Создателем такого элемента, как «батарея», которые на сегодняшний день широко применяются в самых различных сферах деятельности человека, является инженер Жорж Лекланше. Мир увидел данный элемент в 1866 году.
Не стоит путать батарею с аккумуляторами, несмотря на то, что внешний вид у них может быть идентичен, принцип функционирования, присущий изделиям, совершенно различный.
Изначально созданный Лекланше элемент был создан из-за возникших в то время потребностей касательно организации питания телеграфов, звонков и первых телефонных аппаратов. Значение их номинального напряжения составляло примерно 1.5В, которого было достаточно для выполнения всех задач, которые планировалось с помощью таких батарей решать.
На сегодняшний день, сфера применения данных батарей существенно расширилась, учитывая, конечно, что прошло более 150 лет. С их помощью питают оборудование малого электрического типа, например, такое как игрушки, радиоприёмники, музыкальные плееры, фонарики и многое иное.
Для организации работы иного оборудования общего пользования, чаще всего, применяют более дорогостоящие элементы, в основу создания которых заложено использование такого материала, как литий.
Учитывая стремительно развитие рынка устройств, нуждающихся в электропитании, соответственно и к самим батареям предъявлялись различные требования, касательно присущей им ёмкости, показателей напряжения, а также значения тока короткого замыкания.
В зависимости от тех или иных параметров и характеристик, непосредственно зависит размер, форма элемента, а также его строение, где за основу может быть принят материал в виде электродов или электролита.
Каждая батарея уникальна и отличается от иных рядом свойств, которые и предопределяют способ их применения и основную область применения.
Элементы, созданные на основе цинка-углерода
Одним существенным недостатком элемента Лекланше было наличие в его структуре жидкого электролита. Его конструкция представляет собой сосуд с цинковым электродом внутри и контейнер из пористого материала, в который всыпан влажный, порошковый диоксид марганца с примесями графитовой пыли.
В данный контейнер также помещают графитовый стержень. Очень концентрированным раствором хлорида аммония заполняется внешний сосуд. Посредством используемого диоксида марганца выполняется функция деполяризатора графитового электрода, суть которой заключается в поглощении выделяемого водорода.
В ином случае скапливаемый на поверхности угольного стержня газ, выступал бы в роли изолятора и прерывал поступление тока. Значительно поспособствовало удобному применению данного источника питания разработка сухой версии элемента, которую осуществил в 1887 году Карл Гасснер. Им была произведена замена жидкого раствора хлорида аммония на смесь соли и влажной гипсовой пыли (на данный момент чаще всего применят крахмал или силикагель).
Цинковая батарея, которая удовлетворяет различные потребности пользователей уже более, чем 150 лет, огромное количество раз подвергалась усовершенствованиям и модификациям, основной целью которых было достижение максимально возможной ёмкости и срока её использования. Одним из вариантов для достижения данных задач стало смешивание с пастой хлорида цинка, которым наполняют чашу. Данные элементы предназначены для организации питания очень требовательных устройств.
Хлорид аммония — это соль сильной кислотности, но слабого основания, который гидролизует и провоцирует проявление кислотной реакции раствора, который заполняет элемент. Созданная среда способствует растворению цинка, даже при отсутствии подачи электроэнергии из системы.
Применение различных техник позволяет противостоять данному явлению и тем самым минимизировать применение металла в состоянии ожидания батареи. Одним из широко применимых способов является амальгамирование, суть которого заключается в выполнении покрытия внутренней поверхности цинковой чаши таким материалом, как ртуть.
Посредством применения ртути получается раствор с цинком, а амальгама, в свою очередь, цинка редко вступает в реакцию с кислотами, но при этом сохраняются все электрохимические свойства чистого металла.
Учитывая ситуацию касательно охраны окружающей среды, данный метод для повышения периода эксплуатации батарей используется всё меньше.
Для современных цинк-углеродных батарей присуще значение теоретической плотности энергии от 40 до 70 Вт*ч/кг. Допустимый диапазон рабочих температур составляет от минус 10 до плюс 50 градусов по Цельсию. Цинк-углеродные батареи продуктивно прослужить могут более 2-х лет.
«Вытекание батареи»
Обеспечивая работу того или иного устройства при помощи цинк-углеродных элементов, не стоит после окончания их срока работы оставлять их в приборе, ведь очень велика вероятность утечки электролита, который является основной причиной появления коррозии и повреждения оборудования.
Предложения ENERGIZER касательно щелочных батарей
Сфера одноразовых батарей стремительно шагала в перёд, особенно это стало заметно в 1955 году, когда были созданы щелочные элементы.
За данным открытием стоял канадский инженер Льюис Фредерик Урри, который являлся частью команды компании сегодняшней Energizer. Созданный им элемент уникален по своему строению и свойствам, среди которых можно выделить:
- отсутствие графитового катода и цинковой чашечки;
- в структуре присутствую два электрода, которые влажные и посредством пасты разделены друг от друга;
- соединённые между собой диоксид марганца и графит выступают в роли катода;
- смесь цинковой пыли и гидроксида калия (дополняются веществами, имеющими загущающие свойства), являются основой создания анода;
- металлическими в конструкции являются только выведенные полюса.
Для щелочных элементов присуще улучшенные эксплуатационные свойства, которые, в первую очередь, проявляются в присущей им большой пропускной способности и увеличенном сроке службы. Во-вторых, характеризуются они высокой плотностью энергии (от 80 до 100Вт*ч/кг) и широким диапазоном рабочих температур (от минус 30 до плюс 70 градусов по Цельсию).
Такие батареи показывают отличную работу на протяжении более пяти лет, в основном это от 5 до 7 лет, что свидетельствует об их надёжности и высоком качестве, особенно если приобретать элементы известных торговых марок.
Батареи литий-марганцевого типа
Литиевые батареи (например, АА) — это литий-марганцевые батареи с номинальным напряжением в размере 3В и высокой плотностью энергии, которая может достигать даже 270 Вт*ч/кг. Отличаются от иных аналогов максимальной устойчивостью к колебаниям температурного режима различного характера.
Именно благодаря своим уникальным свойствам, данный тип батарей способен сохранять в разы большее количество энергии, в сравнении с такими же щелочными батареями (АА). Основное направление их применения — это обслуживание приборов бытового предназначения, таких как часы, видеокамеры, фотоаппараты, компьютеры. Период сохранности энергии — 10 лет.
Литиевые батареи — достаточно большое семейство элементов, состоящее из ряда категорий, которые объединяют батареи в зависимости от применения лития или его соединений для анода. В зависимости от применяемых химических соединений непосредственно зависит присущий элементу показатель производимого напряжения, который может находиться в диапазоне от 1,5В до 3,7В.
Литий-марганцевые батареи оснащены всеми необходимыми параметрами и свойствами для обеспечения максимально длительного срока службы, что позволяет применять их для организации работы именно тех приборов, которые будут использоваться длительный период времени (часы, имплантаты слуха, электрокардиостимуляторы, и иное).
Неоспоримым достоинством данных батарей является их устойчивость к разряду больших токов и способность корректно функционировать в широком диапазоне рабочих температур (от минус 40 до плюс 65 градусов по Цельсию). Ранее, из-за установленной на эти батареи высокой цены, сфера их применения была значительно ограничена, но сегодня их установить в самые различные приборы могут позволить себе все.
Производители часто устанавливают такие батареи в игрушки, замена в которых на новые батареи не предусмотрена (нет доступа для пользователя, не повредив игрушку). Кнопочные батареи (плоские батареи 3V) — разновидность литиевых батарей, которые пользуются среди пользователей большим спросом и внешне очень похожи на пуговицу небольшого размера.
Модельный ряд батарей данного типа очень широк и разнообразен. Применяются на практике они реже, в сравнении с щелочными батареями, из-за более высокой цены. Длительный срок эксплуатации, который присущ батареям, произведённым с применением такого элемента, обуславливает наличие сварных выводов, посредством которых их впаивают в пластину.
Серебряные батареи
Мир познакомился с серебряными батареями ещё в конце XIX веке, но массово их стали производить только в 60-х годах ХХ в. Среди пользователей они имеют ещё несколько названий: оксид-серебряные и серебряно-цинковые.
Для серебряных элементов характерно значение номинального напряжения в размере 1.55В. Для создания катодов использовался оксид серебра, а для анода — цинк. В роли электролита выступает раствор гидроксида калия. Кроме вышеуказанного, серебряным батареям присущи такие параметры и характеристики:
- примерный срок службы — 2 года;
- стабильное выходное напряжение;
- плоский разряд;
- быстро падающее напряжение на зажимах элемента, после его разряда;
- показатель теоретической плотности энергии равен 130-150 Вт*ч/кг.
Учитывая вышеуказанные свойства, такие батареи идеально подходят для применения в очень чувствительных к переменам значений напряжений приборах и нуждающихся в его стабильном состоянии.
Что касается качества такой батареи, то оно страдает от наличия в её структуре цинка, который, в свою очередь, поддаётся негативному влиянию со стороны в виде коррозии. Этот факт не позволяет определить продуктивный срок эксплуатации такой батареи более чем в 5 лет, ведь далее они могут протекать, тем самым нанося вред экологии.
Самые популярные батареи, их маркировка и размеры
Батареи «АА», или как мы все привыкли их называть «пальчиковые», очень востребованы на сегодняшний день, ведь с их помощью организовывается работа большинства приборов разных сфер деятельности человека. Потребителям доступны в обычной версии (R6) и щелочной (LR6), характеризующиеся:
- значением ёмкости от 1600 до 2500мА;
- диаметр — 14 см;
- высота — 50 мм;
- показатель номинального напряжения — 1,5В.
Батареи «ААА» или всем известные мизинчики, отличающиеся от пальчиковых высотой (44 мм), диаметром (10 мм) и ёмкостью (800-1200мА). Но несмотря на это, они так же востребованы, как и «АА». В стандартной версии их обозначение — R03, щелочной — LR03.
Батареи LR61, R14, R20 и иные
На сегодняшний день пользователям доступны батареи даже меньше пальчиковых — щелочные батареи, отличающиеся от вышеуказанных:
- диаметром — 8,3 мм;
- высотой — 42,5 мм;
- ёмкостью — не более 650мА.
При необходимости приобретения батарей данного типа со значительно большей ёмкостью, следует применять цилиндрические батареи, имеющие маркировку R14 или больше — R20. Размер первого варианта батареи: высота — 50 мм, диаметр — 23 мм, ёмкость — до 8000мА. Но самой популярной среди цилиндрических, является батарея R20, диаметр которой составляет 33 мм, высота 58 мм, ёмкость может достигать 21000мА.
Батареи, напряжение которых не равно 1,5В, производятся посредством последовательного соединения элементов. Указываемую на батареях ёмкость необходимо рассматривать как приблизительную, ведь в ритме постоянного технологического прогресса и ежедневно возрастающего спроса на эффективные источники энергии провоцируется стремительное развитие продуктов, модернизацию не только их основных параметров и характеристик, но и второстепенных.
Для того, чтобы без труда подобрать необходимый элемент для предстоящих условий эксплуатации, необходимо иметь представление об обозначениях и размерах самых востребованных типов батарей, а именно цинк-углеродных и щелочных.
Не требует более детального разбора обозначения, присущие литиевым батареям таблеткам, ведь для каждой модели характерно номинальное напряжение в размере 3В, а все размеры и обозначения закодированы таким образом: CR<2 цифры, диаметр в мм><2 цифры, толщина — значение ×0,1 мм> (CR2032 — диаметр 20 мм, толщина 3,2 мм).
Данные показатели присущи исключительно самым популярным 3В батареям литий-марганцевого типа, а ведь среди батарей-таблеток доступны к приобретению и серебряные, обозначение у которых совершенно иное.
Основное отличие батарей и аккумуляторов
Батарейка предназначена для разового применения и после расхода всей собранной в ней электроэнергии уже не пригодна для дальнейшего применения, ведь они не поддаются перезарядки.
А вот аккумуляторы — совершенно иное дело, они предоставляют своему пользователю возможность повторного накопления в них электрической энергии. Учитывая это, срок эксплуатации данных элементов от сотни до несколько тысяч зарядки-разрядки.
Общие выводы о батареях
В изложенной выше информации содержалось всё самое главное касательно самых популярных и современных батарей: цинк-углеродных, щелочных, литий-марганцевых. За 150 лет развития данного направления соответственно были и иные батареи, но информация о них на сегодняшний день больше не актуальна, из-за снятия их с производства.
Также не рассматривались элементы менее популярные, не часто применяемые человеком в повседневной жизни (воздушно-цинковые, серебряные батареи). Очень важно придерживаться всех установленных правил эксплуатации батарей, в том числе категорично запрещено из заряжать. Химические процессы, которые образовываются во время такой зарядки могут стать причиной разрыва или даже взрыва заряжаемого элемента.
