Αυτά τα στοιχεία χαρακτηρίζονται από την υψηλότερη πυκνότητα όλων των σύγχρονων τεχνολογιών. Ο λόγος για αυτό ήταν τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις μπαταρίες. Αυτά τα κύτταρα χρησιμοποιούν ατμοσφαιρικό οξυγόνο ως αντιδραστήριο καθόδου, το οποίο αντικατοπτρίζεται στο όνομά τους. Για να αντιδράσει ο αέρας με την άνοδο ψευδαργύρου, γίνονται μικρές τρύπες στη θήκη της μπαταρίας. Το υδροξείδιο του καλίου, το οποίο είναι εξαιρετικά αγώγιμο, χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης σε αυτά τα κύτταρα.
Αρχικά σχεδιασμένες ως μη επαναφορτιζόμενη πηγή ενέργειας, οι κυψέλες αέρα ψευδαργύρου έχουν μεγάλη και σταθερή διάρκεια ζωής, τουλάχιστον όταν αποθηκεύονται αεροστεγώς και ανενεργές. Σε αυτήν την περίπτωση, κατά τη διάρκεια του έτους αποθήκευσης, τέτοια στοιχεία χάνουν περίπου το 2 τοις εκατό της χωρητικότητάς τους. Μόλις εισέλθει ο αέρας στην μπαταρία, αυτές οι μπαταρίες δεν διαρκούν περισσότερο από ένα μήνα, είτε τις χρησιμοποιείτε είτε όχι.
Ορισμένοι κατασκευαστές έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν την ίδια τεχνολογία σε επαναφορτιζόμενες κυψέλες. Το καλύτερο από όλα, τέτοια στοιχεία έχουν αποδειχθεί κατά τη μακροχρόνια λειτουργία σε συσκευές χαμηλής κατανάλωσης. Το κύριο μειονέκτημα αυτών των στοιχείων είναι η υψηλή εσωτερική αντίσταση, που σημαίνει ότι για να επιτευχθεί υψηλή ισχύς, πρέπει να είναι τεράστια. Και αυτό σημαίνει την ανάγκη δημιουργίας πρόσθετων θέσεων μπαταριών σε φορητούς υπολογιστές, συγκρίσιμων σε μέγεθος με τον ίδιο τον υπολογιστή.
Αλλά πρέπει να σημειωθεί ότι άρχισαν να λαμβάνουν μια τέτοια αίτηση πολύ πρόσφατα. Το πρώτο τέτοιο προϊόν είναι μια κοινή δημιουργία της Hewlett-Packard Co. και η AER Energy Resources Inc. - PowerSlice XL - έδειξε την ατέλεια αυτής της τεχνολογίας όταν χρησιμοποιείται σε φορητούς υπολογιστές. Αυτή η μπαταρία, σχεδιασμένη για το φορητό υπολογιστή HP OmniBook 600, ζύγιζε 3,3 κιλά - περισσότερο από τον ίδιο τον υπολογιστή. Παρείχε μόνο 12 ώρες δουλειάς. Η Energizer έχει επίσης αρχίσει να χρησιμοποιεί αυτήν την τεχνολογία στις μικρές μπαταρίες κουμπιών της που χρησιμοποιούνται σε ακουστικά βαρηκοΐας.
Η επαναφόρτιση των μπαταριών δεν είναι επίσης εύκολη υπόθεση. Οι χημικές διεργασίες είναι πολύ ευαίσθητες ηλεκτρικό ρεύμαπαρέχεται στην μπαταρία. Εάν η εφαρμοζόμενη τάση είναι πολύ χαμηλή, η μπαταρία θα δώσει ρεύμα αντί να λαμβάνει. Εάν η τάση είναι πολύ υψηλή, μπορεί να ξεκινήσουν ανεπιθύμητες αντιδράσεις που μπορεί να βλάψουν το στοιχείο. Για παράδειγμα, όταν αυξάνεται η τάση, η ισχύς του ρεύματος θα αυξηθεί αναγκαστικά, με αποτέλεσμα η μπαταρία να υπερθερμανθεί. Και αν συνεχίσετε να φορτίζετε το στοιχείο μετά την πλήρη φόρτισή του, ενδέχεται να αρχίσουν να απελευθερώνονται εκρηκτικά αέρια σε αυτό και ακόμη και να συμβεί έκρηξη.
Τεχνολογίες φόρτισης
Οι σύγχρονες συσκευές επαναφόρτισης είναι αρκετά περίπλοκες ηλεκτρονικές συσκευέςμε διάφορους βαθμούς προστασίας - τόσο τις δικές σας όσο και τις μπαταρίες σας. Στις περισσότερες περιπτώσεις, κάθε τύπος κυψέλης έχει τον δικό του φορτιστή. Εάν ο φορτιστής χρησιμοποιηθεί εσφαλμένα, μπορεί να καταστραφούν όχι μόνο οι μπαταρίες, αλλά και η ίδια η συσκευή ή ακόμα και τα συστήματα που τροφοδοτούνται από μπαταρίες.
Υπάρχουν δύο τρόποι λειτουργίας εκρηκτικά- με σταθερή τάση και με συνεχές ρεύμα.
Οι απλούστερες είναι συσκευές με σταθερή τάση. Παράγουν πάντα την ίδια τάση και παρέχουν ρεύμα που εξαρτάται από τη στάθμη της μπαταρίας (και άλλους περιβαλλοντικούς παράγοντες). Καθώς η μπαταρία φορτίζεται, η τάση της αυξάνεται, άρα η διαφορά μεταξύ των δυνατοτήτων του φορτιστή και της μπαταρίας μειώνεται. Ως αποτέλεσμα, λιγότερο ρεύμα ρέει μέσω του κυκλώματος.
Το μόνο που χρειάζεται για μια τέτοια συσκευή είναι ένας μετασχηματιστής (για τη μείωση της τάσης φόρτισης στο επίπεδο που απαιτείται από την μπαταρία) και ένας ανορθωτής (για την ανόρθωση εναλλασσόμενο ρεύμασε σταθερά, που χρησιμοποιείται για τη φόρτιση της μπαταρίας). Τέτοιος απλές συσκευέςΟι επαναφορτιστές χρησιμοποιούνται για τη φόρτιση μπαταριών αυτοκινήτων και πλοίων.
Κατά κανόνα, οι μπαταρίες μολύβδου για πηγές ενέργειας φορτίζονται από παρόμοιες συσκευές. αδιάκοπη παροχή ενέργειας. Επιπλέον, συσκευές σταθερής τάσης χρησιμοποιούνται επίσης για την επαναφόρτιση κυψελών ιόντων λιθίου. Μόνο που υπάρχουν προστιθέμενα κυκλώματα για την προστασία των μπαταριών και των κατόχων τους.
Ο δεύτερος τύπος φορτιστή παρέχει σταθερό ρεύμα και αλλάζει την τάση για να παρέχει την απαιτούμενη ποσότητα ρεύματος. Μόλις η τάση φτάσει στο επίπεδο πλήρους φόρτισης, η φόρτιση σταματά. (Θυμηθείτε, η τάση που δημιουργείται από το στοιχείο πέφτει καθώς εκφορτίζεται.) Τυπικά, τέτοιες συσκευές φορτίζουν κύτταρα νικελίου-καδμίου και νικελίου-υδριδίου μετάλλου.
Εκτός από το επιθυμητό επίπεδο τάσης, οι φορτιστές πρέπει να γνωρίζουν πόσο χρόνο χρειάζεται για να επαναφορτίσουν το στοιχείο. Η μπαταρία μπορεί να καταστραφεί εάν τη φορτίσετε για πολύ καιρό. Ανάλογα με τον τύπο της μπαταρίας και την «ευφυΐα» του φορτιστή, χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνολογίες για τον προσδιορισμό του χρόνου επαναφόρτισης.
Στα περισσότερα απλές περιπτώσειςΓια αυτό, χρησιμοποιείται η τάση που παράγεται από την μπαταρία. Ο φορτιστής παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας και απενεργοποιείται όταν η τάση της μπαταρίας φτάσει σε ένα επίπεδο κατωφλίου. Αλλά αυτή η τεχνολογία δεν είναι κατάλληλη για όλα τα στοιχεία. Για παράδειγμα, για το νικέλιο-κάδμιο δεν είναι αποδεκτό. Σε αυτά τα στοιχεία, η καμπύλη εκφόρτισης είναι κοντά σε μια ευθεία γραμμή και μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστεί το επίπεδο τάσης κατωφλίου.
Οι πιο «σοφιστικέ» φορτιστές καθορίζουν το χρόνο επαναφόρτισης με βάση τη θερμοκρασία. Δηλαδή, η συσκευή παρακολουθεί τη θερμοκρασία της κυψέλης και απενεργοποιεί ή μειώνει το ρεύμα φόρτισης όταν η μπαταρία αρχίζει να θερμαίνεται (που σημαίνει υπερφόρτιση). Συνήθως, σε τέτοιες μπαταρίες ενσωματώνονται θερμόμετρα, οι οποίες παρακολουθούν τη θερμοκρασία του στοιχείου και μεταδίδουν το αντίστοιχο σήμα στον φορτιστή.
Οι «έξυπνες» συσκευές χρησιμοποιούν και τις δύο αυτές μεθόδους. Μπορούν να περάσουν από ρεύμα υψηλής φόρτισης σε ρεύμα χαμηλής φόρτισης ή μπορούν να υποστηρίξουν D.C.χρησιμοποιώντας ειδικούς αισθητήρες τάσης και θερμοκρασίας.
Οι τυπικοί φορτιστές δίνουν λιγότερο ρεύμα φόρτισης από το ρεύμα εκφόρτισης της κυψέλης. Και οι φορτιστές με μεγάλη τιμή ρεύματος δίνουν περισσότερο ρεύμα από το ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης της μπαταρίας. Μια συσκευή φόρτισης στάλα χρησιμοποιεί ένα ρεύμα τόσο μικρό που σχεδόν δεν επιτρέπει στην μπαταρία να αυτοεκφορτιστεί (εξ ορισμού, τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται για την αντιστάθμιση της αυτοεκφόρτισης). Συνήθως, το ρεύμα φόρτισης σε τέτοιες συσκευές είναι το ένα εικοστό ή το ένα τριάντα του ονομαστικού ρεύματος εκφόρτισης της μπαταρίας. Οι σύγχρονοι φορτιστές μπορούν συχνά να χειριστούν πολλαπλά ρεύματα φόρτισης. Χρησιμοποιούν υψηλότερα ρεύματα στην αρχή και σταδιακά αλλάζουν σε χαμηλότερα ρεύματα καθώς πλησιάζουν πλήρως φορτισμένο. Εάν χρησιμοποιείτε μπαταρία που μπορεί να αντέξει τη φόρτιση με σταγόνες (νικέλιο-κάδμιο, για παράδειγμα, όχι), τότε στο τέλος του κύκλου επαναφόρτισης, η συσκευή θα μεταβεί σε αυτήν τη λειτουργία. Οι περισσότεροι φορτιστές φορητών υπολογιστών και κινητά τηλέφωναείναι σχεδιασμένα έτσι ώστε να μπορούν να συνδέονται μόνιμα με τα στοιχεία και να μην τα βλάπτουν.
Ο αριθμός των ανθρώπων που χρησιμοποιούν μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα ως πηγή ενέργειας για ακουστικά βαρηκοΐας αυξάνεται μέρα με τη μέρα. Αυτές οι μπαταρίες είναι φιλικές προς το περιβάλλον και, λόγω της αυξημένης χωρητικότητάς τους, διαρκούν πολύ περισσότερο από άλλους τύπους μπαταριών. Ωστόσο, είναι δύσκολο να ονομάσουμε την ακριβή διάρκεια ζωής του στοιχείου που χρησιμοποιείται, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. ΣΤΟ ορισμένες στιγμέςοι χρήστες έχουν ερωτήσεις και παράπονα.<Радуга Звуков>θα προσπαθήσει να δώσει μια εξαντλητική απάντηση σε μια πολύ σημαντική ερώτηση: από τι εξαρτάται λοιπόν η διάρκεια ζωής της μπαταρίας;
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ...
Για πολλά χρόνια, οι μπαταρίες οξειδίου του υδραργύρου ήταν η κύρια πηγή ενέργειας για τα ακουστικά βαρηκοΐας. Ωστόσο, στα μέσα της δεκαετίας του '90. έγινε σαφές ότι ήταν εντελώς ξεπερασμένα. Πρώτον, περιείχαν υδράργυρο - μια εξαιρετικά επιβλαβή ουσία. Δεύτερον, η digital SA εμφανίστηκε και άρχισε να κατακτά γρήγορα την αγορά, παρουσιάζοντας θεμελιωδώς διαφορετικές απαιτήσεις για τα χαρακτηριστικά των μπαταριών.
Η τεχνολογία οξειδίου του υδραργύρου έχει αντικατασταθεί από την τεχνολογία αέρα-ψευδάργυρου. Είναι μοναδικό στο ότι ένα από τα εξαρτήματα (κάθοδος) της χημικής μπαταρίας χρησιμοποιεί οξυγόνο του περιβάλλοντος αέρα, το οποίο εισέρχεται μέσω ειδικών οπών. Αφαιρώντας τον υδράργυρο ή το οξείδιο του αργύρου, που μέχρι τώρα χρησίμευε ως κάθοδος, από τη θήκη της μπαταρίας, ελευθερώθηκε περισσότερος χώρος για τη σκόνη ψευδάργυρου. Επομένως, μια μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα είναι πιο ενεργοβόρα σε σύγκριση μεταξύ τους. ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙμπαταρίες ίδιου μεγέθους. Με αυτή την έξυπνη λύση, η μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα θα παραμείνει ασυναγώνιστη όσο η χωρητικότητά της περιορίζεται από τον μικροσκοπικό όγκο των σημερινών μικροσκοπικών SA.
Στη θετική πλευρά της μπαταρίας, υπάρχουν μία ή περισσότερες οπές (ανάλογα με το μέγεθός της) στις οποίες εισέρχεται αέρας. Η χημική αντίδραση κατά την οποία παράγεται το ρεύμα προχωρά αρκετά γρήγορα και ολοκληρώνεται πλήρως μέσα σε δύο με τρεις μήνες, ακόμη και χωρίς φόρτωση της μπαταρίας. Επομένως, κατά τη διαδικασία κατασκευής, αυτές οι τρύπες καλύπτονται με προστατευτική μεμβράνη.
Για να προετοιμαστείτε για εργασία, είναι απαραίτητο να αφαιρέσετε το αυτοκόλλητο και να αφήσετε χρόνο για να κορεστεί η δραστική ουσία με οξυγόνο (από 3 έως 5 λεπτά). Εάν αρχίσετε να χρησιμοποιείτε την μπαταρία αμέσως μετά το άνοιγμα, τότε η ενεργοποίηση θα συμβεί μόνο στο επιφανειακό στρώμα της ουσίας, κάτι που θα επηρεάσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής.
Το μέγεθος της μπαταρίας παίζει σημαντικό ρόλο. Όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο περισσότερα αποθέματα δραστικής ουσίας σε αυτό, και, επομένως, τόσο περισσότερη συσσωρευμένη ενέργεια. Επομένως, μια μπαταρία μεγέθους 675 έχει τη μεγαλύτερη χωρητικότητα και μια μπαταρία μεγέθους 5 έχει τη μικρότερη. Η χωρητικότητα της μπαταρίας εξαρτάται επίσης από τον κατασκευαστή. Για παράδειγμα, για μπαταρίες μεγέθους 675, μπορεί να ποικίλλει από 440 mAh έως 460 mAh.
ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ
Πρώτον, η τάση που παρέχεται από μια μπαταρία εξαρτάται από το πόσο καιρό έχει χρησιμοποιηθεί, ή πιο συγκεκριμένα, από το βαθμό στον οποίο έχει αποφορτιστεί. Μια νέα μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα μπορεί να αποδώσει έως και 1,4 βολτ, αλλά μόνο για μικρό χρονικό διάστημα. Στη συνέχεια, η τάση πέφτει στα 1,25 V και διατηρείται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Και στο τέλος της διάρκειας ζωής της μπαταρίας, η τάση πέφτει απότομα σε τιμή μικρότερη από 1 V.
Δεύτερον, οι μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα λειτουργούν καλύτερα όσο πιο ζεστά είναι γύρω. Σε αυτή την περίπτωση, φυσικά, δεν πρέπει να υπερβείτε τη μέγιστη θερμοκρασία που έχει ρυθμιστεί για αυτόν τον τύπο μπαταρίας. Αυτό ισχύει για όλες τις μπαταρίες. Όμως η ιδιαιτερότητα των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα είναι ότι η απόδοσή τους εξαρτάται και από την υγρασία του αέρα. Οι χημικές διεργασίες που συμβαίνουν σε αυτό εξαρτώνται από την παρουσία ορισμένης ποσότητας υγρασίας. Για να το θέσω απλά, όσο πιο ζεστό και υγρό τόσο το καλύτερο (αυτό ισχύει μόνο για τις μπαταρίες CA!). Και το ότι η υγρασία έχει αρνητική επίδραση σε άλλα στοιχεία του ακουστικού συστήματος είναι άλλο θέμα.
Τρίτον, η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας εξαρτάται από διάφορους παράγοντες: θερμοκρασία, υγρασία, χρόνο λειτουργίας και τεχνολογία που χρησιμοποιεί ο κατασκευαστής. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία και η υγρασία, τόσο χαμηλότερη είναι η σύνθετη αντίσταση, η οποία έχει ευεργετική επίδραση στη λειτουργία του ακουστικού συστήματος. Η νέα 675η μπαταρία έχει εσωτερική αντίσταση 1-2 ohms. Ωστόσο, στο τέλος της διάρκειας ζωής, αυτή η τιμή μπορεί να αυξηθεί στα 10 ohms και για την 13η μπαταρία - έως και 20 ohms. Ανάλογα με τον κατασκευαστή, αυτή η τιμή μπορεί να ποικίλλει σημαντικά, γεγονός που δημιουργεί προβλήματα όταν απαιτείται η μέγιστη ισχύς που καθορίζεται στο φύλλο δεδομένων.
Εάν ξεπεραστεί η κρίσιμη έλξη ρεύματος, το τελικό στάδιο ή ολόκληρο το ακουστικό σύστημα απενεργοποιείται έτσι ώστε η μπαταρία να ανακτήσει. Αν μετά<дыхательной паузы>η μπαταρία αρχίζει πάλι να δίνει ρεύμα σε ποσότητα επαρκή για λειτουργία, το SA ενεργοποιείται ξανά. Σε πολλά συστήματα ακοής, η επανενεργοποίηση συνοδεύεται από ηχητικό σήμα, το ίδιο που σας ειδοποιεί για πτώση τάσης στην μπαταρία. Δηλαδή, σε μια κατάσταση όπου η CA σβήνει λόγω υψηλής κατανάλωσης ρεύματος, ηχεί συναγερμός όταν ενεργοποιηθεί ξανά, αν και η μπαταρία μπορεί να είναι εντελώς καινούργια. Αυτή η κατάσταση παρουσιάζεται συνήθως όταν το ακουστικό βαρηκοΐας λαμβάνει πολύ υψηλή είσοδο SPL και το ακουστικό έχει ρυθμιστεί σε πλήρη ισχύ.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής
Ένα από τα κύρια καθήκοντα που αντιμετωπίζουν οι μπαταρίες είναι να παρέχουν σταθερή παροχή ρεύματος καθ' όλη τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας καθορίζεται κυρίως από τον τύπο CA που χρησιμοποιείτε. Κατά κανόνα, οι αναλογικές συσκευές καταναλώνουν περισσότερο ρεύμα από τις ψηφιακές και οι ισχυρές συσκευές καταναλώνουν περισσότερο από τις συσκευές χαμηλής κατανάλωσης. Οι τυπικές τιμές κατανάλωσης ρεύματος για συσκευές μέσης ισχύος είναι από 0,8 έως 1,5 mA και για συσκευές υψηλής ισχύος και βαρέως τύπου - από 2 έως 8 mA.
Τα ψηφιακά HA είναι γενικά πιο οικονομικά από τα αναλογικά HA ίδιας ισχύος. Ωστόσο, έχουν ένα μειονέκτημα - τη στιγμή της εναλλαγής προγραμμάτων ή της αυτόματης λειτουργίας σύνθετων λειτουργιών επεξεργασίας σήματος (καταστολή θορύβου, αναγνώριση ομιλίας κ.λπ.), αυτές οι συσκευές καταναλώνουν πολύ περισσότερο ρεύμα από ό,τι στο κανονική λειτουργία. Η ζήτηση ενέργειας μπορεί να αυξηθεί και να μειωθεί ανάλογα με τη λειτουργία επεξεργασίας σήματος που εκτελεί. αυτή τη στιγμήψηφιακό κύκλωμα, ακόμη και αν η διόρθωση της απώλειας ακοής ενός ασθενούς απαιτεί διαφορετική ενίσχυση για διαφορετικές εισόδους SPL.
Η περιβαλλοντική ακουστική κατάσταση επηρεάζει επίσης τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Σε ένα ήσυχο περιβάλλον, το επίπεδο ακουστικού σήματος είναι συνήθως χαμηλό - περίπου 30-40 dB. Σε αυτή την περίπτωση, το σήμα που εισέρχεται στο SA είναι επίσης μικρό. Σε ένα θορυβώδες περιβάλλον, όπως στο μετρό, στο τρένο, στη δουλειά ή σε ένα θορυβώδες δρόμο, η στάθμη του ακουστικού σήματος μπορεί να φτάσει τα 90 dB ή περισσότερο (ένα jackhammer είναι περίπου 110 dB). Αυτό οδηγεί σε αύξηση του επιπέδου του σήματος εξόδου του SA και, κατά συνέπεια, σε αυξημένο ρεύμα της κατανάλωσής του. Ταυτόχρονα, οι ρυθμίσεις της συσκευής αρχίζουν επίσης να επηρεάζουν - με μεγαλύτερο κέρδος, η τρέχουσα κατανάλωση είναι επίσης μεγαλύτερη. Συνήθως, ο θόρυβος περιβάλλοντος συγκεντρώνεται στο εύρος των χαμηλών συχνοτήτων, επομένως, με μεγαλύτερη καταστολή του εύρους χαμηλών συχνοτήτων από τον έλεγχο τόνου, μειώνεται και η κατανάλωση ρεύματος.
Η τρέχουσα κατανάλωση συσκευών μέσης ισχύος δεν εξαρτάται πάρα πολύ από το επίπεδο του εισερχόμενου σήματος, αλλά για υψηλής ισχύος και υπερισχύς SA η διαφορά είναι αρκετά μεγάλη. Για παράδειγμα, με ένα εισερχόμενο σήμα με ένταση 60 dB (στο οποίο κανονικοποιείται η κατανάλωση ρεύματος του SA), η ισχύς ρεύματος είναι 2-3 mA. Με σήμα εισόδου 90 dB (και τις ίδιες ρυθμίσεις SA), το ρεύμα αυξάνεται στα 15-20 mA.
Μέθοδος εκτίμησης διάρκειας ζωής μπαταρίας
Συνήθως, η διάρκεια ζωής της μπαταρίας εκτιμάται λαμβάνοντας υπόψη την ονομαστική χωρητικότητά της και την εκτιμώμενη τρέχουσα κατανάλωση της συσκευής, που καθορίζεται στα τεχνικά δεδομένα (διαβατήριο) για τη συσκευή. Ας πάρουμε μια τυπική περίπτωση: μια μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα 675 με τυπική χωρητικότητα 460 mAh.
Όταν χρησιμοποιείται σε συσκευή μέσης ισχύος με κατανάλωση ρεύματος 1,4 mA, η θεωρητική διάρκεια ζωής θα είναι 460/1,4=328 ώρες. Όταν φοράτε τη συσκευή για 10 ώρες την ημέρα, αυτό σημαίνει περισσότερο από ένα μήνα λειτουργίας της συσκευής (328/10=32,8).
Όταν μια ισχυρή συσκευή τροφοδοτείται σε ένα ήσυχο περιβάλλον (τρέχουσα κατανάλωση 2 mA), η διάρκεια ζωής θα είναι 230 ώρες, δηλαδή περίπου τρεις εβδομάδες με φθορά 10 ωρών. Αλλά, εάν το περιβάλλον είναι θορυβώδες, τότε η κατανάλωση ρεύματος μπορεί να φτάσει τα 15-20 mA (ανάλογα με τον τύπο της συσκευής). Σε αυτή τη λειτουργία, η διάρκεια ζωής θα είναι 460/20=23 ώρες, δηλ. λιγότερο από 3 ημέρες. Φυσικά, κανείς δεν περπατά σε τέτοιο περιβάλλον για 10 ώρες, και πραγματική λειτουργίαθα αναμιχθεί στην τρέχουσα κατανάλωση. Ετσι ώστε δεδομένο παράδειγμααπλώς επεξηγεί τη μεθοδολογία υπολογισμού δίνοντας ακραίες τιμές ζωής. Συνήθως η διάρκεια ζωής της μπαταρίας σε μια ισχυρή συσκευή κυμαίνεται από δύο έως τρεις εβδομάδες.
Χρησιμοποιήστε μπαταρίες βοηθημάτων ακοής (με ετικέτα ή ετικέτα) από αξιόπιστους κατασκευαστές τροφοδοτικών (GP, Renata, Energizer, Varta, Panasonic, Duracell Activair, Rayovac).
Μην σπάτε το προστατευτικό φιλμ της μπαταρίας (μην ανοίγετε) μέχρι να εγκατασταθεί στο ακουστικό βαρηκοΐας.
Αποθηκεύστε τις μπαταρίες σε κυψέλες σε θερμοκρασία δωματίου και κανονική υγρασία. Μια ευχή<сберечь>μια μεγαλύτερη μπαταρία στο ψυγείο μπορεί να οδηγήσει στο ακριβώς αντίθετο αποτέλεσμα - CA με νέα μπαταρίαδεν θα λειτουργήσει καθόλου.
Πριν τοποθετήσετε την μπαταρία στη συσκευή, κρατήστε την χωρίς φιλμ για 3-5 λεπτά.
Απενεργοποιήστε το SA όταν δεν το χρησιμοποιείτε. Αφαιρέστε τις πηγές τροφοδοσίας από τη συσκευή τη νύχτα και αφήστε τη θήκη της μπαταρίας ανοιχτή.
Η είσοδος συμπαγών μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα στη μαζική αγορά μπορεί να αλλάξει σημαντικά την κατάσταση στο τμήμα της αγοράς των μικρού μεγέθους αυτόνομων τροφοδοτικών για φορητούς υπολογιστέςκαι ψηφιακές συσκευές.
ενεργειακό πρόβλημα
ένα τα τελευταία χρόνιαΟ στόλος των φορητών υπολογιστών και των διαφόρων ψηφιακών συσκευών έχει αυξηθεί σημαντικά, πολλές από τις οποίες εμφανίστηκαν στην αγορά πολύ πρόσφατα. Αυτή η διαδικασία έχει επιταχυνθεί σημαντικά λόγω της αυξανόμενης δημοτικότητας του κινητά τηλέφωνα. Με τη σειρά του, η ταχεία αύξηση του αριθμού των φορητών ηλεκτρονικές συσκευέςπροκάλεσε σοβαρή αύξηση της ζήτησης για αυτόνομες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, ιδίως για διαφορετικά είδημπαταρίες και συσσωρευτές.
Ωστόσο, η ανάγκη διασφάλισης τεράστιο ποσό φορητές συσκευέςοι μπαταρίες είναι μόνο η μία πλευρά του προβλήματος. Έτσι, καθώς αναπτύσσονται φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, η πυκνότητα των στοιχείων στερέωσης και η ισχύς των μικροεπεξεργαστών που χρησιμοποιούνται σε αυτά αυξάνονται σε μόλις τρία χρόνια, η συχνότητα ρολογιού των επεξεργαστών PDA που χρησιμοποιούνται έχει αυξηθεί κατά μια τάξη μεγέθους. Οι μικροσκοπικές μονόχρωμες οθόνες αντικαθίστανται από έγχρωμες οθόνες με υψηλής ανάλυσηςκαι μεγαλύτερο μέγεθος οθόνης. Όλα αυτά οδηγούν σε αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας. Επιπλέον, στον τομέα των φορητών ηλεκτρονικών, υπάρχει σαφής τάση για περαιτέρω σμίκρυνση. Λαμβάνοντας υπόψη τους παραπάνω παράγοντες, καθίσταται προφανές ότι η αύξηση της ενεργειακής έντασης, της ισχύος, της αντοχής και της αξιοπιστίας των χρησιμοποιημένων μπαταριών είναι μία από τις σημαντικότερες προϋποθέσεις για τη διασφάλιση της περαιτέρω ανάπτυξης των φορητών ηλεκτρονικών συσκευών.
Το πρόβλημα των ανανεώσιμων αυτόνομων πηγών ενέργειας είναι πολύ οξύ στο τμήμα των φορητών υπολογιστών. Σύγχρονες τεχνολογίεςσας επιτρέπουν να δημιουργήσετε φορητούς υπολογιστές που πρακτικά δεν είναι κατώτεροι όσον αφορά τη λειτουργικότητα και την απόδοση από τα ολοκληρωμένα επιτραπέζια συστήματα. Ωστόσο, η έλλειψη επαρκώς αποδοτικών αυτόνομων πηγών ενέργειας στερεί από τους χρήστες φορητών υπολογιστών ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα αυτού του τύπου υπολογιστή - την κινητικότητα. Ένας καλός δείκτης για ένα σύγχρονο φορητό υπολογιστή εξοπλισμένο με μπαταρία ιόντων λιθίου είναι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας περίπου 4 ωρών 1 , αλλά αυτό σαφώς δεν αρκεί για πλήρη εργασία σε συνθήκες κινητής τηλεφωνίας (για παράδειγμα, μια πτήση από τη Μόσχα στο Τόκιο διαρκεί περίπου 10 ώρες, και από τη Μόσχα στο Λος Άντζελες) Άντζελες σχεδόν 15).
Μία από τις λύσεις στο πρόβλημα της αύξησης του χρόνου διάρκεια ζωής μπαταρίαςΟι φορητοί υπολογιστές είναι η μετάβαση από τις πλέον κοινές μπαταρίες υδριδίου νικελίου-μετάλλου και ιόντων λιθίου στις χημικές κυψέλες καυσίμου 2 . Τα πιο ελπιδοφόρα από την άποψη της εφαρμογής σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές και Η/Υ είναι οι κυψέλες καυσίμου χαμηλής θερμοκρασίας λειτουργίας όπως η PEM (Μεμβράνη Ανταλλαγής Πρωτονίων) και η DMCF (Κυψέλες Καυσίμου Άμεσης Μεθανόλης). Ένα υδατικό διάλυμα μεθυλικής αλκοόλης (μεθανόλη) 3 χρησιμοποιείται ως καύσιμο για αυτά τα στοιχεία.
Ωστόσο, σε αυτό το στάδιο, θα ήταν πολύ αισιόδοξο να περιγράψουμε το μέλλον των χημικών κυψελών καυσίμου αποκλειστικά σε ροζ χρώματα. Γεγονός είναι ότι τουλάχιστον δύο εμπόδια στέκονται στον δρόμο της μαζικής κατανομής των κυψελών καυσίμου σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές. Πρώτον, η μεθανόλη είναι μια μάλλον τοξική ουσία, η οποία συνεπάγεται αυξημένες απαιτήσεις για στεγανότητα και αξιοπιστία των κασετών καυσίμου. Δεύτερον, για να εξασφαλιστεί ένας αποδεκτός ρυθμός χημικών αντιδράσεων σε κυψέλες καυσίμου με χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν καταλύτες. Τα κύτταρα PEM και DMCF χρησιμοποιούν σήμερα καταλύτες από πλατίνα και τα κράματά της, αλλά οι φυσικοί πόροι αυτής της ουσίας είναι μικροί και το κόστος της υψηλό. Είναι θεωρητικά δυνατό να αντικατασταθεί η πλατίνα με άλλους καταλύτες, αλλά μέχρι στιγμής καμία από τις ομάδες που συμμετέχουν στην έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση δεν έχει καταφέρει να βρει μια αποδεκτή εναλλακτική λύση. Σήμερα, το λεγόμενο πρόβλημα της πλατίνας είναι ίσως το πιο σοβαρό εμπόδιο στην ευρεία χρήση κυψελών καυσίμου σε φορητούς υπολογιστές και ηλεκτρονικές συσκευές.
1 Αυτό αναφέρεται στο χρόνο λειτουργίας από μια κανονική μπαταρία.
2 Περισσότερες πληροφορίες για τις κυψέλες καυσίμου μπορείτε να βρείτε στο άρθρο «Κυψέλες καυσίμου: ένα έτος ελπίδας», που δημοσιεύτηκε στο Νο. 1’2005.
3 Οι κυψέλες PEM αερίου υδρογόνου είναι εξοπλισμένες με ενσωματωμένο μετατροπέα για την παραγωγή υδρογόνου από μεθανόλη.
Στοιχεία αέρα-ψευδάργυρου
Αν και οι συγγραφείς ορισμένων δημοσιεύσεων θεωρούν ότι οι μπαταρίες και οι συσσωρευτές ψευδαργύρου-αέρα είναι ένας από τους υποτύπους κυψελών καυσίμου, αυτό δεν είναι απολύτως αληθές. Εξοικειωθείτε με τη συσκευή και την αρχή λειτουργίας στοιχεία αέρα-ψευδάργυρουακόμη και σε γενικές γραμμές, μπορεί κανείς να βγάλει ένα αρκετά σαφές συμπέρασμα ότι είναι πιο σωστό να τα θεωρήσουμε ως ξεχωριστή τάξη αυτόνομες πηγέςθρέψη.
Ο σχεδιασμός κυψελών αέρα ψευδαργύρου περιλαμβάνει μια κάθοδο και μια άνοδο που χωρίζονται από έναν αλκαλικό ηλεκτρολύτη και μηχανικούς διαχωριστές. Ως κάθοδος χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρόδιο διάχυσης αερίου (GDE), η διαπερατή μεμβράνη του οποίου καθιστά δυνατή τη λήψη οξυγόνου από τον ατμοσφαιρικό αέρα που κυκλοφορεί μέσω αυτού. Το «καύσιμο» είναι η άνοδος ψευδαργύρου, η οποία οξειδώνεται κατά τη λειτουργία του στοιχείου και ο οξειδωτικός παράγοντας είναι το οξυγόνο που λαμβάνεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα που εισέρχεται μέσω των «οπών αναπνοής».
Στην κάθοδο, εμφανίζεται μια αντίδραση ηλεκτροαναγωγής οξυγόνου, τα προϊόντα της οποίας είναι αρνητικά φορτισμένα ιόντα υδροξειδίου:
O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH -.
Τα ιόντα υδροξειδίου μετακινούνται στον ηλεκτρολύτη προς την άνοδο ψευδαργύρου, όπου η αντίδραση οξείδωσης ψευδαργύρου λαμβάνει χώρα με την απελευθέρωση ηλεκτρονίων, τα οποία επιστρέφουν στην κάθοδο μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος:
Zn + 4OH – Zn(OH) 4 2– + 2e.
Zn(OH) 4 2– ZnO + 2OH – + H 2 O.
Είναι σαφές ότι ο αέρας στοιχεία ψευδάργυρουδεν εμπίπτουν στην ταξινόμηση των χημικών κυψελών καυσίμου: πρώτον, χρησιμοποιούν ένα αναλώσιμο ηλεκτρόδιο (άνοδος) και δεύτερον, το καύσιμο τοποθετείται αρχικά μέσα στην κυψέλη και δεν τροφοδοτείται από το εξωτερικό κατά τη λειτουργία.
Η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων ενός στοιχείου της κυψέλης ψευδαργύρου αέρα είναι 1,45 V, η οποία είναι πολύ κοντά σε αυτήν των αλκαλικών (αλκαλικών) μπαταριών. Εάν χρειαστεί, για να πάρετε περισσότερα υψηλής τάσηςτροφοδοτικό, μπορείτε να συνδυάσετε πολλά συνδεδεμένα σε σειρά στοιχεία σε μια μπαταρία.
Ο ψευδάργυρος είναι ένα αρκετά κοινό και φθηνό υλικό, επομένως όταν αναπτύσσεται μαζική παραγωγή στοιχείων ψευδαργύρου-αέρα, οι κατασκευαστές δεν θα αντιμετωπίσουν προβλήματα με τις πρώτες ύλες. Επιπλέον, ακόμη και στο αρχικό στάδιο, το κόστος τέτοιων τροφοδοτικών θα είναι αρκετά ανταγωνιστικό.
Είναι επίσης σημαντικό τα στοιχεία αέρα-ψευδάργυρου να είναι πολύ φιλικά προς το περιβάλλον προϊόντα. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους δεν δηλητηριάζουν το περιβάλλον και μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν μετά την επεξεργασία. Τα προϊόντα αντίδρασης των στοιχείων αέρα-ψευδαργύρου (νερό και οξείδιο ψευδαργύρου) είναι επίσης απολύτως ασφαλή για τον άνθρωπο και περιβάλλονΤο οξείδιο του ψευδαργύρου χρησιμοποιείται ακόμη και ως κύριο συστατικό στη σκόνη μωρών.
Από τις λειτουργικές ιδιότητες των στοιχείων αέρα-ψευδάργυρου, αξίζει να σημειωθούν τέτοια πλεονεκτήματα όπως χαμηλή ταχύτητααυτοεκφόρτιση σε μη ενεργοποιημένη κατάσταση και μικρή αλλαγή στο μέγεθος της τάσης καθώς προχωρά η εκφόρτιση (επίπεδη καμπύλη εκφόρτισης).
Ένα συγκεκριμένο μειονέκτημα των στοιχείων αέρα-ψευδάργυρου είναι η επίδραση της σχετικής υγρασίας του εισερχόμενου αέρα στα χαρακτηριστικά του στοιχείου. Για παράδειγμα, για ένα στοιχείο ψευδαργύρου-αέρα σχεδιασμένο για λειτουργία σε συνθήκες σχετικής υγρασίας αέρα 60%, με αύξηση της υγρασίας στο 90%, η διάρκεια ζωής μειώνεται κατά περίπου 15%.
Από μπαταρίες μέχρι συσσωρευτές
Οι μπαταρίες μιας χρήσης είναι η πιο εύκολη κυψέλη ψευδαργύρου-αέρα στην εφαρμογή. Κατά τη δημιουργία κυψελών ψευδαργύρου-αέρα μεγάλου μεγέθους και ισχύος (για παράδειγμα, σχεδιασμένες για την τροφοδοσία των σταθμών παραγωγής ενέργειας οχημάτων), οι κασέτες ανόδου ψευδαργύρου μπορούν να αντικατασταθούν. Σε αυτήν την περίπτωση, για να ανανεώσετε το απόθεμα ενέργειας, αρκεί να αφαιρέσετε την κασέτα με τα χρησιμοποιημένα ηλεκτρόδια και να εγκαταστήσετε μια νέα. Τα χρησιμοποιημένα ηλεκτρόδια μπορούν να ανακτηθούν για επαναχρησιμοποίηση με την ηλεκτροχημική μέθοδο σε εξειδικευμένες επιχειρήσεις.
Αν μιλάμε για συμπαγείς μπαταρίες κατάλληλες για χρήση σε φορητούς υπολογιστές και ηλεκτρονικές συσκευές, τότε η πρακτική εφαρμογή της επιλογής με αντικαταστάσιμες κασέτες ανόδου ψευδαργύρου είναι αδύνατη λόγω του μικρού μεγέθους των μπαταριών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περισσότερες από τις συμπαγείς κυψέλες αέρα ψευδαργύρου που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά είναι μιας χρήσης. Οι μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα μιας χρήσης μικρού μεγέθους παράγονται από τις Duracell, Eveready, Varta, Matsushita, GP, καθώς και την εγχώρια επιχείρηση Energia. Το κύριο πεδίο εφαρμογής τέτοιων τροφοδοτικών είναι ακουστικά βαρηκοΐας, φορητοί ραδιοφωνικοί σταθμοί, φωτογραφικός εξοπλισμός κ.λπ.
Πολλές εταιρείες παράγουν τώρα μπαταρίες αέρα ψευδαργύρου μιας χρήσης.
Πριν από αρκετά χρόνια, η AER παρήγαγε επίπεδες μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα Power Slice για φορητούς υπολογιστές. Αυτά τα στοιχεία σχεδιάστηκαν για φορητούς υπολογιστές σειράς Omnibook 600 και Omnibook 800 της Hewlett-Packard. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας τους κυμαινόταν από 8 έως 12 ώρες.
Κατ' αρχήν, υπάρχει επίσης η δυνατότητα δημιουργίας επαναφορτιζόμενων κυψελών ψευδαργύρου-αέρα (συσσωρευτές), στους οποίους, όταν συνδεθεί μια εξωτερική πηγή ρεύματος, θα συμβεί αντίδραση μείωσης ψευδαργύρου στην άνοδο. Ωστόσο, η πρακτική υλοποίηση τέτοιων έργων για πολύ καιρόπαρεμποδίζεται από σοβαρά προβλήματα λόγω των χημικών ιδιοτήτων του ψευδαργύρου. Το οξείδιο του ψευδαργύρου διαλύεται καλά σε έναν αλκαλικό ηλεκτρολύτη και, σε διαλυμένη μορφή, κατανέμεται σε όλο τον όγκο του ηλεκτρολύτη, απομακρύνοντας την άνοδο. Εξαιτίας αυτού, κατά τη φόρτιση από εξωτερική πηγή ρεύματος, η γεωμετρία της ανόδου αλλάζει σε μεγάλο βαθμό: ο ψευδάργυρος που ανάγεται από το οξείδιο εναποτίθεται στην επιφάνεια της ανόδου με τη μορφή κρυστάλλων κορδέλας (δενδρίτες), παρόμοιου σχήματος με μακριές αιχμές. . Οι δενδρίτες διαπερνούν τους διαχωριστές, προκαλώντας βραχυκύκλωμα στο εσωτερικό της μπαταρίας.
Αυτό το πρόβλημαεπιδεινώνεται από το γεγονός ότι για να αυξηθεί η ισχύς, οι άνοδοι των στοιχείων αέρα-ψευδαργύρου κατασκευάζονται από θρυμματισμένη σκόνη ψευδαργύρου (αυτό σας επιτρέπει να αυξήσετε σημαντικά την επιφάνεια του ηλεκτροδίου). Έτσι, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης, η επιφάνεια της ανόδου θα μειώνεται σταδιακά, έχοντας αρνητικό αντίκτυπο στην απόδοση της κυψέλης.
Μέχρι σήμερα, η Zinc Matrix Power (ZMP) έχει σημειώσει τη μεγαλύτερη επιτυχία στον τομέα των συμπαγών μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα. Οι ειδικοί της ZMP έχουν αναπτύξει μια μοναδική τεχνολογία Zinc Matrix, η οποία επέτρεψε την επίλυση των κύριων προβλημάτων που προκύπτουν κατά τη διαδικασία φόρτισης των μπαταριών. Η ουσία αυτής της τεχνολογίας είναι η χρήση ενός πολυμερούς συνδετικού, το οποίο παρέχει ανεμπόδιστη διείσδυση ιόντων υδροξειδίου, αλλά ταυτόχρονα εμποδίζει την κίνηση του οξειδίου του ψευδαργύρου που διαλύεται στον ηλεκτρολύτη. Χάρη στη χρήση αυτής της λύσης, είναι δυνατό να αποφευχθεί μια αισθητή αλλαγή στο σχήμα και την επιφάνεια της ανόδου για τουλάχιστον 100 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης.
Τα πλεονεκτήματα των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα είναι ο μεγάλος χρόνος λειτουργίας και η υψηλή ειδική ενεργειακή ένταση, τουλάχιστον διπλάσια από τις καλύτερες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η ειδική ενεργειακή ένταση των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα φτάνει τα 240 Wh ανά 1 kg βάρους και η μέγιστη ισχύς είναι 5000 W/kg.
Σύμφωνα με τους προγραμματιστές της ZMP, σήμερα είναι δυνατή η δημιουργία μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές (κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές συσκευές αναπαραγωγήςκ.λπ.) με κατανάλωση ενέργειας περίπου 20 Wh. Το ελάχιστο δυνατό πάχος τέτοιων τροφοδοτικών είναι μόνο 3 mm. Τα πειραματικά πρωτότυπα μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα για φορητούς υπολογιστές έχουν ενεργειακή χωρητικότητα από 100 έως 200 Wh.
Πρωτότυπο μπαταρίας αέρα ψευδαργύρου που αναπτύχθηκε από την Zinc Matrix Power
Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα πλήρης απουσίατο λεγόμενο φαινόμενο μνήμης. Σε αντίθεση με άλλους τύπους μπαταριών, οι κυψέλες ψευδαργύρου-αέρα μπορούν να επαναφορτιστούν σε οποιοδήποτε επίπεδο φόρτισης χωρίς να διακυβεύεται η ενεργειακή τους χωρητικότητα. Επιπλέον, σε αντίθεση με μπαταρίες λιθίουτα στοιχεία αέρα-ψευδάργυρου είναι πολύ πιο ασφαλή.
Συμπερασματικά, δεν μπορούμε να μην αναφέρουμε ένα σημαντικό γεγονός, το οποίο έχει γίνει συμβολικό Αφετηρίαστον δρόμο προς την εμπορευματοποίηση κυψελών αέρα ψευδαργύρου: Στις 9 Ιουνίου πέρυσι, η Zinc Matrix Power ανακοίνωσε επίσημα την υπογραφή στρατηγικής συμφωνίας με την Intel Corporation. Σύμφωνα με τις ρήτρες αυτής της συμφωνίας, η ZMP και η Intel θα ενώσουν τις δυνάμεις τους στην ανάπτυξη του νέα τεχνολογίαεπαναφορτιζόμενες μπαταρίες για φορητούς υπολογιστές. Μεταξύ των κύριων στόχων αυτών των εργασιών η αύξηση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας των φορητών υπολογιστών έως και 10 ώρες. Σύμφωνα με το υπάρχον σχέδιο, τα πρώτα μοντέλα φορητών υπολογιστών εξοπλισμένων με μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα θα εμφανιστούν στην πώληση το 2006.
Η είσοδος συμπαγών μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα στη μαζική αγορά μπορεί να αλλάξει σημαντικά την κατάσταση στο τμήμα της αγοράς των μικρού μεγέθους αυτόνομων τροφοδοτικών για φορητούς υπολογιστές και ψηφιακές συσκευές.
ενεργειακό πρόβλημα
και τα τελευταία χρόνια έχει αυξηθεί σημαντικά ο στόλος των φορητών υπολογιστών και διαφόρων ψηφιακών συσκευών, πολλές από τις οποίες εμφανίστηκαν στην αγορά πολύ πρόσφατα. Αυτή η διαδικασία έχει επιταχυνθεί σημαντικά λόγω της αυξανόμενης δημοτικότητας των κινητών τηλεφώνων. Με τη σειρά της, η ταχεία αύξηση του αριθμού των φορητών ηλεκτρονικών συσκευών έχει προκαλέσει σοβαρή αύξηση της ζήτησης για αυτόνομες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, ιδίως για διάφορους τύπους μπαταριών και συσσωρευτών.
Ωστόσο, η ανάγκη παροχής ενός τεράστιου αριθμού φορητών συσκευών με μπαταρίες είναι μόνο η μία πλευρά του προβλήματος. Έτσι, καθώς αναπτύσσονται φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, η πυκνότητα των στοιχείων στερέωσης και η ισχύς των μικροεπεξεργαστών που χρησιμοποιούνται σε αυτά αυξάνονται σε μόλις τρία χρόνια, η συχνότητα ρολογιού των επεξεργαστών PDA που χρησιμοποιούνται έχει αυξηθεί κατά μια τάξη μεγέθους. Οι μικροσκοπικές μονόχρωμες οθόνες αντικαθίστανται από έγχρωμες οθόνες υψηλής ανάλυσης με μεγαλύτερα μεγέθη οθόνης. Όλα αυτά οδηγούν σε αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας. Επιπλέον, στον τομέα των φορητών ηλεκτρονικών, υπάρχει σαφής τάση για περαιτέρω σμίκρυνση. Λαμβάνοντας υπόψη τους παραπάνω παράγοντες, καθίσταται προφανές ότι η αύξηση της ενεργειακής έντασης, της ισχύος, της αντοχής και της αξιοπιστίας των χρησιμοποιημένων μπαταριών είναι μία από τις σημαντικότερες προϋποθέσεις για τη διασφάλιση της περαιτέρω ανάπτυξης των φορητών ηλεκτρονικών συσκευών.
Το πρόβλημα των ανανεώσιμων αυτόνομων πηγών ενέργειας είναι πολύ οξύ στο τμήμα των φορητών υπολογιστών. Οι σύγχρονες τεχνολογίες καθιστούν δυνατή τη δημιουργία φορητών υπολογιστών που πρακτικά δεν είναι κατώτερα από άποψη λειτουργικότητας και απόδοσης από τα πλήρη συστήματα επιτραπέζιων υπολογιστών. Ωστόσο, η έλλειψη επαρκώς αποδοτικών αυτόνομων πηγών ενέργειας στερεί από τους χρήστες φορητών υπολογιστών ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα αυτού του τύπου υπολογιστή - την κινητικότητα. Ένας καλός δείκτης για ένα σύγχρονο φορητό υπολογιστή εξοπλισμένο με μπαταρία ιόντων λιθίου είναι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας περίπου 4 ωρών 1 , αλλά αυτό σαφώς δεν αρκεί για πλήρη εργασία σε συνθήκες κινητής τηλεφωνίας (για παράδειγμα, μια πτήση από τη Μόσχα στο Τόκιο διαρκεί περίπου 10 ώρες, και από τη Μόσχα στο Λος Άντζελες) Άντζελες σχεδόν 15).
Μια λύση στο πρόβλημα της μεγαλύτερης διάρκειας ζωής της μπαταρίας για φορητούς υπολογιστές είναι η μετάβαση από τις κοινές πλέον μπαταρίες υδριδίου νικελίου-μετάλλου και ιόντων λιθίου στις κυψέλες χημικών καυσίμων 2 . Τα πιο ελπιδοφόρα από την άποψη της εφαρμογής σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές και Η/Υ είναι οι κυψέλες καυσίμου χαμηλής θερμοκρασίας λειτουργίας όπως η PEM (Μεμβράνη Ανταλλαγής Πρωτονίων) και η DMCF (Κυψέλες Καυσίμου Άμεσης Μεθανόλης). Ένα υδατικό διάλυμα μεθυλικής αλκοόλης (μεθανόλη) 3 χρησιμοποιείται ως καύσιμο για αυτά τα στοιχεία.
Ωστόσο, σε αυτό το στάδιο, θα ήταν πολύ αισιόδοξο να περιγράψουμε το μέλλον των χημικών κυψελών καυσίμου αποκλειστικά σε ροζ χρώματα. Γεγονός είναι ότι τουλάχιστον δύο εμπόδια στέκονται στον δρόμο της μαζικής κατανομής των κυψελών καυσίμου σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές. Πρώτον, η μεθανόλη είναι μια μάλλον τοξική ουσία, η οποία συνεπάγεται αυξημένες απαιτήσεις για στεγανότητα και αξιοπιστία των κασετών καυσίμου. Δεύτερον, για να εξασφαλιστεί ένας αποδεκτός ρυθμός χημικών αντιδράσεων σε κυψέλες καυσίμου με χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν καταλύτες. Τα κύτταρα PEM και DMCF χρησιμοποιούν σήμερα καταλύτες από πλατίνα και τα κράματά της, αλλά οι φυσικοί πόροι αυτής της ουσίας είναι μικροί και το κόστος της υψηλό. Είναι θεωρητικά δυνατό να αντικατασταθεί η πλατίνα με άλλους καταλύτες, αλλά μέχρι στιγμής καμία από τις ομάδες που συμμετέχουν στην έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση δεν έχει καταφέρει να βρει μια αποδεκτή εναλλακτική λύση. Σήμερα, το λεγόμενο πρόβλημα της πλατίνας είναι ίσως το πιο σοβαρό εμπόδιο στην ευρεία χρήση κυψελών καυσίμου σε φορητούς υπολογιστές και ηλεκτρονικές συσκευές.
1 Αυτό αναφέρεται στο χρόνο λειτουργίας από μια κανονική μπαταρία.
2 Περισσότερες πληροφορίες για τις κυψέλες καυσίμου μπορείτε να βρείτε στο άρθρο «Κυψέλες καυσίμου: ένα έτος ελπίδας», που δημοσιεύτηκε στο Νο. 1’2005.
3 Οι κυψέλες PEM αερίου υδρογόνου είναι εξοπλισμένες με ενσωματωμένο μετατροπέα για την παραγωγή υδρογόνου από μεθανόλη.
Στοιχεία αέρα-ψευδάργυρου
Αν και οι συγγραφείς ορισμένων δημοσιεύσεων θεωρούν ότι οι μπαταρίες και οι συσσωρευτές ψευδαργύρου-αέρα είναι ένας από τους υποτύπους κυψελών καυσίμου, αυτό δεν είναι απολύτως αληθές. Έχοντας εξοικειωθεί με τη συσκευή και την αρχή λειτουργίας των κυψελών ψευδαργύρου-αέρα, ακόμη και σε γενικές γραμμές, μπορούμε να καταλήξουμε σε ένα εντελώς αδιαμφισβήτητο συμπέρασμα ότι είναι πιο σωστό να τα θεωρούμε ως ξεχωριστή κατηγορία αυτόνομων πηγών ενέργειας.
Ο σχεδιασμός κυψελών αέρα ψευδαργύρου περιλαμβάνει μια κάθοδο και μια άνοδο που χωρίζονται από έναν αλκαλικό ηλεκτρολύτη και μηχανικούς διαχωριστές. Ως κάθοδος χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρόδιο διάχυσης αερίου (GDE), η διαπερατή μεμβράνη του οποίου καθιστά δυνατή τη λήψη οξυγόνου από τον ατμοσφαιρικό αέρα που κυκλοφορεί μέσω αυτού. Το «καύσιμο» είναι η άνοδος ψευδαργύρου, η οποία οξειδώνεται κατά τη λειτουργία του στοιχείου και ο οξειδωτικός παράγοντας είναι το οξυγόνο που λαμβάνεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα που εισέρχεται μέσω των «οπών αναπνοής».
Στην κάθοδο, εμφανίζεται μια αντίδραση ηλεκτροαναγωγής οξυγόνου, τα προϊόντα της οποίας είναι αρνητικά φορτισμένα ιόντα υδροξειδίου:
O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH -.
Τα ιόντα υδροξειδίου μετακινούνται στον ηλεκτρολύτη προς την άνοδο ψευδαργύρου, όπου η αντίδραση οξείδωσης ψευδαργύρου λαμβάνει χώρα με την απελευθέρωση ηλεκτρονίων, τα οποία επιστρέφουν στην κάθοδο μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος:
Zn + 4OH – Zn(OH) 4 2– + 2e.
Zn(OH) 4 2– ZnO + 2OH – + H 2 O.
Είναι προφανές ότι οι κυψέλες ψευδαργύρου-αέρα δεν εμπίπτουν στην ταξινόμηση των χημικών κυψελών καυσίμου: πρώτον, χρησιμοποιούν ένα αναλώσιμο ηλεκτρόδιο (άνοδος) και δεύτερον, το καύσιμο τοποθετείται αρχικά μέσα στην κυψέλη και δεν παρέχεται από το εξωτερικό κατά τη λειτουργία.
Η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων ενός στοιχείου της κυψέλης ψευδαργύρου αέρα είναι 1,45 V, η οποία είναι πολύ κοντά σε αυτήν των αλκαλικών (αλκαλικών) μπαταριών. Εάν είναι απαραίτητο, για να αποκτήσετε υψηλότερη τάση τροφοδοσίας, πολλά συνδεδεμένα σε σειρά στοιχεία μπορούν να συνδυαστούν σε μια μπαταρία.
Ο ψευδάργυρος είναι ένα αρκετά κοινό και φθηνό υλικό, επομένως όταν αναπτύσσεται μαζική παραγωγή στοιχείων ψευδαργύρου-αέρα, οι κατασκευαστές δεν θα αντιμετωπίσουν προβλήματα με τις πρώτες ύλες. Επιπλέον, ακόμη και στο αρχικό στάδιο, το κόστος τέτοιων τροφοδοτικών θα είναι αρκετά ανταγωνιστικό.
Είναι επίσης σημαντικό τα στοιχεία αέρα-ψευδάργυρου να είναι πολύ φιλικά προς το περιβάλλον προϊόντα. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους δεν δηλητηριάζουν το περιβάλλον και μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν μετά την επεξεργασία. Τα προϊόντα αντίδρασης των στοιχείων αέρα-ψευδαργύρου (νερό και οξείδιο ψευδαργύρου) είναι επίσης απολύτως ασφαλή για τον άνθρωπο και το περιβάλλον - το οξείδιο του ψευδαργύρου χρησιμοποιείται ακόμη και ως το κύριο συστατικό της βρεφικής σκόνης.
Από τις λειτουργικές ιδιότητες των κυψελών ψευδαργύρου-αέρα, αξίζει να σημειωθούν τέτοια πλεονεκτήματα όπως ο χαμηλός ρυθμός αυτοεκφόρτισης σε μη ενεργοποιημένη κατάσταση και μια μικρή αλλαγή στην τιμή της τάσης κατά την εκφόρτιση (επίπεδη καμπύλη εκφόρτισης).
Ένα συγκεκριμένο μειονέκτημα των στοιχείων αέρα-ψευδάργυρου είναι η επίδραση της σχετικής υγρασίας του εισερχόμενου αέρα στα χαρακτηριστικά του στοιχείου. Για παράδειγμα, για ένα στοιχείο ψευδαργύρου-αέρα σχεδιασμένο για λειτουργία σε συνθήκες σχετικής υγρασίας αέρα 60%, με αύξηση της υγρασίας στο 90%, η διάρκεια ζωής μειώνεται κατά περίπου 15%.
Από μπαταρίες μέχρι συσσωρευτές
Οι μπαταρίες μιας χρήσης είναι η πιο εύκολη κυψέλη ψευδαργύρου-αέρα στην εφαρμογή. Κατά τη δημιουργία κυψελών ψευδαργύρου-αέρα μεγάλου μεγέθους και ισχύος (για παράδειγμα, σχεδιασμένες για την τροφοδοσία των σταθμών παραγωγής ενέργειας οχημάτων), οι κασέτες ανόδου ψευδαργύρου μπορούν να αντικατασταθούν. Σε αυτήν την περίπτωση, για να ανανεώσετε το απόθεμα ενέργειας, αρκεί να αφαιρέσετε την κασέτα με τα χρησιμοποιημένα ηλεκτρόδια και να εγκαταστήσετε μια νέα. Τα χρησιμοποιημένα ηλεκτρόδια μπορούν να ανακτηθούν για επαναχρησιμοποίηση με την ηλεκτροχημική μέθοδο σε εξειδικευμένες επιχειρήσεις.
Αν μιλάμε για συμπαγείς μπαταρίες κατάλληλες για χρήση σε φορητούς υπολογιστές και ηλεκτρονικές συσκευές, τότε η πρακτική εφαρμογή της επιλογής με αντικαταστάσιμες κασέτες ανόδου ψευδαργύρου είναι αδύνατη λόγω του μικρού μεγέθους των μπαταριών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περισσότερες από τις συμπαγείς κυψέλες αέρα ψευδαργύρου που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά είναι μιας χρήσης. Οι μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα μιας χρήσης μικρού μεγέθους παράγονται από τις Duracell, Eveready, Varta, Matsushita, GP, καθώς και την εγχώρια επιχείρηση Energia. Το κύριο πεδίο εφαρμογής τέτοιων τροφοδοτικών είναι ακουστικά βαρηκοΐας, φορητοί ραδιοφωνικοί σταθμοί, φωτογραφικός εξοπλισμός κ.λπ.
Πολλές εταιρείες παράγουν τώρα μπαταρίες αέρα ψευδαργύρου μιας χρήσης.
Πριν από αρκετά χρόνια, η AER παρήγαγε επίπεδες μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα Power Slice για φορητούς υπολογιστές. Αυτά τα στοιχεία σχεδιάστηκαν για φορητούς υπολογιστές σειράς Omnibook 600 και Omnibook 800 της Hewlett-Packard. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας τους κυμαινόταν από 8 έως 12 ώρες.
Κατ' αρχήν, υπάρχει επίσης η δυνατότητα δημιουργίας επαναφορτιζόμενων κυψελών ψευδαργύρου-αέρα (συσσωρευτές), στους οποίους, όταν συνδεθεί μια εξωτερική πηγή ρεύματος, θα συμβεί αντίδραση μείωσης ψευδαργύρου στην άνοδο. Ωστόσο, η πρακτική εφαρμογή τέτοιων έργων παρεμποδίζεται εδώ και πολύ καιρό από σοβαρά προβλήματα που προκαλούνται από τις χημικές ιδιότητες του ψευδαργύρου. Το οξείδιο του ψευδαργύρου διαλύεται καλά σε έναν αλκαλικό ηλεκτρολύτη και, σε διαλυμένη μορφή, κατανέμεται σε όλο τον όγκο του ηλεκτρολύτη, απομακρύνοντας την άνοδο. Εξαιτίας αυτού, κατά τη φόρτιση από εξωτερική πηγή ρεύματος, η γεωμετρία της ανόδου αλλάζει σε μεγάλο βαθμό: ο ψευδάργυρος που ανάγεται από το οξείδιο εναποτίθεται στην επιφάνεια της ανόδου με τη μορφή κρυστάλλων κορδέλας (δενδρίτες), παρόμοιου σχήματος με μακριές αιχμές. . Οι δενδρίτες διαπερνούν τους διαχωριστές, προκαλώντας βραχυκύκλωμα στο εσωτερικό της μπαταρίας.
Αυτό το πρόβλημα επιδεινώνεται από το γεγονός ότι για να αυξηθεί η ισχύς, οι άνοδοι των στοιχείων αέρα-ψευδαργύρου κατασκευάζονται από θρυμματισμένη σκόνη ψευδαργύρου (αυτό επιτρέπει μια σημαντική αύξηση της επιφάνειας του ηλεκτροδίου). Έτσι, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης, η επιφάνεια της ανόδου θα μειώνεται σταδιακά, έχοντας αρνητικό αντίκτυπο στην απόδοση της κυψέλης.
Μέχρι σήμερα, η Zinc Matrix Power (ZMP) έχει σημειώσει τη μεγαλύτερη επιτυχία στον τομέα των συμπαγών μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα. Οι ειδικοί της ZMP έχουν αναπτύξει μια μοναδική τεχνολογία Zinc Matrix, η οποία επέτρεψε την επίλυση των κύριων προβλημάτων που προκύπτουν κατά τη διαδικασία φόρτισης των μπαταριών. Η ουσία αυτής της τεχνολογίας είναι η χρήση ενός πολυμερούς συνδετικού, το οποίο παρέχει ανεμπόδιστη διείσδυση ιόντων υδροξειδίου, αλλά ταυτόχρονα εμποδίζει την κίνηση του οξειδίου του ψευδαργύρου που διαλύεται στον ηλεκτρολύτη. Χάρη στη χρήση αυτής της λύσης, είναι δυνατό να αποφευχθεί μια αισθητή αλλαγή στο σχήμα και την επιφάνεια της ανόδου για τουλάχιστον 100 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης.
Τα πλεονεκτήματα των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα είναι ο μεγάλος χρόνος λειτουργίας και η υψηλή ειδική ενεργειακή ένταση, τουλάχιστον διπλάσια από τις καλύτερες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η ειδική ενεργειακή ένταση των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα φτάνει τα 240 Wh ανά 1 kg βάρους και η μέγιστη ισχύς είναι 5000 W/kg.
Σύμφωνα με τους προγραμματιστές της ZMP, σήμερα είναι δυνατή η δημιουργία μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές (κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές συσκευές αναπαραγωγής κ.λπ.) με ενεργειακή χωρητικότητα περίπου 20 Wh. Το ελάχιστο δυνατό πάχος τέτοιων τροφοδοτικών είναι μόνο 3 mm. Τα πειραματικά πρωτότυπα μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα για φορητούς υπολογιστές έχουν ενεργειακή χωρητικότητα από 100 έως 200 Wh.
Πρωτότυπο μπαταρίας αέρα ψευδαργύρου που αναπτύχθηκε από την Zinc Matrix Power
Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα είναι η πλήρης απουσία του λεγόμενου φαινομένου μνήμης. Σε αντίθεση με άλλους τύπους μπαταριών, οι κυψέλες ψευδαργύρου-αέρα μπορούν να επαναφορτιστούν σε οποιοδήποτε επίπεδο φόρτισης χωρίς να διακυβεύεται η ενεργειακή τους χωρητικότητα. Επιπλέον, σε αντίθεση με τις μπαταρίες λιθίου, οι κυψέλες αέρα ψευδαργύρου είναι πολύ πιο ασφαλείς.
Συμπερασματικά, είναι αδύνατο να μην αναφέρουμε ένα σημαντικό γεγονός, το οποίο έγινε συμβολική αφετηρία για την εμπορευματοποίηση κυψελών αέρα ψευδαργύρου: στις 9 Ιουνίου πέρυσι, η Zinc Matrix Power ανακοίνωσε επίσημα την υπογραφή στρατηγικής συμφωνίας με την Intel Corporation. Σύμφωνα με τους όρους αυτής της συμφωνίας, η ZMP και η Intel θα ενώσουν τις δυνάμεις τους για να αναπτύξουν νέα τεχνολογία μπαταριών φορητών υπολογιστών. Μεταξύ των κύριων στόχων αυτών των εργασιών η αύξηση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας των φορητών υπολογιστών έως και 10 ώρες. Σύμφωνα με το υπάρχον σχέδιο, τα πρώτα μοντέλα φορητών υπολογιστών εξοπλισμένων με μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα θα εμφανιστούν στην πώληση το 2006.
Στοιχείο ψευδάργυρου μαγγανίου. (1) μεταλλικό καπάκι, (2) ηλεκτρόδιο γραφίτη ("+"), (3) κύπελλο ψευδαργύρου (" "), (4) οξείδιο μαγγανίου, (5) ηλεκτρολύτης, (6) επαφή μετάλλου. Στοιχείο ψευδάργυρου μαγγανίου, ... ... Wikipedia
RC 53M (1989) Η κυψέλη υδραργύρου-ψευδάργυρου ("τύπος RC") είναι μια γαλβανική κυψέλη στην οποία ο ψευδάργυρος είναι η άνοδος ... Wikipedia
Oxyride Battery Οι μπαταρίες Oxyride™ είναι το εμπορικό σήμα για τις μπαταρίες μιας χρήσης (μη επαναφορτιζόμενες) που έχουν σχεδιαστεί από την Panasonic. Έχουν σχεδιαστεί ειδικά για συσκευές με υψηλή κατανάλωση ενέργειας ... Wikipedia
Το κανονικό κύτταρο Weston, το κύτταρο υδραργύρου-καδμίου είναι ένα γαλβανικό στοιχείο του οποίου το EMF είναι πολύ σταθερό με την πάροδο του χρόνου και μπορεί να αναπαραχθεί από παράδειγμα σε παράδειγμα. Χρησιμοποιείται ως πηγή τάσης αναφοράς (ION) ή πρότυπο τάσης ... ... Wikipedia
STs 25 Η μπαταρία αργύρου-ψευδάργυρου είναι μια δευτερεύουσα χημική πηγή ρεύματος, μια μπαταρία στην οποία η άνοδος είναι οξείδιο του αργύρου, σε μορφή συμπιεσμένης σκόνης, η κάθοδος είναι ένα μείγμα ... Wikipedia
Μινιατούρες μπαταρίες διαφόρων μεγεθών ΡΟΛΟΙ ΧΕΙΡΟΣ, επομένως ονομάζεται και ... Wikipedia
Το στοιχείο υδραργύρου-ψευδαργύρου ("τύπος RC") είναι ένα γαλβανικό στοιχείο στο οποίο η άνοδος είναι ψευδάργυρος, η κάθοδος είναι οξείδιο του υδραργύρου και ο ηλεκτρολύτης είναι ένα διάλυμα υδροξειδίου του καλίου. Πλεονεκτήματα: σταθερή τάση και τεράστια ενεργειακή ένταση και ενεργειακή πυκνότητα. Μειονεκτήματα: ... ... Wikipedia
Ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο μαγγανίου-ψευδαργύρου που χρησιμοποιεί διοξείδιο του μαγγανίου ως κάθοδο, ψευδάργυρο σε σκόνη ως άνοδο και ένα διάλυμα αλκαλίου, συνήθως υδροξείδιο του καλίου, ως ηλεκτρολύτη. Περιεχόμενα 1 Ιστορία της εφεύρεσης ... Wikipedia
Η μπαταρία νικελίου-ψευδαργύρου είναι μια χημική πηγή ρεύματος στην οποία ο ψευδάργυρος είναι άνοδος, το υδροξείδιο του καλίου με υδροξείδιο του λιθίου ως ηλεκτρολύτης και το οξείδιο του νικελίου ως κάθοδος. Συχνά συντομεύεται ως NiZn. Πλεονεκτήματα: ... ... Wikipedia