Батарейки и аккумуляторы: тип, форма, применение

Автор: trainee53 Дата: 23.05.2022 Просмотров: 5722 Комментарии : 0

Компактные устройства, которые обеспечивают работу многих приборов, есть в каждой квартире или доме. Пальчиковые, мизинчиковые, таблетки и другие батарейки нужны для того, чтобы работали прожекторы, часы, детские игрушки, тонометры, аварийные фонари и весь аккумуляторный инструмент. Они дали новые возможности пользователям, позволили выполнять множество операций без привязки к сети. На украинском рынке электромонтажного оборудования представлены различные типы батареек и аккумуляторов, на которых работают настольные лампы, светильники для наружного освещения, гаджеты и т.д.

Содержание

Батарейки и аккумуляторы – в чем разница

Устройства, работающие на батарейках или аккумуляторах, не требуют розетки. Они мобильны, поэтому очень популярны, их используют не только в быту, но и на производствах, в офисах. Использование обоих типов обусловлено тем, в каких устройствах они работают, а также их принципиальными отличиями.

Батарейки – это одноразовые элементы питания. Когда они отрабатывают свой запас энергии, то их больше не используют, изделия нуждаются в специальной утилизации.

Аккумуляторные батареи – это многоразовые источники, которые можно подзарядить после разрядки. Для зарядки используют специальное устройство.

Надо понимать отличия, потому что сегодня есть риск купить под названием батарейка перезаряжаемый аккумулятор. Различать эти два типа элементов питания достаточно сложно, ведь они очень похожи, имеют одинаковые размеры и форму. Чтобы купить то, что нужно именно вам, следует обратить внимание на один из важнейших аспектов – маркировку:

аккумуляторы подписывают rechargeable, а для батареи надпись будет другой – do not recharge;
цифровое значение рядом с аббревиатурой mAh означает перед нами аккумулятор, цифровые показатели – это емкость АКБ, для одноразовых батареек емкость не указывают;
возобновляемые источники обозначаются активным веществом в электрохимической системе – Li-Ion, Ni-Cd или Ni-Mh;
на невозобновляемых может быть надпись Alkaline (щелочной).

По размерам одно- и многоразовые изделия практически совпадают, поэтому существует большая вероятность того, что можно выбросить рабочий аккумулятор или вставить в зарядник одноразовую батарейку. Всегда нужно внимательно изучить маркировку изделия. Элементы питания, которые после использования утилизируют, имеют еще один термин – первичная батарея. Восстанавливаемые аккумуляторы с помощью зарядки называют вторичными батареями.

Как работает обычная батарейка

Электричество в обычных батареях – это следствие химической реакции. Все знают, что в структуре изделий присутствует несколько электрохимических элементов. Алессандро Вольта в 1800 г. изобрел первый в мире электрохимический источник тока, ставший прообразом современных батарей.

Структура батареи содержит три основных компонента:

анод – минус;
катод – плюс;
электролит – вещество, обеспечивающее химическую реакцию с анодом и катодом.

Эти элементы питания относят к химическим источникам тока, так как их строение и принцип работы основаны на превращении химической энергии в электрическую. При производстве первичных одноразовых батареек используют активные вещества с необратимыми внутренними процессами, поэтому их невозможно перезарядить. Аккумуляторы в своей структуре содержат восстанавливаемые при зарядке компоненты.

Как работает батарейка? Рассмотрим на примере щелочного типа. Работа этого источника питания основывается на окислительно-восстановительной реакции, проходящей между цинком и диоксидом марганца. В металлическом корпусе содержится катодная паста – это диоксид марганца и графита. Смесь цинка и щелочного электролита – анодная паста. Обе пасты разделены сепаратором, чтобы исключить смешение реагентов. Сепаратор нужен, чтобы не произошла нейтрализация заряда.

Прокладка изолирует никелированный стальной стакан от стальной тарелки, препятствуя тем самым короткому замыканию. Кроме этого, прокладка сдерживает давление газа, которое в незначительном количестве образуется при химической реакции. Также в батарейках используют защитную мембрану, которая предотвращает разгерметизацию элемента и утечку электролита. Электролит разъедает некоторые материалы, одежду, может привести к ожогам, при попадании на контакты вызывает коррозию.

Батарейка АА 1,5 В – купить в магазине Брилле

При взаимодействии анода со щелочной средой происходит растворение цинкового корпуса. В результате окисления цинка образуется цинкат, насыщающий электролит, затем – разложение на оксид цинка и воду. После этого вблизи анода возникает избыток отрицательных электронов. Небольшого количества электролита достаточно для работы батарейки. Когда она разряжается, происходит восстановление диоксида марганца до метагидроксида марганца. Если по батарее постучать, то диоксид марганца начнет растворяться, так она может еще немного поработать.

Типы батареек по электрохимической схеме

В зависимости от электрохимической схемы различают:

солевые – появились первыми, они уступают новым образцам, имеют низкую емкость и быстрый саморазряд, срок годности – до 3 лет, при хранении теряют емкость на 30%;
щелочные или их еще называют алкалиновыми – обозначают надписью Alkaline, хорошо известны потребителям, характеризуются пониженным уровнем разряда, имеют большой энергоресурс. Стоят дороже солевых. Прекрасно работают при низких температурах, герметичны, что делает невозможным вытекание электролита. Срок годности – до 5 лет;
ртутные и серебряные – у ртутных: анод – цинк, окись ртути – катод. Такие элементы могут работать по принципу аккумулятора и восстанавливаться, но при этом снижается емкость. Характеристики серебряных и ртутных схожи. Батареи имеют высокую энергоплотность, длительный срок хранения, они энергоемкие, устойчивы к низким и высоким температурам, имеют длительное время хранения. Минусы ртутных источников – токсичность ртути, специальная утилизация, высокая цена. Минусы серебряных – высокая цена, выдерживают только 100 циклов перезарядки;
литиевые – новейший вариант, прекрасные технические характеристики – высокая плотность заряда, малый вес, компактные габариты, самые популярные сегодня. Срок хранения – до 10-12 лет. Более дорогие, чем солевые и щелочные.

Важно! Батарейки, исчерпавшие свой ресурс работы, следует извлечь из электроприборов. Длительное хранение электрических устройств с источником питания может вывести технику из строя.

Батарейки щелочные ААА в магазине Брилле

Особенности работы аккумуляторов

Химическая реакция между анодом и катодом в АКБ происходит, когда они соединены в цепь. В результате реакции электроны протекают через цепь и обратно в катод, где происходит другая химическая реакция. Когда материал катода и анода расходуется или больше не может использоваться в реакции, АКБ не производит электроэнергию, она разрядилась.

Самыми популярными аккумуляторными батареями считаются:

никель-кадмиевые – недорогие, проверенные временем, хорошо переносят низкие температуры, могут работать при -50 °C. Долговечные – срок эксплуатации до 10 лет. В своем составе содержат токсичный кадмий (тяжелый металл); достаточно большой саморазряд – до 10 % в первый месяц хранения, а также эффект запоминания. Если какая-то часть емкости остается неиспользованной, то АКБ и в последующих циклах не будет ее использовать;
никель-металлогидридные – почти без эффекта запоминания, имеют большую емкость, нетоксичны. Без использования быстро разряжаются;
литий-ионные – появились в 90-х, имеют наибольшую энергоемкость, длительный срок эксплуатации, характеризующиеся низким саморазрядом. Боятся низких температур, имеют высокие цены. По активному веществу, которое производители применяли в электрохимической схеме, выделяют несколько типов литиевых аккумуляторов: литий-кобальтовые, литий-марганцевые, литий-железо-фосфатные, литий-полимерные и другие.

Литий-ионные АКБ

В состав Li-Ion батареи входят: катод и анод, сепаратор и электролит (проводник). Катод – это оксид металла, анод – ячеистый углерод или графит. При разряде аккумулятора ионы проходят от анода к катоду, во время заряда – в противоположном направлении.

Литий-ионные аккумуляторы обладают прекрасными техническими характеристиками:

высокой энергетической плотностью;
низким саморазрядом (от 5 до 10% в год);
большим количеством циклов заряда/разряда (1000-5000);
возможностью быстрой подзарядки (заряжание 15 минут обеспечивает 1 час работы);
широким температурным диапазоном (от 0 до +60°С).

Li-Ion АКБ не обладают эффектом памяти. После подзарядки не полностью разрядившегося аккумулятора во время следующего разряда устройство отдаст всю энергию, а не только ту часть, что в предыдущем цикле.

Литий-полимерные (Li-Pol) – самые прогрессивные аккумуляторные батареи. Они изготовлены из сухого полимерного электролита, благодаря чему могут принимать разную форму. Они более безопасны в использовании. Высокие характеристики удельной емкости и энергетической плотности, медленное старение, отсутствие эффекта памяти – главные плюсы аккумуляторов. Из минусов – высокая цена, плохо переносят морозы. LiMnO2 (марганцевые) отличаются невысокой стоимостью длительным сроком эксплуатации – 5 лет (до 1000 циклов заряда).

Типы батареек и аккумуляторов по форме и размеру

Первичные и вторичные элементы питания могут иметь круглую, цилиндрическую и прямоугольную форму. Типоразмеры каждого вида утверждены международной системой. По общим стандартам цилиндрические элементы могут иметь следующие размеры:

длина – 50,5 мм, диаметр – 14,5 мм – пальчиковые АА;
длина – 44 мм, диаметр – 11 мм – мизинчиковые AAA;
длина – 43 мм, диаметр – 8,3 мм – мини АААА;
длина – 50 мм, диаметр – 26,2 мм – батарейки типа С;
длина – 61 мм, диаметр – 34,2 мм – D;
длина – 34,5 мм, диаметр – 17 мм – CR123;
серия высокоточных аккумуляторных батарей 14500, 16340, 18650, 26650 для лодок, велосипедов, самокатов и т.д. Первые две цифры названия – диаметр, последние – длину.

Среди прямоугольных элементов самые популярные кроны со стандартными размерами 48,5×26,5×17,5 мм. Прямоугольные батареи выпускают с напряжением 9 В, аккумуляторы – 8,4 В.

Круглые батарейки называют таблетками они маркируются:

миниатюрные CR2016, CR2025, CR2032 – литиевые источники питания. Первая цифра – диаметр, далее – высота;
LR41 – одноразовые батарейки, диаметр – 7,9 мм, высота – 3,6 мм;
LR44 — не восстанавливающиеся щелочные батарейки, диаметр – 11,6 мм, толщина – 5,4 мм.

Дверные звонки. Типы, принцип действия, подключение
Подробнее

Напряжение и емкость

Напряжение зависит от типа батареи. Если взять пальчиковые источники питания, то они имеют примерно такое напряжение:

солевые – 1,2 В и 1,5 В;
щелочные – 1,5 В;
литиевые – 3 В.

Прямоугольные батарейки кроны выпускают с напряжением 4,5 В и 9 В. Круглые таблетки – 1,2, 1,5 и 3 В.

От емкости батареи зависит время ее работы. Сам термин емкость означает определенное количество электроэнергии, которое элемент питания отдает во внешнюю цепь при номинальном токе. Срок эксплуатации батареи зависит от состояния заряженности, температуры среды и режима использования.

Также следует учесть саморазряд элемента питания, который происходит со дня его изготовления и проходит до истечения срока работы. Причиной самопроизвольной потери емкости батареи являются химические реакции внутри устройства. При хранении батарея может потерять до 30% емкости. Перепады температур усиливают саморазряд.

Сфера применения

Чтобы правильно выбрать батарейку, необходимо знать, что для устройств с высокими нагрузками солевые батарейки не подходят. Их не берут для цифровых фотоаппаратов со вспышкой и мощных фонарей. Уровень их емкости позволяет использовать эти батареи в электронных термометрах, весах, пультах дистанционного управления, часах, тестерах.

Щелочные батарейки подойдут для приборов со средней нагрузкой. Это детские игрушки, компьютерные мышки, фонарики и светильники. Щелочные элементы питания имеют большую емкость, поэтому обеспечат долгое время работы электроприборов. Ртутные батарейки постепенно снимают с производства из-за их токсичности. Серебряные не имеют массового использования из-за высоких цен. Спросом пользуются только малоразмерные серебряные батарейки для слуховых аппаратов и дорогих наручных часов.

Наиболее популярны сегодня литий-ионные батарейки и аккумуляторы. Они используются в телефонах, планшетах, видеокамерах, ноутбуках, настольных лампах, цифровых фотоаппаратах, электросамокатах и электромобилях. Эти элементы питания обладают высокими техническими характеристиками и большим сроком эксплуатации. Чтобы литий-ионные аккумуляторы работали долго, нужно:

избегать глубокой разрядки;
следить за температурным режимом – высокие и низкие температуры действуют на них отрицательно;
пользоваться только «родным» зарядным устройством;
своевременно отсоединять зарядник.

Купить качественные батарейки и аккумуляторы всегда можно в сети магазинов Брилле. Квалифицированные специалисты помогут сделать правильный выбор, а экспертные статьи блога позволят получить больше информации при выборе светотехники и электрооборудования.