Различные типы аккумуляторов:подробное руководство

Для работы всех электронных устройств требуется источник питания. Между прочим, аккумуляторы — самый распространенный источник энергии в современном мире. Это потому, что они делают возможным производство электроники для портативных устройств.

Можно сказать, что вся электронная промышленность держится на батареях. Тем не менее, если вы начинающий инженер-электронщик, вы, скорее всего, пытаетесь выбрать лучший тип батарей для своего следующего проекта в области электроники. В следующем руководстве рассматриваются все типы аккумуляторов, их уникальные особенности и способы их использования.

Что такое аккумулятор?

Стопка батареек

Аккумуляторы – это накопители энергии. Традиционно мы использовали батареи для питания небольших электронных устройств, таких как фонарики. Однако в наши дни батареи можно найти в любом устройстве, для работы которого требуется портативный источник питания.

Поскольку их варианты использования и цели могут различаться, батареи бывают всех форм и размеров. Например, мы не можем надеяться использовать батареи AAA для оптимального питания автомобиля. Таким образом, для правильной работы автомобилей требуется перезаряжаемая батарея особого размера.

Как работают батареи?

Батареи хранят электрическую энергию в виде химической энергии. Когда мы заряжаем (перезаряжаемую) батарею, она преобразует электрическую энергию и сохраняет ее в виде химической энергии. Когда мы используем шторм, происходит химическая реакция, и батарея высвобождает свой заряд в виде электричества.

цепь аккумулятора и лампы

Например, лампа в приведенной выше простой схеме потребует, чтобы через нее проходило море электронов, чтобы функционировать. Соответственно, батарея будет обеспечивать толкающую силу, необходимую для движения электронов через лампу. Нам нужно подключить свет к положительным и отрицательным клеммам батареи, чтобы замкнуть цепь. Если в шторме достаточно заряда, лампа загорится.

Однако важно помнить, что батарея может проталкивать электроны по цепи только в течение ограниченного периода времени. По сути, этот предел времени зависит от количества накопленной энергии (заряда) и потребности нагрузки. В нашем примере лампа является нашей нагрузкой, а рынок относится к энергии, необходимой для функционирования. Таким образом, сумка — это любой компонент, для работы которого требуется электричество. Что касается печатных плат, то такими компонентами могут быть диоды, микросхемы (интегральные схемы) и т. д.

Разница между элементом и аккумулятором

Изображение различных типов батарей крупным планом

Электрическая ячейка — это единый компонент, который в основном работает так же, как батарея — преобразует химическую энергию в электричество. Шторм — это группа или совокупность ячеек. Тем не менее, наиболее популярной формой электрического элемента является кнопочный элемент. Люди также называют его монетной батареей. Это действие не обязательно является неправильным. Отдельная ячейка может быть в группе, которая составляет батарею.

Типы батарей

Векторные изображения батарей

Батареи делятся на две основные категории:

• Основные батареи: Одноразовые батарейки, которые мы не можем перезарядить. Поэтому люди иногда называют их одноразовыми или одноразовыми батареями. Самым большим преимуществом этих батарей является то, что они могут сразу же производить ток после сборки. Мы часто используем их в портативных устройствах с низким потреблением тока или прерывистым использованием.
• Дополнительные батареи: Мы часто называем эти батареи аккумуляторными батареями. Производители обычно собирают их с активными материалами в разряженном состоянии. Затем пользователи могут перезарядить их, подав электрический ток. Между прочим, зарядка обращает вспять химические реакции, происходящие во время ее использования. Мы осуществляем зарядку с помощью устройств, которые мы называем зарядными устройствами и/или зарядными устройствами. Зарядка и разрядка могут выполняться несколько раз в зависимости от типа батареи (материала).

Типы основных батарей:

• Цинково-угольная батарея

Цинково-угольная батарея
Источник:Викисклад.

Цинк-угольные батареи являются самыми дешевыми бытовыми первичными батареями. Они рассеивают ток, используя химическую реакцию между цинком и кислым диоксидом марганца. Однако самым существенным недостатком угольно-цинковых аккумуляторов является их низкая выходная мощность. Тем не менее, это также приводит к низкой скорости саморазряда, что обеспечивает им исключительный срок годности. Цинк-угольные батарейки больше всего подходят для часов и пультов дистанционного управления.

• Щелочная батарея

Изображение щелочной батареи

Pixabay

Неперезаряжаемые щелочные батареи являются наиболее часто используемыми бытовыми первичными батареями. Они используют электрохимическую реакцию между металлическим цинком и диоксидом марганца для удержания и рассеивания зарядов. Между прочим, их нынешняя популярность проистекает из их высокой мощности на использование. По крайней мере, по сравнению с углеродно-цинковыми батареями (и большинством вторичных батарей). Кроме того, они, как правило, имеют больший срок годности.

Литиевая батарея (или литий-металлические батареи)

Литиевая батарейка таблеточного типа
Источник:Викисклад.

В первичных литиевых батареях в качестве анода используется металлический литий. Между прочим, они превосходят угольно-цинковые и щелочные батареи по потребляемой мощности из-за высокой плотности заряда. Кроме того, литий-металлические батареи и элементы имеют невероятный срок годности.

Они могут прослужить более десяти лет и могут работать при низких температурах. Однако литиевые батареи не так популярны или доступны, как угольно-цинковые и щелочные батареи, из-за их высокой стоимости производства.

Тем не менее, литий-металлические батареи и элементы могут создавать напряжение от 1,5 В до 3,7 В. Таким образом, производители обычно упаковывают их в меньшие форм-факторы.

Литиевые батареи большего размера имеют более высокий риск нестабильности, но мы все еще можем использовать их в военных целях.

Батарея из оксида серебра

Коллекция серебряно-оксидных батареек от Maxell
Источник:оксидно-серебряные батареи

Аккумуляторы из оксида серебра распространены в Японии, но не так сильно в остальном мире. Они используют оксид серебра для своих катодов и цинк для своих анодов. Хотя они имеют высокую плотность энергии, они довольно дороги. Мы можем объяснить это катодным материалом (серебро), необходимым для их изготовления. Серебро – драгоценный металл. Таким образом, мы в основном используем их в конструкциях монетных батарей, где количество необходимого серебра невелико.

Воздушно-цинковая батарея

<эм>
Воздушно-цинковые батарейки
Источник:Викисклад.

Многие люди считают воздушно-цинковые батареи приемлемой альтернативой батареям из оксида серебра. Они используют кислород из окружающего воздуха в качестве катода, а анод размещают внутри электрического элемента. Из-за высокой плотности энергии они больше всего подходят для медицинских устройств, таких как слуховые аппараты и кардиостимуляторы. Между прочим, мы можем объяснить их долгую жизнь их составом и структурой.

Батарея Mercury

Ртутный аккумулятор
Источник:Викисклад.

Ртутная (она же ртутно-оксидная батарея/ячейка или батарея Рубена-Мэллори) представляет собой неперезаряжаемую батарею, в которой используется электрохимическая реакция между оксидом ртути и цинковыми электродами в щелочном электролите. Они имеют более высокую емкость, чем угольно-цинковые батареи, и обеспечивают стабильную и надежную работу.

Как правило, ртутные батареи обычно выпускаются в виде монетных батареек. Они были модными во время Второй мировой войны. Однако найти их сегодня практически невозможно. Однако из-за токсичности ртути для окружающей среды и здоровья человека многие страны запретили ее продажу.

Типы дополнительных батарей:

• Аккумуляторная щелочная батарея

<эм>
Аккумуляторная щелочная батарея
Источник:Викисклад

перезаряжаемый версия щелочных батарей является самой доступной перезаряжаемой батареей. Кроме того, они имеют длительный срок хранения. Они удобны для приложений средней мощности. Несмотря на их короткий жизненный цикл (по сравнению с другими вторичными батареями), они по-прежнему в моде. Поскольку в них не используются токсичные материалы, пользователи могут безопасно утилизировать их на обычных свалках, если это разрешено местным законодательством.

Никель-кадмий

Никель-кадмиевая батарея
Источник:Викисклад.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы популярны благодаря своей прочности и надежности. Они имеют широкий диапазон рабочих температур и длительный срок службы. Кроме того, и это самое главное, они обладают высокой мощностью. Тем не менее, они, как правило, имеют низкое время работы на одном заряде. Другим недостатком является их в целом высокий уровень саморазряда (30% в месяц). Но это не большая проблема, учитывая, что они перезаряжаемые.

Тем не менее, еще одна нежелательная особенность никель-кадмия заключается в его составе. Примерно 15% большинства Ni-Cd аккумуляторов состоят из токсичного канцерогенного кадмия. Таким образом, потребители и производители не могут выбрасывать их на свалки. Мы должны тщательно их утилизировать.

Никель-металлогидрид

Никель-металлогидридный аккумулятор
Источник:Викисклад.

Перезаряжаемые никель-металлогидридные (NiMH) батареи представляют собой улучшенную версию старых никель-кадмиевых батарей. Они обеспечивают такое же напряжение, но предлагают до 30% большую емкость. Кроме того, они обладают отличными характеристиками по току и длительному сроку службы.

Никель-металлогидридные аккумуляторы могут разряжаться до 40% заряда каждый месяц. Однако скорость саморазряда никель-металлгидридных аккумуляторов неутешительно выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. Однако никель-металлогидридные батареи по-прежнему превосходят никель-кадмиевые, поскольку они не содержат токсичного кадмия.

Несмотря на это, они по-прежнему содержат большое количество оксидов никеля и следы кобальта. Они могут быть канцерогенными для организмов млекопитающих. Поэтому утилизировать никель-металлогидридные батареи следует с осторожностью.

Литий-ионный аккумулятор

<эм>
литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов

Перезаряжаемые литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы являются новейшим типом аккумуляторных батарей. Как правило, они на 30% легче никель-металлогидридных. Кроме того, они обеспечивают как минимум на треть большую мощность никель-кадмиевых аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы обладают отличными характеристиками по току. Кроме того, они имеют длительный срок службы. Кроме того, они имеют скорость саморазряда 20% в месяц. Таким образом, мы можем предположить, что литий-ионные батареи превосходят батареи на основе кадмия почти во всех отношениях. Однако они не такие прочные. Например, литий-ионные аккумуляторы подвержены перегреву, что может привести к возгоранию.

Кроме того, несмотря на то, что они не содержат токсичного кадмия, большинство литий-ионных аккумуляторов по-прежнему содержат следы оксидов кобальта и оксидов никеля. Опять же, эти химические вещества являются канцерогенными и разрушительными для здоровья человека. Таким образом, вы должны тщательно утилизировать и перерабатывать литий-ионные батареи.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотные аккумуляторы обычно являются частью электрической системы автомобиля

Свинцово-кислотные аккумуляторы являются наиболее востребованными типами аккумуляторов в мире. В основном это связано с их надежностью и финансовой целесообразностью их производства. Тем не менее, они не очень портативны, потому что они, как правило, громоздкие, тяжелые и негабаритные. Кроме того, свинец является высокотоксичным канцерогенным химическим соединением.

Поэтому мы не должны выбрасывать свинцово-кислотные аккумуляторы на обычные свалки и свалки. Производители перерабатывают и повторно используют старые разряженные и поврежденные свинцово-кислотные аккумуляторы для производства новых свинцово-кислотных аккумуляторов.

Почему не все типы аккумуляторов можно перезаряжать?

Векторное изображение зарядки аккумулятора

Когда мы перезаряжаем вторичную батарею, мы не только возвращаем электроны обратно в шторм, но и возвращаем химические вещества внутри батареи в исходное заряженное состояние. Когда производители создают первичные батареи, они собирают материалы в заряженном состоянии. Использование заряда в основной батарее навсегда изменяет конфигурацию материалов внутри нее. После процесса реконфигурации он не может держать другой заказ.

С другой стороны, вторичные батареи активируют химическую реакцию для вывода заряда и возвращаются в исходное состояние посредством перезарядки. Конечно, они должны использовать определенные материалы и химические вещества, совместимые с этими изменениями.

Приложения для аккумуляторов

Мужчина проверяет автомобильный аккумулятор

Вот некоторые из наиболее распространенных применений аккумуляторов:

• Будильники
• Схемы связи
• Часы
• Пульты дистанционного управления
• Кардиостимуляторы
• Слуховые аппараты
• Беспроводные гарнитуры
• Автомобили
• Беспроводная компьютерная периферия (клавиатуры и мыши)
• Портативные игровые устройства (Game Boys)
• Умные часы

Как выбрать аккумулятор?

Женщина держит стопку батареек разных типов

Теперь, когда вы знакомы со всеми доступными типами аккумуляторов, вам нужно решить, какой из них лучше всего подходит для вашего проекта. Когда люди выбирают аккумуляторы, они, как правило, стараются найти баланс между стоимостью и производительностью. Однако есть и другие характеристики, которые следует учитывать. К ним относятся:

• Тип батареи: Основной (неперезаряжаемый) или дополнительный (перезаряжаемый)
• Емкость: Количество энергии/электричества, которое нагрузка может разрядить от батареи. Обычно мы обозначаем это с помощью amp-hr. Например, аккумулятор емкостью 500 мА·ч может разряжать один миллиампер в час.
• Срок годности: Время, в течение которого аккумулятор может сохранять заряд, если он не используется.
• Рабочая температура батареи: Изображает насколько сильно нагревается аккумулятор во время его использования или подзарядки. Следовательно, эта спецификация поможет вам определить, нужен ли вам радиатор или кулер для вашей батареи.
• Скорость перезарядки: Описывает, как быстро аккумулятор перезаряжается.
• Время работы от батареи: Описывает, сколько раз мы можем заряжать и разряжать вторичную батарею. В качестве альтернативы мы можем использовать его для обозначения того, как долго мы можем использовать основную батарею.

Заключение

На рынке нет единых аккумуляторных решений для всех портативных устройств с батарейным питанием. Поскольку электронные устройства бывают разных форм, размеров и прочности, им требуется источник питания, наиболее подходящий для их требований к пространству и нагрузке. Таким образом, существует множество аккумуляторов со своими преимуществами и недостатками. Вышеприведенное руководство подчеркнуло это, представив все доступные в настоящее время типы батарей. Не забывайте утилизировать и перерабатывать использованные батареи с осторожностью. Тем не менее, мы надеемся, что это руководство оказалось для вас полезным. Как всегда, спасибо за чтение.