Көміртекті-мырыш батареялары мен сілтілі батареялардың өнімділігін салыстыру

Бүгінгі энергияға негізделген дәуірде портативті қуат көздерінің негізгі компоненттері ретінде батареялар әртүрлі электрондық құрылғыларда кеңінен қолданылады. Көміртекті-мырыш батареялары мен сілтілі батареялар, құрғақ батареялардың ең көп таралған түрлері ретінде, әрқайсысының өзіндік техникалық сипаттамалары мен өнімділігі бар. Бұл мақалада екі батарея түрінің өнімділігі терең салыстырылады және негізгі техникалық параметрлердің егжей-тегжейлі талдауы мен ағылшын тіліне аудармасы беріледі, бұл оқырмандарға олардың айырмашылықтары мен қолдану сценарийлерін толық түсінуге мүмкіндік береді.

I. Батареялардың негізгі принциптері

(1) Көміртек-мырыш батареялары

Көміртекті-мырыш аккумуляторларында оң электрод ретінде марганец диоксиді, теріс электрод ретінде мырыш және электролит ретінде аммоний хлоридінің немесе мырыш хлоридінің сулы ерітіндісі қолданылады. Олардың жұмыс принципі тотығу-тотықсыздану реакцияларына негізделген. Разряд кезінде теріс электродтағы мырыш тотығу реакциясына түседі және электрондарды жоғалтады. Бұл электрондар сыртқы тізбек арқылы оң электродқа ағады, онда марганец диоксиді тотықсыздану реакциясына түседі. Сонымен қатар, электролит ерітіндісіндегі иондардың миграциясы заряд тепе-теңдігін сақтайды.

(2) Сілтілі батареялар

Сілтілік батареялар теріс электрод ретінде мырышты, ал оң электрод ретінде марганец диоксидін пайдаланады, бірақ олар сілтілі электролит ретінде калий гидроксидінің сулы ерітіндісін пайдаланады. Сілтілік орта батареяның ішкі химиялық реакцияларының реакция жылдамдығы мен жолын өзгертеді. Көміртек-мырыш батареяларымен салыстырғанда, сілтілі батареялардағы тотығу-тотықсыздану реакциялары тиімдірек, бұл оларға тұрақты және ұзақ мерзімді қуат шығаруға мүмкіндік береді.

II. Өнімділікті салыстыру

(1) Кернеу

Көміртекті-мырыш батареяларының номиналды кернеуі әдетте 1,5 В құрайды. Жаңа батарея алғаш рет пайдаланылған кезде, нақты кернеу сәл жоғарырақ, шамамен 1,6 В – 1,7 В болуы мүмкін. Пайдалану кезінде химиялық реакция жүріп жатқанда, кернеу біртіндеп төмендейді. Кернеу шамамен 0,9 В-қа дейін төмендегенде, батарея негізінен таусылады және көптеген құрылғылар үшін тиімді қуат бере алмайды.

Сілтілі батареялардың номиналды кернеуі де 1,5 В құрайды, ал жаңа батареяның бастапқы кернеуі де шамамен 1,6 В – 1,7 В құрайды. Дегенмен, сілтілі батареялардың артықшылығы - разрядтау процесінде олардың кернеуі біртіндеп төмендейді. Қуаттың 80%-дан астамы тұтынылғаннан кейін де, кернеу 1,2 В-тан жоғары болып қалуы мүмкін, бұл құрылғыларға тұрақты қуат көзін қамтамасыз етеді.

(2) Сыйымдылығы

Батарея сыйымдылығы әдетте миллиампер-сағатпен (мАч) өлшенеді, бұл батарея бөліп шығара алатын электр зарядының мөлшерін білдіреді. Көміртекті-мырыш батареяларының сыйымдылығы салыстырмалы түрде төмен. Жалпы AA өлшемді көміртекті-мырыш батареяларының сыйымдылығы әдетте 500 мАч – 800 мАч аралығында болады. Бұл олардың электролит және электрод материалдарының сипаттамаларына байланысты, олар химиялық реакцияға қатысатын заттардың жалпы мөлшерін және реакция тиімділігін шектейді.

Сілтілі батареялардың сыйымдылығы көміртекті-мырыш батареяларына қарағанда әлдеқайда жоғары. AA өлшемді сілтілі батареялардың сыйымдылығы 2000 мАч - 3000 мАч жетуі мүмкін. Сілтілі электролит электрод материалдарының белсенділігін жақсартып қана қоймай, сонымен қатар иондық өткізгіштік тиімділігін оңтайландырады, бұл сілтілі батареяларға көбірек электр энергиясын сақтауға және босатуға мүмкіндік береді, бұл оларды жоғары энергия тұтынатын құрылғыларға жарамды етеді.

(3) Ішкі кедергі

Ішкі кедергі - разрядтау процесі кезінде батареяның өздігінен жоғалуын өлшеудің маңызды параметрі. Көміртекті-мырыш батареяларының ішкі кедергісі салыстырмалы түрде жоғары, шамамен 0,1 Ом – 0,3 Ом. Жоғары ішкі кедергі жоғары ток разряды кезінде батарея ішінде кернеудің үлкен төмендеуіне әкеліп соғады, бұл энергия шығынына әкеледі. Сондықтан, көміртекті-мырыш батареялары жоғары токпен қоректендіруді қажет ететін құрылғыларға жарамайды.

Сілтілі батареялардың ішкі кедергісі салыстырмалы түрде төмен, шамамен 0,05Ω – 0,1Ω. Төмен ішкі кедергі сипаттамасы сілтілі батареяларға жоғары ток разряды кезінде жоғары шығыс кернеуін сақтауға мүмкіндік береді, бұл энергия шығынын азайтады. Олар сандық камералар мен электр ойыншықтары сияқты жоғары қуатты құрылғыларды басқаруға қолайлы.

(4) Қызмет ету мерзімі

Көміртекті-мырыш батареяларының қызмет ету мерзімі салыстырмалы түрде қысқа. Бөлме температурасында шамамен 1-2 жыл сақталғаннан кейін қуат айтарлықтай төмендейді. Пайдаланылмаған кезде де өздігінен разрядталады. Жоғары температура мен ылғалдылығы жоғары ортада көміртекті-мырыш батареяларында ағып кету проблемалары туындауы мүмкін, бұл құрылғыларды коррозияға ұшыратады.

Сілтілі батареялардың сақтау мерзімі ұзағырақ және оларды бөлме температурасында 5-10 жыл бойы өздігінен разрядталу жылдамдығымен сақтауға болады. Сонымен қатар, сілтілі батареялардың құрылымдық дизайны мен электролиттік сипаттамалары оларды ағып кетуге төзімді етеді, бұл құрылғыларға ұзақ және тұрақты қуат қолдауын қамтамасыз етеді.

(5) Шығындар және қоршаған ортаны қорғау

Көміртекті-мырыш батареяларын өндіру құны салыстырмалы түрде төмен, ал олардың нарықтық бағасы да салыстырмалы түрде арзан. Олар қуатты аз қажет ететін және қашықтан басқару пульті мен сағат сияқты шығындарға сезімтал қарапайым құрылғыларға жарамды. Дегенмен, көміртекті-мырыш батареяларында сынап сияқты ауыр металдар бар. Егер тасталғаннан кейін дұрыс жойылмаса, олар қоршаған ортаны ластайды.

Сілтілі батареялардың өндіріс құны салыстырмалы түрде жоғары, ал олардың сату бағасы да салыстырмалы түрде қымбат. Дегенмен, сілтілі батареялар сынапсыз және экологиялық таза. Сонымен қатар, олардың жоғары сыйымдылығы мен ұзақ қызмет ету мерзіміне байланысты ұзақ мерзімді пайдалану кезінде электр энергиясының бірлік құны көміртекті-мырыш батареяларына қарағанда төмен болуы мүмкін, бұл оларды энергияны көп тұтынатын құрылғыларға қолайлы етеді.

III. Техникалық параметрлердің салыстырмалы кестесі

IV. Қорытынды

Көміртекті-мырыш батареялары мен сілтілі батареялардың әрқайсысының өнімділік тұрғысынан өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Көміртекті-мырыш батареяларының құны төмен, бірақ сыйымдылығы аз, қызмет ету мерзімі қысқа және ішкі кедергісі жоғары. Сілтілі батареялар салыстырмалы түрде қымбатырақ болғанымен, олардың жоғары сыйымдылығы, қызмет ету мерзімі ұзақ, ішкі кедергісі төмен және қоршаған ортаға зиянсыздығы сияқты артықшылықтары бар. Практикалық қолдануда пайдаланушылар ең жақсы пайдалану тиімділігі мен экономикалық пайдаға қол жеткізу үшін құрылғылардың қуат талаптарына, пайдалану жиілігіне, сондай-ақ құны мен қоршаған ортаны қорғау факторларына сәйкес тиісті батарея түрін ақылға қонымды түрде таңдауы керек.