Пальчиковые батарейки и аккумуляторы типа AA

Пальчиковые батарейки типа AA являются наиболее распространенными элементами питания электронных устройств во всем мире. Типы пальчиковых элементов и характеристики зависят от химического состава и технологии изготовления.

---

Стандарт для батареек типа AA

Для элементов питания типа AA, или как их принято называть в народе пальчиковые батарейки, приняты стандарты которые действуют на территории Российской Федерации указаны в ГОСТ Р МЭК 60086-2-2019.

Таблица размеров исходя из изображения выше согласно ГОСТ Р МЭК 60086-2-2019.

Технические требования предъявляемые к пальчиковым батарейкам типа AA согласно ГОСТ Р МЭК 60086-2-2019:

 

---

Разновидности и устройство пальчиковых батареек или аккумуляторов

В народе принято называть пальчиковыми батарейками и аккумуляторами все элементы питания типа AA, но не все так однозначно и они имеют разные характеристики и внутреннее устройство. Сегодня список наиболее доступных элементов питания типа AA включают:

1. Солевые;
2. Алкалиновые;
3. Литиевые;
4. Никель-цинковые;
5. Никель-кадмиевые;
6. Никель-металлогидридные;

Вышеперечисленные разновидности элементов питания имеют свои особенности и характеристики. Среди главных параметров отмечаются номинальное напряжение U_н и энергетическая емкость, которые указывают на пригодность для определенных типов электронных устройств и продолжительность работы такого устройства соответственно.  Еще одним важным параметром является перезаряжаемость. Перезаряжаемые батарейки типа АА в народе принято называть аккумуляторами. Таким образом элементы с форм-фактором типа AA классифицируются на:

1. Одноразовые;
2. Перезаряжаемые (Аккумуляторы);

Помимо основных параметров, накопители энергии имеют множество других, которые так же играют немалую роль при подборе. В числе таковых может быть показатель саморазряда, срок хранения , фактическое напряжение, напряжение отсечки, эффективная емкость и многое другое. В зависимости от внутренней структуры  и химического исполнения данные параметры могут отличаться.

 

---

Одноразовые батарейки типа AA

К одноразовым источникам электрической энергии с форм-фактором AA относятся солевые, щелочные и литиевые батарейки.

Солевыми батарейками типа AA являются элементы питания у которых катодом является пиролюзит(MnO₂) в смеси с графитом (около 9,5%), анодом выступает металлический цинк, а электролитом — раствор хлорида аммония (NH₄Cl). По международным стандартам батарейки с таким составом обозначаются символами R6. Они имеют емкость от 550 мА*ч до 1500 мА*ч с номинальным напряжением 1,5 В.

Щелочные, или как их еще называют алкалиновые, батарейки с форм-фактором AA  представляют собой элемент питания по составу очень похожий на солевые. Катодом у данного типа элементов, так же как и у солевых, выстует оксид марганца (MnO₂), который реагирует с анодом в виде металлического цинка (только порошкообразный), а в качестве активной среды используется щелочной электролит  гидроксида калия (KOH). По международным стандартам щелочные источники питания с форм-фактором AA должны обозначаться маркировкой LR6. В сравнении с солевыми аналогами, они имеют более высокую плотность энергии и сроки хранения. Стандартная емкость щелочных батареек варьируется от 1000 мА*ч до 2980 мА*ч с номинальным напряжением 1,5 В.

Литиевые батарейки с форм-фактором AA могут иметь различные химические составы, но в общем случае в качестве анода используется литий (или его соединения) и катода — дисульфид железа. Именно по этой причине достаточно часто их обозначают Li-FeS₂. В качестве электролита в таких элементах питания могут выступать пропиленкарбонат, диоксолан и диметоксиэтан. Батарейки типа AA с такого рода химическими составами согласно международным стандартам принято обозначать маркировкой FR6. Они, как правило, имеют емкость в пределах 2 — 3 тысяч мА*ч и номинальное электрическое напряжение 1,5 В.

Показатель средней энергии, которая измеряется в мВт*ч, является показателем энергоемкости элементов питания. Иногда производители отмечают показатель отдаваемой энергии вместо емкости, что может запутать потенциального покупателя, так как значение емкости обычно значительно меньшее. При одинаковых значениях емкости и отдаваемой энергии, источник питания на котором указана емкость прослужит дольше.

---

Перезаряжаемые батарейки (аккумуляторы) типа AA

Разновидностей аккумуляторов с форм-фактором AA существует достаточно много. Наиболее популярными на сегодняшний день являются:

• никель-металлгидридные (NiMH);
• литий-ионные (Li-ion);
• никель-кадмиевые (NiCd);

Никель-металлгидридные перезаряжаемые батарейки типа AA имеют маркировку NiMH и имеет международное обозначение HR6. Они представляют собой аккумулятор с положительным электродом изготовленным из гидроксида никеля, а отрицательный изготовленный из металлгидрида. Аккумуляторы NiMH имеют номинальное напряжение 1,2 В с конечным напряжением разряда около 1,0 В. Для форм-фактора AA доступны емкости от 800 мА*ч до 3000 мА*ч при среднем значении в 2500 мА*ч. Среднее значение энергии у никель-металлгидридных аккумуляторов составляет 3000 мВт*ч.

Литий-ионные аккумуляторы с форм-фактором AA набирают популярность и содержат в себе литий-ионный элемент 3,7 В с внутренним понижающим преобразователем на положительном выводе для снижения выходного напряжения до значения 1,5 В. Данный тип аккумуляторной батареи имеет ориентировочную емкость при токе потребления 250 мА равную 1700 мАч при напряжении 1,5 В. Этот показатель меньше, чем у других химических аккумуляторов, который обусловлен несовершенностью понижающего преобразователя. По международным стандартам на данные аккумуляторы должно наноситься обозначение Li-ion. Плюсом является встроенная плата подзарядки с индикацией и интерфейсом MicroUSB, а так же номинальное напряжение в 1,5 В, что позволяет равноценно заменять одноразовые батарейки. Кроме того, данные элементы питания оснащаются схемой предохранения от перезаряда и критического разряда, которая значительно продлевает жизнь этих источников питания.

Так же встречаются еще и никель-кадмиевые аккумуляторы с форм-фактором AA, но конкуренты практически вытеснили его с глобального рынка элементов питания. Его маркировка согласно международным стандартам указывается как KR6 и обычно присутствует обозначение NiCd, которое указывает на химический состав. Аккумулятор NiCd имеет номинальное напряжение в 1,2 В и емкость в пределах от 600 до 1500 мА*ч, что составляет значение напорядок ниже чем у конкурентов. Плюс для этих элементов питания необходима специализированное зарядное устройство, которое не повредит целостность.

До появления Li-ion аккумуляторов целесообразность покупки перезаряжаемых элементов питания была не очень актуальна, так как номинальное напряжение в 1,2 В не позволяет их использовать в мощных потребителях. Например в фонариках расчитанных на источник питания в 1,5 В с аккумуляторами в 1,2 В — свет выдается гораздо тусклее. Плюс ко всему никелевые аккумуляторы боятся сильного разряда маленькими токами, которые можно просто неусмотреть при последовательном соединении нескольких источников питания. С перезарядом аккумуляторов дела обстоят так же не очень гладко, так как необходимы специальные устройства с контролем заряда. Все вышеперечисленное сводится к тому, что из заявленных циклов перезаряда у никелевых аккумуляторов в 1000 раз хорошо если будет 400. В этом плане плата контроля заряда Li-ion аккумуляторов способна обеспечить около 800 циклов перезаряда, что составляет порядка 2 лет активной эксплуатации. В среднем стоимость Li-ion аккумулятора в 10 раз больше, чем обычной алкалиновой батарейки, но с учетом гарантированного цикла перезаряда в 800 раз экономия обещает быть существенной.