Сообщение о батарейке кратко
Обновлено: 02.07.2024
Батарейки являются одними из наиболее популярных и распространенных источников питания. Их часто применяют для различной электроники и мелкой техники. Это разнообразные игрушки, ручные часы, дистанционные устройства, фонари, электронные весы, бритвы, небольшие устройства с моторчиком. Потребность в этих источниках питания постоянная, поэтому в магазинах их можно встретить практически повсеместно.
Большую часть этих источников питания нельзя перезарядить, они не вечны и через некоторое время разряжаются. Но при этом один вид батареек может служить на порядок дольше, чем другие виды. Естественно, что стоят они несколько дороже. Также необходимо учитывать, что некоторые источники питания плохо держат напряжение, могут течь и даже портить электронику и другую технику. Чтобы выбрать правильные источники питания, необходимо знать их особенности и учитывать нюансы их использования.
Батарейки имеют пять основных видов. Во многом это зависит тем, какие материалы применяются при их производстве. В особенности это касается их активных компонентов, в частности электролита, катода и анода.
Можно выделить следующие виды элементов питания:
- Солевые.
- Щелочные.
- Серебряные.
- Ртутные.
- Литиевые.
Особенности, плюсы и минусы
К преимуществам таких элементов относится существенный срок действия. При эксплуатации напряжение на электродах изменяется меньше. Минусом будет высокая цена, которая превосходит стоимость солевых элементов.
Серебряные. Электролитом в данном случае является гидроксид калия либо гидроксид натрия. Эксплуатационные свойства этих устройств во многом схожи с ртутными элементами. К их преимуществам относятся значительное время хранения, плотность энергии, постоянное напряжение, отсутствие токсичности, большая емкость на единицу массы. Среди минусов можно назвать достаточно высокую цену.
Ртутные. Здесь анодом выступает цинк, а катодом — оксид ртути. Их разделяют сепараторный элемент и диафрагма, которые пропитаны электролитным составом, выполненного из адсорбентированного гидроксида калия. Необходимо отметить, что ртутный элемент на цинковой основе может действовать как аккумуляторное устройство, но его емкость будет постепенно снижаться от заряда к разряду. Вызвано это слипанием ртути при разряде, а также увеличением дендритов цинка во время заряда.
К преимуществам этих элементов питания можно отнести постоянство напряжения, емкость и энергоплотность. Однако их цена достаточна высока, а ртуть токсична. Поэтому при их использовании нельзя нарушать герметичность корпуса устройства.
Литиевые источники питания. Здесь используется литиевый катод, а также органический электролит. Такие элементы выделяются значительным сроком хранения, работоспособностью при различных температурах, плотностью энергии. К минусам следует отнести сравнительно высокую цену.
Батарейки можно классифицировать по форме и размерам. В большей части случаев их разделяют по американскому стандарту, которая признана и применяется в большинстве стран мира. Вместе со стандартом США используются и другие классификации в виде международных систем ANSI, IEK, а также ГОСТ. Они могут различаться по диаметру и иным габаритам, химсоставу, емкостным параметрам и напряжению.
Типы
- Пальчиковые либо AA.
- Мизинчиковые либо AAA.
- Четыре А, либо AAAA.
- Дюймовочка, либо C.
- Бочка, либо D.
- Квадратная.
- Крона, либо PP3.
- Миниатюрные источники питания.
Устройство
Чтобы не было замыкания, оболочка изолируется. Прокладка удерживает газы, которые образуются во время работы. Камера сбора газов в данном элементе питания небольшая, так как газы здесь образуются в небольшом количестве. Предохранительная мембрана защищает от взрыва элемента питания в случае неправильной эксплуатации, к примеру, в случае короткого замыкания. Если долго и неправильно использовать элемент питания, то мембрана может порваться, вследствие чего может произойти разгерметизация. В итоге вытечет электролит.
Принцип действия
Все батарейки имеют положительный и отрицательный полюс, а также электролит. Все эти три элемента являются основой источника питания. Электроток идет от анода к катоду, однако между ними должна иметься нагрузка в виде диода или лампочки. Катод выступает в качестве восстановителя, то есть он запитывается электронами от анода. Электролит является средой, где движутся ионы, образующиеся в результате химреакции.
В процессе химреакции происходит разрушение электродов, в том числе появление новых веществ. Это приводит к тому, что емкость падает и уже невозможно использовать элемент питания по-прежнему.
Применение
Солевые батарейки применяются в часах, фонарях, где небольшое потребление электротока, в разнообразных игрушках, а также пультах дистанционного управления.
Щелочные применяются в устройствах, где требуется высокое потребление электротока, к примеру, фотоаппараты с вспышкой, видеокамеры, магнитофоны, игрушки с моторчиком, а также иные устройства.
Серебряные применяются в калькуляторах, наручных часах, различных электрических инструментах, слуховых аппаратах.
Литиевые элементы питания применяются в фотоаппаратах, мобильниках, электронных книжках, пультах дистанционного управления, устройствах, которые требуют постоянного и надежного потребления электротока.
Работа батарейки заключается в преобразовании химической энергии в электрическую.
Принцип работы
Это и есть принцип работы классической батарейки. Процессы, протекающие в ней, необратимы. Это говорит о том, что перезарядить источник питания не получится.
Разновидности батареек
Выделяют несколько основных видов, разница между которыми – в материалах, используемых для производства, и таких компонентах как электролит, анод и катод.
Состав – не единственный классификатор. Источники питания также различаются формой, габаритами и пр.
Особенности устройства разных видов батареек
От размеров и формы изделия зависят его конструкционные особенности. Рассмотрим, какие встречаются батарейки.
Цилиндрические
В центре корпуса батарейки находится графитовый стержень – положительный вывод. В ходе эксплуатации на одну из сторон надевается защитный колпачок, уберегающий от повреждений. Между стержнем и минусовой оболочкой помещен электролит и смесь для деполяризации.
Цилиндрические батарейки.
Для удобства маркируются:
- A23 – мини-мизинчиковые;
- AA – пальчиковые;
- ААА – мизинчиковые.
Параметр напряжения – до 6 В.
Квадратные
Дороже младших собратьев, массивнее. Есть солевые и щелочные модели. Особенность – в корпусе размещено 6 компактных источников питания по 1.5 В. Каждое отдельное изделие работает по аналогии с пальчиковой или другой батареей.
Выбирая такой элемент питания, необходимо смотреть на размеры, так как одинаковые модели, но разных производителей, могут отличаться на 1 – 2 мм. Причина – разная толщина оболочки, уберегающей от повреждений.
Квадратные батарейки.
Дисковые
Ассортимент широкий, и подбирая замену, необходимо отталкиваться от прибора, для которого она берется. Как минимум, учитывают габариты установочного места.
Устройство батареи телефона
Устройство батареи смартфона.
Батарея, то есть аккумулятор смартфона – элемент, накапливающий запас энергии, необходимый для работоспособности гаджета в течение часов.
Во многих мобильниках стоят литий-ионные (Li-ion) АКБ, состоящие из двух ключевых частей: пары электродов и электролита. Электроды делают из разных материалов – лития, графита и т.д., и все они подразумевают работу с литием в основе.
Литий – активный метал, то есть он вступает в реакцию с остальными элементами. В чистом виде он настолько активен, что воспламеняется на воздухе, поэтому в батареях смартфонов применяются более безопасную версию – литий оксид-кобальта.
Между двумя электродами расположен электролит – обычно жидкое вещество, пропускающее ток. Когда аккумулятор заряжен, молекулы литий оксид-кобальта задерживают электроны, и высвобождают – когда телефоном пользуются.
Примерный химический состав всех батареек
Чаще всего встречаются такие элементы как: никель, кадмий, свинец, литий, ртуть, цинк, марганец, железо, алюминий. Вещества могут комбинироваться, но все одновременно не используются никогда.
Батарейки – источники питания, используемые для работы разнообразных устройств. Подбирая замену, необходимо отталкиваться от параметров прибора-потребителя. Разновидностей немало, у каждой свои особенности. Производители внедряют новые технологии, чтобы сделать элементы питания безопаснее как для человека, так и для окружающей среды.
Человека окружают предметы, на которые не обращаешь внимания, но их появлению предшествовали научные исследования, опыты. Что объединяет настенные часы, пульт от телевизора и музыкальную игрушку? Перечисленные предметы работают от батареек. Этот привычный нам элемент приводит их в действие.
До того, как появилась батарея, предшествовал долгий путь научных экспериментов.
Первые исследования
История создания батарейки берет начало в конце 17 века. Идея по изобретению переносного источника энергии принадлежит ученому Гальвани. Итальянец изучал реакции животных на различные воздействия. В одном из экспериментов ученый пришел к выводу, что два вида металла присоединенные в лапе лягушки проводят ток. Обосновать свой опыт Гальвани не смог, но история создания гальванического элемента навсегда закрепилась за итальянским биологом.
Наработки Луиджи Гальвани пригодились итальянскому физику Вольту.
Ученый объяснил, что электрический ток между металлами возникает благодаря химической реакции. В доказательство Вольт поместил в колбу с соляным раствором медную и цинковую пластины, разграничив их картонными листами. Так был сформулирован принцип действия современных автономных источников питания.
В батареи есть три составляющие: два электрода (анод и катод) и между ними электролит. Электрический ток возникает в процессе кислотно-восстановительной реакции двух электродов.
На этом история батарейки не закончилась. В середине 19 века французский ученый Плантэ, ссылаясь на научные исследования Вольта, решил использовать в своем эксперименте пару свинцовых пластин, опущенных в неконцентрированный раствор серной кислоты. Открытием данного опыта стала первая батарея, которая требует заряда от источника постоянного тока.
Массовое производство батареек
К концу 19 столетия в 1896 году свет увидела первая батарейка сухого типа с углеродом марки Columbia. Американская компания, выпустившая уникальный на то время продукт, в дальнейшем называлась Eveready Battery Company. В наши дни – это известный на весь мир бренд Energizer. Спустя почти столетие, в 1992 году компания Energizer показала миру литиевые батарейки, по долговечности не имеющая равных, предназначена для высокотехнологичного оборудования.
Фабрика Шмидта запустила массовое производство аккумуляторов и батареек в 1903 году под брендом Daimon.
Батареи-таблетки изобретены в 40-е годы 20 века Самюэлем Рубеном для американских военных. Ртутно-цинковый состав и крепкий металлический корпус не боялся мороза, и батарейка бесперебойно работала. Напряжение в компактной батарее –от 1,3 В до 3,5 В. Рубен стал основателем завода батареек одной из узнаваемых марок современности Duracell.
Целью научных изысканий в создании батарейки было улучшение ее свойств, эффективного применения, и создание минимального размера.
Примерно в 1800 году итальянский физик Алессандро Вольта изобрёл батарейку, которой мы и по сей день продолжаем пользоваться. Кстати, кто не знает что такое батарейка, так это источник питания, который вырабатывает электричество под действием химического процесса. То есть батарейка это гальванический элемент, работающий на химической реакции. Так можно объяснить и детям.
Как работает батарейка
Катоды выполняют функцию восстановителя, т.е. принимают электроны от прибывшего анода. Электролит это среда, в которой перемещаются ионы, которые образуются в процессе химической реакции. В процессе работы батарейки постепенно образовываются новые вещества, а электроды постепенно разрушаются — батарейка садится.
Вот и вся работа батарейки, кстати, все процессы, проходящие в гальваническом элементе, необратимы, то есть заряжать батарейки нельзя. Кратко говоря о работе батарейки: анод — нагрузка — катод — электролит.
Электролит изначально изготовляли в жидком виде, но это неудобно, так как при переворачивании батарейки она просто не работала. Из-за этого электролит стали загущать, превращать его в сухой вид.
Как устроена батарейка
Внутри металлического корпуса щелочной ячейки находятся три основных химических вещества: цинк, диоксид марганца и гидроксид калия.
Щелочная батарейка. /Роджер Кларк
Когда элемент подключен к цепи — например, к лампочке, — цинк внутри реагирует с диоксидом марганца и теряет электроны.
Электроны собираются с помощью металлического стержня внутри ячейки, что позволяет им течь из нижней части ячейки (отрицательный), через провода к лампе (чтобы она загорелась), а затем обратно в верхнюю часть ячейки. (положительный).
Эта реакция производит около 1,5 вольт электроэнергии. Поскольку не так много устройств могут работать при напряжении 1,5 В, очень часто два или четыре элемента используются вместе для увеличения мощности. Таким образом, четыре ячейки, соединенные вместе (конец в конец), дадут шесть вольт.
Но помните, что большинство элементов и батарей можно утилизировать, поэтому убедитесь, что вы тщательно от них избавились.
Обратная реакция
Все типы батареек и элементов имеют сходный тип химической реакции, происходящей для выработки электроэнергии.
Но в некоторых типах элементов или батарей химические вещества различны, и реакция может быть обратной. Таким образом, элементы могут быть перезаряжены — так же, как литий-ионные аккумуляторы в автомобилях или смартфонах.
Раньше было гораздо дешевле производить неперезаряжаемые элементы, такие как щелочные элементы, поэтому они использовались очень широко.
Но теперь, когда люди осознали, насколько вредно для окружающей среды просто выбрасывать неперезаряжаемые элементы, а поскольку перезаряжаемые элементы становятся дешевле, мы, вероятно, будем использовать неперезаряжаемые элементы все меньше и меньше в будущем.
Типы батареек
- Солевые (угольно-цинковые, марганцево-цинковые) батарейки.
Что это такое солевые батарейки
Солевая батарейка изготавливается из пассивного угля и двуокиси марганца, электролит из хлорида аммония и катод из цинка. В перерывах работы элементы питания могут восстанавливаться, т.е. выравнивать локальные неоднородности в композите электролита, вызванных разрядом. Такой процесс немного продлевает срок службы батарейки.
Алкалиновые (щелочные) батарейки что это такое
В отличие от солевых батарей у алкалиновой батарейки химический элемент электролита — щелочной. Щёлочные батарейки (алкалин) имеют продолжительный срок хранения, а в процессе эксплуатации напряжение на электродах меняется гораздо меньше, чем у элементов с солевым раствором.
Литиевые батарейки — что это такое?
Самые современные. В отличие от щелочных и солевых батареек, в состав катода входит литий (Li – наивысший отрицательный потенциал), в состав анода — различные материалы. Электролит — органический электролит. В связи с такими элементами литиевые батарейки получили большой срок хранения, большую плотность энергии и различную рабочую температуру.
Что такое батарейка
В батарейках электричество возникает благодаря взаимодействию разных химических веществ. И принцип работы этих изделий легко можно отыскать в учебниках по физике. Все элементы собраны из одних и тех же частей.
Устройство батарейки простое. Различия между разными типами батарей минимальны. В основе каждой конструкции имеются:
- Полюс положительный — анод.
- Полюс отрицательный — катод.
- Электролит.
Как работает батарейка
Принцип работы батарейки
Справка. Чем больше энергии требуется потребителю, тем интенсивнее течёт реакция внутри элемента питания и тем быстрее он выйдет из строя.
Обратная реакция
Все типы батареек и элементов имеют сходный тип химической реакции, происходящей для выработки электроэнергии.
Но в некоторых типах элементов или батарей химические вещества различны, и реакция может быть обратной. Таким образом, элементы могут быть перезаряжены — так же, как литий-ионные аккумуляторы в автомобилях или смартфонах.
Раньше было гораздо дешевле производить неперезаряжаемые элементы, такие как щелочные элементы, поэтому они использовались очень широко.
Но теперь, когда люди осознали, насколько вредно для окружающей среды просто выбрасывать неперезаряжаемые элементы, а поскольку перезаряжаемые элементы становятся дешевле, мы, вероятно, будем использовать неперезаряжаемые элементы все меньше и меньше в будущем.
Типы батареек
- Солевые (угольно-цинковые, марганцево-цинковые) батарейки.
Что это такое солевые батарейки
Солевая батарейка изготавливается из пассивного угля и двуокиси марганца, электролит из хлорида аммония и катод из цинка. В перерывах работы элементы питания могут восстанавливаться, т.е. выравнивать локальные неоднородности в композите электролита, вызванных разрядом. Такой процесс немного продлевает срок службы батарейки.
Алкалиновые (щелочные) батарейки что это такое
В отличие от солевых батарей у алкалиновой батарейки химический элемент электролита — щелочной. Щёлочные батарейки (алкалин) имеют продолжительный срок хранения, а в процессе эксплуатации напряжение на электродах меняется гораздо меньше, чем у элементов с солевым раствором.
Литиевые батарейки что это такое
Самые современные. В отличие от щелочных и солевых батареек, в состав катода входит литий (Li – наивысший отрицательный потенциал), в состав анода — различные материалы. Электролит — органический электролит. В связи с такими элементами литиевые батарейки получили большой срок хранения, большую плотность энергии и различную рабочую температуру.
Читайте также: