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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Baterías para electrodomésticos
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Cargadores, baterías, celdas galvánicas En los últimos años, han aparecido en el mercado ruso muchas celdas galvánicas diferentes para alimentar equipos domésticos. Al mismo tiempo, falta información sobre la evaluación y selección de los elementos más adecuados para un equipo en particular. El propósito de este artículo es llenar este vacío y ofrecer a nuestros lectores información adicional. En cualquier celda galvánica, la reacción electroquímica consiste en el proceso de oxidación en el electrodo negativo y reducción en el electrodo positivo. Las reacciones están espaciadas y los electrones formados en el terminal negativo pasan a través del circuito externo hasta el terminal positivo y allí participan en la reacción de reducción. Dependiendo de los materiales de los electrodos y de la composición del electrolito, la fuerza electromotriz (EMF) en los terminales del elemento puede ser diferente. El valor EMF está determinado por la diferencia en los potenciales electroquímicos de los electrodos. En mesa 1 muestra algunos parámetros de las celdas galvánicas más utilizadas.
La celda de cobre y zinc, a pesar del bajo voltaje y otros inconvenientes (electrolito ácido líquido, necesidad de limpieza), funciona de manera estable a baja corriente durante muchos años y recientemente se ha utilizado ampliamente en los sistemas de automatización ferroviaria. En la práctica, actualmente nos enfrentamos a un número limitado de elementos. Estos son sal, alcalinos, mercurio, plata, aire y litio. Elementos de sal También se les llama elementos manganeso-zinc o carbono-zinc. En ellos, el electrodo positivo está hecho de grafito y el electrodo negativo es de zinc (cuerpo de la celda). La función de despolarizador de electrolitos la realiza una mezcla de dióxido de manganeso y cloruro de amonio. La fem de la celda de sal es de 1,6 V y una conexión en serie produce baterías con el voltaje requerido. Los elementos de este tipo de baterías a menudo no son cilíndricos, sino de forma rectangular. El rango de temperatura de funcionamiento de los elementos salinos es de -20°C a +55°C. pero a temperaturas más bajas la corriente suministrada a la carga disminuye. y a temperaturas más altas, la destrucción del electrodo de zinc se acelera y el electrolito se seca más rápido. En la última década, las celdas de sal han mejorado significativamente: para reducir la destrucción del cuerpo de zinc, se añadió mercurio al electrolito, que luego se reemplazó con aditivos orgánicos respetuosos con el medio ambiente. Estas mejoras pueden alargar la vida útil de las células hasta los tres años, aunque la vida útil suele indicarse en el rango de 9 a 12 meses. Los elementos de sal con aditivos mejoradores se producen en un diseño más confiable: en el exterior hay una carcasa protectora de acero (con menos frecuencia de plástico) y en el interior hay zinc. Estos elementos son más seguros de usar y. Además, tienen mayor intensidad energética. El cuerpo de dicho elemento está cerrado en la parte superior e inferior con electrodos de disco metálicos perfilados con un sello en forma de juntas de polímero. Y, sin embargo, las pilas de sal galvánicas tienen la capacidad eléctrica más baja entre las fuentes de corriente química, ascendiendo a 450...850 mAh (en adelante, los valores se dan para una pila de formato AA). Están destinados a su uso en dispositivos de bajo y medio consumo energético: relojes, mandos a distancia para electrodomésticos, juguetes infantiles, alarmas, radios de bolsillo. Para prolongar la vida útil de las pilas de sal, se recomienda, junto con los juegos nuevos, utilizar las ya usadas, pero sin llevarlas a un estado completamente descargado. Esto se debe al proceso muy lento de nivelación de las heterogeneidades locales en el electrolito viscoso durante la descarga y cierta restauración de las propiedades del elemento durante el "reposo". En particular, no se recomienda utilizar un conjunto de elementos de sal en un reproductor de audio durante más de dos horas seguidas. elementos alcalinos Las pilas alcalinas prácticamente no se diferencian en apariencia de las pilas de sal: contienen electrodos de carbono y zinc, dióxido de manganeso, pero en lugar de cloruro de amonio se utiliza un electrolito alcalino. Por eso se llaman alcalinos o alcalinos. El electrolito alcalino elimina la liberación de gases durante el funcionamiento de las celdas, por lo que se fabrican en versión sellada. La fem de tales elementos es ligeramente menor que la de los elementos salinos. Pero tienen una capacidad específica, una corriente de descarga y una vida útil más altas (hasta cinco años). La capacidad de las pilas alcalinas es de 1000 a 3700 mAh. Permanecen operativos a temperaturas de -30°C a +55°C. Sin embargo, la diferencia más significativa entre los elementos alcalinos y los elementos salinos es la disminución más lenta del voltaje durante el proceso de descarga (pero disminuye drásticamente al final). Dado que la capacidad de las pilas alcalinas es mucho mayor que la de las pilas de sal, se utilizan en dispositivos con un consumo energético medio y alto: en flashes fotográficos, afeitadoras eléctricas, grabadoras de voz, reproductores, radios y grabadoras portátiles, teléfonos y emisoras de radio, potentes lámparas eléctricas. elementos de mercurio El mercurio se ha utilizado con éxito durante mucho tiempo para mejorar los elementos salinos con zinc. Como resultado, se crearon elementos con dióxido de manganeso y óxidos de mercurio. El elemento de mercurio tiene una gran capacidad y una vida útil muy larga. La fem de dicho elemento es solo 0.15 V menor que la de uno alcalino, pero debido al peligro de contaminación ambiental con mercurio, dichos elementos en formatos domésticos se producen cada vez menos (los elementos con la inscripción "Merquri" no se pueden tirar en los botes de basura y tenemos contenedores especiales para residuos peligrosos (lamentablemente todavía no). elementos de plata En realidad son de plata: el electrodo positivo que contienen está hecho de óxidos de plata. La FEM de los elementos de plata es 0.25 V mayor que la de los elementos de sal. Son caros, raros y se pueden distinguir por la inscripción "Plata". Elementos de aire-zinc En estas células participan zinc y aire en la reacción electroquímica, por lo que en su carcasa están previstos orificios. Las celdas de aire de zinc tienen alta capacidad y larga vida útil. Su autodescarga a temperatura ambiente no supera el 2% anual. Pero estos elementos deben almacenarse en un estado herméticamente cerrado, evitando la entrada de aire al interior. Esta característica, junto con una gama muy estrecha de parámetros operativos, llevó a una producción limitada de elementos en formato de consumo. El EMF de las pilas de zinc-aire es de 1.4 V con una capacidad de 70 a 600 mAh. rango de temperatura de funcionamiento: de -18°C a +50°C. Se utilizan principalmente en audífonos. celdas de litio Las baterías de litio aparecieron hace relativamente poco tiempo. Utilizan electrodos negativos de litio y un electrolito con dióxido de manganeso a base de compuestos orgánicos. Los elementos funcionan en un amplio rango de temperaturas (de -30°C a +65°C), tienen una alta capacidad y una vida útil muy larga con una autodescarga muy baja (hasta 10 años). El litio tiene el potencial de electrodo negativo más alto en relación con todos los demás metales. El EMF de este elemento es de 3,8 V. El litio es un metal caro, por lo que los elementos de litio se utilizaron principalmente donde se requería un funcionamiento confiable a largo plazo, por ejemplo, en fuentes de alimentación de respaldo para chips de memoria de computadoras y en tecnología espacial. Anteriormente, las pilas de litio se producían únicamente en versiones de “botón” (“pulsador”) para relojes, calculadoras, cámaras y ordenadores. Poco a poco, a medida que disminuye su coste, las pilas de litio aparecen no sólo para dispositivos con un alto consumo de energía (cámaras modernas, videocámaras, elementos CR123, 2CR5 y CR2). sino también para otros equipos. Desafortunadamente, hoy en día no existe una designación única de elementos: existe un sistema de dimensiones estadounidense, existe uno internacional, IEC, y las empresas líderes a menudo indican varias designaciones en sus productos (ver Tabla 2, así como "Radio", 2000 , núm. 2, pág.47).
Según el sistema IEC, la letra "R" denota un elemento cilíndrico y "F", rectangular. Agregar una "L" antes de una "R" o una "F" significa que el elemento es alcalino. En general, la designación completa en el sistema IEC incluye 14 caracteres, divididos en cinco grupos semánticos, lo que puede haberse convertido en un serio obstáculo para su implementación. Esto se describe en detalle en el artículo de R. Varlamov “Elementos extraños y baterías del sistema MC” (Radio, 1996, núm. 3). El consumidor está interesado en la vida útil de la batería y en el precio asequible, y la vida útil del elemento está relacionada principalmente con su capacidad eléctrica. Los fabricantes intentan no indicar este parámetro y tienen muy buenas razones para ello. El hecho es que la capacidad real depende de las condiciones de descarga. La rapidez con la que disminuye el voltaje en la celda a medida que se descarga depende de la corriente de carga y del tipo de electrolito. No puede descargar el elemento a cero: el dispositivo requiere un cierto voltaje y, a bajo voltaje, no podrá funcionar. El voltaje mínimo permitido durante la descarga se llama voltaje de corte. Está determinado por las características de funcionamiento y suele oscilar entre 0,8 y 1 V. Cuanto menor sea el voltaje de corte, más energía podrá liberar el elemento. La introducción de nuevas tecnologías permite mejorar las características de los elementos: aumentar la capacidad, la vida útil y la corriente de descarga. Por ejemplo, Duracell ha introducido la tecnología Titanium: agregar dióxido de titanio al electrolito aumenta la vida útil de los elementos en dispositivos con bajo consumo de corriente. Panasonic ha introducido la tecnología Power Activator, TDK ha introducido la tecnología X-treme. Baterías GP: súper alcalinas, energizantes, fórmula de alta tecnología. El uso de grafito granular altamente conductor finamente disperso y electrolito orgánico en gel de una forma u otra permitió a estas empresas mejorar significativamente las características de las celdas con niveles de consumo de energía medios y altos. Por un lado, las empresas fabricantes mejoran persistentemente los electrodomésticos que producen, buscando reducir el consumo de energía, y por otro lado, en el desarrollo de la producción de baterías existe una tendencia a aumentar su intensidad energética y su corriente de descarga. Por ejemplo, Panasonic, que produce electrodomésticos y baterías, al anunciar el reproductor RQ-SX20, enfatiza que las celdas alcalinas LR6 patentadas (que utilizan tecnología Power Activator) proporcionan una reproducción de grabaciones de 45 horas. En los materiales publicitarios, las empresas suelen informar que las baterías nuevas que producen tienen una capacidad significativamente mayor (sin indicar su valor). Panasonic proporciona los siguientes resultados de un aumento en la capacidad real de los nuevos elementos alcalinos LR6 Power: cuando se utilizan en un reproductor de CD con un consumo de corriente de 170...300 mA, el tiempo de funcionamiento de los elementos aumentó en un 20%. en una linterna con lámpara halógena (consumo de corriente 600.. 800 mA) - en un 20%. en la cámara digital Casio QV-10 (potencia 315 mW), en un 28%. en la computadora portátil IBM ThinkPad 230, en un 30%, y en el auto de juguete Nikko, en un 45%. Un conjunto de dos elementos Panasonic LR6 puede producir más de 500 flashes en intervalos cortos entre flashes. Como ves, de nuevo publicidad: no se indica ni la potencia del flash ni el intervalo entre ellos. Los elementos Energiser se anuncian de forma similar: la empresa indica que sus elementos LR6 duran un 50% más en una cámara digital. en una radio de bolsillo, en un 45%. en un teléfono móvil, en un 40%. en una linterna portátil, en un 80%, en un modelo de automóvil radiocontrolado, en un 40% en comparación con los elementos convencionales (sal). En realidad, el coste de las pilas alcalinas y de sal del mismo tamaño difiere entre 4 y 5 veces, y la vida útil, entre 6 y 8 veces. La capacidad eléctrica real de una batería en particular difícilmente se puede determinar a partir de las marcas. Puede diferir significativamente incluso si los elementos son aparentemente idénticos. En mesa La figura 2 muestra la capacidad de la sal y, entre paréntesis, las celdas galvánicas alcalinas. Además, la característica más importante del elemento es la corriente máxima. que este elemento puede suministrar al consumidor de forma breve pero estable: la llamada corriente flash. En mesa La Figura 3 muestra los valores de corriente de flash de algunos elementos.
La corriente de destello difiere de la corriente de cortocircuito cuando la resistencia del circuito externo es cero. En el último caso, no se realiza ningún trabajo útil y la duración del pulso de corriente de falla es de una fracción de segundo. La corriente de destello se mide con una resistencia determinada, aunque muy baja, del circuito externo, a menudo incluso en comparación con la resistencia interna de la fuente. Esta corriente realiza un trabajo útil y su duración es de varios segundos (hasta diez). El valor de la corriente del flash es muy significativo para los consumidores con cargas intensas periódicas de corta duración: cámaras con avance automático de película, flashes fotográficos. Las pilas y baterías con alta corriente de destello tienden a tener importantes reservas de energía. Por ejemplo, las baterías de los kits de cámaras Polaroid desechables son capaces de suministrar una corriente de hasta 10 A durante un tiempo prolongado después de utilizar el kit fotográfico. La falta de valores de los parámetros del elemento se compensa mediante pruebas realizadas en diversas condiciones. En mesa La Figura 4 muestra los resultados de las pruebas de elementos AA (UM3, MN1500, R6, LR6) cuando trabajan en un reproductor de audio. Este uso de elementos es uno de los más extendidos. La información proporcionada ilustra claramente la ventaja de los elementos alcalinos sobre los elementos salinos. Para el consumidor, los parámetros presentados tienen más valor que las prometedoras declaraciones publicitarias de las empresas.
¿Cómo distinguir entre elementos de diferentes tipos y no toparse con un producto falso o simplemente de baja calidad elaborado por alguien desconocido y sin saber dónde? La lista de empresas líderes que producen baterías y venden sus productos en el mercado ruso es muy larga. Se trata de Duracell, Energiser, Panasonic, Varta, Kodak, TDK y otras. Así, su propio nombre ya es una especie de recomendación, sobre todo si el elemento y el dispositivo para el que lo vas a adquirir son fabricados por la misma empresa. Sin embargo, conviene recordar que en los elementos alcalinos, más avanzados y que consumen mucha energía casi siempre encontrará la denominación "Alcalino". Inscripciones que indican tecnología de producción mejorada: "Power Alcaline", "X-Treme". "Súper alcalino". "High-Tech" y "Titanium" también son recomendaciones fiables. Definitivamente debes prestarles atención al elegir una batería para un equipo específico. A menudo se puede escuchar que el cuerpo estampado totalmente metálico de un elemento (especialmente con una superficie inferior no lisa) indica que se trata de un elemento salino. Esta característica no es absoluta: los elementos de sal mejorados tienen un cuerpo metálico protector con arandelas metálicas perfiladas en los extremos y, por lo tanto, es difícil distinguirlos de los alcalinos por su apariencia. Puede distinguir entre sal y elementos alcalinos por la designación de su marca e inscripciones. La letra "R" significa elementos salinos (R1, R03, R6, R14, R20, etc.). Los elementos salinos mejorados también se designan con las letras "P" o "S" (con menos frecuencia HD, HE, EH, UP, UPS), por ejemplo, R6P, SUMS, R20UPS. La letra "L" se ingresa en la designación de un elemento alcalino (LR1, LR03, LR6, LR14, LR20, 6LF22) y casi siempre se agrega la inscripción "Alcalino", "Super Alcalino", etc. Los elementos aire mercurio, plata y zinc se denominan "Merqury", "Silver" (o "Silber") respectivamente. "Zn-Air", pero para el equipamiento del hogar es recomendable utilizar elementos con las inscripciones "0% Merqury", "0% Merqury & Cadmium". "0% Merqury y Cadmio Añadido." "0% Quecksilber Cadmio", "0% Hg Cd", "Sin Mercurio". Otra prueba fiable de la alta calidad de las baterías es su embalaje. Las empresas serias envasan sus productos en los llamados envases blíster con soporte de cartón: carcasas de plástico transparente que permiten ver los elementos empaquetados y los protegen de forma fiable de la humedad y los daños mecánicos. Normalmente, varios elementos (de dos a cuatro elementos R6 o dos elementos R14 - R20) en una caja de plástico transparente están pegados a una base de cartón de colores, en la que se puede leer el nombre de la empresa, su marca registrada y otra información sobre la empresa y el producto, incluido el código de barras del país, se repiten. Asegúrese de indicar la fecha de vencimiento; esta información se repite en el paquete y en el cuerpo del elemento en forma de números estampados: por ejemplo, 09.99. Esto es más típico de los elementos salinos. Para los alcalinos, la fecha de vencimiento se indica con mayor frecuencia en forma de inscripción en la caja: INSTALAR ANTES DE ENERO DE 2001, Mejor antes de MAR2003 o simplemente ENERO de 2001 y MAR2003. Recientemente, algunas empresas han comenzado a ahorrar en embalajes y soportes de cartón y no protegen sus productos con película polimérica. Es cierto que en la parte posterior del embalaje de cartón hay información en varios idiomas sobre las características de funcionamiento y garantías del producto. Varias empresas ya han comenzado a imprimir estas inscripciones en ruso. En general, la información del embalaje de elementos de empresas líderes es mucho más informativa que las etiquetas del propio elemento. Aquí hay ejemplos de inscripciones en elementos de sal en formato AA. Baterías GP, Greencell Extra Heavy Duty 15G "SIZEAA" 1,5 V, 0% Merqury (Hong Kong) - celda de sal (cuya designación no menciona esto), tamaño AA. “Heavy Duty”, no contiene mercurio. Empresa Varta, elemento Varta Super MIGN0N'R6'AA'UM3'1.5 V 0% Merqury Cadmio. 0% Quecksilber Cadmio (fabricado en Francia) es un elemento de sal del mismo tamaño, y este tamaño se repite cuatro veces en el etiquetado (MIGNON'R6'AA'UM3). no contiene mercurio ni cadmio. Elementos alcalinos del mismo formato. Compañía Duracell, elemento Duracell Alkaline 1.5 V'SIZEAA'MN 1500 LR6, JAN2001 - elemento alcalino AA, designación de tamaño repetida tres veces, vida útil - hasta enero de 2001. Sin notas ambientales. Pero en el embalaje de este elemento se puede leer una designación más completa: Alkaline'ExtraPower'Titanium 'AA' MN1500'LR6'Mignon, información medioambiental - ¿0% Cd? 0% Hg, 0% Pb y lugar de producción: Bélgica. Allí también se dan recomendaciones: sustituir todo el conjunto de elementos, no recargarlos, no acercarlos al fuego y no utilizar elementos de diferentes tipos y sistemas al mismo tiempo (nos sumaremos, y de diferentes grados de descarga) . Normalmente, en el cuerpo del elemento se encuentran señales de advertencia en varios idiomas: ¡No tirar al fuego! ¡No recargable! (¡No tirar al fuego! ¡No recargar!). La esencia de estas inscripciones es que las pilas galvánicas alcalinas modernas, y más aún de litio, muy a menudo explotan cuando se calientan o cuando se intenta cargarlas, como una batería. Y el contenido de una celda galvánica, incluso si no contiene mercurio, plomo o cadmio, está lejos de ser seguro. Puede encontrar elementos producidos por varias empresas, donde estas inscripciones se repiten en ruso (y también en el embalaje). Si las baterías están mal empaquetadas, desordenadas, no tienen indicación de dónde fueron fabricadas y cuál es su fecha de vencimiento, entonces dichos productos pueden no estar a la altura de sus expectativas y es peligroso comprarlos. Por regla general, son uno de los más baratos. Por lo tanto, el alto precio de los elementos también es una prueba indirecta de sus altas propiedades de consumo. Autor: M.Mikhailov, Moscú
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