere trovate come batterie di avviamento nelle automobili. È vero, sono prodotti principalmente solo per alcuni camion e per equipaggiamento militare. Sono rari sulle auto. Ma, in linea di principio, nulla impedisce ad alcuni proprietari di auto di installare una batteria alcalina da 12V sui loro "cavalli di ferro". E le recensioni sul loro utilizzo sono positive.