Εισαγωγικά για τις Μπαταρίες

1. Κατηγοριοποίηση

Οι μπαταρίες μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: Μπαταρίες Ιόντων Λιθίου, Μπαταρίες νικελίου – υδριδίου μετάλλου και Αλκαλικές μπαταρίες.

Α. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (μερικές φορές Li-ion ή LIB) είναι μία οικογένεια από διάφορους τύπους επαναφορτιζόμενων μπαταριών στις οποίες τα ιόντα λιθίου μετακινούνται από το αρνητικό προς το θετικό ηλεκτρόδιο κατά την διάρκεια της εκκένωσης και πίσω κατά την διάρκεια της φόρτισης. Η χημική σύσταση, η απόδοση και τα χαρακτηριστικά ασφαλείας διαφέρουν μεταξύ των διαφόρων τύπων μπαταριών LIB. Σε αντίθεση με τις μπαταρίες λιθίου μίας χρήσης, οι ηλεκτροχημικές μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν
ως υλικό ηλεκτροδίων μία παρεμβαλλόμενη χημική ένωση λιθίου αντί των ηλεκτροδίων από μέταλλο λιθίου.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι κοινές στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Πρόκειται για ένα από τα πιο δημοφιλή είδη επαναφορτιζόμενων μπαταριών στις φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, με μία από τις καλύτερες συμπυκνώσεις ενέργειας χωρίς το φαινόμενο της μνήμης και μόνο με μικρή απώλεια ισχύος όταν είναι σε αχρησία. Πέρα από τα ηλεκτρονικά ήδη ευρείας κατανάλωσης, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (LIB) έχουν αυξανόμενη δημοτικότητα στον Στρατό, στα ηλεκτρικά Οχήματα και τις αεροδιαστημικές εφαρμογές. Η συνεχόμενη έρευνα για την εξέλιξη των μπαταριών ιόντων λιθίου δίνει έμφαση στην αύξηση της χωρητικότητας της ενέργειας σε κάθε μπαταρία, στην ανθεκτικότητα, στο κόστος και στην εσωτερική ασφάλεια χρήσης.

Β. Οι Αλκαλικές μπαταρίες είναι ένας τύπος μπαταριών μίας χρήσης που η λειτουργίας τους βασίζεται στην αντίδραση μεταξύ του ψευδάργυρου και του διοξειδίου του μαγγανίου (Zn / MnO2). Μία επαναφορτιζόμενη Αλκαλική μπαταρία επιτρέπει την επαναχρησιμοποίηση ειδικά σχεδιασμένων κυττάρων. Σε σύγκριση με τις μπαταρίες ψευδαργύρου-άνθρακα του τύπου Leclanché ή Χλωριούχου ψευδαργύρου, οι Αλκαλικές μπαταρίες έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, διατηρώντας την ίδια τάση. Οι μπαταρίες οξειδίου του αργύρου σε μορφή κουμπιού έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και χωρητικότητα από τις αλκαλικές μπαταρίες, αλλά πολύ υψηλότερο κόστος κατασκευής. Οι Αλκαλικές μπαταρίες παίρνουν το όνομα τους επειδή περιέχουν αλκαλικό ηλεκτρολύτη υδροξειδίου του καλίου αντί του όξινου χλωριούχου αμμωνίου ή του χλωριούχου ψευδαργύρου που έχουν ως ηλεκτρολύτη οι μπαταρίες ψευδαργύρου-άνθρακα. Άλλα συστήματα μπαταριών χρησιμοποιούν αλκαλικό ηλεκτρολύτη αλλά χρησιμοποιούν διαφορετικά ενεργά υλικά για τα ηλεκτρόδια.

Γ. Οι μπαταρίες Νικελίου-Υδριδίου Μετάλλου, σε συντομογραφία NiMH ή Ni-MH, είναι ένας ακόμα τύπος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας. Είναι παρόμοιες με τις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες Νικελίου-Καδμίου (NiCd). Οι NiMH χρησιμοποιούν θετικά ηλεκτρόδια από οξύ-υδροξείδιο του νικελίου (Ni-OOH), όπως και οι NiCd αλλά στο αρνητικό ηλεκτρόδιο χρησιμοποιείται ένα κράμα απορρόφησης Υδρογόνου αντί του καδμίου. Μία μπαταρία NiMH μπορεί να έχει δύο έως τρεις φορές περισσότερη χωρητικότητα από μία ισοδύναμου μεγέθους μπαταρία NiCd και η ενεργειακή της πυκνότητα πλησιάζει εκείνη των μπαταριών Ιόντων Λιθίου. Η τυπική ειδική ενέργεια για τις μικρές μπαταρίες NiMH είναι περίπου 100Wh/kg και για τις μεγαλύτερες μπαταρίες NiMH είναι περίπου 75Wh/kg (270Kj/Kg). Αυτή η επίδοση είναι σημαντικά καλύτερη από την αντίστοιχη (40-60Wh/kg) των επαναφορτιζόμενων μπαταριών NiCd και παρόμοια με αυτή (100-160Wh/kg) των επαναφορτιζόμενων μπαταριών Ιόντων Λιθίου. Οι μπαταρίες NiMH έχουν μία ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα περίπου 300Wh/L (1080Mj/m³), σημαντικά καλύτερη από την αντίστοιχη των μπαταριών NiCd (50-150Wh/L) και παρόμοια με αυτή των μπαταριών Ιόντων Λιθίου (250-360Wh/L). Οι μπαταρίες NiMH έχουν αντικαταστήσει τις μπαταρίες NiCd σε πολλούς ρόλους αλλά κυρίως στις μικρού μεγέθους επαναφορτιζόμενες μπαταρίες.

Οι μπαταρίες NiMH είναι πολύ συνηθισμένες στο μέγεθος “ΑΑ” και έχουν ονομαστική χωρητικότητα φορτίου που κυμαίνεται από 1100mAh έως και 3100mAh στα 1,2volt. Η μέτρηση γίνεται σύμφωνα με την εκκένωση της μπαταρίας σε 5 ώρες. Η ωφέλιμη χωρητικότητα εκφόρτισης είναι μία φθίνουσα συνάρτηση του ποσοστού εκκένωσης αλλά μέχρι το ποσοστό της τάξης του 1xC (πλήρης εκκένωση σε μία ώρα), δεν διαφέρει σημαντικά από την ονομαστική χωρητικότητα. Οι μπαταρίες NiMH λειτουργούν κανονικά στα 1,2volt ανά στοιχείο, κάπως χαμηλότερα από τις συμβατικές μπαταρίες που λειτουργούν στα 1,5volt ανά στοιχείο. Οι περισσότερες συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για αυτήν την τάση θα λειτουργήσουν κανονικά.

Περίπου το 22% των φορητών επαναφορτιζόμενων μπαταριών που πουλήθηκαν στην Ιαπωνία το 2010 ήταν NiMH. Στην Ελβετία το 2009 το αντίστοιχο στατιστικό ήταν περίπου 60%. Το ποσοστό αυτό έχει μειωθεί με την πάροδο του χρόνου λόγω της αύξησης παραγωγής μπαταριών Ιόντων Λιθίου. Το 2000 σχεδόν το ήμισυ των επαναφορτιζόμενων
μπαταριών που πωλούνταν στην Ιαπωνία ήταν NiMH.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα των μπαταριών NiMH είναι το υψηλό ποσοστό αυτό-αποφόρτισης. Μία μπαταρία NiMH θα χάσει το 3% του φορτίου της την πρώτη εβδομάδα της αποθήκευσης της. Το 2005 αναπτύχθηκε ένας τύπος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας NiMH με χαμηλό δείκτη αυτό-αποφόρτισης με την ονομασία LSD. Οι μπαταρίες LSD NiMH μειώνουν σημαντικά το ποσοστό της αυτό-αποφόρτιση αλλά με κόστος την μείωση της δυναμικότητας έως και 20%.

2. Τύποι Μπαταριών

3. Σημειώσεις για τις μπαταρίες

* Η τάση όλων των περισσότερων επαναφορτιζόμενων μπαταριών είναι 3,7v – 4,2v. Εάν συνδεθούν σε σειρά η συνολική τάση θα προστεθεί. Εάν συνδεθούν παράλληλα, η συνολική τάση θα παραμείνει στα 3,7v – 4,2v (Σημείωση: ο ΤΜ11 χρησιμοποιεί 4 μπαταρίες 18650 και η συνολική του τάση είναι 4,2v. Εάν χρησιμοποιεί 8 μπαταρίες CR123 η συνολική τάση θα είναι 6v (Εξαιτίας σχεδιαστικών περιορισμών ο ΤΜ11 δεν δέχεται μπαταρίες RCR123).

* Όλες η μη επαναφορτιζόμενες μπαταρίες έχουν τάση 3V
* Η τάση των Αλκαλικών μπαταριών είναι 1,5v και των επαναφορτιζόμενων μπαταριών NiMH είναι 1,2v
* Η φωτεινότητα ενός φακού εξαρτάτε και από την τάση των μπαταριών
* Αντιστοιχίες μεταξύ μπαταριών σύμφωνα με τον κωδικό τους: ΑΑ=14500, CR123A=16340, CR123A*2=18650 (Προσοχή ! Η μπαταρία 14500 δεν είναι συμβατή με τα προϊόντα NITECORE  που δέχονται 2xAA μπαταρίες.)