Ország, amelynek oldalán vagy: Hungary. Számodra javasolt verzió USA / US
Vevői fiók
A TE kosaradban
Regisztráció

Lítium, alkáli, ezüst oxid és egyéb elemek (cellák) - milyen fajta és típusú elemek léteznek?

2020-07-06

A mai napig szerte a világon használt „elemek” (ahogy azt a köznyelv ismeri) Georges Leclanché, francia mérnök, aki a cellát (mert ez a helyes neve) 1866-ban hozta létre. De ezt a cellát nem szabad összetéveszteni az akkumulátorokkal, melyek ugyanilyen méretben elérhetők, viszont működési elvük eltér (az elemek és az akkumulátorok közötti különbség a cikk végén kerül részletezésre). Miután a szükség a legnagyobb tanítómester, az eredeti, kb. 1,5V névleges feszültségű Leclanché elemet a telegráfok, csengők és az első telefonok táplálásához használták. Napjainkban, több, mint 150 év elteltével, ilyen elemeket használunk a kisebb elektromos készülékek, mint a játékok, rádió vevőkészülékek, lejátszó készülékek, zseblámpák és egyeben táplálásához. Ezen túlmenően a készülékekhez egyre szélesebb körben használnak drágább, lítiumot tartalmazó elemeket.

Lítium, alkáli, ezüst oxid és egyéb elemek (cellák) - milyen fajta és típusú elemek léteznek?

A táplált berendezések sokszínűsége különböző követelményeket támaszt a cellákkal szemben a kapacitásuk, feszültségük, vagy kisütő áramuk tekintetében. Minden tükröződik méretükben és alakjukban, valamint felépítésükben és az alkalmazott elektródák vagy az elektrolitok anyagában. Miben különböznek az egyes „elemek“ és hogyan kell azokat megfelelően használni?

Cink-szén cellák

Az eredeti Leclanché elem hátránya az volt, hogy folyékony elektrolitot tartalmazott. Az elem egy tartályból állt, melyben helyett kapott a cink elektróda és egy porózusos anyagból készült edény. Ebbe az edénybe nedves, por alakú mangán-dioxidot szórtak grafit porral elkeverve, vagy ebbe grafit rudat helyeztek. A külső tartályt pedig sűrített ammónium-klorid eleggyel töltötték meg. A mangán-dioxid töltötte végezte el a grafit elektróda un. depolarizációját, magába szívva a felszabaduló hidrogént. E nélkül a szénrúd felszínén felgyülemlő gáz azt elszigetelné a maradék elektrolittól és megszűnne az áram folyása.

Lényegesen kényelmesebbé tette az áramforrás használatát a cella száraz verziójának kidolgozása. Erre 1887-be került sor Németországban és Carl Gassner nevéhez fűződik. A folyékony ammónium-klorid elegyet leváltotta a sójának gipszpor keveréke (jelenleg általában keményítő pépet vagy kovasavgélt alkalmaznak).

A Leclanché cella (népszerű nevén a szén-cink elem) a több, mint 150 éves karrierje során számos módosításon ment keresztül, melyek célja a tartósság és a kapacitás növelése volt. Az üzemidő meghosszabbításának egyik módja cink-klorid hozzáadása az edényt kitöltő pasztához - az ilyen cellák elnevezése Heavy Duty és az igényesebb berendezések táplálásához használják. Figyelembe kell venni, hogy az szalmiáksó gyenge lúg és erős sav sója, tehát hidrolizál és a cellát kitöltő savas kémhatású oldatot termel. Ebben a környezetben a cink folyamatos lebomlásnak indul, még akkor is, amikor nem használjuk az elektromos energiáját. A jelenség kiküszöbölése érdekében különböző technikákat alkalmaznak az elem szüneteltetése alatti fém elhasználódás minimalizálása érdekében. Közülük az egyik az amalgámozás, tehát cink tartály belső oldalának higannyal történő bevonása. A higany a cinkkel elegyet képez, a cink amalgám gyakorlatilag nem lép reakcióba a savakkal, de megőrzi a tiszta fém elektrokémiai tulajdonságait. A környezet védelmére való tekintettel egyre ritkábban alkalmazzák a cellák tartósságának ilyen módon történő növelését (a higanymentes cellákon a „0% mercury” vagy „mercury free” felirat szerepel). A modern cink-szén elemek elméletileg 40 - 70 Wh/kg energiasűrűséggel rendelkeznek. Üzemi hőmérsékletük -10...+50°C. A cink-szép elemek élettartama körülbelül 2 év.

Nézze meg a legnépszerűbb cink cellákat az TME kínálatában!


„Kifolyt elemek”

A cink-szép cellák használatánál ügyelni kell arra, hogy a lemerülés után a cellákat, az elektrolit kiszivárgására való tekintettel, nem szabad a készülékben hagyni. Korróziót vált ki és a készülék megrongálódását okozhatja.

Az Energizer alkáli elemei

Mérföldkő volt azeldobható elemek terén 1955 év, amikor megszületett az alkáli cella. Szülőatyja Lewis Frederick Urry, kanadai mérnők, a napjainkban az Energizer nevet viselő cég dolgozója. Az ő általa megtervezett cellában nem volt grafit katód és cink edény. A két elektróda egymástól elszigetelt, nedves pasztából áll. A mangán-dioxid és grafit keverék tölti be a katód szerepét, míg az anód kálium- hidroxiddal elkevert porított cinkből készül. Mind a két keverék ezen túlmenően még csomósítóanyaggal kerül kitöltésre. Csak a pólusok kivezetése készül fémből.

Az alkáli cellák lényegesen jobb használati tulajdonságokkal, elsősorban nagyobb terhelhetőséggel és növelt tartóssággal rendelkeznek. Ezen túlmenően nagyobb energiasűrűséggel is rendelkeznek, mely elméletileg eléri a 80 - 100 Wh/kg értéket és nagyobb a működési hőmérséklet tartományuk is, ami -30…+70°C. Az alkáli típusú elemek tartóssága 5 - 7 év. Az alkáli elektrolitos cellák jelöléséhez az L betűt használják, például a hagyományos R6 (a köznyelvben „ceruzaelem“) cella az alkáli verzióban az LR6 jelölést viseli.

Nézze meg a legnépszerűbb alkáli elektrolitos cellákat az TME kínálatában!


Lítium-mangán elemek

A lítium elemek, pl. az AA lítium elemekigazából lítium-mangán elemek. Az elemek névleges feszültsége 3V. Ellenállnak a hőmérséklet ingadozásnak, valamint nagy energiasűrűséggel rendelkeznek - elérik akár a 270 Wh/kg értéket is. Ennek köszönhetően az AA lítium elemek közel háromszor annyi energiát tárolnak, mint az azoknak megfelelő AA alkáli elemek. Használhatók pl. a háztartási berendezésekhez - órákhoz, kamerákhoz, fényképezőgépekhez, valamint számítógépekhez. Az energiát még tovább képesek megőrizni, mert akár 10 évig is.

Alítium elemek családjához számos altípus is tartozik, melyekben a közös jellemző, hogy azokban lítium, vagy lítium vegyület került alkalmazásra anódként. A katódok anyagaként alkalmazott vegyületek között megtalálható többek között a mangán-oxid, tionil-klorid, kén-oxid, jód, ezüst-kromát és egyéb. Az ilyen típusú elemek 1,5V - 3,7V feszültséget képesek termelni – az alkalmazott kémiai vegyületek függvényében.

A lítium-mangán elemek kivételesen sokáig képesek működni, ezért gyakran alkalmazzák azokat a hosszú idejű használatra rendeltetett berendezésekhez, mint a szívritmus szabályozó, nagyothalló készülékek, órák, elektronikus berendezések konfiguráció memóriájának fenntartására, stb. Kétség kívül előnyei között kell felsorolni a nagy árammal történő lemerítésnek való ellenállást és a széles működési hőmérséklet-tartományt (akár -40 - +65°C).

Valaha az ezen típusú elemek igen drágák voltak és emiatt ritkábban kerültek használatra. Napjainkban, a hosszú használati időszakot igénylő készülékek mellett még egyes játékokhoz is használatos. Az egyik legnépszerűbb lítium elem típus az úgy nevezett gombelem, melyet „3V-os laposelemnek” is hívnak. Elnevezését a gombhoz hasonló kinézetének és kis méretének köszönheti. A kereskedelemben ennek az elemnek más fajtái is beszerezhetők, de az alkáli elemekhez képesti viszonylag magas ára miatt azokat kevésbé használják.

A nagy tartósságára való tekintettel, az ilyen típusú cellákból készült elemek gyakran forrasztott kivezetéssel rendelkeznek, melyek az áramkörbe való forrasztást szolgálják. A gyakorlatban, ha elemek alkalmazunk a CMOS RAM statikus memória vagy RTC óraegység táplálásához, akkor azokat több éven keresztül működtetheti az elem kicserélésének szükségessége nélkül.

Nézze meg a legnépszerűbb lítium cellákat az TME kínálatában!


Ezüst-oxid elemek

Az ezüst-oxid cellák névleges feszültsége 1,55 V. A cella katódja ezüst-oxidból, míg az anódja cinkből készül. Az elektrolit szerepét a kálium-hidroxid oldat képezi. Az ezüst-oxid elemek a XIX. század végén kerültek feltalálásra, de tömeges gyártásuk csak a XX. század hatvanas éveiben indult el. Az ezüst-oxid elemeket gyakran nevezik még ezüst-cink elemeknek is.

Az Ezüst-oxid elemek stabil kimeneti feszültséggel és lapos lemerülési görbével rendelkeznek. A cella érintkezőin a feszültség a lemerülés után nagyon gyorsan csökken. Az elméleti energiasűrűsége 130…150 Wh/kg. Az ezüst-oxid elemek a tápfeszültség változására érzékeny, stabil feszültséget követelő berendezésekhez, például a mérőműszerekhez rendeltetett.

Az ezüst-oxid elem tartóssága körülbelül 2 év. Komoly hátrányai közé tartozik az a tény, hogy a cink korrodálásnak indul a lúgos elektrolitban, ami az elem degradálódáshoz vezet. Figyelembe kell venni, hogy az esetek többségében körülbelül 5 év elteltével kezd szivárogni, veszélyt okozva a környezet számára.

Nézze meg a legnépszerűbb ezüst-oxid cellákat az TME kínálatában!


A népszerű elemek jelölése és mérete

Az alábbiakban bemutatjuk és megvitatjuk a piacon elérhető legnépszerűbb elemek jelöléseit és méreteit:

AA (ceruza) elemek

Az „AA elemek”, népszerű nevükön „ceruzaelemek” , alternatívan a hagyományos verzióban az R6 és az alkáli verzióban az LR6 jelölést kapják. Az „AA” elemek méretei: átmérője 14 mm és magassága 50 mm. Az elemek névleges feszültsége 1,5 V. A jelenleg kínált „AA” elemek kapacitása 1600 és körülbelül 2500 mAh között mozog.

AAA (kis ceruza) elemek

Az „AAA” elemek, melyek a ceruzaelemek kisebbik változata, szintén nagyon népszerűek és a hagyományok elem jelzése R03, míg az alkáli verzióé LR03. Feszültségük az „AA” elemekkel azonos. Az „AAA” elemek átmérője 10 mm és magassága 44 mm. A kapacitásuk is kisebb – 800 mAh és körülbelül 1200 mAh között.

 

LR61, R14, R20 és egyéb elemek

A még kisebb ceruzaelem fajta az LR61 jelölésű alkáli elem. Mérete: átmérője 8,3 mm és magassága 42,5 mm. Névleges feszültsége 1,5 V, kapacitása max. 650 mAh. Amennyiben nagyobb kapacitásra van szükség, R14, vagy még nagyobb, R20 típusú hengeres elemet kell használni. Az R14 jelölésű elemek átmérője 23 mm és magassága 50 mm. Kapacitásuk elérheti akár a 8000 mAh értéket is. A hengeres elemek között a legnépszerűbb az R20 jelölésű elem. Az R20 jelölésű elemek méretei: átmérője 33 mm és magassága 58 mm. Kapacitásuk eléri a 21000 mAh értéket.

Az 1,5V-tól eltérő feszültségű elemek a cellák soros kapcsolásával hozhatók létre. Példának az úgynevezett laposelem 3 darab R10 jelzésű cella sorosan csatlakoztatva. Egyéb, mint a népszerű 9 voltos 6F22 típus, 6 darab, sorosan összekapcsolt F22 típusú, 25 mm×15 mm×8 mm méretű cella, közös téglatest burkolatba beépítve.

Az elemek feljebb megadott kapacitását megközelítő értékként kell kezelni, mert a folyamatos technológia fejlődés és a hatékony energiaforrások iránti óriási kereslet révén a termékek folyamatosan fejlődnek és paramétereik változnak. A népszerű szén-cink elemek méretei és jelölései az alábbi táblázatban találhatók.

Elem jelölés Elem méretek Elem névleges feszültsége
ANSI IEC NEDA Egyéb [mm] [V]
N R1 910A - L=30,2 mm; D=12 mm 1,5 V
AAAA LR61 25A MN2500 L=42 mm; D=8 mm 1,5 V
AAA R03 24A MN2400, AM4, UM4, HP16 L=44,5 mm; D=10,5 mm 1,5 V
AAAL - - - L=50 mm; D=10,5 mm 1,5 V
AA R6 15A MN1500, AM3, UM3, HP7 L=50 mm; D=14,2 mm 1,5 V
- R10 - - L=34 mm; D=21 mm 1,5 V
- 2R10 - - L=68 mm; D=21 mm 3 V
C R14 14A UM2, MN1400, HP11 L=50 mm; D=23 mm 1,5 V
D R20 13A MN1300, UM1, HP2 L=58 mm; D=33 mm 1,5 V
F - - - L=87 mm; D=32 mm 1,5 V
J - - - L=150 mm; D=2 mm 1,5 V
- 3R12 - GP312S, lapos elem Téglatest 67 mm × 22 mm × 67 mm 4,5 V
- - - lantern, 996 Téglatest 68 mm×115 mm×68 mm 6 V
PP3 6LR61, 6F22, 6R61 1604A MN1604, block Téglatest 48 mm×25 mm×15 mm 9 V
- 6F25 - - Téglatest 48 mm×25 mm×25 mm 9 V
PP9 6F100 1603 - Téglatest 51,6 mm×65,1 mm×80,2 mm 9 V
- 4R25X 908 MN908 Téglatest 110 mm×67,7 mm×67,7 mm 6 V
- 4R25 915A - Téglatest 110 mm ×67,7 mm×67,7 mm 6 V
- 4LR25-2 918A MN918 Téglatest 127 mm×136,5 mm×73 mm 6 V
- - - PC926 Téglatest 127 mm×136,5 mm×73 mm 12 V

A lítium gombelemek jelöléseit és paramétereit nem kell megjegyezni, mert az összes gombelem névleges feszültsége 3V, míg mérete az elem jelölésében megtalálható, ahol a CR<2 számjegy, átmérő mm-ben><2 számjegy, vastagság – érték ×0,1 mm>. Például a népszerű CR2032 típusú elem jelölésének jelentése: 20mm átmérő és 3,2mm vastagság.

Sajnos a fenti megállapítás egyedül csak a népszerű, 3V névleges feszültségű lítium-mangán elemekre vonatkozik. A gombelemek között megtalálhatók az ezüst-oxid elemek is, melyek jelölése eltérő.

Miben különböznek az elemek az akkumulátoroktól?

Tömören kifejezve, az elem egyszer használatos cella, mely az abban tárolt elektromos energia felhasználása után használhatatlanná válik, mivel nincs lehetőség annak újbóli feltöltésére (tehát újra tárolni benne elektromos energiát). Ezek ellenkezőjét képezik az akkumulátorok, mely cellák élettartama több száz, vagy több ezer töltés-lemerülési ciklus.

Az elemekkel kapcsolatos legfontosabb információk rövid összefoglalása

A jelen rövid cikk keretében egyedül a legnépszerűbb szén-cink, alkáli és lítium-mangán típusú elemek kerültek leírásra. Nincs lehetőség a technológia 150 éves fejlődését és a különböző anyagokkal való kísérletezést tömören leírni. Ebből kifolyólag nem esett szó a már gyakorlatilag nem használt higany elemek leírására, melyek a környezet számára veszélyes anyag tartalomból kifolyólag kivonásra kerültek a piacról, vagy az egyéb, mindennapi használatban kevésbé népszerű elemek, mint például a cink-levegő, vagy ezüstös elemek.

A végén pedig egy megjegyzés, mely valamennyi típusú eldobható cellára vonatkozik. A számos személy általi különböző próbálkozások ellenére az egyszer használatos cellák nem alkalmasak regenerálásra és tilos azokat tölteni! Az elektrolitban végbemenő kémiai folyamatokat nem lehet visszafordítani a töltéssel, viszont az áram folyása alatt fejlődő gáz a cella szétszakadásához és robbanásához vezethet.


Bibliográfia:

  • mlodytechnik.pl/eksperymenty-i-zadania-szkolne/chemia/4695-ogniwa-uzywane-wspolczesnie
  • www.energizer.eu/pl/battery-history/
  • pl.wikipedia.org/wiki/Bateria_ogniw
  • telefix.ugu.pl/baterie.htm

rightColumnPicture

EZT IS OLVASD EL

A Te böngésződ már elavult, tölts le egy újabb verziót

Firefox Firefox Letöltés
Internet explorer Internet Explorer Letöltés