Аккумуляторы для портативной цифровой техники

Если уж узнавать, то с самого начала и до конца. Пригодится, поскольку мы пользуемся далеко не только сотовыми телефонами, но и другой цифровой «мелочёвкой», которую время от времени приходится подкармливать.

Начнём с того, что в качестве источников питания в портативных цифровых устройствах применяются как неперезаряжаемые сухие элементы, так и перезаряжаемые аккумуляторы. По размерам корпуса сухие элементы подразделяются на несколько типов. Чаще всего мы пользуемся элементами формата ААА и АА. Перезаряжаемые аккумуляторы также могут быть выполнены в корпусах типоразмеров ААА и АА (говоря проще «самые тонкие» и «тонкие батарейки»), или в нестандартном фирменном конструктиве (что мы и наблюдаем в сотовых телефонах).

Любой автономный источник питания устроен следующим образом. Внутри металлического стакана установлен стержень, изолированный от стенок стакана пористой бумажной (картонной, пластиковой) прокладкой, пропитанной электролитом. Стакан служит анодом, стержень - катодом. В процессе зарядки аккумулятора на поверхности катода накапливается электрический потенциал. При подключении элемента к замкнутой электрической цепи ионы электролита переносят электрические заряды с катода на анод, в результате чего и возникает электрический ток. Характеристики элемента питания - емкость, сила тока, выдаваемое напряжение - зависят от материала, из которого изготовлены электроды, и от химического состава электролита.

Самые дешевые и повсеместно распространенные - угольно-цинковые сухие элементы. В этих элементах катодом служит графитовый стержень, а анодом - цинковый стакан. В качестве электролита используется раствор кислоты, которым пропитывается бумажная прокладка. Из-за небольшой емкости угольно-цинковые элементы в цифровой технике не применяются вовсе. Их применение ограничено дешёвыми кассетными плеерами, карманными фонариками и другой простой техникой, в которой ток разряда не достигает больших величин. Дело ещё и в том, что при разряде угольно-цинковые элементы склонны к газообразованию. Бурно выделяющийся из электролита водород способен разгерметизировать элемент, при этом кислота, содержащаяся в электролите может серьёзно повредить электрические схемы устройства. К слову – это единственные кислотные источники тока, которые выпускаются для портативной техники. Все остальные источники постоянного тока относятся к щелочным.

Значительно большей емкостью, нежели угольно-цинковые, обладают марганцево-цинковые щелочные неперезаряжаемые элементы, именуемые так же алкалиновыми. В качестве катода в этих элементах работает цинковый стержень, анод изготовлен из двуокиси марганца. Электролитом служит раствор щелочи, который при разряде не выделяет газа (заметим, только не при коротком замыкании, при котором ток разряда достигает максимальной величины). Поэтому корпус элемента изготовлен герметичным и для сложной электроники опасности не представляет.

Третий тип сменных неперезаряжаемых сухих элементов — литиевые. Анод этих элементов изготовлен из металлического лития, а изолирующая бумажная прокладка пропитана электролитом на основе органических веществ. Литиевые элементы отличаются очень большой энергоемкостью, самым низким показателем саморазряда в нерабочем (неподключенном) состоянии, способностью отдавать максимальный ток за короткий промежуток времени (у других типов элементов большой ток разряда приводит к разрушению металлического стакана и, соответственно, к потере герметичности).

Литиевые элементы, как и алкалиновые, производятся в корпусах формата ААА и АА, но чаще они выполнены в дисковом или в специальном цилиндрическом (например, тип CR2) конструктиве. Дисковые элементы применяются в персональных компьютерах в качестве источника резервного питания для сохранения информации об установках базовой системы ввода-вывода (BIOS) и поддержания хода внутренних кварцевых часов. Литиевые элементы в цилиндрических конструктивах применяются в качестве основного источника питания в пленочных фотоаппаратах, в которых мотор перемотки пленки и двигатель фокусировки объектива в момент срабатывания потребляют токи большой величины. Недостатками неперезаряжаемых литиевых элементов являются их относительная дороговизна и небезопасная эксплуатация. Повреждение корпуса элемента (удар или прокалывание острым предметом) приводит к быстрому разогреву и даже к взрыву.

Остаётся сказать, что ёмкость кислотных угольно-цинковых сухих элементов не превышает 600 (чаще 300), а алкалиновых может достигать 2000 и более mAh (миллиампер в час). Емкость стандартных литиевых элементов, которые применяются в плёночных фотоаппаратах, порядка 1000-1500 mAh. Но для обладателей плееров и тем более сотовых телефонов это, скорее всего, не самая актуальная информация. Телефоны на сменных элементах питания в конце 90-х годов выпускала Motorola. Сегодня подобной технике вроде бы нет вообще (но есть много другой, которую мы не упомянули – например, аналоговые и цифровые радиоприёмники, навигаторы GPS, велокомпьютеры и так далее)…

Теперь об аккумуляторах. В цифровой технике используются только щелочные аккумуляторы следующих четырех типов - никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные и литий-полимерные. Свинцовые аккумуляторы с кислотным электролитом (автомобильные), несмотря на высокую энергоемкость и долговечность, в цифровой технике не используются. Но их можно обнаружить в импульсных блоках резервного (бесперебойного) питания для персональных компьютеров.

Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd) практически вышли из употребления (сегодня из выпускает только Sanyo), хотя они обладают отличной энергоемкостью и очень долговечны (поскольку не подвержены эффекту старения, как литиевые аккумуляторы, поэтому их можно покупать про запас). Это самые доступные по цене аккумуляторы, но при этом их практическое использование затруднено из-за проявления эффекта «памяти». Суть этого эффекта в том, что если не до конца разряженный аккумулятор зарядить, то его емкость уменьшится до значения остаточного заряда. Чтобы восстановить такой аккумулятор придется устроить ему тренировочный цикл заряда/разряда, то есть несколько раз полностью разрядить и полностью зарядить батарею.

Эффект «памяти», пусть и в меньшей степени, но всё же проявляется и в перезаряжаемых источниках питания другого типа - в никель-металлгидридных аккумуляторах (Ni-Mh). Заявление производителей о том, что никель-металлгидридные аккумуляторы полностью избавлены от эффекта «памяти», опровергается практикой, особенно в ходе эксплуатации не совсем новых элементов. Во избежание резкого снижения энергоемкости никель-металлгидридный аккумулятор следует время от времени подвергать тренировке, то есть разряжать его до минимального значения напряжения и потом полностью заряжать (лучше всего ежемесячно).

И никель-кадмиевые, и никель-металлгидридные аккумуляторы обладают достаточной для цифровой портативной техники энергоемкостью. Элементы формата АА, к примеру, выпускаются емкостью до 3200 мАч. Комплект никель-металлгидридных аккумуляторов при ежедневном использовании прослужит около 2 лет, поскольку аккумуляторы этого типа выдерживают до 600 циклов заряда/разряда. Если аккумуляторы используются не столь интенсивно, срок их службы увеличится. Более того, новые, еще ни разу не использованные аккумуляторы, или не очень изношенные элементы можно хранить довольно продолжительное время без риска снижения их емкости. Для этого аккумуляторы надо полностью зарядить и положить в тёмное прохладное место. Добавим, что никель-металлгидридные аккумуляторы самый распространённый тип перезаряжаемых элементов в формате АА и ААА. Именно они чаще всего работают в цифровых фотоаппаратах начального уровня (для техники Canon, к примеру, это камеры с индексом «Аххх»), в цифровых плеерах, диктофонах, радиоприёмниках, минидисковых плеерах.

А вот приобретать в запас литий-ионные аккумуляторы, которыми снабжены все сотовые телефоны, смартфоны, цифровые фотоаппараты среднего и старшего уровня, все плееры MP3 на основе винчестеров и некоторые на основе флэш-памяти, не стоит. Этот тип аккумуляторов обладает высокой энергоемкостью и отличается стабильностью параметров в процессе эксплуатации. После года интенсивной эксплуатации литий-ионный аккумулятор потеряет не более 30 процентов от первоначальной ёмкости (что очень хорошо в сравнении с другими аккумуляторами). Он способен выдержать около 1000 циклов заряда/разряда, но… Но на его долговечности сказывается не только интенсивность эксплуатации. Литий- ионный аккумулятор деградирует и при полном бездействии. Срок его службы обычно не превышает 3 лет.

Наконец, новейший, получивший распространение в последние годы, тип аккумуляторов — литий-полимерные батареи. Они обладают всеми достоинствами литий-ионных аккумуляторов, но при этом меньше по размерам. Если батарея литий-ионных аккумуляторов состоит из тонких стандартных цилиндрических элементов, то литий-полимерная батарея может быть любой формы (причём, не только прямоугольной). Однако, срок службы полимерных аккумуляторов еще меньше, чем у литий-ионных, и редко превышает 2-2,5 года, при тех же 1000 циклах заряда/разряда.

Иногда возникает необходимость увеличить время работы телефона (цифрового фотоаппарата, другого устройства). Проще всего это сделать, купив второй аккумулятор. Зачастую азиатские производители (LG, Samsung) вкладывают в коробку с новым телефоном второй аккумулятор (пример – великолепный смартфон с 3-гигабайтным микровинчестером Samsung SGH-i300). Как быть в этом случае? Как правильно хранить вторую батарею, чтобы преждевременно её не потерять? Здесь ситуация обратная хранению никель-металлгидридных аккумуляторов. Литиевый аккумулятор лучше держать разряженным, но лишь до определённого предела, не полностью. Если никель-металлгидридные аккумуляторы (как, кстати, и кадмиевые) легко переносят глубокий разряд, для литий-ионных аккумуляторов он губителен…

Наконец, несколько практических рекомендаций. Если приходится брать цифровой фотоаппарат на зимний пленэр (или плеер на зимнюю прогулку, хотя с плеером проще, он находится в тёплом кармане), то лучше всего заменить (если есть возможность, конечно) литиевый аккумулятор никель-металлгидридным. Дело в том, что нормальный температурный режим работы всех типов аккумуляторов - от 0, до +40°С. При этом повышение температуры не столько опасно для аккумулятора, сколько для самой техники. А вот с понижением температуры ситуация иная. Никель-металлгидридные аккумуляторы способны работать при очень низких температурах (до -25°С и даже ниже), теряя при этом значительную часть ёмкости, но восстанавливая её при отогревании. Литиевые аккумуляторы обоих типов при температурах ниже 0°С быстро теряют энергию, а при -20°С саморазрушаются с выбросом щелочного электролита – то есть попросту взрываются. Оставив зимой сотовый телефон в машине на ночь, утром вы рискуете обнаружить его осколки, а заодно и попорченный электролитом салон (об опасности брызг едкого электролита для здоровья человека и говорить не стоит).

А можно ли зарядить неперезаряжаемый сухой элемент, если нечем заменить севшую «батарейку»? Можно, но не нужно. Заряжать следует только малым током от другого элемента или аккумулятора, что сводит на нет практическую пользу от этой процедуры. Зарядка в обычном сетевом зарядном устройстве дело рискованное – «батарейка» может запросто потечь (при этом электролит повредит схему зарядника). Кроме того, обычный сухой элемент может выдержать очень ограниченное число зарядок, а долговечность такого «аккумулятора» трудно предугадать. Обычно это не более 2-3 циклов…

© Николай Надеждин, Mobiset.ru

Твитнуть

Наша группа ВКонтакте - присоединяйся!

Оперативная и эксклюзивная информация - в 140 знаках! Подписывайтесь на наш канал:
Читать @Mobiset

comments powered by Disqus

Смотрите также:

Аккумуляторы для мобильных устройств