Көміртекті-мырыш батареялары мен сілтілі батареялар арасындағы өнімділікті салыстыру

Бүгінгі энергияға негізделген дәуірде портативті қуат көздерінің негізгі компоненттері ретінде батареялар әртүрлі электронды құрылғыларда кеңінен қолданылады. Көміртекті-мырыш батареялары және сілтілі батареялар құрғақ батареялардың ең көп таралған түрлері ретінде әрқайсысының бірегей техникалық сипаттамалары мен өнімділігі бар. Бұл мақалада батареялардың екі түрінің өнімділігін терең салыстыру жүргізіліп, оқырмандарға олардың айырмашылықтары мен қолдану сценарийлерін толық түсінуге мүмкіндік беретін негізгі техникалық параметрлердің егжей-тегжейлі талдауы мен ағылшын тіліндегі аудармасы беріледі.

I. Батареялардың негізгі принциптері

(1) Көміртек-мырыш батареялары

Көміртек-мырыш батареялары оң электрод ретінде марганец диоксиді, теріс электрод ретінде мырыш және электролит ретінде аммоний хлоридінің немесе мырыш хлоридінің сулы ерітіндісін пайдаланады. Олардың жұмыс принципі тотығу-тотықсыздану реакцияларына негізделген. Разряд кезінде теріс электродтағы мырыш тотығу реакциясына түсіп, электрондарын жоғалтады. Бұл электрондар сыртқы контур арқылы оң электродқа түседі, онда марганец диоксиді тотықсыздану реакциясына түседі. Сонымен бірге электролит ерітіндісіндегі иондардың миграциясы заряд балансын сақтайды.

(2) Сілтілік батареялар

Сілтілік батареялар теріс электрод ретінде мырышты және оң электрод ретінде марганец диоксидін пайдаланады, бірақ олар сілтілі электролит ретінде калий гидроксидінің сулы ерітіндісін пайдаланады. Сілтілік орта батареяның ішкі химиялық реакцияларының реакция жылдамдығын және жолын өзгертеді. Көміртек-мырыш батареяларымен салыстырғанда, сілтілі батареялардағы тотығу-тотықсыздану реакциялары тиімдірек, бұл оларға тұрақты және ұзақ қуат шығысын қамтамасыз етуге 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 жоғары болуы мүмкін, шамамен 1,6 В – 1,7 В. Қолдану кезінде химиялық реакция жүріп жатқанда, кернеу бірте-бірте төмендейді. Кернеу шамамен 0,9 В-қа дейін төмендегенде, батарея негізінен таусылған және көптеген құрылғыларды тиімді қуатпен қамтамасыз ете алмайды.

Сілтілік батареялардың номиналды кернеуі де 1,5 В, ал жаңа батареяның бастапқы кернеуі де 1,6 В – 1,7 В шамасында. Дегенмен, сілтілі батареялардың артықшылығы бүкіл зарядсыздандыру процесінде олардың кернеуі біртіндеп төмендейтіндігінде. Қуаттың 80%-дан астамы тұтынылғаннан кейін де, кернеу әлі де 1,2 В-тан жоғары болуы мүмкін, бұл құрылғылар үшін тұрақты қуат көзін қамтамасыз етеді.

(2) Сыйымдылық

Батареяның сыйымдылығы әдетте миллиампер-сағатпен (мАч) өлшенеді, бұл аккумулятор босатуға болатын электр зарядының мөлшерін білдіреді. Көміртекті-мырыш батареяларының сыйымдылығы салыстырмалы түрде төмен. Жалпы AA өлшемді көміртегі-мырыш батареяларының сыйымдылығы әдетте 500-800 мАч арасында. Бұл химиялық реакцияға қатысатын заттардың жалпы мөлшерін және реакция тиімділігін шектейтін олардың электролиттік және электродтық материалдарының сипаттамаларына байланысты.

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

(3) Ішкі қарсылық

Ішкі қарсылық зарядсыздандыру процесі кезінде батареяның өздігінен жоғалуын өлшеудің маңызды параметрі болып табылады. Көміртекті-мырыш батареяларының ішкі кедергісі салыстырмалы түрде жоғары, шамамен 0,1Ω – 0,3Ω. Жоғары ішкі кедергі жоғары ток разряды кезінде батареяның ішіндегі кернеудің үлкен төмендеуіне әкеледі, бұл энергияның жоғалуына әкеледі. Сондықтан көміртекті-мырыш батареялары жоғары ток қуатын қажет ететін құрылғыларға жарамайды.

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

(4) Қызмет мерзімі

Көміртекті-мырыш батареяларының қызмет ету мерзімі салыстырмалы түрде қысқа. Бөлме температурасында шамамен 1 – 2 жыл сақталғаннан кейін қуат айтарлықтай төмендейді. Қолданбаған кезде де өздігінен разряд пайда болады. Температурасы жоғары және ылғалдылығы жоғары орталарда көміртегі-мырыш батареялары ағып кету проблемаларына тап болуы мүмкін және құрылғыларды тот басуы мүмкін.

Сілтілік батареялардың жарамдылық мерзімі ұзағырақ және бөлме температурасында 5 – 10 жыл бойы салыстырмалы түрде төмен өзін-өзі разрядтау жылдамдығымен сақтауға болады. Сонымен қатар, сілтілі батареялардың құрылымдық дизайны мен электролиттік сипаттамалары оларды ағып кетуге төзімді етеді, бұл құрылғылар үшін ұзақ және тұрақты қуат қолдауын қамтамасыз етеді.

(5) Құны және қоршаған ортаны қорғау

Көміртекті-мырыш батареяларын өндіру құны салыстырмалы түрде төмен, ал олардың нарықтық бағасы да салыстырмалы түрде арзан. Олар төмен қуат талаптары бар қарапайым құрылғыларға және қашықтан басқару құралдары мен сағаттар сияқты шығынды қажет ететін қолданбаларға жарамды. Дегенмен, көміртегі-мырыш батареяларында сынап сияқты ауыр металдар бар. Қоқысқа тастағаннан кейін дұрыс тасталмаса, олар қоршаған ортаны ластайды.

Сілтілік батареяларды өндіру құны салыстырмалы түрде жоғары және олардың сату бағасы да салыстырмалы түрде қымбат. Дегенмен, сілтілі батареялар сынапсыз және экологиялық таза. Оның үстіне, олардың жоғары сыйымдылығы мен ұзақ қызмет ету мерзіміне байланысты электр энергиясының бірлігінің құны ұзақ мерзімді пайдалану кезінде көміртекті-мырыш батареяларына қарағанда төмен болуы мүмкін, бұл оларды энергияны жоғары тұтынатын құрылғыларға қолайлы етеді.

III. Техникалық параметрлердің салыстыру кестесі

IV. Қорытынды

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