Elementem zasilającym aparat cyfrowy jest najczęściej akumulator. Odpowiednie użytkowanie przedłuży jego życie i zwiększy wydajność.
We współczesnych aparatach cyfrowych stosuje się obecnie dwa rodzaje ogniw: typu AA lub AAA, zwane „paluszkami”, oraz specjalne akumulatory niklowo-wodorkowe (Ni-MH) lub litowo-jonowe (Li-Ion). Czasem można jeszcze zetknąć się z akumulatorami niklowo-kadmowymi (Ni-Cd), ale z powodu zawartości szkodliwego dla środowiska kadmu nie są one już produkowane na masową skalę. Wykorzystuje się je tylko w urządzeniach, które pracują w trudnych warunkach i narażone są na wysoką temperaturę.
Aby zrozumieć, co różni wspomniane akumulatory, trzeba zapoznać się z konstrukcją i zasadą ich działania.
Akumulatory Ni-MH
Ogniwo Ni-MH składa się z katody wykonanej z płytki niklowej i anody wyprodukowanej ze stopu metali (niklu, magnezu, manganu, kobaltu i aluminium). Akumulator Ni-MH cechuje wysoka gęstość energii, która wynosi 490 MJ/m3. Pojedyncze ogniwo daje napięcie około 1,2 V, dlatego też w aparatach stosuje się najczęściej dwa lub cztery ogniwa Ni-MH. Podczas ładowania reakcje chemiczne zachodzące w akumulatorze wiążą wodór ze stopem metali. Podczas rozładowywania następuje odwrotna reakcja, uwalniająca wodór ze stopu.
Akumulatory niklowo-wodorkowe wyparły niklowo-kadmowe ze względu na większą (o około 30%) pojemność i gęstość energii. Niestety, baterie Ni-MH mają krótszy czas samorozładowania i są obarczone efektem pamięci, choć nie w takim stopniu, jak Ni-Cd. Do wad akumulatorów Ni-MH zalicza się również większą podatność na uszkodzenia podczas przeładowania i przy dużym prądzie rozładowania.
Efekt pamięci akumulatorów Ni-MH
Efekt pamięci to zjawisko powodujące utratę pojemności akumulatora. Dochodzi do niego wtedy, gdy nie do końca rozładowane ogniwo jest ładowane. Po kilkudziesięciu takich cyklach akumulator wykazuje mniejszą pojemność od nominalnej.
Efekt pamięci dotyczy także zmniejszenia się nominalnego napięcia ogniwa wskutek wielokrotnego nadmiernego ładowania.
Efektowi temu można łatwo zapobiec. Wystarczy do końca rozładowywać akumulatory i ładować je do pełna. Jednak taki reżim trudno sobie narzucić. Co zatem zrobić, gdy bateria nie została rozładowana do zera? Wystarczy mieć ładowarkę procesorową, która wstępnie rozładuje akumulatory, a potem naładuje je do pełna.
Warto zauważyć, że efekt pamięci nie występuje w ogniwach litowo-jonowych.
Akumulatory Li-Ion
Li-Ion to nowszy typ akumulatorów, który jest już powszechnie wykorzystywany w aparatach, telefonach komórkowych i większości urządzeń przenośnych. Stosuje się w nich jedną elektrodę wykonaną z węgla, a drugą z tlenków metali, natomiast elektrolitem w ogniwie jest roztwór soli litu. Jedno ogniwo ma zwykle napięcie 3,6 V.
Akumulatory litowo-jonowe mają kilka ważnych zalet, dzięki którym są lepsze od ogniw niklowo-wodorkowych. Po pierwsze, charakteryzują się większą gęstością energii (900 MJ/m3), co pozwala budować mniejsze i lżejsze akumulatory. Po drugie, nie występuje w nich efekt pamięci (patrz: ramka „Efekt pamięci akumulatorów Ni-MH”). Po trzecie, nie trzeba ich formować przed pierwszym użyciem. Mogą być doładowywane i nie ma potrzeby rozładowywania ich do zera (w niektórych sytuacjach jest to wręcz szkodliwe, o czym piszemy w dalszej części artykułu). Po czwarte, z biegiem czasu rozładowują się samoczynnie i robią to cztery razy wolniej niż Ni-MH. Akumulatory litowo-jonowe mają wbudowane układy elektroniczne, które sterują ich pracą podczas rozładowywania i ładowania.
Nie ma jednak róży bez kolców. Muszą być one systematycznie ładowane, a przechowywanie ich w wysokiej temperaturze bardzo im szkodzi. Ogniwa Li-Ion są również droższe w produkcji niż akumulatory Ni-MH (40% zasobów litu znajduje się w posiadaniu tylko jednego państwa – Boliwii, która może dowolnie dyktować ceny tego surowca.)
Formowanie akumulatorów
Nowo zakupione akumulatory Ni-MH powinny zostać odpowiednio przygotowane, gdyż ogniwa te opuszczają fabryki nie w pełni gotowe do pracy. Proces ten, zwany formowaniem, polega na trzykrotnym naładowaniu do pełna i całkowitym rozładowywaniu baterii. Zaleca się ładować akumulator małym prądem przez 24 godziny. Formowanie akumulatorów Ni-MH jest istotnym procesem, gdyż każdy z nich po dłuższym leżakowaniu wykazuje mniejszą pojemność od nominalnej. Długie ładowanie małym prądem pozwala prawidłowo rozprowadzić elektrolit po całej objętości akumulatora i przywrócić pełną jego funkcjonalność.
W trakcie użytkowania baterii niklowo-wodorkowych nie trzeba już za każdym razem ładować ich do pełna. Należy jednak pamiętać, aby naładować je do pełna przynajmniej raz na kilka cykli ładowania – w ten sposób unikniemy efektu pamięci.
Akumulatory litowo-jonowe nie wymagają wstępnego formowania, są bowiem w pełni gotowe do pracy zaraz po zakupieniu. Również w trakcie użytkowania nie ma potrzeby ładowania ich co jakiś czas do pełna.
Ładowanie akumulatorów
Bardzo istotne jest ładowanie akumulatorów. Ich sprawność i żywotność w znacznej mierze zależą od jakości ładowarki. Nie należy dopuszczać do przegrzewania się akumulatorów Ni-MH – wysoka temperatura skraca ich żywotność. Warto więc rozważyć zakup ładowarki mikroprocesorowej, która w odpowiednim momencie przerwie proces ładowania. Jeśli takiej nie mamy, trzeba sprawdzić, jakim prądem są ładowane akumulatory, i obliczyć czas ich ładowania. Przykładowo: ładowarka ładująca prądem 220 mA naładuje akumulator o pojemności 2200 mAh w dziesięć godzin. Nie wolno zostawiać na długo akumulatorów w ładowarce! Po zakończonym procesie ładowania trzeba je z ładowarki wyciągnąć. Temperatura ładowanych akumulatorów zaczyna wzrastać w połowie cyklu ładowania i osiąga maksimum pod jego koniec.
W sklepach są ładowarki szybkie i wolne. Szybkie wykorzystują zwykle mikroprocesor do sterowania cyklem ładowania i potrafią naładować akumulator niklowo-wodorkowy w niecałą godzinę. Można użyć także ładowarki ze średniej półki, która ładuje takie akumulatory w 3–6 godzin.
Ważne, aby do ładowania akumulatorów Ni-MH nie używać ładowarki przeznaczonej do ogniw Ni-Cd. Może je ona przeładować i uszkodzić. Do ładowania tych akumulatorów powinno się używać szybkich ładowarek – te z długim czasem ładowania powodują szybszą krystalizację elektrolitu.
Ładowarki przeznaczone do akumulatorów litowo-jonowych działają inaczej niż urządzenia do niklowo-wodorkowych, dlatego też na rynku nie ma uniwersalnych urządzeń, ładujących obydwa typy akumulatorów. Ładowanie ogniw litowo-jonowych jest procesem złożonym i wymaga precyzyjnych układów elektronicznych. Akumulator Li-Ion musi zostać naładowany do napięcia 4,2 V z dokładnością do 0,05 V. Ładowanie trwa około 2–3 godzin. Pod żadnym pozorem nie można przeładowywać akumulatorów Li-Ion. Wzrost napięcia do 4,3 V grozi samozapłonem akumulatora czy ogniwa. Taka sytuacja nie powinna się zdarzyć, ponieważ ładowarka sama się wyłączy, gdy ogniwo osiągnie napięcie 4,2 V.
Przechowywanie akumulatorów
Jeśli nie zajmujemy się zawodowo fotografią, zdarza się, że akumulator jest nieużywany przez kilka tygodni lub miesięcy. Od warunków przechowywania zależy jego żywotność i wydajność.
W każdego rodzaju akumulatorach występuje efekt samorozładowywania się, dlatego też musimy pamiętać, że baterie, które przeleżały na półce kilka miesięcy, mogą być zupełnie rozładowane. Akumulatory Ni-Cd rozładowują się w tempie 25–35% na miesiąc, czyli po 3 miesiącach „leżakowania” będą rozładowane. Proces samorozładowania jeszcze szybciej następuje w akumulatorach Ni-MH – rozładowują się one już po 2 miesiącach. Najwolniej ten proces zachodzi w ogniwach litowo-jonowych (8–10 miesięcy), ale uwaga: głębokie samorozładowanie akumulatora Li-Ion może doprowadzić do jego zniszczenia! Nie można dopuścić, aby napięcie spadło poniżej 2,4 V, gdyż przy tej wartości może dojść do utlenienia elektrody i uszkodzenia baterii. Dlatego też w akumulatorach tego typu instaluje się niewielkie układy elektroniczne, które w odpowiednim momencie sygnalizują rozładowanie baterii i odcinają pobór prądu, jak również kontrolują proces późniejszego ładowania.
Bardzo często słyszy się, że akumulatory powinno się przechowywać w lodówce. To prawda. Niska temperatura powoduje, że proces starzenia się akumulatora, czyli nieodwracalnej utraty pojemności (nie mylić z samorozładowaniem), zachodzi wolniej. Wysoka temperatura natomiast bardzo szkodzi akumulatorom i skraca ich żywotność. Sprawdzono, że akumulator Ni-MH przechowywany w temperaturze 0°C traci w ciągu roku tylko 1% pojemności. W temperaturze 25°C – 3%, a w 60°C – aż 30%. Zalecana przez wielu producentów temperatura przechowywania akumulatorów wynosi 15°C. Trzymanie ich w zamrażalniku nie jest zalecane z powodu panującej tam dużej wilgotności. Można je przechowywać w lodówce, gdzie panuje zwykle temperatura 3–7°C, ale pod warunkiem że akumulatory umieścimy w szczelnie zamkniętym pojemniku.
Baterie Ni-MH i Li-Ion powinny być przechowywane w stanie naładowania do około 40% pojemności. Jeśli w trakcie użytkowania zostały rozładowane, przed przechowywaniem trzeba je podładować (wystarczy potrzymać je około 30 minut w ładowarce).
Dobre rady
Jak wspomnieliśmy, akumulatorom szkodzi wysoka temperatura. Należy więc unikać ich przechowywania w schowku samochodowym, gdzie temperatura w słoneczny dzień może sięgać nawet 60°C. Osoby wybierające się w góry muszą z kolei pamiętać, że mrożenie akumulatorów również nie wychodzi im na dobre. Optymalny zakres temperatur dla baterii to 0–10°C – wystarczy więc trzymać je w kieszeni. Za wszelką cenę należy je też chronić przed wilgocią. Mokre styki mogą doprowadzić do zwarcia i uszkodzenia akumulatora, a nawet aparatu fotograficznego.
Porównanie właściwości akumulatorów
|
Ni-Cd |
Ni-MH |
Li-Ion |
|
| Napięcie nominalne |
1,2 V |
1,25 V |
3,6 V |
| Gęstość energii |
350 MJ/m3 |
490 MJ/m3 |
900 MJ/m3 |
| Samorozładowanie |
25–35% miesięcznie |
45–50% miesięcznie |
10–15% miesięcznie |
| Liczba cykli ładowania |
1000 |
500–1000 |
500 |
Tekst: Marek Budny
Zdjęcia: Robert Wyłupek, Shutterstock.com
