🔋 Neovolt.ru ➡ Блог ➡ Сравнения ➡ Ni-Mh vs Li-Ion
Пару веков назад Алессандро Вольта (wiki) доказал, что электрический ток получается при соединении разных металлов через проводящий электролит. Он изобрёл простой способ получения гальванического элемента («Вольтов столб», 1800 год).
Разность потенциалов между его выводами составляет 1,1 Вольта (подробнее про напряжение между пластинами).
Теперь «Вольт» (В, или международное V) — это единица измерения электрического потенциала (разницы потенциалов), электрическое напряжение.
В XX-м веке при экспериментальном выборе наиболее практичных материалов широко распространились одноразовые элементы (например, углерод-цинк, щелочной диоксид марганца), которые в свежем виде имеют напряжение порядка 1,5 В.
Что за «Полтора Вольта»?
Именно на это напряжение источника питания (а именно 1,0-1,5 В) были рассчитаны схемы массовых изобретений и устройств:
- электронные часы,
- фонари,
- радиоаппаратура,
- слуховые аппараты,
- камеры,
- игрушки,
- телефоны и так далее.
💡 Вокруг полутора вольт построили тысячи отраслей.
Электронные устройства обычно изготавливаются для работы от ячеек с напряжением от 1,0 до 1,5 В. Новая батарейка выдаёт 1,5 В и во время использования постепенно уменьшает напряжение до 1,2 В (тускнеет свет в фонаре, хуже работает моторчик в игрушке и так далее).
В конце своего жизненного цикла батарейка выдаёт 1,0 В. Обычно устройство перестаёт работать, но те же настенные часы ещё вполне ходят.
Почему именно «1,5 В»?
Эффективное напряжение нулевой нагрузки неразряженной современной щелочной батареи от 1,5 В до 1,65 В. Оно зависит от содержания оксида цинка в электролите и чистоты диоксида марганца ( источник «Справочник Линдена по батареям (3-е изд.)», стр. 10–12. ).
Под нагрузкой варьируется от 1,1 В до 1,3 В. Полностью разряженный элемент генерирует 0,8-1,0 В. То есть по сути 1,5 В — это больше про маркетинг (так проще тем, кто совершенно в этом не разбирается).
Вспомним 1980-е, когда формировались и создавались огромные рынки электроники на батарейках. Первопроходцы обеспечивали массовый спрос. Эти же компании (либо их правопреемники) существуют до сих пор и продолжают развиваться.
У одноразовых батареек появилась альтернатива
Производители «батареечных устройств» предлагают запитывать игрушечную машинку вашего ребёнка, будильник, пульт ДУ, брелок от автосигнализации 1,5-вольтовыми элементами. Их выбор довольно широк сейчас.
Выбор элементов 1,5 В:
- солевые неперезаряжаемые батарейки;
- щелочные (алкалиновые) неперезаряжаемые батарейки;
- никель-металлогидридные (Ni-Mh/NiMh ) перезаряжаемые аккумуляторы (у них, кстати 1,2 В , но они в некоторых случаях могут подойти для электроники 1,5 В );
- литий-железо-дисульфидные (Li/FeS2 ) перезаряжаемые аккумуляторы (тоже подходят для электроники 1,5 В , подробности в конце).
Пока школьники и домохозяйки регулярно бегали в магазины за «енерджайзерами и дюраселями», последние 20 лет продолжался бурный рост популярности:
- смартфонов,
- планшетов,
- ноутбуков,
- прочих портативных гаджетов,
- радиоуправляемых устройств
- и электротранспорта.
Они работают на относительно недорогих и долго служащих литий-ионных (и литий-полимерных) аккумуляторах.
▶ Просто взгляните, почему литий-ионный аккумулятор используют чаще всего.
Теперь мы часто слышим справедливый вопрос — почему бы производителям не сделать глобально замену на Li-Ion всех Ni-Mh?
Аккумулятор Ni-Mh или Li-Ion — что же лучше для 1,5-вольтовой электроники?
В контексте массовой 1,5-вольтовой электроники лучше всего не тот и не другой, а самые обычные неперезаряжаемые батарейки (камера, плеер, радиоуправляемая техника).
Аккумуляторы лучше подходят к устройствам, где использование периодическое и длительное (фонарик, навигатор, игрушки). Логику постарались показать простыми словами ниже.
1. Неперезаряжаемые солевые и щелочные батарейки
Пара АА-«енерджайзеров» обеспечивает напряжение 2,4-3 В. На него-то и рассчитана работа большинства устройств (если батареек шесть, то 7,2-9 В, и так далее). В проекте «вилка» может быть и больше — от 1 до 1,6 В на элемент.
💡 Можно утверждать, что переход на никель-металлогидридные (Ni-Mh) перезаряжаемые батареи допускается (иногда даже штатно предусмотрен производителями).
2. Перезаряжаемые Ni-Mh аккумуляторы
Ni-Mh обеспечат стабильные (в отличие от одноразовых батареек с нелинейным графиком напряжения) 1,2 В на элемент (тоже самое относится к старым элементам никель-кадмиевого типа, Ni-Cd).
Но там, где нужно 6 или 9 элементов возникает риск некачественной работы моторчиков и других зависящих от напряжения узлов из-за условно «недостатка вольтажа». Лучше руководствоваться инструкцией к электронному устройству.
🔎 Почему аккумулятор 1,2 В не всегда хуже (а иногда и лучше), чем щелочные батарейки рассказывал Алексей Надеждин из LampTest на Habr.com.
3. Перезаряжаемые Li-Ion аккумуляторы
Литий-ионный (Li-Ion) и литий-полимерный (Li-Po) аккумулятор имеет напряжение от 3,2 до 4,2 В на элемент в зависимости от уровня заряда. Заменить AA-элементы на литиевые также, как с NiMH получится только при вмешательстве в конструкцию и, вероятно, электросхему (путём установки преобразователя).
💡 Всё зависит от электронного продукта и типа литиевой батареи (например, есть химические соединения, которые совместимы с 1,5 В ). В нашем контексте речь идёт о популярных и распространённых литий-ионных батареях с относительно невысокой стоимостью.
Если вас интересуют примеры готовой замены (то есть та, что находится в продаже) 1,5-вольтовых батареек на перезаряжаемый Li-Po 3,7 В с преобразователем (внутренней схемой), то можете взглянуть на запатентованный продукт Kentli (тип АА, ёмкость 2800 мВт·ч) — независимый обзор.
На eBay их стоимость начинается от 950 рублей за элемент в зависимости от продавца и курса валюты. Подобные разработки существуют и у других производителей (Sorbo, Bevigor, Voniko и так далее).
Li-Ion вместо щелочной батарейки: последствия
Что будет, если не использовать преобразователь и установить аккумулятор Li-Ion вместо щелочной батарейки как есть?
Предположим:
- у вас есть 2 Li-Ion батареи полностью заряженные (по 4,2 В каждая, то есть всего 8,4 В );
- вы их подключаете к устройству, рассчитанному на работу при максимальном напряжении 3,2 В (две совершенно новые щелочные батареи AA );
- теперь напряжение источника тока превышает напряжение электропотребителей внутри устройства, так как подаётся 8,4 В вместо 3,2 В (предположим, что пределы изменения напряжения сверх нормы не просчитаны производителем);
- в результате мы наблюдаем выход из строя ШИМ, диодных мостов, трансформаторов (зависит от устройства).
Простыми словами, выгорает электроника при подключении 3,7 В к контактам устройства, рассчитанного на источник питания 1,5 В . Исключение — устройства, например, с питанием от трёх батареек. В таких случаях производители даже могут предусмотреть установку литий-ионных аккумуляторов без вмешательства в электросхему.
Перезаряжаемые литиевые элементы с преобразователем напряжения на 1,5 В ещё пару лет назад не делал никто. Создавали только одноразовые литиевые батарейки с напряжением 1,5 В (например, литий-железо-дисульфидные Li/FeS2 — описание в PDF).
Сейчас же есть попытки вывести на рынок литиевые элементы 14500 (AA) с ёмкостью от 400 мАч и даже microUSB-разъёмом для зарядки. Они состоят из литий-ионного аккумулятора, понижающего преобразователя (4,2 В > 1,5 В), защиты.
Однако это неоптимальное решение. Преобразователь занимает драгоценное место, качество пока на низком уровне. Высокая цена отталкивает массового покупателя. Всё ещё дешевле и проще использовать традиционные батарейки.
Чтобы выполнить полноценную замену Ni-Mh на Li-Ion-аккумуляторы производители должны массово перенастроить электронику по источнику питания с 1,5 В на 3,7 В. Точно так, как это произошло в мире мобильных устройств.
Существуют ли попытки установить 3,7 В Li-Ion вместо щелочной 1,5 В батарейки?
Да — так, в общем-то, и появились все те устройства, которые сегодня поддерживают аккумуляторы 18650. Например, светодиодные фонарики стали лучшим примером быстрого перехода от одного типа источников питания к другим.
Производители (фонарей, электронных сигарет, электротранспорта) первыми экспериментировали с заменой Ni-Mh на Li-Ion. Если не вдаваться в подробности исследований, со временем изменился форм-фактор таких элементов с двух АА на один 18650.
***
Алессандро Вольт по сути создал прекрасную возможность для формирования рынка мобильных и портативных электронных устройств. Но с появлением экономически практичных солевых и щелочных батареек производители придерживались вилки допустимого напряжения.
В результате перевести Ni-Mh разом на Li-Ion оказалось практически невозможно (для массового потребителя сложно). Всему виной устоявшиеся за два века стандарты схемотехники, производства, рыночной обстановки.
⭐ Однако изменения назревают и даже происходят прямо в эти дни.
10 лет назад прогресс с литий-ионной (и литий-полимерной, разумеется) революцией начался одновременно с успехами Apple (первые iPhone, iPod, iPad). Смартфоны дали импульс технологии. Теперь законодателем становится электромобиль на фоне снижения цен на литий и разработок в области бескобальтовых перезаряжаемых элементов питания.
Мы стараемся разбирать вопросы наших подписчиков вКонтакте с учётом 12-летнего опыта работы с электроникой и элементами питания. Если вы хоте ли бы отстраниться от развлекательного повествования сосредоточиться на серьёзных разборах полётов, то добро пожаловать в официальный блог на сайте Neovolt.
