Что такое элементы питания

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

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

Устройство, виды и обозначения батареек

Содержание

Как вы выбираете батарейки, например, для пульта? Чаще всего это происходит следующим образом – приходите в магазин и приобретаете любые, например, пальчиковые. Не обратив внимания на год изготовления, вы вставляете их в пульт, и он исправно «трудится» несколько недель. А потом пульт отказывается работать. Почему? Все просто – соляные батарейки теряют до 40% своей емкости в конце рабочего периода. Не учтя дату производства, вполне можно натолкнуться на просроченный элемент питания.

Как же разобраться в маркировке батареек, нюансах их выбора и устройстве? Все эти вопросы мы рассмотрим далее.

Что собой представляет батарейка?

Это компактный, независимый от электросети источник питания гальванического типа. Суть работы довольно проста: две детали из разных металлов (анод изготовлен из цинка, а катод – из меди) погружаются в жидкость – электролит. В результате протекания реакций между этими частями образуется разница потенциалов – напряжение.

Виды батареек

Все различие – в материалах, которые используются при изготовлении основных частей каждого элемента питания: катода, анода и электролита. Именно от них зависит срок службы гальванических элементов, а также их емкость. Рассмотрим подробнее, какие типы батареек существуют.

Солевые

У них электроды выполняются из оксида марганца и цинка. Кроме того, каждый из этих элементов находится в своем электролите – в обоих случаях это хлорид аммония. Контактируют катод и анод с помощью моста, который их соединяет. Чаще всего солевые питательные элементы используются в пультах, часах, игрушках для детей и др.

Преимущества соляных батареек: самая низкая стоимость среди всех элементов.

Недостатки: резкое падение напряжения во время разряжения элемента; снижение емкости на 40% в конце допустимого срока хранения, а также при нахождении на морозе.

Щелочные

Другое название – алкалиновые – от слова «alkaline». Главное конструктивное отличие от солевых – в типе применяемого электролита. В этом качестве выступает гидроксид калия. А электроды выполняются из цинка и двуокиси марганца. На сегодняшний день щелочные батарейки применяются чаще любых других гальванических элементов. Они устанавливаются в мобильные телефоны, планшеты и другое портативное оборудование.

Преимущества щелочных батареек: повышенная емкость, а значит, долгий рабочий период; невосприимчивость к перепаду температуры и ее минусовым значениям; прочный корпус, а значит, они не протекут и не испортят другие детали в устройстве; срок службы составляет до 5 лет; малый саморазряд – не более 10% к первому году.

Недостатки: саморазряд все-таки присутствует; цена намного выше по сравнению с солевыми; большая масса (в среднем превышает вес солевых на 20 – 25%).

Ртутные

Анод у элементов выполняется из цинка, а катод – из оксида ртути. Разделение этих двух электродов осуществляется с помощью диафрагмы, напитанной раствором электролита, и специального сепаратора. В роли электролита берется щелочной раствор с концентрацией 40%.

Полезно знать! Ртутные батарейки обладают свойством аккумулятора, то есть их можно подзаряжать после разрядки. Однако с увеличением числа циклов заряда–разряда емкость устройства уменьшается. Происходит из-за того, что ртуть слипается в шарики и стекает. Чтобы избежать такого явления, специалисты рекомендуют добавлять гидроксид магния в анод и порошок серебра (до 9%) – в катод.

Преимущества: главные отличия ртутных батареек от алкалиновых заключаются в более стабильном напряжении и повышенной емкости.

Недостатки: к минусам можно отнести токсичность устройств, особенно при нарушении целостности оболочки и вытекании ртути. Кроме того, их стоимость на порядок превышает цену алкалиновых. И утилизация этого вида питательных элементов затруднена.

Серебряные

У этого вида элементов материал анода – это цинк, а катода – оксид серебра. Электролитом же является щелочь, то есть гидроксид натрия или калия.

Преимущества: по многим характеристикам серебряные батарейки очень похожи на ртутные, а именно: стабильным напряжением, длительным периодом хранения, долгим сроком службы (на 40% больше, чем у литиевых устройств), а также повышенной энергетической плотностью. Однако главное отличие серебряных от ртутных заключается в большей емкости элемента на единицу веса и полным отсутствием токсичности.

Недостатки: стоимость серебряных элементов высока.

Литиевые

Имеют следующую конструкцию: катод выполнен из лития, анод – из разных материалов (оксида меди, йода, диоксида серы и т.д.). Органический электролит напитывается в диафрагму и сепаратор, функция которых заключается в разделении катода и анода.

Преимущества: отсутствие зависимости емкости от значения тока нагрузки. Это означает, что при очень больших нагрузках по току литиевые элементы продолжат функционировать существенно дольше, нежели их щелочные аналоги. Кроме того, период их хранения очень велик и составляет порядка 11 – 12 лет.

Недостатки: высокая цена.

Классификация батареек

Различаются элементы питания по нескольким главным параметрам, среди которых можно выделить форму, размеры, тип и т.д. Широко распространена система классификации США – латинскими буквами.

Обозначение батареек

Кроме типа элемента, на его корпусе имеются еще некоторые символы, которые несут полезную информацию. Обозначаются батарейки также согласно IEC – стандартам международной электрической комиссии.

К примеру, солевые обозначаются буквой «R». Цифра, которая идет вслед за буквой, характеризует размер элемента. Так, батарейка R6 – это пальчиковый элемент, а R03 – мизинчиковый. Буква «L», которая идет перед «R», говорит о том, что этот элемент щелочного типа. А маркировка 3LR14 свидетельствует, что перед вами – алкалиновая плоская. Буква «С» ставится перед «R», если нужно пояснить, что элемент – литиевый.

На примере нескольких типов элементов разберем обозначения, которые имеют батарейки по американской и международной системам.

По каким параметрам выбирать батарейки

Напряжение – значение разницы потенсиалов, которое элемент того или иного вида может обеспечить во время своей работы. Этот параметр напрямую зависит от вида самого питательного элемента. К примеру, солевые пальчиковые могут выдавать 1,2 и 1,5 В, щелочные – 1,5 В. Литиевые же рассчитаны на 3 В, однако встречаются модели и на 1,5 В. Квадратные или элементы 3336 рассчитаны на 4,5 В, а батарейки крона – на 9 В.

Емкость – одна из важнейших характеристик любого элемента. Проще говоря, это количество электроэнергии, которое находится в батарейке. Именно от емкости устройства зависит и длительность ее работы. Рассмотрим, как рассчитать теоретический период работы на наглядном примере.

У нас есть батарейка емкостью 1,2 А*ч. Ее планируется вставить в прибор с током 200 мА, то есть 0,2 А. В таком случае теоретический срок ее службы составляет 1,2 / 0,2 = 6 ч.

Следует помнить! Рассчитанный срок «жизни» батарейки не всегда соответствует реальному на 100%, так как на него влияют внешние причины, такие как: температура воздуха в помещении, реальный уровень заряда, интенсивность эксплуатации элемента и т.д.

Саморазряд – это процесс потери энергии батарейкой, который протекает со временем, постепенно. Происходит он из-за необратимых химических реакций, протекающих в элементе. Причем саморазряд больше, когда устройство не эксплуатируется – тогда он может достигать до 30% в год от общей емкости элемента (конкретная цифра зависит от типа химической системы, которая используется в батарейке). Кроме того, особенно негативно на разряд элементов влияют резкие перепады температур, а также эксплуатация на морозе.

Где используются разные виды батареек

Не всегда батарейка может подойти для питания нужного вам устройства. Чтобы избежать траты денег на приобретение лишних элементов, разберем сферу применения каждого вида.

Значение емкости солевых батареек мало – всего около 700 – 850 мА*ч, что делает их подходящими для устройств с малым потреблением энергии – для пульта ДУ, весов, часов и т. п. Солевые не годятся для работы в мощных приборах, таких как профессиональные фотоаппараты, не подходят для оборудования с электромоторами – например, некоторых игрушек для детей. Они мало подходят, например, для фонариков, плееров – всех приборов с высокой нагрузкой.

Что будет, если такую батарейку вставить, например, в фотоаппарат? Вы сможете сделать около 2 – 3 снимков – далее элемент питания просто закончится. В фонарике она проработает всего 15 – 20 минут.

Щелочные батарейки имеют емкость примерно 1500 – 3200 мА*ч, поэтому их можно использовать в оборудовании повышенного потребления энергии: фотоаппараты, плееры, телефоны и «мыши» от компьютера.

Существуют также алкалиновые батарейки с маркировкой «фото». Как понятно из названия, они предназначены для фотоаппаратов. Их конструкция продумана специально для того, чтобы максимально быстро передавать энергию устройству – это положительно сказывается на качестве полученных фотографий.

Если же вставить щелочной элемент питания в часы или пульт, то они проработают около 2 – 3 лет.

Ртутные батарейки ранее (около 25 лет назад) использовались весьма широко – в медицинской технике, например, в кардиостимуляторах, и военном оборудовании. На сегодняшний день их производят намного реже из-за их вреда для человеческого организма и сложной утилизации.

Батарейки из серебра ввиду своей высокой цены не использовались повсеместно в отличие от других видов элементов питания. Они незаменимы в устройствах, где требуются маленькие порции серебра: в компьютерных платах в вычислительном оборудовании, в дорогих наручных часах, маленьких калькуляторах и пр.

Литиевые батарейки из-за длительного срока работы применяются в мощной технике, которая потребляет большое количество электроэнергии. Именно поэтому такие элементы питания предпочтительны в медицинском, компьютерном оборудовании, а также в военной и авиационной отрасли.

После ознакомления с самой важной информацией по маркировке и устройству батареек вы без проблем сможете выбрать и купить батарейку как для своего фотоаппарата, так и для часов в квартиру. Если вы сомневаетесь с подходящей моделью, то позвоните по телефону, указанному на сайте. Менеджер сделает индивидуальный подбор товара и оформит заказ.

Источник