Пальчиковые батарейки как зарядить: Заряжаем обычные батарейки / Блог компании LampTest / Хабр

Люди, проводящие много времени в поездках, или по другим причинам вынужденные много пользоваться устройствами связи, не имея возможности заряжать аккумулятор телефона так часто, как им это необходимо, вынуждены искать выходы из такой ситуации. Многие находят решение проблемы в том, чтобы носить с собой сразу несколько телефонных батарей (речь не о смартфонах с ). Но все они рано или поздно разрядятся и станут бесполезны. Заряжать каждую по отдельности внутри гаджета требует слишком много времени, гораздо удобнее было бы питать одну батарею, пока вторая заряжается. В связи с этим и возникает вопрос — как зарядить аккумулятор телефона без телефона? Можно и своими руками сделать устройство, а можно купить специальное приспособление в магазине за сравнительно небольшие деньги. Если не очень жалко аккумулятор смартфона, планшета, а гаджет нужен срочно, существуют подручные способы быстро зарядить батарею.

Коробка с батарейками

Зарядить аккумулятор телефона напрямую возможно, соорудив некоторое подобие популярных сейчас мобильных хранилищ заряда для гаджетов — (это, кстати, оптимальный способ, ).

Для этого берется специальная коробочка для установки батареек, которые соединены между собой и имеют выводы контактов наружу с помощью проводков — ее можно достать на радиобарахолках или в магазинах электроники, возможно, она лежит где-то в доме. Туда вставляется несколько обыкновенных пальчиковых батарей. Можно вывести контакты и напрямую подключить их к АКБ телефона, следя за полярностью, либо же припаять к отверстию для вывода разъем и заряжать непосредственно сам мобильник.

С помощью зарядок

Как зарядить в домашних условиях аккумулятор телефона отдельно от него, напрямую от зарядки?

Изготовить из любого старого устройства для питания гаджетов универсальный прибор для питания АКБ:

1. Найти в доме какое-нибудь завалявшееся зарядное устройство.
2. Отрезать разъем, вставляющийся в гнездо, осторожно оголить провода. Обычно они бывают синего и красного цвета. Синий несет в себе заряд со знаком «минус», а красный, соответственно, «плюс».
3. Металлические концы проводов соединить с аккумулятором телефона, проследив, чтобы полярность контактов совпадала — на АКБ они должны быть подписаны, закрепить соединение скотчем или изолентой.
4. Подождать примерно час, пока батарея заряжается, потом ее можно вставлять в гаджет и пользоваться.

Как еще проверить полярность проводков?

У некоторых зарядок проводки могут быть не этих стандартных цветов, а каких-то других. В такой ситуации ведь тоже нужно как-то определить, где какой знак. Сделать это очень просто. Понадобится всего лишь стакан с водой, в которой нужно растворить немного обычной поваренной соли.

1. Оголенные концы проводов нужно опустить в этот стакан.
2. Подключить устройство к сети (главное не трогать воду и сами провода, иначе можно получить удар током).
3. Проследить, около какого провода вода начала бурлить и пузыриться. Он — отрицательный.

Зарядка из кусков металла

Бывает, что требуется хотя бы немного заряженная батарея телефона где-то на природе, где нет ни старых зарядок, ни других подобных устройств. Можно ли заряжать АКБ в такой ситуации? Вполне, если найти побольше металлических предметов — труб, уголков и им подобных.

1. Взять найденные предметы и воткнуть вертикально в землю.
2. Обмотать проволокой, желательно из меди.
3. Кончики этой проволоки вывести, как провода, и подсоединить к АКБ.
4. Облить металлическую часть конструкции щелочной жидкостью, которая нужна в качестве электролита. Как щелочь можно использовать растворы солей или соды, какие-то химические средства, если известно, что в их состав входят соединения щелочного характера. Чем больше будет металла в сооружении, тем сильнее ток.

Чтобы аккумулятора хватило хотя бы на звонок, можно обмотать его контакты тонким прозрачным скотчем или другой липкой лентой. При возвращении на место это даст заряд на пару минут работы.

Нагрев

При более высокой температуре начинают происходить реакции, которые имеют место, когда батарея заряжается. Поэтому можно попробовать так восполнить небольшую часть заряда — приложить элемент к чему-нибудь горячему или просто несколько минут потереть руками.

Деформация

Самый рискованных способ, который практически во всех случаях приводит к дальнейшей неисправности АКБ, многие видели еще в детстве. Некоторые кусали пальчиковые батарейки, чтобы те заработали. Здесь принцип тот же самый. Если несильно кинуть аккумулятор об камень или побить о какой-то другой твердый предмет, накопится небольшой заряд, которого хватит на пару быстрых действий или коротких разговоров.

Самодельное беспроводное зарядное устройство

Чтобы его изготовить, понадобятся:

• тонкая, не больше половины миллиметра в диаметре, металлическая (в идеале — медная) проволока;
• диод;
• некоторые познания в области физики.

Что потом:

1. Сделать плоскую катушку из трех десятков витков проволоки.
2. Закрепить ее с помощью изоленты или специального клея на телефонной батарейке.
3. Взять диод и соединить через него контакты аккумулятора со спиралью.

Использовать готовое приспособление

Конечно, производители аксессуаров для гаджетов не остались в стороне и позаботились о любителях подпитывать батареи отдельно от техники. Для таких случаев существует зарядка для аккумулятора телефона или планшета, питающая его напрямую, которую в простонародье прозвали из-за характерной формы.

Использовать ее довольно просто:

1. Отключить девайс и извлечь АКБ.
2. Определиться, где на контактах положительный заряд, а где отрицательный.
3. Надавить на краешек крышки «лягушки», чтобы открыть ее.
4. Внутри устройства есть две клеммы, у которых подписана полярность.
5. Поставить батарейку контактами к клеммам, чтобы «плюсы» и «минусы» совпадали.
6. Закрыть крышку, которая автоматически зафиксирует положение аккумулятора.
7. Подключить прибор к сети и проверить, загорелся ли красный огонек. Если этого не произошло, батарея был помещена неправильно, и нужно исправить ее положение.
8. Когда все подсоединено правильно, остается пождать, пока красный цвет индикатора сменится на зеленый — это значит, что АКБ заряжен, и «лягушка» отключила питание.

Способов зарядить батарейку от любого гаджета множество, но лучше все-таки быть предусмотрительным и иметь с собой что-то, что позволит безопасно восполнить заряд, а к экстремальным способам не прибегать вообще или только в чрезвычайных ситуациях.

Под словом «батарейка» я, конечно, подразумеваю один гальванический элемент, а точнее, любой источник напряжением 1 – 5 В, выдерживающий ток 400-500 мА. Это может быть и гальванический элемент, и самодельная батарея, собранная из подручных средств – не суть важно.

Итак, перед нами источник с напряжением 1. 5 В. Скажем, гальванический элемент типоразмера «D»:

Если это обычный угольно-цинковый (солевой) приличного производителя, то его емкость может составлять 4 А/ч. Если щелочной, то вообще от 6 до 15 А/ч. Энергии одной даже солевой «батарейки» достаточно, чтобы зарядить аккумулятор мобильного телефона, но что делать с напряжением? Строить преобразователь? Еще с десяток лет назад это была бы достаточно сложная задача и едва ли бы с ее решением справились такие новички, как мы. Но мы живем сегодня, и в нашем распоряжении есть очень интересная микросхема — КР1446ПН1.

По сути это готовый и весьма экономичный широтно-импульсный преобразователь, причем он умеет не только повышать, но, если нужно, то и понижать напряжение. Для своей работы микросхема требует любое напряжение в диапазоне 1…5 В (входное), а выдает либо 3 В либо 5В (выходное) – все зависит от схемы включения. Если входное напряжение ниже требуемого выходного, микросхема его повышает. Если выше – понижает. Ну а теперь взглянем на саму схему пятивольтового преобразователя, которая, по сути, является типовой:

Мы видим собственно микросхему, накопительный дроссель, диод Шоттки и три электролитических конденсатора: два сглаживающих и третий, подключенный к выводу REF микросхемы, – для стабилизации опорного напряжения. Особое внимание нужно уделить дросселю, который по заявлению производителя должен иметь максимально хорошую добротность и выдерживать импульсный ток до 2 А. Я намотал его на куске ферритового стержня марки М400НН диаметром 8 мм и длиной 20 мм. Провод – ПЭВ диаметром 0.6 мм, катушка содержит 22 витка.

После сборки моя схема начала работать сразу, к выходу я подпаял разъем для подключения мобильного телефона, от светодиодной индикации работы отказался во имя экономии энергии — зарядку и так видно по мобильному телефону. Остановилась зарядка – либо готово, либо нужно заменить гальванический элемент.

По поводу батареек. Рекомендовал бы щелочные – они лучше держат ток, ну а сколько и какие – ваше дело. Включите последовательно две – количество энергии увеличится вдвое. Три – утроится. Четыре – микросхема сгорит. Я использую одну-две, причем когда прижимает, покупаю любой типоразмер и несколько штук (чаще в ларьках на вокзале, когда в дороге).

И в завершение о трех вольтах, о которых я упомянул в начале статьи. Если вывод 3/5 отключить от корпуса (минуса выходного напряжения) и подключить к выводу OUT (плюсу выходного напряжения), то на выходе установится напряжение 3 В независимо от входного.

Как правильно заряжать аккумуляторы | Электрик

Одним из самых принципиальных критериев корректной работы, хорошей эффективности и долгого срока эксплуатации аккумуляторной батареи считается её правильный заряд. Это касается полностью всех аккумуляторов, будь то массивные промышленные немаленькой емкости, или же крохотные батарейки в Ваших планшетах или телефонах.

Большая часть аккумуляторных батарей обладают так называемым «эффектом памяти» в той ли иной степени. Он выражается в том, что батарейки «запоминают» пределы эксплуатируемой емкости.
По данной причине, фактически, и ведется подготовительная тренировка батарей. В связи с наличием вышеперечисленного результата, не рекомендовано заряжать еще не севшие до конца батарейки.
В данном случае аккумуляторные батарейки помимо прочего «запомнят» пределы, до которых им предоставляется возможность доходить.
Итогом станет сокращение физической емкости батарей, их стремительная разрядка, недолговечность службы.

При приобретении новых аккумуляторных батареек рекомендовано произвести их «тренировку». Она заключается в полном разряде/заряде самой батарей. Говоря проще, необходимо разрядить батарейки, после этого зарядить их «до упора». Процесс повторяется 3-4 раза.
В последствии таковой процедуры батарейки прослужат существенно дольше. При всем этом вы как будто «разгоняете» их, повышаете потенциальную емкость до пределов.

Чем меньше раз разряжается аккумулятор и чем менее глубоким является каждый отдельно взятый его разряд, тем большим будет срок его службы.

Как можно зарядить аккумулятор?

• Оптимальный вариант — зарядка постоянным током 0.1 — 0.2 С в течение 6-8 часов.

• Быстрый заряд — в течение 3-5ч. током примерно треть от номинального.

• Ускоренный заряд — выполняется током равным величине номинальной емкости самого аккумулятора, возможен разогрев и разрушение элемента.

Li-pol (литий-полимерный) аккумулятор

NiCd (никель-кадмиевый) аккумулятор

Pb (свинцово-кислотный) аккумулятор

AGM аккумулятор

GEL (гелевый) аккумулятор

Созданы «вечные» пальчиковые батарейки с беспроводной зарядкой

Согласно статистике, ежегодно в только в США выбрасывается более 3 миллиардов батареек. И хотя ученые находятся в постоянном поиске новых способов хранения и передачи энергии, вопросы утилизации и увеличения срока службы электрических аккумуляторов становятся все актуальнее.

Помочь решить проблему обещает новое устройство под названием Cota Forever Battery – первая в мире пальчиковая батарея типа AA с возможностью беспроводной зарядки. Она стала более устойчивой и удобной альтернативой традиционным одноразовым батарейкам. Разработчики утверждают, что их система способна зарядить любой девайс, работающий на батарейках АА, по воздуху.

Компания Ossia создала целую линейку продуктов «Cota», основанную на беспроводной технологии, способной передавать мощные радиоволны на встроенный в них приемник, преобразующий получаемый сигнал в электричество. Такой же принцип заложен и в «вечных батарейках», которые компания оснастила RF-ресивером, скрытым под стандартным корпусом AA. В конечном счете, обещают авторы новинки, их система позволит перейти на повсеместное использование беспроводных устройств.

По мощности и типоразмеру аккумуляторы Cota Forever Battery полностью соответствуют обычным пальчиковым батарейкам. Они могут питать энергией любой совместимый девайс, будь то пульт управления от телевизора или беспроводная компьютерная мышь. Для работы системы понадобится только передатчик Cota, принцип работы которого напоминает Wi-Fi-роутер — он может находится в любой части помещения и передавать энергию на расстояние до 10 метров.

Но как бы привлекательно все это не звучало, пройдут годы, прежде, чем дома будут оснащены интеллектуальными беспроводными батареями. Первыми технологии Cota, скорее всего будут использовать крупные коммерческие предприятия, например, фабрики и магазины.

Cota Forever Battery была удостоена премии Innovation Award 2017 CES в категории «Технология для лучшего мира», а Cota Tile – беспроводной передатчик, имитирующий потолочную плитку – стал лауреатом премии CES Best of Innovation Award 2018 года. Так, что можно смело сказать, что в будущем нас ожидает настоящий переворот в сфере использования беспроводных технологий.

Читайте также: Новая беспроводная зарядка WattUp с дальностью 4,5 м выходит на рынок в США

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Как зарядить батарейку зарядкой от телефона. От пальчиковых батареек или аккумуляторов

Со времен появления мобильных устройств связи было столько сказано о том, что вполне можно издать книгу среднего объема. Однако, как говорится, воз и ныне там. Дело в том, что получается парадоксальная ситуация, когда те владельцы, которые смогли самостоятельно разобраться, как правильно заряжать аккумулятор телефона, перестают делиться с сообществом своими наблюдениями и опытом, так как жизнь ставит другие задачи, а возвращаться к уже решенному просто так захочет далеко не каждый. Соответственно, новичкам приходится «набивать шишки», учиться на ошибках и повторять путь своих предшественников. Вот такой замкнутый круг. Чтобы как-то помочь разобраться в данной теме, сегодня мы рассмотрим ряд ключевых моментов и ответим на вопросы, телефона и как «раскачать» батарею.

Мифы и факты

При покупке нового мобильника многие продавцы-консультанты рекомендуют проводить своеобразную тренировку источника энергии — троекратно повторить полный цикл. Предлагается полностью разрядить батарею, то есть дождаться, пока устройство не отключится. Затем поставить его на зарядку продолжительностью от 8 до 24 часов (советы, как видно, могут быть самыми разными).

После этого снова дождаться отключения мобилки из-за потери и повторить вышеуказанную процедуру. В сумме циклов заряд-разряд должно быть три. Очень часто на вопрос, как зарядить новый аккумулятор телефона, дается именно такой ответ. Увы, на самом деле чудес не бывает, и подобные манипуляции не только излишни, но и в некоторых случаях вредны.

Как правильно заряжать аккумулятор телефона: все просто

В зарядке литий-ионных химических источников питания нет ничего сложного. Мы рекомендуем ознакомиться с инструкцией к устройству и выполнять ее. Обычно этого достаточно, чтобы соблюсти баланс между зарядом и суммарной продолжительностью использования. Тем не менее каждый владелец мобильного устройства может немного улучшить показатели работы батареи.

Как известно, чем меньше ток заряда, тем эффективнее происходит фиксация его носителей в химических Другими словами, если вместо штатной зарядки с высоким выходным током (сейчас часто используются даже 1А модели) к устройству подключить блок, рассчитанный на малые токи (до 300 мА), то, хотя продолжительность зарядки увеличится, время работы аппарата приятно вас порадует. Однако так как в батареях сейчас устанавливают контроллер, управляющий токами, ожидать значительного увеличения фактической емкости не следует. Обычно прирост составляет не более 10%.

Для нормальным режимом является работа при напряжениях от 2,7 В до 4,2 В. Превышение верхней границы или снижение меньше допустимого уровня резко сокращает емкость из-за протекания необратимых процессов в аккумуляторе. Таким образом, рассматривая, очень важно запомнить, что доводить устройство до полного отключения нельзя, так как из-за естественного саморазряда через время падение напряжения может оказаться критическим. Если телефон все же выключился, следует в кратчайшие сроки зарядить батарею.

Многие обратили внимание, что при покупке аккумулятор заряжен примерно на 50%. Это не случайность. Именно в пределах от 40 до 60% достигается оптимальный режим хранения. Вывод следующий: без необходимости долгое время не использовать мобильный телефон, нужно обеспечить накопление заряда до указанных границ.

И, наконец, не следует сразу после сигнала об окончании цикла зарядки отключить блок от сети. Встроенный контроллер обеспечивает «капельную» подзарядку батареи, что благоприятно сказывается на продолжительности ее работы. Таким образом, 2-3 раза в месяц полезно оставлять телефон на зарядке на большее время, чем требуется.

Все обладатели сотовых телефонов сталкивались с такой проблемой, как невовремя разрядившаяся батарея. Конечно, если под рукой есть зарядное устройство и розетка, то проблема решается за считаные минуты, но что делать, если зарядка сломалась, а вам необходимо срочно сделать звонок? Прочитайте нашу инструкцию и вы узнаете как зарядить аккумулятор телефона напрямую.

Рассмотрим несколько способов зарядки:

Способы зарядки телефона напрямую

Первый и самый простой способ зарядить батарею телефона напрямую — с помощью компьютера или ноутбука. Возьмите USB или Micro USB кабель, вставьте его в телефон, а затем в ПК. После этого зарядка начнется автоматически.

Второй способ более трудоемкий, но пригодится, если под рукой нет компьютера:

• Берем батарейку и старую ненужную зарядку, от любого телефона. Отрезаем разъем и оголяем провода.
• Вынимаем батарейку из телефона и аккуратно присоединяем провода. Соединяем плюс с плюсом и соответственно минус с минусом. Для надежной фиксации можно использовать скотч или изоленту.
• Включаем в розетку.

Внимание! Заряжая аккумуялтор телефон напрямую, будьте осторожны и не трогайте провода, когда началась зарядка, так как это может плачевно сказаться на вашем здоровье.

Третий способ

Вы можете заранее купить универсальное зарядное устройство, которое подходит ко всем аккумуляторам. При разрядке телефона, достаточно достать батарею и вставить ее в зарядку. Если купить его возможности нет, то сделайте временную зарядную батарею самостоятельно. Для этого купите в магазине две пальчиковые батарейки и коробочку. Припаяйте разъем к коробочке, и в нужный момент, подключаете самодельное устройство к телефону.

Теперь вы знаете, можно ли зарядить аккумулятор телефона напрямую и можете воспользоваться при необходимости любым способом.

Если вам известны другие методы зарядки телефона без стандартного зарядного устройства, поделитесь ими в комментариях.

Аккумулятор современного телефона представляет собой высокотехнологичный, компактный и довольно мощный источник энергии. В связи с особым форматом телефонной батарейки, использование её в иных целях, кроме прямого назначения, потребует некоторых знаний и навыков. Стоит обратить внимание, что прямая замена других типов аккумуляторов на литиевые имеет особенности в виде различия формы, габаритов а так же напряжения одной ячейки.

Типы аккумуляторов

В настоящее время, для питания носимой электроники, производители в основном используют литиевые аккумуляторы. Основными достоинствами, определяющими популярность этого типа батарей, являются:

• небольшая масса и габариты;
• высокая плотность мощности;
• способность быстро заряжаться.

Особенности использования

Номинальное напряжение одного Li-ion элемента составляет 3.7В. Это значит, что при любом количестве последовательно соединённых элементов, суммарное напряжение батареи будет кратно 3.7В. Два элемента дадут 7.4В, три 11.1В, четыре 14.8В и так далее. Литиевые элементы весьма чувствительны к соблюдению условий заряда и разряда. Несоблюдение правил эксплуатации может приводить к их возгоранию или взрыву. Для предотвращения подобных проблем внутри корпуса аккумулятора встраивают специальную электронную схему РСВ (power control board), обеспечивающую безопасные режимы использования, защиту от короткого замыкания, перегрева.

Клеммы аккумулятора присоединены напрямую к плате PCB, выходные контакты платы подключаются к нагрузке.

Технология и особенности зарядки

Технология зарядки во многом схожа со свинцовыми аккумуляторами, однако литиевые зарядники обладают более высокой точностью и стабильностью электрических параметров. Соблюдение условий заряда обеспечивается применением специально разработанных для этой цели микросхем. Ниже приведена схематическая диаграмма заряда. Зарядное устройство (ЗУ), должно обеспечивать выполнение алгоритма в соответствии с приведенной диаграммой.

На всем протяжении процесса производится непрерывное измерение напряжения и тока. Предзаряд необходим для вывода в рабочий режим только в случае сильно разряженных батарей, с напряжением ниже 2. 5В. В начале цикла ЗУ должно работать в режиме стабилизации тока, с ограничением на уровне примерно равном 0.5-1С, где С- ёмкость батареи. При ёмкости 3200 мА/ч, данный параметр составит от 1.6 до 3.2А. Одновременно контролируется напряжение на клеммах. В какой-то момент, зарядный ток начинает снижаться, а напряжение достигает пороговой величины 4.18-4.22В. По достижении указанного напряжения, степень заряда составляет около 70%, ЗУ должно перейти в режим ограничения и стабилизации напряжения величиной не более 4.2В. В таком режиме набор емкости продолжается с плавным снижением тока. Условием окончания цикла считается снижение тока до уровня 0.05-0.01С. Как говорилось выше, ЗУ для литиевых батарей должно обеспечивать высокую точность контроля и поддержания режимов. Превышение напряжения всего на 0.2В выше номинального способно вдвое сократить срок службы аккумулятора.

Крайне нежелательно заряжать батареи, собранные из нескольких ячеек последовательно, от одного источника питания. В таком случае суммарное напряжение и ток не дают объективной картины о состоянии отдельно взятой ячейки. В зависимости от индивидуальных особенностей, один элемент может получить избыточный заряд, другой недостаточный. Нарушение режима заряда чревато последствиями, описанными выше. В таких случаях необходимо использовать так называемые балансировочные ЗУ, которые осуществляют индивидуальный контроль и соблюдение режимов для каждого элемента в батарее.

Практическое использование телефонных батареек

Если вы решили использовать телефонную батарейку в своих целях, нужно сразу определиться с двумя моментами:

1. Как присоединить к вашему устройству. При наличии съёмной батареи, аккумулятор может быть установлен в телефон, заряжен, далее снят и использован в других целях. Проблема в том, что каждый производитель телефонов использует свой интерфейс подключения питания, а в вашем устройстве он может быть другим. Проще всего немного разобрать батарейный модуль, найти выходные контакты на плате PCВ и припаять к ним провода или разъём, совместимый с вашим устройством. Некоторые модели телефонов, например iphone, samsung оснащены несъёмными аккумуляторами, в этом случае для использования батареи в иных целях потребуется разборка корпуса, припаивание проводов, разъёма.

1. Чем заряжать. В зависимости от квалификации, можно самостоятельно собрать схему, а также приобрести готовое устройство. В продаже есть как специализированные микросхемы, наборы радиодеталей для самостоятельного изготовления, так и готовые, собранные, отлаженные платы. Как вариант, в качестве ЗУ можно использовать старый телефон, припаять провода к его клеммам, снабдить соответствующим разъёмом и заряжать от него любые другие батареи. Для батарей, собранных из нескольких элементов, можно либо заряжать каждый элемент в отдельности, либо собрать или купить балансировочное ЗУ.

Как зарядить без ЗУ

Сделать это возможно при наличии регулируемого лабораторного источника питания, устанавливая требуемые значения напряжения и тока. Простейшее зарядное можно собрать из регулируемого источника напряжения и гасящего резистора R.

Однако, рекомендовать простейшую схему для постоянного использования нельзя, заряжать таким способом следует только в крайнем случае. Любой вариант неспециализированного зарядного устройства требует повышенного внимания, постоянного плотного ручного контроля режимов, своевременного отключения. Несоблюдение обозначенных требований приведёт к быстрой деградации и выходу аккумулятора из строя.

Как зарядить телефон с помощью лимона: видео

Люди, проводящие много времени в поездках, или по другим причинам вынужденные много пользоваться устройствами связи, не имея возможности заряжать аккумулятор телефона так часто, как им это необходимо, вынуждены искать выходы из такой ситуации. Многие находят решение проблемы в том, чтобы носить с собой сразу несколько телефонных батарей (речь не о смартфонах с ). Но все они рано или поздно разрядятся и станут бесполезны. Заряжать каждую по отдельности внутри гаджета требует слишком много времени, гораздо удобнее было бы питать одну батарею, пока вторая заряжается. В связи с этим и возникает вопрос — как зарядить аккумулятор телефона без телефона? Можно и своими руками сделать устройство, а можно купить специальное приспособление в магазине за сравнительно небольшие деньги. Если не очень жалко аккумулятор смартфона, планшета, а гаджет нужен срочно, существуют подручные способы быстро зарядить батарею.

Коробка с батарейками

Зарядить аккумулятор телефона напрямую возможно, соорудив некоторое подобие популярных сейчас мобильных хранилищ заряда для гаджетов — (это, кстати, оптимальный способ, ).

Для этого берется специальная коробочка для установки батареек, которые соединены между собой и имеют выводы контактов наружу с помощью проводков — ее можно достать на радиобарахолках или в магазинах электроники, возможно, она лежит где-то в доме. Туда вставляется несколько обыкновенных пальчиковых батарей. Можно вывести контакты и напрямую подключить их к АКБ телефона, следя за полярностью, либо же припаять к отверстию для вывода разъем и заряжать непосредственно сам мобильник.

С помощью зарядок

Как зарядить в домашних условиях аккумулятор телефона отдельно от него, напрямую от зарядки?

Изготовить из любого старого устройства для питания гаджетов универсальный прибор для питания АКБ:

1. Найти в доме какое-нибудь завалявшееся зарядное устройство.
2. Отрезать разъем, вставляющийся в гнездо, осторожно оголить провода. Обычно они бывают синего и красного цвета. Синий несет в себе заряд со знаком «минус», а красный, соответственно, «плюс».
3. Металлические концы проводов соединить с аккумулятором телефона, проследив, чтобы полярность контактов совпадала — на АКБ они должны быть подписаны, закрепить соединение скотчем или изолентой.
4. Подождать примерно час, пока батарея заряжается, потом ее можно вставлять в гаджет и пользоваться.

Как еще проверить полярность проводков?

У некоторых зарядок проводки могут быть не этих стандартных цветов, а каких-то других. В такой ситуации ведь тоже нужно как-то определить, где какой знак. Сделать это очень просто. Понадобится всего лишь стакан с водой, в которой нужно растворить немного обычной поваренной соли.

1. Оголенные концы проводов нужно опустить в этот стакан.
2. Подключить устройство к сети (главное не трогать воду и сами провода, иначе можно получить удар током).
3. Проследить, около какого провода вода начала бурлить и пузыриться. Он — отрицательный.

Зарядка из кусков металла

Бывает, что требуется хотя бы немного заряженная батарея телефона где-то на природе, где нет ни старых зарядок, ни других подобных устройств. Можно ли заряжать АКБ в такой ситуации? Вполне, если найти побольше металлических предметов — труб, уголков и им подобных.

1. Взять найденные предметы и воткнуть вертикально в землю.
2. Обмотать проволокой, желательно из меди.
3. Кончики этой проволоки вывести, как провода, и подсоединить к АКБ.
4. Облить металлическую часть конструкции щелочной жидкостью, которая нужна в качестве электролита. Как щелочь можно использовать растворы солей или соды, какие-то химические средства, если известно, что в их состав входят соединения щелочного характера. Чем больше будет металла в сооружении, тем сильнее ток.

Чтобы аккумулятора хватило хотя бы на звонок, можно обмотать его контакты тонким прозрачным скотчем или другой липкой лентой. При возвращении на место это даст заряд на пару минут работы.

Нагрев

При более высокой температуре начинают происходить реакции, которые имеют место, когда батарея заряжается. Поэтому можно попробовать так восполнить небольшую часть заряда — приложить элемент к чему-нибудь горячему или просто несколько минут потереть руками.

Деформация

Самый рискованных способ, который практически во всех случаях приводит к дальнейшей неисправности АКБ, многие видели еще в детстве. Некоторые кусали пальчиковые батарейки, чтобы те заработали. Здесь принцип тот же самый. Если несильно кинуть аккумулятор об камень или побить о какой-то другой твердый предмет, накопится небольшой заряд, которого хватит на пару быстрых действий или коротких разговоров.

Самодельное беспроводное зарядное устройство

Чтобы его изготовить, понадобятся:

• тонкая, не больше половины миллиметра в диаметре, металлическая (в идеале — медная) проволока;
• диод;
• некоторые познания в области физики.

Что потом:

1. Сделать плоскую катушку из трех десятков витков проволоки.
2. Закрепить ее с помощью изоленты или специального клея на телефонной батарейке.
3. Взять диод и соединить через него контакты аккумулятора со спиралью.

Использовать готовое приспособление

Конечно, производители аксессуаров для гаджетов не остались в стороне и позаботились о любителях подпитывать батареи отдельно от техники. Для таких случаев существует зарядка для аккумулятора телефона или планшета, питающая его напрямую, которую в простонародье прозвали из-за характерной формы.

Использовать ее довольно просто:

1. Отключить девайс и извлечь АКБ.
2. Определиться, где на контактах положительный заряд, а где отрицательный.
3. Надавить на краешек крышки «лягушки», чтобы открыть ее.
4. Внутри устройства есть две клеммы, у которых подписана полярность.
5. Поставить батарейку контактами к клеммам, чтобы «плюсы» и «минусы» совпадали.
6. Закрыть крышку, которая автоматически зафиксирует положение аккумулятора.
7. Подключить прибор к сети и проверить, загорелся ли красный огонек. Если этого не произошло, батарея был помещена неправильно, и нужно исправить ее положение.
8. Когда все подсоединено правильно, остается пождать, пока красный цвет индикатора сменится на зеленый — это значит, что АКБ заряжен, и «лягушка» отключила питание.

Способов зарядить батарейку от любого гаджета множество, но лучше все-таки быть предусмотрительным и иметь с собой что-то, что позволит безопасно восполнить заряд, а к экстремальным способам не прибегать вообще или только в чрезвычайных ситуациях.

Каждый может оказаться в ситуации, при которой нет возможности зарядить мобильный телефон привычным способом. В таких ситуациях в помощь могут прийти обычные батарейки, найти которые значительно легче, особенно в экстренных ситуациях.

Для того, чтобы заряжать мобильный телефон от обычных батареек, нам понадобится:
— 4 пальчиковые батарейки;
— резистор на 2 Ом;
— выпрямительный диод;
— разъем для зарядки и бокс для батареек.

Минус от батарейки, а также второй конец резистора подключаем к USB розетке, соблюдая полярность.

Рекомендуем также

Зарядка и мониторинг аккумулятора iPhone

Чтобы зарядить iPhone, выполните одно из следующих действий:

• Подключите iPhone к розетке с помощью зарядного кабеля (входит в комплект) и адаптера питания Apple USB (продается отдельно). См. Адаптеры питания для iPhone.

• Поместите iPhone 8 и новее лицевой стороной вверх на зарядное устройство MagSafe или зарядное устройство MagSafe Duo (подключенное к адаптеру питания Apple USB-C на 20 Вт или другому совместимому адаптеру питания) или к зарядному устройству с сертификатом Qi. (Зарядное устройство MagSafe, зарядное устройство MagSafe Duo, адаптеры питания и зарядные устройства с сертификатом Qi продаются отдельно.) См. «Зарядные устройства MagSafe для iPhone» и «Беспроводные зарядные устройства с сертификатом Qi для iPhone».

  Примечание: Вы также можете использовать сторонние адаптеры питания и зарядные устройства с сертификатом Qi, которые соответствуют действующим национальным нормам, а также международным и региональным стандартам безопасности. См. «Зарядка» в разделе «Важная информация по безопасности для iPhone».

• Подключите iPhone к компьютеру с помощью кабеля.

  Убедитесь, что ваш компьютер включен — если iPhone подключен к выключенному компьютеру, батарея может разрядиться вместо того, чтобы заряжаться.Найдите значок батареи, чтобы убедиться, что ваш iPhone заряжается.

Подключив iPhone к розетке или поместив его на беспроводное зарядное устройство (на поддерживаемых моделях), можно запустить резервное копирование iCloud или синхронизацию с компьютером по беспроводной сети. См. Раздел «Резервное копирование iPhone» и «Синхронизация iPhone с компьютером».

Примечание. Не пытайтесь заряжать iPhone, подключив его к клавиатуре, если на клавиатуре нет USB-порта высокой мощности.

Значок аккумулятора в правом верхнем углу показывает уровень заряда аккумулятора или состояние зарядки.При синхронизации или использовании iPhone зарядка аккумулятора может занять больше времени.

При очень низком уровне заряда iPhone может отображаться изображение почти разряженной батареи, указывающее на то, что ему необходимо заряжать до 10 минут, прежде чем вы сможете его использовать. Если в момент начала зарядки iPhone сильно разряжается, дисплей может оставаться пустым в течение 2 минут, прежде чем появится изображение низкого заряда батареи. См. Статью службы поддержки Apple Если ваш iPhone или iPod touch не заряжается.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Если вы подозреваете, что в зарядном порту iPhone может быть жидкость, не подключайте к нему зарядный кабель. Информацию о воздействии жидкости и другую важную информацию о безопасности при работе с аккумулятором и зарядкой iPhone см. В разделе Важная информация по безопасности для iPhone.

Лучшие USB-аккумуляторы для телефонов и планшетов 2021

Наш выбор

Зарядное устройство TravelCard

Этот ультратонкий внешний аккумулятор помещается в кошелек или карман, может заряжать большинство телефонов как минимум до одной трети заряда и доступен в версиях Lightning, Micro -USB и USB-C версии.

Зарядное устройство TravelCard — лучшее портативное зарядное устройство для тех, кто хочет всегда иметь под рукой аварийный прирост мощности.У него самая низкая емкость среди всех протестированных нами аккумуляторов — он может заряжать большинство телефонов только до 30–50% от пустого — но он не имеет себе равных по весу (2 унции) и размеру. Она больше и толще, чем обычная кредитная карта, но ненамного и легко помещается в бумажнике или кармане. Он имеет встроенный кабель USB-A для зарядки и встроенный выходной кабель (Lightning, Micro-USB или USB-C, в зависимости от того, какую версию вы получаете) для зарядки вашего телефона или другого портативное устройство с небольшим увеличением мощности.

Наш выбор

Anker PowerCore 10000 PD Redux

Этот компактный внешний аккумулятор, способный заряжать даже большие телефоны, такие как iPhone 12 Pro Max или Google Pixel 4a, почти в три раза, обеспечивает максимальную скорость зарядки и подзарядки. любой протестированной нами модели.

Anker PowerCore 10000 PD Redux не имеет встроенных кабелей, которые отличают модели TravelCard, но его емкость (10 000 мАч, или достаточно, чтобы полностью зарядить большинство смартфонов в три раза) намного выше.Кроме того, в дополнение к выходному порту USB-A, он имеет порт USB-C Power Delivery (PD), который позволяет заряжать (как на входе, так и на выходе) до 18,8 Вт — почти в два раза быстрее, чем у большинства найденных нами аккумуляторов. со встроенными кабелями. Это означает, что меньше времени нужно ждать, пока ваш телефон, планшет или другое устройство (и сам блок питания) полностью зарядятся. По размеру и форме Redux имеет гладкую, но цепкую текстуру, и вы можете легко положить его в карман или сумку для портативного питания на ходу.

Наш выбор

Anker PowerCore III Fusion 5K

Этот внешний аккумулятор размером с ладонь заряжает ваши устройства через порт USB-A и быстрый порт USB-C PD, а также заряжается через порт USB-C PD или через выдвижная вилка переменного тока.

Anker PowerCore III Fusion 5K удобен, если вам нужно одно надежное зарядное устройство, которое можно подключить к розетке, чтобы заряжать устройства на ночь, а затем собирать и носить с собой в течение дня. Его емкость 5000 мАч вдвое меньше, чем у Redux, но этого достаточно, чтобы полностью зарядить большинство смартфонов более одного раза.При весе 6,4 унции он на волосок легче, чем Redux. Он быстро заряжается через порт USB-C PD или откидную вилку переменного тока — у большинства протестированных нами моделей есть только один или другой — и он предлагает довольно быструю зарядку для двух устройств одновременно на USB-C PD и USB-A. порты. Если вам нужен внешний аккумулятор, который можно использовать как настенное зарядное устройство, это лучший вариант, который мы нашли.

Зарядка кардиостимуляторов с использованием энергии тела

J Pharm Bioallied Sci. Январь-март 2010 г .; 2 (1): 51–54.

Динеш Бхатиа

Департамент биомедицинской инженерии, Университет науки и технологий Динбадху Чотту Рам, Муртал, Сонепат, Харьяна-131039, Индия

Свити Байраги

Департамент биомедицинской инженерии, Университет науки и технологий Динбадху Чотту Рам, Murthal, Sonepat, Haryana-131 039, India

Sanat Goel

Департамент биомедицинской инженерии, Университет науки и технологий Deenbadhu Chottu Ram, Murthal, Sonepat, Haryana-131039, India

Manoj Jangra

Департамент биомедицинской инженерии , Deenbadhu Chottu Ram University of Science and Technology, Murthal, Sonepat, Haryana-131 039, India

Департамент биомедицинской инженерии, Deenbadhu Chottu Ram University of Science and Technology, Murthal, Sonepat, Haryana-131 039, India

Поступило в 2010 г. 13 января; Пересмотрено 22 февраля 2010 г .; Принята в печать 9 марта 2010 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Unported, что разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.

Abstract

Спасательные медицинские имплантаты, такие как кардиостимуляторы и дефибрилляторы, сталкиваются с большим недостатком, заключающимся в том, что их батареи в конечном итоге разряжаются, и пациентам требуется частая операция для замены этих батарей.С появлением технологий для таких операций могут появиться альтернативы. Для питания этих устройств могут использоваться методы сбора энергии тела. Некоторые из источников энергии — это сердцебиение пациента, кровоток внутри сосудов, движение частей тела и температура тела (тепло). Используются различные типы датчиков, например, для измерения энергии сердцебиения используются пьезоэлектрические и полупроводниковые связанные нанопровода, которые преобразуют механическую энергию в электричество.Точно так же для измерения энергии кровотока используются наногенераторы, приводимые в действие ультразвуковыми волнами, которые обладают способностью напрямую преобразовывать гидравлическую энергию человеческого тела в электрическую. Еще одним соображением является использование тепла тела с помощью биотермической батареи для выработки электричества с использованием нескольких массивов термоэлектрических генераторов, встроенных в имплантируемый чип. В этих генераторах используется хорошо известный эффект термопары. Для того, чтобы биотермическое устройство работало, необходимо, чтобы разница температур в нем составляла 2 ° C.Но есть много частей тела, где существует разница температур в 5 ° C — обычно в нескольких миллиметрах под кожей, где планируется разместить это устройство. В этом исследовании основное внимание уделяется использованию тепла тела в качестве альтернативного источника энергии для подзарядки батарей кардиостимуляторов и других медицинских устройств и предотвращения риска для жизни во время повторных операций.

Ключевые слова: Биотермальная батарея, кардиостимуляторы, термоэлектрические генераторы

При работе с хирургическими медицинскими приборами всегда следует учитывать две концепции: риск для жизни и деньги.Таким образом, для помощи людям в отношении таких устройств может быть придумана новая идея. Это включает в себя концепцию сбора энергии. Сбор энергии можно определить как извлечение энергии из одной формы в другую полезную форму, и эти устройства преобразуют энергию окружающей среды в электрическую. Используя концепцию сбора энергии, мы можем запускать электродвигатель от энергии ветряной мельницы; гидравлическая энергия и т. д. То же самое можно использовать и в случае самого человеческого тела. Существуют различные способы применения вышеупомянутой концепции для помощи людям с кардиостимуляторами. [1] Он включает энергию, полученную от самого тела. Поскольку тело представляет собой различные виды энергии, его можно использовать в качестве источника энергии для работы таких устройств. Тело имеет базовые энергии, такие как сердцебиение, кровоток в артериях и венах, движение тела и тепло тела, которое может быть собрано для получения электрической энергии для работы кардиостимулятора с напряжением 6 В в случае сердечной недостаточности. [1,2]

У людей часто случается, что части тела не работают из-за некоторых внутренних сбоев, например, в случае сердца, естественный кардиостимулятор, сино-предсердный узел (узел SA), может работать неправильно. , что приводит к ненормальному сердцебиению.Эти аритмии могут быть очень серьезными, вызывая сердечные приступы и даже смерть. Чтобы смазать колеса жизни пациента, кардиостимулятор поддерживает адекватную частоту сердечных сокращений либо потому, что собственный кардиостимулятор сердца работает недостаточно быстро, либо потому, что в системе электрической проводимости сердца есть блокировка. Сердце схемы кардиостимулятора — аккумулятор. Он обеспечивает энергией всю цепь кардиостимулятора для работы. Есть много типов батарей, которые можно использовать для работы системы. Некоторые примеры из них — свинцовые батареи; предполагаемый срок службы этих батарей составляет 8–10 лет.По истечении этого периода времени эти батареи выходят из строя из-за различных причин, таких как старение, механическая слабость, системы качества и управление качеством, изменение физических характеристик (морфологии) рабочих химикатов, химические потери из-за испарения и т. Д.

Итак, по истечении определенного интервала этого периода времени их необходимо заменить. Эта повторяющаяся операция вызывает дискомфорт и риск для жизни пациента. Поскольку эти искусственные кардиостимуляторы имплантируются в организм с помощью хирургической процедуры и требуют замены, мы можем подумать о некоторых альтернативах, которые помогут избежать подобных инцидентов.Само тело может использоваться как источник энергии. [2,3] В этой статье мы обсуждаем тело как источник энергии.

Тело как источник энергии

Как обсуждалось ранее, чтобы иметь альтернативный источник для зарядки устройств, таких как кардиостимулятор или дефибриллятор, с низким энергопотреблением, можно рассмотреть возможность использования различных видов деятельности тела в качестве источника энергии. Мы можем разделить методы производства электроэнергии, основанные на этих вышеупомянутых действиях, на две основные категории [4,5]: (i) производство электроэнергии с использованием пьезоэлектрического элемента и (ii) производство электроэнергии с использованием термопары.

Производство энергии с использованием пьезоэлектрического элемента

В этой категории используется пьезоэлектрический кристалл для измерения энергии тела от таких источников, как сердцебиение, кровоток и движение тела. Он преобразует эти различные формы энергии в электрическую энергию.

Принцип

Основной принцип заключается в использовании пьезоэлектрических и полупроводниковых связанных нанопроволок, таких как оксид цинка, для преобразования механической энергии в электричество. Пьезоэлектрические кристаллы работают по принципу деформации кристалла за счет изменения состояния параметров тела и преобразуют энергию давления в электрическую.По аналогии; Полупроводниковый наногенератор может напрямую преобразовывать энергию давления в человеческом теле, создаваемую кровотоком, сердцебиением и сокращением кровеносных сосудов, в электрическую энергию. В настоящее время эти наногенераторы способны генерировать электричество в биосовместимой жидкости под действием ультразвуковых волн. Он состоит из нанопроволок оксида цинка (ZnO). [4] Когда система подвергается вибрациям, она преобразует эти механические колебания в электрические сигналы.

Наногенератор с заделанными в генератор нанопроволоками размером порядка 2 мм ² .В каждом из этих генераторов более 1 миллиона нанопроволок. На массив ориентированных нанопроволок ZnO наносился зигзагообразный кремниевый электрод, покрытый платиной. Платина используется для увеличения проводимости электрода. Когда химически выращенные проволоки, помещенные на конец электрода, изгибаются в ответ на вибрацию, ионы перемещаются. Это разбалансирует заряды и создает электрическое поле, которое производит ток, когда нанопроволока подключена к цепи, и может использоваться в качестве потенциального источника энергии.[5] Эти результаты подтверждают теорию о том, что нанопровода из оксида цинка демонстрируют мощный пьезоэлектрический эффект, то есть выработку электричества в ответ на механическое давление. Если мы сможем преобразовать часть этого, мы сможем запитать электронное устройство. Было подсчитано, что мы можем преобразовать 17–30% этой энергии в полезную. С помощью различных исследований было установлено, что при ходьбе вырабатывается 67 Вт энергии. Движение пальца дает мощность 0,1 Вт, а дыхание — 1 Вт.[4,5] Все эти потенциальные источники энергии могут использоваться для производства энергии.

Производство электроэнергии с помощью термопары

В этой категории используются термопары для измерения тепла тела. Термопара преобразует тепло в разность потенциалов, которую можно использовать для зарядки аккумулятора. Предполагается разработать термоэлектрическую систему питания, основанную на разнице температур в человеческом теле. [6] Была разработана инновация в термоэлектрических материалах (ТМ) с использованием наноразмерных тонкопленочных материалов для преобразования тепла тела в электрическую энергию.Полученная мощность может быть использована для «непрерывной зарядки» аккумуляторов для устройств средней мощности, таких как дефибрилляторы, или для непосредственного питания устройств с низким энергопотреблением, таких как кардиостимуляторы. Эти системы питания могут работать до 30 лет — пятикратное увеличение срока службы по сравнению с существующими технологиями — и, таким образом, могут сократить количество медицинских процедур, необходимых для замены имплантата на протяжении всей жизни пациента, снижая затраты и возможные осложнения. Используются полупроводниковые материалы, которые производят электрическую энергию в результате разницы температур между горячей и холодной поверхностями материала. [7]

Принцип

Предполагается, что батарея превращает собственное тепло тела в электричество. Он будет вырабатывать электричество, используя массивы из тысяч термоэлектрических генераторов, встроенных в имплантируемый чип. В этих генераторах используется хорошо известный термоэлектрический эффект, при котором создается небольшое напряжение, когда соединения между двумя разнородными материалами поддерживаются при разных температурах [7].

Базовая концепция

В биотермической батарее используются TM, состоящие из полупроводникового теллурида висмута.Материал легирован примесями, которые придают одной стороне термопары обилие электронов (отрицательного или n-типа), тогда как другая сторона содержит примеси без электронов (положительный или p-тип). Передача тепла обычно происходит от объекта с высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Теплообмен изменяет внутреннюю энергию обеих систем (объектов). В ТМ есть свободные носители, которые несут как электрический заряд, так и тепловую энергию. Если два объекта, поддерживаемые при разных температурах, соединены посредством TM, молекулы (свободные носители) на высокотемпературном конце будут диффундировать дальше, чем молекулы на более холодном конце, вызывая чистое накопление молекул (более высокая плотность) на холодном конце. .Этот градиент плотности заставляет молекулы диффундировать обратно к горячему концу. В установившемся режиме градиент плотности противодействует влиянию градиента температуры, чтобы минимизировать чистый поток молекул. [8] С другой стороны, когда молекулы заряжены, накопление заряда на холодном конце создает отталкивающую электростатическую силу (и, следовательно, электрический потенциал), толкая заряды обратно к горячему концу. Для положительных свободных зарядов материал называется p-типом и накапливает положительный заряд на холодном конце, что приводит к положительному потенциалу.Аналогично, для отрицательных свободных зарядов материал называется n-типом и накапливает отрицательный заряд на холодном конце, что приводит к отрицательному потенциалу []. Если горячие концы материалов n-типа и p-типа электрически соединены, а нагрузка подключена к холодным концам, создаваемое напряжение заставляет ток течь через нагрузку, генерируя термоэлектрическую энергию []. Хорошие ТМ обычно представляют собой сильно легированные полупроводники. Также единый тип носителя обеспечивает оптимизацию выработки термоэлектрической энергии.Смешанная проводимость n-типа и p-типа также приводит к отрицательному эффекту и низкой термоэдс. [9]

Схематическое изображение образования (а) положительных / отрицательных зарядов из-за разницы температур и (б) положительных / отрицательных потенциалов, возникающих из-за разницы температур [6]

Наблюдения

Для получения полезного напряжения необходимо расположите тысячи полупроводниковых элементов последовательно. Устройство имеет около 4000 последовательно соединенных термопар, каждая из которых генерирует несколько микровольт на каждый 1 ° C разницы температур.Типичная батарея имеет массив 2,5 см ² , всего около 6,0 см ² площадей со всех сторон, который генерирует 4 В и обеспечивает мощность 100 мкВт. Устройство предназначено для продления срока службы имплантируемого кардиовертера-дефибриллятора (ICD) и батареи кардиостимулятора до более чем трех десятилетий за счет непрерывной подзарядки. [10] Возможно, он даже сможет напрямую питать некоторые кардиостимуляторы малой мощности. Для работы биотермического устройства [] необходимо, чтобы на нем была разница температур 2 ° C.Эту разницу температур можно легко получить, поместив устройство на несколько миллиметров ниже поверхности кожи; поскольку существует множество частей тела, где существует разница температур до 5 ° C. [10,11]

Биотермальная батарея: PN-переходная решетка [2]

Технические проблемы и конкуренты в области технологий

Задача состоит в том, чтобы создать термоэлектрический модуль мощностью 100 мкВт при 3 В с разницей температур 1 ° C. Для термоэлектрического модуля требуется примерно 4000 элементов на 6-сантиметровой поверхности ² .

На рынке доступны различные технологические конкуренты. Литий-ионный аккумулятор обеспечивает возможность перезарядки и увеличенный срок службы аккумулятора. Кроме того, в середине 90-х была разработана технология литиево-углеродных монофторидных батарей, хотя она не получила широкого распространения. Были разработаны нанокристаллические катодные компоненты, которые продлевают срок службы литиевых батарей. Ни один из этих конкурентов в настоящее время не может обеспечить срок службы около 30 лет. [12]

Базовая схема зарядки

показывает схему, в которой используется принцип зарядки биотермической батареи для кардиостимулятора.В этой схеме контролируется уровень напряжения аккумуляторной батареи. Он автоматически прерывает процесс зарядки, когда его выходное напряжение на клеммах превышает заданный уровень. Таймер IC NE555 используется для зарядки и контроля уровня напряжения в аккумуляторе. На вывод 5 управляющего напряжения микросхемы IC _{1 ​​} подается опорное напряжение 5,6 В от стабилитрона ZD _{1 ​​}. На контакт 6 порога подается напряжение, установленное VR _{1 ​​}, а на контакт 2 триггера — напряжение, установленное VR ₂ .Когда разряженная батарея подключена к цепи, напряжение, подаваемое на контакт 2 триггера IC _{1 ​​}, ниже 1/3 В постоянного тока, и, следовательно, триггер в ИС включается, чтобы на выходном контакте 3 был высокий уровень. Когда аккумулятор полностью заряжен, выходное напряжение на клемме увеличивает напряжение на выводе 2 микросхемы IC _{1 ​​} выше порогового значения точки срабатывания. Это выключает триггер, и на выходе устанавливается низкий уровень, чтобы завершить процесс зарядки. Пороговый вывод 6 IC _{1 ​​} соответствует 2/3 Vcc, установленному VR _{1 ​​}.Транзистор Т _{1 ​​} используется для увеличения зарядного тока в цепи. Резистор R ₃ имеет решающее значение для обеспечения необходимого зарядного тока. Для резистора сопротивлением 39 Ом зарядный ток составляет приблизительно 180 мА. [11,12] Эта схема получает питание от матрицы полупроводниковых термопар, установленных на микросхеме. Эти термопары (основанные на микросхеме) прикреплены к корпусу в двух точках, одна из которых считается холодной, а другая — горячей. Эти точки можно найти, взяв одну на поверхности тела, а другую примерно на 3 дюйма.ниже кожи, чтобы можно было достичь соответствующей разницы температур для создания необходимой разности потенциалов для зарядки аккумулятора кардиостимулятора.

Алгоритм зарядки аккумулятора

Зарядное устройство аккумулятора реализует трехэтапный алгоритм зарядки. [] Процесс зарядки начинается с этапа предварительной зарядки; затем, когда напряжение батареи достигает определенной точки, она переключается на стадию полной зарядки. Затем процесс зарядки завершается на этапе поглощения (постоянного напряжения).После этого зарядное устройство может поддерживать заряд батареи в плавающем режиме. По умолчанию, когда зарядное устройство отключено от сети, оно автоматически выключается в течение 1 минуты. Это защищает аккумулятор от разряда электроникой зарядного устройства. [11,12]

Трехступенчатый алгоритм зарядки [11]

Заключение

Человеческая энергия — это форма возобновляемой энергии с низкой плотностью, которая имеет большой потенциал генерации из-за его широкой доступности. Из-за высоких затрат, связанных с приобретением технологии, необходимой для восстановления небольшого количества энергии человека, потраченной на отдых, применение ограничено экономической целесообразностью.Усовершенствование и разработка технологии извлечения могут привести к повышению эффективности и снижению капитальных затрат, тем самым уменьшив ограничения, вызванные экономической целесообразностью. Рост затрат на электроэнергию также может сделать восстановление более возможным за счет сокращения сроков окупаемости капитальных затрат на технологию рекуперации [13].

С наступлением революции в нанотехнологиях появилась возможность разместить тысячи таких небольших полупроводниковых узлов, преобразующих тепло в электричество, в небольшом пространстве, размером с одну или две почтовые марки. Ученые считают, что батарею можно вживлять в кожу, где существует перепад температур до 5 ° C. Затем это устройство может быть использовано для питания кардиостимуляторов, а также других устройств, таких как крошечные нейротрансмиттеры, которые имплантируются в мозг для лечения болезни Паркинсона. [13,14] Следовательно, можно было бы заменить существующие токсичные батареи на естественные и безопасные зарядные устройства, которые могут вообще не требовать замены, и, следовательно, хирургические процедуры, тем самым повышая безопасность пациентов за счет минимизации сопутствующего риска.

Сноски

Источник поддержки: Нет,

Конфликт интересов: Не объявлен.

Ссылки

Мягкий подкожный имплантат с возможностью беспроводной зарядки аккумулятора и программируемым управлением для применения в оптогенетике

Конструкция и принципы работы

На рисунке 1а показано схематическое изображение в разобранном виде оптоэлектронной системы с беспроводной подзарядкой, управляемой смартфоном (см. Раздел «Методы» и дополнительный рис. .1 для деталей изготовления). Беспроводная оптоэлектронная система состоит из четырех основных функциональных частей: (i) оптоэлектронных нейронных датчиков для фотостимуляции, (ii) схемы управления питанием с гибкой катушечной антенной и перезаряжаемой литий-полимерной (LiPo) батареей (GMB-300910, технология PowerStream) для беспроводная зарядка и работа, (iii) Bluetooth Low Energy System-on-Chip (BLE SoC; RFD77101, RF Digital Corporation) для беспроводного управления и (iv) инкапсуляция из мягкого полимера для упаковки биосовместимых устройств.Схема управления питанием с спиральной антенной в первую очередь помогает собирать беспроводную радиочастотную энергию для формирования электрических зарядных токов постоянного тока для LiPo-аккумулятора (12 мАч, 0,3 г). Катушечная антенна (16 витков, распределенных на двух соединенных друг с другом слоях) построена путем нанесения медных следов (толщиной 35 мкм) на тонкие слои полиимида (PI; толщиной 25 мкм). Двусторонние нейронные зонды содержат микромасштабные неорганические светодиоды (μ-ILED; синие (470 нм), 270 × 220 × 50 мкм ³ ; дополнительный рисунок 2), которые управляются BLE SoC для обеспечения беспроводной оптогенетической модуляции. как в левом, так и в правом полушарии мозга.Каждый зонд имеет толщину 100 мкм и ширину 300 мкм, что делает его площадь поперечного сечения аналогичной площади поперечного сечения одномодового оптического волокна (0,03 мм ² для оптоэлектронного зонда по сравнению с 0,042 мм ² для оптического волокна) . Предыдущие исследования продемонстрировали биосовместимость и долгосрочную стабильность in vivo этого типа оптоэлектронных зондов в ткани мозга ^{17,19,20,23,24} . Инкапсуляция из мягкого полимера играет ключевую роль не только в обеспечении защиты устройства от биожидкостей и внешних ударов, но и в обеспечении конформной биоинтеграции для адаптивной и надежной работы внутри тела.Инкапсуляция состоит из нескольких полимерных слоев. Внутренние инкапсулирующие слои состоят из полидиметилсилоксана (PDMS; толщина 600 мкм) и парилена C (толщина 7 мкм, 0,083 г мм · м ^-2 день ^-1 проницаемость для водяного пара) и работают как защитный барьер от биожидкости, в то время как внешний ультрамягкий полимер (33,4 кПа, толщина 1400 мкм; Ecoflex GEL, Smooth-On Inc.) представляет собой биосовместимый механический буфер для бесшовной хронической интеграции с тканью (дополнительный рисунок 3). Все материалы и электронные компоненты коммерчески доступны и могут быть обработаны и собраны с использованием стандартных технологий изготовления, что облегчает массовое производство и развертывание устройств для исследований в области нейробиологии.

a Схема в разобранном виде мягкой беспроводной оптоэлектронной системы с двусторонними датчиками, состоящая из микромасштабных неорганических светодиодов (μ-ILED), схемы управления питанием, радиочастотных (RF) катушек антенн, батареи и Система на кристалле с низким энергопотреблением Bluetooth (BLE SoC). b Электрическая схема всей системы регулирования мощности, которая состоит из беспроводного передатчика энергии и беспроводной перезаряжаемой оптоэлектронной системы (т.е., беспроводной приемник). c Оптическое изображение беспроводной оптоэлектронной системы, удерживаемое пальцами. На вставке видно, что устройство меньше четверти США. d Концептуальная иллюстрация системы беспроводного оптоэлектронного зонда, подкожно имплантированной в голову грызуна для управления нервными цепями глубоко в головном мозге. На вставке подчеркивается конформная интеграция устройства с мозгом крысы. e Рентгеновское изображение крысы, которой имплантирована беспроводная оптоэлектронная система. f Принципы работы беспроводных оптоэлектронных систем в двух различных сценариях. Беспроводные имплантаты могут работать (i) в клетке, оснащенной замкнутой системой самозарядки RF для хронических исследований in vivo, или (ii) в любой стандартной экспериментальной установке без использования специального передатчика мощности RF с использованием встроенной батареи. Во всех случаях специально разработанное приложение для смартфона позволяет легко управлять беспроводными имплантатами.

Принципиальная схема всей беспроводной системы показана на рис.1b. И беспроводной передатчик энергии (рис. 1b, вверху), и беспроводной приемник (т. Е. Беспроводное оптоэлектронное устройство; рис. 1b, внизу) предназначены для согласования с резонансной частотой 6,78 МГц в соответствии со стандартом Alliance for Wireless Power (A4WP). , который широко используется для одновременной беспроводной зарядки нескольких устройств. Поскольку спиральная антенна устройства принимает мощность, передаваемую по беспроводной сети, через индуктивную связь, она подает выпрямленное и умноженное напряжение на батарею для сбора энергии через схему удвоения напряжения.Чтобы предотвратить нежелательную разрядку батареи из-за обратного тока, батарея, расположенная на нагрузке, соединена с диодом Шоттки последовательно. Аккумулятор, заряжаемый по беспроводной сети, затем обеспечивает стабильную подачу постоянного тока на BLE SoC и μ-ILED для их надежной беспроводной работы.

На рис. 1c – f показаны различные функции и рабочие концепции полностью имплантируемых оптоэлектронных систем с беспроводной подзарядкой. Компактная и легкая электронная конструкция (рис. 1c; 1,4 г; длина 19 мм × ширина 12 мм × толщина 5 мм) обеспечивает бесшовную интеграцию устройства в тело мелких животных, таких как грызуны, и обеспечивает их естественное естественное поведение и движение (рис.1d и e и дополнительный рис. 4). Первая особенность устройства по сравнению с современными головными системами ^{15,16,17,18,19,20,21} существенно снижает риск повреждения устройства и нежелательной нагрузки на ткань, в которую оно имплантировано, которые могут быть вызваны интенсивным взаимодействием между животными, особенно в условиях группового содержания, и / или случайным столкновением устройства с жесткими клетками во время свободного передвижения. Кроме того, подход, объединяющий беспроводную передачу энергии с аккумулятором, обеспечивает уникальные свойства, которые делают его превосходящим существующие беспроводные технологии с питанием от аккумуляторов и без аккумуляторов. Одной из наиболее важных особенностей этой конструкции является то, что возможность беспроводной подзарядки полностью устраняет необходимость в периодической замене батарей, открывая возможности для постоянной непрерывной работы внутри тела без прерывания работы. Кроме того, питаясь от встроенного аккумулятора, устройство позволяет работать независимо от условий окружающей среды и настроек питания, что делает их использование более универсальным. Некоторые возможные сценарии его использования в исследованиях поведенческой нейробиологии показаны на рис. 1f. Устройства можно заряжать по беспроводной сети, пока животные свободно перемещаются в домашней клетке, оснащенной беспроводной системой автоматической зарядки с обратной связью.После того, как устройства полностью заряжены, животных можно поместить в «любую» экспериментальную установку (т.е. без необходимости в установке для передачи энергии), тем самым облегчая их широкое использование для многочисленных исследований в области нейробиологии. Во всех случаях с помощью специально разработанного приложения для смартфона операцией μ-ILED (5-40 Гц с шириной импульса 10 мс) можно управлять по беспроводной сети, а уровень заряда батареи можно контролировать в режиме реального времени с помощью связи BLE (рис. 1f). , Дополнительный рисунок 5 и дополнительный фильм 1). BLE — это привлекательная схема беспроводного управления для исследований в области нейробиологии, которая преодолевает ограничения как IR ^15,17,18 , так и других средств беспроводного управления RF ^{20,21,22,23,24,25,26,27} .Некоторые из преимуществ управления BLE включают в себя высокоселективный контроль одного или нескольких животных в непосредственной близости, отсутствие ограничений прямой видимости, большое рабочее расстояние (до ~ 100 м) и двунаправленную связь, которая обеспечивает управление с обратной связью, так как продемонстрировано в нашем имитационном эксперименте (дополнительный рис. 6). Все вышеупомянутые характеристики делают этот инструмент универсальным и эффективным вариантом для хронических приложений in vivo в нейробиологических исследованиях.

Электрические характеристики систем беспроводной зарядки аккумуляторов

Мягкие оптоэлектронные имплантаты можно заряжать без проводов через индуктивную связь на 6.78 МГц, при этом животные остаются в клетках родного дома. На рисунке 2 показаны электрические характеристики беспроводных систем зарядки аккумуляторов в различных условиях эксплуатации в типичной клетке для крыс (39,6 × 34,6 × 21,3 см ³ ), установленной с тремя катушечными радиочастотными антеннами, расположенными вверху (синий цвет, высота 21,3 см). боковая (зеленая, высота 4, 8 и 12 см) и нижняя (красная, высота 0 см) (рис. 2а). Антенны спроектированы так, чтобы их можно было интегрировать в клетку для крыс с помощью простого процесса сборки (дополнительный рис.7), чтобы обеспечить простую и быструю установку для разных клеток с одинаковыми размерами. В конструкции РЧ-передатчика одной боковой антенны или верхней и нижней антенн без боковой антенны недостаточно для эффективной беспроводной зарядки устройств, имплантированных свободно движущимся грызунам из-за либо относительно слабой генерации магнитного поля (дополнительный рисунок 8a), либо вакансия поля в трехмерном пространстве (дополнительный рис. 8б) соответственно. При одновременном использовании всех трех антенн система беспроводной зарядки может создавать магнитные поля, достаточно сильные, чтобы покрыть все трехмерное пространство внутри клетки (рис.2b, дополнительный рисунок 8c и дополнительный ролик 2), тем самым поддерживая сбор энергии во всех местах.

a , b Принципиальная схема ( a ) и смоделированная плотность магнитного поля ( B ) ( b ) клетки для крыс (39,6 см ( W ) × 34,6 см ( L ) ) × 21,3 см ( H )) с тремя рамочными антеннами (верхняя, боковая и нижняя антенны). c Измерение выпрямленного напряжения (синяя линия) и мощности, подаваемой на нагрузку (красная линия) беспроводного устройства с различным сопротивлением нагрузки (от 7 до 30 кОм), которое было размещено в центре на высоте 6 см над земля крысиной клетки. Максимальная выходная мощность (~ 5,3 мВт) была получена при сопротивлении нагрузки 4,7 кОм, когда передавалась входная мощность 12,5 Вт. d Нормализованная мощность при выходной нагрузке (4,7 кОм) беспроводных устройств в различных местах (центр, край и угол), высоте (3, 6, 9 и 12 см) и ориентации (0 °, 30 °, 60 °). ° и 80 °) внутри клетки для крыс. e Изменение эффективности сбора энергии в зависимости от расположения и угловой ориентации устройства на высоте 6 см в клетке для крыс. f Характеристики беспроводной зарядки аккумулятора в соленой воде (0,9%) на разной высоте (0, 3, 6, 9 и 12 см) для устройства, расположенного в центре (слева) и в углу (справа) клетки. Зарядка аккумулятора началась после того, как аккумулятор был полностью разряжен. g Мониторинг уровня заряда батареи в режиме реального времени во время операции автоматической зарядки оптоэлектронной системы с обратной связью в двух различных последовательных сценариях: беспроводная автоматическая зарядка (i) без и (іі) с работой светодиодов.Когда уровень напряжения аккумулятора достигает предварительно установленного максимума, зарядка автоматически временно отключается на 10 с, чтобы убедиться, что аккумулятор действительно полностью заряжен (см. Небольшую выемку на записанном сигнале через 22 мин). Небольшое колебание уровня напряжения батареи, возникающее между 58 и 80 мин, связано с электрическими помехами, вызванными работой светодиода. Проверка принципа действия проводилась с устройством, погруженным в соленую воду (0,9%), которое располагалось в центре пола клетки для крыс.

Беспроводные оптоэлектронные устройства (например, приемники) предназначены для эффективного поглощения передаваемой радиочастотной мощности независимо от их местоположения и углов внутри клетки. На рисунке 2c показано выпрямленное напряжение и передаваемая мощность на нагрузку беспроводного устройства с различным сопротивлением нагрузки в центре клетки (высота 6 см), когда входная мощность 12,5 Вт подается на передающие рамочные антенны клетки. Пиковая передаваемая мощность (~ 5,3 мВт) может быть получена при напряжении ~ 5 В, что достигается за счет выпрямления и умножения через схему управления беспроводной мощностью (рис.1б, красная пунктирная рамка). В целом, эти устройства показывают некоторую степень вариации мощности, принимаемой по беспроводной сети, в зависимости от их местоположения (центр, край и угол), высоты (3 см, 6 см, 9 см и 12 см над землей) и угловой ориентации (0 °, 30 °, 60 ° и 80 ° по отношению к горизонтальной плоскости) внутри клетки, демонстрируя четкую обратную зависимость между угловой ориентацией и принимаемой мощностью в трехмерном пространстве (рис. 2d, e). Тем не менее, нет резкого снижения эффективности сбора энергии даже при очень большой угловой ориентации (80 °) или при изменении высоты по направлению к среднему пространству клетки, что обеспечивает стабильную беспроводную зарядку аккумулятора.Это происходит из-за комбинаторной конструкции антенны, которая объединяет поля сверху, сбоку и снизу катушек, чтобы обеспечить эффективное покрытие поля в пространстве и в направлении внутри клетки.

Проверочный эксперимент проверяет возможности устройства для беспроводной зарядки. Чтобы смоделировать работу in vivo, мы погрузили устройство в соленую воду (0,9%) и охарактеризовали поведение зарядки аккумулятора в различных местах внутри клетки (рис. 2f и дополнительный рис. 7b). Во всех случаях для зарядки аккумулятора хватало 45 мин (~ 3.7 В) для работы μ-ILED при 5-40 Гц с длительностью импульса 10 мс в течение> 40 мин (дополнительный рисунок 9a, b). Это означает, что заряженные устройства могут работать где угодно и когда угодно, больше не полагаясь на настройку передачи энергии, тем самым преодолевая критическое ограничение современных имплантируемых технологий беспроводных устройств без батарей ^{22,23,24,25,26,27} . Обратите внимание, что время работы устройства может быть дополнительно увеличено за счет использования аккумулятора большей емкости и / или более продвинутой маломощной BLE SoC (дополнительный рис.9в, д).

Оптоэлектронные устройства также могут автоматически заряжаться по беспроводной сети через замкнутую систему, интегрированную с передатчиком РЧ мощности (рис. 1b, желтая пунктирная рамка). Беспроводная система автоматической зарядки (рис. 1f, посередине) постоянно контролирует уровень заряда батареи устройств через соединение Bluetooth и включает радиопередатчик для беспроводной передачи энергии, если уровень заряда батареи опускается ниже 15% (дополнительный рис. 10). Эта схема зарядки с обратной связью предотвращает полную разрядку аккумулятора, благодаря чему устройства всегда находятся в режиме ожидания для беспроводного запуска.На рис. 2g и в дополнительном ролике 3 показана принципиальная демонстрация автоматической беспроводной зарядки устройств. Измерение в реальном времени уровня напряжения аккумулятора устройств во время работы в отсеке для беспроводной зарядки проверяет работоспособность беспроводной системы с обратной связью, которая не требует физического вмешательства в свободно движущихся животных во время поведенческих экспериментов.

Механические и тепловые характеристики мягких беспроводных оптоэлектронных систем

Оптоэлектронные системы с беспроводной подзарядкой упакованы в мягкую, совместимую с тканями платформу устройства, которая может адаптироваться к деформации и соответствовать криволинейным поверхностям внутри тела.Платформа мягкой упаковки состоит из тонкого двухслойного (сердцевины) ПДМС (0,6 мм) и парилена C (7 мкм), который действует как водостойкий барьер против проникновения биожидкости, и внешнего ультрамягкого силиконового геля (оболочка; Ecoflex GEL, Smooth- On Inc . ; 33,4 кПа; 1,4 мм), который работает как механический буфер (рис. 3a). Эта система из мягкого полимерного композита ядро ​​/ оболочка обеспечивает несколько ключевых функций для полностью имплантируемых систем; он предлагает (i) идеальную конформную интеграцию с изогнутыми поверхностями тела, (ii) термомеханическую совместимость между имплантатом и мягкой мозговой тканью, (iii) защиту электронной системы от биожидкости и (iv) легкий вес устройства, который невозможно достичь с помощью обычных герметизирующие материалы, такие как металлы и стекло.На рис. 3б представлены оптические изображения инкапсулированных в полимер устройств (общая толщина 5 мм), конформно сопряженных с изогнутыми поверхностями черепа крысы (слева) и полусферической структурой (справа; радиус кривизны 35 мм). Кроме того, как показано на рис. 3c и дополнительном рис. 11, степень контакта на изогнутой поверхности увеличивается с увеличением толщины внешнего ультрамягкого силиконового слоя, достигая пиковых значений при общей толщине инкапсуляции 2 мм (1,4 мм). толстая оболочка Ecoflex GEL и 0.Сердечник из ПДМС толщиной 6 мм). Благодаря такой инкапсуляции устройства могут идеально интегрироваться с любой поверхностью с радиусом кривизны 35 мм или более без изгиба конструкции устройства внутри мягкого полимерного покрытия, что обеспечивает стабильную и стабильную работу устройства (дополнительный рис. 12). Кроме того, анализ напряжения-деформации показал, что поперечный эффективный модуль Юнга устройств существенно снизился до ~ 137 кПа, что сравнимо с модулем чистого мягкого силикона (например.g., Dragon Skin, Smooth-On Inc.), когда в качестве герметизирующей оболочки используется ультрамягкий силикон (Ecoflex GEL) толщиной более 1,4 мм (рис. 3d, e и дополнительный рис. 13). Наша мягкая упаковка с оптимизированными параметрами (например, Shell _{верх / низ} = 0,5 мм / 0,9 мм, Core _{верх / низ} = 0,5 мм / 0,1 мм), основанная на этом механическом анализе, не только делает устройство в целом достаточно тонким для полной имплантации, но также обеспечивает отличное соответствие, а также биомеханическую совместимость, что желательно для подкожных имплантатов.

a Схематическая диаграмма имплантата, инкапсулированного мягкими биосовместимыми полимерами (вверху) и его вид в разрезе (внизу). b Оптические изображения имплантата, конформно закрепленного на черепе крысы (слева) и полуцилиндрической конструкции с радиусом кривизны 35 мм (справа). На вставках показаны увеличенные изображения края устройства, подчеркивающие идеальную конформную интеграцию с изогнутыми поверхностями. c Степень конформного контакта на полуцилиндрических конструкциях с различным радиусом кривизны (5–50 мм) для устройств с инкапсулированием силиконовым гелем разной толщины ( t _{оболочка} = 0,4, 1,4 и 2,4 мм). d Механическое напряжение как функция сжатия для устройств, покрытых силиконовым гелем разной толщины ( t _{оболочка} = 0,4, 1,4 и 2,4 мм). e Поперечный эффективный модуль Юнга ( E _eff ) устройств, покрытых тремя распространенными эластомерами (PDMS, Ecoflex и Ecoflex GEL), в зависимости от толщины оболочки (слева) ( n = 3).Увеличенный график (справа) подчеркивает значительно низкий эффективный модуль Юнга устройства с инкапсуляцией Ecoflex GEL по сравнению с устройствами, покрытыми PDMS или Ecoflex. Планки погрешностей указывают максимальные и минимальные значения. f Инфракрасные изображения, показывающие температуру поверхности устройств без (вверху) и с (внизу) полимерной инкапсуляции до (слева) и во время (справа) беспроводной зарядки и работы μ-ILED (40 Гц, ширина импульса 10 мс). Измерение проводилось в окружающей среде при комнатной температуре. г Температура эксплантированной мозговой ткани с помощью μ-ILED, работающего при различных частотах импульсов (5, 10, 20 и 40 Гц; ширина импульса 10 мс) на 1 мм ниже поверхности ткани (вставка). Для имитации биологической среды базовая температура эксплантированной мозговой ткани поддерживалась на уровне 36,5 ° C с использованием нагревателя. ч Уровень напряжения аккумулятора как функция времени во время повторной работы устройства, то есть повторения беспроводной зарядки (60 мин) и работы μ-ILED (20 Гц, ширина импульса 10 мс), после погружения устройств в соленую воду с температуры 37 ° C и 90 ° C.

Кроме того, покрытие ядра / оболочки работает как тепловой буфер, а также как барьер для жидкости, что обеспечивает термобезопасную и водонепроницаемую работу в среде биожидкости. Слои полимерной инкапсуляции (2 мм для корпуса устройства; 7 мкм Parylene C для μ-ILED) эффективно рассеивают тепло, выделяемое во время беспроводной зарядки и работы μ-ILED, тем самым предотвращая термическое повреждение ткани мозга (рис. 3f и g и Дополнительный рис.14). Максимальное повышение температуры во время работы устройства (когда μ-ILED работают на частоте 40 Гц с длительностью импульса 10 мс) минимально (~ 1.1 ° C), что соответствует стандарту термобезопасной эксплуатации медицинских изделий (т. Е. Максимально допустимое превышение температуры тела над температурой тела: <2 ° C; ISO 14708-1: 2014 (E) ³⁰ ). В нашем испытании на долговечность в солевом растворе (0,9%) при двух разных температурах, 37 ° C и 90 ° C (дополнительный рис. 15a), полимерная инкапсуляция обеспечивала отличную водонепроницаемость, которая позволяла устройствам стабильно работать в течение как минимум 55 дней. при <90 ° C (рис. 3h и дополнительный рис.15б). Согласно соотношению Аррениуса ^24,31 , срок службы устройств оценивается более года при 37 ° C, что демонстрирует их потенциальную пригодность для хронических исследований in vivo.

Контроль проявления кокаиновой локомоторной сенсибилизации с помощью беспроводных перезаряжаемых оптоэлектронных систем у свободно движущихся крыс

Чтобы проверить, работает ли наше беспроводное оптоэлектронное устройство функционально и эффективно ли контролирует поведение свободно движущихся животных, мы провели оптогенетические эксперименты, применив Хорошо известная схема локомоторной сенсибилизации кокаином после экспрессии канала родопсина-2 (ChR2), опосредованного аденоассоциированным вирусом (AAV), в прелимбической (PL) цепи к прилежащему ядру (NAc) и имплантации устройства (рис. 4а). Для имплантации устройства над черепом крысы надрезали достаточную площадь кожи, подходящую для устройства (1,4 г; 19 × 12 × 5 мм ³ ; рис. 1c), и просверлили отверстия в черепе для инъекции зонда. (Рис. 4б, i). После того, как зонды были введены в ткань головного мозга и корпус устройства был закреплен на черепе с использованием цианакрилатного адгезива и стоматологического цемента, открытая кожа была закрыта и зашита для полной имплантации устройства (рис. 4b, ii – iii). После недели восстановления (рис.4b, iv), все крысы были здоровы и демонстрировали естественное нормальное поведение (то есть ели, двигались, поднимались и ухаживали) без каких-либо заметных нарушений активности и координации движений, как показано в дополнительных видеороликах 4 и 5. На рис. подсчет двигательной активности, полученный в течение 1 и 7 дней в ответ на внутрибрюшинную (IP) инъекцию физиологического раствора, только кокаина и кокаина с фотостимуляцией в NAc. Как хорошо известно ^32,33 и ожидалось, крысы, ежедневно принимавшие кокаин, демонстрировали более выраженную сенсибилизированную локомоторную реакцию на 7-й день по сравнению с 1-м днем ​​( p <0. 001). Этот эффект, однако, был значительно подавлен одновременной фотостимуляцией (длина волны 470 нм, 40 Гц с шириной импульса 10 мс, 30 с вкл / выкл в течение 5 минут с 10-минутным интервалом без света) ядра NAc. Двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями (ANOVA), проведенный на этих данных, показывает, что существует множественное значительное влияние на двигательную активность групп [F (2,12) = 5,75, p <0,02], дней [F (1 , 12) = 10,04, p <0,009], и взаимодействия между группами и днями [F (2,12) = 7.54, p. <0,009]. Последующие сравнения Бонферрони показали, что фотостимуляция значительно снизила ( p <0,05) сенсибилизированную двигательную активность, вызванную кокаином, в течение всего 60 минут. Анализ динамики движения данных по двигательной активности, полученных на 7-й день (рис. 4d), показал, что сенсибилизированные эффекты кокаина, активирующие локомоторы, сохранялись примерно в течение первых получаса тестирования, и способность оптогенетической стимуляции подавлять эти эффекты была очевидной. в течение этого времени.ANOVA подтвердил значимое влияние на двигательную активность групп [F (2,12) = 6,94, p <0,02] и время [F (11 132) = 4,64, p <0,001]. Последующие сравнения Бонферрони показали, что фотостимуляция значительно снизила ( p <0,05–0,01) сенсибилизированную двигательную активность, вызванную кокаином, в 5, 15 и 20-минутные моменты времени по сравнению с тем, что наблюдалось у крыс, которые получали только кокаин. После экспериментов мы подтвердили экспрессию ChR2 как в ядерных областях PL, так и в NAc, куда были доставлены вирусы (рис.4e) и точная имплантация зонда в области прямо под брегмой (фиг. 4f), где зонды μ-ILED были оптимально размещены для освещения области NAc в переднем направлении (см. Диаграмму мозга на фиг. 4a). Эти результаты ясно показывают, что наше беспроводное устройство полностью имплантируется и функционально хорошо работает у свободно движущихся животных, что подтверждает его потенциал для оптогенетики in vivo.

Рис. 4: Контроль экспрессии индуцированной кокаином сенсибилизации опорно-двигательного аппарата с помощью беспроводных перезаряжаемых оптоэлектронных имплантатов у свободно движущихся крыс.

a Календарь с указанием графика всей экспериментальной процедуры. На схематической диаграмме мозга крысы показаны места для инъекций вируса и введения зонда μ-ILED. Также показан график инъекций кокаина (справа). Подгруппа крыс, которым вводили кокаин, была фотостимулирована в дни 1 и 7. b Серия фотографий крысы, сделанных во время операции по имплантации устройства (i – iii) и после восстановления после операции (iv). c Подсчет общей двигательной активности, наблюдаемый в течение 60-минутного теста в дни 1 и 7 после физиологического раствора (белый), только кокаина (красный) или кокаина с фотостимуляцией (синий) ( n = 5).Две перекрывающиеся индивидуальные оценки данных помечаются рядом с ними цифрой 2. Данные анализировали с помощью повторного двухфакторного дисперсионного анализа ANOVA с последующими апостериорными сравнениями Бонферрони. *** p <0,001, группа только кокаина на 7 день по сравнению с днем ​​1. ^† p <0,05, группа кокаина с фотостимуляцией по сравнению с группой только кокаина. Планки погрешностей указывают на среднее значение + SEM. d Временные данные на 7-й день, которые показаны в виде подсчета двигательной активности с 5-минутными интервалами, полученными в течение 30 минут до (от -30 до 0 минут) и 60 минут после физиологического раствора (белый), только кокаина (красный) , или кокаин с фотостимуляцией (синий) (0–60 мин) ( n = 5).Синяя полоса указывает на произведенную световую стимуляцию (5, 20, 35 и 50 минут). *** p <0,001, ** p <0,01, * p <0,05, группа только кокаина по сравнению с физиологическим раствором. ^†† p <0,01, ^† p <0,05, группа только кокаина по сравнению с группой кокаина с фотостимуляцией. Планки погрешностей указывают на среднее значение + SEM. e Эпифлуоресцентное изображение диагонального среза мозга с малым увеличением (слева), демонстрирующее опосредованную AAV экспрессию EYFP как в основных областях PL, так и в NAc. При большем увеличении (справа) более очевидно, что EYFP хорошо экспрессируется в областях клеточного тела в PL (вверху справа) и даже в терминальном месте аксона в ядре NAc (внизу справа). f Типичное изображение в светлом поле с зондирующими дорожками. Большинство следов находится в районе за NAc.

Доказательная демонстрация возможности работы в человеческом мозге

Предлагаемая полностью имплантируемая, беспроводная перезаряжаемая мягкая оптоэлектронная система может открыть новые возможности для включения оптогенетики в человеческий мозг для терапевтических целей.Рисунок 5 иллюстрирует демонстрацию концепции такой системы для ее потенциальной работы в человеческом мозге. Полностью имплантируемая беспроводная система (рис. 5а) может использоваться в качестве удобного для пользователя клинического устройства, которым можно управлять с помощью простой манипуляции со смартфоном для оптической стимуляции целевых нейронных цепей (слева) и которое можно заряжать по беспроводной сети с помощью беспроводной зарядки. шлем (справа, дополнительный рис. 16а). Благодаря миниатюрной беспроводной архитектуре с интегрированным аккумулятором, эта система требует не только минималистичного оборудования (т.е.е., смартфон) для управления, но также обеспечивает его повсеместное использование для лечения заболеваний мозга, что делает его очень практичным инструментом для использования в повседневной жизни. Эта функция преодолевает ограничения современных беспроводных оптогенетических устройств без батарей, которые ограничены для использования в исследованиях на животных, но не на людях, из-за необходимости в специальной громоздкой настройке беспроводной передачи энергии для включения устройств ^{20,21,22,23 , 24,25,26,27} . Кроме того, благодаря возможности беспроводной зарядки, устройству не требуется выполнять несколько сложных операций для замены батареи, что повышает ценность устройства в качестве удобного для пациента, хронически имплантируемого устройства.

Рис. 5: Доказательная демонстрация полностью имплантируемых беспроводных перезаряжаемых оптоэлектронных систем для потенциальной работы в человеческом мозге.

a Концептуальная иллюстрация, показывающая беспроводную работу и подзарядку системы для хронических приложений человеческого мозга. Человек с беспроводной системой, имплантированной в его / ее мозг, может управлять ею, просто манипулируя смартфоном (слева) и заряжая аккумулятор, надев беспроводной зарядный шлем, интегрированный с передающей катушкой RF (справа). b Оптические изображения и электрические характеристики системы, имплантированной в модель головы человека, состоящую из фантомного черепа и мозга (баллон, заполненный 0,9% -ной соленой водой), для двух различных сценариев работы: (1) повседневное использование со светодиодами и (2) беспроводная подзарядка. Для имитации повседневного использования (слева) набор операций μ-ILED (10 и 20 Гц, ширина импульса 10 мс; ~ 20 мин) и отдыха (~ 30 мин) повторялся до тех пор, пока батарея устройства не была почти полностью разряжена (уровень заряда батареи ~ 10%). Устройство было успешно заряжено путем передачи радиочастотной мощности (6, 8 и 10 Вт) с помощью специально разработанного беспроводного зарядного шлема (> 70% зарядки за 15 минут). c , d Смоделированная иллюстрация удельной скорости поглощения (SAR) над головой человека c и ИК-изображение передающей РЧ катушки d , когда передающая РЧ мощность 10 Вт на 6,78 МГц подается на беспроводной зарядный шлем. Достаточно низкий коэффициент SAR и незначительное тепловыделение, вызываемое шлемом с беспроводной зарядкой, подтверждают биологически безопасную работу.

На рис. 5b показаны эксперименты с использованием фантомного черепа (часть Classic Human Skull Model 3, 3B Scientific) и фантомного мозга (баллон, заполненный 0,9% физиологическим раствором, дополнительный рис. 16b) для изучения возможности работы устройства на человеке. мозг. В этом исследовании мы успешно и надежно реализовали как беспроводное управление светодиодами (сценарий 1), так и беспроводную зарядку (сценарий 2). Обратите внимание, что для использования человеком в устройстве может быть встроена батарея большего размера, поэтому время работы устройства может быть существенно увеличено (дополнительный рис.9c) по сравнению с измеренным в сценарии 1 на рис. 5b. По сравнению с клеткой для крыс с рамочными антеннами (рис. 2b, f) разница в размерах между передатчиком (в шлеме) и приемными катушками (в имплантате) была относительно небольшой, создавая более плотное магнитное поле и, таким образом, обеспечивая более быструю беспроводную зарядку. . Более того, этот подход к носимому зарядному шлему обеспечивает эффективную беспроводную передачу энергии, поскольку имплант всегда остается в одном и том же месте относительно передающего шлема. Согласно нашему моделированию (рис.5c и дополнительный рисунок 17), беспроводная зарядка с относительно низкой входной мощностью РЧ (<10 Вт) приводит к небольшому удельному коэффициенту поглощения (SAR <1,2 Вт / кг), что соответствует директивам Федеральной комиссии по связи (FCC) по биологической безопасности. в рабочем состоянии (SAR 1,6 Вт / кг; FCC 1.1310 ³⁴ ). В нашем эксперименте, имитирующем беспроводную зарядку (дополнительный рис. 18), этот небольшой SAR фактически привел к незначительному повышению температуры в фантомной ткани мозга (<0,1 ° C), что подтверждает радиочастотную безопасность нашей системы.Кроме того, тепловыделение от беспроводного зарядного шлема во время подачи входного питания также было незначительным (максимальная температура в конструкции антенны ~ 31,0 ° C в окружающей среде), что обеспечивало его термически безопасную работу (рис. 5d и дополнительный рис. 19). . Все эти особенности делают эту систему привлекательной для потенциальных применений в человеческом мозге для лечения неврологических или психических расстройств, таких как болезнь Паркинсона ^{35,36,37,38,39} .

Зарядите пакет сока mophie

Для зарядки аккумулятора, подключенного к телефону:

1. Подключите аккумулятор к телефону.
2. Подключите зарядное устройство к USB-порту телефона.

   Все индикаторы состояния на короткое время загораются, затем загораются постоянные индикаторы при каждом уровне заряда и мигают индикаторы текущего уровня заряда. Если аккумулятор полностью заряжен, все индикаторы горят постоянно. Через 30 секунд все индикаторы погаснут, а подключенный аккумулятор продолжит зарядку.

   Зарядное устройство TurboPower, поставляемое с телефоном, заряжает телефон и подключенный аккумулятор одновременно. Другие зарядные устройства полностью заряжают телефон, а затем заряжают прилагаемый аккумулятор.

   Значок плюса батареи будет отображаться в строке состояния, когда телефон заряжается

Вы также можете зарядить телефон и прилагаемый аккумулятор, подключив зарядное устройство к порту USB-C на подключенном аккумуляторе. Сначала полностью заряжается аккумулятор телефона, затем заряжается подключенный аккумулятор.

Чтобы зарядить аккумулятор, когда он отсоединен от телефона, подключите зарядное устройство к USB-порту аккумулятора.

Совет. При прикреплении пакета сока mophie к полностью разряженному телефону потребуется примерно 3 минуты, прежде чем вы сможете пользоваться телефоном.

Проверка уровня заряда аккумулятора

Уровень заряда подключенного аккумулятора можно проверить в быстрых настройках телефона или с помощью кнопки состояния аккумулятора.

Чтобы проверить уровень заряда батареи, выполните на телефоне одно из следующих действий:

Проведите по строке состояния вниз и посмотрите уведомление, которое всегда доступно в нижней части списка уведомлений. Коснитесь уведомления, чтобы просмотреть общие настройки аккумулятора.

Откройте быстрые настройки, проведя двумя пальцами вниз.Вы увидите два значка батареи: прикрепленный аккумулятор (слева) и телефон (справа). В этом примере подключенная батарея разряжена на 85%; аккумулятор телефона разряжен на 50% и заряжается от подключенного аккумулятора. Коснитесь любого значка аккумулятора, чтобы открыть настройки аккумулятора телефона и посмотреть, что разряжает аккумулятор.

Если ваш телефон и подключенный аккумулятор заряжаются, а телефон заблокирован, вы увидите два значка аккумулятора: подключенный аккумулятор (слева) и телефон (справа).

Или нажмите кнопку состояния аккумулятора и посмотрите на индикаторы состояния:

Если аккумулятор заряжается, постоянный световой индикатор загорается для каждого завершенного уровня заряда и мигает для текущего уровня заряда.

Чтобы узнать, заряжает ли телефон подключенный аккумулятор, посмотрите на значок аккумулятора в строке состояния в верхней части главного экрана:

Прикрепленный аккумулятор заряжает телефон.

Подключенное зарядное устройство заряжает телефон и подключенный аккумулятор.

Присоединенный аккумулятор не заряжает аккумулятор телефона, который полностью заряжен.

Режим работы от батареи

Параметр Battery Mode позволяет вам контролировать, когда ваш мод используется.

Перейдите в «Настройки»> «Подключенные устройства»> «Модификации Moto»> «Режим батареи».

• Turbo — более быстрая зарядка — Максимально увеличьте скорость зарядки вашего телефона для быстрой зарядки аккумулятора
• Эффективность — больше батареи — Максимальное время использования, сохраняя заряд батареи телефона на 80%

Часто задаваемые вопросы об аккумуляторах

Сколько времени пройдет, прежде чем моя батарея разрядится?

Это зависит от его мощности и количества энергии, потребляемой подключенным оборудованием.Как правило, чем быстрее разряжается аккумулятор, тем меньше энергии он выдает. Это также работает и наоборот: чем больше времени требуется до разрядки аккумулятора, тем больше энергии вы можете получить от него. Свинцово-кислотный аккумулятор емкостью 100 Ач обеспечивает ток 5 А в течение 20 часов, в течение которых напряжение не опускается ниже 10,5 В. Это составляет 100 Ач. Если к той же батарее подключить нагрузку в 100 ампер, батарея сможет питать ее только 45 минут. По истечении этого времени напряжение аккумулятора упадет до 10.5 вольт и аккумулятор разрядится, запитав не более 75 Ач. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, емкость литий-ионных аккумуляторов не зависит от подключенной нагрузки. Литий-ионный аккумулятор всегда обеспечивает 100% -ную емкость, независимо от подключенной нагрузки.

На сколько хватит заряда моей батареи?

Срок службы батареи зависит от того, как часто и в какой степени она разряжается. Правильная зарядка с помощью подходящего зарядного устройства также имеет решающее значение. При нормальном использовании в праздничные и выходные дни срок службы гелевых и AGM аккумуляторов составляет от пяти до семи лет. Когда батареи часто разряжаются, вам необходимо отрегулировать емкость. Также есть возможность использовать 2-вольтовые элементы. Срок службы 15 лет не является исключительным для этого типа аккумуляторов, если они имеют нужную емкость и должным образом заряжены. Литий-ионные батареи — это лучший вариант. Вы можете очень быстро разряжать и заряжать их, и они служат до трех раз больше циклов, чем другие типы батарей.

Что такое последовательное и параллельное соединение?

Последовательное соединение

Последовательное соединение используется для увеличения напряжения при сохранении емкости на том же уровне.Две последовательно соединенные батареи 12 В / 120 Ач составляют комбинированный комплект аккумуляторов 24 В / 120 Ач. При последовательном соединении положительный полюс одной батареи соединяется с отрицательным полюсом другой, а полюса, остающиеся на концах, подключаются к системе. Батареи разной емкости никогда не следует соединять последовательно.

Параллельное соединение

Параллельное соединение используется, когда вам нужно увеличить емкость. Положительные выводы соединяются вместе, как и отрицательные выводы.Кабели от аккумулятора к системе должны быть: положительным от аккумулятора 1 и отрицательным от аккумулятора 2 (или последним в параллельном соединении).

Последовательное / параллельное соединение

Если вам нужен аккумулятор на 24 В с большей емкостью, вы можете комбинировать последовательные и параллельные соединения. Кабели от аккумулятора к системе должны быть перекрещены: положительный от аккумулятора 1 и отрицательный от аккумулятора 2 (или последний при параллельном подключении).

Mastervolt также поставляет батареи 2 В, 6 В и 24 В; принцип последовательного и параллельного подключения остается прежним.

Убедитесь, что между батареями достаточно места при установке нескольких батарей: между ними должно быть небольшое пространство для отвода тепла.

Чего нельзя делать с гелевыми, AGM и литий-ионными аккумуляторами

• Неправильное напряжение заряда. Слишком низкое напряжение означает, что аккумулятор не может зарядиться до 100% — сульфат затвердевает на пластинах, и аккумулятор теряет свою емкость.Избыточное напряжение приводит к выделению газа в батареях, что приводит к потере воды и высыханию.
• Чрезмерная разрядка. Если батарея разряжается больше ее емкости, срок ее службы сокращается.
• Слишком большая пульсация напряжения заряда. Дешевые и устаревшие зарядные устройства часто имеют значительные колебания напряжения (колебания напряжения) в выходном напряжении.
• Использование генератора без трехступенчатого регулятора, высокая температура окружающей среды или зарядка без температурной компенсации.n Аккумулятор MLI нельзя заряжать без таких мер, как предохранительное реле.

Могу ли я держать аккумуляторы подключенными зимой?

Это не проблема для любой батареи Mastervolt и даже может быть преимуществом, поскольку более низкая температура значительно продлевает срок службы батареи. Однако батареи должны быть полностью заряжены и отключены от любых потребителей. Обязательно учитывайте скрытые потребители, такие как вольтметры, часы и память автомагнитолы. Если аккумулятор подключен к зарядному устройству Mastervolt с трехступенчатой ​​+ зарядной характеристикой, аккумулятор заряжается каждые 12 дней, чтобы обеспечить его оптимальное состояние.Если вы отсоединяете аккумулятор, мы рекомендуем отключать всех потребителей и подключать питание каждые две-три недели, чтобы обеспечить зарядку аккумуляторов. Если у вас нет доступа к электричеству зимой, мы рекомендуем полностью зарядить аккумуляторы и отсоединить клеммы аккумулятора, чтобы они не разряжались небольшими устройствами. Мы также рекомендуем полностью заряжать аккумуляторы каждые два месяца и перед их повторным использованием. Влажные батареи следует регулярно заряжать, чтобы они не замерзли.

Как следует обслуживать гелевые, AGM и литий-ионные батареи?

, в отличие от традиционных открытых батарей, не нуждаются в обслуживании, а это значит, что их можно устанавливать где угодно. Однако мы рекомендуем проверять все соединения один раз в год, чтобы убедиться, что они правильно прикреплены, и очищать верхние поверхности слегка влажной тканью. Батареи также необходимо каждый раз полностью заряжать для максимального срока службы.

<< Назад к обзору

Новый палец в импульсе

Недорогая цифровая коммутация привнесла в 1990-е годы импульсные методы зарядки аккумуляторов, независимо от химического состава элементов.Теперь латвийская компания использует вариант этой технологии для производства свинцово-кислотных аккумуляторов. Об этом сообщает редактор.

Более десяти лет назад импульсный заряд был последним повальным увлечением в технологии свинцово-кислотных аккумуляторов — средством разрушения сульфатирования, неизбежно образующегося во время цикла свинцово-кислотных аккумуляторов. Это приводит к увеличению срока службы батареи и в настоящее время широко применяется в производстве аккумуляторов, независимо от того, управляете ли вы вилочными погрузчиками или заряжаете скромный сотовый телефон с помощью литий-ионного элемента.

Зарядка аккумулятора состоит из трех частей: заряд должен быть доставлен в элементы, он должен быть оптимизирован и должен быть прекращен.

Независимо от химического состава, процесс, происходящий во время зарядки, приводит к химическим изменениям в электродах ячейки и неизбежному выделению тепла и газов. Вполне возможно послать в клетку больше электроэнергии, чем она может принять.

В этом химическом превращении участвуют как минимум два ключевых процесса.Одним из них является «перенос заряда», который представляет собой фактическую химическую реакцию, происходящую на границе электрода с электролитом, и она протекает относительно быстро. Другой — это процесс «массопереноса» или «диффузии», в котором материалы, преобразованные в процессе переноса заряда, перемещаются с поверхности электрода, давая возможность другим материалам достичь электрода и принять участие в процессе преобразования. Это относительно медленный процесс, который продолжается до тех пор, пока все материалы не будут преобразованы.

Оба эти процесса также зависят от температуры.

Таким образом, процесс зарядки аккумулятора имеет по меньшей мере две характерные постоянные времени, связанные с достижением полного преобразования активных химикатов, которые зависят как от используемых химикатов, так и от конструкции элемента. Постоянная времени, связанная с переносом заряда, может составлять одну минуту или меньше, тогда как постоянная времени массопереноса может достигать нескольких часов или более в большой ячейке с большой емкостью.Это одна из причин, по которой элементы могут передавать или принимать очень высокие импульсные токи, но гораздо более низкие постоянные токи. (Другой важный фактор — это тепловыделение). Эти явления нелинейны и относятся как к процессу разрядки, так и к зарядке. Таким образом, существует предел скорости приема заряда элемента. Продолжение закачки энергии в элемент быстрее, чем химические вещества могут реагировать на заряд, может вызвать локальные условия перезаряда, включая поляризацию, перегрев, а также нежелательные химические реакции вблизи электродов, что приведет к повреждению элемента. Прелесть быстрой зарядки заключается в том, что она увеличивает скорость химической реакции в элементе (как и быстрая разрядка), и может потребоваться «периоды отдыха» во время процесса зарядки, чтобы химические воздействия распространялись по всей массе аккумулятора. химическая масса в ячейке и для стабилизации на прогрессивном уровне заряда. И именно этот «период покоя» предусмотрен в импульсных режимах зарядки.

Теперь, если вы можете сделать это для зарядки аккумулятора, почему бы не сформировать аккумулятор?

Это именно тот подход, который AEL, небольшой производитель электроники из Огре, Латвия, предпринял по просьбе известного российского производителя аккумуляторов.Цель упражнения ничем не отличается от цели импульсной зарядки — должно быть возможно сэкономить время и энергию при производстве батарей.

Хорошо известно, что формирование свинцовых аккумуляторов лучше всего достигается с помощью циркулирующего и охлаждаемого электролита (для промышленных аккумуляторов) или для автомобильных аккумуляторов, формирование лучше всего достигается путем помещения аккумуляторов для формования в водяные ванны. Таким образом, очевидно, что непрерывное формование — это неэффективный процесс с выделением тепла. Формирование импульса снижает количество тепла, выделяемого в процессе.

Испытания, проведенные AEL, показывают, что можно сократить время формирования от одной трети до половины (шесть часов вместо 12 часов для стартерной батареи на 60 Ач), обеспечивая значительное снижение температуры и газовыделения во время процесса формирования. . Кроме того, батареи, сформированные с использованием процесса импульсного формирования, также показывают заметное увеличение начальной емкости — до 10% больше, чем у эталонных аккумуляторов, сформированных стандартными методами формирования, используемыми в настоящее время производителем.

Система Formac от AEL может генерировать сильноточные зарядные импульсы от CC до 100 Гц и длительностью не более 3 мс. Процесс, с помощью которого алгоритм импульсов оптимизируется для любой батареи, полностью зависит от производителя, говорит Каспарс Гаркевичс, который занимается маркетингом продукта, «и явно связан с формулой активной массы и смеси пластин в каждой конструкции батареи».