Виды и типы батареек

Существует множество полезных приборов и устройств, которые берут энергию для функционирования не из сети, а от батареек разных типов. Такие компактные источники питания отличаются друг от друга габаритами, емкостью, химическим составом и напряжением. Доступность, компактность и низкая стоимость делают данные изделия очень популярными во всем мире.

История гальванических элементов питания начинается еще в конце XVIII века, когда идею итальянского врача и физика Луиджи Гальвани стал развивать его земляк, ученый Алессандро Вольта. Во второй половине XIX века французский химик Жорж Лекланше и немецкий ученый Карл Гасснер изобрели жидкостный и сухой элементы, что легло в основу современных батареек.

Уже в середине XX века появились первые миниатюрные батарейки для часов и слуховых аппаратов, а также никель-кадмиевые аккумуляторные источники питания. В 1992 компания Energizer выпускает первую литиевую батарейку АА, а в 2000 году начинает использовать титан для повышения уровня надежности и эффективности продукции.

Конструкция и принцип действия

Конструкция батарейки любого типа включает в себя три важных элемента:

• катод – как правило, изготавливается из оксидов разных металлов;
• анод – чаще всего выполняется из металлов;
• электролит – состав раствора зависит от материалов, из которых выполнены электроды.

Некоторые виды батареек используют корпус в качестве анода, в то время как катод представлен в виде внутреннего стержня. Анод также может быть выполнен в форме порошка, пропитанного электролитом, а катод может представлять собой смесь двуокисей разных металлов. Эти смеси могут быть разделены диафрагмой или сепаратором. Положительный и отрицательный полюсы в таком случае расположены на противоположных концах устройства.

Принцип работы таких компактных источников электрического тока достаточно прост. Посредством реакций, протекающих между электродами, которые погружены в жидкий электролит, образуется разница потенциалов, а иначе говоря – напряжение. Если пояснять более подробно, то анод окисляется, а катод восстанавливается. Этот процесс будет происходить вплоть до полного окисления металла (разрушение электрода), после чего заряд батареи иссякает и восстановить его уже невозможно.

Аналогичные изделия аккумуляторного типа могут подзаряжаться несколько раз (около 1000 циклов), продолжая служить надежным источником электроэнергии. Это обусловлено тем, что в конструкции таких изделий используются жидкости иного состава, а катоды и аноды изготовлены из других материалов, которые позволяют при помощи обратного тока очищать электроды от окислов и слоев солей.

Классификация, недостатки и преимущества

В зависимости от состава электролита и металлов, из которых изготавливаются электроды, принято различать несколько разновидностей элементов питания:

• солевые батарейки (хлорно-цинковые и угольно-цинковые);
• ртутные источники питания (из-за вредности ртути и высокой цены почти не производятся);
• щелочные батарейки (алкалиновые);
• серебряные аналоги;
• литиевые батарейки;
• воздушно-цинковые.

Солевые изделия (маркировка R) являются самым доступным типом батареек, которые к тому же обладают малым весом и даже могут подзаряжаться после разряда (хотя официально производители не дают рекомендаций к таким мерам). Среди недостатков стоит отметить неспособность держать большую нагрузку, проблемы с герметичностью корпуса, а также резкое снижение емкости солевой батарейки на морозе или в конце допустимого срока хранения.

Батарейки щелочного типа (обозначаются буквами LR) отличаются невосприимчивостью к перепадам температур, повышенной емкостью, длительным сроком службы и крепким корпусом, исключающим утечку электролита. По сравнению с солевыми аналогами можно выделить несколько недостатков:

• саморазряд;
• больший вес;
• более высокая стоимость.

Ртутные батарейки, представленные, как правило, в форме таблетки, обладают свойством аккумулятора, отличаются повышенной емкостью, более стабильным напряжением, стойкостью к перепадам температур и высокой энергетической плотностью. Однако и минусы существенны, поскольку такие устройства обладают токсичностью, стоят гораздо дороже алкалиновых или солевых аналогов, а также требуют специальной утилизации.

Литиевые батарейки (маркировка CR) привлекают своим длительным сроком хранения (до 12 лет), малым весом при высокой емкости и впечатляющей энергетической плотности, а также стабильностью напряжения. Минус у таких батареек только один – относительно высокая стоимость.

Серебряные компактные источники питания (SR), также представленные в форме таблетки, являются самыми дорогостоящими аналогами на мировом рынке, но они не обладают токсичностью, в сравнении с ртутными элементами питания. Другие преимущества:

• очень долгий срок службы;
• высокая энергетическая плотность;
• длительный срок хранения и стабильное напряжение.

Воздушно-цинковые аналоги (обозначаются буквами PR), использующие в качестве электролита гидроксид кальция, отличаются большим количеством энергии и экологической чистотой, что позволяет использовать их в медицине. Чаще всего такие батарейки имеют таблеточную, дискообразную, кнопочную или призматическую форму. Существенным недостатком является то, что эксплуатировать данные элементы питания необходимо в помещении, поскольку они обладают высокой чувствительностью к погодным условиям.

В зависимости от технологии компактные батарейки аккумуляторного типа можно разделить на три группы:

• никель-кадмиевые – обеспечивают надежное питание под большой нагрузкой, отличаются термостойкостью, но обладают вредным воздействием на окружающую среду;
• литий-ионные – привлекают большой емкостью при малых габаритах, возможностью работы с разными токами, а также крайне низким током саморазряда и сохранением выходного напряжения, но отличаются высокой чувствительностью к полному разряду и изменению токов;
• никель-металлгидридные – улучшенная версия никель-кадмиевых аккумуляторов, которые экологически безопасны и не подвержены эффекту памяти, но имеют сильный саморазряд и малый срок эксплуатации.

Маркировка и применение

Виды батареек по размерам:

• мини-мизинчиковые – А (23);
• пальчиковые – AA (03);
• мизинчиковые батарейки – AAA (6);
• малые мизинчиковые – AAAA (40);
• средняя – С (14);
• большая («бочка») – D (20);
• крона – PP3.

Батарейки круглой формы могут иметь различные габариты, не подчиняющиеся единому стандарту, поскольку использование таких изделий ограничено крайне узким кругом устройств. Среди известных зарубежных производителей выделяют: GP, Energizer, Varta, Panasonic, Kodak, Ikea и Duracell. Российские производители: «Фотон», «Энергия», «ССК», «Космос», «Эрголюкс», «Литоех» и «Трофи».

Существующие разновидности батареек предназначаются для низких, средних и значительных нагрузок (от 0,01 до 0,2 А). Такие устройства активно применяются в различных приборах и аппаратах:

• настенные, напольные или ручные часы;
• видеокамеры, фотоаппараты и фотоэкспонометры;
• пульты ДУ, магнитофоны, диктофоны и CD-плееры;
• игрушки, инструменты и фонарики;
• слуховые аппараты и кардиостимуляторы;
• электронные книги, телефоны и весы;
• приборы ночного видения, платы, компьютерные мышки;
• радиоаппаратура, военное и космическое оборудование;
• прочие радиоуправляемые устройства.

Советы по выбору, переработка и утилизация

Выбирая источники питания, следует учитывать такие характеристики, как срок годности, напряжение, типоразмер, тип электролита, производственная технология, а также надежность производителя. Стоимость, само собой будет играть немаловажную роль. Если товары приобретаются для хранения с целью использования спустя неопределенное время, рекомендуется учитывать, что со временем некоторые элементы питания могут потерять около 30% от начальной емкости.

Во избежание путаницы следует знать, что зарубежные изготовители указывают последнюю дату использования батарейки, а российские производители маркируют дату изготовления товара.

Поскольку одна пальчиковая батарейка AA загрязняет до 20 квадратных метров земли вокруг себя, такие изделия необходимо утилизировать и перерабатывать специальными способами. Например, для извлечения свинца задействуется водяная пыль и каустическая сода, после чего требуется расплавить полученную пасту в специальных бункерах. Для извлечения кадмия вакуумная дистилляция, пирометаллургический или гидрометаллургический методы.

Полученные металлы повторно применяют в медицине, полиграфии, промышленности, машинном производстве и сельском хозяйстве. Существует множество пунктов приема разных видов батареек и отслуживших аккумуляторов. Информацию о таких пунктах приема можно отыскать в интернете.

Берегите планету, ставшую общим домом для миллионов уникальных организмов, среди которых человек несет самую большую ответственность за свои действия.

Другие материалы по теме

26.12.2019

Проверка микросхем мультиметром: инструкция и советы

Как проверить микросхему? Рассмотрим как проверить микросхему на исправность и работоспособность мультиметром, влияние разновидности микросхем на способы проверки.

30.03.2020

Компактные источники питания на печатную плату

Выбор ИП печатной платы напрямую влияет на ее работоспособность. Главная задача такого прибора – получить переменное напряжение от питающей сети, преобразовать его в постоянное и подать на оборудование. Если компонент выбран неверно или неисправен, он может перегореть или не справиться с входным напряжением. В худшем случае пострадает и плата – ее придется либо ремонтировать, либо выбрасывать и покупать новую.

24.08.2020

Микросборка

Микросборка (МСБ) – конструктивная составляющая радиоэлектронной аппаратуры микроминиатюрного исполнения, предназначенная для реализации определенной функции. МСБ обычно не выпускаются в качестве самостоятельных изделий, предназначенных для широкого применения.

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.