Prezeráte si stránku pre zákazníkov z: Slovakia. Navrhovaná verzia stránky pre Vás je USA / US

Váš prehliadač už nie je podporovaný, stiahnite si novú verziu

Panel zákazníka
Vo Vašom košíku

Lítiové, alkalické, strieborné a iné batérie (články) - aké sú typy a druhy batérií?

2020-07-06

Lítiové, alkalické, strieborné a iné batérie (články) - aké sú typy a druhy batérií?

Konštruktérom dodnes používaných „batérií” (ako ich hovorovo, aj keď ich mylne nazývame) je francúzsky inžinier Georges Leclanché, ktorý článok (ako znie jeho správny názov) vytvoril v roku 1866. Tento článok by sme si však nemali zamieňať s batériami, ktoré sú k dispozícii v rovnakých veľkostiach a ktorých prevádzkový princíp je iný (rozdiel medzi batériami a akumulátormi bude vysvetlený na konci článku). Keďže potreba je matkou vynálezu, pôvodný Leclanchého článok s menovitým napätím cca 1,5 V bol použitý na napájanie telegrafov, vyzváňacích zvončekov a prvých telefónnych aparátov. Dnes sa po viac ako 150 rokoch takéto batérie používajú na napájanie malých elektrických zariadení, to znamená hračiek, rádiových prijímačov, hudobných prehrávačov, bateriek a iných. Okrem nich sa v bežnom používaní čoraz viac udomácnili drahšie články vyrobené na báze lítia.

Lítiové, alkalické, strieborné a iné batérie (články) - aké sú typy a druhy batérií?

Rozmanitosť napájaných zariadení kladie rôzne požiadavky na kapacitu, napätie alebo skratový prúd článkov. To sa odráža v ich rozmeroch a tvare, ako aj v konštrukcii a type použitej elektródy alebo elektrolytu. Ako sa jednotlivé „batérie“ líšia a ako ich správne aplikovať?

Zinkovo-uhlíkové články

Nevýhodou pôvodného Leclanchého článku bolo použitie kvapalného elektrolytu. Pozostával z nádoby, v ktorej bola umiestnená zinková elektróda a zásobníka z porézneho materiálu. Do tohto zásobníka bol vstrekovaný vlhký práškový oxid manganičitý zmiešaný s grafitovým prachom a do nádoby sa umiestnila grafitová tyč. Vonkajšia nádoba bola naplnená koncentrovaným roztokom chloridu amónneho. Oxid manganičitý fungoval ako tzv. depolarizátor grafitovej elektródy, absorbujúci vylučovaný vodík. V opačnom prípade by ho plyn, ktorý sa hromadí na uhlíkovom povrchu tyče izoloval od zvyšku elektrolytu a prerušil by prúdový tok.

Veľký vplyv na pohodlie používania tohto zdroja energie malo skonštruovanie suchej verzie článku. Došlo k nej v Nemecku, v roku 1887 a podarilo sa to Carlovi Gassnerovi. Nahradil kvapalný roztok chloridu amónneho zmesou tejto soli vlhkým sadrovým prachom (teraz sa zvyčajne používa škrobová kaša alebo kremíkový gél).

V priebehu svojej viac ako 150 ročnej kariéry sa Leclanchégo článok (hovorovo zinková batéria) dočkal veľa úprav na zvýšenie trvanlivosti a kapacity. Jedným zo spôsobov, ako zvýšiť prevádzkový čas článku, je pridať chlorid zinočnatý do pasty v miske – takéto články nesú názov Heavy Duty a sú navrhnuté tak, aby napájali náročnejšie zariadenia. Treba mať na pamäti, že chlorid amónny je soľ slabej zásady a silnej kyseliny, takže hydrolyzuje a vytvára kyslú reakciu roztoku vypĺňajúceho článok. V takomto prostredí sa zinok nepretržite aktivuje, aj keď neodoberáme zo systému elektrickú energiu. V boji proti tomuto javu sa používajú rôzne techniky na minimalizáciu spotreby kovu v stave nečinnosti batérie. Jedným z nich je amalgámovanie, to znamená pokrývanie ortuťou vnútorného povrchu zinkového pohára. Ortuť tvorí roztok so zinkom a amalgamát zinočnatý prakticky nereaguje s kyselinami, ale zachováva si všetky elektrochemické vlastnosti čistého kovu. Kvôli ochrane životného prostredia sa táto metóda zvyšovania trvanlivosti buniek využíva čoraz viac (na článkoch bez ortuti je uvedené „0% mercury” alebo „mercury free”). Moderné zinkovo-uhlíkové batérie majú teoretickú hustotu energie 40 až 70 Wh/kg. Rozsah prevádzkových teplôt je -10...+50 °C. Trvanlivosť zinkovo-uhlíkových batérií sú asi 2 roky.

Pozrite si najobľúbenejšie zinkové články v TME!


„Rozliate batérie“

Pri využívaní zinkovo-uhlíkových článkov ich nezabudnite v prístroji po ich vyčerpaní kvôli možnosti úniku elektrolytu. Koroduje a môže viesť k poškodeniu zariadenia.

Alkalické batérie od Energizer

Míľnikom v oblasti jednorazových batérií bol rok 1955 a vytvorenie alkalického článku. Podarilo sa to kanadskému inžinierovi Lewisovi Frederickovi Urrymu, zamestnancovi spoločnosti, ktorá sa dnes nazýva Energizer. V jeho článku chýbala grafitová katóda a zinkový pohárik. Obe elektródy sú vlhké, vzájomne od seba oddelené pasty. Zmes oxidu manganičitého a grafitu zohráva úlohu katódy, zatiaľ čo anóda je vyrobená zo zinkového prachu zmiešaného s hydroxidom draselným. Obe zmesi sú dodatočne doplnené zahusťovacími látkami. Z kovu sa vyrábajú len vývody pólov.

Alkalické články majú oveľa lepšie úžitkové vlastnosti a predovšetkým väčšiu nosnosť prúdu a zvýšenú trvanlivosť. Majú tiež vyššiu energetickú hustotu, ktorá je teoreticky medzi 80 a 100 Wh/kg a širší rozsah prevádzkových teplôt, ktorý je v rozmedzí \ -30...\ +70 °C. Trvanlivosť batérií tohto typu je od 5 do 7 rokov. V označeniach alkalických článkov sa používa písmeno L, napríklad bežný článok R6 (hovorovo nazývaný „tužková batéria“) v alkalickej verzii nesie označenie LR6.

Pozrite si najobľúbenejšie alkalické články v TME!


Lítiovo\ -mangánové batérie

Lítiové batérie, napr. AA lítiové batérie, sú v skutočnosti lítiovo\ -mangánové batérie. Ich menovité napätie je 3 V. vykazujú odolnosť voči teplotným výkyvom, majú tiež vysokú energetickú hustotu – až 270 Wh/kg. Toto umožňuje AA lítiovým batériám ukladať takmer trikrát toľko energie ako zodpovedajúce alkalické batérie AA. Používajú sa napríklad v domácich zariadeniach - hodinách, fotoaparátoch, kamerách a počítačoch. Dokážu udržiavať energiu ešte dlhšie, až 10 rokov.

Rodinalítiových batérií zahŕňa mnoho podtypov, ktoré kombinujú použitie lítia alebo jeho zlúčenín ako anódy. Medzi zlúčeninami používanými ako katódový materiál patria: oxid manganičitý, tionylchlorid, oxid siričitý, jód, chróman strieborný a ďalšie. Tieto typy batérií môžu produkovať napätie od 1,5 V do 3,7 V – v závislosti od použitých chemických zlúčenín.

Lítiové-mangánové batérie majú nezvyčajne dlhú dobu prevádzky, takže sa často používajú na napájanie zariadení vyžadujúcich dlhú životnosť, ako sú kardiostimulátory, sluchové implantáty, hodinky, podpora konfigurácie pamäte v elektronických zariadeniach atď. Medzi ich nesporné výhody patrí odolnosť voči vysokému prúdovému výboju a široký rozsah prevádzkovej teploty (dokonca od -40 do +65°C).

Kedysi boli batérie tohto typu veľmi drahé a preto používané zriedka. Súčasne sa okrem zariadení vyžadujúcich dlhú životnosť používajú aj v niektorých hračkách. Jedným z najpopulárnejších typov lítiových batérií sú tzv. gombíkové batérie, hovorovo nazývané „3 V ploché batérie“. Vďačia za svoje meno vzhľadu gombíka a malým rozmerom. V obchode sú k dispozícii aj iné typy týchto batérií, ale kvôli pomerne veľkej cene v porovnaní s alkalickými sú používané menej bežne.

Vzhľadom na svoju vysokú trvanlivosť majú batérie vyrobené na základe článkov tohto typu často navarené výstupy, ktoré sa používajú na spájkovanie do dosky. V praxi, ak používate takúto batériu na napájanie statickej pamäte CMOS RAM alebo čipu hodín RTC, môžete si vychutnať niekoľko rokov služby bez potreby výmeny.

Pozrite si najobľúbenejšie zinkové články v ponuke TME!


Strieborné batérie

Menovité napätie strieborných článkov je 1,55 V. katóda v tomto článku je vyrobená z oxidu strieborného a anóda zo zinku. Úloha elektrolytu sa vykonáva roztokom hydroxidu draselného. Strieborné batérie boli vynájdené koncom 19. storočia, ale sériová výroba sa začala až v 60. rokoch 20. storočia; veľmi často sa označujú ako oxid-strieborné alebo strieborno-zinkové batérie.

Strieborné batérie majú stabilné výstupné napätie a charakteristiky plochého výboja. Napätie na svorkách spoja klesá veľmi rýchlo po jeho vybití. Teoretická hustota energie je 130... 150 Wh/kg. Strieborné batérie sú určené na použitie v zariadeniach, ktoré sú citlivé na zmenu napájacieho napätia, vyžadujúce stabilitu, napríklad v meracích prístrojoch.

Trvanlivosť striebornej batérie je približne 2 roky. Medzi jej vážne nedostatky patrí skutočnosť, že zinok podlieha korózii v alkalickom elektrolyte, čo spôsobuje degradáciu batérie. Preto je potrebné mať na pamäti, že najčastejšie po približne 5 rokoch začnú pretekať, čím predstavujú nebezpečenstvo pre životné prostredie.

Pozrite si najobľúbenejšie strieborné články v ponuke TME!


Označenia a rozmery populárnych batérií

Nižšie uvádzame a vysvetľujeme označenia a rozmery najobľúbenejších batérií dostupných na trhu:

AA batérie (tužkové)

„AA“ batérie, hovorovo nazývané „tužkové“, alternatívne sú označené ako R6 v bežnej verzii a LR6 v alkalickej verzii. Rozmery batérie „AA“ majú priemer 14 mm a výšku 50 mm. Jej menovité napätie je 1,5 V. Súčasne ponúkané batérie „AA“ majú kapacitu 1600 až približne 2500 mAh.

AAA batérie (malé tužkové)

Batérie „AAA“, ktoré sú menšou verziou tužkových batérií, sú rovnako populárne a nesú označenie R03 v bežnej verzii a LR03 v alkalickej verzii. Majú rovnaké napätie ako typ „AA“. Batérie „AAA“ majú priemer 10 mm a výšku 44 mm. Majú tiež menšiu kapacitu — od 800 mAh do približne 1200 mAh.

 

Batérie LR61, R14, R20 a ďalšie

Ďalšou variáciou ešte menších tužkových batérií sú alkalické batérie LR61. Majú priemer 8,3 mm a výšku 42,5 mm. Ich menovité napätie je 1,5 V a kapacita až 650 mAh. Ak je potrebná väčšia kapacita, použite valcové batérie s označením R14 alebo väčšie - R20. Batérie R14 majú priemer 23 mm a výšku 50 mm. Jej kapacita môže byť až 8000 mAh. Najväčšou z populárnych valcových batérií je R20. Batérie R20 majú priemer 33 mm a výšku 58 mm. Ich kapacita dosahuje až 21000 mAh.

Batérie s iným napätím ako 1,5 V sú vytvorené sériovým pripojením článkov. A napríklad takzvaná plochá batéria je 3 séria prepojených článkov R10. Ostatné, rovnako ako populárne 9-voltové batérie 6F22 sú 6 sériou prepojených F22 článkov s rozmermi 25 mm×15 mm×8 mm, uzavreté v jedinom puzdre tvaru kvádra.

Kapacita batérie uvedená vyššie by sa mala posudzovať orientačne, pretože konštantný technologický pokrok a obrovský dopyt po účinných zdrojoch energie spôsobujú, že sú neustále vyvíjané nové výrobky a ich parametre sa menia. Rozmery a označenia populárnych zinkových-uhlíkových a alkalických batérií sú zahrnuté v nasledujúcej tabuľke.

Označenie batérie Rozmery batérie Menovité napätie batérie
ANSI IEC NEDA Iné [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, plochá batéria Kváder 67 mm × 22 mm × 67 mm 4,5 V
- - - lantern, 996 Kváder 68 mm×115 mm×68 mm 6 V
PP3 6LR61, 6F22, 6R61 1604A MN1604, block Kváder 48 mm×25 mm×15 mm 9 V
- 6F25 - - Kváder 48 mm×25 mm×25 mm 9 V
PP9 6F100 1603 - Kváder 51,6 mm×65,1 mm×80,2 mm 9 V
- 4R25X 908 MN908 Kváder 110 mm×67,7 mm×67,7 mm 6 V
- 4R25 915A - Kváder 110 mm ×67,7 mm×67,7 mm 6 V
- 4LR25-2 918A MN918 Kváder 127 mm×136,5 mm×73 mm 6 V
- - - PC926 Kváder 127 mm×136,5 mm×73 mm 12 V

Označenia lítiových gombíkových batérií nevyžadujú naučenie sa ich parametrov, pretože všetky majú menovité napätie 3V, zatiaľ čo rozmery sú kódované v označení batérie, nasledovne CR<2 čísla, priemer v mm><2 čísla, hrúbka — hodnota ×0,1 mm>. Napríklad čísla zahrnuté v symbole populárnej batérie CR2032 znamenajú priemer 20 mm a hrúbku 3,2 mm.

Bohužiaľ, vyššie uvedené vyhlásenie sa vzťahuje len na bežné typy lítiových-mangánových batérií s menovitým napätím 3V. Medzi gombíkovými batériami sú k dispozícii aj strieborné batérie, ktoré sú označené inak.

Čím sa batérie líšia od akumulátorov?

Stručne povedané, batéria je jednorazový článok, ktorá sa po vyčerpaní nahromadenej elektriny stáva zbytočným, pretože sa nedá dobíjať (teda opätovne akumulovať elektrickú energiu v ňom). Jej opakom sú akumulátory, teda články s životnosťou niekoľko stoviek až niekoľko tisíc cyklov nabíjania – vybíjania.

Krátky súhrn kľúčových informácií o batériách

Tento krátky článok popisuje iba najbežnejšie typy zinkovo-uhlíkových, alkalických a lítiovo-mangánových batérií. Nie je možné zhrnúť v krátkosti 150 rokov vývoja technológie a experimentovania s rôznymi látkami. Preto sme vynechali dnes už takmer nepoužívané ortuťové batérie, ktoré sú stiahnuté z používania kvôli obsahu látok nebezpečných pre životné prostredie a iné, v každodenných aplikáciách menej populárne, ako sú napríklad zinkovo\ -vzduchové alebo strieborné batérie.

Nakoniec poznámka, ktorá sa vzťahuje na všetky typy jednorazových článkov. Napriek rôznym pokusom mnohých ľudí, jednorazové články nie sú vhodné na regeneráciu a nesmú sa opätovne nabíjať! Chemické procesy prebiehajúce v elektrolyte nie je možné nabíjaním zvrátiť, zatiaľ čo plyn vylučujúci počas prietoku prúdu môže spôsobiť roztrhnutie a výbuch článku.


Bibliografia:

  • 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

ČÍTAŤ VIAC