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無線電子工学および電気工学の百科事典 家電用電池
無線電子工学と電気工学の百科事典 / 充電器、バッテリー、ガルバニ電池 近年、家庭用機器に電力を供給するためのさまざまなガルバニ電池がロシア市場に登場しています。 同時に、特定の機器に最適な要素の評価と選択に関する情報が不足しています。 この記事の目的は、このギャップを埋め、読者に追加情報を提供することです。 どのガルバニ電池でも、電気化学反応は、負極での酸化プロセスと正極での還元プロセスで構成されます。 反応は間隔を置いて行われ、マイナス端子で生成された電子は外部回路を通ってプラス端子に移動し、そこで還元反応に参加します。 電極の材質と電解質の組成に応じて、素子の端子における起電力 (EMF) が異なる場合があります。 EMF 値は、電極の電気化学ポテンシャルの差によって決まります。 テーブル内図 1 は、最も一般的に使用されるガルバニ電池のいくつかのパラメータを示しています。
銅亜鉛電池は、電圧が低く、他の不便さ（液体の酸性電解質、洗浄の必要性）にもかかわらず、低電流で長年安定して動作し、最近では鉄道自動化システムで広く使用されています。 実際には、現在、限られた数の要素に直面しています。 これらは、塩、アルカリ、水銀、銀、空気、リチウムです。 塩の要素 それらはマンガン-亜鉛要素または炭素-亜鉛要素とも呼ばれます。 正極は黒鉛、負極は亜鉛（電池本体）で構成されています。 電解質減極剤の機能は、二酸化マンガンと塩化アンモニウムの混合物によって実行されます。 塩電池の起電力は 1,6 V で、直列接続により必要な電圧の電池が生成されます。 このようなバッテリーの要素は、多くの場合、円筒形ではなく、長方形の形状をしています。 塩要素の動作温度範囲は -20°C ～ +55°C です。 しかし、より低い温度では、負荷に供給される電流は減少します。 また、温度が高くなると、亜鉛電極の破壊が加速し、電解液の乾燥が速くなります。 過去 9 年間で、塩電池は大幅に改良されました。亜鉛体の破壊を減らすために、電解液に水銀が添加され、その後、環境に優しい有機添加剤に置き換えられました。 これらの改良により、セルの寿命は 12 年に延長されますが、通常、保存期間は XNUMX ～ XNUMX か月の範囲とされています。 改善された添加剤を含む塩要素は、より信頼性の高い設計で製造されています。外側には保護用の鋼鉄 (まれにプラスチック) ケースがあり、内側には亜鉛が配置されています。 これらの要素はより安全に使用できます。 さらに、エネルギー強度も高くなります。 このような要素の本体は、ポリマーガスケットの形のシールを備えた成形金属ディスク電極で上部と底部が閉じられています。 それでも、ガルバニック塩電池の電気容量は化学電流源の中で最も低く、450...850 mAhに達します（以下、値はAA形式の電池について与えられます）。 これらは、時計、家庭用機器のリモコン、子供のおもちゃ、警報装置、ポケットラジオなど、低および中電力消費のデバイスでの使用を目的としています。 塩電池の耐用年数を延ばすには、新しいセットとともに、完全に放電状態にしないで、すでに使用されている塩電池を使用することをお勧めします。 これは、放電中に粘性電解質の局所的な不均一性を平準化するプロセスが非常に遅く、「休止」中に要素の特性がいくらか回復するためです。 特に、オーディオ プレーヤーで XNUMX セットのソルト要素を連続 XNUMX 時間以上使用することはお勧めできません。 アルカリ元素 アルカリ電池の外観は塩電池とほとんど変わりません。炭素電極と亜鉛電極、二酸化マンガンが含まれていますが、塩化アンモニウムの代わりにアルカリ電解液が使用されています。 そのため、アルカリ性またはアルカリ性と呼ばれます。 アルカリ電解液はセルの動作中にガスの放出を排除するため、セルは密閉バージョンで製造されます。 このような元素の起電力は、塩元素の起電力よりわずかに小さくなります。 ただし、比容量、放電電流、および保存寿命 (最長 1000 年) が高くなります。 アルカリ電池の容量は 3700 ～ 30 mAh です。 -55°C ～ +XNUMX°C の温度でも動作し続けます。 ただし、アルカリ元素と塩元素の最も大きな違いは、放電プロセス中の電圧の低下が遅いことです (ただし、最後には急激に低下します)。 アルカリ電池の容量は塩電池の容量よりもはるかに高いため、写真のフラッシュ、電気シェーバー、ボイスレコーダー、プレーヤー、携帯ラジオやテープレコーダー、電話やラジオ局など、中程度および高エネルギー消費の機器に使用されています。強力な電灯。 水銀元素 水銀は、亜鉛とともに塩の要素を改善するために長い間使用されて成功してきました。 その結果、二酸化マンガンや酸化水銀を含む素子が誕生しました。 水銀元素は容量が大きく、保存寿命が非常に長いです。 このような要素のEMFはアルカリ性要素のEMFよりわずか0.15V低いだけですが、水銀による環境汚染の危険性のため、家庭用フォーマットでのそのような要素の生産はますます減少しています（「Merquri」の刻印のある要素は投げることができません）ゴミ箱に捨ててください。有害廃棄物用の特別な容器もあります。残念ながら、まだありません）。 銀の要素 それらは実際には銀です - それらの正極は酸化銀でできています。 銀元素の EMF は、塩元素の EMF より 0.25 V 大きくなります。 それらは高価で希少であり、「シルバー」の刻印によって区別できます。 空気亜鉛要素 これらのセルでは、亜鉛と空気が電気化学反応に関与するため、ハウジングに穴が設けられています。 亜鉛空気電池は容量が大きく、保存寿命が長いです。 室温での自己放電は年間 2% を超えません。 ただし、これらの要素は内部に空気が入らないように密閉した状態で保管する必要があります。 この機能は、動作パラメータの範囲が非常に狭いため、消費者向けフォーマットでの要素の生産が制限されました。 亜鉛空気電池の EMF は 1.4 V、容量は 70 ～ 600 mAh です。 動作温度範囲 - -18°C ～ +50°C。 主に補聴器に使用されています。 リチウム電池 リチウム電池は比較的最近登場しました。 負のリチウム電極と有機化合物をベースにした二酸化マンガンを含む電解質を使用します。 このエレメントは広い温度範囲 (-30 °C ～ +65 °C) で動作し、高容量であり、非常に低い自己放電 (最長 10 年) で非常に長い保存寿命を備えています。 リチウムは、他のすべての金属と比較して最も高い負極電位を持っています。 この素子の起電力は 3,8 V です。リチウムは高価な金属であるため、リチウム素子は主に、コンピュータ メモリ チップのバックアップ電源や宇宙技術など、長期にわたる信頼性の高い動作が必要とされる場所で使用されていました。 以前は、リチウム電池は時計、電卓、カメラ、コンピューター用の「ボタン」(「押しボタン」) バージョンでのみ生産されていました。 徐々に、コストが低下するにつれて、リチウム電池は電力消費量の高いデバイス（最新のカメラ、ビデオカメラ - 要素 CR123、2CR5、および CR2）だけでなく登場します。 他の機器でも同様です。 残念ながら、今日では要素の単一の指定はありません。米国の寸法システムと国際的な寸法システム (IEC) があり、大手企業は自社の製品に複数の指定を示すことがよくあります (表 2 および「Radio」、2000 年を参照) 、No.2、47ページ）。
IEC システムによれば、文字「R」は円筒形の要素を表し、「F」は長方形の要素を表します。 「R」または「F」の前に「L」を追加すると、その元素がアルカリ性であることを意味します。 一般に、IEC システムにおける完全な指定には 14 つの意味グループに分割された 1996 文字が含まれており、これが実装の重大な障害となっている可能性があります。 これについては、R. Varlamov による記事「MC システムの外部要素とバッテリー」(ラジオ、3 年、第 XNUMX 号) で詳しく説明されています。 消費者はバッテリーの寿命と手頃な価格に関心があり、素子の寿命は主にその電気容量に関係します。 メーカーはこのパラメータを示さないように努めていますが、これには十分な理由があります。 実際のところ、実際の容量は放電条件によって異なります。 放電時にセルの両端の電圧がどれだけ早く低下するかは、負荷電流と電解液の種類によって異なります。 要素をゼロまで放電することはできません。デバイスには特定の電圧が必要であり、低電圧では動作できません。 放電時の最小許容電圧をカットオフ電圧といいます。 動作特性によって決まり、通常は 0,8 ～ 1 V の範囲になります。カットオフ電圧が低いほど、素子が放出できるエネルギーは多くなります。 新技術の導入により、容量、保存寿命、放電電流の増加など、素子の特性を改善することが可能になります。 たとえば、Duracell はチタン技術を導入しました。電解液に二酸化チタンを添加すると、消費電流が低いデバイスの素子の耐用年数が長くなります。 パナソニックはパワーアクティベータ技術を導入し、TDKはX-treme技術を導入しました。 GP バッテリー - 超アルカリ、エナジャイザー - ハイテク フォーミュラ。 これらの企業は、微細に分散した導電性の高い粒状グラファイトとゲル有機電解質を何らかの形で使用することにより、中レベルおよび高レベルのエネルギー消費における電池の特性を大幅に改善することができました。 一方では、製造会社は、エネルギー消費量の削減を目指して、製造する家庭用電化製品を継続的に改良しており、他方では、電池生産の発展において、エネルギー強度と放電電流が増加する傾向にあります。 たとえば、家庭用電化製品とバッテリーを製造するパナソニックは、RQ-SX20 プレーヤーを宣伝する際、独自の LR6 アルカリ電池 (パワーアクティベーター技術を使用) が 45 時間の録音再生を提供すると強調しています。 通常、企業は広告資料で、自社が製造する新しいバッテリーの容量が大幅に増加したと報告します（その価値は示さず）。 パナソニックは、新しい LR6 パワーアルカリ素子の実際の容量の増加に関する次の結果を提供しています。消費電流 170 ～ 300 mA の CD プレーヤーで使用した場合、素子の動作時間は 20% 増加しました。 ハロゲンランプを備えた懐中電灯（消費電流600..800 mA） - 20％。 カシオ QV-10 デジタル カメラ (出力 315 mW) - 28%。 IBM ThinkPad 230 ラップトップ コンピューターでは 30%、ニッコーのおもちゃの車では 45% 減少しました。 6 つの Panasonic LR500 素子を XNUMX セットにすると、短い間隔で XNUMX 回以上のフラッシュを生成できます。 ご覧のとおり、もう一度宣伝します。フラッシュの出力もフラッシュの間隔も示されていません。 エナジャイザー要素も同様の方法で宣伝されています。同社は、自社の LR6 要素がデジタル カメラ内で 50% 長く持続することを示しています。 ポケットラジオでは - 45% 減少しました。 携帯電話では - 40%。 従来の（ソルト）要素と比較して、ポータブル懐中電灯では - 80%、ラジコンカーモデルでは - 40%。 実際には、同じサイズの塩電池とアルカリ電池のコストは4...5倍異なり、耐用年数は6...8倍異なります。 特定のバッテリーの実際の電気容量は、マークから判断することはほとんどできません。 要素が一見同一であっても、大きく異なる場合があります。 テーブル内図 2 は塩の容量を示し、括弧内はアルカリガルバニ電池を示しています。 また、素子の最も重要な特性は最大電流です。 この要素は、いわゆるフラッシュ電流を短時間ではありますが安定して消費者に供給できます。 テーブル内図3に一部の素子のフラッシュ電流値を示します。
フラッシュ電流は、外部回路抵抗がゼロの場合の短絡電流とは異なります。 後者の場合、有用な仕事は実行されず、故障電流パルスの持続時間はほんの数秒です。 フラッシュ電流は、非常に低いとはいえ、外部回路の特定の抵抗で測定され、ソースの内部抵抗と比較されることもよくあります。 この電流は有益な働きをし、その持続時間は数秒 (最大 XNUMX 秒) です。 フラッシュ電流の値は、自動フィルム送り機能を備えたカメラや写真のフラッシュなど、短期間で周期的に強い負荷がかかる消費者にとって非常に重要です。 フラッシュ電流が大きいセルやバッテリーは、かなりのエネルギーを蓄える傾向があります。 たとえば、使い捨てポラロイド カメラ キットのバッテリーは、写真キットの使用後、長時間にわたって最大 10 A の電流を供給できます。 要素パラメータ値の不足は、さまざまな条件で実施されるテストテストによって補われます。 テーブル内図 4 は、オーディオ プレーヤーで動作する場合の AA 要素 (UM3、MN1500、R6、LR6) のテスト結果を示しています。 この要素の使用法は、最も広く普及しているものの XNUMX つです。 提供された情報は、塩類要素に対するアルカリ要素の利点を明確に示しています。 消費者にとって、提示されたパラメーターは、企業の有望な広告文よりも価値があります。
異なるタイプの要素を区別し、どこで未知の誰かが製造した偽物や単なる低品質の製品に遭遇しないようにするにはどうすればよいでしょうか? 電池を製造し、ロシア市場で製品を販売する大手企業のリストは非常に長い。 これらは、Duracell、Energiser、Panasonic、Varta、Kodak、TDK などです。 したがって、特に購入しようとしている要素とデバイスが同じ会社によって製造されている場合には、その名前自体がすでに一種の推奨事項となります。 ただし、アルカリ性の、より高度でエネルギー集約的な元素には、ほとんどの場合「アルカリ性」という表記が見られることを覚えておく必要があります。 改良された生産技術を示す碑文 - 「Power Alcaline」、「X-Treme」。 「超アルカリ性」。 「ハイテク」「チタン」も安心のオススメです。 特定の機器用のバッテリーを選択するときは、必ずそれらに注意を払う必要があります。 元素の全金属製の型打ちされた本体 (特に滑らかでない底面) は、それが塩元素であることを示している、という話をよく聞きます。 この特徴は絶対的なものではありません。改良された塩エレメントは、端に成形金属ワッシャーを備えた保護金属本体を備えているため、外観でアルカリ性塩エレメントと区別するのは困難です。 塩とアルカリ元素は、そのブランドと碑文の指定によって区別できます。 文字「R」は塩要素 (R1、R03、R6、R14、R20 など) を表します。 改良された塩要素は、文字「P」または「S」（あまり一般的ではありませんが、HD、HE、EH、UP、UPS）でさらに指定されます - たとえば、R6P、SUMS、R20UPS。 LR1、LR03、LR6、LR14、LR20、6LF22などのアルカリ元素の名称には文字「L」が入力され、ほとんどの場合「アルカリ」、「スーパーアルカリ」などの表記が追加されます。 水銀、銀、亜鉛の空気要素は、それぞれ「水銀」、「銀」（または「銀」）と呼ばれます。 「Zn-Air」ですが、家庭用機器の場合は、「0％水銀」、「0％水銀およびカドミウム」という刻印のある要素を使用することをお勧めします。 「水銀とカドミウムを0%添加。」 「0% Quecksilber カドミウム」、「0% Hg Cd」、「水銀フリー」。 バッテリーの高品質を示すもう XNUMX つの信頼できる証拠は、そのパッケージです。 真面目な企業は、ボール紙の裏地が付いたいわゆるブリスター容器に製品を梱包します。透明なプラスチックのシェルにより、梱包された要素が見え、湿気や機械的損傷から確実に保護されます。 通常、透明なプラスチックケースに入ったいくつかの要素 (R6 要素 14 ～ 20 つまたは R09.99 ～ R2001 要素 2003 つ) がカラフルなボール紙ベースに接着され、その上に会社名、商標、および会社と製品に関するその他の情報が表示されます。国別バーコードが繰り返されています。 有効期限を必ず表示してください。この情報は、パッケージと要素本体に刻印された数字の形式で繰り返し表示されます (例: 2001)。 これは塩要素の場合に最も典型的です。 アルカリ性のものの場合、有効期限はケースに記載されていることがほとんどです: INSTALL BY JAN 2003、Best before MARXNUMX、または単純に JANXNUMX および MARXNUMX です。 最近、一部の企業は梱包材や裏紙の段ボールを節約し、ポリマーフィルムで製品を保護し始めています。 確かに、段ボールのパッケージの裏面には、製品の動作や保証の特徴に関する情報が複数の言語で記載されています。 多くの企業がすでにこれらの碑文をロシア語で印刷し始めています。 一般に、大手企業の要素のパッケージングに関する情報は、要素自体のラベルよりもはるかに有益です。 以下は、AA 形式での塩元素の表記の例です。 GP バッテリー、Greencell Extra Heavy Duty 15G "SIZEAA" 1,5 V、0% Merqury (香港) - 塩電池 (その指定にはこれについて言及されていません)、サイズ AA。 「ヘビーデューティ」には水銀が含まれていません。 会社 Varta、要素 Varta Super MIGN0N'R6'AA'UM3'1.5 V 0% 水銀カドミウム。 0% Quecksilber カドミウム (フランス製) は同じサイズの塩要素であり、ラベルではこのサイズが 6 回繰り返されます (MIGNON'R3'AA'UMXNUMX)。 水銀やカドミウムは含まれておりません。 同じ形式のアルカリ要素。 Duracell 社、エレメント Duracell Alkaline 1.5 V'SIZEAA'MN 1500 LR6、JAN2001 - アルカリ性 AA エレメント、サイズ指定を 2001 回繰り返し、有効期限 - XNUMX 年 XNUMX 月まで。環境に関する注意事項なし。 しかし、この要素のパッケージには、より完全な指定を読むことができます：アルカリ「エクストラパワー」チタン「AA」MN1500「LR6」ミニョン、環境情報 - 0% Cd? 0% Hg、0% Pb、生産地 - ベルギー。 そこには推奨事項も記載されています。エレメントのセット全体を交換すること、再充電しないこと、火の近くに近づけないこと、異なる種類やシステムのエレメントを同時に使用しないこと（放電の度合いが異なるエレメントを追加します）。 。 通常、要素の本体にはいくつかの言語で警告標識が表示されます。火の中に投げ入れないでください。 充電できない！ (火の中に投げ込まないでください。リロードしないでください。) これらの碑文の本質は、現代のアルカリ電池、さらにはリチウム電池も、電池と同様、加熱したり充電しようとすると非常に頻繁に爆発するということです。 また、たとえ水銀、鉛、カドミウムが含まれていないとしても、ガルバニ電池の内容物は決して安全とは言えません。 多くの企業によって製造された要素が見つかりますが、これらの碑文はロシア語で繰り返されています (パッケージにも)。 バッテリーの梱包が不十分で、乱雑で、どこで製造されたか、使用期限が記載されていない場合、そのような製品は期待に応えられない可能性があり、購入するのは危険です。 原則として、それらは最も安価なもののXNUMXつです。 したがって、要素の価格が高いことは、消費者向けの資産が高いことの間接的な証拠でもあります。 著者: M.ミハイロフ、モスクワ
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