Батарейки и аккумуляторы тесты и сравнения

Безопасное обращение с поврежденными батареями

Течь батарей

Текущие батареи можно узнать по типичным белым крупинкам. Батареи начинают протекать, если они не используются в устройстве слишком долго. Затем вы получаете те узнаваемые белые зерна, которые запеклись вокруг батареи.

Химические вещества, которые заставляют батареи работать, выделяют газообразный водород по мере их использования. Что вызывает образование давления внутри батареи. В конце концов, водород просачивается через уплотнения, а вместе с ним выделяется гидроксид калия. Это то, что вызывает белый порошкообразный налет.

Вы можете удалить протекшие батареи, надев хозяйственные перчатки. Таким образом, вы избежите контакта с химическими веществами, и избежите раздражения кожи. Убедитесь, что помещение, в котором вы заменяете батареи, хорошо проветривается и недоступно для любопытных детей или домашних животных. И помойте руки, когда закончите.

Вздувшиеся аккумуляторы

Батареи могут вздуться по разным причинам, например, от перегрева. В крайних случаях они могут увеличиться в разы по сравнению с первоначальным размером. Что также приведет к вздутию корпуса вашего устройства.

Газообразование происходит при перегреве аккумулятора. Это может произойти, если вы заряжаете его слишком часто, неправильного или плохого зарядного устройства.

О аккумуляторе

Корпус аккумулятора представляет собой тонкий цилиндр, в котором находится химический наполнитель. В качестве катода в таких элементах используется алюминий, а анод изготавливается из меди. Между тонкими слоями перечисленных материалов находится тонкопористый сепаратор, пропитанный электролитом.

В настоящее время в качестве катода все чаще стал применяться литий-феррофосфат. Батареи электрической схемы LiFePO4 обладают большей емкостью и служат дольше устаревших аналогов.

По обозначению перезаряжаемого элемента можно судить о его габаритах. Первые две цифры маркировки указывают на диаметр изделия, а следующие две – на длину (в миллиметрах).

Разновидности литий-ионных аккумуляторов 18650 для фонарей

Несмотря на общую технологию производства, литий-ионные аккумуляторы 18650 (также 16340 и 14500) делятся на разновидности, в зависимости от материала катода. В каждом из этих типов акб усилено какое-либо свойство, полезное для использования фонаря. Разновидности литий-ионных акб:

Литий-кобальтовые.
Литий-марганцевые.
Литий-марганец-никелевые.
Литий-железо-фосфатные.

Не вдаваясь глубоко в конструктивные различия, отметим полезные для фонарей качества каждой разновидности литий-ионных аккумуляторов 18650.

Преимущества для фонарей литий-ионных акб 18650 разных типов

Химический тип акб 18650	Усиленные полезные качества
Литий-кобальтовые	большая емкость (длительность работы фонаря)
Литий-марганцевые, литий-марганец-никелевые	увеличенный разрядный ток (большая яркость фонаря)
Литий-железо-фосфатный	самый высокий разрядный ток, большое число циклов заряд-разряд

Правила использования и зарядки

Каждый аккумулятор имеет ограниченный срок службы, количество общих циклов заряда/разряда зависит не только от типа батарейки, производителя, но и от соблюдения правил эксплуатации. Среди основных рекомендаций, призванных обеспечить нормальную работу АКБ:

Не допускать контактов токовыводов с металлическими предметами, короткое замыкание приведёт к полному выходу из строя;
Не заряжать батарейки самодельными зарядными устройствами, подключать напрямую к электросети, заряжать, используя контакты USB-порта. В этом случае батарейка может перегреться, вздуться, взорваться, что чревато физическими увечьями, повреждением техники. Не рекомендуется использовать зарядки сторонних производителей. Как правило, оригинальное устройство рассчитано на щадящую зарядку аккумулятора, имеет несколько уровней защиты от негативных внешних факторов;
В процессе использования не допускать нагрева корпуса АКБ. Нельзя оставлять батарейки на открытом солнце, возле источников тепла. Запрещена пайка контактов;
Если в аккумуляторе отсутствует защита, запрещено разряжать батарейку «в ноль». Глубокий переразряд может радикально снизить ёмкость, привести АКБ в полную негодность;
При установке в технику соблюдать полярность, что исключит короткое замыкание;
Не использовать одновременно аккумуляторы разных производителей, старые и новые единицы.

Технические характеристики

В номенклатурном названии аккумулятора заложены размеры цилиндра: 14,5 мм – диаметр батарейки АА, 50 мм – высота. Потребительские характеристики АКБ напрямую зависят от технологии производства. Например, литий-ферро-фосфатный аккумулятор способен прослужить до 2000 циклов заряда/разряда, имея ёмкость до 1600 мАч. Такого ресурса хватит на 7-8 лет полноценной эксплуатации. У li-ion возможности скромнее: такой АКБ эффективно держит заряд до 1000 циклов (4-5 лет работы), при предельной ёмкости в 700 мАч. Среди других основных характеристик, важных для потребителя:

Характеристики АКБ в зависимости от технологии производства.

форма – цилиндрическая;
емкость – от 700 до 1600 мАч;
номинальное напряжение – 3,6-3,7 В;
ток заряда – 160 мА, быстрый – 400 мА;
время заряда – стандарт – 5,5 – 6,5 часов, быстрый – до 3 часов;
температурный режим эксплуатации – от 0 до +25°С;
максимально возможный ток разряда – 1 Ампер;
вес – 17 грамм.

Аккумуляторы, по сравнению с одноразовыми батарейками, имеют повышенное номинальное напряжение, отличаются улучшенной токоотдачей. Например, если установить аккумулятор в светодиодный фонарик, он будет светить ярче, чем от АА-батареи.

Аккумуляторы стоят дороже одноразовых батареек. Цена зависит от используемой технологии, бренда, ёмкости, заложенного ресурса, возможности быстрой подзарядки.

Среди преимуществ аккумулятора АА:

низкий саморазряд, при соблюдении правил хранения;
фактическое отсутствие эффекта памяти;
экономия на одноразовых батарейках, эффект заметен в долгосрочном периоде;
возможность эксплуатации при отрицательных температурах;
сменные аккумуляторы, зарядный блок продается практически в любом магазине.

Основные недостатки:

цена, относительно одноразовых элементов питания;
повышенная пожароопасность, если нарушить рекомендации производителя;
в составе присутствуют токсичные элементы, способные нанести урон здоровью человека, окружающей среде, вывести технику из строя.

Сферы применения литий-ионных аккумуляторов

Аккумуляторы Li-ion очень популярны благодаря множеству достоинств и применяют в разных устройствах.

Как стартерные батареи

Автомобильные АКБ такого типа отлично справляются со своей задачей, а главный их плюс – это небольшой вес, так как в технология не предполагает использование решёток из свинца.

Самым ярким примером литиевых АКБ в автомобилях, является электрокар Tesla.

Основной недостаток таких устройств – это их стоимость, а также проблемы в работе при минусовой температуре. По этой причине литиевые АКБ не используются в странах с холодным климатом.

Как тяговое устройство

Li-ion технологию применяют для моторных лодок. Если в судне установлен двигатель небольшой мощности, то питания АКБ хватит на 5-6 часов работы. Устройства на основе лития также используют в погрузчиках и подъёмниках, для работы на складах.

Бытовая техника

Литий-ионные устройства являются самой популярной заменой обычных «пальчиковых» батареек, как щелочных, так и солевых. Для замены элементов питания на 1,5 В, используют один АКБ напряжением 3,6 В. Литиевые батареи незаменимы для мобильных телефонов, ноутбуков и другой мелкой бытовой техники.

Аккумуляторы используются в бытовой технике.

Как выбрать батарейки, характеристики типов

Характеристика батареек по типам
Характеристика батареек по типам

Химические гальванические элементы в наше время используются в большом количестве электроприборов. Таких, как: беспроводные мыши, часы, пульты дистанционного управления, тонометры, бытовые весы, фонарики и другие.

Чтобы выход недавно купленных батареек из строя не стал для вас неожиданным неприятным сюрпризом, нужно иметь представление о том, на что обратить внимание при покупке. Если вы думаете, что только дорогостоящие батарейки, такие как, например Duracell или Energizer будут лучшим выбором, то это не так

Существуют элементы питания не хуже, но намного дешевле.

У элементов питания есть названия по ГОСТу, но в России в основном прижились американская кодировка.

Типоразмеры батареек

АА (пальчиковые). 50,5 мм в длину, 14,5 мм диаметром.
ААА (мизинчиковые). 44,4 мм в длину, 10,5 мм в диаметре.
АААА (мизинчиковые). 42,5 мм в длину, 8,3 мм в диаметре.
А23. 28,9 мм в длину, 10,5 мм в диаметре.
С (эска). Длина 50 мм, диаметр 26,2 мм.
D (бочка). Длина 61,5 мм, диаметр 34,2 мм.
3336 (квадратная). Габариты 70х60 мм. Советские батарейки, встречаются в магазинах редко.
ЗЗ3 (Крона). 48,5х26,5 мм. Были популярны в советское время, сейчас используются редко.
Таблетки. Плоские, круглые батарейки, обычно использующиеся в часах и других приборах с минимальным энергопотреблением.

Характеристики, на которые следует обращать внимание при выборе элементов:

Уровень саморазряда. Даже в состоянии покоя, при хранении в элементе протекают химические процессы. За это время емкость может упасть до 30%. Поэтому покупайте батарейки поновее. Лучше брать модели с низким саморазрядом.

Напряжение. У батареек АА, ААА, АААА напряжение 1,5 V, аккумуляторные 1,2 V, литиевые батарейки обычно 3 V, самое высокое у Крон – 9V

Напряжение должно соответствовать требованиям прибора — это важно. Для приборов с напряжением 1,5 В можно использовать аккумуляторы 1,2 В.

Емкость

Чем больше ёмкость, тем дольше прослужит элемент питания.

Фирмы. Компаний, производящих батарейки великое множество. А их рейтинг напрямую зависит от предпочтений и мнений потребителя. Но лучшими считаются Duracell или Energizer. Кроме них есть весьма неплохие элементы от Panasonic, Fujitsu, GP, Soshine, Xiaomi и другие.

Срок хранения. Лучшие модели можно использовать даже через 10 лет со дня производства.

Перезарядки. Для аккумуляторов также важно количество перезарядок.

Типы батареек

Солевые (R). Самые простые и дешевые. Их обычно используют в часах, пультах ДУ, прочих низкопотребляющих энергию приборах. Имеют малую емкость. Оставленные разряженными в гнезде могут потечь.
Щелочные (LR). Носят второе название «алкалиновые». Являются самыми универсальные. Подходят для умеренной нагрузки в игрушках, радио, пультах ДУ, ночниках. Если вопрос выбора между двумя видами батареек — алкалиновыми и солевыми, то лучше конечно, щелочные. Хотя бы потому, что их емкость больше, отсутствуют протечки электролита, работа стабильнее и дольше. Литиевые (CR) — мощные. Хороши для фонариков, фотовспышек, других мощных потребителей тока. Стоят дорого
Серебряные (SR). Супер качественные, но очень дорогие. Встречаются редко, в основном в виде «таблеток» для часов.
Ртутные. От них уже отказываются из-за экологического вреда. Имеют высокую емкость, но сейчас почти не встречаются в продаже.

Какие типы батареек лучше

История создания

Литий-железо-фосфат (LiFePO4, LiFe, LFP, IFR), а в простонародье «лифер», был открыт в 1996 году Джоном Гуденафом как катод для Li-ion элементов. Он имел существенные отличия в сравнении с традиционным литий-кобальтом, являясь менее токсичным и более термоустойчивым. Но при этом обладал значительным недостатком — малой ёмкостью заряда. После открытия прошло время, но данная технология не развилась и никого не привлекла, пока в 2003 году ей не заинтересовалась компания A 123 Systems, под руководством профессора Цзяна Йе-Мина, который работал над созданием аккумулятора, способного к самовоспроизведению структуры коллоидного раствора при определённых условиях. Но все исследования зашли в тупик и команда лаборатории во главе с профессором вспомнила о разработке Джона Гуденафа и продолжила исследования лиферных аккумуляторов, а их спонсорами стали такие мировые корпорации как Motorola, Qualcomm и Sequoia Capital.

Быстрый способ отличия по внешнему виду

Внешне перезаряжаемые элементы и одноразовые батарейки зачастую похожи. Это логично, ведь потребители разработаны под применение источников питания стандартных форм-факторов, поэтому изготовители придерживаются одинаковых типоразмеров.

Чтобы отличить один тип элемента питания от другого, надо обратить внимание на буквенную маркировку. На аккумулятор часто наносят надписи, подтверждающие, что его можно заряжать (Rechargable)

На одноразовых гальванических элементах (в быту – батарейках) подобную маркировку не наносят, а иногда присутствует прямое предупреждение – Do not recharge (не перезаряжать).

Никель-металлогидридный источник питания с маркировкой Rechargeable

Безвредные батарейки существуют?

Батарейки — это довольно широкое понятие. В английском языке слово «батарейка» — battery — означает и батарейку, и аккумулятор. Я не считаю, что батарейки, которые мы используем в повседневной жизни, так уж вредны. Вредность батарейки определяется тем, какие в ней компоненты.

Батарейка — это всегда два химических соединения, которые образуют электрохимическую пару. Один электрод делается из одного, другой — из другого. Именно химическая природа этих материалов определяет основные свойства батарейки: ее напряжение, емкость, сколько она может работать. Например, в популярных в быту щелочных батарейках электрохимическая пара — это цинк и оксид марганца. Электролит в этих батарейках — раствор щелочи, обычно гидроксида калия.

Конечно, нехорошо, если в почву попадет цинк, он обладает определенной токсичностью. Соединения марганца, используемые в такой батарейке, в целом безвредны. Щелочной электролит в небольших количествах не наносит большого вреда экологии, потому что в условиях окружающей среды щелочь взаимодействует с углекислым газом и образует карбонаты, в данном случае карбонат калия, который не так уж вреден. Правда, он может изменить кислотность почвы.

Сбор батареек ведется для того, чтобы токсичные вещества не попадали в землю. Но одна батарейка никакой баланс в почве не изменит. Это ничто по сравнению с теми количествами неорганических веществ, которые попадают в почву и воды с наших дорог, обрабатываемых противогололедными реагентами зимой. Да и вообще, по сравнению, например, с первым поколением литий-ионных аккумуляторов щелочные батарейки можно считать безвредными.

Про экологическую составляющую раньше вообще мало думали, старались выбирать электрохимические пары, которые дают достаточно большое напряжение, могут обеспечивать большую емкость. То есть заботились о главном свойстве батарейки: чтобы она как можно дольше работала и содержала в себе как можно больше энергии.

С этой точки зрения выбирали не всегда оптимальные элементы в плане экологии. Но на самом деле можно выбирать и более экологичные варианты. Например, в часовых батарейках пару составляют литий и диоксид марганца. Некоторую вредность представляет раствор электролита, который сделан на основе органических растворителей, но в такой батарейке его совсем мало. То есть достаточно безвредные батарейки все же бывают.

Конечно, нельзя сделать батарейку из воды и воздуха. Но подобрать такие пары, которые не представляют опасности для окружающей среды, можно. Например, есть алюминиево-воздушные батарейки, электролитом в них является морская вода. Это не единственный пример безвредной системы. Она не очень хороша по удельной энергии, у нее есть ограничения, но при этом она не несет никакой опасности. Одно из применений таких батареек — питание морских буев. Интересно, что такая батарейка не имеет корпуса: алюминиевые пластины, погруженные в воду, являются одним электродом, а второй компонент — активное вещество электрохимической пары — представляет собой кислород, растворенный в морской воде.

Характеристика литий-ионных батарей

Основными характеристиками для любого элемента питания, являются:

напряжение;
ёмкость;
диапазон рабочих температур;
саморазряд;
срок эксплуатации.

Рабочее напряжение

Главный фактор, влияющий на диапазон рабочего напряжения – это материал, из которого сделаны электроды. В литиевых устройствах минимум этого показателя составляет 2,2-2,5 В, а максимум 4,25-4,35 В.

Ёмкость

Ёмкость элемента питания – это максимальное количество ионов металла, которые способны добраться до отрицательного и положительного электродов. В процессе эксплуатации, анод и катод постепенно теряют способность удерживать прежнее число ионов, и ёмкость батареи уменьшается.
Максимальная ёмкость Li-ion аккумулятора напрямую зависит от типоразмера и может составлять десятки или тысячи мАч. Самые популярные батареи типа 18650, могут иметь ёмкость 1000-3600 мАч, а АКБ 14500, имеющие габариты «пальчиковой» батарейки (АА) – 900 мАч.

Литий-ионные аккумуляторы.

Рабочая температура

Диапазон рабочих температур у литиевых батареек шире, чем у многих других типов устройств, и колеблется от -20°С до +50°С. Максимальную производительность АКБ способен выдавать лишь при комфортной температуре – около +20°С.

При температуре ниже +4°С энергоёмкость работающего АКБ начинает снижаться, а при отрицательных значениях может утратить до 50% и разряжаться прямо на глазах. Для хранения аккумуляторов лучше подойдёт температура – от 0 до +10°С.

Под саморазрядом имеется ввиду уменьшение ёмкости АКБ при бездействии (во время хранения). Для литиевых устройств, этот показатель составляет всего 6-10 % за год.

При условии полного разряда, максимальное количество циклов составляет 500-1000, но, если соблюдать все правила по зарядке и эксплуатации, можно продлить «жизнь» аккумулятора в несколько раз.

Правила эксплуатации

Аккумуляторы литий-ионного образца устанавливаются в смартфоны

Те, у кого есть разные электронные устройства, не всегда знают, как правильно пользоваться батарейками. Аккумуляторы литий-ионного образца устанавливаются в смартфоны, КПК и прочие гаджеты.

Их преимущество – высокая емкость и срок службы. Чтобы подольше сохранить «жизнь» аккумулятора, необходимо, как минимум, знать, каким образом его заряжать.

Общие меры безопасности:

не стоит разбирать аккумулятор, так как это приведет к короткому замыканию и возгоранию;
к контактам лучше не припаивать провода, так как нагрев портит батарею;
не стоит кидать элемент питания в воду или огонь;
одновременное использование двух батареек, но от разных производителей – не лучшее решение.

Как заряжать АКБ

Для зарядки аккумуляторов 14500 выпускаются специальные зарядные устройства

Источники питания 14500 Li-Ion встречаются в любых магазинах. В них не предусмотрен «эффект памяти». Значит, при необходимости их можно подзарядить в любое время.

Также не нужно ждать, пока батарейка разрядится в 0 (а такое встречается при работе с остальными элементами).

Для зарядки аккумуляторов 14500 выпускаются специальные зарядные устройства. Грубо их делят на два класса:

дешевые «зарядки», работающие на слабом токе;
приборы подороже, заряжающие быстро, так как используют сильный ток.

Дешевые зарядные устройства не рекомендуются к использованию, так как «отнимают» часть емкости батареи и сокращают количество циклов заряда/разряда.

Некоторые пользователи не задумываются об этом и покупают приборы для зарядки по низкой цене, а на сэкономленные деньги берут еще с десяток аналогичных батареек.

Но, пользоваться дешевым зарядником тоже надо уметь. Как минимум, не стоит надолго оставлять в них АКБ, так как она будет сильно нагреваться.

«Умные» устройства для подзарядки источников питания способны по окончании цикла зарядки выключаться в автоматическом режиме.

Принцип работы литий-ионных Li-Ion аккумуляторов на 1.5 В

Напряжение на электродах литиевого аккумулятора значительно превосходит 1.5 В даже в полностью разряженном состоянии. В полностью заряженном состоянии литий-ионный аккумулятор имеет напряжение 4.2 В, а в полностью разряженном оно будет в пределах 2.7 В. Чтобы получить напряжение ниже, необходимо использовать понижающий преобразователь. Такой принцип и реализован в литиевых аккумуляторах АА и ААА на 1.5 В. Внутри корпуса такого аккумулятора кроме самого литиевого аккумулятора устанавливается еще понижающий DC-DC преобразователь на 1.5 В. В зависимости от бренда аккумулятора, будет зависеть и сложность устанавливаемого преобразователя, который в большинстве моделей литиевых аккумуляторов на 1.5 вольта должен выполнять роль сразу нескольких устройств. На миниатюрной плате необходимо реализовать понижающий преобразователь, устройство защиты от КЗ, контроллер заряда и разряда литиевой батареи.

Понижающий DC-DC преобразователь будет постоянно поддерживать на клеммах такой супер батарейки напряжение на уровне 1.5 В до самого полного разряда литиевой батареи, пока контроллер не отключит батарею от понижающего преобразователя. Когда это произойдет, на клеммах литиевой супер батарейки будет ноль.

Если посмотреть на кривую разряда других типов аккумуляторов, без преобразователей, то на их клеммах по мере разряда будет постепенно уменьшаться напряжение. Если в девайсе есть режим проверки уровня заряда, то скорее всего он сообщит пользователю о возможности скорого отключения. В литий-ионных батарейках на 1.5 В уровень напряжения будет всегда на одном уровне, пока они не отключатся. А это значит, что устройство, в котором будут такие батарейки, просто внезапно выключится.

На графике кривой разряда литиевой супер батарейки на 1.5В видно, что на протяжении всего времени разряда идет прямая линия, которая резко обрывается при достижении порогового напряжения отключения на литиевой банке. Для сравнения также нанесен график разряда Ni-MH аккумулятора, где видно, что напряжение на нем постепенно падает по мере разряда аккумулятора.

Элементы защиты и правила хранения

В конструкцию элемента питания включают печатную плату для подержания минимальное напряжение в 2,54 В. Благодаря этому обеспечивают безопасную эксплуатацию системы. Фиксируют плату на контактах АКБ алюминиевой лентой. Если элемент питания не оснащен упомянутой деталью, то устанавливают в оборудование, оснащенное отдельным контроллером заряда. Особенность китайских батарей – наличие защитной платы и дополнительной термо защитной пленки. Отличают упомянутую разновидность 18650 благодаря размеру – он больше на 1,52 мм. Наличие защиты не позволяет АКБ разрядиться на 100 %.

Система защиты любого аккумулятора не защищает агрегат от перегрева. Ее защита – контроль уровня напряжения в бытовых приборах с низким объемом потребления. Если производители указывают, что элемент не защищен, то используют его только в гаджете, где предусмотрено место только для 1-го АКБ.

Производители призывают выполнять правила хранения. Уровень влажности не превышает 45 %, а температурный фон – составляет +15-+16 °С. На девайс не направляют прямые солнечные и УФ лучи. Резкий нагрев или охлаждение приведут к быстрой потери емкости. Другие правила хранения:

не хранят в разреженном виде больше 1,5 месяца;
заряженную и не используемую батарею не хранят больше чем 3 месяца;
АКБ дают отдохнуть 2-3 дня после 5-6 дней интенсивного применения.

Не работают с элементами питания, срок годности которых истек. Это приведет к поломке девайса, в который устанавливают АКБ.

Аккумулятор 18650 – элемент питания, встречающийся в устройствах, требующих большого объема мощности. Выбирают его с учетом класса девайса и предполагаемой величины нагрузки. Производитель указывает на корпусе техническую информацию. Речь идет о типе использованной «химии», о гарантированном сроке службы, о мощности.