Elektřina vážně vstoupila do našich životů až ve XNUMX. století a zprvu konvenční baterie bohatě stačily pro nově vynalezené elektrické svítilny. Když však na samém konci století byly vynalezeny elektronické přístroje, které se rychle rozšířily do všech zemí a kontinentů, nebylo by možné je používat, kdyby do té doby nebyly vynalezeny nové typy baterií. Prostorný, malý a lehký.
Po dlouhém triumfu kyselých baterií, alkalické baterie (baterie). Místo roztoku kyseliny sírové používají jako elektrolyt alkálie. Takové baterie fungují dobře při nízkých teplotách, mají menší samovybíjení než baterie kyselé, nedochází k vypařování a dobře snášejí nadměrné vybíjení.
Jsou však mnohem dražší než kyselinové baterie. A protože každý článek takové baterie produkuje méně proudu, aby poskytovaly stejné napětí jako kyselinové baterie, musí být takové baterie větší. Z tohoto důvodu se používají pro elektrická vozidla a v různých typech mechanismů s elektromotory. Alkalické baterie jsem v obchodech s autodíly neviděl, ale nejsem odborník na autodíly.
Desky alkalických baterií nejsou vyrobeny z olova, ale ze zinku, kadmia, niklu, stříbra a dalších kovů. Z tohoto důvodu se alkalické baterie nazývají stříbro-zinek nebo zinek-nikl nebo kadmium-nikl nebo nějaký jiný typ.
Lithiové baterie se objevil v 90. letech XX století. První lithium-iontovou baterii uvedla Sony v roce 1991.
Li-ion baterie pro mobilní telefon
Foto: en.wikipedia.org
A již 30 let se výzkumníci po celém světě snaží nějak vylepšit lithium-iontové baterie.
Jejich pouzdro je obvykle utěsněné (i když existují vysokokapacitní baterie, které mají přetlakový ventil). Anoda, katoda a porézní těsnění, které je odděluje, napuštěné elektrolytem, jsou svinuté v pouzdře. Katoda je vyrobena z hliníkové fólie, anoda je vyrobena z měděné fólie. Naprašování bylo provedeno jak na anodě, tak na katodě. Katoda je obvykle lithiová, anodový povlak je vyroben z grafitu.
Experimenty na zlepšení baterií se vyskytují především v kovových přísadách v lithiu a typu elektrolytu. V poslední době se jako elektrolyt používá polotekutý polymer.
- kobaltát lithný (LiCoO2) nebo nikelitan lithný s podobnými vlastnostmi;
- ferofosfát lithný (LiFeP4);
- lithium mangan spinel (LiMn2O4).
V závislosti na tom, které oxidy kovů se přidávají do lithia, se získávají různé typy lithium-iontových baterií, které se aktivně používají po celém světě pro baterky, různá mobilní zařízení, elektrické nářadí a elektrická vozidla.
Bohužel jsou známy případy přehřátí až požáru lithiových baterií. A malé – v různých gadgetech a velké – v automobilech. Takovou baterii, jakmile se vznítí, je téměř nemožné uhasit.
Za prvé, lithium je alkalický kov, za určitých podmínek se snadno oxiduje vodou i kyslíkem s velkým uvolňováním tepla. Při vznícení se kyslík dostává do ohně z oxidů kovů, které tvoří baterii, a také z elektrolytu.
Pokus uhasit takto hořící baterii vodou může požár jen zesílit – lithium aktivně reaguje s vodou, uvolňuje teplo a vodík. Obecně platí, že potřebujete speciální směsi, které pravděpodobně nenajdete na ulici poblíž hořícího auta nebo v davu, pokud se váš telefon nebo jiný gadget zapálí.
Takže možná, no, tyhle elektromobily zatím? Vždyť jakmile to vzplane, tak to vzplane! Není lepší počkat, až lithium-iontové baterie přestanou hořet?
Zakoupil jsem a otestoval XNUMXvoltové lithiové baterie ve formátech AA a AAA a porovnal je s nejvyšší kapacitou a nejlevnějšími alkalickými bateriemi.
Mnoho lidí ani neví o existenci lithiových baterií AA/AAA – v supermarketech je lze sehnat jen zřídka, protože jsou mnohem dražší než jiné baterie.
Cena jedné lithiové baterie se pohybuje od 120 do 225 rublů.
Takové baterie se však vyrábějí, prodávají a v některých případech je jejich použití oprávněné, navzdory vysokým nákladům:
– provoz při teplotách pod nulou; – použití v zařízeních, kde je důležitý každý gram hmotnosti (lithiové baterie jsou téměř dvakrát lehčí než alkalické); – napájení zařízení, která vyžadují výměnu baterií s mírným poklesem napětí; – použití kde je důležitá maximální kapacita.
Testoval jsem pět modelů lithiových baterií AA (takové baterie mají označení FR6) a čtyři modely AAA (FR03) a porovnal je s alkalickými bateriemi s nejvyšší kapacitou, které jsou dnes k dispozici, „Photon X“ (můj článek o nich zde) a levný „FLARX“ baterie, které se prodávají v obchodech Fix Price.
Pro zjištění maximální kapacity baterie a kapacity při vysoké zátěži (zařízení s elektromotory) používám dva testovací režimy. V prvním režimu se baterie vybíjejí proudem 100 mA na napětí 0.7 V, ve druhém dochází k vybíjení s ekvivalentem odporu 3.9 Ohmů pro AA a 5.1 Ohmů pro AAA, v obou případech do napětí 0.9 V. Vybíjecí režim s odporem 3.9/5.1 Ohm je často uveden v Datasheetu, proto jsem zvolil stejné režimy, abych mohl porovnat své výsledky s charakteristikami udávanými výrobci.
Testování jsem provedl v září 2021 (ceny v tabulkách jsou také v té době) pomocí Yarostanmash ASK2.5.10.8 Chemical Current Source Analyzer (můj článek o zařízení a jeho tvůrci je zde). Baterie byly vybíjeny proudem 10 mA až 0.8 V. Byly testovány dvě kopie baterií.
Pro konstrukci diagramů byly použity průměrné hodnoty kapacity obou testovaných baterií v mWh. Lila čárky ukazují kapacitu při vybíjení proudem 100 mA až 0.7 V, karmínové čárky kapacitu při vybíjení odporem 3.9/5.1 Ohm až 0.9 V.
AAA baterie.
Všechny výsledky měření parametrů obou kopií. Kromě toho byl vypočítán rozdíl mezi výskyty v procentech a rozdíl mezi výsledky vybíjení s malou (100 mA) a velkou (3.9/5.1 Ohm) zátěží.
Nejlepší ve všech testech byly baterie Energizer Ultimate Lithium (Bohužel Energizer opustil Rusko a nyní jsou zbývající v prodeji).
Ruské energetické lithiové baterie, které se skutečně vyrábějí ve městě Yelets (mnozí nemohou uvěřit, že jsou vyráběny zde a nikoli přebalovány z čínských), za vítězem zaostávají o 12 % (AA) a 21 % (AAA).
Zajímavé je, že alkalické baterie „Photon X“ AAA byly kapacitně před lithiovými bateriemi „Energy Lithium“ v režimu vybíjení nízkým proudem, ale v režimu vybíjení vysokým proudem stále vítězily lithiové.
Vybíjecí křivky lithiových a alkalických baterií jsou výrazně odlišné: napětí alkalických baterií během procesu vybíjení plynule klesá, zatímco u lithiových baterií je úbytek napětí mnohem menší během prvních 80% vybití a poté prudký pokles napětí začíná.
Jako příklad uvedu graf vybíjení AA baterií s proudem 100 mA: modrá čára – Energizer Ultimate Lithium, červená – Energy Lithium, zelená – Photon X, modrá – FLARX.
To má jak výhody (napětí je vyšší a některá zařízení, která vyžadují výměnu baterie i při mírném poklesu napětí, pracují mnohem déle), tak nevýhody: indikátory úrovně nabití v zařízeních určených pro alkalické baterie s lithiovými bateriemi nefungují správně, zobrazují XNUMX % nabití po dlouhou dobu.
Lithiové baterie AA (FR6) a AAA (FR03) mají v průměru o třetinu větší energetickou rezervu než alkalické, ale v některých případech mohou zařízení s nimi pracovat i desetkrát déle.
