Перезаряжаемая щелочная батарея

Перезаряжаемая щелочная батарея
	Перезаряжаемая щелочная батарея типа АА.
Скорость саморазряда	<1%/месяц при 20 °C
Долговечность цикла	25 циклов (глубокие), 500+ поверхностных
Номинальное напряжение ячейки	1.5 V

, Перезаряжаемая щелочная батарея также известная как щелочная перезаряжаемая или перезаряжаемая щелочно-марганцевая батарея (RAM), представляет собой тип щелочной батареи , которую можно перезаряжать для многократного использования. Форматы включают AAA , AA , C , D и съемные 9-вольтовые батарейки . Щелочные аккумуляторные батареи производятся полностью заряженными и способны сохранять заряд в течение многих лет, дольше, чем никель-кадмиевые и никель-металлогидридные батареи, которые саморазряжаются. ^[4]Щелочные аккумуляторные батареи могут иметь высокую эффективность перезарядки и оказывать меньшее воздействие на окружающую среду, чем одноразовые элементы.

История

Перезаряжаемые щелочные батареи первого поколения были представлены компаниями Union Carbide и Mallory в начале 1970-х годов. ^[3]^[5] После прекращения производства продукции Union Carbide было получено несколько патентов, и в конечном итоге в 1986 году в Канаде была основана компания Battery Technologies Inc для коммерческой разработки продукта 2-го поколения на основе этих патентов под торговой маркой «RAM». Их первым продуктом, который был лицензирован и продан на коммерческой основе, был компания Rayovac под торговой маркой «Renewal». ^[6] В следующем году компания Pure Energy выпустила батареи «Pure Energy». После того, как в 1995 году состав Renewals был изменен и стал безртутным , последующие лицензированные щелочные продукты RAM не содержали ртути и включали ALCAVA, AccuCell, Grandcell и EnviroCell. ^[3] Были введены последующие патенты и технологические достижения.

Строительство перезаряжаемых ячеек

Перезаряжаемые щелочные элементы устроены очень похоже на одноразовые щелочные элементы. Катодная паста прессуется в стальную банку, которая образует положительную клемму батареи. Отрицательный электрод состоит из цинкового порошка, взвешенного в геле, со стальным гвоздем, доходящим до основания элемента и образующим отрицательную клемму. Особенности перезаряжаемой щелочной батареи, которые отличаются от одноразовой щелочной батареи, включают:

Наличие смеси сульфата бария в катодной или других добавок , улучшающих цикличность и повышающих емкость за счет предотвращения образования нерастворимых соединений марганца .
Катод также имеет катализатор для рекомбинации образующегося водорода; Водород образуется, когда мелкие зерна цинка, образовавшиеся во время перезарядки, разъедаются электролитом.
Оксид цинка добавляется в катодную смесь для уменьшения выделения газообразного водорода; оксид цинка диссоциирует по заряду с образованием кислорода.
Сепаратор между анодом и катодом имеет особую устойчивость к росту зерен цинка, которые могут проникнуть в и вызвать короткое замыкание . элемент ^[4]

Аккумуляторы производятся в заряженном состоянии и готовы к использованию.

Поведение заряда

Хотя эти батарейки можно использовать в любом устройстве, поддерживающем стандартный размер (AA, AAA, C, D и т. д.), их формула рассчитана на то, чтобы прослужить дольше всего в предметах периодического использования. Этот тип батарей лучше подходит для использования в устройствах с низким энергопотреблением, таких как пульты дистанционного управления, или в устройствах, которые используются периодически, таких как фонарики , пульты дистанционного управления телевизорами, портативные радиоприемники и т. д. Если они разряжены менее чем на 25%, они можно перезарядить за сотни циклов примерно до 1,42 В. Если они разряжены менее чем на 50%, их можно почти полностью перезарядить за несколько десятков циклов примерно до 1,32 В. После глубокой разрядки их можно довести до своего оригинальная зарядка высокой емкости только после нескольких циклов зарядки-разрядки.

Заправка одноразовых щелочей

Производители не поддерживают перезарядку одноразовых щелочных батареек и предупреждают, что это может быть опасно. ^[7] Несмотря на этот совет, щелочные батареи были перезаряжены и появились зарядные устройства. ^[8]^[9] Емкость перезаряженной щелочной батареи снижается с количеством перезарядок, пока она не станет непригодной для использования обычно примерно через десять циклов.Постоянный ток с низкой пульсацией не подходит для зарядки одноразовых щелочных батарей; более подходящим является ток, пульсирующий со скоростью от 40 до 200 импульсов в секунду, с коэффициентом заполнения 80% . Импульсная зарядка, по-видимому, снижает риск утечки электролита — обычно гидроксида калия (KOH). Зарядный ток должен быть низким, чтобы предотвратить быстрое образование газов, которые могут разрушить элемент. Элементы, из которых вытек электролит , небезопасны и непригодны для повторного использования. Полностью разряженные элементы заряжаются менее успешно, чем частично разряженные элементы, особенно если они хранились в разряженном состоянии — производители зарядных устройств не заявляют о возможности перезарядки мертвых элементов. ^[9]

Попытка перезарядить разряженную щелочную батарею может привести к выделению газа внутри герметичного контейнера; Давление, возникающее в результате быстрого накопления газа, может открыть предохранительное уплотнение и вызвать утечку электролита. Гидроксид калия в электролите вызывает коррозию и может привести к травмам и повреждениям.

Когда щелочная батарея разряжается, химические вещества внутри батареи вступают в реакцию, создавая электрический ток . По мере расходования химикатов и накопления продуктов реакции батарея перестает обеспечивать достаточный ток и разряжается. Пропуская ток через батарею в обратном направлении, равновесие можно сместить обратно в сторону исходных реагентов. Разные батареи основаны на разных химических реакциях. Некоторые реакции легко обратимы, некоторые — нет. Реакции, используемые в большинстве щелочных батарей, относятся к последней категории. В частности, металлический цинк, образующийся при пропускании обратного тока через элемент, обычно не возвращается в исходное положение в элементе и может образовывать кристаллы, которые повреждают сепараторный слой между анодом батареи и электролитом. ^{[ нужна ссылка ]}

Сравнение с другими аккумуляторами

Щелочная аккумуляторная батарея когда-то была дешевле других аккумуляторных батарей. ^[4] Элементы могут быть изготовлены в полностью заряженном состоянии и хорошо сохраняют емкость. Их емкость составляет примерно 2/3 емкости первичных клеток . Они имеют конструкцию из сухих ячеек, полностью герметичны и не требуют обслуживания. Ячейки имеют ограниченный жизненный цикл, на который влияет глубокий разряд; первый цикл дает наибольшую емкость, а при глубокой разрядке элемент может обеспечить только 20 циклов. Доступная энергия в каждом цикле уменьшается. Как и первичные щелочные элементы, они имеют относительно высокое внутреннее сопротивление, что делает их непригодными для работы с высоким током разряда (например, полная разрядка емкости за один час).

В отличие от перезаряжаемых щелочных батарей, NiMH батареи могут выдерживать от нескольких сотен до тысячи (или более) циклов глубокой разрядки, что обеспечивает длительный срок службы; их ограничение теперь чаще связано с возрастом, а не с циклами. ^[10] Емкость NiMH аккумуляторов близка к емкости щелочных батарей. ^[10] В отличие от всех щелочных батарей (перезаряжаемых или других), внутреннее сопротивление низкое. Это делает их хорошо подходящими для приложений с большой токовой нагрузкой. ^[10] Показатели саморазряда сопоставимы, как минимум до полугода. ^[10]

Щелочные аккумуляторные батареи производят напряжение около 1,5 В по сравнению с NiCd и NiMH батареями, которые производят около 1,2 В. Для некоторых приложений это может иметь существенное значение. В тех случаях, когда сопротивление не сильно зависит от напряжения или тока, поскольку мощность изменяется как квадрат напряжения, перезаряжаемые щелочные батареи обеспечивают примерно на 50% больше мощности. Например, лампы накаливания гораздо ярче при питании от щелочных перезаряжаемых батарей, чем от NiCd или NiMH батарей.

Экологические примечания

Щелочные аккумуляторные батареи разработаны на основе первичных щелочных батарей и предназначены для предотвращения утечек, которые могут возникнуть при перезарядке, поэтому их можно безопасно перезаряжать много раз.

По данным веб-сайтов EnviroCell, ^[11] PureEnergy и старая упаковка Rayovac, щелочные аккумуляторные батареи этих производителей не содержат ртути и кадмия.

См. также

Ссылки

^ «Аккумуляторы — сравнение и подробное объяснение» . Проверено 28 февраля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Технические данные перезаряжаемых щелочных элементов Pure Energy XL, AAA» (PDF) . Проверено 1 марта 2016 г. ( ячейка АА )
^ Jump up to: ^а ^б ^с Даниэль-Ивад, Дж.; Кордеш, К. (3 апреля 2002 г.). «Перезаряжаемая щелочно-марганцевая технология: прошлое-настоящее-будущее» (PDF) . Электрохимическое общество . Проверено 28 августа 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Дэвид Линден, Томас Редди (редактор), «Справочник по батареям, третье издание», McGraw Hill, 2002 г. ISBN 0-07-135978-8 глава 36 Перезаряжаемые цинковые/щелочные/диоксид марганцевые батареи
^ Ч. Р. Льюарт (осень – зима 1975 г.). «Нагнетатель» (PDF) . Мировая история радио / Любитель электроники : 46 . Проверено 28 августа 2020 г.
^ «Многоразовая щелочная батарея от Rayovac (2007 г.)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 31 августа 2017 года . Проверено 11 мая 2022 г.
^ Одноразовые щелочные элементы Duracell имеют маркировку «Не заряжать… Батарея может взорваться или протечь».
^ «Мастер аккумуляторов» . Гизу . Архивировано из оригинала 29 апреля 2014 года . Проверено 11 мая 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б Он был протестирован путем разрядки батарей до полной разрядки и их успешной перезарядки до емкости меньшей, чем исходная, несколько раз. Другие зарядные устройства предупреждают, что они «оживят частично разряженные аккумуляторы», но «не восстановят полностью разряженные».
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Никель-металлогидрид» (PDF) . Компания Energizer Battery Manufacturing Inc.
^ «Щелочные аккумуляторные батареи Envirocell» . Энвироселл . Архивировано из оригинала 25 февраля 2010 года . Проверено 11 мая 2022 г.

Внешние ссылки

[MBJ-1] «Аккумуляторы — сравнение и подробное объяснение» . Проверено 28 февраля 2016 г.

[PureEnergy-2] Jump up to: ^а ^б «Технические данные перезаряжаемых щелочных элементов Pure Energy XL, AAA» (PDF) . Проверено 1 марта 2016 г. ( ячейка АА )

[electrochem.org-3] Jump up to: ^а ^б ^с Даниэль-Ивад, Дж.; Кордеш, К. (3 апреля 2002 г.). «Перезаряжаемая щелочно-марганцевая технология: прошлое-настоящее-будущее» (PDF) . Электрохимическое общество . Проверено 28 августа 2020 г.

[Linden2002-4] Jump up to: ^а ^б ^с Дэвид Линден, Томас Редди (редактор), «Справочник по батареям, третье издание», McGraw Hill, 2002 г. ISBN 0-07-135978-8 глава 36 Перезаряжаемые цинковые/щелочные/диоксид марганцевые батареи

[5] Ч. Р. Льюарт (осень – зима 1975 г.). «Нагнетатель» (PDF) . Мировая история радио / Любитель электроники : 46 . Проверено 28 августа 2020 г.

[6] «Многоразовая щелочная батарея от Rayovac (2007 г.)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 31 августа 2017 года . Проверено 11 мая 2022 г.

[7] Одноразовые щелочные элементы Duracell имеют маркировку «Не заряжать… Батарея может взорваться или протечь».

[charger-8] «Мастер аккумуляторов» . Гизу . Архивировано из оригинала 29 апреля 2014 года . Проверено 11 мая 2022 г.

[:0-9] Jump up to: ^а ^б Он был протестирован путем разрядки батарей до полной разрядки и их успешной перезарядки до емкости меньшей, чем исходная, несколько раз. Другие зарядные устройства предупреждают, что они «оживят частично разряженные аккумуляторы», но «не восстановят полностью разряженные».

[Energizer,_NiMH-10] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Никель-металлогидрид» (PDF) . Компания Energizer Battery Manufacturing Inc.

[11] «Щелочные аккумуляторные батареи Envirocell» . Энвироселл . Архивировано из оригинала 25 февраля 2010 года . Проверено 11 мая 2022 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

v т и Электрохимические ячейки
Типы	Гальванический элемент Концентрационная ячейка Электрическая батарея Проточная батарея Кормушка аккумуляторная Топливный элемент Термогальванический элемент Вольтов столб
Первичная ячейка (неперезаряжаемый)	Щелочной Алюминий-воздух Бунзен Хромовая кислота Кларк Дэниел Сухой Эдисон-Лаланд Роща Лекланше Литий-металлический Литий-воздушный Меркурий Металловоздушный электрохимический оксигидроксид никеля Кремний-воздух Оксид серебра Уэстон Замбони Цинк-воздух Цинк-углерод
Вторичная ячейка (перезаряжаемый)	Автомобильная промышленность Свинцово-кислотный гель–VRLA Литий-воздушный Литий-ионный Двойной углерод Литий-железо-фосфат Литий-полимерный Литий-серный Литий-титанат Металл-воздух Расплавленная соль Нанопор Нанопроволока Никель-кадмий Никель-водород Никель-железо Никель-литий Никель-металлогидрид Никель-цинк Полисульфид-бромид Ион калия Перезаряжаемая щелочная Серебро-кадмий Серебро-цинк Ион натрия Натрий-сера Твердотельный Редокс ванадий Цинк-бром Цинк-церий
Другая ячейка	Атомная батарея Топливный элемент Солнечная батарея
Части клетки	Анод связующее Катализатор катод Электрод Электролит Полуклетка Ионы Соляной мост Полупроницаемая мембрана