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本と記事 第1章 1.1. ガルバニ電池の種類
使い捨てガルバニ電流源は、セパレータの活物質に吸収された電解液と電極（アノードおよびカソード）を含む一体型の容器であるため、乾電池と呼ばれます。 この用語は、液体電解質を含まないすべての電池に使用されます。 従来の乾電池には、炭素亜鉛電池やルクランシェ電池などがあります [1]。 乾電池は、低電流および断続的な動作に使用されます。 そのため、電話機、玩具、警報器などに広く使用されています。 乾電池を使用する機器の範囲は非常に広く、また定期的な交換が必要なため、その寸法には規格が存在します[1]。 放電プロセス中、乾電池の電圧は公称電圧からカットオフ電圧まで低下します（カットオフ電圧は、バッテリーが最小のエネルギーを供給できる最小電圧です）。 アプリケーションに応じて、通常 1,2V ～ 0,8V/セル。 放電が発生した場合、回路が閉じられた後に定抵抗素子に接続すると、その端子の電圧は初期電圧よりわずかに低い特定の値まで急激に減少します。 このときに流れる電流を初期放電電流といいます。 乾電池の機能は、消費電流、カットオフ電圧、放電条件によって異なります。 放電電流が減少すると、セルの効率が増加します。 乾電池の場合、24 時間未満の連続放電は高率放電として分類できます。 乾電池の電気容量は、初期放電に応じて、時間単位の所定の最終電圧で固定抵抗を介して放電するために調整され、グラフまたは表で表されます。 特定のバッテリーについては、メーカーのチャートまたは表を使用することをお勧めします。 これは、製品の特性を考慮する必要があるだけでなく、各メーカーが製品の最適な使用法を推奨しているという事実によるものです。 バッテリーの内部抵抗により、フラッシュで使用する場合などに必要な電流量が制限される場合があります。 バッテリーが短期間供給できる初期の定常電流は、フラッシュ電流と呼ばれます。 素子タイプの指定には、直流電流と交流電流で測定された素子のフラッシュ電流と内部抵抗に対応する文字が含まれています。 フラッシュ電流と内部抵抗の測定は非常に難しく、セルの保存寿命は長いかもしれませんが、フラッシュ電流は減少する可能性があります。 1.1. ガルバニ電池の種類 炭素亜鉛要素 炭素亜鉛電池 (マンガン亜鉛) は、最も一般的な乾電池です。 亜鉛炭素電池は、二酸化マンガン (MnO2) 陽極、塩化アンモニウム電解質、および亜鉛陰極と接触する受動的 (炭素) 集電体を使用します。 電解質はペースト状であるか、多孔質隔膜に含浸しています。 このような電解質は移動性が低く、拡散しないため、この電池は乾式電池と呼ばれます。 炭素亜鉛電池の公称電圧は 1,5 V です。 乾式エレメントは、円筒形、ディスク形、長方形の形状を持つことができます。 長方形要素の装置は円板要素と同様です。 亜鉛陽極は、容器でもある円筒形のカップの形で作られています。 ディスクセルは、亜鉛プレート、電解質溶液を含浸させたボール紙製隔膜、およびプレスされた正極層で構成されています。 ディスク要素は互いに直列に接続されており、結果として得られる電池は分離されてケースに詰められています。 炭素亜鉛元素は作業の休憩中に「回収」されます。 この現象は、放電プロセス中に生じる電解質組成の局所的な不均一性が徐々に平準化されることによるものです。 定期的な「休息」の結果、エレメントの耐用年数は延長されます。 これは、電池を集中的に使用する場合 (および、XNUMX セットが回復するのに十分な時間を確保できるように、動作に複数のセットを使用する場合) を考慮する必要があります。たとえば、プレーヤーを使用する場合、XNUMX セットの電池を使用することはお勧めできません。連続XNUMX時間以上 XNUMXセット交換の場合、稼働時間要素はXNUMX倍となります。 炭素亜鉛要素の利点は、比較的低コストであることです。 重大な欠点としては、放電中の電圧の大幅な低下、比出力の低さ (5 ～ 10 W/kg)、保存寿命の短さが挙げられます。 温度が低いとガルバニ電池の使用効率が低下し、バッテリーの内部加熱により効率が増加します。 温度が上昇すると、電解液に含まれる水分により亜鉛電極が化学腐食し、電解液が乾燥します。 これらの要因は、バッテリーを高温に保ち、事前に開けた穴を通してセルに食塩水を導入することである程度補償できます。 アルカリ元素 亜鉛炭素と同様に、アルカリ電池は MnO2 アノードと亜鉛カソードを使用し、電解液は分離されています。 アルカリ電池と炭素亜鉛電池の違いはアルカリ電解液の使用にあり、その結果、放電中にガスの発生がほとんどなく、密閉できるため、多くの用途にとって非常に重要です。 アルカリ電池の電圧は、同じ条件下で炭素亜鉛電池よりも約 0,1 V 低くなります。 したがって、これらの要素は交換可能です。 アルカリ電解質電池の電圧変動は、塩電解質電池の電圧変動よりもはるかに小さくなります。 アルカリ電解液を使用した電池は、比エネルギー (65 ～ 90 Wh/kg)、比電力 (100 ～ 150 kWh/m3) も高く、保存寿命も長くなります。 マンガン亜鉛電池およびバッテリーの充電 非対称交流によって生成されます。 任意の濃度の生理食塩水またはアルカリ電解液を使用してセルを充電できますが、過度に放電したり、亜鉛電極を損傷したりすることはありません。 特定のタイプのセルまたはバッテリーに設定された有効期限内であれば、複数回 (6 ～ 8 回) の性能の回復を実行できます [2]。 乾電池と単電池は、必要な形式の充電電流を得ることができる特別な装置から充電されます。充放電成分の比率は 10:1、これらの成分のパルス幅の比率は 1:2 です。 。 このデバイスを使用すると、時計の電池を充電したり、古い小さな電池をアクティブにしたりできます。 時計用電池を充電する場合、充電電流は 2 mA を超えてはなりません。 充電時間はわずか 5 時間です。 充電式バッテリーは、抵抗を備えた XNUMX つの並列接続されたダイオード チェーンを通じてオンになります。 非対称の充電電流は、抵抗器の抵抗値の違いによって得られます。 充電の終了は、バッテリの電圧上昇が停止することによって決まります。 充電器変圧器の二次巻線の電圧は、出力電圧が要素の定格電圧を 50 ～ 60% 超えるように選択されます。 説明されているデバイスを使用したバッテリーの充電時間は、約 12 ～ 16 時間です。 充電容量はバッテリーの定格容量より約 50% 大きくする必要があります。 水銀元素 水銀元素はアルカリ元素と非常によく似ています。 酸化水銀（HgO）を使用します。 陰極は亜鉛と水銀粉末の混合物で構成されています。 アノードとカソードはセパレータと 40% アルカリ溶液を含浸させた隔膜によって分離されています。 これらの要素は保存寿命が長く、(同じ体積の場合) 容量が大きくなります。 水銀電池の電圧はアルカリ電池の電圧より約 0,15 V 低くなります。 水銀電池は、高い比エネルギー (90 ～ 120 Wh/kg、300 ～ 400 kWh/m3)、電圧の安定性、および高い機械的強度を特徴としています。 小型デバイス用に、RTs-31S、RTs-33S、および RTs-55US タイプの最新化された要素が作成されました。 エレメント RTs-31S および RTs-55US の比エネルギーは 600 kWh/m3、RTs-33S のエレメントは 700 kWh/m3 です。 RC-31S および RC-33S エレメントは、時計やその他の機器に電力を供給するために使用されます。 RC-55US エレメントは、医療機器、特に埋め込み型医療機器向けに設計されています。 RC-31S および RC-33C エレメントは、それぞれ 1,5 μA および 10 μA の電流で 18 年間動作し、RC-55US エレメントは埋め込み型医療機器の 5 年間の動作を保証します。 水銀電池は 0 ～ +50oC の温度範囲で動作します。 亜鉛粉末（負極）の代わりにインジウムとチタンの合金を使用する要素の変更もあります。 水銀は希少で有毒であるため、使い終わった水銀電池は捨ててはいけません。 それらはリサイクルされなければなりません。 銀の要素 Ag2O と AgO で作られた「銀」陰極を備えています。 それらの電圧は、同等の条件下での炭素亜鉛の電圧より 0,2 V 高くなります [1]。 リチウム電池 リチウムアノード、有機電解質、およびさまざまな材料で作られたカソードを使用します。 非常に長い保存寿命、高いエネルギー密度を持ち、水を含まないため広い温度範囲で動作します。 リチウムはすべての金属の中で最も高い負の電位を持っているため、リチウム電池は最小限の寸法で最高の電圧定格を特徴とし、そのような電池では通常、有機化合物が溶媒として使用されます。 溶媒は、同じく反応性物質である SOCl2 などの無機化合物である場合もあります。 イオン伝導性は、LiAlCl4、LiClO4、LiBFO4 などの大きなアニオンを含む塩を溶媒に導入することによって確保されます。 非水電解質溶液の比導電率は、水溶液の導電率よりも 1 ～ 2 桁低くなります。 さらに、それらの陰極プロセスは通常ゆっくりと進行するため、非水電解質を使用した電池では電流密度が低くなります。 リチウム電池の欠点としては、リチウムの価格が高いため比較的コストが高いこと、製造に特別な要件が必要であること（不活性雰囲気の必要性、非水溶媒の精製）などが挙げられます。 一部のリチウム電池は開けると爆発する可能性があることにも留意する必要があります。 このような素子は通常、1,5 V および 3 V の電圧を備えた押しボタン設計で作られています。これらは、定常モードで約 30 μA、断続モードで 100 μA の消費で回路に電力を供給することに成功しています。 リチウム電池は、メモリ回路、測定器、その他のハイテクシステムのバックアップ電源に広く使用されています。 戻る （序章） フォワード （世界の大手企業のバッテリー）
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