Primární články (baterie) - dělení, vlastnosti a jak správně koupit

V předchozím díle tohoto seriálu jsme si řekli něco o základním rozdělení článků a baterií a nyní se dostáváme k jedné z velkých kategorií a to k primárním, neboli jednorázovým článkům. Tyto galvanické články jsou tu s námi více jak sto let a za tu dobu se staly našimi nedílnými pomocníky. V současnosti mají velkého konkurenta v nabíjecích článcích (akumulátorech) a troufnu si říci, že pro primární články zůstává méně a méně vhodných příležitostí jejich efektivního použití. V tomto článku si postupně představíme:

• Karbon-zinkové primární články
• Alkalické primární články
• Lithiové primární články

Primární články se liší dle své konstrukce (tvaru) a použité chemie. Setkáme se s nimi nejčastěji v podobě tužkových (AA) a mikrotužkových (AAA) monočlánků, popřípadě s monočlánky o velikosti C či D. Nominální hodnota těchto článků je typicky 1,5V, nemusí to ale vždy platit a záleží to na použitých materiálech. Zmínit musíme také 9V baterie či dnes už moc nepoužívané 4,5V baterie (placaté). Mezi obecné výhody jednorázových článků patří:

• Ve velikostech AA, AAA, C, D či 9V jsou k dostání téměř kdekoliv.
• Nízké samovybíjení, což zaručí, že v šuplíku nebo v málo energeticky náročném zařízení vydrží hodně dlouho, klidně až několik let.

Nevýhody:

• Pouze na jedno použití (nelze je znovu nabíjet).
• Vyšší vnitřní odpor - až na lithiové či speciální druhy alkalických baterek se nehodí do zařízení s vyšším odběrem proudu (blesky, foťáky, náročnější hračky).
• Jsou náchylné k vytékání a tím ohrožují zařízení, ve kterém se používají.
• Nerecyklují se (většinou) a tím pádem nejsou moc šetrné k životnímu prostředí.

Do doby, než byly světu představeny nabíjecí akumulátory s malým efektem samovybíjení (LSD - low self discharge), byla hlavní výhodou primárních článků právě nízká hodnota samovybíjení. Zatímco běžné (ne LSD) nabíjecí akumulátory ztratí samovolně zcela v nich uloženou energii nejpozději do dvou let, primární články dokáží odolávat času 7 let (alkalické) nebo dokonce až 20 let (lithiové) a stále budou schopny sloužit. Moderní nabíjecí NiMH LSD články se blíží vydrží alkalickým a dokáží rozumné množství energie udržet po dobu až 5 let.

Karbon-zinkové baterie

Původní chemická "receptura", která se využívá již od samotných počátků galvanických článků. Dodnes se s nimi setkáváme, i když se během té doby samozřejmě na trhu objevily nové, mnohem lepší články. Dost často je nalezneme přibalené u nového, energeticky nenáročného, zařízení (nenáročné hračky, ovladače k televizi, apod.), protože pro výrobce těchto zařízení jsou velmi zajímavé vzhledem k jejich nízké ceně.

Výhody a nevýhody karbon-zinkových baterií

Mezi výhody těchto článků či baterií patří nízká cena a minimální efekt samovybíjení. Na druhou stranu kapacita není nijak závratná a alkalické články dokáží za mírně vyšší cenu nabídnout až několikanásobně lepší výdrž.

Jak poznat karbon-zinkovou baterii?

Existují dva druhy těchto baterií, které bývají velmi často označeny takto:

• GENERAL PURPOSE - původní karbon-zinkové baterie.
• (SUPER) HEAVY DUTY - jedná se o vylepšenou variantu s jiným složením (zinek-chloridové články). Nabízí až trojnásobnou kapacitu uložené energie oproti GENERAL PURPOSE článkům. Tyto články byly dříve velmi náchylné na vytékání, protože docházelo k úbytku zinkového obalu baterie v důsledku chemické reakce s elektrolytem.

Tento typ článku můžeme poznat také podle toho, že je extrémně lehký, což samozřejmě někdy může být i jeho výhoda. Označení HEAVY DUTY (pevný, trvanlivý) je v kontextu dnešních moderních článků spíše úsměvné a lze jej ve skutečnosti brát vážně pouze ve srovnání s původními GENERAL PURPOSE články. Typové označení nejpoužívanějších článků je R03 (AAA) a R6 (AA).

Vhodné použití

Jako zdroj energie pro hodiny, dálkový ovladač, energeticky nenáročnou hračku. Pokud ale i v těchto zařízeních použijeme alkalickou baterii, neuděláme špatně, protože ta nám nabídne mnohem delší životnost.

Alkalické baterie

Alkalické baterie jsou dnes nejrozšířenější na trhu a pokud už kupujeme primární články, tak se určitě vyplatí sáhnout právě po alkalických. Oproti karbon-zinkovým článkům nabízí mnohem větší kapacitu (udává se 2x-11x). Vzhledem k vyššímu vnitřnímu odporu se ale (standardní) alkalické články nehodí příliš do zařízení s vysokým odběrem proudu a pod vyšší zátěží se výrazně zkracuje jejich životnost. Na trhu sice existují speciální ULTRA/ADVANCED alkalické články, které jsou navrženy právě do zařízení s vysokým odběrem, ale pro tato zařízení jsou už mnohem vhodnější nabíjecí akumulátory. Jediné, co mohou v tomto případě nabídnout alkalické články navíc, je velmi nízké samovybíjení.

Výhody a nevýhody alkalických baterek

Mezi největší výhodu těchto článků patří dlouhá životnost díky velmi nízkému efektu samovybíjení. Díky tomu mohou tyto články dodávat energii nenáročnému zařízení až po dobu několika let. Pro náročnější zařízení sice existují speciální typy alkalických článků, ale vzhledem k jejich ceně je jejich používání naprosto neefektivní a je lepší je nahradit v mnoha ohledech lepšími nabíjecími akumulátory (například NiMH články s nízkým efektem samovybíjení). Alkalické články snáší velmi špatně nízké teploty. Jejich kapacita výrazně klesá při použití v prostředí s teplotou pod bodem mrazu a například při teplotě -20°C se sníží jejich kapacita až na pouhých 20% oproti použití při běžných pokojových teplotách. Vysoké teploty naopak mohou přispět k vytečení článku a alkalické články jsou obecně k vytékání elektrolytu náchylnější.

Nabíjecí alkalické články (RAM)

Rechargeable alkaline battery (RAM) je speciální typ alkalické baterie, kterou lze nabíjet. Životnost a kapacita těchto baterií závisí na způsobu jejich používání a například pokud se článek úplně vybije, lze jej následně znovu nabít a opakovaně vybít pouze zhruba 20x. Při každém nabíjecím cyklu navíc kapacita článku výrazně klesá. RAM baterie se proto příliš nerozšířily a v době jejich vzniku byla v porovnání s tehdejšími nabíjecími akumulátory výhodou jen velmi nízká hodnota samovybíjení.

Nabíjení klasické alkalické baterie

Na internetu naleznete i speciální druhy nabíječek, které dokáží nabít úplně klasické alkalické baterie, resp. alespoň se to snaží tvrdit. Nabíjení je ale velmi pomalé (8-16 hodin), zvyšuje riziko vytečení baterie během nabíjení ale i následně při provozu a hlavně lze takto baterii nabít pouze párkrát a opět v závislosti na úrovni předchozího vybití (čím více se baterie vybije, tím hůře snáší následné nabíjení). Proto vůbec nedoporučuji o tomto způsobu nabíjení vůbec uvažovat.

Napětí alkalické baterie v průběhu životnosti

Nová, čerstvá alkalická baterie má napětí 1,5V. Nejrozšířenější nabíjecí NiMH akumulátory mají napětí mírně nižší a to 1,2V. Během provozu každá baterie ztrácí své napětí, u alkalické baterie se to děje téměř lineárně. Naopak NiMH akumulátor během vybíjení ztrácí napětí velmi pozvolna a až k samotnému závěru dojde k výraznému poklesu napětí pod úroveň 1.0V. I alkalická baterie tedy poměrně brzy spadne se svým napětím na úroveň 1,2V. Panuje představa, že nižší napětí NiMH článků může v zařízení působit problémy, pokud ale zařízení neumí pracovat s nižším napětím článku, pak nedokáže ani z alkalické baterie využít veškerou energii. Za úplně vybitý se považuje až článek s napětím cca 0.9V.

Jak poznat alkalickou baterii?

Alkalické baterie bývají označeny slovem ALKALINE. Typové označení nejpoužívanějších článků je LR03 (AAA) či LR6 (AA), kdy právě písmeno L na začátku označení udává alkalickou baterii.

Vhodné použití

Velmi dobře nahradí karbon-zinkové baterie, tedy ve všech energeticky nenáročných zařízeních u kterých je předpoklad, že baterie vydrží až několik let. Všude jinde se vyplatí vyzkoušet nabíjecí (NiMH) akumulátory.

Lithiové baterie

Primární lithiové články nejsou nabíjecí, ale pozor, nezaměňovat s Lithium-iontovými (Li-ion) články, které nabíjecí jsou a hojně se využívají jako zdroj energie pro mobilní telefony či přenosné notebooky. Já osobně se nejčastěji s lithiovými články setkávám v podobě 3V placatých (knoflíkových) CR20xx baterek, které se používají například na napájení BIOSu základní desky počítače, nebo ve sportovních hodinkách, dálkových spouštích fotoaparátů apod. Dají se ale sehnat také 9V lithiové baterie a k dispozici jsou i lithiové články velikosti AA či AAA (AA článek s napětím 1,5V má typové označení FR06 a lze jím alkalický článek nahradit). Hlavní výhodou primárních lithiových článků je jejich nízká váha, životnost až 20 let (velmi nízké samovybíjení) a nízký vnitřní odpor, takže jsou vhodné i do zařízení s vyšším odběrem proudu. Lithiové články také mnohem lépe snáší nízké teploty a to i pod bodem mrazu a mohou tak být vhodnou náhradou za články alkalické. Zajímavou vlastností je, že výstupní napětí článku může být v rozmezí 1,5V až 3,7V a to v závislosti na použití dalších materiálů. Poskytují větší kapacitu ve srovnání s jinými druhy primárních článků, jsou ale zároveň i podstatně dražší. Jejich využití je tak spíše v zařízeních, u kterých se očekává co nejdelší provoz bez výměny baterie.

Lithiové články AA s napětím 3,6V

Pozor: lithiové články se dají sehnat ve velikostech AA také s napětím vyšším než 1,5V, například 3,6V. Pokud takovou baterii zaměníte s klasickou 1,5V AA baterií, zcela jistě pošlete dané zařízení do věčných lovišť.

Shrnutí - jak správně vybrat?

Karbon-zinkové (či zinek-chloridové) baterie jsou nejstarším typem článků, nabízí relativně malou kapacitu a žádné větší výhody. Nahradili je alkalické baterie s vyšší kapacitou a delší životností díky velmi malému samovybíjení. Alkalické baterie tak naleznou uplatnění ve všech energeticky nenáročných zařízeních, kde mohou sloužit i několik let. Pro použití v energeticky náročnějších zařízeních existují speciální alkalické baterie, ale v těchto zařízeních naleznou uplatnění spíše nabíjecí akumulátory. A o těch si řekneme něco příště.