Устройство батарейки пальчиковой, круглой, кроны, телефона

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.

Работа батарейки заключается в преобразовании химической энергии в электрическую.

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.

Окисление и восстановление

Поток зарядов необходим для питания электрических устройств. Окислительно-восстановительный потенциал – это тип химической реакции, которая делает возможным этот поток. В нем есть два основных явления:

1. Атомы первого элемента окисляются, отдавая тем самым свои электроны.
2. Атомы второго элемента легко принимают электроны и восстанавливаются.

Объединение как электронно-дефицитных, так и избыточных материалов выглядит отличным способом обеспечить стабильный поток заряда. Естественно, не все элементы одинаково легко окисляются или восстанавливаются. Наиболее часто используются металлы (такие как литий, цинк, медь, свинец) и их соединения. Металлы настолько благоприятны для окислительно-восстановительных реакций, что могут подвергаться им даже в естественных условиях, что широко известно как явление коррозии.

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.

Ионная проводимость

Потенциал, создаваемый в электролитах, блокирует дальнейшую инфильтрацию цинка и утечку меди. Чтобы окислительно-восстановительная реакция продолжалась, полученный заряд должен быть несколько уравновешен, это можно сделать тремя способами.

Обе емкости с электролитом могут быть соединены с так называемым с электролитическим ключом (в смысле источником). Он заполнен ионами, которые проникают в оба электролита, восстанавливая баланс заряда. Например водный раствор соли. Анионы хлора, содержащиеся в нем, будут притягиваться к электролиту, где положительный потенциал будет увеличиваться. С другой стороны, катионы натрия будут проникать в электролит с отрицательным потенциалом.

Электролитический источник поставляет ионы, необходимые для балансировки зарядов в электролитах. Если у обоих электролитов есть общая черта, такая как наличие отрицательных ионов сульфата, они могут быть соединены с помощью специального барьера, который пропускает поток сульфата, но блокирует цинк и медь.

Подходящий барьер позволяет проходить сульфатным ионам, блокируя катионы цинка и меди. Благодаря соответствующему подбору электродов можно использовать обычный электролит.

Поток ионов в электролите необходим для дальнейшего протекания окислительно-восстановительной реакции, и какой из методов мы выберем, зависит от типа ячейки, способа ее изготовления и ее назначения.

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.

Применение

Различные виды могут применяться по-разному, зависит это от их основных конструктивных свойств и характеристик:

• Элементы питания с твердым электролитом используют в устройствах с малым значением потребляемого тока. Например, часы фонарики с малой мощностью, а также пульты дистанционного управления.
• Щелочные батарейки применяют в электротехнике с повышенным значением тока, к ним можно отнести различные камеры и магнитофоны, а также игрушки с электродвигателем.
• Источники питания с серебряными электродами способны обеспечить электроэнергией в калькуляторах, переносных инструментах и аппаратах для улучшения слуха.
• Литиевые батарейки используют в портативной электронике, где необходимо стабильное значение емкости и потребляемого тока.

Для правильного выбора элементов питания необходимо обратить внимание на следующие факторы:

1. В аппаратах и оборудовании какого вида он будет применяться.
2. Электролит какого состава используется в конструкции.
3. Стоимость батарейки, иногда более выгодно приобрести несколько дешевых, чем один очень дорогой.
4. Каждый элемент питания на корпусе имеет маркировку, по которой можно определить вид и состав источника питания.
5. Необходимо ориентироваться по условиям окружающей среды в процессе эксплуатации.
6. Рекомендуется приобретать источники питания, произведенные сравнительно недавно, так как с течением времени емкость может понижаться.
7. Перед покупкой следует обратить внимание на целостность упаковки и самого корпуса элемента.
8. Батарейка должна конструктивно соответствовать своему посадочному месту в электроприборе.

Правильный выбор и соблюдение требований к безопасной эксплуатации позволит продлить работу любого элемента питания. Для определенных видов техники необходим свой вид батарейки.

Батарейки являются незаменимыми источниками электроэнергии. Благодаря ним человек не зависит от проводов и становится более мобильным. В этой статье будет рассказано о том, из чего состоит элемент питания и в чем заключается принцип работы батареек.

Устройство батареи телефона

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.

Восстановление меди

Растворение сульфата меди в воде приведет к получению раствора, наполненного положительными ионами меди и отрицательными ионами сульфата. Помещая медную пластину в такой раствор, вызываем массовый выброс меди из раствора, технически известный как восстановление. Ионы меди начнут оседать на пластине, используя все свободные электроны на ней.

На пластине начнет накапливаться положительный заряд, а в растворе – отрицательный. Положительным ионам меди будет все труднее приближаться к пластине, и реакция со временем прекратится. Если каким-то образом не уравновесим нагрузки, дальнейшее снижение будет невозможно.

Отсутствие свободных электронов на пластине и накопление анионов в растворе препятствуют дальнейшему восстановлению. Пластина, на которой таким образом собрали положительный заряд, называется положительным электродом (катодом), а погруженный в электролит электрод образует полуячейку.

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.

Классификация

Существует множество типоразмеров, классификаций и маркировок источников тока. Неопытному человеку трудно в них разобраться. Сложность заключается еще и в том, что в мире насчитывается несколько классификаций, а на нашем рынке можно встретить разных производителей — США, Европа, Китай, отечественные компании.

Батарейки отличаются по форме. Это, пожалуй, самое первое, что бросается в глаза. Различают:

• Цилиндрические (LR03, LR6, LR14, LR20). Это пальчиковые, мизинчиковые устройства, так называемые бочонки. Они имеют вид правильного цилиндра. Их длина больше ширины. По диаметру могут быть различны.
• Дисковые (LR44, L1154). Батарейки данного вида в народе называются «таблеточными» или же «часовыми». Они сплюснутые, имеют вид диска, таблетки. По размерам могут быть разными.

Классификация буквенная возникла в США, она широко используется и на просторах постсоветских стран. Представим отличие букв и размеров в таблице:

Тип	Название	Высота, мм	Диаметр, мм
ААА	Мини-пальчиковая, мизинчиковая	44,5	10,5
АА	Пальчиковая	50,5	14,5
С	Средняя часовая	50	26,5
D	Большая часовая	61,5	34,2
1604D	Крона	67	26 на 22

Размеры варьируются в несколько миллиметров. Это связно с тем, что производитель может заключить батарейку в специальную оболочку. Она является защитой от попадания влаги или делает аккумулятор ударостойким. Если аккумулятор алкалиновый, на упаковке будет написана буква «L».

Где используются щелочные батарейки?

В быту человека окружает множество бытовых приборов, а так как батарейки выпускаются с разными ёмкостями, на этот параметр стоит обращать внимание. Ведь чем больше емкость, тем сильнее выдаваемое аккумулятором напряжение, и тем дольше он работает.

Алкалиновые элементы питания можно встретить в:

• кухонных и напольных весах;
• дистанционных пультах управления;
• часах настенных и напольных;
• детских игрушках;
• медицинских приборах (тонометры, термометры);
• устройствах медтехнической принадлежности (слуховые аппараты, инвалидные коляски, датчики);
• радиоприемниках, портативных колонках и многих других приборах.

Куда девать отработанные батарейки

Одна из проблем современной цивилизации, наряду с проблемой переработки пластмасс и прочей синтетики, утилизация батареек. Эти, с виду простые изделия, содержат в себе длинный список элементов системы Менделеева, среди которых есть довольно опасные для окружающей среды вещества. Практически в каждом магазине бытовой техники и электроники есть контейнер для батареек. Выбрасывайте отработанные и бракованные батарейки туда. Дальше они поступят на переработку и в скором времени вернутся в круговорот веществ в виде новой, работоспособной батарейки.

Все виды одноразовых элементов питания для бытовой и промышленной техники вы можете купить у нас. Мы продаем только изделия известных брендов, отличающиеся высокой емкостью и надежностью в работе. Точность размеров и указанных на корпусе параметров работы гарантируем.

Аналоги щелочных батареек и их цена

Аналогами алкалиновых источников энергии являются солевые, серебряные, ртутные и литиевые батарейки. Первые являются дешевыми, но ненадежными. Если вам нужна простая батарейка в технику, которая не потребляет много энергии, то солевым элементам питания можно отдать предпочтение.

Ртутные и серебряные батареи не получили широкого распространения. А вот литиевые аналоги — очень хороши, но их стоимость на порядок выше щелочных аккумуляторов.

Если вы ищите аналог щелочной батарейки по особому типоразмеру, то в интернете есть множество таблиц соответствий. Они помогут вам понять, какую батарейку стоит покупать, а какую нет.

Цена алкалиновых источников энергии различна и начинается от 5 рублей. Естественно, она зависит от номинальной мощности, емкости, производителя и бренда. Известными и хорошими компаниями, выпускающими батарейки, являются Sony, Duracell, Panasonic Eneloop, Varta.

Преимущества и недостатки батареек на щелочной основе

Как и каждое устройство, алкалиновые элементы питания обладают плюсами и минусами.

К преимуществам относится:

• безопасность;
• повышенная мощность (при сравнении с солевыми батарейками);
• возможность использования в различных условиях;
• низкие риски протекания и деформации корпуса;
• широкий выбор типоразмеров;
• доступная стоимость;
• долгий срок хранения и службы;
• низкий саморазряд.

К недостаткам можно отнести:

• сравнительную дороговизну качественных батареек;
• необходимость особой утилизации;
• способность к саморазряду.