Быт человека плотно связан с использованием электронных устройств. Последние работают от шнура, питаясь от электросети, но есть и портативные изделия, беспроводные. Им требуется источник питания – это может быть перезаряжаемый аккумулятор или обычные одноразовые батарейки. Потребителей энергии множество, и они работают от батареек, различающихся формой и характеристиками. В продаже есть сотни разновидностей элементов питания, поэтому не лишним будет знать их классификацию.
Классификация батареек по размеру
Размеры и форма (типоразмер) различны, и по этому признаку легче всего различать изделия. При этом химический состав может быть одним и тем же. Виды батареек по размеру:
- А. Цилиндрической формы изделие, имеющее высоту 50 мм (вместе с контактной поверхностью) и диаметр 17 мм. Сегодня практически не используется;
- АА. Тоже в форме цилиндра, другое название – «пальчиковая». Высота – 50.5 мм, диаметр – 14.5 мм. Применяется для питания: пультов дистанционного управления, фототехники, фонарей, других осветительных приборов и пр.;
- ААА. Может называться «мизинчиковая», так как по форме похожа на АА, только меньше. Высота – 44.5 мм, диаметр – 10.5 мм. Ее используют для запитки приборов с небольшим потреблением тока: пульты ДУ, игрушки, FM-радио, аудиоплееры и т.д.;
- АААА. Высота – 42.5 мм, диаметр – 8.3 мм. Встречается нечасто, в основном в устройствах с небольшим потреблением тока, например, планшетных стилусах;
- B. Высота – 60 мм, диаметр – 21.5 мм. Применяется в дозиметрах, приборах химической разведки. В быту не актуальна;
- C. «Дюймовочка» или «эска», высотой 50 мм и диаметром 26 мм. В СССР обозначалась как 343. Этот типоразмер подходит для питания: игрушек, фонариков, FM-радио, музыкальных инструментов и т.д.;
- D. Популярная во времена СССР «бочка», высота которой – 61.5 мм, а диаметр – 34.2 мм. Ею запитывали: магнитолы, рации, счетчики Гейгера, фонари, часы, вольтметры и пр.;
- N. Высота – 30.2 мм, диаметр – 12 мм. Применяется для: лазерных указок, микрофонов, дверных звонков;
- 1/2АА. Вдвое укороченная пальчиковая батарейка. Высота – 25 мм, диаметр – 14.5 мм;
- Крона. Обычно это элемент питания, состоящий из 6 других батареек, например, размера АААА. Характерная черта – напряжение 9 В.
Есть еще миниатюрные элементы питания, диаметр которых – 4.8 – 11.6 мм, а высота – до 5.4 мм. Из-за приплюснутой формы пошло название «таблетка» или «монетка». Обычно применяются в наручных часах и других компактных устройствах.
Распределение по форме
Наиболее распространены цилиндрические батарейки, но не реже встречаются дисковые изделия. Классификация по форме такова:
- R. От английского слова «Round» – круглый элемент. Это цилиндрические модели и «таблетки»;
- P. Не круглые, встречаются редко;
- F. Плоские, имеющие послойное построение;
- S. Выглядят как прямоугольная или призматическая площадка.
Какие-то изделия есть в каждом магазине, а другие приходится поискать. Несмотря на изобилие вариантов, классифицируются они по стандартам. АА, ААА, B, C – американский стандарт, более привычный, поэтому обычно придерживаются его.
Классификация по химическому составу
Конструкция батарейки включает анод (положительный полюс, обозначаемый как +), катод (отрицательный полюс -), и электролит между ними, обычно в сухом виде. Электричество идет от «минуса» к «плюсу», но для этого требуется нагрузка между ними. Если ее не будет – не будет и тока. Характеристика мощности, напряжения, срок службы зависят от состава элемента питания, и того, насколько качественные применены материалы.
По химическому составу есть разные типы батареек, но наиболее распространены солевые и щелочные.
Солевые
Первые такие разновидности появились в 20-х годах ХХ века, их выпускала компания Eveready.
Электролит, то есть токопроводящее вещество, состоит из хлорида аммония и цинка. Отрицательный полюс, которому отведена большая площадь изделия, сделан из цинка. Токопроводящее вещество – хлорид аммония, по консистенции схожий со сметаной. В конструкции таких батареек предусмотрен угольный стержень, обработанный специальным раствором. В народе их еще называют угольно-цинковыми или цинк-карбоновыми. Встречаются источники питания с электродами из оксида марганца – они популярны за счет сравнительно низкой цены.
Напряжение солевых батареек – 1.5 В. Емкостью похвастаться не могут, характерны высоким саморазрядом и малым сроком службы, составляющим пару лет. Плохо работают при низких температурах, могут «потечь», зато дешевые.
Солевые источники питания обычно применяют для питания устройств, не требующих большой мощности: пульты ДУ, часы, FM-приемники.
Алкалиновые (щелочные)
Гальванические элементы этого типа впервые появились в 1964 году. Их тогда выпускала фирма Duracell.
Если рассматривать все химические источники питания, алкалиновые сейчас наиболее востребованы. Материалом катода служит цинк, а анода – двуокись марганца. Электролит щелочной – гидроксид калия (гелеобразная субстанция).
Если сравнивать с солевыми изделиями, алкалиновые характерны повышенной энергоемкостью и способны работать при минусовых температурах, вплоть до -20°. Срок их хранения – 7 – 10 лет, чего можно добиться за счет низкого саморазряда. Параметр напряжения – 1.5 В. По цене немного дороже солевых. Встречаются подзаряжаемые разновидности.
Щелочные элементы применяют для устройств со средним или высоким потреблением тока: в фототехнике, аудиоплеерах, детских игрушках.
Никель-кадмиевые (Ni-Cd)
Изобретены в конце 19 века в Швеции инженером Вальдемаром Юнгнером.
Это аккумуляторные источники питания, с анодом из гидрата закиси кадмия, и катодом из гидрата закиси никеля. Электролитом служит гидроокись калия, куда добавляется LiOH (гидроксид лития). По форме бывают плоские, кубические, цилиндрические, обязательно с герметичным корпусом.
Напряжение составляет около 1.35 В. Срок их эксплуатации – от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки (зависит от конструкции, качества примененных материалов, режима работы). Ламельные никель-кадмиевые АКБ, используемые в промышленности, работают по 20 – 25 лет. Как и никель-солевые, допускают хранение в разряженном виде. Особенность – низкое сопротивление, поэтому в ходе зарядки, даже большими токами, не греется. Нагреваться начинает только когда полностью восстановит заряд.
Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются редко из экологических соображений, и то преимущественно там, где другие системы не подходят. Обычно это питание устройств, характерных большими разрядными и зарядными токами.
Плюсы:
- диапазон рабочей температуры – от -50 до +40°;
- долго хранятся разряженными;
- срок службы;
- стабильно работают на морозе, без снижения энергоемкости (до разумных пределов);
- безопасны при разгерметизации, по крайней мере не загораются, как литиевые;
- доступность.
Минусы:
- высокий саморазряд (одни модели за сутки теряют 10%, другие столько же за месяц);
- если долго хранятся без работы, восстанавливать заряд надо по определенному алгоритму;
- из-за «эффекта памяти» требуют полной разрядки;
- в сравнении с другими АКБ низкая энергоемкость.
Кадмий является ядовитым материалом, поэтому в некоторых странах действует запрет на изготовление Ni-Cd аккумуляторов. Утилизировать отработанные изделия запрещено – их сдают в специальные пункты для последующей переработки.
Никель-металл-гидридные (Ni-Mh)
Также аккумуляторные батареи, востребованные в тех сферах, где требуется длительное сохранение заряда. Популярны за счет высокой энергоемкости и экологичности материалов, что упрощает утилизацию.
Катод – оксид никеля, анод – водородный металлогидридный электрод. Их начали разрабатывать в середине ХХ века, в качестве замены никель-кадмиевых АКБ. Сегодня сплавы и металлы совершенствуются, и современные Ni-Mh аккумуляторы выдерживают до 2000 циклов зарядки-разрядки.
На рынке встречается две группы:
- 1500 – емкость 3000 мАч. Для приборов с высоким расходом энергии за короткий промежуток времени: фототехники, аудиоплееров и прочих гаджетов;
- 300 – 1000 мАч. Для тех устройств, где энергия расходуется после временного интервала: игрушки, рации, навигаторы и другие приборы, работающие автономно.
Служат в среднем 1 – 5 лет. Характеристика саморазряда составляет 30% в месяц, что довольно большой показатель, причем в условиях комнатной температуры. Рабочая температура – от -20 до +60°.
Плюсы:
- экологичность (меньше вредных веществ в конструкции, чем у аналогов);
- повышенная энергоемкость;
- без «эффекта памяти» (не требуют полной разрядки).
Минусы:
- после 300 циклов зарядки-разрядки падает емкость;
- могут загореться;
- увеличенный саморазряд.
Лучше всего такие АКБ себя зарекомендовали для устройств с большим потреблением энергии за короткий промежуток времени.
Литий-ионные (Li-Ion)
Катод – литий, анод – диоксид марганца, монофторид углерода или другие материалы. Электролит – органический.
Особенности этих элементов: повышенная энергоемкость, сроки хранения, достигающие 12 лет, малый вес, стабильное напряжение.
Литиевые батареи применяются в мощных приборах с продолжительной работой: фотоаппаратура, портативные колонки, медицинское оборудование, смартфоны и т.д.
Также встречаются йодно-литиевые элементы, в которых литий служит восстановителем, а йод окислителем. Это мощные батарейки, долго хранящиеся и медленно разряжающиеся.
Еще к литиевым относят изделия, имеющие твердый катод. Материал анода в таком случае – сульфиды и оксиды металлов. Электролитом служат солевые растворы. Емкие, работающие в широком диапазоне температур батарейки, но дорогие.
Плюсы:
- компактные;
- разный параметр напряжения;
- сроки хранения;
- устойчивы к перепадам температур.
Их недостаток – высокая цена.
Особые типы батареек
В сети есть таблица, где представлены все разновидности источников питания, которых куда больше, чем обозначено в статье. К тому же, технологии развиваются, появляются новые решения.
Какие еще батарейки можно встретить:
- серебряные (SR). Их катод сделан из цинка, анод – из оксида серебра. Электролит – гидроксид щелочной металл. Параметр напряжения – 1.55 В, емкость высокая, саморазряд низкий, сроки хранения достигают 10 лет. Способны работать при температуре до -30°. Более известны как серебряно-цинковые, а применяются обычно в наручных часах;
- воздушно-цинковые (PR). Катод – цинк, анод – кислород, электролит – гидроксид щелочной металл. В плане экологичности наиболее чистые, поэтому нашли применение в медицинской сфере. Служат, правда, всего несколько недель после вскрытия упаковки. Емкость – в 2 – 3 раза превышает литий-ионные аналоги, температура эксплуатации – от -20 до +35°, напряжение – 1.2 – 1.4 В;
- ртутные. В 1980-х годах устанавливались в фотоаппараты и военные приборы. Ртутно-цинковый источник может быть и аккумулятором. Со временем качество только росло – в электроды начали добавлять гидроксид магния и серебряный порошок. Но ртутные батарейки токсичны, поэтому сейчас их не производят.
С появлением батареек жизнь человека стала проще, ведь они позволяют запитать устройства, которые используются ежедневно. Доступно немало видов и размеров гальванических элементов, и подобрать нужный не составит труда. Рекомендуется брать продукцию известных компаний, которые дорожат своей репутацией.
