Nemogoče je lahko mogoče

Objavljeno: 27.8.2011 | Avtor: Vlado Robar | Kategorija: Dosje | Revija: Avgust 2011

Vsi vemo, da lahko v trgovini kupimo "navadne" baterije in tiste, ki jih lahko ponovno napolnimo, "akumulatorčke". Gotovo pa je manj znano, da lahko v resnici napolnimo tudi navadne baterije, le poseben polnilec potrebujemo.

V Monitorju pišemo o številnih prenosnih elektronskih napravah - prenosnih računalnikih, fotoaparatih, videokamerah, projektorjih, predvajalnikih glasbe in še bi lahko naštevali. Seveda pa so tudi naprave, ki jih v Monitorju ne omenjamo, na primer baterijske svetilke, daljinski upravljalci, kvarčne zapestne ure, radijsko vodeni modeli avtomobilov in druge elektronske igrače.

Vse te naprave potrebujejo za delovanje električni tok. Njihovi načrtovalci so za oskrbo z električno energijo predvideli različne vire. Najobičajnejše so alkalne baterije, ki jih ponavadi imenujemo kar "navadne", čeprav so včasih tak naziv nosile prvotne baterije, ki so temeljile na cinku in ogljiku.

Kupimo jih lahko v različnih velikostih, najpogosteje v dveh, znanih po kraticah AA in AAA. Večjim je mednarodna elektrotehniška komisija IEC dodelila oznako R6, bolj znane pa so po oznaki AA, ki označuje njihovo velikost (valjasta oblika, dolžina 51 ? 0,5 mm skupaj s ploščatim pozitivnim polom, premer 13,5 ? 0,5 mm). Manjše alkalne baterije imajo mednarodno predpisano oznako LR03, oznaka AAA pa pomeni dolžino 44 ? 0,5 mm ter premer 10 ? 0,5 mm. Nazivna napetost alkalnih baterij obeh velikosti je 1,5 V. Poznamo tudi večje okrogle in ploščate alkalne baterije z nazivnimi napetostmi do 9 V, pa baterije v obliki gumba in še bi se kaj našlo.

Tehnološko naprednejše so akumulatorske nikelj-kadmijeve (NiCd) ter nikelj-metalhidridne (NiMH) baterije, ki jih lahko znova napolnimo, ko se izpraznijo. Tudi akumulatorske baterije lahko kupimo v velikosti AA in AAA. Njihova nazivna napetost je 1,2 V. Prednost akumulatorskih baterij v primerjavi z alkalnimi je seveda prav v tem, da jih lahko spet napolnimo in zato za redno uporabo potrebujemo le dva kompleta akumulatorskih baterij, odvisno od uporabe pa lahko shajamo tudi z enim kompletom. Uporaba akumulatorskih baterij je ekološko prijaznejša, saj pridelamo veliko manj odpadnih snovi, kot če se zanašamo na alkalne baterije. Slaba stran akumulatorskih baterij je seveda višja cena in skrb za njihovo redno polnjenje.

Kljub temu da alkalnih baterij "ni mogoče" polniti, se po svetu že kar nekaj let piše o polnilcih, prilagojenih za to vrsto baterij. Pred kratkim se je tak polnilec znašel tudi na slovenskem trgu. V nejeveri smo zmajevali z glavo, saj naj alkalnih baterij ne bi bilo mogoče polniti zaradi enosmernosti kemične reakcije, ki poteka ob praznjenju baterije (glej okvirček). Vendar pisci pri Monitorju ne verjamemo slepo v take trditve in se raje s preizkušanjem prepričamo, kaj je res in kaj ne.

Polnilec

Polnilec alkalnih baterij (to je njegovo uradno ime) je marketinško resno zastavljen izdelek. Narejen je na Tajvanu, ima pa slovenska navodila za uporabo in tudi na ohišju je nalepka s slovenskim besedilom. V navodilih je zapisano, kako moramo polniti izpraznjene alkalne baterije in kakšen izkoristek smemo pri tem pričakovati. Po trditvah izdelovalca bi naj bilo mogoče vsako alkalno baterijo (ne glede na znamko) najmanj dvajsetkrat znova napolniti. Posebej so omenjene baterije izdelovalca Dura**** (tako piše v reklamni publikaciji, nedvomno gre za baterije Duracell), ki naj bi jih bilo v povprečju mogoče znova napolniti do 100-krat. Pri tem naj bi pri prvih 20 polnjenjih baterija dosegla 90 % "moči" nove baterije, pri kasnejših polnjenjih pa 80 %, dokler se popolnoma se izprazni. Seveda gre pri uporabi izraza "moč" za dokaj resen prekršek pri strokovnem izražanju, saj je najbrž mišljen naboj, ki ga baterija lahko pretoči po tokokrogu. V luči izmerjenih rezultatov je sicer možnost, da bi izdelovalec v resnici imel v mislih električno moč, ki jo daje baterija, vendar je ta podatek zavajajoč in nekoristen. Ničesar namreč ne pove o tem, kako dolgo lahko spet napolnjena baterija deluje z 90 % začetne moči polne baterije, to pa kupca najbolj zanima.

Polnilec navadnih baterij

Kje: www.trifilon.si

Cena: 33,6 EUR.

Za: Navadne baterije v resnici zna napolniti.

Proti: Baterije lahko napolni le nekajkrat.

Polnilec ima štiri predale za baterije. V vsakem lahko polnimo bodisi baterijo velikosti AA ali pa AAA. Polnilec vsebuje elektroniko, ki za vsak predal preveri, ali baterijo lahko polnimo ali ne, in to prikaže z barvo diode. Ta lahko sveti rdeče (baterija se polni), zeleno (baterija je napolnjena do konca, oziroma je predal prazen) ali pa sploh ne sveti (baterije zaenkrat ni mogoče polniti). V zadnjem primeru je po naših izkušnjah priporočljivo vzeti baterijo iz predala, počakati nekaj časa (vsaj eno uro) in potem poskusiti znova. Ponavadi prazne baterije ni mogoče polniti neposredno po koncu praznjenja, ko je baterija še topla. Polnjenje baterij po naših izkušnjah traja približno 4 ure. Izdelovalec v navodilih navaja, da pri polnjenju dosežemo boljšo zmogljivost baterij, če jih prej nismo izpraznili "do konca". Tega nismo mogli v celoti upoštevati, saj bi se težko odločili za napetost, pri kateri baterijo nehamo prazniti, oz. kaj pomeni "do konca". Še teže je to narediti v praksi, ko baterije koristno uporabljamo, saj so morebitni pokazatelji stanja baterije (na primer pri fotoaparatih) premalo natančni.

Za zahtevne: Malce kemije

Alkalne baterije so nasledniki galvanskih členov, ki so bili do izuma električnih generatorjev edini vir električnega toka. Prvi galvanski člen je razvil leta 1803 italijanski fizik Alessandro Volta, imenuje pa se po njegovem rojaku Luigiju Galvaniju, znanem po poskusu z žabjimi kraki in dvema vilicama iz različne kovine. Voltov galvanski člen je bil sestavljen iz dveh elektrod, svinčeve in bakrove, potopljenih v žvepleno kislino (elektrolit). V naslednjih letih so razvili veliko število baterij in akumulatorjev, razvoj na tem področju pa se še ni končal. Današnje baterije so seveda suhe, saj nimajo tekočega elektrolita. V alkalnih baterijah je negativni pol (anoda) narejena iz cinkovega prahu, pozitivni pol (katoda) iz manganovega dioksida, elektrolit pa je kalijev hidroksid. Vse skupaj je zaprto v jekleni plašč.

V bateriji potekata dve polovični kemijski reakciji:

Zn + 2 OH- --> ZnO + H2O + 2 e-

2 MnO2 + H2O + 2 e- -->Mn2O3 + 2 OH-

Skupna reakcija pa je

Zn + 2MnO2 --> ZnO + Mn2O3, pri čemer nastane med elektrodama napetostna razlika 1,5 V.

Vir: Wikipedia.org

Kako smo merili?

Preizkus polnilca alkalnih baterij smo široko zastavili. Predvsem smo preverjali, ali polnilec sploh deluje, oziroma ali deluje tako, kot je oglaševano. Preizkusili smo tudi, kako se na vnovično polnjenje odzivajo različne vrste alkalnih baterij, ki jih lahko kupimo v slovenskih trgovinah. Zanimalo nas je tudi, ali so "no-name" baterije oziroma baterije, ki jih lahko kupimo v nekaterih trgovinah pod blagovno znamko teh trgovin, slabše od baterij z visoko cenjeno blagovno znamko (npr. Varta ali Duracell). Preverili smo tudi trditve izdelovalca o številu zaporednih polnjenj, ki jih prenese posamezna baterija.

Za potrebe preizkusa smo si sestavili prreprosto vezje in ga priklopili na profesionalni instrument

Da bi dobili verodostojne rezultate, smo se meritev lotili sistematično. Izdelali smo enostavno vezje (glej fotografijo). Na nosilec smo pritrdili dva predala za AA in za AAA baterije. Za vsako meritev smo uporabili bodisi dve AA ali dve AAA bateriji, ki sta bili zaporedno vezani. Na bateriji je bil priključen upornik z upornostjo 13 ohmov. S tem smo simulirali porabo sorazmerno požrešnega porabnika električne energije. Če bi izbrali upor z večjo upornostjo, bi čas praznjenja posamezne baterije postal zelo dolg in bi za tako zastavljene meritve potrebovali več mesecev. Z uporom vzporedno smo zvezali merilni instrument WLS-9163 podjetja National Instruments (sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/205688). Merilni instrument smo z omrežnim kablom povezali s prenosnim računalnikom, na katerega smo namestili program za analizo električnih vezij in zajemanje signalov LabView 8.2. Mogoč je tudi prenos podatkov prek brezžičnega omrežja, saj ima instrument brezžični omrežni vmesnik z dobro vidno anteno. Program je vsakih 10 sekund na disk računalnika zapisal izmerjeni padec napetosti na uporu, ki je enak gonilni napetosti baterije, zmanjšani za padec napetosti na sami bateriji zaradi njenega notranjega upora. Podatki na disku so bili za vsako posamično meritev zapisani v obliki besedilne datoteke in s tabulatorjem ločenimi vrednostmi (tab separated value, TSV). V tej obliki smo jih z lahkoto uvozili v program Kaleidagraph (Monitor, november 2005) za matematično obdelavo podatkov in risanje grafov.

Primerjava praznjenja dveh novih kompletov baterij. Najcenejših baterij S Budget Power iz Spara in precej dražjih Varta Max Tech.

Kako se praznijo znova polnjene baterije. Včasih se zgodi, da prvo polnjenje nekako ne deluje. In očitno je, da so že po šestem polnjenju popolnoma neuporabne.

Na začetku meritev je bila napetost na uporu približno 3 V (pričakovano, saj smo zaporedno zvezali dve bateriji po 1,5 V). Na sliki 2 lahko vidimo primer časovnega poteka napetosti na uporu pri novih baterijah, na sliki 3 pa je prikazan časovni potek napetosti pri vnovič napolnjenih baterijah - po prvem, drugem ... petem polnjenju. V posameznih primerih (tudi v tem, predstavljenim na sliki 3) se je zgodilo, da smo po prvem polnjenju izmerili nenavadno kratek čas praznjenja, po drugem in naslednjih polnjenjih pa so bili časi praznjenja spet daljši in so se počasi zmanjševali. Za čas praznjenja smo izbrali čas, v katerem napetost pade na 1 V. Za vsako meritev smo časovni potek napetosti analizirali s programom Kaleidagraph. Časi praznjenja baterij so segali od skoraj 20 ur pri novih baterijah AA do manj kot 2 uri za baterije AAA, ki so preživele večkratni cikel praznjenja in polnjenja.

Iz izmerjenega padca napetosti na uporu smo z Ohmovim zakonom izračunali

tok skozi upor. Kaleidagraph vsebuje makro za numerično računanje integralov in z integracijo toka po času smo lahko izračunali pretočeni naboj. Baterije posameznih izdelovalcev smo primerjali med seboj po količini pretočenega naboja in po času, v katerem je napetost na uporu padla na 1 V.

Dosežki baterij posameznih izdelovalcev so presenetljivi za tiste, ki prisegajo na uveljavljene blagovne znamke v višjem cenovnem razredu. Baterije S-Budget stanejo vsaj štirikrat manj kot večina Duracellovih in Vartinih baterij, vendar imajo praktično enako začetno zmogljivost, pa tudi enako zmožnost vnovičnega polnjenja. Naše meritve so razblinile predsodek o slabši zmogljivosti cenejših izdelkov, vsaj za alkalne baterije. Podobno velja za baterije BOF, čeprav razlika v ceni ni tako drastična (2,79 EUR za 4 baterije AA ali AAA).

Trditev izdelovalca polnilca o najmanj 20 uspešnih polnjenjih poljubnih baterij AA in AAA so po naših meritvah pretirane, zagotovo je na trhlih tleh hvaljenje z 80-90 % maksimalne moči nove baterije (oziroma, pravilneje rečeno, o 80- 90 % zmogljivosti pretočenega naboja). Poglavitno pa je, da s polnilcem lahko napolnimo alkalne baterije vsaj petkrat. S prvim ali drugim polnjenjem dosežemo približno tretjino zmogljivosti pretočenega naboja pri novi bateriji, pri nadaljnjih polnjenjih pa se zmogljivost še zmanjšuje. V nekaterih primerih (Simpex AAA, Varta Long Life Extra AAA) so baterije že po treh polnjenjih dale od sebe zanemarljivo malo naboja. V nekaterih drugih primerih (GP Ultra) pa baterij nikakor nismo mogli znova (drugič) napolniti, ker diodi nad ustreznima predaloma nista svetili, ko smo v predala vstavili ti bateriji.

Mimogrede smo ugotovili, da največ električnega naboja shranijo baterije GP Ultra (med baterijami velikosti AA) oziroma baterije Simpex (med baterijami velikosti AAA). Razmerje kapacitet med najzmogljivejšimi (GP Ultra) in najslabotnejšimi (Sony Plus) baterijami velikosti AA je 1,425 : 1. Pri baterijah AAA je ta razlika precej manjša, saj je ustrezno razmerje enako 1,126 : 1. Najzmogljivejše so baterije Simpex, na dnu pa malce za drugimi zaostajajo baterije Varta High Energy.

Na koncu lahko sklenemo, da je bržkone ugodneje kupiti komplet ali dva akumulatorskih baterij, kot pa se mučiti s polnjenjem alkalnih baterij. Strošek za polnilec ni nezanemarljiv, upoštevati pa moramo, da se približno po petih polnjenjih že tako ne preveč dober izkoristek drastično zmanjša. Edini razlog, ki bi ga lahko navedli polnilcu alkalnih baterij v dobro, je ekološki. Pa še ta je nekoliko vprašljiv, saj večino električne energije, ki jo porabimo za polnjenje baterij, pridobimo v jedrski ali v termoelektrarnah.

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!
Prijava

ph

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki