Baterije

Sve što ste ikada želeli da znate o baterijama

Svesni smo da živimo u takozvanom „mobilnom dobu”, kako ga najčešće nazivaju. Okićeni smo gomilom prenosivih uređaja – nosimo mobilne telefone, MP3 plejere, digitalne fotoaparate... Naravno, ono što ih pokreće jesu baterije, bilo da su punjive ili obične. Možda reč „obične” ipak ne opisuje najbolje današnje nepunjive baterije jer su sa pojavom novih tehnologija postignuti neviđeni kapaciteti i vreme trajanja. Koji tip baterija izabrati baš za vaš uređaj? Da li kupovati jeftine baterije na pijaci, plaćati skupo alkalne ili litijumske baterije ili odvojiti malo više para i kupiti punjač i punjive baterije?

Prvu bateriju je prikazao grof Alesandro Volta 1800. godine. Voltin stub, kako su nazvali taj izum, koristio je hemijsku reakciju između slojeva različitih metala razdvojenih papirom natopljenim slanom vodom. Struja u žici koju spojimo na dva pola baterije se javlja kao posledica migracije elektrona sa pozitivnog ka negativnom polu. Baterija, u stvari, radi kao pumpa koja energiju dobija iz hemijskog procesa. Današnje baterije se zasnivaju na istom principu, pa kada govorimo o različitim tipovima baterije, govorimo o različitim „hemijama baterije”.

Nepunjive baterije

Od baterija za jednokratnu upotrebu, najobičnije i najjeftinije su cink-ugljenične baterije čije su elektrode, naravno, od cinka i ugljenika, a elektrolit je kiselinska pasta. Jedan od nedostataka ovakvih baterija jeste to što je cinkano kućište baterije u isto vreme i anoda. Ako anoda ne oksiduje ravnomerno, mogu da se jave rupe kroz koje elektrolit iscuri van baterije u uređaj koji napajamo. Bolje i skuplje su alkalne baterije (poznate upravo zbog toga što ne mogu da iscure), sa elektrodama od cinka i mangan-oksida, napunjene alkalnim elektrolitom. Najnovija (i najskuplja) generacija nepunjivih baterija jesu litijumske ili foto-litijumske baterije u kojima je upotrebljen litijum, litijum-jodid i olovo-jodid. Ove baterije su sposobne da podnesu veliku potrošnju energije u određenom trenutku. Zbog toga često nose „foto” u imenu, jer mogu da izdrže velike zahteve novijih digitalnih fotoaparata i sve češće se isporučuju kao nepunjive baterije uz nove uređaje.

Punjive baterije

Ako zanemarimo olovno-kiselinske baterije (kao kod automobilskih akumulatora), tehnologija prenosivih punjivih baterija danas najčešće obuhvata skraćenice kao što su Ni-Cd, Ni-MH i Li-ion. Nikl-kadmijumska baterija (Ni-Cd) ima elektrode od nikla i kadmijuma, a kalijum-hidroksid kao elektrolit. Nju sve više zamenjuje nikl-metalhidrid (Ni-MH) baterija jer ne podleže memorijskom efektu (o kojem će biti reči nešto kasnije). Litijum-jonska (Li-ion) baterija je najviše u upotrebi u laptop računarima i mobilnim telefonima zbog povoljnog odnosa kapaciteta i mase. Ona ne dolazi u standardnim oblicima, već u specijalnim baterijskim paketima. Postoji još nekoliko tehnologija punjivih baterija, kao što su litijum-polimer (duplo većeg kapaciteta od Li-ion), cink-vazdušna (veoma lagana), cink - živin oksid (za slušne aparate), srebro-cink (upotrebljava se u avio-industriji zbog povoljnog odnosa masa-kapacitet) i metal--hlorid (u upotrebi u električnim vozilima), ali su u pitanju tehnologije i hemija s kojima se za sada ne susrećemo u svakodnevnoj upotrebi.

Punjenje

Pošto se isprazne, punjive baterije je moguće napuniti u punjačima ili pomoću ispravljača. Standardni punjači, namenjeni punjenju Ni-Cd baterija, veoma su jednostavni jer daju struju stalne jačine, a na korisniku je da punjač isključi kada je baterija puna. Formula za izračunavanje vremena punjenja glasi:
Vreme punjenja (u minutima) = [(kapacitet baterije / jačina struje punjenja) / 0,8] * 60
Ova formula je značajna jer svako prepunjavanje oštećuje bateriju. Punjenje standardnim punjačem može da potraje i desetinu sati, u zavisnosti od kapaciteta baterije. Noviji punjači su inteligentni i opremljeni su mikroprocesorom koji prati tok punjenja. Tehnikom kontrole delta-napona (pre nego što se baterija napuni, njen napon naglo raste, a zatim opadne) ovi punjači prekidaju punjenje u pravom trenutku. Takođe, oni su značajno brži (punjenje traje nekoliko sati) jer bateriju pune jačom strujom koju stalno kontrolišu. Ako danas kupite punjač, najverovatnije je u pitanju inteligentni punjač. Punjenje Li-ion baterija se vrši preko najobičnijeg ispravljača, ali sama baterija ima ugrađenu elektroniku koja ne dozvoljava prepunjavanje. Koji god način punjenja da koristite, grejanje baterije u toku punjenja je normalna pojava koja ne treba da vas brine.

Samopražnjenje

Koje su prednosti i mane svih ovih baterija u praksi? Prvi pojam koji treba uzeti u obzir jeste samopražnjenje baterija, tj. pojava da se baterija prazni čak i kad nije u uređaju. Na samopražnjenje utiče i temperatura na kojoj se baterije čuvaju odnosno što je viša temperatura, baterija se brže prazni. Nepunjive baterije imaju izuzetno dug životni vek „na polici” i zbog toga su naročito pogodne za korisnike koji svoj uređaj ne upotrebljavaju često. Ako ih ne upotrebljavate, alkalne baterije će na (uobičajenoj) sobnoj temperaturi gubiti manje od dva odsto kapaciteta godišnje. Na 30 stepeni celzijusa gube oko pet odsto, a na 38 stepeni čak 25 odsto godišnje. Za razliku od njih, punjive baterije veoma su podložne samopražnjenju. Baterije zasnovane na niklu gube i po jedan do dva odsto kapaciteta DNEVNO na sobnoj temperaturi, pri čemu je proces sporiji što je temperatura niža. Li-ion baterije gube 8-12 odsto kapaciteta mesečno kada se ne upotrebljavaju. Naravno, kada su punjive baterije prazne, vi ćete ih ponovo napuniti, ali može da vam predstavlja gorko iznenađenje kada otkrijete da su baterije iz fioke potpuno prazne baš kada su vam neophodne.

Memorijski efekat

Drugi značajan pojam, bitan samo kod punjivih baterija, jeste takozvani „memorijski efekat”. To je pojava da baterija gubi svoj kapacitet posle više ciklusa nepotpunog punjenja i pražnjenja. Tome su naročito podložne Ni-Cd baterije. Ako Ni-Cd bateriju više puta punite pre nego što je ispraznite do kraja, doći će do pojave kristalizacije elektrolita. To možete da shvatite kao pojavu taloga koji smanjuje slobodan prostor u bateriji. Memorijski efekat je „izlečiv”, tako što svaku ćeliju baterije treba isprazniti minimalnim opterećenjem na 1,0 V po ćeliji, a zatim je potpuno napuniti. Ovaj proces se ponovi nekoliko puta dok se baterija ne vrati na originalni kapacitet. Ono što obavezno moramo da naglasimo jeste da ovo nikako ne pokušavate sami da izvedete jer ako ćeliju ispraznite ispod 1,0 V, dolazi do „obrtanja” ćelije i ona postaje neupotrebljiva. Zato u te svrhe treba koristiti savremene punjače koji imaju opciju „osvežavanja” baterije. Ova priča se odnosi samo na baterije koje se sastoje od više ćelija (recimo, baterije u mobilnim telefonima). Međutim, memorijski efekat nije isti za sve punjive baterije. Kao što smo naglasili, Ni-Cd baterije naročito su podložne memorijskom efektu, kod Ni-MH baterija memorijski efekat značajno je manji, dok kod Li-ion baterija memorijski efekat ne postoji.

Kapacitet

Potrošaču je veoma važno i pitanje kapaciteta baterije. Kapacitet baterije se izražava u miliamperčasovima (mAh) i jednak je proizvodu jačine struje pražnjenja i vremena pražnjenja. Upoređivanje kapaciteta nepunjivih i punjivih baterija je nezahvalno jer će alkalna baterija, recimo, postići samo delić izmerenog kapaciteta ako treba da pokrene zahtevan uređaj. To je i razlog što se na većini alkalnih baterija ne nalazi oznaka kapaciteta. Punjive baterije su postojanije, pa će, recimo, Ni-MH baterija kapaciteta 1800 mAh izdržati mnogo više u digitalnom fotoaparatu nego alkalna baterija deklarisanog kapaciteta 2800 mAh. Međutim, možemo da vam predstavimo neke odnose koji bi mogli da pojasne situaciju. Najslabije su cink-ugljenične baterije (takozvane „buvljakuše”) koje u nekim slučajevima ne mogu ni da pokrenu uređaj, čak i kada su nove. Najčešće rešenje su alkalne baterije, a ubedljivi šampion među svim baterijama jesu litijumske baterije. One su, u zavisnosti od opterećenja, od alkalnih trajnije 100 do 500 odsto. Faktor opterećenja je zanimljiv jer što je opterećenje veće, to su litijumske baterije efikasnije u odnosu na alkalne. Što se punjivih baterija tiče, Ni-MH su oko 30 odsto efikasnije od Ni-Cd, ali nepunjive litijumske baterije su bolje i od njih, i to 50 do 100 odsto. Neki se zabrinu kada im nove Ni-MH baterije ne traju onoliko dugo koliko bi trebalo. Stvar je u tome što nove Ni-MH baterije zahtevaju nekoliko ciklusa punjenja i pražnjenja kako bi dostigle svoj puni radni kapacitet.

Na subjektivni utisak trajnosti baterije u uređaju utiče i kriva pražnjenja baterije. Naime, standardne alkalne baterije kreću od 1,5 V pri punom kapacitetu, pa se napon linearno smanjuje do 1,0 V, proporcionalno smanjenju kapaciteta. Punjive baterije, međutim, na punom kapacitetu daju oko 1,4 V, da bi veoma brzo pale na 1,2 V. Taj napon drže konstantno sve do samog kraja, kada on naglo opadne na 1,0 V. Zbog toga punjive baterije možemo da posmatramo kao maratonce koji su u stanju da dugo drže jedan tempo. Kod alkalnih baterija je veća verovatnoća da će vam se uređaj ugasiti ako dođe do naglog skoka u potrošnji (neka zahtevna radnja) jer će napon pasti ispod očekivanog. Međutim, to ne mora da znači da je baterija prazna i može još neko vreme uspešno da radi pri manje zahtevnim operacijama.

Životni vek

Naravno, ništa ne traje večno, pa ni punjive baterije. Njihov životni vek se meri u ciklusima punjenja i pražnjenja. Kod Ni-Cd baterija on iznosi oko 1000 ciklusa, kod Ni-MH baterija 600 ciklusa, a kod Li-ion oko 800 ciklusa. Ako vam se čini da to nije puno, zamislite da bateriju punite i praznite svaki dan (što najčešće nije slučaj) i videćete da će vam punjiva baterija trajati između dve i tri godine. Ako izračunate koliko nepunjivih baterija morate da kupite za isti vremenski period, biće vam odmah jasno koliko su punjive baterije ekonomski isplativije.

Posle ove duge priče, nadamo se da vam je malo jasnija tehnologija baterija i da ste u stanju da izaberete one koje vam najviše odgovaraju. Ako veoma intenzivno koristite svoj prenosni uređaj, predlažemo da ozbiljno razmislite o investiciji u punjač i punjive baterije. Nije teško izračunati da kratkotrajan udarac po džepu može da se na duge staze i te kako isplati. Pri tom, jasno je da preporučujemo kupovinu inteligentnog punjača i Ni-MH baterija. Kupovina alkalnih baterija se isplati ako uređaj zaista koristite samo povremeno. Kupovinu litijumskih baterija možemo da preporučimo kao „bekap” komplet, u slučaju da vam se isprazne punjive baterije. S obzirom na to da je njihovo samopražnjenje sporo, možete dugo da ih nosite sa sobom, a zbog ogromnog kapaciteta nećete morati da brinete da će da vas izdaju u odsudnom trenutku.

Ivan ČABRILO