Zink-Luftelemente. Zink-Luft-Batterien. Verwendung in Hörgeräten. Zink-Luft-Energiespeicher

Die Zahl der Menschen, die Zink-Luft-Batterien als Energiequelle für ihre Hörgeräte verwenden, wächst von Tag zu Tag. Diese Batterien sind umweltfreundlich und halten aufgrund ihrer erhöhten Kapazität viel länger als andere Batterietypen. Allerdings ist es schwierig, die genaue Lebensdauer des verwendeten Elements zu bestimmen, sie hängt von vielen Faktoren ab. Zu bestimmten Zeitpunkten haben Benutzer Fragen und Beschwerden.<Радуга Звуков>Ich werde versuchen, eine umfassende Antwort auf eine sehr wichtige Frage zu geben: Was bestimmt die Akkulaufzeit?

VORTEILE...

Die Hauptstromquelle für Hörgeräte waren viele Jahre lang Quecksilberoxidbatterien. Allerdings Mitte der 90er Jahre. Es wurde klar, dass sie völlig veraltet waren. Erstens enthielten sie Quecksilber – einen äußerst schädlichen Stoff. Zweitens entstanden digitale Batterien, die rasant den Markt eroberten und grundlegend andere Anforderungen an die Eigenschaften von Batterien stellten.

Die Quecksilberoxid-Technologie wurde durch die Zink-Luft-Technologie ersetzt. Das Besondere daran ist, dass als einer der Bestandteile (Kathode) der chemischen Batterie Sauerstoff aus der Umgebungsluft verwendet wird, der durch spezielle Löcher eindringt. Durch die Entfernung von Quecksilber oder Silberoxid aus dem Batteriegehäuse, das bisher als Kathode diente, wurde mehr Platz für Zinkpulver geschaffen. Daher sind Zink-Luft-Batterien im Vergleich zueinander energieintensiver verschiedene Typen Batterien gleicher Größe. Dank dieser genialen Lösung bleibt die Zink-Luft-Batterie konkurrenzlos, solange ihre Kapazität durch das geringe Volumen moderner Miniaturbatterien begrenzt ist.

Auf der positiven Seite der Batterie befinden sich (je nach Größe) ein oder mehrere Löcher, durch die Luft eindringt. Chemische Reaktion, bei dem Strom erzeugt wird, verläuft recht schnell und ist auch ohne Belastung der Batterie innerhalb von zwei bis drei Monaten vollständig abgeschlossen. Daher werden diese Löcher während des Herstellungsprozesses mit einer Schutzfolie abgedeckt.

Um sich auf die Arbeit vorzubereiten, müssen Sie den Aufkleber entfernen und dem Wirkstoff Zeit geben, sich mit Sauerstoff zu sättigen (3 bis 5 Minuten). Wenn Sie den Akku sofort nach dem Öffnen verwenden, erfolgt die Aktivierung nur in der Oberflächenschicht des Stoffes, was die Lebensdauer erheblich beeinträchtigt.

Die Größe des Akkus spielt eine wichtige Rolle. Je größer es ist, desto mehr Wirkstoffreserven enthält es und desto mehr Energie wird gespeichert. Daher die meisten grosse Kapazität Der Akku hat die Größe 675, der kleinste hat einen Akku der Größe 5. Auch die Kapazität der Akkus hängt vom Hersteller ab. Bei Akkus der Größe 675 kann sie beispielsweise zwischen 440 mAh und 460 mAh variieren.

UND FUNKTIONEN

Erstens hängt die von der Batterie gelieferte Spannung von ihrer Betriebsdauer, genauer gesagt vom Grad ihrer Entladung, ab. Die neue Zink-Luft-Batterie kann bis zu 1,4 V liefern, allerdings nur für kurze Zeit. Dann sinkt die Spannung auf 1,25 V und bleibt für längere Zeit bestehen. Und am Ende der Batterielebensdauer sinkt die Spannung stark auf unter 1 V.

Zweitens funktionieren Zink-Luft-Batterien umso besser, je wärmer es ist. In diesem Fall sollten Sie natürlich die für diesen Akkutyp eingestellte Maximaltemperatur nicht überschreiten. Dies gilt für alle Batterien. Die Besonderheit von Zink-Luft-Batterien besteht jedoch darin, dass ihre Leistung auch von der Luftfeuchtigkeit abhängt. Die darin ablaufenden chemischen Prozesse hängen vom Vorhandensein einer bestimmten Menge Feuchtigkeit ab. Vereinfacht gesagt: Je heißer und feuchter, desto besser (gilt nur für CA-Batterien!). Dass sich Luftfeuchtigkeit jedoch negativ auf andere Komponenten des Hörsystems auswirkt, ist eine andere Sache.

Drittens hängt der Innenwiderstand der Batterie von mehreren Faktoren ab: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Betriebszeit und der vom Hersteller verwendeten Technologie. Je höher die Temperatur und Luftfeuchtigkeit, desto geringer ist die Impedanz, was sich positiv auf die Funktion des Hörsystems auswirkt. Der neue 675er Akku hat einen Innenwiderstand von 1-2 Ohm. Am Ende der Lebensdauer kann dieser Wert jedoch auf 10 Ohm und bei der 13. Batterie auf bis zu 20 Ohm ansteigen. Je nach Hersteller kann dieser Wert stark variieren, was bei Bedarf zu Problemen führt maximale Leistung, im technischen Pass eingetragen.

Bei Überschreiten eines kritischen Stromverbrauchswertes wird die Endstufe oder das gesamte Hörsystem abgeschaltet, um der Batterie eine Regeneration zu ermöglichen. Wenn danach<дыхательной паузы>Die Batterie beginnt wieder, ausreichend Strom für den Betrieb zu erzeugen, und die SA schaltet sich wieder ein. Bei vielen Hörsystemen geht eine Reaktivierung einher Tonsignal, das gleiche, das Sie über einen Spannungsabfall in der Batterie benachrichtigt. Das heißt, in einer Situation, in der sich der SA aufgrund eines hohen Stromverbrauchs ausschaltet, ertönt beim erneuten Einschalten ein Warnsignal, obwohl die Batterie möglicherweise völlig neu ist. Diese Situation tritt normalerweise auf, wenn das Hörgerät einen sehr hohen Eingangsschalldruckpegel empfängt und das Hörgerät selbst auf eingestellt ist volle Kraft.

Faktoren, die die Lebensdauer beeinflussen

Eine der größten Herausforderungen für Batterien besteht darin, eine konstante Stromversorgung über die gesamte Lebensdauer der Batterie sicherzustellen.

Die Akkulaufzeit wird zunächst durch die Art der verwendeten CA bestimmt. In der Regel verbrauchen analoge Geräte mehr Strom als digitale Geräte und Geräte mit hoher Leistung verbrauchen mehr Strom als Geräte mit geringer Leistung. Typische Stromverbrauchswerte für Geräte mittlerer Leistung liegen zwischen 0,8 und 1,5 mA und für Geräte mit hoher und extremer Leistung zwischen 2 und 8 mA.

Digitale CAs sind im Allgemeinen wirtschaftlicher als analoge CAs gleicher Leistung. Sie haben jedoch einen Nachteil: Beim Umschalten von Programmen oder beim automatischen Auslösen komplexer Signalverarbeitungsfunktionen (Rauschunterdrückung, Spracherkennung usw.) verbrauchen diese Geräte deutlich mehr Strom als in normaler Modus. Der Energiebedarf kann steigen und fallen, je nachdem, welche Signalverarbeitungsfunktion im ausgeführt wird dieser Moment digitale Schaltkreise und sogar, ob die Korrektur des Hörverlusts eines Patienten eine unterschiedliche Verstärkung bei unterschiedlichen Eingangsschalldruckpegeln erfordert.

Auch die akustische Umgebungssituation hat Einfluss auf die Akkulaufzeit. In einer ruhigen Umgebung ist der akustische Signalpegel normalerweise niedrig – etwa 30-40 dB. In diesem Fall ist das in die SA eingehende Signal ebenfalls klein. In einer lauten Umgebung, zum Beispiel in der U-Bahn, im Zug, in einer Fabrik oder auf einer lauten Straße, kann der Pegel des akustischen Signals 90 dB oder mehr erreichen (bei einem Presslufthammer etwa 110 dB). Dies führt zu einer Erhöhung des Pegels des Ausgangssignals des CA und dementsprechend zu einem erhöhten Stromverbrauch. Gleichzeitig beginnen die Einstellungen des Gerätes zu wirken – mit größerer Verstärkung ist auch der Stromverbrauch größer. Typischerweise konzentrieren sich Umgebungsgeräusche auf den Tieftonbereich, daher sinkt bei stärkerer Unterdrückung des Tieftonbereichs durch die Klangregelung auch der Stromverbrauch.

Der Stromverbrauch von Geräten mittlerer Leistung hängt nicht allzu sehr vom Pegel des Eingangssignals ab, bei leistungsstarken und ultraleistungsfähigen CAs ist der Unterschied jedoch recht groß. Beispielsweise beträgt die Stromstärke bei einem eingehenden Signal mit einer Intensität von 60 dB (bei dem sich der Stromverbrauch des SA normalisiert) 2-3 mA. Bei einem Eingangssignal von 90 dB (und den gleichen CA-Einstellungen) erhöht sich der Strom auf 15-20 mA.

Methodik zur Bewertung der Batterielebensdauer

Typischerweise wird die Lebensdauer des Akkus unter Berücksichtigung seiner Nennkapazität und des geschätzten Stromverbrauchs des Geräts beurteilt, der in den technischen Daten (Reisepass) des Geräts angegeben ist. Nehmen wir einen typischen Fall: eine 675-Zink-Luft-Batterie mit einer typischen Kapazität von 460 mAh.

Bei Verwendung in einem Gerät mittlerer Leistung mit einem Stromverbrauch von 1,4 mA beträgt die theoretische Lebensdauer 460/1,4 = 328 Stunden. Wenn das Gerät 10 Stunden am Tag getragen wird, bedeutet dies, dass das Gerät länger als einen Monat in Betrieb ist (328/10=32,8).

Bei Betrieb eines leistungsstarken Geräts in ruhiger Umgebung (Stromverbrauch 2 mA) beträgt die Lebensdauer 230 Stunden, also etwa drei Wochen bei 10-stündigem Tragen. Wenn die Umgebung jedoch laut ist, kann der Stromverbrauch 15–20 mA erreichen (je nach Gerätetyp). In diesem Modus beträgt die Lebensdauer 460/20=23 Stunden, d.h. weniger als 3 Tage. Natürlich geht niemand 10 Stunden lang in einer solchen Umgebung spazieren, und der reale Modus wird hinsichtlich des Stromverbrauchs gemischt sein. Dieses Beispiel veranschaulicht also lediglich die Berechnungsmethodik und gibt Extremwerte für die Lebensdauer an. Normalerweise beträgt die Akkulaufzeit eines leistungsstarken Geräts zwei bis drei Wochen.

Verwenden Sie Batterien, die speziell für Hörgeräte entwickelt wurden (als solche gekennzeichnet oder gekennzeichnet), von renommierten Stromquellenherstellern (GP, Renata, Energizer, Varta, Panasonic, Duracell Activair, Rayovac).

Zerbrechen Sie die Schutzfolie der Batterie nicht (öffnen Sie sie nicht), bis sie in das Hörgerät eingebaut ist.

Lagern Sie Batterien in Blisterpackungen bei Raumtemperatur und normaler Luftfeuchtigkeit. Wunsch<сберечь>Wenn Sie die Batterie länger im Kühlschrank lassen, kann dies zum genau gegenteiligen Ergebnis führen: Das Gerät mit einer neuen Batterie funktioniert überhaupt nicht mehr.

Bevor Sie den Akku in das Gerät einsetzen, lassen Sie ihn 3-5 Minuten lang ohne Folie.

Schalten Sie Ihre CA aus, wenn Sie sie nicht verwenden. Entfernen Sie nachts die Stromquellen vom Gerät und lassen Sie das Batteriefach offen.

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Vorteile von Hörgerätebatterien

Der Körper der Zink-Luft-Batterie enthält eine Zinkanode, eine Luftelektrode und einen Elektrolyten. Katalysator für Oxidationsreaktionen und -bildung elektrischer Strom Luftsauerstoff gelangt durch eine spezielle Membran in das Gehäuse. Diese Batteriekonfiguration bietet eine Reihe betrieblicher Vorteile:

• Kompaktheit und geringes Gewicht;
• einfache Lagerung und Verwendung;
• gleichmäßige Ladungsabgabe;
• geringe Selbstentladung (ab 2 % pro Jahr);
• lange lebensdauer.

Damit Sie in Geräten mit niedriger, mittlerer und hoher Leistung verbrauchte Batterien zeitnah durch neue ersetzen können, verkaufen wir in St. Petersburg Batterien für Hörgeräte in praktischen Packungen zu 4, 6 oder 8 Stück.

So kaufen Sie die richtigen Batterien für Hörgeräte

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Unsere Preise sind niedriger als die unserer Mitbewerber, da wir direkt beim Hersteller einkaufen.

Zink-Luft-Batterien sind wesentlich zuverlässiger als ihre Vorgänger: Sie laufen nicht aus. Das bedeutet, dass eine plötzlich entladene Batterie Ihr Hörgerät nicht beschädigt. Allerdings sind neue Zink-Luft-Batterien recht zuverlässig und geben selten vorzeitig ihren Dienst ab. Aber sie haben auch ihre eigenen Eigenschaften.

Wenn Sie die Batterien Ihres Hörgeräts nicht wechseln müssen, sollten Sie die Verpackung der Batterie nicht entfernen. Vor dem Gebrauch wird eine solche Batterie mit einer speziellen Folie versiegelt, die das Eindringen von Luft verhindert. Sobald der Film entfernt wird, reagieren Kathode (Sauerstoff) und Anode (Zinkpulver). Beachten Sie Folgendes: Wenn Sie die Folie entfernen, verliert der Akku Ladung, unabhängig davon, ob er im Gerät eingelegt war oder nicht.

Zink-Luft-Batterien sind eine neue Generation von Batterien, die gegenüber ihren Vorgängern gravierende Vorteile haben. Zweifellos sind sie aufgrund ihrer größeren Kapazität viel energieeffizienter und langlebiger. Die Batteriekathode besteht nicht wie bei anderen Batterien aus Silber oder Quecksilberoxid, sondern aus Luft, gewonnenem Sauerstoff. Die Wechselwirkung zwischen Kathode und Anode erfolgt gleichmäßig über die gesamte Lebensdauer der Batterie. Das Hörgerät muss nicht ständig neu konfiguriert und die Lautstärke aufgrund einer schwachen Batterie geändert werden. Als Anode wird pulverisiertes Zink verwendet, das in viel größeren Mengen als die Anode in Batterien der Vorgängergeneration enthalten ist – dies sorgt für seine Energieintensität.

Eine schwache Batterie erkennen Sie an diesem charakteristischen „Symptom“: Wenige Minuten nach dem Einschalten verstummt das Hörgerät plötzlich. Dies ist ein Signal dafür, dass es Zeit ist, die Batterien zu wechseln.

1. Es wird empfohlen, den Akku bis zum Ende zu verwenden und ihn dann sofort zu wechseln. Sie sollten gebrauchte Batterien nicht aufbewahren.
2. Die Auswahl der Batterien sollte entsprechend der in der Beschreibung des Hörgeräts angegebenen Größe erfolgen.
3. Halten Sie Batterien von Metallgegenständen fern! Metall löst einen Kontaktschluss aus, was zu einer Beschädigung des Produkts führen kann.
4. Es empfiehlt sich, einen Ersatzakku in einer speziellen Schutztasche bei sich zu haben.
5. Beim Einbau einer Batterie ist es sehr wichtig zu bestimmen, wo sich ihre „Plus“-Seite befindet (sie ist konvexer und hat Löcher für Luft).
6. Warten Sie beim Einlegen einer neuen Batterie nach dem Abziehen der Schutzfolie einige Minuten: Der Wirkstoff sollte möglichst mit Sauerstoff gesättigt sein. Dies ist für die volle Akkulaufzeit notwendig. Wenn Sie sich beeilen, wird die Anode nur an der Oberfläche mit Sauerstoff gesättigt und die Batterie wird vorzeitig entladen.
7. Wenn Sie Ihr Hörgerät nicht verwenden, sollten Sie es ausschalten und die Batterien entfernen.

8. Batterien sollten in speziellen Blisterpackungen bei Raumtemperatur und außerhalb der Reichweite von Kindern aufbewahrt werden.

Langfristiger Anwendungsbereich Zink-Luft-Batterien ging nicht über die Medizin hinaus. Hohe Kapazität und langfristig Mit diesen Diensten (im inaktiven Zustand) konnten sie problemlos die Nische der Einwegbatterien für Hörgeräte besetzen. Doch in den letzten Jahren ist das Interesse der Automobilhersteller an dieser Technologie stark gestiegen. Einige glauben, dass eine Alternative zu Lithium gefunden wurde. Ist es so?

Eine Zink-Luft-Batterie für ein Elektrofahrzeug kann wie folgt aufgebaut sein: In einen in Fächer unterteilten Behälter werden Elektroden eingesetzt, an denen Luftsauerstoff adsorbiert und reduziert wird, sowie spezielle herausnehmbare Kassetten, die mit gefüllt sind Verbrauchsmaterial Anode, in diesem Fall Zinkgranulat. Zwischen der negativen und der positiven Elektrode wird ein Separator platziert. Als Elektrolyt kann eine wässrige Lösung von Kaliumhydroxid oder eine Lösung von Zinkchlorid verwendet werden.

Von außen einströmende Luft bildet mit Hilfe von Katalysatoren in der wässrigen Elektrolytlösung Hydroxylionen, die die Zinkelektrode oxidieren. Bei dieser Reaktion werden Elektronen freigesetzt, wodurch ein elektrischer Strom entsteht.

Vorteile

Die weltweiten Zinkreserven werden auf etwa 1,9 Gigatonnen geschätzt. Wenn wir jetzt mit der weltweiten Produktion von Zinkmetall beginnen, können in ein paar Jahren eine Milliarde Zink-Luft-Batterien mit einer Kapazität von jeweils 10 kWh zusammengebaut werden. Beispielsweise würde es unter den derzeitigen Bedingungen des Lithiumabbaus mehr als 180 Jahre dauern, um die gleiche Menge zu erzeugen. Die Verfügbarkeit von Zink wird auch den Preis für Batterien senken.

Es ist auch sehr wichtig, dass Zink-Luft-Zellen, die über ein transparentes System für das Recycling von Zinkabfällen verfügen, umweltfreundliche Produkte sind. Die hier verwendeten Materialien belasten die Umwelt nicht und können recycelt werden. Auch das Reaktionsprodukt von Zink-Luft-Batterien (Zinkoxid) ist für Mensch und Umwelt absolut unbedenklich. Nicht umsonst wird Zinkoxid als Hauptbestandteil in Babypuder verwendet.

Der Hauptvorteil, aufgrund dessen die Hersteller von Elektrofahrzeugen diese Technologie mit Hoffnung betrachten, ist die hohe Energiedichte (2-3 mal höher als die von Li-Ion). Die Energieintensität von Zink-Luft erreicht bereits 450 Wh/kg, aber die theoretische Dichte kann 1350 Wh/kg betragen!

Mängel

Da wir keine Elektrofahrzeuge mit Zink-Luft-Batterien fahren, ergeben sich Nachteile. Erstens ist es schwierig, solche Zellen mit einer ausreichenden Anzahl von Entlade-/Ladezyklen wiederaufladbar zu machen. Beim Betrieb einer Zink-Luft-Batterie trocknet der Elektrolyt einfach aus oder dringt zu tief in die Poren der Luftelektrode ein. Und da das abgeschiedene Zink ungleichmäßig verteilt ist und eine verzweigte Struktur bildet, kommt es häufig zu Kurzschlüssen zwischen den Elektroden.

Wissenschaftler versuchen, einen Ausweg zu finden. Das amerikanische Unternehmen ZAI löste dieses Problem, indem es einfach den Elektrolyten austauschte und frische Zinkkartuschen hinzufügte. Dies erfordert natürlich eine ausgebaute Tankstelleninfrastruktur, an der das oxidierte Aktivmaterial in der Anodenkassette durch frisches Zink ersetzt wird.

Und obwohl die wirtschaftliche Komponente des Projekts noch nicht geklärt ist, behaupten die Hersteller, dass die Kosten für eine solche „Aufladung“ deutlich niedriger sein werden als für das Betanken eines Autos mit Verbrennungsmotor. Darüber hinaus dauert der Wechsel des Aktivmaterials nicht länger als 10 Minuten. Selbst die Superschnellen werden in der gleichen Zeit nur 50 % ihres Potenzials wieder auffüllen können. Im vergangenen Jahr hat das koreanische Unternehmen Leo Motors bereits vorgemacht Zink-Luft-Batterien ZAI mit seinem Elektro-Lkw.

Auch das Schweizer Technologieunternehmen ReVolt arbeitet an der Verbesserung der Zink-Luft-Batterie. Sie schlug spezielle gelierende und adstringierende Zusätze vor, die die Feuchtigkeit und Form der Zinkelektrode steuern, sowie neue Katalysatoren, die die Leistung der Zellen deutlich verbessern.

Den Ingenieuren beider Unternehmen gelang es jedoch nicht, die Marke von 200 Zink-Luft-Entlade-/Ladezyklen zu überschreiten. Daher ist es noch zu früh, über Zink-Luft-Zellen als Batterien für Elektrofahrzeuge zu sprechen.