Con este artículo, estamos abriendo una nueva dirección para nuestro sitio: probar baterías y celdas galvánicas (o, en términos simples, baterías).

A pesar de que las baterías de iones de litio, específicas para cada modelo de dispositivo específico, son cada vez más populares, el mercado de las baterías estándar propósito general todavía es muy grande: muchos productos diferentes funcionan con ellos, desde juguetes para niños hasta cámaras económicas y linternas profesionales. La gama de estos elementos también es grande - pilas y acumuladores de varios tipos, capacidades, tamaños, marcas, mano de obra...

Al principio, no nos fijamos el objetivo de abarcar toda la riqueza de las baterías; nos limitaremos solo a las más estándar y comunes: baterías cilíndricas y baterías de níquel.

Este artículo tiene como objetivo presentarle algunos conceptos básicos sobre las baterías que estamos estudiando, así como la metodología de prueba y el equipo que utilizamos. Sin embargo, discutiremos muchas cuestiones teóricas y prácticas en artículos posteriores dedicados a baterías específicas, especialmente porque es mucho más conveniente y más claro hacer esto en "ejemplos en vivo".

Tipos de baterías y celdas galvánicas

Baterías de electrolito de sal

Baterías con electrolito salino, también son de zinc-carbono (sin embargo, a diferencia de las baterías alcalinas, los fabricantes generalmente simplemente no indican su química en los paquetes de electrolitos de sal) - las fuentes de corriente química más baratas disponibles en el mercado: el costo de una batería oscila entre cuatro a cinco a ocho a diez rublos, dependiendo de la marca.

Dicha batería es un recipiente cilíndrico de zinc (que sirve al mismo tiempo como el cuerpo y el "menos" de la batería), en cuyo centro hay un electrodo de carbono ("más"). Se coloca una capa de dióxido de manganeso alrededor del ánodo y el espacio restante entre este y las paredes del recipiente se llena con una pasta de cloruro de amonio y cloruro de zinc diluidos en agua. La composición de esta pasta puede variar: en las baterías de bajo consumo, está dominada por el cloruro de amonio y en las baterías de mayor capacidad (comúnmente denominadas "Heavy Duty" por los fabricantes), el cloruro de zinc.

Durante el funcionamiento de la batería, el zinc del que está hecha su carcasa se oxida gradualmente, como resultado de lo cual pueden aparecer agujeros; luego, el electrolito se escapará de la batería, lo que puede dañar el dispositivo en el que está instalado. Sin embargo, tales problemas eran típicos principalmente de las baterías domésticas desde los tiempos de la existencia de la URSS, mientras que las baterías modernas están empaquetadas de forma segura en una cubierta exterior adicional y "fugan" muy raramente. Sin embargo, no debe dejar las baterías agotadas en el dispositivo durante mucho tiempo.

Como se mencionó anteriormente, la composición química del electrolito de la batería de sal puede variar ligeramente: la versión "potente" utiliza un electrolito con predominio de cloruro de zinc. Sin embargo, la palabra "potente" en relación con ellos solo se puede escribir entre comillas: ninguna de las variedades de baterías de sal está diseñada para una carga seria: en una linterna durarán un cuarto de hora y en una cámara. es posible que ni siquiera sean suficientes para extender la lente. El destino de las pilas de sal son los mandos a distancia, los relojes y los termómetros electrónicos, es decir, los aparatos cuyo consumo energético está dentro de las unidades, en casos extremos, decenas de miliamperios.

Baterias alkalinas

El siguiente tipo de pilas son las pilas alcalinas o de manganeso. Algunos vendedores no muy alfabetizados e incluso los fabricantes los llaman "alcalinos": este es un papel de calco ligeramente distorsionado del inglés "alcalino", es decir, "alcalino".

Los precios de las pilas alcalinas varían de diez a cuarenta y cincuenta rublos (sin embargo, la mayoría de sus tipos se encuentran dentro del rango de hasta 25 rublos, solo modelos individuales aumento de potencia), y se pueden distinguir de los de sal por la inscripción "Alkaline" que suele estar presente de una forma u otra en el paquete (y, a veces, justo en el nombre, por ejemplo, "GP Super Alkaline" o "TDK Power Alkaline").

El polo negativo de una batería alcalina consiste en polvo de zinc: en comparación con la caja de zinc de las celdas de sal, el uso de polvo le permite aumentar la velocidad de las reacciones químicas y, por lo tanto, la corriente emitida por la batería. El polo positivo está hecho de dióxido de manganeso. La principal diferencia con las baterías de sal es el tipo de electrolito: en las baterías alcalinas, se usa hidróxido de potasio.

Las baterías alcalinas son adecuadas para dispositivos con un consumo de energía de decenas a varios cientos de miliamperios: con una capacidad de aproximadamente 2 ... 3 Ah, brindan un tiempo de funcionamiento bastante razonable. Desafortunadamente, también tienen una desventaja importante: una gran resistencia interna. Si carga una batería con una corriente realmente alta, su voltaje caerá mucho y una parte significativa de la energía se gastará en calentar la batería; como resultado, la capacidad efectiva de las baterías alcalinas depende en gran medida de la carga. . Digamos, si al descargar con una corriente de 0.025 A, logramos obtener 3 A * h de la batería, entonces a una corriente de 0.25 A, la capacidad real caerá a 2 A * h, y a una corriente de 1 A - completamente por debajo de 1 A * h.

Sin embargo, durante algún tiempo, una batería alcalina puede funcionar bajo una carga pesada, es solo que este tiempo es relativamente corto. Por ejemplo, si es posible que una cámara digital moderna ni siquiera se encienda con baterías salinas, entonces un juego de baterías alcalinas durará media hora de trabajo.

Por cierto, si se ve obligado a usar baterías alcalinas en su cámara, compre dos juegos a la vez y cámbielos periódicamente, esto le permitirá prolongar un poco su vida útil: si deja que una batería se descargue con una corriente alta "recuéstese" por un tiempo, restaurará parcialmente la carga y podrá funcionar un poco más. Cinco minutos.

Baterías de litio

El último de los tipos de baterías más utilizados es el litio. Como regla general, están clasificados para un voltaje que es un múltiplo de 3 V, por lo que la mayoría de los tipos de baterías de litio con sal de 1,5 voltios y baterías alcalinas no son intercambiables. Estas baterías se usan ampliamente en relojes y también, con menos frecuencia, en equipos fotográficos.

Sin embargo, también hay baterías de litio de 1,5 V, fabricadas en factores de forma estándar AA y AAA; se pueden usar en cualquier técnica diseñada para baterías salinas o alcalinas convencionales. La principal ventaja de las pilas de litio es su menor resistencia interna en comparación con las pilas alcalinas: su capacidad depende poco de la corriente de carga. Por lo tanto, aunque a baja corriente tanto las pilas alcalinas como las de litio tienen la misma capacidad de 3 A * h, si las pones en una cámara digital que consume 1 A, entonces las alcalinas “morirán” en treinta minutos, pero las de litio vivirán. casi tres horas.

La desventaja de las baterías de litio es su alto costo: no solo el litio en sí es caro, sino que debido al peligro de que se encienda al entrar agua, el diseño de la batería resulta notablemente más complicado que el de las alcalinas. Como resultado, una batería de litio cuesta entre 100 y 150 rublos, es decir, de tres a cinco veces más cara que una alcalina muy buena. Aproximadamente el mismo precio es una batería Ni-MH, que tiene características de descarga similares a las baterías de litio, pero puede sobrevivir varios cientos de ciclos de carga y descarga; por lo tanto, la compra de baterías de litio se justifica solo cuando no tiene dónde, no tiene tiempo o nada para cargar convencional pilas

Sí, ya que estamos hablando de ciclos de carga, ¡hay que decir que es absolutamente imposible intentar cargar baterías de litio! Si una batería alcalina o salina ordinaria, al intentar cargarla, puede, como mucho, simplemente derramarse, entonces las baterías de litio selladas explotan cuando se cargan.

Además de las buenas características de descarga, las baterías de litio tienen otras dos ventajas, por regla general, no muy significativas: durabilidad (la vida útil permitida alcanza los 15 años, mientras que la batería perderá solo el 10% de su capacidad) y la capacidad de operar a bajas temperaturas, cuando la sal y las pilas alcalinas, el electrolito simplemente se congela.

Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd)

La principal alternativa a las baterías son las baterías: fuentes de corriente, cuyos procesos químicos son reversibles: cuando la batería está conectada a la carga, van en una dirección, y cuando se le aplica voltaje, van en la dirección opuesta. Por lo tanto, si la batería después del uso tiene que desecharse y comprar una nueva, entonces la batería puede cargarse a su capacidad original completa (o casi completa).

Consideraremos las baterías utilizadas en equipos electrónicos de consumo livianos; por lo tanto, las baterías de plomo-ácido pesadas (tanto literal como figurativamente) que se encuentran en automóviles, sistemas de alimentación ininterrumpida y otros dispositivos con alto consumo de energía y sin restricciones especiales de peso y dimensiones, se dejan de inmediato. de nuestro artículo de hoy. Pero prestaremos mucha más atención a varios tipos de baterías de níquel...

Las primeras baterías de níquel, más precisamente, de níquel-cadmio, fueron creadas por el científico sueco Waldemar Junger (Waldmar Jungner) ya en 1899, pero en ese momento eran relativamente caras y, además, no estaban selladas: al cargar, la batería gas emitido. Recién a mediados del siglo pasado fue posible crear una batería de níquel-cadmio de ciclo cerrado: los gases liberados durante la carga eran absorbidos por la propia batería.

Las baterías de níquel-cadmio son confiables y duraderas (pueden almacenarse hasta por cinco años y cargarse, con el uso adecuado, hasta 1000 veces), funcionan bien en temperaturas bajas y soportar fácilmente grandes corrientes de descarga, se puede cargar con corrientes pequeñas y grandes.

Sin embargo, también tienen muchas desventajas. En primer lugar, la densidad de energía relativamente baja (es decir, la relación entre la capacidad del elemento y su volumen), en segundo lugar, una corriente de autodescarga notable (después de varios meses de almacenamiento, la batería deberá recargarse antes de su uso), tercero, el uso de cadmio venenoso en el diseño, y cuarto, el efecto memoria.

Vale la pena detenerse en esto último con más detalle, ya que al hablar de baterías, lo recordaremos más de una vez. El efecto memoria es consecuencia de una violación de la estructura interna de la batería: comienzan a crecer cristales en ella, lo que reduce la superficie efectiva y, en consecuencia, la capacidad de la batería. El efecto obtuvo su nombre debido al hecho de que los cristales crecen especialmente rápido cuando la batería no está completamente descargada: parece recordar hasta qué nivel se descargó la última vez; si la batería se descargó, digamos, solo en un 25 %, entonces el la próxima carga restaurará su capacidad no hasta el 100%, sino menos. Para combatir el efecto memoria, se recomienda descargar completamente la batería antes de cargarla; esto destruye los cristales resultantes y restaura la capacidad de la batería. Entre los tipos de baterías disponibles, las de níquel-cadmio son las más susceptibles al efecto memoria.

Sin embargo, en algunos casos, el uso de baterías de níquel-cadmio está justificado incluso ahora, debido al bajo costo, la durabilidad y la capacidad de cargarse a bajas temperaturas sin consecuencias negativas para la batería.

Baterías de hidruro metálico de níquel (Ni-MH)

A pesar de la proximidad en los estantes de las tiendas, históricamente existe un abismo entre las baterías Ni-Cd y Ni-MH: estas últimas se desarrollaron solo en la década de 1980. Curiosamente, inicialmente se estudió la posibilidad de almacenar hidrógeno para las baterías de níquel-hidrógeno utilizadas en la tecnología espacial, pero como resultado también obtuvimos uno de los tipos de baterías más comunes en la vida cotidiana.

A diferencia de baterías de níquel cadmio, el hidruro de níquel-metal no contiene metales pesados, lo que significa que son inofensivos para ambiente y no requieren un procesamiento especial para su eliminación. Sin embargo, esto está lejos de ser su única ventaja: desde el punto de vista de los consumidores, es decir, usted y yo, es mucho más importante que, con las mismas dimensiones, las baterías Ni-MH tengan dos o tres veces la capacidad - por las pilas AA más comunes, ya llega hasta los 2500-2700 mAh frente a los 800-1000 mAh de las de níquel-cadmio.

Además, las baterías de Ni-MH tampoco sufren prácticamente el efecto memoria. Más precisamente, los fabricantes reducen su influencia año tras año, y por lo tanto, aunque teóricamente el efecto está presente en las baterías de Ni-MH, en la práctica, modelos modernosél es insignificante. Sin embargo, no confiaremos en los fabricantes para todo y en uno de nuestros próximos artículos intentaremos evaluar nosotros mismos la influencia del efecto memoria.

Desafortunadamente, las baterías de Ni-MH tienen sus propios problemas. En primer lugar, tienen una corriente de autodescarga superior (no obstante, volveremos a hablar de esto un poco más adelante) en comparación con las Ni-Cd, y en segundo lugar, aunque el número de ciclos de recarga también puede llegar a 1000, se puede producir una caída en la capacidad de la batería. observado después de 200-300 ciclos, en tercer lugar, las corrientes de descarga demasiado altas y la carga a bajas temperaturas reducen significativamente la vida útil de la batería.

Sin embargo, en términos de la totalidad de características - costo, confiabilidad, capacidad, facilidad de mantenimiento - en este momento Las baterías Ni-MH se encuentran entre las mejores, lo que llevó a su uso en una gran cantidad de dispositivos domésticos.

Recientemente, también han aparecido en el mercado las denominadas baterías Ni-MH "Ready To Use". Se diferencian de los ordinarios en una baja corriente de autodescarga: el fabricante afirma que en seis meses la batería no perderá más del 10% de su capacidad, y en un año, no más del 15% (en comparación, un Ni regular -La batería MH se sentará en un 20 ... 30% en un mes y durante un año - a cero). De ahí el nombre: al ser cargadas por el fabricante, estas baterías no tendrán tiempo de descargarse por completo antes de que las compre en la tienda, lo que significa que se pueden usar sin precargar, inmediatamente después de la compra. La desventaja de estas baterías es una menor capacidad: una celda AA tiene una capacidad de 2000 ... 2100 mAh frente a 2600 ... 2700 mAh de las baterías Ni-MH convencionales.

Cargadores para baterías Ni-Cd y Ni-MH

Los principios de carga de baterías de Ni-Cd y Ni-MH son muy similares; por esta razón, los modernos dispositivo de carga, como regla, admite ambos tipos a la vez. Los métodos de carga y, en consecuencia, los tipos de cargadores se pueden dividir en cuatro grupos. En todos los casos, indicaremos la corriente de carga a través de la capacidad de la batería: por ejemplo, la recomendación de cargar con una corriente de "0.1C" significa que a una batería con una capacidad de 2700 mAh en dicho circuito le corresponde una corriente de 270 mA (0,1 * 2700 = 270), y una batería con una capacidad de 1400 mAh - 140 mA.

Corriente de carga lenta 0.1C

Este método se basa en el hecho de que baterías modernas soportar fácilmente una sobrecarga (es decir, un intento de "llenarlos" con más energía de la que la batería puede almacenar), si la corriente de carga no supera los 0,1C. Si la corriente excede este valor, la batería puede fallar durante la sobrecarga.

En consecuencia, un cargador de baja corriente no necesita ningún control sobre el final de la carga: no tiene nada de malo que su duración sea excesiva, la batería simplemente disipará el exceso de energía en forma de calor. Los cargadores apropiados son baratos y ampliamente disponibles. Para cargar la batería, basta con dejarla en dicho cargador durante al menos 1,6 * C/I, donde C es la capacidad de la batería, I es la corriente de carga. Digamos, si tomamos un cargador con una corriente de 200 mA, entonces se garantiza que una batería con una capacidad de 2700 mAh se cargará en 1.6 * 2700/200 = 21 horas 36 minutos. Casi un día ... en general, el principal inconveniente de dicha memoria es obvio: el tiempo de carga a menudo supera los valores razonables.

Sin embargo, si no tiene prisa, dicho cargador tiene derecho a la vida. Lo principal es que si utilizas baterías de baja capacidad emparejadas con un cargador moderno, comprueba que la corriente de carga (y debe estar indicado en las características del cargador) no supere los 0,1C. También vale la pena considerar que una carga lenta contribuye a la manifestación del efecto memoria en las baterías.

Corriente de carga 0,2 ... 0,5C sin control del final de la carga

Dichos cargadores, aunque raros, todavía se encuentran, principalmente entre productos chinos baratos. A una corriente de 0.2 ... 0.5C, no tienen ningún control de terminación de carga o solo tienen un temporizador incorporado que apaga las baterías después de un tiempo específico.

Usar memoria similar absolutamente no recomendado: dado que no hay un control de fin de carga, en la mayoría de los casos la batería estará subcargada o sobrecargada, lo que reducirá significativamente su vida útil. Si ahorras en un cargador, perderás dinero en baterías.

Corriente de carga hasta 1C con control del final de la carga

Esta clase de cargadores es la más versátil para el uso diario: por un lado, cargan las baterías en un tiempo razonable (de una hora y media a cuatro o seis horas, según el cargador y las baterías específicos), por otro lado , controlan claramente el final de la carga en modo automático.

El método de control de final de carga más utilizado es la caída de tensión, comúnmente conocida como "método dV/dt", "método delta negativo" o "método -ΔV". Consiste en el hecho de que durante toda la carga, el voltaje de la batería aumenta lentamente, pero cuando la batería alcanza su capacidad máxima, disminuye brevemente. Este cambio es muy pequeño, pero es bastante posible detectarlo y, una vez detectado, detener la carga.

Muchos fabricantes de cargadores también incluyen el "control por microprocesador" en sus especificaciones, pero, de hecho, esto es lo mismo que el control delta negativo: si lo es, lo lleva a cabo un microprocesador especializado.

Sin embargo, el control de voltaje no es el único disponible: en el momento en que la batería alcanza su capacidad máxima, la presión y la temperatura de la carcasa aumentan bruscamente en ella, que también se puede controlar. En la práctica, sin embargo, es técnicamente más fácil medir el voltaje, por lo que otros métodos para monitorear el final de la carga son raros.

Además, muchos cargadores de alta calidad tienen dos mecanismos de protección: control de temperatura de la batería y un temporizador incorporado. El primero deja de cargar si la temperatura excede el límite permitido, el segundo, si la parada de carga delta negativa no funcionó en un tiempo razonable. Ambas pueden ocurrir si utilizamos pilas viejas o simplemente de baja calidad.

Habiendo terminado de cargar las baterías con una corriente alta, los cargadores más "razonables" las recargan con una corriente baja (menos de 0,1 C) durante algún tiempo; esto le permite obtener la máxima capacidad posible de las baterías. El indicador de carga del dispositivo generalmente se apaga, lo que indica que se completó la etapa principal de carga.

Hay dos problemas con tales dispositivos. En primer lugar, no todos pueden "atrapar" el momento de la caída de voltaje con suficiente precisión, pero, por desgracia, esto solo se puede verificar empíricamente. En segundo lugar, aunque este tipo de dispositivos suelen estar diseñados para 2 o 4 baterías, la mayoría de ellos no saben cómo cargar estas baterías de forma independiente.

Por ejemplo, si las instrucciones del cargador indican que solo puede cargar 2 o 4 baterías a la vez (pero no 1 o 3), significa que solo tiene dos canales de carga independientes. Cada uno de los canales proporciona un voltaje de aproximadamente 3 V y las baterías están conectadas en pares en serie. Hay dos consecuencias de esto. Lo obvio es que no podrá cargar una sola batería en un cargador de este tipo (y, digamos, su humilde servidor usa diariamente un reproductor de mp3 alimentado por una sola batería AAA). Menos obvio es que el control del final de la carga también se lleva a cabo solo para una pareja pilas Si está utilizando baterías que no son demasiado nuevas, simplemente debido a la variación tecnológica, algunas de ellas envejecerán un poco antes que otras, y si dos baterías con diferentes grados de envejecimiento se juntan en un par, entonces dicho cargador o subcargue uno de ellos o recargue el segundo. Por supuesto, esto solo exacerbará la tasa de envejecimiento de los peores de la pareja.

El cargador "correcto" debería permitirle cargar una cantidad arbitraria de baterías (una, dos, tres o cuatro) e idealmente, también debe tener un indicador separado para el final de la carga de cada una de ellas (de lo contrario, el indicador se apaga cuando se agota la última carga). de las baterías está cargada). Solo en este caso tendrá alguna garantía de que cada una de las baterías se cargará a plena capacidad, independientemente del estado de las otras baterías. Los indicadores de carga separados también permiten detectar baterías que fallan prematuramente: si una de las cuatro celdas usadas juntas se carga mucho más tiempo o mucho más rápido que las otras, entonces será el eslabón débil de toda la batería.

Los cargadores multicanal tienen otra característica interesante: en muchos de ellos, al cargar la mitad de baterías, puedes elegir la tasa de carga. Por ejemplo, el cargador Sanyo NC-MQR02, diseñado para cuatro pilas AA, al cargar una o dos pilas, permite elegir la corriente de carga entre 1275 mA (cuando las pilas están instaladas en las ranuras exteriores) y 565 mA (cuando están instalado en las ranuras centrales). Cuando se instalan tres o cuatro baterías, se cargan con una corriente de 565 mA.

Además de la facilidad de uso, los cargadores de este tipo también son los más "útiles" para las baterías: talla mediana con control de fin de carga por delta negativo es óptimo en términos de aumento de la vida útil de la batería.

Una subclase separada de cargadores rápidos es un cargador con una descarga preliminar de baterías. Esto se hizo para combatir el efecto memoria y puede ser muy útil para las baterías Ni-Cd: el cargador se asegurará de que estén completamente descargadas primero, y solo después comenzará a cargar. Para los Ni-MH modernos, esta formación ya no es necesaria.

Carga con una corriente de más de 1C con control del final de la carga

Y finalmente, el último método es una carga ultrarrápida, con una duración de 15 minutos a una hora, con control de carga, nuevamente por delta de voltaje negativo. Dicha memoria tiene dos ventajas: en primer lugar, las baterías se cargan casi instantáneamente y, en segundo lugar, una carga ultrarrápida le permite evitar en gran medida el efecto memoria.

Sin embargo, también hay desventajas. En primer lugar, no todas las baterías soportan bien una carga rápida: los modelos de baja calidad con alta resistencia interna pueden sobrecalentarse en este modo hasta fallar. En segundo lugar, una carga muy rápida (15 minutos) puede afectar negativamente la vida útil de las baterías, nuevamente, debido a su calentamiento excesivo durante la carga. En tercer lugar, dicha carga "llena" la batería solo hasta el 90 ... 95% de la capacidad, después de lo cual, para lograr el 100% de la capacidad, se requiere una recarga adicional con una pequeña corriente (sin embargo, la mayoría de los cargadores rápidos lo llevan afuera).

Sin embargo, si necesita una carga de batería ultrarrápida, comprar un cargador de "15 minutos" o "media hora" será una buena opción. Por supuesto, solo se deben usar baterías de alta calidad de grandes fabricantes, así como la exclusión oportuna de copias obsoletas de las baterías.

Si está satisfecho con una duración de carga de varias horas, entonces los dispositivos de memoria descritos en la sección anterior con una corriente de carga de menos de 1C y el control del final de la carga por un delta de voltaje negativo siguen siendo óptimos.

Un tema aparte es la compatibilidad de los cargadores con diferentes tipos de baterías. Los cargadores para Ni-MH y Ni-Cd suelen ser universales: cualquiera de ellos puede cargar baterías de cada uno de estos dos tipos. Los cargadores para baterías de Ni-MH con una terminación de carga de voltaje delta negativo, incluso si esto no se indica directamente para ellos, también pueden funcionar con baterías de Ni-Cd, pero viceversa, por desgracia. El punto aquí es que el aumento de voltaje, ese mismo delta negativo, es notablemente más pequeño para Ni-MH que para Ni-Cd, por lo que no todos los dispositivos de memoria configurados para trabajar con Ni-Cd podrán "sentir" este aumento en Ni. -MH.

Para otros tipos de baterías, incluidas las de iones de litio y plomo-ácido, estos cargadores no son adecuados en principio, ya que estas baterías tienen un esquema de carga completamente diferente.

Metodología de prueba

En el proceso de prueba de baterías y celdas electroquímicas en nuestro laboratorio, medimos los siguientes parámetros, que son los más importantes para determinar tanto la calidad de las celdas (es decir, su cumplimiento de las promesas del fabricante) como un área razonable de \ uso:

capacidad en varios modos de descarga;
el valor de la resistencia interna;
valor de autodescarga (solo para baterías);
la presencia de un efecto memoria (solo para baterías).

La parte principal del banco de pruebas es, por supuesto, una carga ajustable que le permite descargar hasta cuatro baterías o baterías a una corriente determinada al mismo tiempo.

Para controlar la tensión de los cuatro elementos se utiliza un registrador digital Velleman PCS10, que se conecta a un ordenador a través de una interfaz USB. El error de medida no supera el 1% (el error propio del registrador es del 3%, pero adicionalmente calibramos cada uno de sus canales, haciendo las correcciones oportunas al dato final), la discrecionalidad de medida de tensión es de 12 mV, la frecuencia de medida es de 250 ms .

El esquema de instalación es bastante simple: estos son cuatro estabilizadores de corriente separados hechos en el amplificador operacional LM324 (este microcircuito solo consta de cuatro amplificadores operacionales en un paquete) y transistores de efecto de campo IRL3502. Todos los estabilizadores están controlados por una resistencia variable de múltiples vueltas, por lo que la corriente se establece en ellos simultáneamente; esto simplifica la configuración de la instalación para una prueba específica y minimiza el error al configurar manualmente la corriente. Los posibles límites de cambio de carga son de 0 a 3 A para cada batería.

Para medir el voltaje en otro chip LM324, se ensamblan cuatro amplificadores diferenciales, cuyas entradas están conectadas directamente a los contactos del bloque en el que están instaladas las baterías; esto elimina por completo el error introducido por las pérdidas en los cables de conexión. Desde las salidas de los amplificadores diferenciales, la señal se envía al registrador.

Además, el circuito contiene un generador de pulso rectangular que no se muestra en la figura anterior, que periódicamente enciende y apaga la carga por completo. La duración de "cero" a la salida del generador es de 6,0 s, la duración de "uno" es de 2,25 s. El generador le permite probar las baterías en el modo de funcionamiento con una carga pulsada y, en particular, determinar su resistencia interna.

Además, la figura anterior no muestra el circuito de alimentación de la instalación: está conectado a la fuente de alimentación de la computadora, su voltaje de salida (+12 V) se reduce a +9 V por un estabilizador en el microcircuito 78L09 y el - El voltaje de 9 V necesario para la fuente de alimentación bipolar del amplificador operacional está formado por un convertidor capacitivo en el microcircuito ICL7660. Sin embargo, estos ya son matices sin importancia, que discutimos solo para evitar preguntas sobre la exactitud de las mediciones que puedan surgir de los lectores que tienen conocimientos de electrónica.

Para enfriar los transistores de potencia, los shunts de retroalimentación y las baterías reales bajo prueba, toda la instalación se alimenta con un ventilador estándar de 12 voltios con un tamaño de 80x80x20 mm.

Se escribió un programa especial para recibir y procesar automáticamente los datos de la grabadora; afortunadamente, Velleman proporciona bibliotecas y SDK muy fáciles de usar para muchos de sus dispositivos. El programa le permite trazar gráficos de voltaje en baterías en tiempo real en función del tiempo transcurrido desde el comienzo de la prueba, así como calcular, al final de la prueba, su capacidad. Este último, obviamente, es igual al producto de la corriente de descarga por el tiempo durante el cual el elemento alcanzó el límite inferior de tensión.

El límite se selecciona según el tipo de elemento y las condiciones de descarga. Para baterías con corrientes bajas, esto es 1.0 V; es simplemente imposible descargarlas por debajo, ya que esto puede provocar daños irreversibles en la celda; a altas corrientes, el límite inferior se reduce a 0,9 V para tener en cuenta adecuadamente la resistencia interna de la batería.

para baterías sentido práctico tienen dos límites de descarga. Por un lado, el elemento se considera completamente vacío si el voltaje en él ha caído a 0,7 V; por lo tanto, es lógico medir la capacitancia precisamente al alcanzar este nivel. Por otro lado, no todos los dispositivos que funcionan con batería son capaces de operar a voltajes por debajo de 0,9 V, por lo que cuando la batería se descarga a este nivel es de importancia práctica. En nuestras pruebas, daremos estos dos valores, aunque muchas celdas, habiendo alcanzado el nivel de 1,0 V, se descargan muy rápidamente, hay algunas que duran un tiempo relativamente largo entre 0,7 V y 0,9 V.

Entonces, después de instalar las baterías, configurar la corriente deseada y encender la grabadora, comenzamos a probar. Para cada tipo de batería se seleccionaron varios modos de descarga con el fin de obtener los resultados más interesantes y característicos.

Para las baterías es:

descarga con una pequeña corriente continua: 250 mA para elementos de formato AA, 100 mA para elementos de formato AAA;
descarga con una gran corriente continua: 750 mA para elementos de formato AA, 300 mA para elementos de formato AAA;

Para las baterías de Ni-MH, estos son:

descarga con una pequeña corriente continua: 500 mA para elementos de formato AA, 200 mA para elementos de formato AAA;
descarga con una gran corriente continua: 2500 mA para elementos de formato AA, 1000 mA para elementos de formato AAA;
descarga por corriente pulsada: duración del pulso 2,25 s, duración de la pausa 6,0 s, amplitud de corriente 2500 mA para elementos de formato AA y 1000 mA para elementos de formato AAA.

Para las baterías de Ni-Cd en formato AA, los modos de descarga son los mismos que para las baterías de Ni-MH en formato AAA, teniendo en cuenta la capacidad nominal similar de la primera y la segunda.

Si todo es simple al probar las baterías: desempaqué el paquete, inserté la batería en la instalación, comencé la prueba, primero se deben preparar las baterías, porque todas ellas, excepto la serie "Listo para usar" mencionada anteriormente, son completamente descargada en el momento de la compra. Por lo tanto, la prueba de las baterías se llevó a cabo estrictamente de acuerdo con el siguiente esquema;

medida de capacitancia residual a baja corriente (solo para modelos "Ready To Use");
cargador;
descarga con alta corriente sin medición de capacitancia (entrenamiento);
cargador;
descarga de alta corriente con medición de capacitancia;
cargador;
descarga por corriente pulsada con medida de capacitancia;
cargador;
descarga de baja corriente con medición de capacitancia;
cargador;
exposición durante 7 días;
descarga de baja corriente con medición de capacidad - luego se compara el resultado con el obtenido en el paso anterior y se calcula el porcentaje de pérdida de capacidad debido a la autodescarga durante 1 semana;

En las pruebas de batería, utilizamos una celda de cada marca en cada etapa. En pruebas de batería, al menos dos celdas de cada marca.

Para cargar las baterías utilizamos el cargador Sanyo NC-MQR02.

Este es un cargador rápido con voltaje delta negativo y control de temperatura de la batería que le permite cargar de una a cuatro (en combinaciones arbitrarias) baterías AA, así como una o dos baterías AAA. El primero se puede cargar tanto con una corriente de 565 mA como con 1275 mA (si no hay más de dos baterías), el segundo con una corriente de 310 mA por celda. Durante varios años de uso regular, este cargador ha demostrado de manera convincente su alta eficiencia y compatibilidad con cualquier batería, lo que llevó a su elección para la prueba. Para evitar la pérdida de capacidad por autodescarga, en todas las pruebas, excepto en la propia prueba de autodescarga, las baterías se cargan inmediatamente antes del inicio de las mediciones.

Las mediciones en corriente continua dan una imagen lógica (se muestra un ejemplo en el gráfico anterior): el voltaje en las celdas disminuye rápidamente en los primeros minutos de la prueba, luego alcanza un nivel más o menos constante, y al final de la prueba, en el último porcentaje de la carga, vuelve a caer rápidamente.

Un lugar algo menos común son las mediciones en una corriente pulsada. La figura anterior muestra una sección muy ampliada del gráfico obtenido en dicha prueba: las caídas de voltaje en él corresponden al encendido de la carga, las subidas al apagado. A partir de este gráfico, es fácil calcular la resistencia interna de la batería: como puede ver, con una amplitud de corriente de 2,5 A, el voltaje cae 0,1 V, respectivamente, la resistencia interna es 0,1 / 2,5 \u003d 0,04 Ohm \ u003d 40 mOhmios. La importancia de este parámetro quedará más clara en nuestros artículos posteriores, en los que compararemos diferentes tipos de baterías y acumuladores entre sí, pero por ahora, solo notaremos que una gran resistencia interna provoca no solo una "caída" de voltaje bajo carga, sino también una pérdida de energía almacenada en las baterías para calentarse.

En una escala completa, los pulsos se fusionan entre sí en una banda continua, cuyo límite superior corresponde al voltaje de la batería sin carga, el inferior, con carga. Por la forma de esta tira, uno puede estimar no solo el tiempo de operación del elemento bajo una carga de impulso fuerte, sino también la dependencia de su resistencia interna de la profundidad de descarga: por ejemplo, como puede ver, la resistencia de un La batería Sony Ni-MH es casi constante y comienza a crecer solo cuando está completamente descargada. Buen resultado.

Como seguramente notarán muchos de nuestros lectores, hemos elegido modos de descarga muy duros: una corriente de 2,5 A es muy grande, y una pausa de 6 segundos entre pulsos no permite que el elemento "descanse" correctamente (como mencionamos anteriormente, las baterías, habiendo "descansado" un poco, pueden restaurar parcialmente su capacidad). Sin embargo, esto se hizo a propósito para mostrar las diferencias entre baterías de diferentes tipos y diferentes calidades de la manera más clara y clara posible. Para acercarnos a las condiciones de funcionamiento más suaves del mundo real, así como a las condiciones en las que los fabricantes de baterías miden su capacidad, agregamos a la prueba modos de descarga con una corriente directa relativamente pequeña.

Por cierto, los propios fabricantes suelen indicar los modos de descarga de la misma manera que los de carga, en proporción a la capacidad del elemento. Digamos que se supone que las mediciones periódicas de la capacidad de la batería se realizan a una corriente de 0,2 C, es decir, 540 mA para una batería de 2700 mAh, 500 mA para una batería de 2500 mAh, etc. Sin embargo, dado que las baterías del mismo factor de forma en nuestras pruebas tienen características bastante similares, decidimos probarlas con corrientes fijas que no dependen de la capacidad de la placa de identificación de una instancia en particular; esto simplifica enormemente la presentación y comparación de resultados.

Y dado que estamos hablando de capacidad, vale la pena mencionar el engaño de una unidad tan generalmente aceptada como el amperio-hora. El hecho es que la energía almacenada en la batería está determinada no solo por cuánto tiempo mantuvo una corriente dada, sino también por qué voltaje tenía al mismo tiempo; por lo tanto, es bastante obvio que una batería de litio con una capacidad de 3 A * h y un voltaje de 3 B es capaz de almacenar el doble de energía que una batería con la misma capacidad de 3 A * h, pero con un voltaje de 1,5 V. Por lo tanto, es más correcto indicar la capacidad no en amperios-hora, sino en vatios-hora, obteniéndolos a través de la integral de la dependencia del voltaje de la batería en el tiempo de descarga en su corriente continua. Además de tener en cuenta naturalmente los diferentes voltajes operativos de los diferentes elementos, esta técnica también le permite tener en cuenta qué tan bien este elemento en particular mantuvo el voltaje bajo carga. Digamos que si dos baterías se descargaron a 0,7 V en 60 minutos, pero la primera batería estuvo a 1,1 V durante la mayor parte de ese tiempo, y la segunda a 0,9 V, está claro que la primera tiene una gran capacidad real, a pesar de que que el tiempo total de su descarga es el mismo. Esto es especialmente importante a la luz del hecho de que la mayoría de los modernos dispositivos electrónicos consumo no constante Actual, y una constante energía- y los elementos con alto voltaje en ellos funcionarán en modos más favorables.

Más cerca de la práctica: ejemplos de consumo de energía

Por supuesto, además de las pruebas abstractas de baterías con una carga controlada, nos interesaba saber cómo consumen corriente los dispositivos reales. Para aclarar este problema, después de mirar alrededor del espacio circundante, seleccionamos al azar un conjunto de objetos alimentados por varias baterías.

Solo una parte de este conjunto.

Si el dispositivo consumía más o menos corriente continua, las medidas se realizaban con un multímetro digital Uni-Trend UT70D convencional en modo amperímetro. Si la corriente de consumo cambiaba mucho, la medimos conectando una derivación de baja resistencia entre el dispositivo y las baterías que lo alimentaban, cuya caída de voltaje fue registrada por el osciloscopio Velleman PCSU1000.

Los resultados se presentan en la siguiente tabla:

Bueno, entre nuestros dispositivos también había bastante "glotones": una linterna, una cámara y una linterna con una lámpara incandescente. Si este último consumía los 700 mA que se le asignaban de manera constante y continua, entonces la naturaleza del consumo de energía de los dos primeros resultó ser más interesante.

El valor de la división vertical en los oscilogramas de abajo es 200 mA, el cero corresponde a la primera división desde abajo.

Cámara
Valor de división de forma de onda - 200 mA

En modo normal, la Canon PowerShot A510, alimentada por dos pilas AA, consumía unos 800 mA, mucho, pero no un récord. Sin embargo, al encender (el primer grupo de picos angostos en el oscilograma), mover la lente (el segundo grupo de picos) y enfocar (el tercer grupo), la corriente podría aumentar en más de una vez y media, hasta 1.2 ... 1.4 A. Curiosamente, inmediatamente después de presionar el "obturador", el consumo de energía de la cámara ha disminuido: cuando graba el cuadro que acaba de tomar en una unidad flash, la pantalla se apaga automáticamente. Sin embargo, tan pronto como se registró el cuadro, el consumo volvió a subir a 800 mA.

destello de foto
Valor de división de forma de onda - 100 mA

El flash Pentax AF-500FTZ (cuatro elementos de formato AA) consumió corriente aún más interesante: era casi cero en los períodos entre disparos, creció instantáneamente a 700 mA inmediatamente después del disparo (tal momento fue capturado en el oscilograma de arriba), y luego durante 10. ..15 segundos disminuyó suavemente hasta cero (la línea rasgada del oscilograma se debió al hecho de que el flash consume corriente a una frecuencia de aproximadamente 6 kHz). Al mismo tiempo, el flash mostró una clara relación entre el tiempo de caída de la corriente y el voltaje de los elementos que lo alimentan: dado que tenía que acumular una cierta cantidad de energía cada vez, cuanto más bajaba el voltaje de suministro bajo carga, más tiempo necesario para acumular la reserva requerida. Esto, por cierto, ilustra bien uno de los roles de la resistencia interna de las baterías: cuanto más pequeña es, menos, en igualdad de condiciones, el voltaje caerá y más rápido podrá tomar el siguiente cuadro con un flash.

En nuestros próximos artículos, donde consideraremos tipos e instancias específicas de baterías y acumuladores, una idea aproximada de las necesidades energéticas. diferentes dispositivos nos ayudará a determinar qué baterías son adecuadas para ellos.

En la etapa actual, existen muchas baterías que tienen una composición química diferente y, debido a la presencia de ciertos elementos en ellas, su propio características y beneficios operativos. Las baterías de níquel-cadmio existen desde hace mucho tiempo. Pero siguen siendo populares y necesarios en diversas esferas de la actividad humana.

De la historia de la creación

Las primeras pilas alcalinas de Ni-Cd aparecieron a finales del siglo XX. Fueron inventados por el científico sueco Waldmar Jungner, usando níquel como carga positiva y cadmio como negativa. A pesar de los beneficios obvios de esta invención, en ese momento la producción en masa de tales baterías era muy cara y requería mucha energía. Por lo tanto, se pospuso por un período de casi 50 años.

Los años 30 del siglo pasado son notables porque fue entonces cuando se creó la técnica para introducir materiales químicamente activos de placas en un electrodo poroso recubierto de níquel. La producción en masa de baterías de Ni-Cd comenzó después de los años 50.

Características y ventajas clave

Las baterías de níquel-cadmio, en la mayoría de los casos, tienen forma cilíndrica. Por lo tanto, en la gente común a menudo se les llama "bancos". También hay pilas planas de Ni, por ejemplo, para relojes. Todas las celdas de carga de este tipo tienen una capacidad relativamente pequeña en comparación con (Ni-MH), que apareció mucho más tarde para mejorar las baterías de Ni-Cd.

Sin embargo, la menor capacidad no es una desventaja que podría ser la razón por la cual la buena batería de cadmio se elimine por completo. Una de sus indudables ventajas es que durante el funcionamiento no se calienta tan rápido como el MH. Esto reduce en gran medida el riesgo de sobrecalentamiento y fallas prematuras.

El proceso de calentamiento más lento de Ni-Cd se debe a que las reacciones químicas que ocurren en su interior son endotérmicas. En otras palabras, el calor liberado durante las reacciones se absorbe internamente. En cuanto a MH, se diferencian de los de cadmio en reacciones exotérmicas con liberación de una gran cantidad de calor. En este sentido, MH se calienta mucho más rápido y puede "quemarse" si no se detiene a tiempo.

Las baterías de Ni-Cd tienen una carcasa de metal denso, que se caracteriza por una mayor resistencia y una buena hermeticidad. Son capaces de resistir cualquier reacción química en el interior y soportar altas presiones de gas incluso en las peores condiciones. Hasta que la temperatura baje a -40°C. Las baterías de níquel-cadmio no están sujetas al riesgo de combustión espontánea, a diferencia de las modernas.

Entre ellos hay baterías de Ni industriales potentes y fiables que pueden funcionar completamente durante 20-25 años. Y, a pesar de que esta batería ha sido reemplazada durante mucho tiempo por MH y litio mayor capacidad, las baterías de Ni-Cd continúan utilizándose activamente hasta el día de hoy.

Si hablamos de la categoría de precio, el costo de Ni-Cd es significativamente más bajo que otras baterías. Esta es también una de sus principales ventajas.

Ámbito de aplicación

Las baterías pequeñas de Ni-Cd se usan ampliamente para alimentar varios electrodomésticos y equipos, principalmente en los casos en que un dispositivo en particular consume una gran cantidad de corriente. Los "bancos" estándar aún garantizan el funcionamiento de taladros y destornilladores eléctricos. Elementos tallas grandes indispensable en el transporte público. Por ejemplo, en trolebuses o tranvías para alimentar sus circuitos de control, en el transporte marítimo y especialmente en la aviación como fuentes de corriente secundaria a bordo.

Características de operación

Dado que las baterías de Ni-Cd solo se calientan notablemente cuando están completamente cargadas, la mayoría de los dispositivos "entienden" esto como una señal para detener la carga. Para que funcionen durante más tiempo, se recomienda cargarlas rápidamente y usarlas hasta que se descarguen por completo: a diferencia de las MH, las baterías de níquel-cadmio de descarga profunda no tienen miedo.

Este tipo de batería es la única batería que se recomienda almacenar completamente descargada, mientras que las baterías MH deben almacenarse completamente cargadas y necesitan verificar periódicamente el voltaje en la salida. Tal diferencia, con una diferencia significativa en el funcionamiento, es sin duda otro punto evidente a favor del Ni-Cd.

Cuando se almacena durante mucho tiempo sin usar en forma descargada, no le sucederá nada terrible a las baterías. Pero para traerlos condiciones de trabajo, es necesario realizar un ciclo completo de carga-descarga con ellos dos o tres veces. Es mejor hacer esto poco antes del uso, es posible por un día, y luego las baterías de níquel-cadmio funcionarán con una salida de corriente óptima.

Cualquier Ni-Cd utilizado en la vida cotidiana, cuando se alimenta con una pequeña cantidad de corriente y periódicamente se descarga de forma incompleta, puede perder capacidad significativamente, lo que da la impresión de salida completa Batería fuera de servicio. Si Ni-Cd ha estado cargándose durante mucho tiempo, por ejemplo, en un dispositivo con comida constante, también perderá cierto indicador de capacitancia, aunque su nivel de voltaje, al mismo tiempo, será correcto.

Esto significa que no vale la pena usar Ni-Cd en el modo de recarga constante y "descarga insuficiente", y si esto le sucediera a la batería, un ciclo de descarga profunda seguido de una carga completa será suficiente para que la capacidad se recupere. restaurado

Este efecto se denomina "efecto memoria" y ocurre cuando una batería parcialmente descargada se recarga antes de que se descargue por completo. El hecho es que los llamados electrodos prensados ​​​​se utilizan en la producción de baterías de níquel-cadmio. Esto es muy conveniente, ya que "prensar" es de alta tecnología y más barato. Pero es precisamente su composición química la que tiende al "efecto memoria", es decir, a la aparición en la composición electroquímica de la batería de una doble capa eléctrica "extra" en forma de grandes cristales, lo que provoca una disminución en voltaje

Es por eso que las celdas de Ni-Cd "aman" tanto una descarga completa y profunda, después de lo cual, habiendo "borrado la memoria", pueden funcionar por completo durante mucho tiempo.

Recuperación de una batería de níquel-cadmio

Recuperación de agua

Puede intentar restaurar el rendimiento de las baterías de Ni-Cd utilizando el electrolito más común en forma de agua destilada.

Para hacer esto, necesita algunas herramientas y dispositivos simples:

• ácido de soldadura ;
• jeringuilla desechable ;
  soldador;
• un poco de agua destilada .

Por lo general, el paquete de baterías dentro de un taladro o destornillador parece un montón de varias "latas" de metal envueltas en papel grueso. Para comprender qué "banco" en el paquete es el más débil, primero debe medir el voltaje en los polos de cada elemento. ¿Cómo verificar el voltaje? Muy sencillo, utilizando un multímetro o tester. La mayoría de las veces, el indicador de voltaje para las "latas" más débiles es cercano o igual a cero.

Para iniciar el proceso de recuperación, debe perforar un pequeño orificio en la batería, después de liberarla del papel o la etiqueta. Esto se puede hacer con un destornillador utilizando un tornillo autorroscante n.º 16 afilado. Es importante tener cuidado de no dañar el interior de la batería, sino perforar solo su capa exterior.

En este caso, vale la pena señalar una ventaja innegable más: en tales baterías, debido a su diseño, mayor hermeticidad y características de reacciones químicas en curso, no se produce una combustión espontánea. Por lo tanto, los métodos de devolución de aficionados celdas de níquel-cadmio a la vida son seguras, a diferencia de realizar este tipo de manipulación con las modernas baterías de litio, que son propensas a explosiones e hinchamientos.

Se extrae 1 ml de agua destilada en una jeringa desechable y la batería se llena gradualmente con ella. En este caso, es importante no apresurarse, para asegurarse de que el agua penetre gradualmente en la batería. Se necesita agua destilada para regresar y crear la densidad de electrolito necesaria dentro de la batería. Después de llenar el agua, el orificio se cierra con ácido de soldadura, que se toma en un fósforo y se sella con un soldador bien calentado.

Algunos artesanos argumentan que si en lugar de agua destilada, se vierte electrolito de linternas de minería en la batería, la batería funcionará mucho mejor y por más tiempo.

En conclusión, debe volver a medir el voltaje con un multímetro y cargar la batería. Por supuesto, una batería soldada no durará mucho, pero puede ayudar a ganar algo de tiempo antes de comprar una nueva.

Recuperación de zapping

Para las baterías de níquel-cadmio, existe un método de recuperación probado, pero muy arriesgado, llamado zapping. Su esencia radica en el hecho de que las baterías están sujetas a breves descargas de corrientes muy altas, diez veces superiores a la norma. Cada elemento es literalmente "quemado" por pulsos de corriente de segundos cortos de 10, 20 amperios y más.

Zapear requiere un buen aficionado a la electrónica y precauciones de seguridad en forma de gafas y, preferiblemente, monos. Se pretende restaurar elementos que no han sido utilizados durante 20 años o más. Tenga en cuenta que el zapping solo se aplica a las baterías de níquel-cadmio. No se recomienda la recuperación de baterías Ni-MH de esta manera.

Ciclo de descarga-carga

Para eliminar el "efecto memoria" , necesitar descargue la batería a 0.8-1 voltios, luego cárguela completamente nuevamente . Si la batería no se ha restaurado durante mucho tiempo, se pueden realizar varios ciclos de este tipo y, para minimizar el "efecto memoria", es recomendable entrenar la batería de esta manera una vez al mes.

En cuanto al popular método de la "escuela", que consiste en congelar baterías de NiCd o NiMH en el congelador, a pesar de que la efectividad de este método es muy dudosa, puede encontrar mucha información en la red sobre la "recuperación" de las baterías. colocándolos en el refrigerador. De hecho, es mejor usar el método de restauración de elementos con agua destilada; al menos en este caso, habrá muchas más posibilidades de reanimarlos.

Por lo tanto, las baterías de níquel-cadmio no son inferiores a las baterías modernas en una serie de ventajas de sus características técnicas. Todavía son confiables, duraderos, económicos y extremadamente seguros de usar.

Los principales tipos de baterías:

Baterías de Ni-Cd Níquel Cadmio

Para las herramientas inalámbricas, las baterías de níquel-cadmio son el estándar de facto. Los ingenieros son muy conscientes de sus ventajas y desventajas, en particular, las baterías de níquel-cadmio Ni-Cd contienen cadmio, un metal pesado de mayor toxicidad.

Las baterías de níquel-cadmio tienen el llamado "efecto memoria", cuya esencia se reduce al hecho de que cuando se carga una batería descargada de forma incompleta, su nueva descarga solo es posible hasta el nivel desde el que se cargó. En otras palabras, la batería "recuerda" el nivel de carga residual a partir del cual se cargó por completo.

Por lo tanto, al cargar una batería de Ni-Cd descargada de forma incompleta, su capacidad disminuye.

Hay varias formas de lidiar con este fenómeno. Describiremos solo la forma más simple y confiable.

Cuando utilice una herramienta inalámbrica con Ni-Cd recargable las baterías deben respetarse regla simple: Cargue solo baterías completamente descargadas.

Se recomienda almacenar las baterías de Ni-Cd Níquel Cadmio en estado de descarga, de preferencia no descarga profunda, de lo contrario puede ocasionar procesos irreversibles en la batería.

Ventajas de las baterías de níquel-cadmio Ni-Cd

• Baterías de níquel-cadmio Ni-Cd de bajo precio
• Capacidad para entregar la corriente de carga más alta
• Capacidad para cargar rápidamente la batería
• Mantenga una alta capacidad de la batería hasta -20 °C
• Gran número de ciclos de carga-descarga. Con un funcionamiento adecuado, este tipo de baterías funcionan perfectamente y permiten hasta 1000 ciclos de carga-descarga o más.

Contras de las baterías de níquel cadmio Ni-Cd

• Nivel relativamente alto de autodescarga: la batería de níquel-cadmio Ni-Cd pierde alrededor del 8-10% de su capacidad en el primer día después de una carga completa.
• Durante Almacenamiento Ni-Cd Una batería de níquel-cadmio pierde entre el 8 y el 10 % de su carga cada mes.
• Después de un almacenamiento a largo plazo, la capacidad de la batería de Ni-Cd Níquel-Cadmio se restaura después de 5 ciclos de carga y descarga.
• Para prolongar la vida útil de la batería Ni-Cd Ni-Cd, se recomienda descargarla completamente cada vez para evitar el "efecto memoria".

Baterías de hidruro metálico de níquel Ni-MH

Estas baterías se ofrecen en el mercado como menos tóxicas (en comparación con Ni-Cd Níquel Cadmio pilas) y son más respetuosos con el medio ambiente, tanto en la producción como en la eliminación.

En la práctica, las baterías de hidruro metálico de níquel Ni-MH muestran una capacidad muy grande con dimensiones y peso algo más pequeños que las baterías estándar de níquel-cadmio Ni-Cd.

Debido a la eliminación casi completa del uso de tóxicos metales pesados en el diseño de las baterías de hidruro metálico de níquel Ni-MH, estas últimas después de su uso se pueden desechar de manera bastante segura y sin consecuencias ambientales.

Las baterías de hidruro de níquel-metal tienen un "efecto de memoria" ligeramente reducido. En la práctica, el "efecto memoria" es casi invisible debido a la alta autodescarga de estas baterías.

Cuando utilice baterías de hidruro metálico de níquel Ni-MH, es conveniente no descargarlas completamente durante el funcionamiento.

Guarde las baterías Ni-MH NiMH cargadas. Para interrupciones prolongadas (más de un mes) en el funcionamiento, las baterías deben recargarse.

Ventajas de las baterías de hidruro metálico de níquel Ni-MH

• Baterías no tóxicas
• Menos "efecto memoria"
• Buen rendimiento a baja temperatura.
  
• Gran capacidad en comparación con las baterías Ni-Cd Ni-Cad

Contras de las baterías de hidruro metálico de níquel Ni-MH

• Tipo de batería más caro
• La tasa de autodescarga es aproximadamente 1,5 veces mayor que las baterías Ni-Cd Ni-Cad
• Después de 200-300 ciclos de carga y descarga, la capacidad de trabajo de las baterías Ni-MH Ni-MH disminuye ligeramente
• Las baterías Ni-MH de hidruro metálico de níquel tienen una vida útil limitada

Baterías de iones de litio

La ventaja indudable de las baterías de iones de litio es el "efecto memoria" casi imperceptible.

Gracias a esta notable propiedad, la batería de iones de litio se puede cargar o recargar según sea necesario, según las necesidades. Por ejemplo, puede recargar una batería de iones de litio parcialmente descargada antes de un trabajo importante, exigente o prolongado.

Desafortunadamente, estas baterías son las baterías más caras. Además, las baterías de iones de litio tienen una vida útil limitada, independientemente del número de ciclos de carga y descarga.

En resumen, podemos suponer que las baterías de iones de litio son las más adecuadas para casos de uso intensivo constante de herramientas inalámbricas.

Ventajas de las baterías de iones de litio Li-Ion

• No hay "efecto memoria" y, por lo tanto, es posible cargar y recargar la batería según sea necesario
• Baterías de iones de litio de alta capacidad
• Baterías ligeras de iones de litio de iones de litio
• Nivel bajo récord de autodescarga: no más del 5% por mes
• Capacidad para cargar rápidamente baterías de iones de litio Li-Ion

Contras de las baterías de iones de litio de iones de litio

• El alto costo de las baterías Li-Ion Li-ion
• Reducción del tiempo de funcionamiento a temperaturas bajo cero grados centígrados
  
• Vida útil limitada

Nota

De la práctica de operar baterías de iones de litio de iones de litio en teléfonos, cámaras, etc. se puede notar que estas baterías sirven un promedio de 4 a 6 años y aguantan alrededor de 250-300 ciclos de descarga-carga durante este tiempo. Al mismo tiempo, definitivamente se notó: más ciclos de carga y descarga: ¡una vida útil más corta de las baterías de iones de litio de iones de litio!

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Durante cincuenta años completos, los dispositivos portátiles podían depender únicamente de fuentes de alimentación de níquel-cadmio para la duración de la batería. Pero el cadmio es un material muy tóxico, y en la década de 1990 la tecnología de níquel-cadmio fue reemplazada por una tecnología de hidruro de níquel-metal más respetuosa con el medio ambiente. De hecho, estas tecnologías son muy similares y la mayoría de las características de las baterías de níquel-cadmio fueron heredadas por el hidruro de níquel-metal. Sin embargo, para algunas aplicaciones, las baterías de níquel-cadmio siguen siendo indispensables y se utilizan hasta el día de hoy.

1. Baterías de níquel-cadmio (NiCd)

Inventada por Waldmar Jungner en 1899, la batería de níquel-cadmio tenía varias ventajas sobre la única batería de plomo-ácido disponible en ese momento, pero era más costosa debido al costo de los materiales. El desarrollo de esta tecnología fue bastante lento, pero en 1932 se logró un avance significativo: se utilizó como electrodo un material poroso con una sustancia activa en su interior. Se realizó una mejora adicional en 1947 y resolvió el problema de la absorción de gas, lo que hizo posible crear una batería de níquel-cadmio sellada moderna sin mantenimiento.

Durante muchos años, las baterías de NiCd han servido como fuentes de energía para radios de dos vías, equipos médicos de emergencia, cámaras de video profesionales y herramientas eléctricas. A fines de la década de 1980, se desarrollaron baterías de NiCd de ultra alta capacidad, que sorprendieron al mundo con su capacidad, un 60 % superior a la de una batería estándar. Esto se logró colocando una mayor cantidad de sustancia activa en la batería, pero también hubo desventajas: aumentó la resistencia interna y disminuyó la cantidad de ciclos de carga / descarga.

El estándar de NiCd sigue siendo una de las baterías más confiables y sencillas, y la industria de la aviación se mantiene fiel a este sistema. Sin embargo, la longevidad de estas baterías depende del mantenimiento adecuado. Las baterías de NiCd y, hasta cierto punto, de NiMH, están sujetas al efecto de "memoria", lo que conduce a una pérdida de capacidad si la batería no se recicla periódicamente. Si se viola el modo de carga recomendado, la batería parece recordar que en los ciclos de funcionamiento anteriores su capacidad no se utilizó por completo y, cuando se descarga, emite electricidad solo hasta cierto nivel. ( Ver: Cómo reparar una batería de níquel). La Tabla 1 enumera las ventajas y desventajas de una batería estándar de níquel-cadmio.

Ventajas

De confianza; alto número de ciclos con el mantenimiento adecuado La única batería capaz de realizar una carga ultrarrápida con el mínimo estrés Buenas características de carga, perdona su exageración. Larga vida útil; posibilidad de almacenamiento en estado descargado No hay requisitos especiales para el almacenamiento y el transporte. Buen comportamiento a bajas temperaturas El costo más bajo por ciclo de cualquier batería Disponible en una amplia gama de tamaños y diseños.

Defectos

Densidad de energía relativamente baja en comparación con los sistemas más nuevos efecto "Memoria"; la necesidad de un mantenimiento periódico para evitarlo El cadmio es un material tóxico, se requiere una eliminación especial Alta autodescarga; necesita recargarse después del almacenamiento Bajo voltaje de celda de 1,2 voltios, requiere la construcción de sistemas de celdas múltiples para proporcionar alto voltaje

Tabla 1: Ventajas y desventajas de las baterías de níquel-cadmio.

2. Baterías de hidruro de níquel-metal (NiMH)

La investigación sobre la tecnología de hidruro metálico de níquel comenzó ya en 1967. Sin embargo, la inestabilidad del hidruro metálico obstaculizó el desarrollo, lo que a su vez condujo al desarrollo del sistema de níquel-hidrógeno (NiH). Las nuevas aleaciones de hidruro, descubiertas en la década de 1980, resolvieron los problemas de seguridad y permitieron crear una batería con un contenido de energía específico un 40 % superior al del níquel-cadmio estándar.

Las baterías de hidruro de níquel-metal no están exentas de inconvenientes. Por ejemplo, su proceso de carga es más complicado que el de NiCd. Con una autodescarga del 20 % el primer día y luego una tasa mensual del 10 %, NiMH es uno de los líderes en su clase. Al modificar la aleación de hidruro, es posible lograr una reducción de la autodescarga y la corrosión, pero esto agregará la desventaja de reducir el consumo de energía específico. Pero en el caso del uso en vehículos eléctricos, estas modificaciones son muy útiles, ya que aumentan la fiabilidad y aumentan la duración de la batería.

3. Uso en el segmento de consumo

Las baterías de NiMH se encuentran actualmente entre las más fácilmente disponibles. Gigantes de la industria como Panasonic, Energizer, Duracell y Rayovac han reconocido la necesidad de bajo costo y batería de larga duración y ofrecen fuentes de alimentación de hidruro metálico de níquel en una variedad de tamaños, incluidos AA y AAA. Los fabricantes están trabajando duro para recuperar parte del mercado de las pilas alcalinas.

En este segmento de mercado, las baterías de hidruro de níquel-metal son una alternativa a las recargables. baterias alkalinas, que apareció en 1990, pero debido al ciclo de vida limitado y las características de carga débiles, no tuvo éxito.

La Tabla 2 compara la intensidad energética específica, el voltaje, la autodescarga y el tiempo de funcionamiento de las baterías y acumuladores en el segmento de consumo. Disponibles en AA, AAA y otros tamaños, estas fuentes de alimentación se pueden utilizar en dispositivos portátiles. Incluso si pueden tener voltajes nominales ligeramente diferentes, el estado de descarga generalmente ocurre con el mismo valor de voltaje real de 1 V. Este rango de voltaje es aceptable, ya que los dispositivos portátiles tienen cierta flexibilidad en términos de rango de voltaje. Lo principal es que es necesario usar solo el mismo tipo juntos. elementos electricos. Los problemas de seguridad y las incompatibilidades de voltaje han obstaculizado el desarrollo de baterías de iones de litio AA y AAA.

Tabla 2: Comparación de diferentes pilas AA.

* Eneloop es una marca comercial de Sanyo Corporation basada en el sistema NiMH.

La alta tasa de autodescarga de NiMH es una preocupación constante para los consumidores. linterna o dispositivo portátil con una batería de NiMH se agotará si no se utiliza durante varias semanas. Es poco probable que la propuesta de cargar el dispositivo antes de cada uso encuentre comprensión, especialmente en el caso de las linternas, que se colocan como fuentes de iluminación de respaldo. La ventaja de una batería alcalina con una vida útil de 10 años parece innegable aquí.

La batería de hidruro de níquel-metal de Panasonic y Sanyo bajo la marca Eneloop ha podido reducir significativamente la autodescarga. Eneloop se puede almacenar sin recargar seis veces más que el NiMH convencional. Pero la desventaja de una batería tan mejorada es una densidad de energía ligeramente menor.

La Tabla 3 enumera las ventajas y desventajas del sistema electroquímico de hidruro metálico de níquel. La tabla no tiene en cuenta las características de Eneloop y otras marcas de consumo.

Ventajas	30-40 por ciento más de capacidad que NiCd Menos propenso al efecto de "memoria", se puede recuperar Requisitos simples para almacenamiento y transporte; falta de regulación de estos procesos Amigable con el medio ambiente; contienen solo materiales moderadamente tóxicos El contenido de níquel hace que el reciclaje sea autosuficiente Amplio rango de temperatura de funcionamiento
Defectos	Vida útil limitada; las descargas profundas contribuyen a su reducción Algoritmo de carga sofisticado; sensible a la sobrecarga Requisitos especiales para el modo de recarga Genere calor durante la carga y descarga rápidas con cargas potentes Alta autodescarga Eficiencia de Coulomb al nivel del 65% (para comparación, para iones de litio - 99%)

Tabla 3: Ventajas y desventajas de las baterías de NiMH.

4. Baterías de hierro-níquel (NiFe)

Después de la invención de la batería de níquel-cadmio en 1899, el ingeniero sueco Waldmar Jungner continuó su investigación y trató de reemplazar el costoso cadmio con hierro más barato. Pero la baja eficiencia de carga y la excesiva gasificación de hidrógeno lo obligaron a abandonar el desarrollo de la batería NiFe. Ni siquiera patentó la tecnología.

Una batería de hierro-níquel (NiFe) utiliza óxido de níquel como cátodo, hierro como ánodo y electrolito como solución de agua hidróxido de potasio. La celda de dicha batería genera un voltaje de 1,2 V. NiFe es resistente a la sobrecarga y la descarga profunda; se puede utilizar como fuente de energía de respaldo durante más de 20 años. Resistencia a vibraciones y altas temperaturas hizo de este acumulador el más utilizado en la industria minera en Europa; también ha encontrado su uso para dar energía a la señalización ferroviaria, también se utiliza como batería de tracción para cargadores. Cabe señalar que durante la Segunda Guerra Mundial, fueron las baterías de hierro y níquel las que se utilizaron en el cohete alemán V-2.

NiFe tiene una potencia específica baja de aproximadamente 50 W/kg. Además, las desventajas incluyen un bajo rendimiento a bajas temperaturas y alta tasa autodescarga (20-40 por ciento por mes). Es esto, junto con Alto costo producción, alienta a los fabricantes a mantenerse fieles a las baterías de plomo-ácido.

Pero el sistema electroquímico de hierro-níquel se está desarrollando activamente y en un futuro próximo puede convertirse en una alternativa al plomo-ácido en algunas industrias. El modelo experimental del diseño de láminas parece prometedor, logró reducir la autodescarga de la batería, se volvió prácticamente inmune a los efectos nocivos de la sobrecarga y la carga insuficiente, y se espera que su vida útil sea de 50 años, que es comparable a la vida útil de 12 años de una batería de plomo-ácido en el modo de trabajo con descargas cíclicas profundas. El precio esperado de una batería NiFe de este tipo sería comparable al de una batería de iones de litio y solo cuatro veces el precio de una batería de plomo-ácido.

baterías NiFe, así como NiCd y NiMH, requieren reglas de carga especiales: la curva de voltaje tiene una forma sinusoidal. En consecuencia, utilice el cargador para plomo-ácido o iones de litio la batería no se va a salir, incluso puede hacer daño. Como todas las baterías a base de níquel, NiFe teme la sobrecarga: provoca la descomposición del agua en el electrolito y provoca su pérdida.

La capacidad de una batería de este tipo, reducida como resultado de un uso inadecuado, puede recuperarse aplicando corrientes de descarga elevadas (en proporción con el valor de la capacidad de la batería). Este procedimiento debe realizarse hasta tres veces con un período de descarga de 30 minutos. También debe controlar la temperatura del electrolito; no debe exceder los 46 ° C.

5. Baterías de níquel-zinc (NiZn)

Una batería de níquel-zinc es similar a una batería de níquel-cadmio en que utiliza un electrolito alcalino y un electrodo de níquel, pero difiere en el voltaje: NiZn proporciona 1,65 voltios por celda, mientras que NiCd y NiMH tienen 1,20 voltios por celda. Es necesario cargar una batería de NiZn con una corriente constante con un valor de voltaje de 1,9 V por celda, también vale recordar que este tipo de batería no está diseñada para funcionar en modo recarga. El consumo de energía específico es de 100 W/kg y el número de ciclos posibles es de 200 a 300 veces. NiZn no contiene materiales tóxicos y puede reciclarse fácilmente. Disponible en varios tamaños, incluyendo AA.

En 1901, Thomas Edison recibió una patente estadounidense para una batería recargable de níquel-zinc. Más tarde, sus diseños fueron perfeccionados por el químico irlandés James Drumm, quien instaló estas baterías en vagones que recorrieron la ruta Dublin Brae desde 1932 hasta 1948. NiZn no estaba bien desarrollado debido a su fuerte autodescarga y ciclo de vida corto causado por la formación dendrítica, que a menudo también provocaba cortocircuitos. Pero la mejora de la composición del electrolito ha reducido este problema, lo que dio lugar a considerar de nuevo el NiZn para uso comercial. Bajo costo, alta potencia de salida y amplia gama Las temperaturas de funcionamiento hacen que este sistema electroquímico sea extremadamente atractivo.

6. Baterías de níquel-hidrógeno (NiH)

Cuando comenzó el desarrollo de las baterías de hidruro de níquel-metal en 1967, los investigadores se enfrentaron a la inestabilidad de las hidritas metálicas, lo que provocó un cambio hacia el desarrollo de una batería de níquel-hidrógeno (NiH). La celda de una batería de este tipo incluye un electrolito encapsulado en un recipiente, electrodos de níquel e hidrógeno (el hidrógeno está encerrado en un cilindro de acero bajo una presión de 8207 bar).

En la segunda mitad del siglo XX, algunas de las mejores baterías recargables fuentes químicas actuales eran baterías recargables fabricadas con tecnología de níquel-cadmio. Todavía se usan ampliamente en varios campos debido a su confiabilidad y sencillez.

Mantenimiento

¿Qué es una batería de níquel cadmio?

Las baterías de níquel-cadmio son fuentes de corriente galvánicas recargables que fueron inventadas en 1899 en Suecia por Waldmar Jungner. Hasta 1932, su uso práctico era muy limitado debido al alto costo de los metales utilizados en comparación con las baterías de plomo-ácido.

La mejora en la tecnología de su producción condujo a una mejora significativa en su rendimiento e hizo posible en 1947 crear un sellado batería sin mantenimiento con excelente ambientación.

El principio de funcionamiento y el dispositivo de la batería Ni-Cd.

Estas baterías producen energía eléctrica debido al proceso reversible de interacción del cadmio (Cd) con el óxido-hidróxido de níquel (NiOOH) y el agua, lo que resulta en la formación de hidróxido de níquel Ni (OH) 2 e hidróxido de cadmio Cd (OH) 2, provocando la aparición fuerza electromotriz.

Las baterías de Ni-Cd se fabrican en cajas selladas, que contienen electrodos separados por un separador neutro que contiene níquel y cadmio, que se encuentran en una solución de un electrolito alcalino gelatinoso (generalmente hidróxido de potasio, KOH).

El electrodo positivo es una malla o lámina de acero recubierta con una pasta de hidróxido de óxido de níquel mezclada con un material conductor.

El electrodo negativo es una malla de acero (lámina) con cadmio poroso prensado.

Una celda de níquel-cadmio es capaz de entregar un voltaje de aproximadamente 1,2 voltios, por lo tanto, para aumentar el voltaje y la potencia de las baterías, en su diseño se utilizan muchos electrodos conectados en paralelo separados por separadores.

Especificaciones y qué son las baterías Ni-Cd

Las baterías Ni-Cd tienen las siguientes especificaciones:

• el voltaje de descarga de un elemento es de aproximadamente 0,9-1 voltios;
• la tensión nominal del elemento es de 1,2 v, para obtener tensiones de 12v y 24v se utiliza una conexión en serie de varios elementos;
• voltaje de carga completa - 1.5-1.8 voltios;
• temperatura de funcionamiento: de -50 a +40 grados;
• el número de ciclos de carga y descarga: de 100 a 1000 (en las baterías más modernas, hasta 2000), según la tecnología utilizada;
• nivel de autodescarga: del 8 al 30% en el primer mes después de una carga completa;
• intensidad energética específica - hasta 65 W*h/kilogramo;
• La vida útil es de unos 10 años.

Las baterías de Ni-Cd se fabrican en varios estuches de tamaños estándar y en versiones no estándar, incluidas las herméticas en forma de disco.

¿Dónde se utilizan las baterías de níquel cadmio?

Estas baterías se utilizan en dispositivos que consumen mucha corriente y también experimentan cargas altas durante el funcionamiento en los siguientes casos:

• en trolebuses y tranvías;
• en coches eléctricos;
• en el transporte marítimo y fluvial;
• en helicópteros y aviones;
• en herramientas eléctricas (destornilladores, taladros, destornilladores eléctricos y otros);
• máquinas de afeitar eléctricas;
• en tecnología militar;
• estaciones de radio portátiles;
• en juguetes controlados por radio;
• luces de buceo

Actualmente, debido al endurecimiento de los requisitos medioambientales, la mayoría de las baterías de tamaños populares (y otras) se fabrican utilizando tecnologías de iones de litio e hidruro metálico de níquel. Al mismo tiempo, todavía hay muchas baterías de Ni Cd de varios tamaños, lanzadas hace unos años, en funcionamiento.

Las celdas de Ni-Cd tienen una larga vida útil, a veces superior a los 10 años, y por lo tanto, aún puede encontrar este tipo de batería en una variedad de dispositivos electrónicos, además de los enumerados anteriormente.

Pros y contras de la batería Ni-Cd

Este tipo de batería tiene las siguientes características positivas:

• larga vida útil y número de ciclos de carga y descarga;
• larga vida útil y almacenamiento;
• la posibilidad de carga rápida;
• capacidad para soportar cargas pesadas y bajas temperaturas;
• mantener el desempeño en las condiciones de operación más adversas;
• bajo costo;
• la capacidad de almacenar estas baterías en un estado descargado por hasta 5 años;
• resistencia media a la sobrecarga.

Al mismo tiempo, las fuentes de alimentación de níquel-cadmio tienen una serie de desventajas:

• la presencia de un efecto memoria, manifestado en la pérdida de capacidad al cargar la batería, sin esperar a que se descargue por completo;
• la necesidad de trabajos preventivos (varios ciclos de carga y descarga) para alcanzar la capacidad máxima;
• la recuperación completa de la batería después de un almacenamiento a largo plazo requiere de tres a cuatro ciclos completos de carga y descarga;
• gran autodescarga (alrededor del 10% en el primer mes de almacenamiento), lo que lleva a una descarga casi completa de la batería durante un año de almacenamiento;
• baja densidad de energía en comparación con otras baterías;
• alta toxicidad del cadmio, por lo que están prohibidos en varios países, incluida la UE, la necesidad de eliminar dichas baterías con equipos especiales;
• más peso que las baterías modernas.

La diferencia entre las fuentes Ni-Cd y Li-Ion o Ni-Mh

Las baterías con componentes activos, incluidos el níquel y el cadmio, tienen una serie de diferencias con respecto a las fuentes de electricidad más modernas de iones de litio e hidruro metálico de níquel:

• Los elementos de Ni-Cd, a diferencia de las variantes, tienen un efecto memoria, tienen una capacidad específica menor con las mismas dimensiones;
• Las fuentes de NiCd son menos pretenciosas, permanecen operativas a temperaturas muy bajas, son muchas veces más resistentes a la sobrecarga y a las fuertes descargas;
• Las baterías de Li-Ion y Ni-Mh son más caras, temen la sobrecarga y la descarga fuerte, pero tienen una autodescarga menor;
• la vida útil y la vida útil de almacenamiento de las baterías de iones de litio (2-3 años) es varias veces menor que la de los productos de Ni Cd (8-10 años);
• Las fuentes de níquel-cadmio pierden capacidad rápidamente cuando se usan en modo de búfer (por ejemplo, en UPS). Aunque luego pueden ser completamente restaurados por descarga profunda y carga, es mejor no usar productos de Ni Cd en dispositivos donde se recargan constantemente;
• el mismo modo de carga para baterías Ni-Cd y Ni-Mh le permite usar los mismos cargadores, pero debe tener en cuenta el hecho de que las baterías de níquel-cadmio tienen un efecto de memoria más pronunciado.

Según las diferencias existentes, es imposible sacar una conclusión inequívoca sobre qué baterías son mejores, ya que todos los elementos tienen fortalezas y debilidades.

Reglas de funcionamiento

Durante el funcionamiento, se producen una serie de cambios en las fuentes de alimentación de Ni Cd, que conducen a un deterioro gradual del rendimiento y, en última instancia, a una pérdida de rendimiento:

• se reduce el área útil y el peso de los electrodos;
• la composición y el volumen de los cambios de electrolito;
• hay una descomposición del separador y las impurezas orgánicas;
• pérdida de agua y oxígeno;
• hay fugas de corriente asociadas con el crecimiento de dendritas de cadmio en las placas.

Para minimizar el daño a la batería durante su funcionamiento y almacenamiento, es necesario evitar efectos adversos en la batería, que están asociados con los siguientes factores:

• la carga de una batería con carga incompleta conduce a una pérdida reversible de su capacidad debido a una disminución en el área total de la sustancia activa como resultado de la formación de cristales;
• sobrecarga fuerte regular, que conduce a sobrecalentamiento, aumento de la formación de gas, pérdida de agua en el electrolito y destrucción de los electrodos (especialmente el ánodo) y el separador;
• carga insuficiente, lo que conduce a un agotamiento prematuro de la batería;
• el funcionamiento a largo plazo a temperaturas muy bajas provoca un cambio en la composición y el volumen del electrolito, la resistencia interna de la batería aumenta y su rendimiento se deteriora, en particular, la capacidad cae.

Con un fuerte aumento de la presión dentro de la batería como resultado de una carga rápida con alta corriente y una severa degradación del cátodo de cadmio, el exceso de hidrógeno puede liberarse en la batería, lo que conduce a un fuerte aumento de la presión, lo que puede deformar la carcasa. viole la densidad de ensamblaje, aumente la resistencia interna y reduzca el voltaje de operación.

En baterías equipadas con una válvula de alivio de presión de emergencia, se puede prevenir el riesgo de deformación, pero los cambios irreversibles composición química Las baterías no se pueden evitar.

La carga de baterías de Ni Cd debe hacerse con una corriente del 10% (si necesita una carga rápida en baterías especiales - con una corriente de hasta el 100% en 1 hora) de su capacidad (por ejemplo, 100 mA con una capacidad de 1000 mAh) durante 14-16 horas. La mayoría Mejor modo su descarga - con una corriente igual al 20% de la capacidad de la batería.

Cómo restaurar la batería de Ni Cd

Las fuentes de alimentación de níquel-cadmio en caso de pérdida de capacidad se pueden restaurar casi por completo mediante una descarga completa (hasta 1 voltio por celda) y la carga posterior en modo estándar. Este entrenamiento de batería se puede repetir varias veces para la restauración más completa de su capacidad.

Si es imposible restaurar la batería al descargarla y cargarla, puede intentar restaurarla exponiéndola a pulsos de corriente cortos (decenas de veces mayores que la capacidad del elemento restaurado) durante varios segundos. Este efecto elimina el circuito interno en las celdas de la batería, que ocurre debido al crecimiento de dendritas al quemarlas con una fuerte corriente. Hay activadores industriales especiales que llevan a cabo tal impacto.

La restauración completa de la capacidad original de dichas baterías es imposible debido a cambios irreversibles en la composición y propiedades del electrolito, así como a la degradación de las placas, pero permite extender la vida útil.

El método de recuperación en el hogar consiste en llevar a cabo las siguientes acciones:

• un cable con una sección transversal de al menos 1,5 milímetros cuadrados está conectado al menos del elemento restaurado con el cátodo de una batería potente, por ejemplo, una batería de automóvil o de un UPS;
• un segundo cable está firmemente conectado al ánodo (más) de una de las baterías;
• durante 3-4 segundos, el extremo libre del segundo cable toca rápidamente el terminal positivo libre (con una frecuencia de 2-3 toques por segundo). En este caso, es necesario evitar la soldadura de cables en la unión;
• un voltímetro verifica el voltaje en la fuente que se está restableciendo, si está ausente, se realiza otro ciclo de recuperación;;
• cuando aparece una fuerza electromotriz sobre la batería, ésta se carga;

Además, puede intentar destruir las dendritas de la batería congelándolas durante 2 o 3 horas, seguidas de golpes bruscos. Cuando se congelan, las dendritas se vuelven quebradizas y se destruyen por impacto, lo que en teoría puede ayudar a deshacerse de ellas.

También existen métodos de restauración más extremos asociados con la adición de agua destilada a elementos antiguos mediante la perforación de su caja. Pero la provisión completa de la estanqueidad de tales elementos en el futuro es muy problemática. Por lo tanto, no vale la pena ahorrar y poner en riesgo su salud por intoxicación con compuestos de cadmio debido a la ganancia de varios ciclos de trabajo.

Almacenamiento y eliminación

Es mejor almacenar las baterías de níquel-cadmio descargadas a baja temperatura en un lugar seco. Cuanto menor sea la temperatura de almacenamiento de tales baterías, menos autodescarga tendrán. Los modelos de alta calidad se pueden almacenar hasta 5 años sin daños significativos en las características técnicas. Para ponerlos en funcionamiento, basta con cargarlos.

Las sustancias nocivas contenidas en una batería AA pueden contaminar unos 20 metros cuadrados de territorio. Para la disposición segura de las baterías de Ni Cd, se deben llevar a los centros de reciclaje, desde donde se transportan a las fábricas, donde se deben destruir en hornos especiales sellados y equipados con filtros que atrapan las sustancias tóxicas.

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