Батареи первичных элементов что это
Как и большинство устройств, которые мы используем сегодня, современные батареи являются результатом многочисленных исследований и революционных открытий. Термин «батарея» был впервые использован еще в 1748 году, когда Бенджамин Франклин описал лейденскую банку. Затем в 1880 году Алессандро Вольта представил миру свою вольтовую батарею, возможно, первую электрическую батарею.
Эти две формы батареи являются:
Первичные батареи
Первичные аккумуляторы предназначены для одноразового использования. Это означает, что они не могут быть заряжены, потому что они сделаны из электрохимических ячеек, чья реакция не может быть обращена вспять.
Сегодня на мировом рынке аккумуляторных батарей доминируют первичные элементы. Они создают некоторые серьезные угрозы для здоровья населения и окружающей среды. Ниже мы объяснили несколько типов первичных батарей, которые находятся в популярном использовании.
10. Цинк-углеродная батарея
Поперечное сечение цинково-углеродной батареи
Емкость: 400-1700 мАч
Напряжение: 1,5 В
В цинк-углеродной батарее электричество вырабатывается в результате необратимой электрохимической реакции между цинком и оксидом марганца. Внешний слой такой батареи выполнен из цинка. Следующий слой состоит из хлорида аммония (выступающего в качестве электролита), который отделен от оксида марганца одним слоем бумаги.
В центре батареи находится углеродный стержень, который выступает в качестве положительного электрода. Углеродный стержень, в основном, собирает весь ток, генерируемый в результате окислительно-восстановительной реакции между цинком и оксидом марганца.
Идея цинково-углеродных батарей возникла из элемента Лекланше, влажного элемента, который был изобретен в 1866 году. К началу 1900-х годов цинк-углеродные батареи стали первыми сухими батареями, которые были доступны на рынке. Цинк-углеродные батареи популяризировали использование портативных устройств, таких как фонарики. Сегодня они в основном используются в радиотранзисторах и пультах дистанционного управления.
Цинкхлоридные батареи обеспечивают гораздо более высокую общую производительность, что является улучшением по сравнению с оригиналом. Из-за гораздо более чистого химического состава, хлоридно-цинковые батареи способны производить более стабильное напряжение с более длительным сроком службы.
9. Атомная батарея
Они, однако, имеют высокую выходную плотность энергии и подходят для использования в системах, которые должны работать в изолированных средах в течение длительного периода времени, таких как кардиостимуляторы, глубоководные инструменты и космические аппараты.
Основываясь на подходе преобразования энергии, атомные батареи делятся на две широкие группы; тепловой и нетепловой. Термопреобразователи, в том числе радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) и термофотовольтаические элементы, генерируют энергию за счет разности температур (тепло сначала генерируется ядерной энергией, а затем используется для производства электроэнергии).
Нетепловые преобразователи, такие как бета-гальваника, с другой стороны, производят электричество, захватывая высокоэнергетические электроны, образующиеся при распаде изотопа водорода, называемого тритием. Первая атомная батарея была разработана Генри Мозли в 1913 году на основе радия.
8. Серебряно-оксидная батарея
Напряжение Тока: 1,55 В
Однако в некоторых секторах (включая военную и космическую), где стоимость не является серьезной проблемой и необходима высокая производительность, в большом количестве используются большие оксидно-серебряные батареи нестандартного дизайна.
До настоящего времени были проведены тысячи исследований по ассимиляции серебряно-оксидных батарей в товары народного потребления.
7. Литиевая батарея
Разобранная батарея CR2032
Напряжение: от 1,5 В до 3,7 В
Термин «литиевая батарея» используется совместно для описания определенной группы батарей, основанной на химии металлов лития, в которой в качестве общего вещества используется несколько комбинаций химических веществ, в которых в качестве общего вещества используется только металлический литий (для анода). В качестве катода в наиболее широко используемых литиевых батареях используется диоксид марганца, а также растворенная литиевая соль.
Другим редким типом литиевых элементов является литий-тионилхлоридная батарея. Изобретенные в 1973 году, литий-тионилхлоридные батареи подходят для электроники малой / средней мощности и в основном не доступны для приобретения.
Имейте в виду, что литиевые батареи не перезаряжаются и отличаются от литий-ионных или литий-железо-фосфатных батарей вторичных элементов.
Хотя литиевые батареи доступны в различных формах и размерах, ячейки монетного типа являются наиболее популярными. Они также способны заменить обычные щелочные элементы в таких устройствах, как камеры.
С другой стороны, литиевые батареи представляют гораздо большую угрозу для окружающей среды и здоровья человека, чем большинство других типов батарей.
6. Никель-Оксигидроксидная батарея
Никель-оксигидроксидная батарея производства Panasonic
Напряжение: 1,7 В
Никель-оксигидроксидные (NiOx) батареи немного отличаются от стандартных щелочных батарей. Вместо того чтобы использовать только диоксид цинка и марганца для катода, они добавляют оксигидроксид никеля и графит в смесь. Это позволяет NiOx-батареям достигать относительно более высокого напряжения на элемент, что позволяет устройствам с батарейным питанием работать намного лучше.
Что ж, выход высокого напряжения обусловлен не только их новым, улучшенным химическим составом, но и производственным процессом в вакууме, в котором в батарею попадает больше электролита.
Однако более высокое напряжение может привести к неисправностям приборов с включением ламп накаливания, таких как фонари и фонарики. Это также может привести к неправильной работе индикатора заряда батареи.
5. Щелочная батарея
Ряд щелочных батарей разных размеров. Изображение предоставлено Викимедиа
Емкость: 700 мАч при нагрузке в 1 ампер (ячейка стандартного размера)
Напряжение: 1,5 В (новая батарея)
Щелочные батареи являются одними из наиболее широко используемых первичных элементов батарей в мире, которые используют химическую реакцию между цинком и диоксидом марганца для выработки электроэнергии. В качестве электролита они используют гидроксид калия, также известный как едкий калий.
В то время как есть другие типы батарей, которые используют щелочные электролиты, особенно перезаряжаемые щелочные батареи, они используют другие вещества в электродах, чем щелочные батареи. Такие ячейки обычно используются в легко переносимых предметах, таких как цифровые камеры, электрические игрушки, радиоприемники и MP3-плееры.
Вторичные батареи
4. Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор
Напряжение: 2,1 В номинальное
До того, как все экологичные, энергосберегающие аккумуляторы стали популярными, свинцово-кислотные аккумуляторы лидировали на рынке. Первоначально изобретенный французским физиком Гастоном Планте в 1859 году, свинцово-кислотные батареи стали хитом ранних электромобилей.
Полностью заряженная свинцово-кислотная батарея несет гелеобразный свинец на отрицательном конце (электрод) и диоксид свинца на положительном конце с серной кислотой в качестве электролита. Электричество вырабатывается, когда ионы от отрицательной клеммы перемещаются в электролит, а затем поглощаются положительной клеммой. Обратная реакция происходит при зарядке.
Свинцово-кислотные батареи обычно используются в автомобильной промышленности для зажигания и освещения. Другие применения включают резервный источник питания в телефонных вышках.
Однако, эти батареи гораздо вреднее, чем другие. Токсичные соединения, выделяемые из свинцово-кислотных аккумуляторов, находятся в центре внимания природоохранных учреждений во всем мире на протяжении последних двух десятилетий.
3. Никель-кадмиевая батарея
Напряжение: 1,2 В
Никель-кадмиевые батареи не подходят для многих электронных устройств, поскольку их номинальное напряжение (1,2 В) ниже, чем у стандартных цинк-углеродных и щелочных батарей. Однако, в отличие от других, напряжение никель-кадмиевого элемента уменьшается лишь незначительно по мере его разрядки. Многие портативные приборы предназначены для работы при низких напряжениях (от 0,90 до 1,0 В / элемент).
Никель-кадмиевые элементы являются одной из очень немногих известных батарей, которые потенциально могут страдать от «эффекта памяти», временного состояния, в котором батарея теряет свою максимальную емкость после многократного частичного разряда (только до определенного процента в течение длительного периода времени).
Такие батареи широко используются в индустрии игрушек и когда-то широко использовались в портативных инструментах, электронных устройствах, камерах и фонарях.
2. Никель-металлогидридная батарея
Разобранная никель-металлогидридная батарея 1. положительный вывод 2. отрицательный вывод 3. положительный электрод 4. отрицательный электрод с токосъемником 5. разделитель электродов
Напряжение: 1,2 В номинальное
Никель-металлгидридные (NiMH) батареи в основном являются обновлением по сравнению с никель-кадмиевыми ячейками. Они оба используют один и тот же щелочной электрод (гидроксид калия) и гидроксид никеля в качестве положительного электрода. Единственное отличие состоит в том, что вместо кадмия в гидриде никеля и металла используются ионы водорода для отрицательного электрода.
Это позволяет батарее NiMH иметь почти втрое большую емкость по сравнению с никель-кадмиевой батареей. Во многих случаях их плотность энергии достигает уровня литий-ионных аккумуляторов.
Никель-металл-гидридные батареи заменили некогда популярные никель-кадмиевые батареи практически во всех областях, особенно в бытовой электронике, где используются батареи типа «двойной А». Кроме того, они имеют преимущество перед стандартными щелочными батареями благодаря высокой прочности и низкому внутреннему сопротивлению.
Они также используются в различных электромобилях, хотя и реже, чем литий-ионные батареи.
1. Литий-ионная батарея
Напряжение: 3,2 В (литий-фосфат железа), 3,6-3,7 В номинальная
Емкость: 3000 мАч
Значительный рост количества литий-ионных аккумуляторов (LIB) объясняется его высокими эксплуатационными характеристиками, общими стандартами безопасности и более четырех десятилетий непрерывных исследований. Они почти везде; в наших смартфонах, ноутбуках, планшетах, электроинструментах, автомобилях и даже в различных аэрокосмических системах.
Литий-ионные аккумуляторы бывают разных форм, размеров и химических конфигураций. Одна из самых популярных LIB, которые используются в портативной электронике с высокой плотностью энергии, основана на оксиде лития-кобальта. Другие типы, такие как литий-ионный марганцевый оксид и литиево-железо-фосфатный аккумулятор, обеспечивают более низкую плотность энергии, но менее подвержены взрыву.
Эти батареи заряжаются при перенапряжении, при котором подается немного более высокое напряжение, чем то, что производит батарея. Во время процесса зарядки ток внутри батареи течет от положительного электрода к отрицательному электроду. Направление потока меняется при разрядке батареи.
Батареи первичных элементов что это
ГОСТ Р МЭК 60086-1-2019
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Primary batteries. Part 1. General
Дата введения 2020-05-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Национальной ассоциацией производителей источников тока «РУСБАТ» (Ассоциация «РУСБАТ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 044 «Аккумуляторы и батареи»
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60086-1:2015* «Батареи первичные. Часть 1. Общие требования» (IEC 60086-1:2015 «Primary batteries. Part 1: General», IDT).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
6 Некоторые положения настоящего стандарта могут являться объектами патентных прав. Международная электротехническая комиссия (IEC) не несет ответственности за идентификацию подобных патентных прав
Введение
За время действия стандарта его неоднократно изменяли для улучшения содержания и обеспечения гарантии того, что в нем учтены технологии изготовления как батарей, так и устройств с батарейным питанием.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает общие требования к размерам, номенклатуре, конфигурациям выводов, маркировке, методам испытаний, типовым характеристикам, безопасности и экологическим аспектам первичных батарей.
В настоящем стандарте также приведена унификация по буквенному обозначению, электродам, электролиту, номинальным и максимальным напряжениям разомкнутой цепи электрических систем.
Настоящий стандарт предназначен для использования потребителями первичных батарей, разработчиками оборудования и изготовителями батарей и обеспечивает гарантии того, что батареи, изготовленные различными изготовителями, взаимозаменяемы в части геометрических размеров, допусков и функциональных параметров.
Настоящий стандарт устанавливает стандартные методы испытаний для проверки первичных элементов и батарей, что обеспечивает взаимопонимание между потребителями, разработчиками оборудования и изготовителями элементов и батарей.
2 Нормативные ссылки
Заменен на МЭК 60086-3:2016.
Заменен на МЭК 60086-5:2016.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по МЭК 60050-482, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 испытание на применение (application test): Моделирование фактического использования батареи в конкретном приложении.
3.2 батарея (battery): Один или более электрически соединенных элементов, установленных в корпусе, с выводами, маркировкой и защитными устройствами и т.д., необходимыми для их использования.
Строгое определение понятия «батарея» подразумевает наличие как минимум двух одинаковых компонентов (элементов), однако в последнее время термин используется как обобщающее понятие (например, «батарейное питание») и для обозначения в одном предложении как одиночных элементов, так и батарей в целях компактности изложения.
3.3 дисковый (элемент или батарея), пуговичный, монетный [button (cell or battery)]: Маленький круглый элемент или батарея, в котором общая высота меньше, чем его диаметр.
элемент (cell): Простейшее функциональное устройство, состоящее из сборки электродов, электролита, корпуса, выводов и обычно сепараторов, являющееся источником электрической энергии, получаемой путем прямого преобразования химической энергии.
[МЭК 60050-482:2004, статья 482-01-01]
напряжение замкнутой цепи; CCV (closed-circuit voltage; CCV): Напряжение на выводах батареи при ее разряде.
[МЭК 60050-482:2004, статья 482-03-28, внесено изменение: «напряжение между выводами элемента или батареи» заменено на «напряжение на выводах батареи»]
3.6 монетный (элемент или батарея) [coin (cell or battery)]: См. «дисковый (элемент или батарея)».
цилиндрический (элемент или батарея) [cylindrical (cell or battery)]: Круглый элемент или батарея, в которых общая высота равна или больше диаметра.
[МЭК 60050-482:2004, статья 482-02-39, внесено изменение: «элемент цилиндрической формы» заменен на «круглый элемент или батарея»]
3.8 разряд (первичной батареи) [discharge (of a primary battery)]: Действие, в течение которого батарея отдает ток во внешнюю цепь.
сухая (первичная) батарея [dry (primary) battery]: Первичная батарея, в которой жидкий электролит в значительной степени обездвижен.
[МЭК 60050-482:2004, статья 482-04-14, внесено изменение]
.
конечное напряжение; EV (end-point voltage, EV): Установленное значение напряжения батареи, при котором ее разряд прекращают.
[МЭК 60050-482:2004, статья 482-03-30]
течь (leakage): Незапланированное выделение электролита, газа или иных материалов из батареи.
[МЭК 60050-482:2004, статья 482-02-32]
3.13 минимальная средняя продолжительность разряда; MAD (minimum average duration; MAD): Минимальное среднее время разряда, которое обеспечивается образцом батарей.
номинальное напряжение первичной батареи 
(nominal voltage of a primary battery, 
): Соответствующее приблизительное значение напряжения, используемое для идентификации элемента, батареи или электрохимической системы.
[МЭК 60050-482:2004, статья 482-03-31, внесено изменение: добавление «первичной батареи» и символа 
]
3.15 напряжение разомкнутой цепи; OCV (open-circuit voltage, off-load voltage; OCV): Напряжение на выводах батареи, когда она не разряжается.
3.16 первичный (элемент или батарея) (primary cell): Элемент или батарея, не предназначенный для электрической подзарядки.
3.17 круглый (элемент или батарея) [round (cell or battery)]: Элемент или батарея с поперечным сечением в форме круга.
Батареи первичных элементов что это
ГОСТ Р МЭК 60086-1-2010
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Primary batteries. Part 1. General
Дата введения 2011-07-01
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией НТЦСЭ «ИСЭП» на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 044 «Аккумуляторы и батареи»
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
За время действия настоящий стандарт неоднократно изменяли для улучшения его информационного наполнения, и можно гарантировать, что он будет совершенствоваться и далее в связи с совершенствованием технологии изготовления батарей и устройств с батарейным питанием.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает основные технические требования к первичным батареям в соответствии с их электрохимической системой, а также их размеры, номенклатуру, конфигурации выводов, маркировку, методы испытаний, типичные технические характеристики, аспекты безопасности и экологические аспекты.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты, обязательные при применении настоящего стандарта. Для датированных ссылок применяется только указанное издание. Для недатированных ссылок применяется последнее издание ссылочного документа (включая все изменения и поправки).
ИСО 3951 (все части) Методы выборочного контроля по количественным признакам (ISO 3951 (all parts as applicable), Sampling procedures for inspection by variables)
МЭК 60410 Правила и планы выборочного контроля по качественным признакам (IEC 60410, Sampling plans and procedures for inspection by attributes)
МЭК 61429 Маркирование аккумуляторов и аккумуляторных батарей международным символом переработки ИСО 7000-1135 (IEC 60429, Marking of secondary cells and batteries with the international recycling symbol ISO 7000-1135)
ИСО/МЭК Директивы. Часть 1. Процедуры выполнения технических работ (ISO/IEC Directives, Part 1: Procedures for the technical work)
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины, приведенные в МЭК 60050 (482) (часть из которых для удобства приведена ниже), с соответствующими определениями:
3.1 испытание на применение (application test): Моделирование фактического использования батареи в специфических областях применения.
3.2 разряд (первичной батареи) (discharge (of a primary battery)): Действие, в продолжение которого батарея отдает ток во внешнюю цепь.
(IEV 482-03-23:2004, модифицированный)
3.3 сухая (первичная) батарея (dry (primary) battery): Первичная батарея, в которой раствор жидкого электролита иммобилизован (неподвижен).
(IEV 482-04-14:2004, модифицированный)
. (1)
Внутреннее d.c. сопротивление иллюстрирует диаграмма изменения напряжения, приведенная на рисунке 1.
Как видно из рисунка, падение напряжения состоит из двух составляющих, различных по природе, что вытекает из следующей зависимости:
. (2)
Первая составляющая при независима от времени и является результатом увеличения тока и соответствует зависимости
. (3)
В этой зависимости является активным омическим сопротивлением. Вторая составляющая 
зависит от времени и электрохимического происхождения.
3.5 конечное напряжение EV (end-point voltage EV): Установленное значение напряжения батареи, при котором разряд батареи прекращают.
(IEV 482-03-30:2004, модифицированный)
3.6 утечка (leakage): Незапланированное выделение электролита, газа или иных материалов из батареи.
(IEV 482-02-32:2004, модифицированный)
3.7 минимальная средняя продолжительность МАD (minimum average duration, MAD): Минимальная средняя продолжительность разряда, которая должна быть характерна для выборки батарей.
3.8 номинальное напряжение первичной батареи (nominal voltage of a primary battery ): Соответствующее приблизительное значение напряжения, которое используется для идентификации первичной батареи.
(IEV 482-03-31:2004, модифицированный)
3.9 напряжение замкнутой цепи CCV (on-load voltage, closed-circuit voltage, CCV): Напряжение между выводами батареи при ее разряде.
(IEV 482-03-28:2004, модифицированный)
3.10 напряжение разомкнутой цепи (open-circuit voltage, off-load voltage, OCV): Напряжение между выводами батареи при отсутствии протекания тока.
(IEV 482-03-32:2004, модифицированный)
3.11 первичная батарея (primary battery): Один первичный элемент или более, включая корпус, выводы и маркировку.
3.12 первичный элемент (primary cell): Источник электрической энергии, получаемой прямым преобразованием химической энергии, который конструктивно не может быть заряжен от любого другого источника тока.
(IEV 482-01-02:2004, модифицированный)
3.13 эксплуатационные показатели (первичной батареи) (service output (of a primary battery)): Срок службы, или емкость, или выходная мощность батареи при установленных условиях разряда.
3.14 испытание эксплуатационных характеристик (service output test): Испытание, предназначенное для измерения эксплуатационных характеристик батареи.
a) испытания на применение затруднительно повторить;
b) продолжительность испытания на применение может не соответствовать целям испытаний.
3.15 срок cохраняемости (storage life): Продолжительность времени при установленных условиях, до конца которого батарея способна сохранять свои эксплуатационные показатели.
(IEV 482-03-47:2004, модифицированный)
3.16 выводы (первичной батареи) (terminals (of a primary battery)): Токопроводящая часть батареи, предназначенная для ее соединения с внешней цепью.
4 Требования
4.1 Общие положения
4.1.1 Конструкция
Первичные батареи продаются главным образом на потребительском рынке. В последнее время они стали более сложными как по химическому составу, так и по конструкции. И емкость, и номинальная мощность выросли для удовлетворения растущих требований, предъявляемых к новым технологиям с батарейным питанием.