Мир технологий

Какие бывают батарейки и их отличия

Каждый человек хотя бы раз в жизни сталкивался с вопросом замены батарейки. В часах, в калькуляторе, фотоаппарате, фонарике, детской игрушке, и мало ли в чем еще. Чем же обычно руководствуетесь вы как потребитель, подбирая батарейку для замены. Первое, естественно, подбираете источник тока подходящего размера и требуемой мощности. С этим легко определиться, внимательно изучив использованную батарейку. Идете покупать, а именно такой нет. Продавец предложит вам сразу несколько вариантов, но выбор за вами. Чаще всего этот выбор формируется на соотношении срок службы/цена. Иногда возникает вопрос выбора между батарейками и аккумуляторами, редко кто подбирает батарейки под температурные условия и всерьез задумывается над всеми электрическими характеристиками источника. Так или иначе, в быту чаще всего мы имеем дело с "пальчиковыми" батарейками.

В основе любого источника тока, а батарейка не что иное, как источник тока, лежит простая схема: анод-катод, а между ними электролит. За счет различной природы материала анода и катода, при их погружении в электролит возникает разность потенциалов – напряжение, из-за чего и возникает электрический ток. Химические источники тока носят свое название из-за природы возникновения тока: химическая энергия активных веществ непосредственно превращается в электрическую энергию. Они делятся на две группы – первичные и вторичные. В первичных источниках тока (батарейках) процесс протекает необратимо. К вторичным источникам тока относят аккумуляторы, их можно заряжать, после того как они себя исчерпают. В различных литературных источниках встречается информация о том, что батарейки тоже можно перезаряжать. Не пытайтесь это делать во избежание взрыва и разбрызгивания химических веществ.

Форма и размер

"Пальчиковая форма" батареек выбрана не случайно. При одинаковой емкости высокий и узкий цилиндр – пальчик - имеет меньшее внутреннее сопротивление и лучше рассеивает тепло. Требования Международной электрической комиссии относительно унификации размеров источников тока позволяют заменять батарейки одного производителя на батарейки другого, тем самым, создавая возможности для вольного потребительского выбора. На батарейке можно увидеть сразу несколько обозначений ее размеров. По российскому законодательству цилиндрические батарейки в зависимости от диаметра и высоты обозначают от R06 до R27, американские нормы диктуют буквенную маркировку. Для бытовой техники могут быть нанесены дополнительные надписи. Например, наиболее распространенная "пальчиковая" батарейка R6 имеет диаметр 14,5 мм и высоту 50,5 мм, она же имеет обозначение АА и MIGNON.

Батарейка (первичный элемент питания) – один из самых распространенных источников питания для мелкой техники и электроники.

Что находится внутри батарейки?

Батарейки зачастую малы, но довольно сложно устроены. Это высокотехнологичные элементы, в которых в результате химических реакций выделяется электрическая энергия. Данный процесс происходит между тремя главными элементами батарейки: анодом, катодом и электролитом. В зависимости от типа батарейки для перечисленных элементов используются различные материалы. Материал выбирается по принципу максимизации эффекта при их взаимодействии. Анод часто делают из металла, катод — из оксида различных металлов. В качестве электролита используется соль, в щелочных батарейках — двуокись марганца.

То, что внутри батарейки, иными словами ее электрохимическая система – стартовые условия. Первыми химическими источниками тока были гальванические элементы с металлическими электродами, погруженными в водный электролит. Что-то похожее показывают на уроках химии в школе, когда электроды опускают в раствор и при этом загорается лампочка.

Батарейки имеют различное напряжение и ёмкость

Различные устройства работают с различным напряжением, поэтому и у батареек оно должно быть разным. Кроме того, напряжения разных типов батареек зависит от используемого электролита. К примеру, литиевые батарейки имеют номинальное напряжение 3 V, щелочные — 1,5 V. Ёмкость батареек рассчитывается из объёма активных элементов, помещаемых в корпус батарейки. Однако рассчитанная подобным образом ёмкость не может быть использована для определения работоспособности батареек и имеет название «расчетная ёмкость».

Фактическая же ёмкость зависит от множества факторов:

• уровень зарядки;

• режим использования;

• температура окружающей среды;

• ток отсечки (Напряжение, при котором устройство не работает даже при сохранённом заряде батарейки. Например, батарейка, которая уже не работает в фотоаппарате, зачастую продолжает работать в часах или пультах управления).

Каждая ячейка электрической батарейки вырабатывает ток 1.5 вольта, что немного по сравнению с 220-вольтовым напряжением в бытовой' электросети. Поэтому батарейки не опасны для потребителя. Любая батарейка, напряжение которой превышает 1,5 вольта (например, 6 вольт) - это, в сущности, комплект соединенных последовательно батареек по 1,5 вольта. Исключением являются перезаряжаемые никелево-кадмиевые батарейки, напряжение которых в заряженном состоянии только 1,2 вольта.

Электрический заряд батареек

Количество электричества в батарейках измеряется в ампер - или миллиампер-часах. Если к примеру, заряд батарейки равен 1,0 ампер-часу, а электрический прибор, в котором она работает, требует тока в 200 миллиампер (т.е. в 0,2 ампера), срок действия батарейки вычисляется по следующей формуле:

Заряд батарейки (в ампер-часах)

–––––––––––––––––––––––––––––––   =  срок действия (в часах).

сила тока, необходимая для работы

электроприбора (в амперах)

в приведенном при мере этот срок составит пять часов (1,0 : 0,2 = 5).

Саморазряд – это следствие нерабочего состояния батарейки, который ведет к потере емкости. Режим хранения может возникать по двум причинам. Во-первых, это касается новой продукции с момента выпуска и до начала использования. Во-вторых, если использовать ресурс батарейки с достаточно длинными промежутками-перерывами.

Причина саморазряда кроется в самой батарейке - неустойчивости электродов, загрязнении электролита. Обычно за нормированный срок хранения батарейка теряет порядка 30% своей начальной емкости. Наиболее сильно разряжается батарейка в начале хранения. Также саморазряд возрастает при повышении температуры.

Типы батареек:

Что такое щелочная батарейка?

Около 40 лет назад компания Duracell первой разработала щелочную химическую систему с использованием двуокиси марганца. В 1960-1970-тые годы данные батарейки стали очень популярны среди разработчиков электронных устройств. Щелочные батарейки имеют множество преимуществ перед солевыми: большая емкость, более широкий температурный режим, меньшая вероятность протечки, дольше срок хранения. Все это позволило им завоевать популярность во всем мире.

Надпись на батарейке "Alkaline" свидетельствует о том, что это щелочная батарейка. Они хранятся дольше солевых элементов. Название они получили по природе электролита: обычно используют КОН, истинную щелочь. При непрерывном разряде щелочные батарейки обеспечивают большую (в 7-10 раз) емкость по сравнению с аналогичными солевыми элементами. Они лучше работают при низких температурах, но приблизительно на 30% тяжелее. Скорость саморазряда ниже, после года хранения при комнатной температуре потери емкости не превышают 10%. Однако все эти преимущества накладывают отпечаток на цену продукции.

Что такое литиевая батарейка?

Хим.состав - литий-диоксид марганца.

Последние несколько десятилетий технический прогресс привёл к увеличению разнообразия и миниатюризации устройств, работающих от батареек. Для многих из этих устройств потребовались более мощные элементы питания, при этом достаточно компактные. Литиевые батарейки стали ответом на такую потребность. Литиевые батарейки демонстрируют великолепные результаты и обладают целым рядом положительных характеристик: долгий срок хранения, высокая надёжность и отличная работоспособность в широком диапазоне температур.

Аккумуляторные элементы питания

Особый вариант представляют собой никелево-кадмиевые батарейки (вторичный элемент питания), которые можно многократно перезаряжать.

Аккумуляторная батарея - автономный источник тока, работает сам по себе без помощи генератора. Он преобразовывает один вид энергии в другой. Она из химической энергии получает электрическую.

Аккумулятор - очень удобный источник постоянного тока, так как она компактна и легко переносима. Благодаря этому, сфера применения этих батарей очень широка. Аккумуляторные батареи используются в автомобилях, электропоездах, электропогрузчиках, в компьютерах, радиотелефонах, сотовых телефонах, фотоаппаратах, видеокамерах, ноутбуках, калькуляторах.

Основными характеристиками аккумулятора являются емкость и предельная сила тока. Чтобы получить более высокое напряжение (до нескольких сот вольт), нужное число элементов соединяют последовательно. Емкость батареи электропитания в ампер-часах равна произведению предельного тока на продолжительность разрядки. Например, если батарея может давать ток силой 3 А в течение 20 ч, то ее емкость равна 60.

Никелево-кадмиевые батарейки можно многократно перезаряжать, и это - их главное преимущество перед другими батарейками. Их недостаток - невысокое напряжение - 1,2 вольта.

Саморазрядка у этих батареек - если они не присоединены к зарядному устройству - составляет около 30% в месяц. Это значит, что если они долго лежали, ими нельзя пользоваться без подзарядки. Величина заряда у никелево-кадмиевых батареек приблизительно соответствует величине заряда батареек группы С, а стоят они дороже. Но расходы на приобретение этих батареек и зарядного устройства окупаются достаточно быстро, если батарейки используются в приборах, потребляющих высокочастотный ток небольшой силы.

Во всякой аккумуляторной батареи есть положительный и отрицательный электроды, а также электролит, в котором эти электроды находятся. Бывают электролиты жидкие и пастообразные. Батареи заряжаются путем пропускания тока в противоположном направлении. В этом случае емкость восстанавливается благодаря обратной химической реакции.

Аккумуляторные батареи бывают свинцовыми, железно-никелевыми, никель-кадмиевыми. Это зависит от материала из которого делаются электроды. Также есть высокотемпературные и топливные аккумуляторы

Миниатюрные элементы питания (батарейки-таблетки)

В обиходе имеют несколько названий – (дисковые, кнопочные, пуговичные). Предназначены для эксплуатации в часах, калькуляторах, видео- и фотоаппаратуре, в портативных электронных устройствах. Современные тенденции развития электронных технологий предполагают минимизацию габаритов и увеличение времени автономной работы электронной аппаратуры, что в свою очередь расширяет сферу применения данных батареек — компьютерная техника, медицина, телекоммуникации.

Диапазон использования широкий - от простейших пультов управления автомобильной сигнализацией до высокотехнологичных смартфонов и персональных электронных помощников.

Наиболее распространенные типы дисковых батареек: марганцево-цинковые, серебряно-оксидные (серебряно-цинковые), литиевые.

Марганцево-цинковые элементы питания (ALKALINE)

Применяются в калькуляторах, электронных часах, фотооборудовании, карманных фонарях. По техническим характеристикам (начальное напряжение и номинальная емкость) уступают серебряно-оксидным, но имеют одно неоспоримое преимущество перед ними — низкую стоимость. Срок хранения — до 2 лет.

Серебряно-оксидные дисковые элементы питания

Широко применяются в кварцевых электронных часах, калькуляторах, слуховых аппаратах, медицинской аппаратуре, электронных игрушках, сенсорных зажигалках. Представлены широким ассортиментом типа-размеров и обладают высокими энергетическими характеристиками. Характеризуются стабильным и постоянным разрядным напряжением до конца разряда. Гарантийный срок хранения — до 3 лет.

Литивые дисковые элементы питания

Применяются в многофункциональных наручных часах, домашних метеостанциях, авто-сигнализациях, электронных базах данных, измерительной аппаратуре, высокотехнологичных системах. Литиевые источники характеризуются высокими плотностями энергии и работоспособны в широком диапазоне температур (от — 20С до + 55С), поскольку не содержат воды. Они герметичны и имеют довольно стабильное напряжение. Батарейки этой электрохимической системы обладают исключительно малым саморазрядом (сохраняют более 85% емкости после 10 лет хранения). В микромощных устройствах, где важна надежность контактов, используют литиевые источники с выводами под пайку (горизонтальные и вертикальные). Гарантийный срок хранения - до 10 лет.

Как заставить батарейку работать дольше?

Знаете ли вы, что обычную батарейку, пальчиковую, например "AA", можно использовать и после того, как она впервые "села"? Да, она "села", но есть у неё ресурс, который можно использовать. Особенно это касается батареек на всяких пультах. Не спешите выбрасывать батарейку!!!

Просто выньте её и сделайте несколько вмятин на батарейке (плоскогубцами или ещё чем-нибудь, только не зубами). Главное не согните её, чтобы она обратно могла влезть на своё место в пульте. Вставляйте И пользуйтесь.

Многие знают секрет, что "севшую" батарейку можно ненадолго привести в "чувство", постучав ею о твердую поверхность. При этом гранулы диоксида марганца раскалываются контакт восстанавливается. А есть еще более варварский способ - пробить корпус батарейки гвоздем и погрузить корпус (не полностью) ненадолго в воду. В результате вода несколько разбавит электролит, и ему будет проще проникнуть к гранулам марганца.

ВНИМАНИЕ! НЕ ПРОБУЙТЕ ДЕЛАТЬ ЭТО С ПЕРЕЗАРЯЖАЮЩИМИСЯ БАТАРЕЙКАМИ!!!