Литий-тионилхлоридная (LiSOCl2) батарейка — это лучший источник питания для малопотребляющих устройств. Она имеет небольшой максимальный ток (всего до 0.02С), однако отличается крайне малым саморазрядом (меньше 1% в год) и большой удельной энергоёмкостью. К сожалению, они слабо распространены и поэтому довольно дороги — хотя их устройство гораздо проще любого другого литиевого элемента питания.

Строение

Внутреннее строение литий-тионилхлоридной батарейки

Как видим, это просто герметичная литиевая банка с налитым в неё тионилхлоридом и графитовым стержнем посередине. Ничего не мешает сделать её самостоятельно:

http://www.youtube.com/watch?v=zTmp07tY9wQ

Токоотдача

Как я уже говорил, токоотдача батареи весьма мала, график покажет это в деталях:

Ёмкость литий-тионилхлоридной батареи в зависимости от тока разряда

Максимальная ёмкость достигается при жалких 0.0003C (5 мА в данном случае), однако и при 0.01C (150мА) теряем не так много (остаётся около 73% ёмкости), а при 0.02C (300мА) имеем половину полного заряда. Однако, слишком маленький ток потребления тоже уменьшает ёмкость батареи. Этот феномен я объясню дальше.

Ёмкость батареи

Она огромна — порядка 300 Ач/л (3.9МДж/л или 2.3МДж/кг, или 650 Втч/кг)! При сравнимых размерах эта батарея более чем в два раза ёмче, чем широко распространённая литий-ионная 18650. Выпускается в нескольких форм-факторах: от микро-размера 1/2AAA до эпического DD. DD имеет ёмкость 36Ач, чего при оптимальном токе разряда 5мА хватит на 10 месяцев. С другой стороны, не такой уж это и маленький ток — можно им медленно заряжать какой-нибудь ионистор, и раз в полчаса иметь 2.5 мАч — 9 джоулей энергии, например на сбор информации с датчиков и отправку её через GSM. Короче, идеально для чего-то автономного, сравнительно редко опрашиваемого и труднообслуживаемого.

Низкая ёмкость обусловлена простой причиной — маленькая площадь обкладок. Эти элементы делаются только в «бобинном» виде (bobbin type): один электрод — палка в центре, другой электрод — стенки стакана. Площадь электродов очень мала, поэтому и предельный ток (равный произведению предельной плотности тока на площадь) тоже невелик. Неясно, почему нельзя сделать эту батарею в рулонном виде: плоская лента, сложенная из слоёв «гибкий катод (например, медная фольга) — электролит на носителе (т.е. тряпочка, пропитанная тионилхлоридом или загущённый тионилхлорид в виде геля) — гибкий анод (литиевая фольга)». Ведь именно так сделан тот же 18650.

Рабочая температура

Ещё из плюсов батареи — она работает в очень широком диапазоне температур: от -60 до +85°C, тогда как литий-полимер не советуют эксплуатировать уже при 0 градусов. Также существуют высокотемпературные разновидности (до +130°C), правда их ёмкость в два раза меньше.

Модификации тионилхлоридных батарей

Существуют три основных разновидности батарей, с улучшением одного из трёх параметров — ёмкость, токоотдача, рабочая температура. Сравним разновидности батареи ER26500 производства EEMB.

  • Высокая ёмкость: ER26500. Ёмкость 8.5Ач, оптимальный ток 3мА, максимальный ток 170мА. Рабочая температура: -55 — +85°C.
  • Высокая мощность: ER26500M. Ёмкость 6.5Ач, оптимальный ток 10мА, максимальный ток 1000мА. Рабочая температура: -55 — +85°C.
  • Высокая температура: ER26500S. Ёмкость 4.8Ач, оптимальный ток 35мА, максимальный ток 100мА. Рабочая температура: -20 — +150°C.

Разрядная характеристика

Плоская разрядная характеристика литий-тионилхлоридной батареи

Батарея отличается очень плоской разрядной характеристикой, даже с небольшим повышением напряжения в конце разряда. Правда, из-за этого невозможно даже примерно прикинуть степень разряда элемента по его напряжению. Некоторым минусом является довольно малое напряжение — до 3.1В при разряде током 0.02C. Многие устройства, в том числе GSM-модемы, требуют напряжение не ниже 3.2В, а в случае GSM-модемов добавляется ещё и проблема импульсов высокого тока, к напряжению в которых предъявляются особые требования. Впрочем, 3.1 вольта вполне устроит модем (в моих экспериментах он работал и от 2.8 В), а сильноточные импульсы можно обслуживать высокоёмким керамическим или электролитическим конденсатором параллельно батарее. С другой стороны, это в любом случае гораздо больше, чем у любых других батареек.

Безопасность

В отличие от литий-ионных и тем более литий-полимерных батарей, славящихся своей пожароопасностью — литий-тионилхлоридная батарея практически безопасна. Сама она не взрывается, а при её повреждении происходит лишь небольшая вспышка (ну а как без неё, ведь в батарее заключено 500 кДж), и никакого пожара. Следует однако помнить что основной компонент батареи, тионилхлорид — ядовитое вещество, и необходимо принимать специальные меры по удалению разлива этого вещества в случае повреждения батареи.

Производители

Производят батарейки всего несколько компаний. У всех есть батареи размеров 1/2AA, AA, C и D, а также некоторые нестандартные размеры.

Американско-китайская EEMB: стандартные + много промежуточных размеров + батареи DD, а также 9-вольтовые размера «крона». Производство находится в Китае. Похоже, это самые дешёвые батареи.

Французская Saft: стандартные + «крона».

Израильская Tadiran: стандартные + маленькие дисковые батарейки для пайки на плату.

Стоимость

Минимум, который я нашёл — это 14 руб/Ач, а средняя цена в дешёвых магазинах — порядка 21 руб/Ач. Это 1.6 руб за килоджоуль.

Выводы

Похоже, что это самая лучшая батарея дежурного питания — ёмкая, морозостойкая, довольно мощная, и крайне медленно теряющая ёмкость. Я бы даже назвал её если не идеальной батареей, то по крайней мере приближением к ней. Она недёшева, но по-видимому только из-за малой распространённости. Конечно, самый главный недостаток — она неперезаряжаема.