Материал: Источники питания РЭА

Электроды хлористо-цинковых элементов способны работать более эффективно и, как следствие, обеспечивать более высокий коэффициент использования активных материалов (больший полезный выход по току), чем электроды угольно-цинковых элементов. Поэтому хлористо-цинковые элементы могут работать в режиме с отбором большего тока в течение более длительного времени, чем угольно-цинковые элементы тех же размеров. Кроме этого, хлористо-цинковые элементы обеспечивают более высокую стабильность напряжения под нагрузкой. Эти элементы могут выполняться с увеличенными габаритами («мощные» сухие элементы). Конструкция таких элементов предусматривает специальные приспособления для отвода газа, образующегося при разряде.

Хлористо-цинковые элементы при понижении температуры теряют меньше емкости, чем угольно-цинковые при тех же самых условиях разряда (сравни табл. 4.2 и 4.3).

Характеристики некоторых угольно-цинковых и хлористо-цинковых элементов и батарей представлены в табл. 4.4. Данные этой таблицы наглядно демонстрируют зависимость отдаваемой емкости от режима разряда (разрядного тока). Так, например, девятивольтовая батарея 716(F) при разряде с начальным током 80 мА (сопротивление нагрузки 112,5 Ом) до напряжения 7,2 В отдает емкость около 24,8 А ч. В то же время при разряде током 1,2 А (сопротивление нагрузки 7,5 Ом) до такого же напряжения она способна отдать лишь приблизительно 8,4 А ч.

Щелочные марганцево-цинковые элементы. Основное преимуще-

ство щелочных элементов по сравнению с элементами системы Лекланше проявляется при использовании их в качестве мощных источников тока.

Щелочные элементы очень хорошо работают в режимах с непрерывным отбором тока и с отбором больших токов и имеют явное преимущество перед угольно-цинковыми элементами по такому параметру, как отношение удельной емкости к стоимости единичного элемента.

Стабильность напряжения щелочных элементов и батарей выше, чем у ХИТ системы Лекланше. Они остаются работоспособными в интервале температур от –20 до +70° С, а в определенных случаях и при более высоких температурах.

Щелочные ХИТ могут храниться в течение 30 месяцев без существенного уменьшения первоначальной емкости. Например, после годичного хранения при 20° С эти батареи способны обеспечивать более 92% первоначальной емкости. Отдельные элементы и батареи этого типа сохраняют около 80% первоначального значения емкости после четырех лет хранения при 20° С.

Как и для ХИТ системы Лекланше, так и для щелочных ХИТ характерно то, что время работы (в часах) тем выше, чем ниже конечное напряжение. Целесообразно добиваться как можно более низкого конечного напряжения, для того чтобы полностью использовать высокую энергию, со-

держащуюся в элементах этого типа. Разрядная емкость остается относительно постоянной при различных графиках разряда. Изменение величины отбираемого тока меньше влияет на отдаваемую емкость, чем у элементов Лекланше. Элементы и батареи изготавливаются с величиной емкости от нескольких сотен миллиампер-часов до десятков ампер-часов.

Щелочные батареи предназначены для использования в устройствах, где требуются источники питания большой мощности или источники, имеющие более длительное время работы по сравнению с угольно-цинко- выми батареями. Полный запас энергии щелочных батарей примерно вдвое превышает запас энергии угольно-цинковых батарей тех же размеров. У обычных угольно-цинковых батарей при работе в режиме с отбором большого тока или при непрерывном разряде в тяжелых режимах коэффициент использования активных материалов настолько ухудшается, что только небольшая доля содержащегося в них запаса энергии может быть извлечена и использована. Основное преимущество щелочных батарей заключается именно в высокой мощности при разряде в непрерывном или тяжелом режиме, когда ХИТ системы Лекланше перестают удовлетворять предъявляемым к источнику питания требованиям. При определенных условиях щелочные ХИТ обеспечивают в семь раз большую длительность работы, чем стандартные угольно-цинковые батареи.

Хотя щелочные батареи по своим техническим характеристикам превосходят угольно-цинковые в любых режимах работы, в ряде случаев оказывается, что в экономическом отношении они не будут иметь преимуществ в режимах с отбором малого тока, при прерывистом разряде или в комбинированном режиме. Например, при прерывистом разряде токами менее 300 мА щелочной элемент типоразмера Д, хотя и обладает очень хорошими техническими характеристиками, теряет экономические преимущества перед угольно-цинковым элементом.

В радиоприемниках и других устройствах с относительно небольшим потреблением тока щелочные ХИТ служат обычно вдвое дольше, чем ХИТ системы Лекланше. В игрушках с батарейным питанием и других устройствах с относительно большим потреблением тока щелочные батареи работают иногда в семь раз дольше, чем ХИТ Лекланше.

Щелочные ХИТ являются превосходным источником питания для фотовспышек. Они не только способны отдавать большие токи, но и обладают более большим запасом энергии, чем стандартные угольно-цинковые батареи, предназначенные для питания фотовспышек. В ряде электронных фотовспышек используется преобразователь с транзисторным или механическим прерывателем для преобразования постоянного низкого напряжения в высокое, необходимое для заряда конденсатора фотовспышки. Отбираемые при этом токи оказываются на пределе возможностей даже для сильноточных батарей, предназначенных для фотовспышек. Щелочные батареи обеспечивают и достаточно короткое время между двумя последовательными разрядами, и увеличение в 2 – 3 раза количество разрядов фото-

вспышки по сравнению с угольно-цинковыми батареями, служащими для той же цели, или угольно-цинковыми батареями общего назначения. Такое улучшение характеристик стало возможным благодаря особой конструкции элемента, которая обеспечивает очень низкое внутреннее сопротивление, позволяющее отбирать энергию более интенсивно по сравнению со стандартным элементом Лекланше.

Ртутно-цинковые элементы и батареи. Характеризуются постоянст-

вом напряжения при разряде и отсутствием необходимости в перерывах между разрядами для «отдыха». Напряжение ртутно-цинкового элемента равно 1,352 ± 0,002 В и мало изменяется при изменении температуры. Поэтому эти элементы иногда используются в технических устройствах в качестве источников опорного напряжения.

Характерными чертами ртутно-цинковых ХИТ являются: 1) длительный срок службы;

2)большое значение удельной емкости;

3)плоская кривая разряда;

4)сравнительно высокое напряжение под нагрузкой;

5)относительно постоянная отдаваемая емкость, практически независящая от условий разряда;

6)малое и практически постоянное внутреннее сопротивление;

7)сохранение работоспособности при высоких температурах;

8)высокая устойчивость к ударам, вибрациям и ускорениям;

9)устойчивость к пониженному и повышенному давлению по сравнению с атмосферным.

Рабочая емкость ртутно-цинковых ХИТ после года хранения при температуре 21° С, как правило, составляет более 90% емкости свежеизготовленной батареи. Рекомендуемый срок хранения для ртутно-цинковых ХИТ до трех лет. В табл. 4.5. представлена типовая зависимость напряжения ртутно-цинкового элемента от продолжительности хранения.

Таблица 4.5. Типовая зависимость Э.Д.С. ртутно-цинкового элемента от продол-

жительности хранения при температуре 21° С (35° С)

Таблица 4.6. Характеристики ртутно-цинковых элементов и батарей Eveready про-

изводства фирм Union Carbide при непрерывном разряде

Ртутно-цинковые элементы и батареи выпускаются в двух вариантах, предназначенных для различных применений: элементы на 1,35 В и батареи на их основе; элементы на 1,4 В и батареи на их основе. В общем случае элементы напряжением 1,35 В рекомендуются применять в качестве источников опорного напряжения и в устройствах, работающих при повышенных температурах. Элементы напряжения на 1,4 В или батареи, состоящие из этих элементов, могут быт использованы во всех типах промышленно выпускаемых приборов, за исключением измерительной и научной аппаратуры, а также приборов, обеспечивающих разогрев зоны размещения ХИТ до температуры от +65 до +70° С. Эти элементы (по сравнению с 1,35 - вольтовыми) не обеспечивают стабильное напряжение. 1,4 – вольтовые ХИТ рекомендуется применять в устройствах, где требуется длительный отбор небольших по величине токов, а высокая стабильность напряжения необязательна.

Высокие температуры (до +70° С) практически не сказываются на стабильности характеристик ртутно-цинковых ХИТ. В течение нескольких часов такие ХИТ могут работать при температуре порядка +145° С. При низких температурах в общем случае характеристики ртутно-цинковых элементов становятся неудовлетворительными. Однако более поздние разработки элементов значительно лучше работают в условиях пониженных температур. Для ртутно-цинковых элементов, не относящихся к последней группе, при температуре от +3 до +4° С происходит резкое уменьшение отдаваемой емкости, а при 0° С эти элементы имеют очень малую емкость, за исключением режимов с отбором малого тока.

Характеристики некоторых ртутно-цинковых ХИТ приведены в табл.4.6.

Серебряно-цинковые элементы. Обеспечивают более высокое напряжение, чем ртутно-цинковые при сохранении плоской кривой разряда (рис.4.1). Серебряно-цинковые ХИТ сохраняют работоспособность при низких температурах.

Рабочее напряжение серебряного элемента составляет 1,5 В (напряжение на разомкнутых электродах равно 1,6 В). Одними из ведущих фирм производителей серебряных ХИТ являются Union Carbide и Mallory, выпускающие серебряно-цинковые дисковые элементы со значениями емкости 35 – 210 мА ч и 36 – 260 мА ч соответственно.

Серебряно-цинковые ХИТ используются в качестве источников питания в электронных наручных часах (с аналоговой и цифровой индикацией), калькуляторах, электронных записных книжках, миниатюрных слуховых аппаратах, измерительных приборах, миниатюрных источниках света с автономным питанием (фонариках) и целом ряде других устройств. Также, как и ртутно-цинковые элементы серебряные, ХИТ применяются в качестве источников опорного напряжения.