Батарейки и аккумуляторы

Батарейки с номинальными напряжением 9 В
Одной из лучших батареек такого рода является литиевая VARTA Professional Lithium с емкостью 1200 mAh и сроком хранения до 10 лет -

У алкалиновых (со щелочным электролитом) батареек марганцево-цинковой системы (обозначение по МЭК 6LR61) срок хранения - от 5 до 7 лет и более низкая емкость, чем у литиевых.
конструкция алкалиновой батарейки

Примеры таких батареек - VARTA Longlife, Camelion Plus Alkaline , GP Ultra -
   
У солевых (угольно-марганцевых) батареек (обозначение по МЭК 6F22) емкость в 3-5 раз ниже, чем у щелочных, а срок хранения - от 2,5 до 5 лет. Они боятся пониженной температуры и быстро выходят из строя при большой нагрузке. Напряжение при разряде у солевых батареек понижается существенно больше, чем у алкалиновых.
Примером солевой батарейки может служить VARTA Superlife, GP Greencell -
 

Батарейки с номинальными напряжением 1,5 В

Номинальное напряжение холостого хода (O.C.V.) таких батареек  -  1,5 В.

Алкалиновые батарейки характеризуются сроком хранения 5 лет и номинальной емкостью в тысячи миллиампер-часов.

Наиболее популярны два типоразмера батареек:

• AA / LR6 / AM3
• AAA / LR03 / AM4

Такие батарейки тестируются разрядом на резистор с заданным сопротивлением (например, 3,9 Ом) до снижения напряжения на батарейке под нагрузкой (C.C.V.) до уровня 0,8-0,9 В.

Например, для алкалиновых батареек HST Power такой непрерывный разряд на резистор 3,9 Ом до напряжения 0,9 В длится 350 минут (емкость батарейки 2300 мА·ч).

Для "свежих" алкалиновых батареек JT Electronics непрерывный разряд на резистор 10 Ом до напряжения 0,9 В длится 18,3 часа.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

В своих экспериментах я использовал никель-кадмиевый аккумулятор GP емкостью 1000 мАч:
 

конструкция
Положительный электрод такого аккумулятора содержит никель (Ni), а отрицательный - кадмий (Cd), а электролит между ними - гидроксид калия (KOH).

применение
применяются в устройствах, характеризующихся большими разрядными (продолжительный ток до 15 C) и зарядными токами
большая надёжность и морозостойкость

работа

• ЭДС = 1,37 В (номинальное напряжение 1,2 В)
• типовое значение разрядного импеданса равно 20 мОм, что обеспечивает малую "просадку" напряжения под нагрузкой
• рабочее напряжение = 1,35…1,0 В
• цикл разряда начинается с 1,35 В и заканчивается на 1,0 В (соответственно 100% ёмкости и 1% оставшейся ёмкости) (также как конечное напряжение разряда указывается 0,9 В)

допускают глубокий разряд - я разряжал полностью заряженный аккумулятор сначала на 10-омный 7-ваттный резистор в течение нескольких часов, а затем закорачивал аккумулятор на несколько часов.

Длительное короткое замыкание заряженного аккумулятора приводит к настолько сильному его нагреву, что начинает плавиться пластиковый контейнер, в котором размещен аккумулятор! Также при этом может выделяться водород, что может привести к взрыву аккумулятора!
После прекращения разряда напряжение холостого хода начинает возрастать от нуля до 1,1 ... 1,2 В.
При этом на нагрузке сопротивлением 4 Ом напряжение в начале разряда составляет 1,0 В и резко уменьшается:

Через час после начала разряда напряжение аккумулятора снижается до 0,01 В.

Энергии, оставшейся в аккумуляторе, хватает на свечение двух зеленых светодиодов через преобразователь Joule Thief, причем напряжение на аккумуляторе при этом почти не "проседает".

заряд и хранение
В течение заряда в аккумуляторе на одном электроде вырабатывается кислород, который поглощается другим электродом.
Скорости зарядки соответствуют различным режимам зарядки:

• ускоренная зарядка (fast charge) - током (C-rate) 1 C в течение 1 часа. При этом типе зарядки необходим мониторинг напряжения или температуры (предельная температура составляет 45 - 50 °C)
• быстрая зарядка (quick charge) - током 0,3 ... 0,5 C в течение 4-5 часов
• стандартная зарядка (overnight charge) - в течение 15-16 часов током 0,1 C. Этот метод не требует определения окончания заряда (батарея может быть оставлена на зарядке на 90 дней!) и обеспечивает полный заряд аккумулятора.
• «капельная» зарядка (зарядка малым током, trickle charge) - током 0,05 ... 0,06 C.

Для определения окончания зарядки может использоваться эффект некоторого снижения напряжения на аккумуляторе после полного заряда. Это происходит из-за того, что после полного заряда аккумулятора на никелевом электроде начинает вырабатываться кислород, который проникает через сепаратор и реагирует с кадмиевым электродом с образованием гидроксида кадмия, который и вызывает некоторое снижение напряжения на аккумуляторе.

Пример схемы быстрой зарядки - аккумулятор Bat через мощный гасящий резистор R сопротивлением 10 Ом от блока питания с регулируемым напряжением E, что позволяет выставить ток заряда около 0,3 А (почти не меняющийся в процессе заряда) при выходном напряжении блока питания 4-5 В (либо при сопротивлении резистора 9 Ом ток ~ 0,5 А при напряжении ~ 6,2 В):

Я провел опыты по быстрой зарядке такого аккумулятора током 0,5 А в течение 3 часов. После окончания зарядки напряжение холостого хода аккумулятора составило ~ 1,4 В, а напряжение на нагрузке (резистор сопротивлением 4 Ом) - 1,2 ... 1,3 В. При разряде заряженного аккумулятора на такую нагрузку напряжение в течение примерно трех часов не снижается ниже 1,16 В. Затем начинается резкое снижение напряжения на аккумуляторе - за час напряжение уменьшается до 1,11 В, а за следующий час - до 0,2 В.

У купленных аккумуляторов на 900 мАч напряжение холостого хода составило 1,26 - 1,28 В, а напряжение на нагрузке 4 Ом - 1,03 - 1,04 В, т.е. аккумуляторы поставляются разряженными:

 

«эффект памяти»
подвержены так называемому «эффекту памяти», который проявляется, когда аккумулятор подвергают зарядке раньше, чем он реально разрядится; эффект памяти проявляется в уменьшении напряжения каждого аккумулятора на 150 мВ и возникает вследствие излишней сверхзарядки аккумуляторов при повышенной температуре; для гарантированного исключения этого эффекта аккумулятор иногда полностью разряжают перед началом зарядного цикла

• срок службы составляет от 100 до 900 циклов заряда-разряда
• саморазряд примерно 20% в месяц
• могут храниться разряженными

утилизация

содержат до 18% кадмия - токсичного тяжелого металла. Все соединения и пары кадмия токсичны!