Что такое батарея элементов

Как и большинство устройств, которые мы используем сегодня, современные батареи являются результатом многочисленных исследований и революционных открытий. Термин «батарея» был впервые использован еще в 1748 году, когда Бенджамин Франклин описал лейденскую банку. Затем в 1880 году Алессандро Вольта представил миру свою вольтовую батарею, возможно, первую электрическую батарею.

Эти две формы батареи являются:

Первичные батареи

Первичные аккумуляторы предназначены для одноразового использования. Это означает, что они не могут быть заряжены, потому что они сделаны из электрохимических ячеек, чья реакция не может быть обращена вспять.

Сегодня на мировом рынке аккумуляторных батарей доминируют первичные элементы. Они создают некоторые серьезные угрозы для здоровья населения и окружающей среды. Ниже мы объяснили несколько типов первичных батарей, которые находятся в популярном использовании.

10. Цинк-углеродная батарея

Поперечное сечение цинково-углеродной батареи

Емкость: 400-1700 мАч
Напряжение: 1,5 В

В цинк-углеродной батарее электричество вырабатывается в результате необратимой электрохимической реакции между цинком и оксидом марганца. Внешний слой такой батареи выполнен из цинка. Следующий слой состоит из хлорида аммония (выступающего в качестве электролита), который отделен от оксида марганца одним слоем бумаги.

В центре батареи находится углеродный стержень, который выступает в качестве положительного электрода. Углеродный стержень, в основном, собирает весь ток, генерируемый в результате окислительно-восстановительной реакции между цинком и оксидом марганца.

Идея цинково-углеродных батарей возникла из элемента Лекланше, влажного элемента, который был изобретен в 1866 году. К началу 1900-х годов цинк-углеродные батареи стали первыми сухими батареями, которые были доступны на рынке. Цинк-углеродные батареи популяризировали использование портативных устройств, таких как фонарики. Сегодня они в основном используются в радиотранзисторах и пультах дистанционного управления.

Цинкхлоридные батареи обеспечивают гораздо более высокую общую производительность, что является улучшением по сравнению с оригиналом. Из-за гораздо более чистого химического состава, хлоридно-цинковые батареи способны производить более стабильное напряжение с более длительным сроком службы.

9. Атомная батарея

Они, однако, имеют высокую выходную плотность энергии и подходят для использования в системах, которые должны работать в изолированных средах в течение длительного периода времени, таких как кардиостимуляторы, глубоководные инструменты и космические аппараты.

Основываясь на подходе преобразования энергии, атомные батареи делятся на две широкие группы; тепловой и нетепловой. Термопреобразователи, в том числе радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) и термофотовольтаические элементы, генерируют энергию за счет разности температур (тепло сначала генерируется ядерной энергией, а затем используется для производства электроэнергии).

Нетепловые преобразователи, такие как бета-гальваника, с другой стороны, производят электричество, захватывая высокоэнергетические электроны, образующиеся при распаде изотопа водорода, называемого тритием. Первая атомная батарея была разработана Генри Мозли в 1913 году на основе радия.

8. Серебряно-оксидная батарея

Напряжение Тока: 1,55 В

Однако в некоторых секторах (включая военную и космическую), где стоимость не является серьезной проблемой и необходима высокая производительность, в большом количестве используются большие оксидно-серебряные батареи нестандартного дизайна.

До настоящего времени были проведены тысячи исследований по ассимиляции серебряно-оксидных батарей в товары народного потребления.

7. Литиевая батарея

Разобранная батарея CR2032

Напряжение: от 1,5 В до 3,7 В

Термин «литиевая батарея» используется совместно для описания определенной группы батарей, основанной на химии металлов лития, в которой в качестве общего вещества используется несколько комбинаций химических веществ, в которых в качестве общего вещества используется только металлический литий (для анода). В качестве катода в наиболее широко используемых литиевых батареях используется диоксид марганца, а также растворенная литиевая соль.

Другим редким типом литиевых элементов является литий-тионилхлоридная батарея. Изобретенные в 1973 году, литий-тионилхлоридные батареи подходят для электроники малой / средней мощности и в основном не доступны для приобретения.

Имейте в виду, что литиевые батареи не перезаряжаются и отличаются от литий-ионных или литий-железо-фосфатных батарей вторичных элементов.

Хотя литиевые батареи доступны в различных формах и размерах, ячейки монетного типа являются наиболее популярными. Они также способны заменить обычные щелочные элементы в таких устройствах, как камеры.

С другой стороны, литиевые батареи представляют гораздо большую угрозу для окружающей среды и здоровья человека, чем большинство других типов батарей.

6. Никель-Оксигидроксидная батарея

Никель-оксигидроксидная батарея производства Panasonic

Напряжение: 1,7 В

Никель-оксигидроксидные (NiOx) батареи немного отличаются от стандартных щелочных батарей. Вместо того чтобы использовать только диоксид цинка и марганца для катода, они добавляют оксигидроксид никеля и графит в смесь. Это позволяет NiOx-батареям достигать относительно более высокого напряжения на элемент, что позволяет устройствам с батарейным питанием работать намного лучше.

Что ж, выход высокого напряжения обусловлен не только их новым, улучшенным химическим составом, но и производственным процессом в вакууме, в котором в батарею попадает больше электролита.

Однако более высокое напряжение может привести к неисправностям приборов с включением ламп накаливания, таких как фонари и фонарики. Это также может привести к неправильной работе индикатора заряда батареи.

5. Щелочная батарея

Ряд щелочных батарей разных размеров. Изображение предоставлено Викимедиа

Емкость: 700 мАч при нагрузке в 1 ампер (ячейка стандартного размера)
Напряжение: 1,5 В (новая батарея)

Щелочные батареи являются одними из наиболее широко используемых первичных элементов батарей в мире, которые используют химическую реакцию между цинком и диоксидом марганца для выработки электроэнергии. В качестве электролита они используют гидроксид калия, также известный как едкий калий.

В то время как есть другие типы батарей, которые используют щелочные электролиты, особенно перезаряжаемые щелочные батареи, они используют другие вещества в электродах, чем щелочные батареи. Такие ячейки обычно используются в легко переносимых предметах, таких как цифровые камеры, электрические игрушки, радиоприемники и MP3-плееры.

Вторичные батареи

4. Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор

Напряжение: 2,1 В номинальное

До того, как все экологичные, энергосберегающие аккумуляторы стали популярными, свинцово-кислотные аккумуляторы лидировали на рынке. Первоначально изобретенный французским физиком Гастоном Планте в 1859 году, свинцово-кислотные батареи стали хитом ранних электромобилей.

Полностью заряженная свинцово-кислотная батарея несет гелеобразный свинец на отрицательном конце (электрод) и диоксид свинца на положительном конце с серной кислотой в качестве электролита. Электричество вырабатывается, когда ионы от отрицательной клеммы перемещаются в электролит, а затем поглощаются положительной клеммой. Обратная реакция происходит при зарядке.

Свинцово-кислотные батареи обычно используются в автомобильной промышленности для зажигания и освещения. Другие применения включают резервный источник питания в телефонных вышках.

Однако, эти батареи гораздо вреднее, чем другие. Токсичные соединения, выделяемые из свинцово-кислотных аккумуляторов, находятся в центре внимания природоохранных учреждений во всем мире на протяжении последних двух десятилетий.

3. Никель-кадмиевая батарея

Напряжение: 1,2 В

Никель-кадмиевые батареи не подходят для многих электронных устройств, поскольку их номинальное напряжение (1,2 В) ниже, чем у стандартных цинк-углеродных и щелочных батарей. Однако, в отличие от других, напряжение никель-кадмиевого элемента уменьшается лишь незначительно по мере его разрядки. Многие портативные приборы предназначены для работы при низких напряжениях (от 0,90 до 1,0 В / элемент).

Никель-кадмиевые элементы являются одной из очень немногих известных батарей, которые потенциально могут страдать от «эффекта памяти», временного состояния, в котором батарея теряет свою максимальную емкость после многократного частичного разряда (только до определенного процента в течение длительного периода времени).

Такие батареи широко используются в индустрии игрушек и когда-то широко использовались в портативных инструментах, электронных устройствах, камерах и фонарях.

2. Никель-металлогидридная батарея

Разобранная никель-металлогидридная батарея 1. положительный вывод 2. отрицательный вывод 3. положительный электрод 4. отрицательный электрод с токосъемником 5. разделитель электродов

Напряжение: 1,2 В номинальное

Никель-металлгидридные (NiMH) батареи в основном являются обновлением по сравнению с никель-кадмиевыми ячейками. Они оба используют один и тот же щелочной электрод (гидроксид калия) и гидроксид никеля в качестве положительного электрода. Единственное отличие состоит в том, что вместо кадмия в гидриде никеля и металла используются ионы водорода для отрицательного электрода.

Это позволяет батарее NiMH иметь почти втрое большую емкость по сравнению с никель-кадмиевой батареей. Во многих случаях их плотность энергии достигает уровня литий-ионных аккумуляторов.

Никель-металл-гидридные батареи заменили некогда популярные никель-кадмиевые батареи практически во всех областях, особенно в бытовой электронике, где используются батареи типа «двойной А». Кроме того, они имеют преимущество перед стандартными щелочными батареями благодаря высокой прочности и низкому внутреннему сопротивлению.

Они также используются в различных электромобилях, хотя и реже, чем литий-ионные батареи.

1. Литий-ионная батарея

Напряжение: 3,2 В (литий-фосфат железа), 3,6-3,7 В номинальная
Емкость: 3000 мАч

Значительный рост количества литий-ионных аккумуляторов (LIB) объясняется его высокими эксплуатационными характеристиками, общими стандартами безопасности и более четырех десятилетий непрерывных исследований. Они почти везде; в наших смартфонах, ноутбуках, планшетах, электроинструментах, автомобилях и даже в различных аэрокосмических системах.

Литий-ионные аккумуляторы бывают разных форм, размеров и химических конфигураций. Одна из самых популярных LIB, которые используются в портативной электронике с высокой плотностью энергии, основана на оксиде лития-кобальта. Другие типы, такие как литий-ионный марганцевый оксид и литиево-железо-фосфатный аккумулятор, обеспечивают более низкую плотность энергии, но менее подвержены взрыву.

Эти батареи заряжаются при перенапряжении, при котором подается немного более высокое напряжение, чем то, что производит батарея. Во время процесса зарядки ток внутри батареи течет от положительного электрода к отрицательному электроду. Направление потока меняется при разрядке батареи.

Источник

Как выбрать батарейки

Сегодня батарейки это такой же продукт первой необходимости, как и зубная паста или салфетки, без них не будет работать пульт, ночник, фонарик, калькулятор, часы и многое другое. Если вы сейчас сядете и посчитаете, сколько же приборов питается от этих маленьких элементов, то возможно удивитесь, практически половине устройств необходимо покупать батарейки. Как часто придется менять, зависит от грамотного подхода к выбору батареек. Почему элементы питания одной фирмы работают месяц, а другой пол года? Дело даже не в цене. Как правило, в магазине покупатель первым делом смотрит на форму и размер, может еще и на производителя. Лишь единицы подбирают батарейки по химическому составу, напряжению, емкости, проверяют сроки годности.

Что такое батарейка и когда она появилась?

Батарейка (она же гальванический элемент) – это источник электроэнергии, который действует на основе химических взаимодействий определенных веществ между собой. Первый химический элемент питания был изобретен Луиджи Гальвани. Точнее Гальвани первооткрыватель процесса, причем совершенно случайный. Ученый проводил опыты над лягушкой и когда он подсоединил к ее лапке две полоски разных металлов, то обнаружил протекание тока между ними.

В 1920 годах на рынок выходит всем известная компания Duracell. Приборы с питанием от батареек распространялись все шире, производство росло в геометрической прогрессии. Первая батарейка Duracell изготавливалась из цинкового корпуса с графитным электродом и латунным колпачком. Заполнена она была оксидом марганца, стенки цинкового корпуса изнутри покрывали электролитом. Латунный колпачек был положительным, а донышко цинкового корпуса отрицательным полюсом. Такие батарейки выпускались вплоть до развала СССР. Но ввиду своих недостатков: малого срока службы, не безопасной конструкции они быстро ушли в прошлое. На смену старому образцу пришли современные элементы питания с долгим сроком жизни, безопасной конструкцией и высокой емкостью.

Современные виды батареек

В зависимости от состава и активных компонентов батарейки можно разделить на группы. У каждой группы есть плюсы и минусы.

— Солевые батарейки. Самый бюджетный вид элементов питания, характеризуются низкой отдачей тока, коротким сроком службы и хранения. При низких температурах емкость уменьшается намного быстрее. Устройство солевых батареек не далеко ушло от первых образцов компании Duracell. Электроды выполнены из оксида марганца, цинка и соединены между собой солевым мостом. Но несмотря на все недостатки потребители по-прежнему покупают солевые батарейки в больших количествах. Лучший способ применения для солевых гальванических элементов это приборы с низким потреблением: часы, пульты дистанционного управления, весы. Если солевую батарейку оставить в приборе и долго не использовать велика вероятность что она потечет. Связанно это с протеканием химических реакции, на последней стадии разряда характерно повышение активной массы положительного электрода, из-за чего увеличивается давление на электролит. Параллельно протекают процессы разложения диоксида марганца и коррозии цинка, что влечет за собой выделение кислорода и водорода, объем и давление внутри батарейки повышаются.

— Литиевые батарейки. Появились сравнительно недавно, находятся выше по ценовой категории. С развитием всевозможных гаджетов и портативных устройств начал расти спрос на элементы питания, выдерживающие интенсивное потребление тока в длительный промежуток времени. Литиевые батарейки отвечают всем требованиям потребителя: долгий срок хранения и службы, устойчивость к температурам (высоким и низким), легкие по весу, не протекают. Следует отметить, литиевые батарейки обладают постоянным напряжением и высокой энергоплотностью, которую не обеспечит ни один предшественник. Подходят для оборудования с высоким энергопотреблением: фонари, вспышки, фотоаппараты, портативные колонки. Маркируются надписью на корпусе «lithium».

Довольно редко встречаются ртутные и серебряные элементы питания, хотя по своим свойствам они схожи и мало чем уступают литиевым.

Недостатками ртутных элементов питания считается небезопасность использования при повреждении целостности конструкции, сложности с утилизацией.

Типоразмеры батареек

Батарейки отличаются не только размерами, но формой, одни распространены и широко известны (АА, ААА), другие приходится долго искать по магазинам. Несмотря на изобилие форм, все батарейки имеют классификацию согласно стандартам. Привычные на слух названия размеров АА, ААА, С, D принадлежат американскому стандарту.

Существуют и другие системы классификаций элементов питания: международные, национальные. В России размеры батареек регламентированы согласно ГОСТу, но данный вид маркировки не на слуху и мало кто из молодежи им пользуется.

АА (пальчиковые или R6/LR6) – цилиндрические тонкие батарейки, используются в пультах ДУ, часах, игрушках, фонарях и другой мелкой технике. Обозначение R6 говорит о размерности батарейки, а приставка L вносит ясность, что элемент щелочной.

ААА (мизинчиковые или R03/LR03) – цилиндрические батарейки, тоньше элементов АА, но могут применяться в тех же приборах.

С (R14/LR14) и D (R20/LR20) – похожие по форме и размеру элементы, по сравнению с АА и ААА очень громоздкие и тяжелые. Сегодня производители редко прибегают к установке данных элементов питания, так как размеры гаджетов становятся все меньше и компактнее, батарейки соответственно тоже.

Крона (6F22 / 6LR61) – данный элемент питания отличается от предыдущих размерами, формой и самым высоким напряжением 9V. Контакты батарейки находятся с одной стороны. Применяется в современных приборах крайне редко.

К отдельной категории следует отнести миниатюрные элементы питания, выполненные в виде «таблетки». Они имеют собственную обширную маркировку и классификацию, отличаются по диаметру, высоте, емкости, химическому составу.

Важные особенности

— Саморазряд. Это потеря емкости батареи за период хранения, поэтому у каждого элемента питания есть срок годности. За время хранения (без использования) батарейки емкость может сократиться до 30%, так же многое зависит от температуры хранения. Происходит это из-за медленного протекания химических процессов внутри батарейки, т.е. процесс протекает все время, просто в рабочем режиме химические реакции проходят быстрее, а в состояние покоя медленнее. Когда покупаете батарейки, обязательно смотрите на дату производства, чем она свежее, тем больше емкость соответствует заявленной.

— Напряжение. В зависимости от вида и типа батарейки варьируется напряжение, которое она обеспечивает. Стандартное напряжение бюджетных элементов питания 1,5V, литиевые батарейки обеспечивают напряжение в 3V. Самым мощным элементом питания следует считать Крону, напряжение составляет 9V.

— Емкость. Показатель, определяющий количество «электричества» с батарейке, срок службы элемента питания напрямую зависит от емкости. Как рассчитать время выработки батарейки?

Для расчета важно знать два параметра: заряд и потребляемый ток. Допустим заряд батарейки 3 Ач и установлена она в устройство с потреблением тока 250 мАч (0,25Ач), рассчитываем сколько часов проработает батарейка: 3 Ач / 0,25 Ач = 12 часов.

Фактический срок службы может не совпадать с рассчетным по ряду причин:

• Температура внешней среды

Подводим итоги

Многие производители указывают на упаковке для каких устройств подходит элемент питания. Но что делать, если область применения не указана? Подбираем батарейку в зависимости от целей использования:

— Солевые элементы питания нет смысла устанавливать в приборы, выдающие высокую мощность: профессиональные фонари, вспышки фотоаппаратов. В приборах со средними нагрузками солевые элементы питания тоже прослужат недолго. Все дело в маленькой емкости, всего 600-700 мАч.

— Щелочные батарейки так же не подойдут для мощных осветительных приборов, но долго прослужат во всех остальных гаджетах, начиная от музыкальной колонки и заканчивая детским паровозиком.

— Литиевые элементы питания подойдут абсолютно для любого устройства, но не всегда имеет смысл покупать дорогостоящий элемент. Оптимальный выбор для приборов частого использования.

Важно: просто выбросить отработанную батарейку в мусорное ведро не правильно!

Источник

Батарейка

Батаре́йка — обиходное название источника электричества для автономного питания разнообразных устройств. Может представлять собой одиночный гальванический элемент, аккумулятор или их соединение в батарею для увеличения напряжения или ёмкости.

Содержание

Основные типоразмеры

Наиболее распространённые размеры элементов питания:

Классификация по типу электролита (упрощённая)

Классификация по типу химической реакции

См. также

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Батарейка» в других словарях:

Батарейка 4 — Батарейка 4,5 Вольта … Википедия

батарейка — и, ж. batterie f. 1. разг. То же, что батарея артиллерийская. БАС 2. 2. К постам четвертаго разряда <кордонной линии>, или батарейкам <относятся> такие, где в заведовании урядника состоит пушка и до 20 казаков. 1847. ПСЗ 2 (1 779). 3 … Исторический словарь галлицизмов русского языка

БАТАРЕЙКА — БАТАРЕЙКА, батарейки, жен. уменьш. к батарея. || Маленькая электрическая батарея для карманного фонаря. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

БАТАРЕЙКА — БАТАРЕЙКА, и, жен. 1. см. батарея 2. 2. Маленькая аккумуляторная батарея. Часы на батарейках. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Батарейка A — Батарейки А. A (также: R10, 332) типоразмер батареек и аккумуляторов. В СССР батарейки имели обозначение 332 или ФБС 0,25 (с солевым электролитом) и А332 ( … Википедия

батарейка — сущ., кол во синонимов: 2 • батарея (12) • микробатарейка (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Батарейка AA — У этого термина существуют и другие значения, см. AA. Батарейки AA … Википедия

Батарейка D — Батарейки D … Википедия

Батарейка C — Батарейки C … Википедия

батарейка — и, ж., тех. 1) Зменш. до батарея 2). 2) Джерело електричного живлення. Батарейка кишенькового ліхтарика … Український тлумачний словник

Источник