Термин «батарейка» из книги по электротехнике – это источник электрического тока, в котором соединены несколько электрохимических элементов. В результате химического процесса, протекающего в «теле», образуется электроэнергия. В быту батарейками называют все, что дает постоянный ток, то есть способно запитать или зарядить электронное устройство. Источники питания не подзаряжаются, соответственно, они не вечны. Рассмотрим устройство батарейки, по какому принципу она работает и каких видов бывает.
Принцип работы
Придя в магазин, на полках обнаруживаются сотни разных источников питания. Они различаются техническими характеристиками, но их объединяет принцип работы. У каждой батарейки есть полюса «плюс», «минус» и электролит в виде жидкого или сухого вещества – это основные элементы. Электроэнергия перемещается от «+» к «-».
Катоды, обозначаемые как «минус», работают как восстановители – к ним приходит энергия от анода. В ходе химической реакции образуются ионы, которые внутри батарейки перемещаются в специальной среде – электролите. По ходу службы источника питания в нем образуются другие вещества, а также деформируются электроды – он садится.
Это и есть принцип работы классической батарейки. Процессы, протекающие в ней, необратимы. Это говорит о том, что перезарядить источник питания не получится.
Разновидности батареек
Выделяют несколько основных видов, разница между которыми – в материалах, используемых для производства, и таких компонентах как электролит, анод и катод.
Виды батареек:
- солевые. Материал – пассивный уголь и двуокись марганца, электролит – аммоний, катод – цинковый. Когда источник питания не «работает», он восстанавливается – выравнивает неоднородности электролита, что продлевает срок эксплуатации. Стоят недорого, но характерны невысокой емкостью;
- щелочные (алкалиновые). В отличие от солевых источников питания, здесь электролит – щелочной. Такие батарейки особенно популярны среди производителей электронных устройств. Долго служат, на их электродах практически не меняется напряжение, но по цене дороже солевых;
- литиевые. Распространенный сегодня вариант, где катод состоит из лития и используется органический электролит. Преимущества литиевых батареек: широкий диапазон рабочих температур, высокая плотность энергии, могут долго храниться. Недостаток разве что высокая цена;
- ртутные. Анод – цинк, катод – оксид ртути. Между веществами сепаратор и диафрагма, пропитанные электролитом – гидроксидом калия. Такой источник питания может работать как аккумулятор, но емкость по ходу эксплуатации будет снижаться. Преимущества: стабильное напряжение, емкость и плотность энергии. Минусы: цена и ртуть в составе – токсичное вещество;
- серебряные. Электролит – гидроксид калия или натрия. По свойствам батарейка аналогична ртутной, но не токсична и дольше хранится.
Состав – не единственный классификатор. Источники питания также различаются формой, габаритами и пр.
Особенности устройства разных видов батареек
От размеров и формы изделия зависят его конструкционные особенности. Рассмотрим, какие встречаются батарейки.
Цилиндрические
Имеют вытянутый корпус и, как правило, металлическую оболочку, скрывающую внутренние детали. Сразу за «изоляцией» идет слой токопроводящего металла (в солевых источниках питания это цинк). Он соединяется с «минусом».
В центре корпуса батарейки находится графитовый стержень – положительный вывод. В ходе эксплуатации на одну из сторон надевается защитный колпачок, уберегающий от повреждений. Между стержнем и минусовой оболочкой помещен электролит и смесь для деполяризации.
Для удобства маркируются:
- A23 – мини-мизинчиковые;
- AA – пальчиковые;
- ААА – мизинчиковые.
Параметр напряжения – до 6 В.
Квадратные
Батарейки в форме кирпичика, выдающие до 9 В напряжения, но используемые довольно редко. Также их называют «крона».
Дороже младших собратьев, массивнее. Есть солевые и щелочные модели. Особенность – в корпусе размещено 6 компактных источников питания по 1.5 В. Каждое отдельное изделие работает по аналогии с пальчиковой или другой батареей.
Материалом корпуса обычно выступает металл, в редких случаях прочный пластик. Выводы «+» и «-» находятся на одной из плоских сторон, сделанной из диэлектрика.
Выбирая такой элемент питания, необходимо смотреть на размеры, так как одинаковые модели, но разных производителей, могут отличаться на 1 – 2 мм. Причина – разная толщина оболочки, уберегающей от повреждений.
Встречаются элементы питания с надписью на корпусе «Rechargeable». Это значит, что батарейку можно зарядить, подключив к специальному зарядному устройству.
Дисковые
Эти источники питания еще называют «таблетками» или «дисками». Сами они маленькие, и используется в компактных приборах и девайсах – наручных часах, настольных весах, фонариках и т.д. Напряжение дисковых батареек не превышает 3 В.
Ассортимент широкий, и подбирая замену, необходимо отталкиваться от прибора, для которого она берется. Как минимум, учитывают габариты установочного места.
Устройство батареи телефона
Батарея, то есть аккумулятор смартфона – элемент, накапливающий запас энергии, необходимый для работоспособности гаджета в течение часов.
Во многих мобильниках стоят литий-ионные (Li-ion) АКБ, состоящие из двух ключевых частей: пары электродов и электролита. Электроды делают из разных материалов – лития, графита и т.д., и все они подразумевают работу с литием в основе.
Литий – активный метал, то есть он вступает в реакцию с остальными элементами. В чистом виде он настолько активен, что воспламеняется на воздухе, поэтому в батареях смартфонов применяются более безопасную версию – литий оксид-кобальта.
Между двумя электродами расположен электролит – обычно жидкое вещество, пропускающее ток. Когда аккумулятор заряжен, молекулы литий оксид-кобальта задерживают электроны, и высвобождают – когда телефоном пользуются.
Li-ion аккумуляторы наиболее распространены, так как при компактных размерах вмещают большой заряд. А для их «восстановления» достаточно подключить зарядное устройство для смартфона.
Примерный химический состав всех батареек
Чаще всего встречаются такие элементы как: никель, кадмий, свинец, литий, ртуть, цинк, марганец, железо, алюминий. Вещества могут комбинироваться, но все одновременно не используются никогда.
Батарейки – источники питания, используемые для работы разнообразных устройств. Подбирая замену, необходимо отталкиваться от параметров прибора-потребителя. Разновидностей немало, у каждой свои особенности. Производители внедряют новые технологии, чтобы сделать элементы питания безопаснее как для человека, так и для окружающей среды.
