При приобретении НКА следует измерить его напряжение (ЭДС) высокоомным вольтметром. Оно должно быть не менее 1,35 В на один элемент. Если оно ниже, то это свидетельствует о недоброкачественности НКА или его разряженности. Поэтому надо решать — покупать или нет такой неоднозначный по качеству источник. При номинальной нагрузке (о ней см. далее) ЭДС должна быть не менее 1,25 В.
Цифры за буквенным обозначением показывают номинальную емкость аккумулятора, т е. для Д-0,26 это 0,26 А в течение часа. Но если от источника отбирать такой ток в течение часа, то, как правило, он будет испорчен. Поэтому емкость рассчитывают из нагрузки аккумулятора в течение 10 часов, т. е. в данном случае током в 10 раз меньше, а именно, 26 мА. После этого напряжение будет 1,1 В или немного менее, и дальнейший отбор такого тока испортит источник. Однако при нагрузке маленьким током, например, 2,5 мА, аккумулятор будет выдавать его не 100 часов, а существенно дольше до момента снижения напряжения до 1,1 В. Минимальное напряжение для НКА составляет 1 В и это критерий окончания его разрядки.
В 1990-х гг. освоен в России выпуск аккумуляторных литиевых элементов (ЛЭ), в которых «минусовым» электродом служит щелочной металл литий взамен кадмия, цинка или свинца, обычно используемых в традиционных источниках. Это обеспечивает почти двукратное увеличение напряжения на элементе от 1,7 до 3,6 В в зависимости от вещества «плюсового» электрода и повышение его удельной энергоемкости до 0,6 Вт∙ч/г или 1,1 А∙ч/см3. Они имеют температурный диапазон работы от —60 °C до +90 °C и очень маленький саморазряд (менее 2 % в год). Недостатком же является наличие в них химически активных и пожароопасных веществ. Однако производители гарантируют защищенность ЛЭ от разгерметизации при выполнении правил эксплуатации. Цена на ЛЭ несколько выше стоимости традиционных источников тока, но она постепенно снижается. Конструктивно ЛЭ выпускают в дисковом (пуговичном), цилиндрическом и призматическом (плоском) исполнении. Номенклатура отечественных ЛЭ невелика по сравнению с зарубежной, однако и она охватывает диапазон емкостей от сотых долей до сотен А∙ч на элемент. В России производителями ЛЭ являются ГУП «Научное конструкторско-технологическое бюро химических источников», г. Новочеркасск, ОАО «Литий-элемент», г. Саратов, НИЦ «Литий», г. Дубна, НПП «Квант», г. Москва, АО «Энергия», г. Елец, завод «Уралэлемент», г. Верхний Уфалей, НИИ электроугольных, г. Электроугли и ряд других. В таблице 2 приведены основные характеристики некоторых типов ЛЭ малых и частично средних размеров.
Наибольшую энергоемкость среди ЛЭ и вообще среди всех производимых химических источников тока имеют системы «литий-тионилхлорид» (до 1,1 А∙ч/см3). К особому типу относятся элементы на основе «литий-йод». Они не содержат жидкости, а электролитный контакт создается твердым продуктом химической реакции — йодидом лития. Полностью герметичная твердотельная конструкция имеет исключительную надежность с гарантированным сроком службы до 12,5 лет. Поэтому они используются в имплантируемых медицинских изделиях (кардио- и нейростимуляторах).
У меня в бытовых условиях используются в течение 10–15 лет различные аккумуляторные элементы и наборные батареи из них (последовательно и параллельно-последовательно включенные) в десятке устройств: часах, электрофонарях, радиоприемниках, дистанционных пультах, детских игрушках и т. д. Еще давно я определил, что выгоднее и надежнее применять в качестве автономных источников тока не одноразовые батарейки, а аккумуляторы при соответствующей их эксплуатации. Приобретенные еще во времена СССР герметизированные никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы (ГНКА) типа Д-0,26 и Д-0,55 работают в большинстве своем и сегодня по прошествии 10–15 лет. Ниже я излагаю мой опыт обслуживания этих и другого типа автономных источников.
Во-первых, каждые 3–5 месяцев я вынимаю и осматриваю поочередно все аккумуляторные элементы (АЭ), хотя они еще нормально работают. Основное внимание уделяю изолирующему стыку, где при микротечи электролита образуется белый или другого цвета налет на поверхности изолятора и краев электродов. Через эти места идет утечка тока, и АЭ теряет запасенную энергию (емкость). Главное же, испарения электролита могут повредить контакты в посадочных местах для АЭ, разрушить тонкие соединения на электронной плате или, наоборот, создать каналы токовой связи между близко расположенными проводниками на плате, что нарушит ее штатное функционирование. Просматриваю изолирующий стык даже через лупу с 7-кратным увеличением. При наличии белого налета по всей окружности стыка АЭ из ручных часов, как правило, такой элемент выбраковываю. Из гнезда этого элемента в часах аккуратно извлекаю узкую кольцевую изолирующую прокладку тоже со следами щелочи или соли на ней, промываю ее в воде и сушу. Иногда заменяю ее на новую прокладку, которую изготавливаю из фторопластовой или полиэтиленовой пленки. Для этого трубчатым металлическим пробойником вырезаю в пленке, находящейся на ровной неметаллической поверхности, центральное отверстие диаметром 5,3 мм, надавливая рукой на пробойник и слегка поворачивая его. Затем ножницами вырезаю вокруг отверстия кольцо с шириной стенки около 1 мм. Поверхности гнезда и контактов в нем очищаю тонкой кисточкой из натурального меха, стараясь, чтобы окислы не попадали через щели внутрь часов. Продуваю и протираю поверхности и контакты спиртом. Если на стыке следов электролита и окислов мало, то быстро мою элемент в проточной воде, при этом остро заточенным концом спички обвожу изоляцию по окружности, убираю затем влагу со стыка и всего элемента сухой хлопчатобумажной тканью и протираю изоляцию спиртом для удаления следов влаги из пазов стыков. Затем измеряю напряжение на часовом элементе при нагрузке его на резистор с сопротивлением около 400 Ом. Если оно 1,2 В и более, то, как правило, устанавливаю АЭ снова в часы. Если напряжение меньше указанного, то элемент готовлю к зарядке и заряжаю (см. ниже). В неответственных случаях, когда, например, АЭ запитывает только звуковоспроизводитель или звонок, элемент с микротечью электролита использую снова после указанной очистки стыка при сохранившейся рабочей разности потенциалов или после зарядки АЭ. За таким АЭ теперь надо присматривать почаще. Практика показала, что в ручных электронных часах, особенно дорогостоящих, надежнее применять элементы заграничных известных фирм с качественной герметизацией стыка. Это фирмы PANASONIC, PHILIPS, SONI, TOSHIBA, HITACHI, DURACELL, UCAR, VARTA. Однако и в данном случае можно приобрести подделку. Тут уж как повезет.
АЭ бóльшего размера типа Д-0,26, Д-0,55 тоже подвергаю аналогичной ревизии и обработке Здесь целесообразно всегда убирать смазку с поверхности изолирующего стыка и краев электродов, а перед установкой АЭ обратно в потребитель снова наносить ее сюда. Были случаи, когда нет утечки щелочи, а напряжение на АЭ равно нулю и он не заряжается. Выяснилось, что к отрицательному электроду соединение внутри выполнено тонким проводником, который в месте контакта иногда отсоединяется или разрушается электролитом. Тогда я делаю следующее. Вырезаю из текстолита (можно и из другого твердого диэлектрика) толщиной 2 мм диск с диаметром, меньше внешнего диаметра отрицательного электрода на 5–7 мм. Затем элемент с этим диском напротив отрицательного электрода устанавливаю между губками тисков (рис. 1), ставя также дополнительную изолирующую прокладку для предохранения от случайного закорачивания электродов.
Рис. 1.Схема размещения аккумуляторного элемента в тисках:
1 — губки тисков; 2 — аккумулятор; 3 — диск из диэлектрика; 4 — изолирующая прокладка
Сближая рукояткой тисков губки, продавливаю диском 3 поверхность отрицательного электрода на 0,5–0,7 мм до появления контакта, что контролирую по вольтметру, так как некая емкость всегда остается. Несколько так «отремонтированных» АЭ прослужи ли у меня от 3 до 5 лет и используются в настоящее время.
В статье П. Баранова «Продление жизни дисковых аккумуляторов» (Радиомир, 2001, № 10. С. 15) говорится, что аккумуляторы типа Д-0,26 после длительной эксплуатации или хранения без использования иногда теряют много электролита и слабо заряжаются. Для восстановления их работоспособности можно просверлить отверстие диаметром 1 мм в донышке положительного электрода, и залить через него посредством медицинского шприца электролит — едкий калий плотностью 1,21-1,24. После этого отверстие запаивают. Однако при пайке АЭ сильно нагревается и может выйти из строя. Поэтому лучше отверстие сделать сбоку положительного электрода, залить электролит и отверстие заклеить тонкой липкой лентой Затем отрезать кольцо шириной 5 мм от хлорвиниловой трубки диаметром 22 мм, немного нагреть ее в теплой воде и с натягом надеть на АЭ, прижав к его поверхности липкую ленту. Для лучшей герметизации сделать поверх колечка бандаж из полоски жести шириной 5 мм и длиной 98 мм от жестяной банки. На концах полоски сделать отгибы в разные стороны по 5 мм для «замка», затем плоскогубцами с тонкими губками стянуть бандаж вокруг АЭ, сжать отогнутые концы полоски и пригнуть «замок» к аккумулятору. Бандаж плотно обожмет хлорвиниловое кольцо. Такой метод позволяет многократно заправлять электролит и использовать АЭ вплоть до износа электродов. При сверлении отверстия следует ограничить проникновение сверла внутрь, надев на него ограничительную полимерную трубку, иначе можно повредить электродную систему внутри.
Теперь о зарядке АЭ. Еще почти 40 лет назад специалист по кислотным автомобильным аккумуляторам объяснил мне, что аккумулятор лучше всего заряжать током примерно в 15 раз меньше емкости аккумулятора в ампер-часах. Следует применять однополупериодный выпрямитель, заряжая аккумулятор в течение одной полуволны тока 50-герцового сетевого напряжения и разряжая его в каждый следующий полупериод током, величина которого составляет 10 % от зарядного тока. Действительно, при таком режиме зарядки автомобильные аккумуляторы служили, как правило, до 10 лет. Поэтому,