Primární lithiové články 3,6V: jak vybrat ten správný

Lithium-thionylchloridové články (Li-SOCl₂, v označení písmena ER) napájejí vodoměry, čidla, alarmy nebo zálohu paměti v průmyslových řídicích systémech, tedy zařízení, ve kterých má baterie vydržet roky bez výměny. Mají rozměry běžných baterií AA, C nebo D, ale napětí 3,6V. Nesmějí se nabíjet a o správné volbě rozhoduje hlavně proud, který zařízení odebírá. Vysvětlíme, podle čeho vybírat, a na konci najdete přehled všech sedmi typů, které nabízíme.

Co je článek Li-SOCl₂ a kde se používá

Primární znamená, že článek dostanete nabitý z výroby a po vybití ho odevzdáte k recyklaci – znovu nabít nejde. Zápornou elektrodu tvoří kovové lithium, kladnou porézní uhlík. Thionylchlorid je zároveň rozpouštědlem elektrolytu i látkou, která se při vybíjení spotřebovává. Proto se mu říká „tekutá katoda“.

Z této chemie plynou čtyři praktické výhody:

• Napětí 3,6V na jeden článek. Norma IEC 60086-1 uvádí pro tento systém jmenovité napětí 3,6V a nejvyšší napětí naprázdno 3,9V. To je víc než dvojnásobek alkalické tužkové baterie.
• Velmi malé samovybíjení. EVE i FANSO uvádějí u bobbinových článků (vysvětlení níže) ztrátu nejvýš 1 % kapacity za rok při pokojové teplotě.
• Široký rozsah teplot. Typicky −55 až +85 °C. Elektrolyt nezamrzá ani v silném mrazu, proto se články hodí i do zařízení venku.
• Stálé napětí. Křivka vybíjení má skoro obdélníkový tvar: napětí drží většinu života kolem 3,6V a teprve na konci rychle spadne.

Výrobci je určují hlavně pro chytré měřiče (vodoměry, plynoměry, elektroměry), zabezpečovací techniku, bezdrátová čidla, zálohu paměti a hodin v průmyslové elektronice a GPS lokátory. Rozbor podle konkrétních zařízení najdete v článku Baterie do vodoměrů, alarmů a GPS trackerů.

Jak číst označení ER14505

Písmeno E je podle normy IEC 60086-1 kód elektrochemického systému lithium–thionylchlorid, R znamená kulatý (válcový) článek. Číslice popisují přibližný rozměr: první dvojčíslí průměr v milimetrech, zbylé tři číslice výšku v desetinách milimetru. ER14505 tak má průměr asi 14 mm (podle výrobce 14,5 mm) a výšku 50,5 mm, což je rozměr tužkové baterie AA. ER14250 je poloviční (1/2 AA), ER26500 odpovídá velikosti C a ER34615 velikosti D. Písmeno za číslem si volí výrobce: u našich článků FANSO označuje H bobbinové a M spirálové provedení.

Proč se primární článek nikdy nenabíjí

Primární chemie není stavěná na to, aby reakce běžela opačným směrem. Proud vtlačený do hermeticky uzavřeného článku ho může přehřát, a to právě vede k nebezpečím, před kterými výrobci varují.

Riziko nabití hrozí i tam, kde ho člověk nečeká:

• Záměna s Li-ion 14500. Nabíjecí Li-ion článek 14500 má skoro stejný rozměr jako ER14505 a napětí 3,7V. Poznávacím znamením je písmenná předpona: ER patří primárnímu lithiu, INR, ICR či IMR nabíjecímu Li-ion. Neoznačený článek do nabíječky nedávejte.
• Zařízení na tužkové baterie 1,5V. ER14505 má rozměr AA, ale víc než dvojnásobné napětí. Do svítilny, ovladače nebo hračky nepatří, elektroniku může zničit. Podrobnosti a srovnání značení najdete v článku Lithiový článek AA 3,6V není náhrada za tužkovou baterii 1,5V.
• Záložní obvody. Když článek zálohuje zařízení napájené zároveň ze sítě, musí obvod zařízení zabránit tomu, aby do článku tekl proud opačným směrem (obvykle k tomu slouží diody). To je věc konstrukce zařízení. Proto do něj dávejte jen typ, který předepisuje jeho výrobce.

Bobbin, nebo spirála: dvě konstrukce pro dva úkoly

Výrobci stavějí články Li-SOCl₂ ve dvou konstrukcích, které se pod zátěží chovají úplně jinak. Na tom, kterou zvolíte, záleží víc než na značce.

Bobbin (z angličtiny „cívka“): kladná elektroda má tvar válce uprostřed článku a lithium je přitlačené na vnitřní stěnu nádoby. Plocha, na které spolu elektrody reagují, je poměrně malá. Do článku se díky tomu vejde co nejvíc aktivního materiálu, takže má vyšší kapacitu a nižší samovybíjení než spirálový článek stejné velikosti. Malá plocha ale omezuje proud: bobbinový článek AA zvládne trvale jen desítky miliampér.

Spirálový článek (anglicky „spiral“ nebo „spiral wound“) má elektrody navinuté do svitku. Jejich plocha je výrazně větší, takže článek dodá mnohem vyšší proud i silné krátké pulzy. Platí se za to menší kapacitou a vyšším samovybíjením.

Rozdíl je nejlépe vidět na dvou článcích stejného výrobce a stejné velikosti AA:

Rozhoduje proud, ne kapacita

Při výběru se často sahá po článku s nejvyšším číslem v miliampérhodinách. Kapacita v technickém listu ale platí jen pro malý proud, při kterém ji výrobce měří, u článků AA je to 1mA nebo 3mA. Při větším odběru článek odevzdá znatelně méně. EVE u článku ER14505 uvádí v grafu přibližně:

• při 1mA 2700mAh,
• při 2mA 2600mAh,
• při 20mA už jen 2000mAh.

„Maximální doporučený trvalý proud“ 40mA definuje EVE jako proud, při kterém článek odevzdá polovinu jmenovité kapacity. Je to tedy horní hranice použitelnosti, ne hodnota, se kterou se dá počítat na roky provozu.

Ještě důležitější jsou pulzy. Zařízení s rádiovým modulem (GSM, LTE, LoRa a podobně) většinu času jen tiše měří, ale při odesílání dat si krátce vezme mnohonásobně vyšší proud. Pokud pulz překročí možnosti článku, napětí spadne pod mez, kterou elektronika ještě snese, a zařízení se vypne nebo restartuje. Článek přitom může být téměř plný – problém není v něm, ale ve volbě typu, který na takové pulzy nestačí.

Pulzní proud v technických listech platí pro krátké pulzy, například u ER14505 a ER14505M pro pulzy dlouhé 0,1 s opakované jednou za 2 minuty. Zařízení s ještě silnějšími špičkami se obvykle navrhují tak, aby špičku pokryl kondenzátor nebo jiný zásobník energie. To je ale věc konstruktéra zařízení. Pokud výrobce předepisuje konkrétní článek, držte se ho.

Pasivace: proč nový článek chvíli „nejede naplno“

Hned při výrobě pokryje lithium tenká vrstva krystalků chloridu lithného. Díky ní se článek skoro nesamovybíjí, jenže po delším ležení kvůli ní napětí při prvním větším odběru krátce poklesne a ustálí se až po chvíli. Vrstva roste s dobou a teplotou skladování. Podle grafu FANSO kleslo u spirálového ER14505M po roce skladování při pokojové teplotě napětí na začátku zátěže 200mA asi na 2,8–2,95V a během několika sekund se vrátilo nad 3,2V. Proč se to děje a jak to výrobci zařízení řeší, rozebíráme v článku Pasivace lithiových článků Li-SOCl₂.

Velikosti a přehled článků, které nabízíme

Články Li-SOCl₂ se vyrábějí v rozměrech běžných baterií, od poloviční tužkové 1/2 AA po velký monočlánek D. Větší článek nabídne víc kapacity a u bobbinové konstrukce i vyšší dovolený proud, ale zabere víc místa:

• 1/2 AA (ER14250) – záloha paměti a hodin tam, kde je málo místa, jen pro velmi malé odběry.
• AA (ER14505) – nejrozšířenější velikost, v bobbinovém i spirálovém provedení.
• C a D (ER26500, ER34615) – zařízení, která potřebují velkou zásobu energie nebo vyšší trvalý proud, než zvládne bobbinový článek AA.

Parametry v tabulce jsou podle technických listů výrobců. Všechny články mají jmenovité napětí 3,6V a kapacita platí při proudu uvedeném v závorce.

* FANSO uvádí v technickém listu 150mA a na svém webu 100mA. Při návrhu zařízení doporučujeme počítat s nižší hodnotou.

Bobbinové typy pracují v rozsahu −55 až +85 °C, spirálový ER14505M do +80 °C. Na okrajích rozsahu ale nečekejte stejný výkon jako při pokojové teplotě; FANSO doporučuje použití mimo rozsah −10 až +40 °C s výrobcem konzultovat.

Holý článek, nebo s kabelem a konektorem PHR-2

Holý článek se vkládá do držáku s pružinovými kontakty jako běžná baterie. V průmyslové elektronice ale bývá připojený kabelem s konektorem nebo vývody do desky plošných spojů.

Pro tyto případy nabízíme EVE ER14505 s kabelem a konektorem JST PHR-2. Elektricky jde o stejný článek jako ER14505 STD. PHR-2 je dvoupinová kabelová zásuvka řady JST PH s roztečí kontaktů 2,0 mm. Konektory této řady jsou dimenzované na 2A, takže pro článek s pulzy do 150mA nejsou omezením.

Než ho objednáte, ověřte dvě věci:

• Typ konektoru. Na desce musí být protikus řady JST PH s roztečí 2,0 mm. Konektor s jinou roztečí do něj nepasuje.
• Polaritu. Porovnejte barvy vodičů a značky + a − na desce s původní baterií. Rozložení plus a mínus v konektoru se mezi zařízeními může lišit a přepólování ohrozí článek i zařízení.

Bezpečné zacházení, skladování a likvidace

• Měňte všechny články najednou. Pokud zařízení používá víc článků, nahraďte je současně novými od stejného výrobce a stejného typu. Při kombinaci starých a nových se může některý článek nabíjet od ostatních nebo hluboce vybít.
• Dodržujte polaritu podle značek + a − na článku i v zařízení.
• Skladujte v suchu a chladu, ideálně pod 20 °C a nejvýš při 30 °C, mimo přímé slunce a zdroje tepla. Teplo zrychluje samovybíjení i růst pasivační vrstvy.
• Nesypte články volně k sobě ani ke klíčům, mincím a jiným kovovým předmětům. Do použití je nechte v původním balení, předejdete tak zkratu.
• Nerozebírejte, nedeformujte, nevhazujte do ohně. Poškozený článek nenechávejte ve styku s vodou.
• Vybitý článek nenechávejte v zařízení a nehromaďte doma, rovnou ho připravte k odevzdání.
• Likvidace: před odevzdáním přelepte oba póly izolepou a článek odneste do zpětného odběru, do koše nepatří. Kam s ním, se dočtete v článku Kam s použitými bateriemi.

Shrnutí: jak vybrat správný článek

1. Začněte původním článkem nebo návodem. Opište přesné označení, velikost a provedení vývodů. Zařízení navržené pro Li-SOCl₂ 3,6V potřebuje opět Li-SOCl₂ 3,6V.
2. Zjistěte proudový profil. Stálý malý odběr zvládne bobbin (ER14250H, ER14505, ER14505H, ER26500H, ER34615H). Pulzy ve stovkách miliampér potřebují spirálu (ER14505M).
3. Vyberte velikost podle místa v zařízení a potřebné zásoby energie.
4. Zvolte provedení: holý článek do držáku, nebo verzi s kabelem a konektorem PHR-2. Na tělo článku nikdy nepájejte.
5. Kapacitu porovnávejte až nakonec, a to vždy při stejném proudu.
6. Nikdy článek nenabíjejte a nevkládejte ho do zařízení pro tužkové baterie 1,5V.

Všechny popsané typy najdete v kategorii Primární lithiové články. Pokud si nejste jistí, který článek do vašeho zařízení patří, pošlete nám jeho označení nebo fotku původní baterie na obchod@baterie-roznov.cz nebo zavolejte na +420 735 346 075. Rádi vám s výběrem poradíme.