ТЕСТ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ

Новый портал о бытовой технике: тесты, цены, рейтинги, обзоры, советы, рецепты

Чтобы не выпасть из динамичного ритма современной жизни, мы используем всё больше мобильных и компактных устройств, дающих ощущение индивидуальности и свободы. Но такой «автономный полёт» невозможен без миниатюрных и надёжных источников энергии, иначе телефоны, плееры, фотоаппараты, часы и другие современные электронные игрушки замрут без движения.

Текст: Сергей ЛИППАРТ

СОВРЕМЕННЫЕ ХИТЫ

В настоящее время химические источники тока (ХИТ) делятся на 3 вида: гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы (ТЭ). Гальванические элементы и батареи, составленные из них, являются первичными источниками тока. Они непосредственно вырабатывают ток за счет необратимых внутренних химических процессов, поэтому могут быть использованы только один раз. В отличие от них вторичные источники (аккумуляторы) сами электричество не производят: сначала они получают энергию извне (заряжаются), а затем отдают накопленное. Такие циклы заряда-разряда могут достигать нескольких сотен раз.

Топливные элементы — это перспективные разработки ХИТ, хотя их принцип действия был предложен Вильямом Гроувом еще в XIX веке. Так же, как обычные батарейки, они дают ток за счет химических реакций (окисление-восстановление), но источником свободных электронов является топливо (водород, метанол), а электроды служат лишь катализаторами процесса. Поэтому такие элементы практически не изнашиваются, а их эффективность достигает 50%. Остается лишь вовремя заправлять их топливом. Несмотря на повсеместное внедрение аккумуляторов и перспективы ТЭ, гальванические элементы не сдают своих позиций и являются до сих пор самыми востребованными источниками тока.

ВСКРЫТИЕ ПОКАЗАЛО

В советское время в стране производилось более 1 миллиарда гальванических элементов разных типоразмеров и назначения. Но после распада Союза часть заводов, оснащенных современным оборудованием, оказалось за границей (Грузия, Литва и т.д.), а залежи цинка — в Казахстане. Были нарушены привычные экономические связи, но потребность в элементах только возрастала, и в Россию хлынул поток импортных батареек и аккумуляторов, которые в настоящее время доминируют на рынке. Для корректности сравнения были приобретены щелочные элементы самого популярного типоразмера, которые в европейском стандарте IEC обозначают как LR6 (1,5 В), а в народе метко зовут «пальчиковыми».

1) Проверке подверглись геометрические размеры батареек. Ведь если они меньше допустимого, то будет плохой контакт, а если больше — батарейки могут просто не поместиться в гнезде для элементов питания. Замеры показали, что производители элементов стараются использовать максимально возможные габариты, но, тем не менее, никто не вышел за рамки стандарта.

2) Для элементов питания LR6 существуют и ограничения по весу — не более 25 г. Это естественно, так как они в основном используются в переносных приборах. Но и в этом случае ни к одному из элементов претензий не было — у всех вес в пределах нормы.

3) Помимо этого, каждый образец вскрыли, чтобы исследовать его конструкцию, и взвесить массу активных материалов. Наибольшая масса положительного электрода оказалась у батареек Duracell Basic и Duracell Turbo. Специалисты также отметили хорошее наполнение цинковой гелеобразной массой отрицательного электрода у Космоса и GP. Это же подтвердили рентгеновские снимки, которые сделали, чтобы оценить расположение активных материалов внутри корпуса. Надо признать, что качество изготовления всех образцов выдержано на очень хорошем уровне.

ВОЛЬТОВ СТОЛБ

Свое начало история элементов питания берет с опытов итальянца Алессандро Вольта, который опроверг теорию «животного электричества» естествоиспытателя Луиджи Гальвани. Проведя опыты с дугами из меди и цинка, опущенными в соляной раствор, он доказал, что дело вовсе не в физиологии животных, а в химических реакциях, которые позволяют получать электричество. Продолжив ис­следования по усилению гальванического эффекта, в 1800 году Вольта создал первый химический ис­точник постоянного тока (вольтов столб), дающий «неуничтожимый заряд» в отличие от существовав­шей в то время одноразовой лейденской банки.

Дальнейшие разработки ученых (Круикшанк, Даниель, Гроув, Бунзен, Грене и др.) были направлены на увеличение длительности работы гальванических элементов и батарей, с использованием иных электродов и электролитов. До наших дней дошла конструкция, предложенная Жоржем Лекланше в 1865 году, которая стала прообразом современных угольно-цинковых элементов с соляным электролитом (солевые батарейки), которые часто так и называют — элементы Лекланше.

Отказаться от неудобного в использовании жидкого электролита позволила разработка Карлом Гасснером сухих (солевых) элементов питания, промышленное производство которых впервые было начато более 100 лет назад в 1896 году компанией National Carbon.

ВСПОМНИМ ФИЗИКУ И ХИМИЮ

С физической точки зрения, в батарейке происходит преобразование энергии из одного вида (химического) в другой (электрический). Перенос заряда совершается за счет изменения внутренней энергии. А если посмотреть на это глазами химика, то в элементе идет реакция окисления одного из электродов и восстановление другого. При этом с окисляющегося электрода в электролит переходят ионы металла, уносящие положительный заряд.

Тем не менее, элементы питания принято классифицировать не по протекающей реакции, а по веществам, которые в ней участвуют, то есть по электрохимической системе. В данный момент существуют несколько видов электрохимических систем: литиевые, марганцево-цинковые, ртутно-цинковые и серебряно-цинковые.

Наиболее широко для питания бытовых устройств и электроники используются марганцево-цинковые элементы. Это общее название, которое включает в себя несколько типов: солевые, хлоридные, щелочные и элементы с воздушной деполяризацией.

Для потребителей наибольший интерес представляют щелочные элементы (Alkaline), у которых в качестве электролита используется щелочь в виде водного раствора гидроокиси калия. За счет хороших эксплуатационных характеристик они постепенно вытесняют другие типы элементов. Так, они хорошо работают при больших токах разряда, имеют лучшую герметичность и меньший ток саморазряда. Обладают высокой эффективностью при средних и длительных разрядах. Щелочные элементы могут эксплуатироваться при температурах от –25°С до +55°С и удовлетворительно переносят более низкие температуры.

В РАЗНЫХ РЕЖИМАХ

Приобретая щелочные батарейки, потребитель вправе рассчитывать, что они прослужат достаточно долго. Правда, длительность работы во многом зависит от того, где они используются и с какой интенсивностью. Учитывая это, все образцы были испытаны на специальных стендах в четырех режимах, имитирующих работу радио, моторов/игрушек, плееров и фотовспышек, как того требует международный стандарт IEC.

1) Батарейки LR6 должны обеспечить длительную работу транзисторным радиоприемникам — не менее 60 часов, но испытанные образцы более чем на треть превзошли указанную величину. Если включать приемник на 4 часа в день, то на элементах «Космос» он проработает 87 часов, почти столько же на Duracell Turbo (86 ч). И хотя с батарейками Sony радио умолкнет раньше остальных, 75,5 часов является хорошим показателем. Надо сказать, что работа элементов в режиме «радио» оказалась самой продолжительной и потребовала 5 недель лабораторных испытаний.

2) Большинству родителей наверняка хорошо известно, что для детских электрических игрушек, роботов и машинок батареек не напасешься. Поэтому особенно приятно сообщить, что современные щелочные элементы способны крутить электрические моторчики в 2 раза дольше, чем того требует стандарт (4 ч). Более 8 часов отработали батарейки Космос, чуть меньше — остальные элементы. Например, батарейки Philips давали питание 7 часов 15минут, и это очень хороший результат.

3) Обеспечить стабильное питание столь популярным ныне плеерам может каждый из протестированных образцов. Время работы в среднем составляло 19 часов (у Sony немного меньше). Но все-таки дольше других в этом режиме продержались батарейки Duracell Turbo — 21 час 40 мин., «Космос» (21 ч 15 мин.) и Duracell Basic (20 ч 45 мин.).

4) При использовании в фотоаппаратах практически вся энергия батареек расходуется на фотовспышку. Поэтому измерялось не время работы, а количество импульсов (1000 мА) необходимых для вспышки. Их должно быть не менее 200. Элементы Philips выдали 220 импульсов и уложились в требования стандарта, но Sony смогли произвести 420 импульсов, а GP и того больше — 470. Но всех превзошли батарейки Космос, давшие 520 фотовспышек.

СТОИМОСТЬ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ

Зная время работы элементов питания в разных режимах, можно вычислить электрическую ёмкость этих элементов, измеряемую в Ампер-часах (А·ч). Проще говоря, какой «запас» энергии имеет каждая батарейка. Расчеты показали, что наибольшей средней ёмкостью обладают элементы «Космос» и Duracell Turbo (см. таблицу 3). Немного хуже этот показатель у Philips и Sony (2,27 А·ч).

Если сравнить ёмкость одной батарейки с ее стоимостью, то окажется, что дешевле всего 1 Ампер-час обходится у Космос (5 руб. 73 коп.) и GP (6 руб. 77 коп.). Емкость других элементов стоит заметно дороже, особенно у Duracell Basic (12 руб. 13 коп.) и Duracell Turbo (14 руб. 44 коп.). Кстати, разница в цене у элементов Duracell Basic и Duracell Turbo довольно большая, а средняя емкость отличается всего на 3,65%.

Можно оценить батарейки в режиме «фото», опираясь уже не на их емкость, а на количество вспышек. Так, за каждый рубль, потраченный на батарейку Philips или Duracell Basic, можно получить 11 фотовспышек. Тогда как элементы GP дадут более 29 вспышек, а Космос — больше 34.

ОБОШЛОСЬ БЕЗ ВЗРЫВА

Даже маленькая батарейка может доставить большие неприятности, например, если случайно сунуть ее в карман вместе с ключами. Выводы электродов может замкнуть накоротко, и тогда в элементе пойдет химическая реакция с обильным газовыделением, он начнет греться, и, в конце концов, может взорваться. Чтобы взрыва не произошло, в герметизирующей прокладке предусмотрены специальные «утонения», которые должны прорваться при избыточном давлении внутри элемента.

Проведенная проверка элементов показала, что при коротком замыкании ни один из них не взорвался, они лишь сильно нагревались. Однако помимо замыкания есть более опасный случай ненормальной работы  — это нарушение полярности. Для питания некоторых приборов, например: фонарей, переносных магнитол, напольных весов, требуется несколько батареек. И если хотя бы одну из них установить неправильно, перепутав плюс и минус, может возникнуть взрывоопасная ситуация.

К счастью, испытанные батарейки отличались надежностью. У всех образцов раскрылся предохранительный клапан, выпустив накопившиеся газы и немного электролита. В остальном оценка безопасности, включающая проверку отклонений номинального напряжения, прочности изоляции и утечки электролита, также не вызвала нареканий.

ВЫВОДЫ

Сравнительные испытания продемонстрировали хорошее качество современных щелочных элементов питания LR6, намного превосходящее требования стандарта.

• Лучшие разрядные характеристики показали батарейки «Космос» при различных режимах работы, т.е. они являются универсальными.

• Хорошие результаты отмечены у элементов Duracell Turbo, которые дают энергию плеерам дольше остальных.

• Батарейки «Космос» и Duracell Turbo способны дольше других крутить миниатюрные электродвигатели и механизмы детских игрушек.

• Длительную работу переносным радиоприемникам обеспечивают элементы «Космос» и Duracell Turbo.

• Наибольшее количество импульсов в режиме фотовспышки могут произвести элементы Космос, GP и Sony.

• Дешевле всего стоимость 1 Ампер-часа обходится у элементов «Космос». Они же имеют лучшее соотношение цена-качество. Поэтому можно утверждать, что именно батарейки «Космос» являются лучшими по энергоэффективности.

Благодарим сотрудников Научно-производственного предприятия «КВАНТ» за помощь в проведении сравнительных испытаний.

БЕЗ РТУТИ И КАДМИЯ?

Прежде даже новые гальванические элементы при хранении довольно быстро разряжались, что получило название «саморазряда». Все дело в том, что находящийся в них цинк, взаимодействуя с электролитом, постепенно корродировал. Чтобы затормозить естественный процесс коррозии, в цинковый порошок стали добавлять некоторое количество ртути и кадмия. Со временем, уступая жестким экологическим требованиям, их стали заменять органическими соединениями. Все это увеличило срок годности щелочных элементов до 5.7 лет. Правда, совсем отказаться от ртути и кадмия не удалось: указанные на упаковке 0%, как правило, говорят о том, что их содержание минимально, и составляет лишь доли процента.

Сегодня в некоторых элементах питания токсичные добавки успешно заменяют более экологичными соединениями индия. Тем не менее, вопрос утилизации отработавших батареек в нашей стране не только не решен, но и практически забыт. Тонны опасных отходов в лучшем случае вывозятся на свалки, но чаще всего бросаются возле дома. Хотя производители предупреждают, что использованные элементы нельзя класть в общий мусор, а необходимо сдавать в специальные приемные пункты. Вот только где эти пункты?

ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ

• Не используйте в приборах гальванические элементы разных электрохимических систем и типоразмеров.

• При установке элементов в прибор обязательно проверьте полярность.

• Заменяйте все элементы питания в приборе одновременно. Не используйте новые батарейки вместе с разряженными.

• Не пытайтесь восстановить работоспособность постукиванием или обжиманием корпуса элемента. Это приведет лишь к разрыву сепаратора, замыканию электродов и окончательному выходу элемента из строя.

• Севшие батарейки не подлежат восстановлению, ни в коем случае не перезаряжайте их.

• Будьте осторожны: не вскрывайте элементы, не нагревайте их и не бросайте в огонь.

НА ЗАРЯДКУ СТАНОВИСЬ

Хотя обычные щелочные элементы не подлежат перезарядке, в 1992 году канадской фирмой Kordesch было начато производство особых перезаряжаемых элементов питания и специального зарядного устройства. Позднее в США было выпущено универсальное зарядное устройство «Eco Charger» для всех типов элементов. Однако специалисты утверждают, что подобные ухищрения не всегда оправданы.

Дело в том, что используемая батарейка должна быть лишь немного разряжена (не ниже 1,1 В), перезаряжать ее нужно сразу и всего несколько раз. При этом с каждым циклом емкость и напряжение элемента снижается. К тому же зарядное устройство по стоимости равно нескольким десяткам, если не сотням свежих элементов. В общем, подобные варианты перезарядки могут быть полезны, только когда новые батарейки недоступны.