РЕГЕНЕРАЦІЯ ГАЛЬВАНІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ І БАТАРІВ
І. АЛІМОВ Амурська обл.
Ідея відновлення розряджених гальванічних елементів подібно до акумуляторних батарей не нова. Відновлюють елементи за допомогою спеціальних зарядних пристроїв. Практично встановлено, що краще за інших піддаються регенерації найбільш поширені стаканчикові марганцево-цинкові елементи та батареї, такі, як 3336Л (КБС-Л-0,5), 3336Х (КБС-Х-0,7), 373, 336. Гірше відновлюються галетні марганцево-цинкові батареї "Крона ВЦ", БАСГ та інші.
Найкращий спосіб регенерації хімічних джерел живлення - пропускання них асиметричного змінного струму, має позитивну постійну складову. Найпростішим джерелом асиметричного струму є однонапівперіодний випрямляч на діоді, шунтованому резистором. Випрямляч підключають до вторинної низьковольтної (5-10) обмотці понижуючого трансформатора, що живиться від мережі змінного струму. Однак такий зарядний пристрій має невисокий к. п. д.- близько 10% і, крім цього, батарея, що заряджається при Випадковому відключенні напруги, що живить трансформатор, може розряджатися.
Найкращих результатів можна досягти, якщо застосовувати зарядний пристрій, виконаний за схемою, представленою на рис. 1. У цьому пристрої вторинна обмотка II живить два окремих випрямлячі на діодах Д1 і Д2, до виходів яких підключені дві батареї, що заряджаються, Б1 і Б2.
Мал. 1
Паралельно діодам Д1 та Д2 включені конденсатори C1 та С2. На рис. 2 показана осцилограма струму, що проходить через батарею. Заштрихована частина періоду – це час, протягом якого через батарею протікають імпульси розрядного струму.
Мал. 2
Ці імпульси, очевидно, особливим чином впливають перебіг електрохімічних процесів в активних матеріалах гальванічних елементів.Процеси, що відбуваються при цьому, ще недостатньо вивчені та описи їх немає у популярній літературі. За відсутності імпульсів розрядного струму (що при від'єднанні конденсатора, включеного паралельно діоду) регенерація елементів практично припинялася.
Досвідченим шляхом встановлено, що марганцево-цинкові гальванічні елементи порівняно мало критичні до величини постійної складової та форми негативних імпульсів зарядного струму. Це дозволяє використовувати зарядний пристрій без додаткового регулювання постійної та змінної складових зарядного струму для відновлення, різних елементів та батарей. Відношення постійної складової струму заряду до ефективного значення його змінної складової має бути в межах 5-25.
Продуктивність зарядного пристрою можна підвищити, включаючи для заряду кілька елементів послідовно. У цьому необхідно врахувати, що у процесі заряду е. д. с. елементів може зростати до 2-2,1. Виходячи з цього і знаючи напругу на вторинній обмотці трансформатора, визначають число елементів, що одночасно заряджаються.
Підключати до зарядного пристрою батареї типу 3336Л зручніше через лампочку розжарювання 2,5 Х 0,2а, що грає роль бареттера і одночасно служить індикатором ступеня заряду. У міру відновлення електричного заряду акумулятора світло лампочки зменшується. Елементи типу "Марс" (373) необхідно підключати без лампочки, оскільки постійна складова зарядного струму такого елемента має бути 200-400 мА. Елементи 336 підключають групами по три штуки, включених послідовно. Умови заряду такі ж, як і для батарей типу 3336. Зарядний струм для елементів 312, 316 має бути 30-60 мА. Можливий одночасний заряд великих груп батарей 3336Л (3336Х)мережі (без трансформатора) через два послідовно включені діода Д226Б, паралельно яким включений конденсатор 0,5 мкф з робочою напругою 600 ст.
Зарядний пристрій може бути виконано на базі трансформатора електробритви "Молодість", що має дві вторинні обмотки з напругою 7,5 ст. Зручно використовувати також накальне напруга 6,3 будь-якого мережного лампового радіоприймача. Природно, те чи інше рішення вибирають залежно від необхідного максимального зарядного струму, що визначається типом елементів, що відновлюються. З цього виходять, вибираючи випрямні діоди.
Мал. 3
Для того щоб оцінити ефективність даного методу відновлення гальванічних елементів та батарей, на рис. 3 представлені графіки розрядної напруги для двох батарей 3336Л при опорі навантаження Rн=10 ом. Суцільними лініями показані криві розряду нових батарей, а пунктирними – після двадцяти повних циклів розряд – заряд. Таким чином, працездатність батарей після двадцятиразового використання ще цілком задовільна.
Скільки циклів розряд-заряд можуть витримувати гальванічні елементи та батареї? Очевидно, це залежить від умов експлуатації, термінів зберігання та інших чинників. На рис. 4 показано зміну часу розряду на навантаження Rн=10 ом двох батарей 3336Л (криві 1 і 2) протягом 21 циклу розряд-заряд. Батареї розряджалися до напруги не нижче 2,1, режим заряду обох батарей - однаковий. Протягом зазначеного часу експлуатації батарей час розряду зменшився зі 120-130 хв до 50-80 хв, тобто майже вдвічі.
Мал. 4
Таке зменшення ємності допускається технічними умовами наприкінці встановленого максимального терміну зберігання. Практично вдається відновлювати елементи та батареї додо тих пір, поки вони не будуть повністю зруйновані цинкові стаканчики або не висохне електроліт. Встановлено, що більше циклів витримують елементи, що інтенсивно розряджаються на потужну нагруеку (наприклад, у ліхтариках, блоках живлення електробритв). Не слід розряджати елементи та батареї до напруги нижче 0,7 на елемент. Відновлюваність елементів 373 щодо гірше, оскільки після 3-6 циклів їх ємність різко зменшується.
Про необхідну тривалість заряду можна зробити висновок, користуючись графіком; представленим на рис. 4. При збільшенні часу заряду понад 5 годин відновлена ємність батарей збільшується в середньому незначно. Тому можна вважати, що при зазначених величинах зарядного струму мінімальний час відновлення становить 4-6 годин, причому явних ознак кінця заряду марганцево-цинкові елементи не мають і до перезаряду нечутливі.
Застосування асиметричного струму є корисним також для заряджання та формування акумуляторів та акумуляторних батарей. Це питання, однак, ще вимагає перевірки на практиці і може відкрити нові цікаві можливості акумуляторів.