Что такое батареи первичных элементов

Различные типы батареек и аккумуляторов и их применение

Очень давно единственным способом получения энергии были пар или топливо. После изобретения батареек и аккумуляторов жизнь стала намного проще. В настоящее время каждый ищет портативные устройства, чтобы облегчить повседневные задачи. В этом случае батарейки и аккумуляторы могут обеспечить производство энергии на ходу в любое время и в любом месте. Батареи и аккумуляторы хоть и выглядят довольно маленькими, но они способны превратиться в вашу собственную электростанцию, ведь это мгновенный источник энергии. Вы можете просто нажать кнопку и получить электричество за секунду или даже меньше.

Существует несколько видов аккумуляторов http://gdekupit.com.ua/accumulyatori/ которые работают по одинаковому принципу преобразования химической энергии в электрическую. Ниже мы расскажем вам всё, что нужно знать о различных типах батарей, их работе и использовании.

Общая химия батареек

Аккумулятор имеет три слоя: катод, анод и разделитель. Отрицательный слой батарейки называется анодом, а положительный слой называется катодом. Когда батарея работает, ток течет через анод к катоду. Точно так же, когда мы подключаем зарядное устройство, ток начинает течь в противоположном направлении, т.е. от катода к аноду.

Каждая батарейка работает по химической реакции, называемой окислительно-восстановительной реакцией. Реакция протекает между катодом и анодом через электролит.

В результате один электрод получает отрицательный заряд из-за реакции окисления. И этот отрицательно заряженный электрод называется катодом. Второй электрод получает положительный заряд благодаря реакции восстановления, которая далее называется анодом. Когда два разных вида металлов погружены в один и тот же раствор электролита, один из электродов получит электрон, а другой – электрон.

В результате один из металлов потеряет электрон, а другой металл его получит. Эта разница в концентрации электронов двух металлов вызывает разность электрических потенциалов между металлами, и может использоваться в качестве источника напряжения в любом электрическом устройстве. Ионы проходят только через электролит, он блокирует все движение от анода к катоду. Следовательно, единственный способ получить ток – это от клемм аккумулятора.

Различные типы батареек

Батарейки обычно используются в бытовых устройствах (пульт, часы, калькулятор и т.д.), а также для промышленного применения. Каждая батарейка предназначена для выполнения определенной цели и должна использоваться в соответствии с требованиями. Существуют в основном две категории батареек, называемые первичными и вторичными элементами. Однако батареи подразделяются на четыре широкие категории, а именно:

Ниже вы найдете все, что вам нужно знать о различных типах батарей и их работе.

Первичные батареи (неперезаряжаемые одноразовые)

Неперезаряжаемые батареи, также известные как первичные батареи или первичные элементы. Первичные батареи – это те, которые нельзя использовать повторно, когда их накопленная энергия полностью израсходуется. Эти батареи не могут восполнить энергию из любого внешнего источника. По этой причине первичные элементы также называют одноразовыми батареями.

Основным фактором, сокращающим срок службы первичных батарей, является их поляризация во время использования. Чтобы продлить срок службы батареи за счет уменьшения влияния поляризации, используется химическая деполяризация, т.е. окисление водорода до воды путем добавления окислителя в элемент. Так же, как и в ячейке из цинкового углерода и в ячейке Лекланша, используется диоксид марганца, а в ячейке Бунзена и ячейке Грове – азотная кислота.

Применение первичных батарей:

Вторичные батареи (аккумуляторы)

Аккумуляторы также имеют название вторичные элементы. Их можно использовать многократно снова и снова, подключив к зарядному устройству. Первоначальная стоимость перезаряжаемых вторичных батарей обычно больше, чем одноразовых (первичных), но в результате они выгоднее, поскольку их можно подзаряжать много раз до того, как возникнет необходимость замены. К тому же их воздействие на окружающую среду значительно ниже.

Применение вторичных батарей (аккумуляторов):

Перезаряжаемые или вторичные батареи в основном бывают трёх типов:

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотные аккумуляторы являются очень распространенными, потому что отличаются от других по качеству. Они обеспечивают высокий ток и часто используются в автомобилях, аварийных и резервных источниках питания. Когда аккумулятор перестает работать, его можно использовать для переработки. Около 93% всего свинцового аккумулятора повторно используется для переработки в новые свинцово-кислотные аккумуляторы.

Источник

Преимущества первичных (неперезаряжаемых) батарей

В последнее время к вторичным перезаряжаемым батареям (аккумуляторам) приковано настолько большое внимание, что некоторые люди могут думать о первичных неперезаряжаемых батареях как о старой ненужной технологии. Но первичные батареи до сих пор играют очень важную роль, особенно в тех сферах, где зарядка невозможна или непрактична, например? в военной отрасли, при проведении спасательных операций или во время стихийных явлений. Такие батареи также применяются в кардиостимуляторах, датчиках давления в шинах, для слежения за животными в сельском хозяйстве, сигнальных маячках, наручных часах, пультах дистанционного управления, электрических ключах, детских игрушках и так далее.

Большинство батареек для кардиостимуляторов созданы на основе литий-ионной технологии, имеют емкость 10-20 микроампер-часов и могут служить в течение 5-10 лет. Источники питания для слуховых аппаратов также в большинстве своем неперезаряжаемые, емкостью от 70 до 600 миллиампер-часов и способны обеспечивать работу от 5 до 14 дней. Существуют и аккумуляторы для слуховых аппаратов, у них меньше емкость и, соответственно, время работы (около 20 часов), но их использование позволяет экономить средства в долгосрочной перспективе.

Высокая удельная энергия, длительный срок хранения и моментальная готовность к работе дают первичным батареям уникальные преимущества. Они могут быть доставлены в отдаленные районы и начать использоваться как мгновенно, так и после длительного хранения, также стоит отметить их легкую доступность и экологичность при утилизации.

Необходимость в источниках питания с большей емкостью и мощностью заставляет обратить внимание на литий-воздушные батареи. Но они требуют очень строгих правил при воздушной транспортировке, так как при их использовании присутствует риск короткого замыкания. На рисунке 1 сравнивается удельная энергоемкость перезаряжаемых (свинцово-кислотной, никель-металл-гидридной, литий-ионной) и неперезаряжаемых (щелочной и литиевой) электрических батарей.

Рисунок 1: Сравнение удельной энергоемкости первичных и вторичных батарей. Вторичные батареи указаны с показателем с-рейтинга 1С; щелочная батарея использует гораздо более низкий разрядный ток.

Удельная энергоемкость указывает на объем энергии, которую может содержать батарея. Но этот показатель не вмещает в себя значение способности передачи энергии, которое является слабым местом большинства первичных батарей, не исключая и батареек на основе лития.

Производители первичных батарей указывают только удельную энергоемкость, удельная мощность скромно не публикуется. Для примера, на большинстве аккумуляторов указывается с-рейтинг 1С, то есть пробные измерения производятся с силой тока, равной емкости данного аккумулятора, что в любом случае составляет немалую цифру. Для первичных же батарей все измерения емкости производятся при силе тока всего лишь в 25 миллиампер. Кроме того, батарейка считается функционирующей в диапазоне напряжений от 1.5 до 0.8 вольт. Эти ухищрения обеспечивают впечатляющие показатели на бумаге, насколько же они соответствуют реальности, остается на совести производителей.

В таблице 3 показаны параметры стандартных щелочных батареек при нормальных для них нагрузках, таких как портативное развлекательное устройство или небольшой фонарик.

Таблица 3: Характеристики щелочных батарей при невысоких нагрузках, таких как портативное развлекательное устройство.

Одними из самых распространенных форматов для первичных батарей являются типоразмеры АА и ААА. Также известный как пальчиковая батарейка, типоразмер АА был разработан в 1915 году и использовался во время Второй мировой войны как элемент для шпионского инструментария. Был стандартизирован Американским Национальным Институтом Стандартов уже в 1947 году. Типоразмер ААА был разработан в 1954 году с целью уменьшить размеры фотоаппаратов Kodak и Polaroid. В 1990-х как ответвление при разработке 9-вольтовых батарей, был создан типоразмер АААА, который используется для лазерных указателей, светодиодных фонариков, компьютерных стилусов и наушников. В таблице 4 сравниваются марганцево-цинковые, щелочные, литиевые, никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные электрические батареи типоразмера АА и ААА. (Смотрите также: История типоразмеров электрических батарей).

Таблица 4: Сравнение батарей типоразмера АА и ААА.

У батареек типоразмера АА емкость примерно в 2 раза больше чем у ААА. Это по сути удваивает стоимость энергии в последней. Но сейчас производители больше ориентированы на уменьшение размеров и массы, стоимость энергии стоит на втором месте. Это тот случай, когда использование АА батарей для фары велосипеда конечно же приведет к увеличению самой фары, но и обеспечит более долгое время работы за ту же цену.

Розничные цены на щелочные батарейки типоразмера АА весьма разнятся, как впрочем и их производительность. Американская кампания Exponent Inc. провела исследование восьми фирменных батарей формата АА и выявила 800-процентное расхождение между лучшими и худшими показателями. Тест был основан на подсчете количества снимков цифровой камеры, сделанных до полного исчерпания заряда источника питания. Эти условия эксперимента позволили выполнить его при умеренных нагрузках.

На рисунке 5 показано количество сделанных снимков цифровой камеры при импульсной мощности в 1,3 ватта на щелочной, никель-металл-гидридной и литиевой Li-FeS2 батарее типоразмера АА (при двух последовательно соединенных элементах для получения напряжения 3 вольта, мощность 1,3 ватта будет потреблять силу тока в 433 миллиампера). Явным победителем является литиевая батарейка с 690 снимками, второй следует NiMH с 520, третье место досталось стандартной щелочной батарейке, которая смогла произвести всего лишь 85 снимков. В данном случае главным фактором, влияющим на количество произведенных снимков, выступило внутреннее сопротивление, а не мощность подключенной нагрузки.

Рисунок 5: Количество возможных снимков цифровой камеры с различными источниками питания (щелочным, литиевым и никель-металл-гидридным) Li-FeS2, NiMH и щелочная батарейки имеют схожий потенциал, однако влияние на количество сделанных снимков лежит на внутреннем сопротивлении.

Li-FeS2, 3 Ач, 690 снимков

NiMH, 2,5 Ач, 520 снимков

Щелочная, 3 Ач, 85 снимков

Взаимосвязь между емкостью батареи и поставляемым током лучше всего иллюстрируется на графике Рэгона. Названный в честь Дэвида В. Рэгона, этот график оценивает энергетические и мощностные характеристики источника питания. Энергия в ампер-часах (Ач) представляет доступную емкость батареи, которая ответственна за время работы, мощность в ваттах (Вт) определяет ток нагрузки.

Рисунок 5 иллюстрирует график Рэгона при работе с цифровой камерой мощностью 1,3 ватта для литиевой, никель-металл-гидридной и щелочной батареи. Горизонтальная ось отображает энергию в ватт-часах, а вертикальная отвечает за мощность в ваттах. Масштабирование было взято логарифмическое для возможности отображения широкого диапазона емкостей батарей.

Рисунок 6: Диаграмма Рэгона иллюстрирует работу батареи с различными условиями нагрузки.

Цифровая камера выступает в роли нагрузки с импульсной мощностью 1,3 ватта (пунктирная линия на графике) для щелочной, литиевой и никель-металл-гидридной батареи. Результаты:

Li-FeS2, 690 снимков

Щелочная, 85 снимков

Энергия = Емкость x V

Эксплуатационные характеристики электрохимических батарей варьируются в зависимости от расположения линии на графике Рэгона. NiMH обеспечивает наибольшую мощность, но имеет самую низкую удельную энергию и хорошо работает при высоких нагрузках. Литиевая Li-FeS2 имеет самую высокую удельную энергию и удовлетворяет умеренным условиям нагрузки, а щелочная предлагает экономичное решение с не самыми высокими показателями.

Резюме

Первичные батареи практичны для устройств, у которых потребление электроэнергии носит периодический характер, в случае же с непрерывным потреблением их использование экономически нецелесообразно. Также экономические проблемы возникают при регламентированном использовании первичных батарей, когда они меняются после выполнения определенной задачи или миссии, независимо от степени разряженности. Например, по оценке американских исследователей в половине выброшенных армией США батарей оставался заряд на уровне 50 процентов.

Батарейный монитор	Защита от глубокого разряда	Батарейный балансир
контроль более 25 параметров, история и синхронизация	защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки	для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения

Состояние заряда первичных элементов может быть определено с помощью кратковременного подключения нагрузки и проверки падения напряжения. Для разных типов батарей проверочные характеристики будут отличатся из-за различного значения внутреннего сопротивления. Существует и более точный метод подсчета остаточной энергии, также известный как кулоновский подсчет, но так как он требует постройки дорогостоящей проверочной цепи, то используется редко.

Источник

Что такое батареи первичных элементов

ГОСТ Р МЭК 60086-1-2019

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Primary batteries. Part 1. General

Дата введения 2020-05-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Национальной ассоциацией производителей источников тока «РУСБАТ» (Ассоциация «РУСБАТ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 044 «Аккумуляторы и батареи»

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60086-1:2015* «Батареи первичные. Часть 1. Общие требования» (IEC 60086-1:2015 «Primary batteries. Part 1: General», IDT).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 Некоторые положения настоящего стандарта могут являться объектами патентных прав. Международная электротехническая комиссия (IEC) не несет ответственности за идентификацию подобных патентных прав

Введение

За время действия стандарта его неоднократно изменяли для улучшения содержания и обеспечения гарантии того, что в нем учтены технологии изготовления как батарей, так и устройств с батарейным питанием.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к размерам, номенклатуре, конфигурациям выводов, маркировке, методам испытаний, типовым характеристикам, безопасности и экологическим аспектам первичных батарей.

В настоящем стандарте также приведена унификация по буквенному обозначению, электродам, электролиту, номинальным и максимальным напряжениям разомкнутой цепи электрических систем.

Настоящий стандарт предназначен для использования потребителями первичных батарей, разработчиками оборудования и изготовителями батарей и обеспечивает гарантии того, что батареи, изготовленные различными изготовителями, взаимозаменяемы в части геометрических размеров, допусков и функциональных параметров.

Настоящий стандарт устанавливает стандартные методы испытаний для проверки первичных элементов и батарей, что обеспечивает взаимопонимание между потребителями, разработчиками оборудования и изготовителями элементов и батарей.

2 Нормативные ссылки

Заменен на МЭК 60086-3:2016.

Заменен на МЭК 60086-5:2016.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по МЭК 60050-482, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 испытание на применение (application test): Моделирование фактического использования батареи в конкретном приложении.

3.2 батарея (battery): Один или более электрически соединенных элементов, установленных в корпусе, с выводами, маркировкой и защитными устройствами и т.д., необходимыми для их использования.

Строгое определение понятия «батарея» подразумевает наличие как минимум двух одинаковых компонентов (элементов), однако в последнее время термин используется как обобщающее понятие (например, «батарейное питание») и для обозначения в одном предложении как одиночных элементов, так и батарей в целях компактности изложения.

3.3 дисковый (элемент или батарея), пуговичный, монетный [button (cell or battery)]: Маленький круглый элемент или батарея, в котором общая высота меньше, чем его диаметр.

элемент (cell): Простейшее функциональное устройство, состоящее из сборки электродов, электролита, корпуса, выводов и обычно сепараторов, являющееся источником электрической энергии, получаемой путем прямого преобразования химической энергии.

[МЭК 60050-482:2004, статья 482-01-01]

напряжение замкнутой цепи; CCV (closed-circuit voltage; CCV): Напряжение на выводах батареи при ее разряде.

[МЭК 60050-482:2004, статья 482-03-28, внесено изменение: «напряжение между выводами элемента или батареи» заменено на «напряжение на выводах батареи»]

3.6 монетный (элемент или батарея) [coin (cell or battery)]: См. «дисковый (элемент или батарея)».

цилиндрический (элемент или батарея) [cylindrical (cell or battery)]: Круглый элемент или батарея, в которых общая высота равна или больше диаметра.

[МЭК 60050-482:2004, статья 482-02-39, внесено изменение: «элемент цилиндрической формы» заменен на «круглый элемент или батарея»]

3.8 разряд (первичной батареи) [discharge (of a primary battery)]: Действие, в течение которого батарея отдает ток во внешнюю цепь.

сухая (первичная) батарея [dry (primary) battery]: Первичная батарея, в которой жидкий электролит в значительной степени обездвижен.

[МЭК 60050-482:2004, статья 482-04-14, внесено изменение]

.

конечное напряжение; EV (end-point voltage, EV): Установленное значение напряжения батареи, при котором ее разряд прекращают.

[МЭК 60050-482:2004, статья 482-03-30]

течь (leakage): Незапланированное выделение электролита, газа или иных материалов из батареи.

[МЭК 60050-482:2004, статья 482-02-32]

3.13 минимальная средняя продолжительность разряда; MAD (minimum average duration; MAD): Минимальное среднее время разряда, которое обеспечивается образцом батарей.

номинальное напряжение первичной батареи (nominal voltage of a primary battery, ): Соответствующее приблизительное значение напряжения, используемое для идентификации элемента, батареи или электрохимической системы.

[МЭК 60050-482:2004, статья 482-03-31, внесено изменение: добавление «первичной батареи» и символа ]

3.15 напряжение разомкнутой цепи; OCV (open-circuit voltage, off-load voltage; OCV): Напряжение на выводах батареи, когда она не разряжается.

3.16 первичный (элемент или батарея) (primary cell): Элемент или батарея, не предназначенный для электрической подзарядки.

3.17 круглый (элемент или батарея) [round (cell or battery)]: Элемент или батарея с поперечным сечением в форме круга.

Источник

Что такое батареи первичных элементов

ГОСТ Р МЭК 60086-1-2010

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Primary batteries. Part 1. General

Дата введения 2011-07-01

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией НТЦСЭ «ИСЭП» на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 044 «Аккумуляторы и батареи»

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

За время действия настоящий стандарт неоднократно изменяли для улучшения его информационного наполнения, и можно гарантировать, что он будет совершенствоваться и далее в связи с совершенствованием технологии изготовления батарей и устройств с батарейным питанием.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает основные технические требования к первичным батареям в соответствии с их электрохимической системой, а также их размеры, номенклатуру, конфигурации выводов, маркировку, методы испытаний, типичные технические характеристики, аспекты безопасности и экологические аспекты.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты, обязательные при применении настоящего стандарта. Для датированных ссылок применяется только указанное издание. Для недатированных ссылок применяется последнее издание ссылочного документа (включая все изменения и поправки).

ИСО 3951 (все части) Методы выборочного контроля по количественным признакам (ISO 3951 (all parts as applicable), Sampling procedures for inspection by variables)

МЭК 60410 Правила и планы выборочного контроля по качественным признакам (IEC 60410, Sampling plans and procedures for inspection by attributes)

МЭК 61429 Маркирование аккумуляторов и аккумуляторных батарей международным символом переработки ИСО 7000-1135 (IEC 60429, Marking of secondary cells and batteries with the international recycling symbol ISO 7000-1135)

ИСО/МЭК Директивы. Часть 1. Процедуры выполнения технических работ (ISO/IEC Directives, Part 1: Procedures for the technical work)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины, приведенные в МЭК 60050 (482) (часть из которых для удобства приведена ниже), с соответствующими определениями:

3.1 испытание на применение (application test): Моделирование фактического использования батареи в специфических областях применения.

3.2 разряд (первичной батареи) (discharge (of a primary battery)): Действие, в продолжение которого батарея отдает ток во внешнюю цепь.

(IEV 482-03-23:2004, модифицированный)

3.3 сухая (первичная) батарея (dry (primary) battery): Первичная батарея, в которой раствор жидкого электролита иммобилизован (неподвижен).

(IEV 482-04-14:2004, модифицированный)

. (1)

Внутреннее d.c. сопротивление иллюстрирует диаграмма изменения напряжения, приведенная на рисунке 1.

Как видно из рисунка, падение напряжения состоит из двух составляющих, различных по природе, что вытекает из следующей зависимости:

. (2)

Первая составляющая при независима от времени и является результатом увеличения тока и соответствует зависимости

. (3)

В этой зависимости является активным омическим сопротивлением. Вторая составляющая зависит от времени и электрохимического происхождения.

3.5 конечное напряжение EV (end-point voltage EV): Установленное значение напряжения батареи, при котором разряд батареи прекращают.

(IEV 482-03-30:2004, модифицированный)

3.6 утечка (leakage): Незапланированное выделение электролита, газа или иных материалов из батареи.

(IEV 482-02-32:2004, модифицированный)

3.7 минимальная средняя продолжительность МАD (minimum average duration, MAD): Минимальная средняя продолжительность разряда, которая должна быть характерна для выборки батарей.

3.8 номинальное напряжение первичной батареи (nominal voltage of a primary battery ): Соответствующее приблизительное значение напряжения, которое используется для идентификации первичной батареи.

(IEV 482-03-31:2004, модифицированный)

3.9 напряжение замкнутой цепи CCV (on-load voltage, closed-circuit voltage, CCV): Напряжение между выводами батареи при ее разряде.

(IEV 482-03-28:2004, модифицированный)

3.10 напряжение разомкнутой цепи (open-circuit voltage, off-load voltage, OCV): Напряжение между выводами батареи при отсутствии протекания тока.

(IEV 482-03-32:2004, модифицированный)

3.11 первичная батарея (primary battery): Один первичный элемент или более, включая корпус, выводы и маркировку.

3.12 первичный элемент (primary cell): Источник электрической энергии, получаемой прямым преобразованием химической энергии, который конструктивно не может быть заряжен от любого другого источника тока.

(IEV 482-01-02:2004, модифицированный)

3.13 эксплуатационные показатели (первичной батареи) (service output (of a primary battery)): Срок службы, или емкость, или выходная мощность батареи при установленных условиях разряда.

3.14 испытание эксплуатационных характеристик (service output test): Испытание, предназначенное для измерения эксплуатационных характеристик батареи.

a) испытания на применение затруднительно повторить;

b) продолжительность испытания на применение может не соответствовать целям испытаний.

3.15 срок cохраняемости (storage life): Продолжительность времени при установленных условиях, до конца которого батарея способна сохранять свои эксплуатационные показатели.

(IEV 482-03-47:2004, модифицированный)

3.16 выводы (первичной батареи) (terminals (of a primary battery)): Токопроводящая часть батареи, предназначенная для ее соединения с внешней цепью.

4 Требования

4.1 Общие положения

4.1.1 Конструкция

Первичные батареи продаются главным образом на потребительском рынке. В последнее время они стали более сложными как по химическому составу, так и по конструкции. И емкость, и номинальная мощность выросли для удовлетворения растущих требований, предъявляемых к новым технологиям с батарейным питанием.

Источник