Что входит в состав батарейки

Батарея (фр. batterie ) — два или более соединённых параллельно или последовательно электрических элементов. Обычно под этим термином подразумевается соединение электрохимических источников электроэнергии/электрического тока (гальванических элементов, аккумуляторов, топливных элементов).

В электротехнике источники электроэнергии (гальванические элементы, аккумулятор), термоэлементы или фотоэлементы соединяют в батарею, чтобы получить напряжение, снимаемое с батареи (при последовательном соединении), силу тока или ёмкость (при параллельном соединении), образованного источника больше, чем может дать один элемент.

Прародителем батареи последовательно соединённых электрохимических элементов можно считать вольтов столб, изобретённый Алессандро Вольта в 1800 году, состоящий из последовательно соединённых медно-цинковых гальванических элементов.

Батарейкой в обиходе обычно не совсем корректно называют одиночные гальванические элементы (например, типа АА), которые обычно в источниках питания устройств соединяются в батарею для получения необходимого напряжения.

Батареей называют и цепь, содержащую только пассивные электрические элементы: резисторы (для увеличения рассеиваемой мощности или изменения сопротивления), конденсаторы (для увеличения ёмкости или увеличения рабочего напряжения), изменения ёмкости. Такие устройства, снабжённые элементами коммутации — переключателями, гнёздами и т. п. часто называют магазинами (магазин сопротивлений, магазин ёмкостей).

Содержание

Конструкция [ править | править код ]

Международные универсальные коды переработки батарей и аккумуляторов

Аккумуляторная батарея конструктивно выполняется, как правило, в едином корпусе в котором находятся несколько соединённых электрически аккумуляторных элементов. Наружу корпуса выведены обычно 2 контакта для подсоединения к зарядному устройству и/или потребляющей цепи. Аккумуляторная батарея может иметь также вспомогательные устройства, обеспечивающие эффективность и безопасность её эксплуатации: термодатчики, электронные устройства защиты как аккумуляторных элементов, входящих в состав батареи, так и батареи в целом (например, у литий-ионного аккумулятора). Аккумуляторная батарея и батарея гальванических элементов используется в качестве источника постоянного тока.

В основном под элементами питания подразумевают химический источник тока, однако существуют элементы и батареи на иных физических принципах. Например, ядерные элементы питания на бета-распаде (так называемые бета-вольтаические элементы питания (англ.) русск. ). [1] [2]

Последовательное соединение [ править | править код ]

Чаще всего электрохимические элементы в батарее соединяются последовательно. Напряжение отдельного элемента определяется материалом его электродов и составом электролита и не может быть изменено. Последовательное соединение нескольких элементов повышает выходное электрическое напряжение батареи, причём полное напряжение батареи при последовательном соединении равно сумме напряжений всех элементов. Предельный отдаваемый ток последовательной батареи не превышает тока самого слаботочного элемента.

Недостаток последовательного соединения — неравномерность разрядки и зарядки при неоднородных элементах, входящих в батарею, при элементарном включении в цепь зарядки/разрядки, более ёмкие элементы недоразряжаются, а менее ёмкие переразряжаются. Для некоторых типов аккумуляторных элементов, например литиевых, переразряд ведёт к выходу их из строя. Поэтому батареи литиевых элементов обычно снабжаются встроенными или внешними электронными схемами управления оптимизации разряда. Аналогичные проблемы возникают при заряде батареи аккумуляторных элементов. Так, как при последовательном соединении электрический заряд, протекший через каждый элемент, равен, это ведёт к перезаряду менее ёмких элементов и недозаряду более ёмких. Ёмкость даже однотипных элементов немного разнится из-за неизбежного технологического разброса и может стать существенно разной после многократных циклов заряда/разряда. Поэтому современные батареи аккумуляторов обычно снабжаются электронными схемами оптимизации заряда.

Читайте также:  Законность установки видеонаблюдения в многоквартирном доме

Примером аккумуляторной батареи с последовательным соединением аккумуляторных элементов является любой автомобильный аккумулятор, содержащий 6 или 12 элементов.

8,4-вольтовая Ni-MH батарея типоразмера 7HR22 («Крона») из 7 последовательно соединённых миниатюрных Ni-MH аккумуляторов по 1,2 В

Устройства, не подключающиеся к электрической сети, удобны в эксплуатации. Для питания таких приборов используются различные виды батареек. Выбирают элемент, учитывая емкость, размер и некоторые другие технические характеристики.

История создания батареек

Прототип химического источника электрического напряжения появился в 1867 г. Внешний вид батареи сильно отличался от такового у более современных моделей. Компания Everedy впервые начала массовое производство элементов питания. Их использовали в угледобывающей промышленности и мореплавании.

Большой вклад в совершенствование батареек сделала американская компания Duracell, производившая небольшие и дешевые источники тока. Они имели вид цилиндра с графитовым стержнем, погруженным в оксид марганца.

До середины 20 в. конструкция батареи не менялась.

Позже были разработаны литий-ионные аккумуляторы, отличающиеся большой емкостью и возможностью перезарядки. Современные батарейки имеют разные конструкции и химические составы.

Виды батареек по химическому составу

Наиболее часто функции источников напряжения выполняют цинково-марганцевые и литиевые составы. Существуют и другие типы элементов питания.

Солевые

Изделие такого типа стоит недорого, что объясняется низкой энергоемкостью. Элемент имеет разные размеры. Принцип работы основывается на вступлении диоксида марганца в химические реакции. Цинк выступает в роли анода и корпуса. Проводит ток хлорид аммония, находящийся в распределительных отверстиях. Вещество представляет собой вязкую субстанцию. Солевые батареи используются для питания устройств, потребляющих небольшое количество энергии.

К преимуществам таких элементов относятся:

  • низкая стоимость;
  • простая конструкция;
  • удобство в применении;
  • возможность использования в бытовых условиях.

Отрицательными качествами считаются:

  • чувствительность к перепадам температур;
  • небольшой срок хранения;
  • быстрая потеря заряда;
  • невозможность повторной зарядки;
  • высокий риск утечки солевого компонента.

Серебряные элементы

Конструкция включает серебряный катод, цинковый анод и электролитный состав. Принцип действия аналогичен с таковым у ртутных элементов. Серебряные батарейки устанавливаются в наручные часы.

Их отличают такие особенности:

  • бесперебойная работа при низких температурах;
  • подача высокого напряжения;
  • увеличенная емкость.

Батарейки не утрачивают заряд при длительном хранении. Единственным недостатком считают высокую стоимость.

Щелочные или алкалиновые

Алкалиновыми называются источники, где электрическое напряжение возникает за счет преобразования вязкого гидроксида кальция. Цинковый анод пребывает в порошкообразном состоянии. Катод производится из диоксида магния. Материал устойчив к коррозии, что помогает продлить срок службы батареи.

По сравнению с солевыми элементами алкалиновые имеют большую емкость. Они могут использоваться при низкой температуре. Их применяют люди, занимающихся строительством, поиском металла, плаванием.

Ртутные батарейки

В прошлом ртутные источники питания устанавливались в фотоаппараты, космические и военные приборы. Элементы содержат ртутно-цинковый состав. Для улучшения характеристик батарейки электроды покрывают серебром и гидроксидом магния.

Изделия выделяют токсичные пары, поэтому сейчас практически не используются.

К преимуществам относят нечувствительность к изменению температур, возможность восстановления заряда. Источники выдают постоянное напряжение и служат не менее 2 лет.

Литиевые

Существует 3 разновидности литиевых батарей:

  1. С твердыми катодами.
    Эти части аккумулятора состоят из лития. В качестве анода используются сульфиды или оксиды. Напряжение достигает 1,5 В. Устройства применяются часто, что объясняется нечувствительностью к перепадам температур, высокой емкостью и низкой потерей заряда.
  2. С жидким окислителем.
    Источником напряжения является диоксид серы, погружаемый в вязкий раствор тионилхлорида. Катоды представляют собой алюминиевые пластины с углеродистым напылением. Бромид лития выступает в роли проводника электричества. При установке в мощные устройства батарея быстро разряжается. Некоторые элементы питания содержат токсичные вещества или взрываются при неправильной эксплуатации.
  3. С йодом.
    Вещество является окислителем, литий — восстановителем. Заряд сохраняется в течение длительного времени. Батарейки используются для поддержания работы кардиостимуляторов.
Читайте также:  Как крепить водосток к профнастилу

Типы батареек по размеру и форме

Существуют источники питания разных размеров и форм. Для классификации батареек используют американскую или европейскую систему. Определить тип батареи помогают специальные таблицы. Изделие помечается маркировкой в соответствии с американской системой.

Самыми востребованными являются такие батарейки:

  1. Пальчиковая (АА). Имеет форму тонкого цилиндра высотой 5 см. Если на корпусе присутствует обозначение L, источником напряжения является щелочной состав.
  2. Мизинчиковая (ААА). Представляет собой цилиндр высотой 42-44 мм. Устанавливается в детские игрушки, электронные часы и ручные фонарики.
  3. Средняя (С). Высота составляет 5 см, ширина — 2,5 см.
  4. Большая (D). Высота батарейки достигает 6 см, ширина — 3,5 см.
  5. Круглые таблетки. Диаметр составляет 5-15 мм. Источник питания выдает напряжение в 3 В.

Как выбрать батарейку?

При выборе элемента питания учитывают такие характеристики:

  1. Срок годности.
    При хранении батареи постепенно утрачивают заряд. Особенно часто такое случается с солевыми элементами. Щелочные и литиевые изделия подходят для долгого хранения.
  2. Напряжение.
    У стандартной пальчиковой батарейки этот показатель составляет 4-6 В. Таблетки выдают напряжение в 3 В. Этого хватает для нормальной работы наручных часов.
  3. Тип источника питания.
    Для поддержания работы мощных устройств используются литиевые аккумуляторы. Для пульта или настенных часов достаточно солевого элемента.
  4. Производитель.
    Не все батарейки, имеющие популярные названия, считаются качественными. При выборе источника питания предпочтение отдают маркам, имеющим положительные отзывы пользователей.

Тип батарейки указывается на корпусе.

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.

Виды

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

Солевые источники питания. К примеру, это Duracell и Energizer из США, «Орион» из России, Toshiba из Японии. К преимуществам таких элементов относится невысокая цена. Однако у них имеются существенные минусы — небольшая емкость заряда.

Щелочные или так называемые алкалайновые источники питания. В данном случае применяется щелочной электролит. Создателем данных элементов была фирма Duracell. Электрод здесь выполнен из двуокиси марганца и цинка, при этом в виде электролита применяется гидроксид калия. Данные источники питания особенно популярны среди создателей электроники. В большей части случаев на корпусе щелочного элемента питания пишется название «ALKALINE».

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.

Читайте также:  Инструкция по монтажу печи

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

Конструктивно щелочной элемент имеет общее строение с солевым. Однако главные части в нем располагаются в обратном порядке. Анод выполнен из цинка, который пропитан электролитом из щелочи. Сепаратор отделяет анод от общей электролитной массы. Вывод с «плюсом» сделан из стального никелированного элемента, вывод с «минусом» изготавливается в виде тарелки из стали.

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.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector