Материал: Источники питания РЭА

Серебряно-цинковые элементы хорошо сохраняют работоспособность после хранения 1 – 2 лет (обычно сохраняются более 90% емкости после одного года хранения при температуре 21° С).

Элементы серебряно-цинковой системы могут иметь как малое, так и большое внутреннее сопротивление. Так, отечественные элементы для наручных электронных часов обладают низким собственным импедансом. В то же время ряд элементов аналогичного назначения, производимых зарубежными фирмами, выпускаются с большим внутренним сопротивлением, что препятствует их взаимозаменяемости в часах с такими функциональными возможностями как подсветка и формирование звукового сигнала.

Характеристики некоторых серебряных химических источников тока приведены в таблицах 4.7, 4.8 и 4.9.

Таблица 4.7. Характеристики серебряно-цинковых элементов и батарей серии

Eveready фирмы Union Carbide при непрерывном разряде

Таблица 4.8. Характеристики дисковых серебряно-цинковых элементов напряже-

нием 1,5 В фирмы Duracell

Таблица 4.9. Характеристики серебряно-цинковых элементов напряжением 1,5 В

фирмы VARTA

Литиевые элементы и батареи. Литиевые ХИТ обеспечивают удельную энергию по массе до 330 Вт·ч/кг, что примерно в три раза выше, чем у ртутных и серебряно-цинковых, и в четыре раза выше чем у щелочных источников тока. Удельная энергия по объему у литиевых батарей на 50% выше, чем у ртутных, и на 100% выше, чем у щелочных. Применение литиевых ХИТ позволяет уменьшить массогабаритные показатели РЭА с автономным питанием. Другим замечательным свойством литиевых элементов и батарей является большой срок сохраняемости, благодаря чему

автономность некоторых устройств с литиевым ХИТ достигает 5 – 10 лет и более.

В табл. 4.10 представлены значения равновесных напряжений основных типов литиевых ХИТ.

Таблица 4.10. Равновесные напряжения литиевых элементов различных систем

Как видно из данных табл.4.10 литиевые элементы обеспечивают более высокое напряжение, по сравнению с рассмотренными ранее элементами других систем (от 2,2 до 3,6 В).

Вследствие неводной природы электролитов, используемых в литиевых системах, электропроводность таких систем при пониженных температурах значительно выше, чем электропроводность ХИТ нелитиевых систем. В табл.4.11 представлены значения отдаваемой емкости ХИТ различных систем при низких температурах.

Длительный срок хранения. Очень существенным преимуществом систем на основе лития является их способность к длительному хранению в состоянии готовности к работе. Герметизация элементов, возможная в следствие использования систем, не выделяющих газы в процессе разряда, защищает элементы от проникновения загрязнений из окружающей среды и предотвращает утечку электролита из элементов. Эти особенности в сочетании с очень малыми скоростями реакций саморазряда делают возможным сохранение литиевых ХИТ в состоянии готовности к работе в течение 5 – 10 лет без необходимости создания специальных условий хранения. Следовательно, литиевые элементы могут надежно работать в течение нескольких лет в режиме прерывистого разряда или разряда очень малым током. В табл.4.12 дано сравнение сроков годности элементов различных систем. Для проведения такого сравнения в качестве приемлемого срока годности принято время хранения, после которого элемент еще способен отдавать 75% своей первоначальной емкости.

Таблица 4.11. Отдаваемая емкость (в процентах от емкости при температуре +20° С)

различных ХИТ при низких температурах

Таблица 4.12. Сравнение сроков годности элементов различных систем

Данные, полученные фирмой Honeywell при испытаниях выпускаемых ею герметичных элементов системы LiSO2 типоразмера Double – C, показывают, что после 180-дневного хранения при 71° С элементы могут отдавать 88% емкости, отдаваемой свежеизготовленными элементами. Некоторые стандарты устанавливают, что 180-дневное хранение при температуре 71° С примерно эквивалентно хранению в течение периода более 12 лет при комнатной температуре.

Экономическая эффективность. При массовом производстве системы на основе лития могут непосредственно конкурировать с системами на основе ртути и серебра по такому показателю, как затраты на один ватт-час. Несмотря на то, что элементы литиевой системы по данному показателю не имеют заметного преимущества перед ХИТ других систем, экономия может быть выявлена, если сравнивать затраты в целом на аппаратуру, использующие другие источники питания, с затратами на систему с литиевыми батареями. Более высокая экономическая эффективность последней системы обусловлена тем, что:

а) аппаратура может содержать большую полезную нагрузку при использовании литиевых батарей в следствие их меньших размеров и (или) массы.

б) более длительный срок автономной работы может быть достигнут при использовании батарей тех же размеров, но меньшей массы.

в) становится возможной работа устройств при низких температурах. Большой срок годности литиевых ХИТ может привести к уменьшению затрат на обслуживание, связанное с заменой батарей. Особенно это существенно при использовании аппаратуры, расположенной в удаленных местах, а также устройств, замена батарей в которых сопряжена со значи-

тельными затратами времени и средств.

г) уменьшаются затраты на приобретение запасных батарей, так как существенно увеличивается период между заменами батарей или же вообще отпадает необходимость такой замены. Не требуется создание особых условий для хранения батарей.

Даже если первоначальные затраты на литиевые ХИТ окажутся большими, специалисты, ответственные за обеспечение максимальной экономической эффективности эксплуатации аппаратуры, должны рассмотреть условия ее работы в течение всего срока службы и принять во внимание изложенные выше соображения.

Резервные ХИТ. Применяются в основном в устройствах, где требуется большая мгновенная мощность, короткое время работы, очень большой срок сохраняемости. Большую часть времени такие элементы и батареи находятся в неактивированном состоянии (режим хранения). Для приведения в действие рассматриваемые ХИТ активируются различными способами (в зависимости от вида системы).

Высокотемпературные резервные термически-активируемые батареи. Тепловые батареи содержат электрохимическую систему, которая остается инертной до тех пор, пока не будет активирована при помощи нагрева. Эти ХИТ можно хранить даже подключенными к нагрузке. Используемый в элементе электролит представляет собой смесь безводных солей, которые проводят ток только в расплавленном состоянии. Конструкция батарей предусматривает наличие источника тепла, приводимого в действие при помощи электрического или механического запала. Время активации не превышает нескольких секунд. Продолжительность активного периода тепловой батареи составляет несколько минут (обычно не менее пяти). Срок сохраняемости достигает двадцати и более лет. Тепловые батареи применяют в основном в военной технике.

Тепловые элементы способны разряжаться высокими плотностями тока – более 4 кА/м2 при напряжении 2,5 – 3 В. Батареи имеют напряжение до 500 В при кратковременных разрядах (менее 1 мин.), удельная мощность тепловых батарей достигает 600 Вт/кг.