4.2. Сурет. Бастапқы тогы 660 мА кезінде үдіксіз разрядталатын d типөлшемді көмір-цинкті элементтің разрядының сипаттамалары.

4.2. кесте.

D типөлшемді көмір-цинкті элементінің берілетін сыйымдылығына температураның әсері

Элементтің немесе батареяның ішкі кедергісін қысқа уақыт аралығында көп токты тұтынатын қорек құрылғылары үшін ХТК таңдау кезінде ескеру қажет. Ішкі кедергі негізінен ең алдымен элементтің өлшеміне тәуелді болады. Сәйкесінше, егер кішігабаритті элементтің кедергісі өте үлкен болса, таоап етілген токты қамтамасыз ету үшін үлкен өлшемді элементтерді таңдауға болады. Жаңадан дайындалған көмір-цинкті элементтің ішкі кедергісі өте аз. Алайда ол элементті қолдану барысында елеулі түрде артады.

Берілген режимде (өте кішкентай токтарды іріктеуден басқа) нақты жағдайда жұмыс істеу уақытын немесе құрғақ көмір-цинкті батареялардың берілетін сыйымдылығын анықтау үшін сынауларды осы батарея қолданылатын шарттарға жуық разряд шарттарын келтіре отырып жүргізген дұрыс. Берілген ток бойынша 2 сағаттан разрядталатын батареяның берілетін сыйымдылығы күніне 10 сағаттан тура осындай токпен разрядталатын батареяның берілетін сыйымдылығынан өзгеше болады. Үздіксіз разряд кезінде және үздікті разрядтағы сыйымдылықта тікелей байланыс болмайды. Сондықтан үздікті разряд режимінде, олардың тұтас разряд режиміндегі сынау нәтижелерін салыстыра отырып жұмыс істеген кезде әр түрлі батареялардың артықшылықтарын бағалау қиын болады.

Лекланше хлорлы-цинкті элементі. Көмір-цинкті элементтің бір түрі болып табылады. Олардың арасындағы негізгі айырмашылық электрлитте болып табылады. Хлорлы-цинкті элементте электролит ретінде хлорлы цинк ерітіндісі қолданылады, көмір-цинкті элементте электролиттің құрамында хлорлы цинкпен қатар хлорлы аммоний ерітіндісі болады. Хлорлы аммонийді қолданбау элементтің электрхимиялық қасиеттерін жақсартады, алайда бұл кезде элементтің конструкциясы күрделенеді.

4.3. кесте.

D типөлшемді хлорлы-цинкті элементінің берілетін сыйымдылығына температураның әсері

4.4. кесте.

Union Carbide фирмасының Eveready типті батареяларының және көмір-цинкті және хлорлы-цинкті элементтерінің 21 °С температура кезінде орташа жұмыс уақыты

Хлорлы-цинкті элементтердің электродтары көмір-цинкті элементтердің электродтарын ақарағанда анағұрлым тиімді жұмыс істей алады, және активті материалдарды қолдану коэффициентінің (ток бойынша пайдалы үлкен шығыс) жоғары мәнін қамтамасыз ете алады. Сондықтан хлорлы-цинкті элементтер өлшемдері бірдей көмір-цинкті элементтерге қарағанда ұзақ уақыт барысында үлкен токты іріктеу режимінде жұмыс істей алады. Сонымен қатар хлорлы-цинкті элементтер жүктеме бар кезде кернеудің жоғары тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Бұл элементтер ұлғайтылған габариттермен жасалуы мүмкін («қуатты» құрғақ элементтер). Бұндай элементтердің конструкциясы разряд кезінде пайда болатын газды шығарып жіберетін арнайы жабдықтарды қарастырады.

Температураны төмендеткен кезде хлорлы-цинкті элементтер разрядтың тура сондай шарттарында көмір-цинкті элементтерге қарағанда аз сыйымдылықты жоғалтады (4.2 және 4.3 кестелерді саластыр).

Кейбір көмір-цинкті және хлорлы-цинкті элементтердің және батареялардың сипаттамалары 4.4. кестеде келтірілген. Бұл кестенің мәліметтері берілетін сыйымдылықтың разряд режиміне (разрядты токтың) тәуелділігін көрнекі түрде көрсетеді. Мысалы, тоғыз вольтті батарея 716(F) бастапқы тогы 80 мА разряд кезінде (жүктеменің кедергісі 112,5 Ом) 7,2 В кернеуге дейін шамамен 24,8 А сағ сыйымдылық береді. Тогы 1,2 А кезінде (жүктеменің кедергісі 7,5 Ом) осындай кернеуге дейін ол тек шамамен 8,4 А сағ бере алады.

Сілтілі марганец-цинкті элементтер. Сілтілі элементтердің Лекланше элементтерімен салыстырғанда негізге артықшылығы оларды қуатты ток көзі ретінде қолданған кезінде байқалады.

Сілтілі элементтер токты үздіксіз іріктеу және үлкен токтарды іріктеу режимдерінде жақсы жұмыс істейді және көмір-цинкті элементтерге қарағанда меншік сыйымдылықтың бірлік элементтің құнына қатынасы сияқты параметрі бойынша артықшылыққа ие болып табылады.

Сілтілі элементтердің және батареялардың кернеуінің тұрақтылығы Лекланше жүйесінің ХТК қарағанда жоғары. Олар -20-дан +70°С дейінгі температурада, ал белгілі бір жағдайларда одан да жоғары температураларда жұмысқа қабілетті болып қалады.

Сілтілі ХТК 30 ай бойы бастапқы сыйымдылығы өте аз мқлшерде ғана өзгертіп сақталынады. Мысалы, 20°С температура кезінде сақтағанда бұл батареяларда бастапқы сыйымдылықтың 92% болады. Жеке элементтер және осы типті батареялар 20°С температурада төрт жыл сақтағаннан кейін сыйымдылықтың бастапқы мәнінің шамамен 80% сақтайды.

Лекланше жүйесінің ХТК сияқты, сілтілі ХТК үшін соңғы кернеу төмен болған сайын жұмыс уақыты (сағатпен) жоғары болатындығы тән. Осы сияқты элементтерде ұсаталынатын жоғары энергияны толығымен пайдалану үшін мүмкіндігінше төмен кернеуді алу керек. Разрядты сыйымдылық разрядтың әр түрлі графиктерінде салыстырмалы түрде тұрақты олып қалады. Алынатын токтың шамасының өзгеруі Лекланше элементтеріне қарағанда берілетін сыйымдылыққа азырақ әсер етеді. Элементтер және батареялар сыйымдылық шамасы бірнеше жүздеген миллимапер-сағаттан ондаған ампер-сағатқа дейін дайындалады.

Сілтілі батареялар көмір-цинкті батареяларға қарағанда жұмыс істеу уақыты ұзақ көздері бар немесе үлкен қуатты қорек көзін талап ететін құрылғыларда қолдануға арналған. Сілтілі батареялардың энергиясының толық қоры өлшемі тура сондай көмір-цинкті энергиялардың қорынан шамамен екі есе артық болады. Қарапайым көмір-цинкті батареяларда үлкен токты іріктеу режимінде немесе күрделі режимдерде үздіксіз разряд кезінде жұмыс барысында активті материалдарды қолдану коэффициенті энергия қорының кішкене үлесі қолданылатындай нашарлауы мүмкін. Сілтілі батареялардың негізгі артықшылығы үздіксіз немесе күрделі режимде разрядта жоғары қуаты болады. Ал Лекланше жүйесінің ХТК бұл кезде қорек көзіне қойылатын талаптарды қанағаттандыра алмайды. Белгілі бір шарттарда сілтілі ХТК стандартты көмір-цинкті батареяларға қарағанда жеті есе ұзақ жұмыс ұзақтығын қамтамасыз етеді.

Сілтілі батареялар өзінің техникалық сипаттамалары бойынша кез келген жұмыс режимінде көмір-цинкті батареялардан артық болса да, бірқатар жағдайларда экономикалық жағынан олар кіші токты іріктеу режимінде үздікті разрядта немесе комбинацияланған режимде артықшылықтары болмайтындығы анықталады. Мысалы, үздікті разряд кезінде 300 мА аз токта Д типөлшемді сілтілі элемент, өте жағсы техникалық сипаттамаларға ие болса да, көмір-цинкті элементтерге қарағанда экономикалық артықшылығы болмайды.

Токты аз пайдаланатын радиоқабылдағыштарда және басқа да бірқатар құрылғыларда сілтілі ХТК Лекланше жүйесінікіне қарағанда әдетте екі есе ұзақ қызмет етеді. Батареялық қоректенетін ойыншықтарда және токты салыстырмалы түрде көп пайдаланатын құрылғыларда сілтілі батареялар Лекланше ХТК қарағанда кейде жеті есе ұзақ жұмыс істейді.

Сілтілі ХТК фотожарқылдар үшін өте қолайлы қорек көзі болып табылады. Олар тек қана үлкен токтарды беріп қоймайды, сонымен қатар фотожарқылдарды қоректендіруге арналған көмір-цинкті батареялармен салыстырғанда үлкен энергия қорына ие. Бірқатар электронды фотожарқылдарда тұрақты төмен кернеуді фотожарқылдың конденсаторының зарядына қажетті жоғары кернеуге түрлендіру үшін транзисторлы немесе механикалық үзгіш қолданылады. Бұл кезде іріктелінетін токтар фотожарқылға арналған нақтылығы жоғары батареялар үшін де мүмкіндіктерінің шегінде болады. Сілтілі батареялар екі тізбектес разрядтардың арасындағы жеткілікті қысқа уақытты, сонымен қатар тура сол мақсатта қолданылатын көмір-цинкті батареялармен немесе жалпы қолданысқа арналған көмір-цинкті батареялармен салыстырғанда фотожарқылдың разряд санының 2-3 есе артуын қамтамасыз етеді. Сипаттамаларының бұндай жақсаруы Лекланшенің стандартты элементімен салстырғанда энергияны қарқынды түрде алуға мүмкіндік беретін элементтің ерекше конструкциясының арқасында пайда болды.

Сынап-цинкті элементтер және батареялар. Разряд кезінде кернеудің тұрақтылығымен және разрядтардың арасында «тынығуға» қажеттті үзілістің қажет еместігімен сипатталады. Сынап-цинкті элементтің кернеуі 1,352 ± 0,002 В тең және температура өзгерген кезде өзгереді. Сондықтан бұл элементтер кейде техникалық құрылғыларда тірек кернеуінің көзі ретінде қолданылады.

Сынап-цинкті ХТК сипаттамалық ерекшеліктері төмендегілер болып табылады:

• ұзақ өызмет көрсету мерзімі;

• меншікті сыйымдылығының мәнінің үлкен болуы;

• разрядтың жазық қисығы;

• жүктеме бар кезінде салыстырмалы түрде жоғары кернеу;

• разряд шартына тәуелді болмайтын салыстырмалы түрде тұрақты берілетін сыйымдылық;

• аз және тұрақты ішкі кедергі;

• жоғары температура кезінде жұмысқа қабілеттілігінің сақталуы;

• соққыларға, дірілге және үдетулерге жоғары тұрақтылық;

• атмосфералық қысыммен салыстырғанда төмендетілген және жоғарылатылған қысымға тұрақтылық.

Сынап-цинкті ХТК жұмыс сыйымдылығы 21 °С температура кезінде бір жыл сақтағаннан кейін жаңадан дайындалған батареяның сыйымдылығының 90% аса бөлігін құрайды. Сынап-цинкті ХТК ұсынылатын сақтау мерзімі үш жылға дейін. 4.5. кестеде сынап-цинкті элементтің кернеуінің сақтау ұзақтығына типтік тәуелділігі келтірілген.

4.5. кесте.

Сынап-цинкті элементтің ЭҚК 21 °С (35 °С) температура кезінде

сақтау ұзақтығына типтік тәуелділігі

4.6. кесте.

Union Carbide фирмасының өндірісінің Eveready сынап-цинкті элементтері және батареяларының үздіксіз разряд кезіндегі сипаттамалары

Сынап-цинкті элементтер және батареялар әр түрлі қолданысқа арналған екі нұсқада шығарылады: 1,35 В элементтер және олардың негізіндегі батареялар; 1,4 В элементтер және олардың негізіндегі батареялар. Жалпы жағдайда кернеуі 1,35 В элементтерді жоғары температура кезінде жұмыс істейтін құрылғыларда тірек кернеу көзі ретінде қолдануға ұсынылады. Кернеуі 1,4 В элементтер немесе осы элементтерден тұратын батареялар өлшеу және ғылыми аппаратурадан басқа, сонымен қатар +65 - +70°С температура аралығындағы қыздыруды қамтамасыз ететін аумақтарда орналастырылатын құралдарда ғана қолданылмайды, бұлардан басқа өндірісті шығарылатын құралдардың барлық түрлерінде қолданылуы мүмкін. Бұл элементтер (1,35 – вольттімен салыстырғанда) тұрақты кернеуді қамтамасыз етпейді. 1,4 – вольтті ХТК ток шамасы бойынша ұзақ іріктеу талап етілетін, ал кернеудің жоғары тұрақтылығы міндітті болып табылмайтын құрылғыларда қолдану ұсынылады.

Жоғары температуралар (+70°С дейін) сынап-цинкті ХТК сипаттамларының тұрақтылығына әсер етпейді. Бұндай ХТК бірнеше сағат барысында +145°С дейін температурада жұмыс істей алады. Жалпы жағдайда төмен температурлар кезіндесынап-цинкті элементтердің сипаттамалары қанағаттанарлықсыз болып қалады. Алайда элементтердің кейіннен дайындалған түрлері төмендетілген температурада айтарлықтай жақсы жұмыс істейтін болды. Соңғы топқа жатпайтын сынап-цинкті элементтер үшін +3 - +4°С аралығындағы температура кезінде берілетін сыйымдылықтың бірден төмендеуі болады, ал 0°С кезінде бұл элементтер кіші токты іріктеу режимінен басқа режимде өте аз сыйымдылққа ие болады.

Кейбір сынап-цинкті ХТК сипаттамлары 4.6. кестеде келтірілген.

Күміс-цинкті элементтер. Разрядтың жазық қисығының сақталуы кезінде (4.1 сурет) сынап-цинкті элементтерге қарағанда айтарлықтай жоғары кернеуді қамтамасыз етеді. Күміс-цинкті ХТК төмен температурлара кезінде жұмысқа қабілеттіліктерін сақтайды.

Күміс элементтің жұмыс кернеуі 1,5 В құрайды (алшақтатылған электродтардағы кернеу 1,6 В тең). Сыйымдылықтарының мәні сәйкесінше 35-210 мА сағ және 36-260 мА сағ болатын күміс-цинкті диск элементтерді шығаратын Union Carbide және Mallory фирмалары күміс ХТК шығаратын алдыңғы қатарлы фирмалар болып табылады.

Күміс-цинкті ХТК электронды қол сағаттарында (индикациясы аналогты және сандық болатын), калькуляторларда, электрондщы жазба кітапшаларында, кішкентай есту аппараттарында, өлшеу құралдарында, автономды қоректенетін кішкентай жарық көздерінде (шамдарда) және бірқатар көптеген құрылғыларда қорек көзі ретінде қолданылады. Сынап-цинкті элементтер сияқты күміс ХТК тірек кернеуінің көзі ретінде қолданылады.

Күміс-цинк элементтері 1-2 жыл сақтағаннан кейін жұмысқа қабілеттілігін жақсы сақтайды (әдетте 21 °С температура кезінде бір жыл сақтағаннан кейін сыйымдылықтың 90% аса бөлігі сақталады).

Күміс-цинкті жүйесінің элементтері кіші және де үлкен ішкі кедергіге ие болуы мүмкін. Электронды қол сағаттарға арналған отандық элементтердің меншік импенданстары төмен болады. Шет елде өндірілетін осындай элементтердің ішкі кедергісі үлкен болып жасалынады, бұл сағаттарда жарқырату немесе дыбыстық сигналдың қалыптасуы сияқты қызметтік мүмкіндіктерінің өзара орын басуын алдын алады. Кейбір күміс химиялық ток көздерінің сипаттамалары 4.7, 4.8 және 4.9 кестелерде келтірілген.

4.7. кесте.

Union Carbide фирмасының Eveready сериялы күміс-цинкті элементтерінің және батареяларының үздіксіз разряд кезіндегі сипаттамалары

4.8. кесте.

Duracell фирмасының кернеуі 1,5 В дискті күміс-цинкті элементтерінің сипаттамалары

4.9. кесте.