Замерзают ли батарейки? Холод, хранение и производительность

Холод — это то, где батарейка перестаёт быть рядовой закупкой. Два элемента AA могут различаться на 22 °C по температуре, которую производитель готов заявить: −18 °C у щелочного и −40 °C у первичного литиевого, а два блока 9V в одном и том же корпусе могут отличаться на 13 °C. Более дешёвая линейка обычно и есть та, у которой окно уже, — именно поэтому она оказывается в зимнем изделии. Это руководство излагает заявленные пределы каждой химии, которую мы производим или с которой сравниваем, что реально происходит внутри элемента при падении температуры, как хранить элементы зимой и что покупателю следует указать в спецификации для холодного рынка.

Замерзают ли батарейки?

Не при одной и той же температуре и редко насквозь. На холоде меняется химия: щелочной или солевой элемент работает на водном электролите, который уже вялый при 0 °C, тогда как первичный литиевый элемент использует неводный электролит с рейтингом −40 °C. Число, которое отвечает на вопрос, — это диапазон в паспорте изделия производителя.

Вопрос «замерзают ли батарейки» скрывает три отдельных вопроса, и их полезно разделять:

• Замёрзнет ли электролит? Для водного щелочного или солевого элемента это реальный риск при сильном морозе, и это одна из причин, по которой производители ставят в заявленном диапазоне нижнюю границу, а не обещание.
• Будет ли он ещё давать ток? Задолго до любой точки замерзания холодный элемент проседает под нагрузкой: напряжение падает, устройство достигает отсечки и выключается, пока химическая энергия ещё остаётся внутри корпуса.
• Будет ли он повреждён? Часто нет — потеря напряжения из-за холода обычно обратима, когда элемент нагревается. Повреждают элементы зарядка на холоде и утечка после длительного хранения в устройстве с экстремальными температурами.

Какие химии батареек заявлены для работы ниже нуля?

Каждый добросовестный производитель публикует это окно, и разброс между ними велик. В таблице ниже эта строка приведена так, как она напечатана, чтобы спецификацию можно было сверить с первоисточником, а не с маркетинговым утверждением, — тот же подход мы применяем к паспортам изделий на наши собственные модели.

Читайте столбец, а не семейство химии, — и порядок становится неудобным: один и тот же корпус 9V заявлен до −18 °C в щелочном исполнении и лишь до −5 °C в солевом, разрыв в 13 °C между двумя блоками, которые защёлкиваются в одну и ту же клемму. Поэтому устройство, специфицированное как «батарейка 9V», может быть недооценено на 13 °C.

Что на самом деле происходит внутри щелочного элемента на холоде?

Элемент не пуст — он медленный. Холод повышает вязкость водного электролита на гидроксиде калия, ионы движутся между электродами менее свободно, а внутреннее сопротивление растёт, поэтому напряжение проседает под нагрузкой и устройство достигает напряжения отсечки задолго до того, как запасённая энергия израсходована. Согрейте его — и значительная часть этой производительности вернётся.

Этот механизм объясняет форму каждого паспорта изделия в таблице выше. Производители публикуют однотипную кривую — ёмкость в зависимости от температуры, — потому что время работы, измеренное при 20 °C, не равно времени работы при −10 °C. Energizer печатает это сравнение в своём паспорте изделия на литиевую AA рядом со щелочным элементом — это самое наглядное публичное свидетельство того, насколько расходятся эти две кривые при падении температуры.

Одна деталь важнее, чем ожидает большинство: значение ёмкости, которое вы сравниваете, измерено в тепле. Заявленные mAh у каждого производителя сняты при контролируемой температуре около 20 °C, включая наши, — заявленные ёмкости наших моделей LR6, 6LR61 и CR2032 измерены при 20 ± 2 °C, как указано в примечаниях к этим паспортам изделий. Поэтому проект для холодного рынка следует подбирать по температурной кривой и напряжению отсечки устройства, а не только по заявленному числу.

Есть и аспект безопасности. Руководство Duracell по уходу отмечает, что экстремальные температуры снижают производительность батарейки и могут привести к утечке, и советует хранить элементы сухими при комнатной температуре. Утечка в зимнем устройстве — это обычно элемент, который провёл месяцы в холодном и сыром отсеке; коррозия проявляется на контактах весной, при следующем использовании устройства.

Почему литиевые элементы продолжают работать, когда щелочные сдают?

Потому что их электролит — не вода. Литиево-железо-дисульфидная AA (Li-FeS₂) использует органический электролит, который остаётся текучим далеко ниже нуля, а её производитель заявляет один диапазон и для работы, и для хранения — от −40 °C до +60 °C, срок хранения 25 лет при 21 °C и непрерывный разряд до 2.5 A от одного элемента.

Плоская кривая разряда важна не меньше температурного диапазона. Устройство, которое перестаёт работать из-за падения напряжения, а не из-за исчерпания энергии, — это устройство, которое первичный литиевый элемент поддерживает в работе: напряжение держится ближе к номинальному уровню, пока элемент не близок к исчерпанию, поэтому отсечка на холоде наступает гораздо позже.

Две вещи стоит держать в перспективе:

• Широкий диапазон — не разрешение игнорировать комфортную зону. Maxell заявляет свой CR2032 от −20 °C до +85 °C, а затем просит консультацию перед использованием вне 0 °C … +40 °C. Читайте примечание под таблицей, а не только таблицу: таблетки в вашем уличном датчике оказываются внутри абсолютного диапазона гораздо раньше, чем внутри зоны, в которой производителю комфортно.
• Литий — другая история перевозки. Именно литиевые элементы и батарейки перевозятся с протоколом испытаний UN38.3 и литиевой транспортной документацией; щелочные, солевые, серебряно-оксидные и цинк-воздушные элементы — нет. Наша страница сертификаты на батарейки описывает, как мы ведём эти семейства раздельно, по каждой модели.

Стоит ли хранить батарейки в холодильнике или морозильнике?

Нет — и причина не в том, что холод повреждает хранимый элемент, а в том, что холодильник или морозильник — это не тот холод. Собственное руководство Duracell по уходу прямо говорит: храните батарейки в сухом месте при обычной комнатной температуре и не помещайте их в холодильник, потому что он их не зарядит и не продлит срок их службы.

Холод действительно замедляет саморазряд, а срок хранения литиевого элемента 25 лет при 21 °C показывает, насколько мало это значит для химии, созданной для того, чтобы лежать на полке. Прохладное хранение добавляет то, что не покрывает ни один паспорт изделия: бытовой холодильник по меркам батареек — влажное место, и каждый раз, когда холодный элемент попадает в тёплое помещение, на корпусе и клеммах образуется конденсат. Для герметичного таблеточного элемента это мелочь; для негерметичной сборки с контактами — путь к коррозии.

Практические правила скучны, и они работают:

• Оставляйте оригинальную упаковку. Это собственная защита производителя от контакта клемм и коротких замыканий, и на ней указан код даты.
• Храните сухо, при комнатной температуре, выше нуля. Шкаф лучше полки в гараже в суровую зиму.
• Не носите элементы россыпью в кармане. Контакт с ключами или монетами может замкнуть элемент, а замкнутый элемент может протечь, перегреться или разорваться.
• Вынимайте элементы из устройств, которые будут простаивать месяцами. Рекомендация Duracell — извлекать их там, где устройство не будет использоваться несколько месяцев, потому что многие изделия продолжают потреблять небольшой ток при выключении, и именно это приводит к утечке; о том, как начинается эта коррозия, см. наше руководство почему батарейки текут.

Как хранить батарейки зимой?

Согласуйте окно хранения с химией, потому что самые узкие окна — не те, что ожидают люди. Цинк-воздушный элемент для слухового аппарата нужно хранить при температуре от 5 °C до 30 °C и относительной влажности 40–80%, а это более узкое окно, чем у любого щелочного элемента, тогда как первичный литиевый элемент переносит холодный неотапливаемый склад.

Срок хранения относится к тому же разговору, потому что это та же физика. Energizer заявляет 10 лет при 21 °C для щелочной AA и 25 лет для литиевой AA; Duracell заявляет четыре года в неактивированном состоянии при 21 °C для цинк-воздушного 312. Эти значения предполагают хранение при заявленной температуре: склад, который замерзает зимой и нагревается летом, отсчитывает более короткий срок, чем подразумевает паспорт изделия, — поэтому мы печатаем дату производства на элементах и можем нанести дату в формате вашего рынка. Наши собственные заявления о сроке хранения и паспорта изделий на модели излагают, что мы заявляем для каждой линейки.

Можно ли вернуть замёрзшую батарейку к жизни?

Обычно да, если она только просела. Напряжение, потерянное холодным элементом, в основном восстанавливается: внесите устройство или элементы в помещение, дайте им самостоятельно достичь комнатной температуры, и элемент, показавший «ноль» при −18 °C, часто снова покажет здоровые значения. Это тот же механизм в обратную сторону: электролит становится менее вязким, а сопротивление падает.

Что не восстанавливается так легко — элемент, который заряжали на холоде. Паспорта изделий Energizer для NiMH заявляют зарядку только от 0 °C до +40 °C, поэтому зарядка при минусовой температуре выходит за диапазон, на который элемент рассчитан, а окна зарядки для перезаряжаемых литиевых химий ещё уже. Правило для любого аккумулятора простое: сначала согреть, потом заряжать. Час в помещении стоит дёшево; повреждённый элемент — нет.

Прежде чем доверять элементу, пережившему зиму в уличном устройстве:

• Ищите утечку и коррозию на корпусе и контактах и очистите или замените отсек.
• Дайте ему прогреться постепенно — без радиатора, горячей воды и фена. Резкое изменение температуры — само по себе нагрузка.
• Проверьте его под нагрузкой, а не доверяя показанию холостого хода: наше руководство как проверить батарейку подробно описывает метод с мультиметром.
• Не смешивайте его со свежими элементами в одном устройстве. Время работы задаёт слабый элемент, и именно это несоответствие вызывает обратную зарядку и утечки.

Что должен указывать паспорт изделия для продукта холодного климата?

Четыре строки решают, подходит ли элемент для зимнего продукта: рабочий диапазон температур, диапазон хранения, температура, при которой измерялось значение ёмкости, и напряжение отсечки, при котором устройство отключается. Запрашивайте их по каждой модели, а не по химии, — два элемента одного размера могут иметь разные окна.

Этот список — образец хорошего запроса на любой завод батареек, включая наш. Когда клиент присылает описание устройства, полезная версия выглядит так:

• Температура окружающей среды, при которой продукт должен работать, и температура хранения, которую он может увидеть между производством и продажей.
• Профиль нагрузки: средний ток, пиковый ток, длительность каждого пика и рабочий цикл — а не просто «нужна AA».
• Напряжение отсечки схемы, потому что именно оно, а не значение в ампер-часах, решает, когда устройство отключится на холоде.
• Объём и формат: какой элемент принимает держатель и должна ли розничная упаковка нести заявление о работе на холоде, за которое вы готовы отвечать.
• Рынок и документы: какие сертификаты и декларации требует рынок назначения.

Наша инженерная команда подбирает элемент под это описание и подтверждает его по паспорту изделия модели. Основы по току, ёмкости и нагрузке изложены в материале сколько ампер у батарейки AA, а более широкий перечень документов — в статье сертификаты и документы на батарейки.

Что меняет холод при закупке элементов в объёме?

Три вещи, и все три решаются до размещения заказа: какая химия идёт на холодный рынок, как хранятся коробки между заводом и полкой и какие документы едут с грузом. Розничная линейка на щелочных элементах для скандинавской зимы — это другая спецификация, чем та же линейка для тёплого рынка.

Для OEM-программы или программы под собственной маркой вопросы холодной погоды превращаются в документы и упаковку:

• Химия под рынок, а не под сезон. Первичные литиевые элементы — то, что следует предлагать для устройства, которое должно работать ниже −18 °C, щелочные — для остального; а цинк-воздушные должны держаться подальше от любого продукта, который будет храниться на холоде, потому что их окно хранения от 5 °C до 30 °C — самое узкое в ассортименте.
• Заявления, подкреплённые паспортом изделия. Строка «работает в холод» на блистерной карте — это заявление о заявленном температурном диапазоне; наши ссылаются на собственный паспорт модели, и мы не напечатаем значение, которого нет в документации.
• Хранение и датировка для холодной цепочки. Коробки, которые зимой пересекают холодный рынок, требуют соблюдения окна хранения, а упаковке нужен код даты, согласованный со сроком хранения элемента внутри, — тот же цикл макета и согласования, что и в любом заказе на упаковку батареек под собственной маркой.
• Нужный транспортный документ. Литиевые элементы и сборки перевозятся по литиевым правилам с протоколом испытаний UN38.3; щелочные, солевые, серебряно-оксидные и цинк-воздушные семейства, которые мы производим, — нет. Наши страницы сертификаты на батарейки и соответствие регламенту ЕС о батарейках перечисляют, что заведено по каждой модели.
• Один заказ, несколько линеек. Щелочные AA (LR6), AAA (LR03), D (LR20), щелочной 9V 6LR61 и солевой 6F22, таблеточные элементы и линейка аккумуляторов могут быть рассчитаны вместе — первые заказы начинаются от 50 коробок на продуктовую линейку, а смешанные по SKU коробки возможны для розничных программ, как объясняет страница батарейки оптом.