Виды батареек и их классификация по типам первичных химических источников тока

Всё, что нужно знать о батарейках

С приходом новых технологий, в каждом доме появились устройства, не имеющие постоянного источника питания. Поэтому прогресс привёл к появлению автономных питательных элементов – батареек.

Что такое батарейка, как она устроена. вы узнаете из предлагаемой статьи.

История создания

В 1867 году Джоржес Лекланше изобрёл первую вариацию химического источника тока. Первая батарейка сильно отличалась внешним видом по сравнению с современным аналогом.

Однако идея о накоплении электричества была представлена впервые в разработке А. Вольта, большинство людей на вопрос, о том, кто придумал батарейку, называет именно его. Компания Everedy стала первой производить автономные источники питания для шахтёров. Позже устройством начали пользоваться люди, уходившие в дальние плавания.

Большой шаг в процессе развития батареек постоянного тока сделала компания Duracell, выпускавшая дешёвые и компактные виды источника питания. В стакане из цинка помещался графитовый стержень, находящийся в оксиде марганца. До середины XX века этот тип и принцип работы батарейки  оставался неизменным.

Открытием стало изобретение литиевых аккумуляторов. В них накапливалось большее количество энергии, чем у предшественников. С течением времени источники претерпели огромное количество изменений. Имеется множество вариантов того, как устроена батарейка.

Типы источников тока

Самыми распространёнными источниками тока по химическому составу являются литиевые и марганцево-цинковые. Рассмотрим, какие бывают батарейки еще, опишем разновидности.

Современные батарейки

Источники тока с солевым электролитом

Эти элементы питания имеют невысокую стоимость. Обладают небольшой энергией, выпускается в разных вариациях размеров. Принцип работы основан на том, что цинк является не только анодом, но и корпусом. Химическое вещество, является активным. В этом типе источника используется диоксид марганца. Веществом, проводящим ток, является хлорид аммония, расположенный в отверстиях устройства по распределению энергии. Его консистенция напоминает густую сметану.

Источники тока со щелочным электролитом

В данном типе электролитом является гидроксид кальция, находящийся в виде геля. Анод состоит из цинка в форме порошка, а катод – диоксид марганца. Этот источник тока из-за своего электролита меньше подвержен коррозии, также долговечен в использовании.

Имеет большую ёмкость по сравнению с другими источниками, однако стоимость намного больше, чем у конкурентов. Также возможно использование при разных температурах. Хорошо потребляются людьми, чьи профессии связаны с поиском руд, плаванием или строительством на открытых, холодных участках.

Алкалиновая щелочная батарейка

Ртутно-цинковые источники.

Элементы питания этого типа похожи на марганцево-цинковый источник тока. В них также анодом служит цинк, а электролитом гидроксид калия. Различие лишь в том, что у предшественника катод состоит из диоксида марганца, а у ртутно-цинковых источников – ртуть в жидком виде.

Эти типы батареек применялись в медицинских приборах. Не нашли себя среди обычных людей из-за высокой стоимости. Также источники обладают маленьким количеством энергии.

Важно! Из-за ртути появляется высокая токсичность. С каждым годом увеличивается количество стран, отказывающихся от производства этих батарей.

Ртутно-кадмиевые источники.

Ещё один представитель источников, использовавших ртуть. Является самым долговечным типом. Батарея будет работать даже при — 80 градусов, а это значит, что заряд может сохраняться до 10 лет.  Не способна к саморазряду. Даже при высоких температурах вероятность его проявления составляет 1%.

Устройство батарейки похоже на подобное у ртутно-цинковых представителей, однако в кадмиевых анод состоит из кадмия. Не используется в повседневной жизни из-за высокой токсичности и высокой стоимости.  Сферами применения являются нефтегазовые устройства, двигатели летательных аппаратов, устройства, предупреждающие о тревоге и спасательные принадлежности. Производство сокращается из-за вредности.

Источники из цинка и серебра.

Этот вид обычно используют в аппаратуре, предназначенной для получения фото или видео, а также в часах и других подобных устройствах.

Они очень дороги в производстве, однако имеют высокую ёмкость и малый саморазряд. Состав батарейки таков:

  • анод представляет собой цинк;
  • катод состоит из серебра;
  • электролит — гидроксид калия или натрия.

Медно-цинковые источники.

История производства батарей этого типа началась в 90 годах 19 века. Сейчас же пользуются небольшой популярностью, из-за своей небольшой ёмкости, по сравнению с другими вариантами.

Конструкция отличается от остальных источников. Металлические или цинковые пластинки погружают в сосуд из стекла или металла, в котором содержится раствор гидроксида натрия. Своё предназначение получили на железнодорожном производстве из-за скромной цены, безотказности в работе и отсутствия саморазряда.

Воздушно-цинковые источники тока.

Применяются в повседневной жизни в домашнем помещении, так как при определённых погодных условиях возможен сбой работы. Это связано с тем, что активное вещество – воздух, зависит от влажности помещения. Из плюсов выделяют большую энергию, из-за того, что катод является нерасходуемым. Электролитом выступает гидроксид кальция.

Производится в форме двух видов.

  1. Призматическая. С большой ёмкостью до 1000 А*ч.
  2. Дисковая, или таблетка. Чаще встречаются в применении, но имеют ёмкость чуть меньше, чем у призматических.

Батарейка в виде таблетки

Литиевые источники тока с твёрдыми катодами.

Структура этого типа сильно отличается от вышеперечисленных источников. Катод состоит из лития, а анод из оксидов или сульфидов металлов. Если в вышеупомянутых источниках тока электролитом являлся гидроксид кальция или натрия, то в литиевых источниках расположены растворы солей. Напряжение не зависимо от выбора окислителя доходит до 1.5 Вольт.

Нашли своё применение из-за высокой энергии, широкого диапазона температур, при которых устройство работает без сбоев, низкого саморазряда. Однако их стоимость в несколько раз больше стоимости марганцево-цинковых первоисточников. Но при этом, один литиевый источник способен заменить несколько марганцево-цинковых. Из-за высокой ёмкости, используются в медицинских приборах или военных устройствах.

Литиевые источники тока с жидкими окислителями.

Применяется диоксид серы, находящийся в густой жидкости тионилхлорида. Катодами служат углероды, которые наносят на пластинку из алюминия, никеля или нержавеющей стали. Электролитом служит бромид лития. При высокой энергии, источник обладает быстрым разрядом, что является большим минусом использования. Рабочая температура может доходить до -60 градусов Цельсия. Также из минусов выделяют большую стоимость первоисточника, взрывоопасность и работу при высоком давлении. В некоторых вариациях присутствуют компоненты с повышенной токсичностью. Применяется в сферах, в которых человек работает при низких температурах , а также где необходима высокая удельная энергия, например космическая или военная отрасль.

Йодно-литиевые источники тока.

Источники с содержанием йода в виде окислителя, а лития в качестве восстановителя, могут сохранять заряды продолжительный период времени. Используются в кардиоустройствах, имеют низкую скорость разряда  и мощность. Производят в форме буквы D.

Виды батареек

Все источники тока подразделяются на несколько видов. Это разделение основано на многих факторах, например:

  • химические составляющие;
  • типы батареек по размеру;
  • из чего состоит батарейка;
  • как работает батарейка;
  • напряжение и др.

При выборе подходящих батареек чаще всего обращают внимание на их состав и размер. Ниже представлена подробная классификация батареек.

Виды батареек по составу

Как правило, в состав всех батареек входит анод, катод или электролит. Однако их внутреннее строение несколько сложнее. Поэтому необходимо подробно разобрать состав каждого типа батареек.

Солевые батарейки

Данный тип вошёл в массовое использование намного раньше всех других и поэтому является самым популярным. Состоят солевые батарейки из анода, катода и анодного проводника. С течением времени их состав не претерпел больших изменений. Используются они чаще всего в часах, электронных весах, пультах от телевизоров.

Плюсы солевых батареек:

  • бюджетная стоимость материалов для изготовления;
  • простое строение;
  • низкая стоимость готовой батарейки;
  • простое и удобное использование;
  • возможность использования в быту.

Минусы солевых батареек:

  • отрицательное влияние перепадов температур на качество работы;
  • хранение до двух лет;
  • быстрое разряжение;
  • повторно не заряжаются;
  • возможность протечки гальванического элемента.

Алкалиновые батарейки

В 1960-х годах начали задумываться о свойствах источников тока, полезных для потребителей. Тогда были созданы алкалиновые или щелочные батарейки. Называются они так из-за того, что входящий в состав электролит сам состоит из щелочного раствора, который позволяет улучшить срок службы и некоторые важные показатели батарейки. В состав алкалинового источника питания входит не только электролит, но и электрод, и цинковый анод. Такие батарейки обладают запасом мощности среднего уровня и сроком годности до пяти лет. Применение находят в фонарях, плеерах и радио.

Плюсы алкалиновых батареек:

  • высокий ток заряда;
  • высокий срок службы;
  • независимость работы от перепадов температур;
  • увеличенный срок годности.

Минусы алкалиновых батареек:

  • высокая стоимость;
  • большой вес;
  • возможность использования только в приборах с большим потреблением энергии.

Существуют щелочные батарейки, которые поддаются подзарядке. Заряженные изначально батарейки называются первичными источниками тока, но после первого разряжения и дальнейшей зарядки они становятся вторичными источниками. Особенностью таких батареек является высокое сопротивление, а также повышенный срок службы. Однако стоимость таких источников питания будет в несколько раз выше, чем стоимость обычных щелочных батареек.

Ртутные батарейки

В 1980-х годах ртутные батарейки были популярны в качестве источников тока для фотоаппаратов, военных приборов, космических аппаратов. В 1982 году по всему миру было распродано около одного миллиона ртутных источников.

В состав батареек данного типа входит ртутно-цинковый элемент. Он может работать в качестве аккумулятора. Для улучшения его качеств было предложено ввести  в электроды гидроксид магния и серебряный порошок. Токсичность ртутных батареек превышает норму, поэтому в 21 веке их производство запретили.

Плюсы ртутных источников тока:

  • долгая работа;
  • независимость от перепадов температур;
  • постоянное напряжение;
  • долгий срок хранения;
  • возможность перезарядки.

Минусы ртутных источников тока:

  • высокая стоимость;
  • токсичность.

Серебряные батарейки

Состоят из электролита, цинкового анода и катода из оксида серебра. Их принцип работы схож с ртутными источниками тока. Обычно серебряные батарейки используют в часах.

Плюсы серебряных источников тока:

  • возможность непрерывной работы при очень низких температурах;
  • высокая емкость;
  • срок хранения до десяти лет;
  • высокое напряжение.

Минусы у таких батареек один — высокая стоимость.

Литиевые батарейки

Литиевые батарейки изобрели совсем недавно. Они состоят из анода, вместо которого используется литий, катода и электролита. Применяются в приборах и устройствах с большим потреблением энергии.

Так, литиевые батарейки можно использовать:

  • в детских игрушках;
  • в фонарях;
  • в портативных гаджетах (колонки, плееры);
  • в медицинских устройствах ( электрокардиостимуляторы) .

Плюсы литиевых батареек:

  • небольшие размеры;
  • различные напряжения;
  • срок хранения до 8 лет;
  • независимость от перепадов температур.

Минус литиевых батареек — высокая стоимость.

Виды элементов по размеру

Разные устройства требуют использования батареек различных размеров. Существует две классификации размеров источников тока (американская и европейская). В России чаще используется европейская система.

Важно! На самом источнике ставится маркировка согласно американской системе, по которой можно определить размер батареи. Кроме того, в большинстве случаев указывается и состав источника.

Ниже представлена таблица основных размеров источников тока.

Европейская классификация Американская классификация Высота, мм Ширина, мм
Мини-мизинчиковая А23 28,9 10,5
Пальчиковая АА 50,5 14,5
Мизинчиковая ААА 44,5 10,5
Маленькая мизинчиковая АААА 42,5 8,3
Средняя С 50 26,2
Большая D 61,5 34,2
Крона PP3 48,5 26,5

 

Как выглядят пальчиковые батарейки? Они имеют цилиндрическую тонкую форму. Если присутствует обозначение L, которое означает, что батарейка щелочная. Именно эти батарейки чаще всего используются в быту.

Пальчиковая батарейка

Внимание! Пальчиковая батарейка состоит из различных элементов в зависимости от ее типа. Она может быть как солевая, так и щелочная.

Мизинчиковый источник тока. Тонкой цилиндрической формы. Используется в детских игрушках, наручных и карманных часах и фонариках.

Большая батарейка. Представлена в виде цилиндрического бочонка.

Крона. Квадратной формы. Отличается самым высоких из всех видов напряжением в 9V.

Существуют также дисковые и таблеточные батарейки, которые используются в мелкой технике. Обычно они литиевые с напряжением 3V.

Как правильно выбрать

Видов источников тока существует много, и выбрать правильный, бывает очень сложно. Чтобы определиться с выбором, необходимо обратить внимание на несколько деталей:

  • Срок хранения. Со временем любые батареи самостоятельно разряжаются. Особенно сильно это проявляется в солевых батареях. Если предполагается долгое хранение, то желательно выбрать батарейку другого вида.
  • Напряжение. Пальчиковые батарейки могут выдавать напряжение от 4 до 6V. Напряжение же других видов доходит до 3V. Если требуется батарейка в наручные часы или фонарь, то этого напряжения будет достаточно.
  • Элемент питания. Чтобы обеспечить долгую бесперебойную работу мощных энергоемких приборов, необходимо приобрести литиевую батарейку. А для таких простых приборов как настенные часы или будильники будет достаточно солевой батареи.
  • Производитель. Давно известно, что не все популярные бренды делают качественную продукцию. Однако в выборе качественного источника тока лучше отдать предпочтение известным брендам, которые гарантируют качество продукции.

В специализированных магазинах всегда присутствуют консультанты, которые помогут с выбором подходящего источника.

Правильная утилизация

На всех упаковках батареек указан значок с зачёркнутым мусорным баком, который означает, что её нельзя выбрасывать вместе с остальными отходами домашнего быта. Вред возникает из-за того химического вещества, которое содержится в батарейках .

  1. Свинец. Наносит вред нервной системе и почкам человека.
  2. Кадмий. Неблагоприятно воздействует на лёгкие и мочеполовую систему.
  3. Ртуть. Является поражающим фактором для мозга.
  4. Никель. Плохо влияет на кожный покров, вызывая дерматит.
  5. Щелочные вещества. Наносят вред слизистым оболочкам.

В результате коррозии, металлические изделия разрушаются, что приводит к вытеканию химических элементов, попадающих в землю и затем в воду. Затем люди используют ее в качестве питьевой.

Если источник тока сожгут на заводе, то произойдёт загрязнение атмосферы. Самым опасным веществом для организма является ртуть. Она имеет свойство накапливаться в тканях живых существ.

Нельзя хранить отработанные батарейки дома, так как химические элементы попадают в воздух. В настоящее время для утилизации батареек в городах стоят специальные контейнеры, в которых хранятся использованные источники тока. Они располагаются в супермаркетах, школах, общежитиях и предприятиях.  Затем их доставляют на заводы, занимающиеся переработкой батареек. Их очень мало, так как люди редко утилизируют использованный продукт в пункт приёма батареек. Они не функционируют из-за того, что не набирают необходимое число источников в день. При переработке, из вторичного сырья производят новые предметы.

Правильная утилизация также влияет на переработку вторичного сырья, а значит, меньшее количество  ресурсов будет взято из окружающей среды. Тем самым наносится меньший вред экологии. Из одной переработанной батарейки получится один грифель для карандаша. Из металлов производят столовые приборы (ножи, вилки, ложки).

Интересный факт! Щелочные батареи можно выбрасывать вместе с бытовыми отходами. Это абсолютно безопасно!

Переработка

Использованные и непригодные для работы батарейки представляют опасность, если держать их в доме. Переработка и вторичное использование аккумуляторов стало важной проблемой последних лет.  Из всего количества произведенных источников тока переработке подвергаются лишь 3%. Самое большое количество перерабатывается в Австралии — около 80%. В Америке и странах Европы 60% и 30% соответственно. В России и других развивающихся странах не особо задумываются о важности переработки, поэтому батарейки выбрасывают в контейнеры с бытовыми отходами.

Процесс переработки батарей:

  1. Сортировка гальванических элементов по составу и количеству заряда.
  2. Удаление окисления горючих материалов с помощью газовых установок.
  3. Частицы, которые появились в результате горения, удаляются, а затем выпускаются в атмосферу.
  4. Оставшиеся очищенные элементы расщепляются на кусочки и плавятся.
  5. В итоге вещества неметаллического происхождения сжигают, а оставшийся шлак удаляется.
  6. Сплавы жидкой консистенции распределяются по весу и разделяются.

Переработка в разных странах

На переработку батарей и аккумуляторов требуется в 10 раз больше энергии, чем на их производство. Чтобы этот процесс не влиял на бюджет страны, были созданы правила и сборы.

В Германии на переработку ежегодно поступает 100 тысяч тонн отходов. Страна использует метод пирометаллургической переработки. Он позволяет осуществлять переработку больших объемов материала. Однако качество переработанного сырья становится хуже.

В Европейском союзе стоимость переработки уже включена в стоимость самой батареи. Если покупатель сдаёт использованные гальванические элементы, то получает скидку на покупку новых.

Россия не занималась переработкой источников тока до 2014 года. На одном из заводов Челябинска появилась перерабатывающая линия, на которой используется гидрометаллургический метод. В 2014 году на переработку в общей сложности было отправлено около 18 тонн использованных источников тока. За 1 год завод может переработать 15 тонн отходов. При этом на восстановленный материал приходится 80% .Ранее в стране находились предприятия только для хранения использованных батарей, так как переработка стоила дорого.

 

Батарейки — это источники тока, которые значительно облегчили жизнь людей. Без их существования была бы невозможна работа устройств, используемых в повседневной жизни. Гальванические элементы существуют разных видов и размеров, поэтому каждый подберет подходящий своему случаю. Однако важно помнить о том, что батарейки очень опасны для здоровья и жизни. Необходимо научиться правильно их утилизировать и никогда не хранить в доме.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электростанция в кармане
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: