Существует множество полезных приборов и устройств, которые берут энергию для функционирования не из сети, а от батареек разных типов. Такие компактные источники питания отличаются друг от друга габаритами, емкостью, химическим составом и напряжением. Доступность, компактность и низкая стоимость делают данные изделия очень популярными во всем мире.
История гальванических элементов питания начинается еще в конце XVIII века, когда идею итальянского врача и физика Луиджи Гальвани стал развивать его земляк, ученый Алессандро Вольта. Во второй половине XIX века французский химик Жорж Лекланше и немецкий ученый Карл Гасснер изобрели жидкостный и сухой элементы, что легло в основу современных батареек.
Уже в середине XX века появились первые миниатюрные батарейки для часов и слуховых аппаратов, а также никель-кадмиевые аккумуляторные источники питания. В 1992 компания Energizer выпускает первую литиевую батарейку АА, а в 2000 году начинает использовать титан для повышения уровня надежности и эффективности продукции.
Конструкция и принцип действия
Конструкция батарейки любого типа включает в себя три важных элемента:
- катод – как правило, изготавливается из оксидов разных металлов;
- анод – чаще всего выполняется из металлов;
- электролит – состав раствора зависит от материалов, из которых выполнены электроды.
Некоторые виды батареек используют корпус в качестве анода, в то время как катод представлен в виде внутреннего стержня. Анод также может быть выполнен в форме порошка, пропитанного электролитом, а катод может представлять собой смесь двуокисей разных металлов. Эти смеси могут быть разделены диафрагмой или сепаратором. Положительный и отрицательный полюсы в таком случае расположены на противоположных концах устройства.
Принцип работы таких компактных источников электрического тока достаточно прост. Посредством реакций, протекающих между электродами, которые погружены в жидкий электролит, образуется разница потенциалов, а иначе говоря – напряжение. Если пояснять более подробно, то анод окисляется, а катод восстанавливается. Этот процесс будет происходить вплоть до полного окисления металла (разрушение электрода), после чего заряд батареи иссякает и восстановить его уже невозможно.
Аналогичные изделия аккумуляторного типа могут подзаряжаться несколько раз (около 1000 циклов), продолжая служить надежным источником электроэнергии. Это обусловлено тем, что в конструкции таких изделий используются жидкости иного состава, а катоды и аноды изготовлены из других материалов, которые позволяют при помощи обратного тока очищать электроды от окислов и слоев солей.
Классификация, недостатки и преимущества
В зависимости от состава электролита и металлов, из которых изготавливаются электроды, принято различать несколько разновидностей элементов питания:
- солевые батарейки (хлорно-цинковые и угольно-цинковые);
- ртутные источники питания (из-за вредности ртути и высокой цены почти не производятся);
- щелочные батарейки (алкалиновые);
- серебряные аналоги;
- литиевые батарейки;
- воздушно-цинковые.
Солевые изделия (маркировка R) являются самым доступным типом батареек, которые к тому же обладают малым весом и даже могут подзаряжаться после разряда (хотя официально производители не дают рекомендаций к таким мерам). Среди недостатков стоит отметить неспособность держать большую нагрузку, проблемы с герметичностью корпуса, а также резкое снижение емкости солевой батарейки на морозе или в конце допустимого срока хранения.
Батарейки щелочного типа (обозначаются буквами LR) отличаются невосприимчивостью к перепадам температур, повышенной емкостью, длительным сроком службы и крепким корпусом, исключающим утечку электролита. По сравнению с солевыми аналогами можно выделить несколько недостатков:
- саморазряд;
- больший вес;
- более высокая стоимость.
Ртутные батарейки, представленные, как правило, в форме таблетки, обладают свойством аккумулятора, отличаются повышенной емкостью, более стабильным напряжением, стойкостью к перепадам температур и высокой энергетической плотностью. Однако и минусы существенны, поскольку такие устройства обладают токсичностью, стоят гораздо дороже алкалиновых или солевых аналогов, а также требуют специальной утилизации.
Литиевые батарейки (маркировка CR) привлекают своим длительным сроком хранения (до 12 лет), малым весом при высокой емкости и впечатляющей энергетической плотности, а также стабильностью напряжения. Минус у таких батареек только один – относительно высокая стоимость.
Серебряные компактные источники питания (SR), также представленные в форме таблетки, являются самыми дорогостоящими аналогами на мировом рынке, но они не обладают токсичностью, в сравнении с ртутными элементами питания. Другие преимущества:
- очень долгий срок службы;
- высокая энергетическая плотность;
- длительный срок хранения и стабильное напряжение.
Воздушно-цинковые аналоги (обозначаются буквами PR), использующие в качестве электролита гидроксид кальция, отличаются большим количеством энергии и экологической чистотой, что позволяет использовать их в медицине. Чаще всего такие батарейки имеют таблеточную, дискообразную, кнопочную или призматическую форму. Существенным недостатком является то, что эксплуатировать данные элементы питания необходимо в помещении, поскольку они обладают высокой чувствительностью к погодным условиям.
В зависимости от технологии компактные батарейки аккумуляторного типа можно разделить на три группы:
- никель-кадмиевые – обеспечивают надежное питание под большой нагрузкой, отличаются термостойкостью, но обладают вредным воздействием на окружающую среду;
- литий-ионные – привлекают большой емкостью при малых габаритах, возможностью работы с разными токами, а также крайне низким током саморазряда и сохранением выходного напряжения, но отличаются высокой чувствительностью к полному разряду и изменению токов;
- никель-металлгидридные – улучшенная версия никель-кадмиевых аккумуляторов, которые экологически безопасны и не подвержены эффекту памяти, но имеют сильный саморазряд и малый срок эксплуатации.
Маркировка и применение
Виды батареек по размерам:
- мини-мизинчиковые – А (23);
- пальчиковые – AA (03);
- мизинчиковые батарейки – AAA (6);
- малые мизинчиковые – AAAA (40);
- средняя – С (14);
- большая («бочка») – D (20);
- крона – PP3.
Батарейки круглой формы могут иметь различные габариты, не подчиняющиеся единому стандарту, поскольку использование таких изделий ограничено крайне узким кругом устройств. Среди известных зарубежных производителей выделяют: GP, Energizer, Varta, Panasonic, Kodak, Ikea и Duracell. Российские производители: «Фотон», «Энергия», «ССК», «Космос», «Эрголюкс», «Литоех» и «Трофи».
Существующие разновидности батареек предназначаются для низких, средних и значительных нагрузок (от 0,01 до 0,2 А). Такие устройства активно применяются в различных приборах и аппаратах:
- настенные, напольные или ручные часы;
- видеокамеры, фотоаппараты и фотоэкспонометры;
- пульты ДУ, магнитофоны, диктофоны и CD-плееры;
- игрушки, инструменты и фонарики;
- слуховые аппараты и кардиостимуляторы;
- электронные книги, телефоны и весы;
- приборы ночного видения, платы, компьютерные мышки;
- радиоаппаратура, военное и космическое оборудование;
- прочие радиоуправляемые устройства.
Советы по выбору, переработка и утилизация
Выбирая источники питания, следует учитывать такие характеристики, как срок годности, напряжение, типоразмер, тип электролита, производственная технология, а также надежность производителя. Стоимость, само собой будет играть немаловажную роль. Если товары приобретаются для хранения с целью использования спустя неопределенное время, рекомендуется учитывать, что со временем некоторые элементы питания могут потерять около 30% от начальной емкости.
Во избежание путаницы следует знать, что зарубежные изготовители указывают последнюю дату использования батарейки, а российские производители маркируют дату изготовления товара.
Поскольку одна пальчиковая батарейка AA загрязняет до 20 квадратных метров земли вокруг себя, такие изделия необходимо утилизировать и перерабатывать специальными способами. Например, для извлечения свинца задействуется водяная пыль и каустическая сода, после чего требуется расплавить полученную пасту в специальных бункерах. Для извлечения кадмия вакуумная дистилляция, пирометаллургический или гидрометаллургический методы.
Полученные металлы повторно применяют в медицине, полиграфии, промышленности, машинном производстве и сельском хозяйстве. Существует множество пунктов приема разных видов батареек и отслуживших аккумуляторов. Информацию о таких пунктах приема можно отыскать в интернете.
Берегите планету, ставшую общим домом для миллионов уникальных организмов, среди которых человек несет самую большую ответственность за свои действия.
Была ли статья полезна?
Да
Нет
Другие материалы по теме
Анатолий Мельник
Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.
Комментарии
Нет комментариев