Что такое элемент питания

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

Виды батареек

Каждый человек использует электронные устройства, у которых имеется автономный источник питания. В большинстве случаев это одноразовые элементы питания, называемые батарейками.

Что такое батарейка

Батарейка – это автономный гальванический элемент питания различных устройств, работающих от электрической энергии. Принцип действия батареек основан на использовании необратимой химической реакции двух металлов (или их оксидов) в электролите, сопровождающейся появлением электродвижущей силы. Из-за необратимости проходящих в таких источниках питания реакций, связанных с образованием электроэнергии, их называют первичными.

Вторичные источники питания (аккумуляторы), работают с использованием тех же принципов действия, но с химическими веществами, которые могут восстанавливаться после заряда, что делает возможным их многократное использование.

Маркировки батареек

Согласно стандарту IEC (Международная электротехническая комиссия), маркировку гальванических источников тока делают исходя из состава электролита и активного металла, применяющихся в их конструкции.

По этой классификации существует 5 самых распространенных типов круглых (цилиндрических) батареек: солевые, щелочные, литиевые, серебряные и воздушно-цинковые. Буква R в их обозначении означает круглую форму (от английского round).

Солевые батарейки (R). Имеют катод из цинка, анод из диоксида марганца и электролит из хлоридов аммония и цинка. Они обеспечивают напряжение 1,5 вольта, имеют небольшую емкость, высокий саморазряд и низкий срок хранения (до 2-х лет). При низких температурах они неработоспособны.

Солевые батарейки самые дешевые и имеют посредственные технические характеристики. В обиходе их также называют цинк-карбоновыми и угольно-цинковыми.

Литиевая и Щелочная батарейка

Эти источники тока недороги, в обиходе их еще называют алкалиновыми и щелочно-марганцевыми.

Воздушно-цинковые элементы (PR). Имеют катод из цинка, анод из кислорода и электролит из гидроксида щелочного металла.

При хранении такие элементы нужно герметизировать для предотвращения саморазряда. При соблюдении правильных условий хранения (обеспечение герметичности) они имеют низкий саморазряд и могут храниться несколько лет.

Типы батареек по размеру и их обозначения

В настоящее время в мире очень большое распространение получила система обозначений батареек, принятая в США. Она основана на физических размерах источников питания. Далее рассматриваются самые распространенные из них.

* Технологии развиваются очень быстро из-за этого не сегодняшний день емкость может быть выше, чем указана в таблице (2018 год)

Далее будут более подробно рассмотрены типоразмеры батареек и их характеристики.

Батарейки таблетки

Это дисковые источники тока круглой формы, так же их называют монетки или кнопуи. Существует много разновидностей батареек такого типа, основными из которых являются:

Виды популярных батареек

Большую популярность, благодаря высокой емкости и удобству, применения завоевали цилиндрические батарейки. Рассмотрим самые популярные из них, имеющиеся в продаже.

AA. Это один из самых распространенных видов цилиндрических батареек на полтора вольта размером 14,5х50,5 мм. Они обозначаются по стандарту IEC как LR6 (щелочные), R6 (угольно-цинковые), FR6 (литиевые). В обиходе называются пальчиковыми.

AAA. Это очень распространенные источники тока на 1,5 вольта размером 10,5х44,5 мм. Маркируются LR03 для щелочных элементов и аналогично элементам АА для других видов батареек (R03, FR03 и так далее). В просторечии называются мизинчиковыми батарейками.

Тип C. Элементы R14 и LR14 на 1,5 вольта бывают солевыми и щелочными. В просторечии называются средними. Они имеют размер 26,2х50 мм и по длине примерно равны батарейкам АА, из-за чего иногда заменяются ими при использовании специальных накладок.

Тип D. Обозначаются LR20 (щелочные), R20 (солевые). Имеют размер 34,2х61,5 мм и большую емкость 8000-12000 мАч. В народе эти батарейки называются «большими» или «бочонками». Это самые первые батарейки на 1,5 вольта, которые начали выпускаться еще в 1898 году для фонариков.

PP3. По классификации IEC обозначаются 6LR61 (щелочные), 6F22 (солевые) и 6KR61 (литиевые). В обиходе эти батареи называются «Крона». Они имеют размеры 48,5х26,5х17,5 мм, напряжение 9v, емкость от 400 (солевые) до 1200 мАч (литиевые).

Конструктивно являются объединением в одном корпусе шести (солевых или щелочных) или трех (литиевые) элементов.

Экзотические типы батареек

A. Это солевые батарейки цилиндрической формы на полтора вольта, обозначающиеся R23 по стандарту IEC. Они имеют размер 17х50 мм и были популярны в старых моделях ноутбуков и нестандартных устройствах. В настоящее время практически не применяются.

AAAA. Это щелочные цилиндрические минибатарейки LR61 на полтора вольта размером 8,3 на 42,5 мм. Применяются в тонких фонариках (в виде ручки), глюкометрах, лазерных указках и мощных стилусах.

Тип B. Выпускаются солевые R12 и щелочные LR12 цилиндрические элементы этого типа размером 21,5х60 мм на 1,5 v. Обычно применяются в фонариках.

Тип F. Эти полторавольтовые источники питания обозначаются L25 и LR25. Они имеют емкость от 10,5 (солевые) до 26 (щелочные) А/ч. Имеют размер 33х91 мм.

Тип N. Батарейки R1 и LR1 имеют емкость 400-1000 мАч, вольтаж – 1,5 вольта, размер 12х30,2 мм.

1/2AA. Обозначаются CR14250 для литий-диоксидмарганцевых (Li‑MnO2) на 3 вольта и ER14250 для литий-тионилхлоридных (Li‑SOCl2) батареек на 3,6 вольта. Имеют размеры 14х25 мм.

R10. Это элементы питания на полтора вольта, которые выпускались в СССР под маркировкой 332. Имеют размер 21х37 мм. В настоящее время они выпускаются очень ограниченно.

Существуют батареи с маркировкой 2R10 размерами 21,8х74,6 мм на 3 вольта, называемые Duplex из-за того, что они внутри содержат два последовательно соединенных элемента R10 по 1,5 вольта.

A23. Это щелочная батарея (по классификации IEC — 8LR932) на 12 v размером 10,3х28,5 мм. Обычно состоит из 8 элементов LR932, соединенных последовательно. Применяется для изделий, управляющихся по радио.

A23 и A27

A27. Это щелочная батарея (по классификации IEC — 8LR732) на 12 v размером 8х28,2 мм. Обычно состоит из 8 элементов LR632, соединенных последовательно. Применяется для изделий, управляющихся по радио, электрозажигалках и электронных сигаретах.

Широкое распространение в различных устройствах также имеют плоские батареи на 4,5 и 9 вольт.

3336. По стандартам IEC обозначаются 3LR12 (щелочные), 3R12 (солевые) В обиходе имеют название «квадратные». Они выпускаются с 1901 года для фонариков. Имеют напряжение 4,5 вольта, емкость от 1200 до 6100 мАч, размер 67х62х22 мм. Конструктивно представляют собой 3 последовательно соединенных элемента R12, объединенных в одном корпусе.

Большое обилие источников питания, имеющихся в продаже, позволяет с легкостью подобрать необходимую батарейку для каждого конкретного случая. При этом лучше ориентироваться на известные бренды, которые выпускают продукцию хорошего качества, стоящую потраченных денег.

Если Вы обнаружили, что какой-то батарейки не хватает, то напишите пожалуйста ее маркировку в комментариях и мы ее обязвтельно добавим.

Источник

Батарейки и элементы питания. Принцип действия

Сложно представить современную жизнь без батареек. Они есть везде и получили широкое распространение, поскольку дают нам с вами возможность брать с собой энергию. И пусть, как правило, это не долговечный источник питания, но он способен нам с вами существенно упростить жизнь. Посудите сами, если бы не было бы батареек, приходилось бы включать и выключать телевизор, вставая с кровати. В отсутствии таких элементов питания, не было бы веселых детских игрушек портативных плееров. Со времён своего появления батарейки настолько эволюционировали, что появились аккумуляторы. Благодаря последним стало возможно включать зажигание автомобиля без механического раскручивания стартера. Также, благодаря им стало возможно производство мобильных телефонов, смартфонов и планшетов, без которых ни один современный человек не обходится. Давайте сегодня поговорим про батарейки, их принцип действия и начнем мы с истории.

Изобретателем, и человеком, который построил первую работающую батарейку принято считать Алессандро Вольта. Он построил так называемый «вольтов столб». Последний представлял собой ничто иное, как последовательное соединение гальванических элементов, которое могло выдавать постоянный ток. Что такое гальванический элемент? Это электрохимический элемент, способный выдавать постоянное напряжение. Названы они так в честь итальянского физиолога Луиджи Гальвани. Гальванические элементы основаны на химической реакции двух металлов и их оксидов с электролитом, в результате которой в замкнутой цепи появляется цепь электрического тока.

Современные батарейки ушли далеко вперёд. Они способны выдавать гораздо больше энергии и более длительное время, при меньших размерах. Батарейкой в обиходе, как правило называют одиночный гальванический элемент. Хотя это не совсем правильно. Батарея или батарейка — это последовательное соединение нескольких гальванических элементов. Типичным примером батарей является автомобильный аккумулятор, который в зависимости от потребностей машины состоит из шести или двенадцати гальванических элементов. Давайте поподробнее разберёмся в химической реакции, которая происходит в щелочной батарейке. На самом деле это несложный химический процесс: батарейка состоит из трёх основных элементов — двух электродов и электролита. В электролит добавляют специальные загустители для того, чтобы он попросту не вытекал из элемента питания. Анод, как правило делается из порошкового цинка с латунным сердечником, выведенным на дно батарейки, то есть к минусу. Катод выполнен из порошкового диоксида марганца, с добавлением угольного порошка. Угольный порошок способствует лучшей проводимости.

Катод и анод в батарейке находится в виде пасты. Катодную массу прессуют изнутри к внешнему корпусу батарейки. В середине находится анод, из которого выходит латунный сердечник. Последний соединяет анодную пасту с дном батарейки. Важно! Анодная паста не соединяется с плюсом батарейки. Для того, чтобы анодная и катодная пасты не смешивались, между ними кладут нетканый материал, вымоченный в электролите. Тем самым в батарейке начинается несложная химическая реакция. В анодной пасте начинает происходить окисление цинка, которое генерирует поток электронов и ионов. В катодной пасте происходит наоборот. Вместо разрушительной реакции, в момент разрядки происходит восстановление гидроксида марганца до метагидроксида. Хотя не будем вдаваться в химические дебри, так как это достаточно сложно. Скажу просто, процесс восстановления помогает забрать избыточные ионы, и на выходе мы получаем стабильное напряжение. Важно знать, что любой гальванический элемент выдаёт строго постоянный ток, так как он всегда направлен от плюса к минусу и не имеет синусоиды изменений.

Давайте коротко поговорим об аккумуляторных батареях. Они бывают разными по своему составу. Разница между аккумулятором и батарейкой в том, что в аккумуляторе при разрядке происходят обратные реакции. Проще всего это объяснить на примере автомобильного свинцового аккумулятора. При разрядке такого аккумулятора на катоде происходит восстановление диоксида свинца. На аноде в этот момент происходит окисление свинца. Обе эти реакции обратимые, и при зарядке происходит совершенно противоположный процесс. Так устроены все аккумуляторы, вопрос только в размерах, составе и конструкции. Но фундаментальная суть, повторяюсь одна, все аккумуляторы построены на обратимых реакциях. Например, аккумулятор мобильного телефона использует тот же принцип, но в нем содержится литий вместо свинца.

Существует так же литиевые одноразовые батарейки. Они стоят достаточно дорого, но у них есть масса плюсов. Во-первых, они обладают максимальной мощностью на единицу веса. Во-вторых, они работают гораздо дольше, нежели солевые или щелочные батарейки. В-третьих, литиевые батарейки имеют гораздо больший срок годности. Он составляет от десяти до двенадцати лет, в тот момент, как щелочные могут храниться только 5‒7 лет. Литиевые батарейки имеют схожую с щелочными конструкцию. Так что подробно на ней останавливаться не будем.

Последнее, о чем успеем поговорить сегодня — сахарные батареи. На данный момент — это лишь разработка, никакого практического применения она пока не имеет, хотя довольно успешно проходила испытания. Принцип такой батареи заключается в реакции полисахаридов, полученных из крахмала с уксусом. Конечно, это очень грубое описание происходящего в батарее, но зато понятное. В такой батарее самая высокая плотность энергии. К тому же, такие батарейки, как правило имеют возможность перезарядки, а значит из можно использовать достаточно долго. Но самая классная фишка сахарных аккумуляторов и батарей в другом, они полностью биоразлагаемы. Это значит, что такие батареи, в отличии от щелочных можно просто выкидывать, они не угрожают окружающей среде.

Сегодня мы с вами поговорили о большом количестве разнообразных батареек и разобрались с их принципом действия. Но осталось несколько вопросов которые мы с вами не решили. Например, как подобрать правильные батарейки? Или какой формы выпуска они бывают? Так что ждём вас в следующий раз, на этом же месте в тоже время. До новых встреч.

Источник