Батарейки та акумулятори: тип, форма, застосування

Компактні пристрої, які забезпечують роботу багатьох електроприладів, є в кожній квартирі чи будинку. Пальчикові, мізинчикові, таблетки та інші батарейки потрібні для того, щоб працювали прожектори, годинники, дитячі іграшки, тонометри, аварійні ліхтарі й весь акумуляторний інструмент. Вони дали нові можливості користувачам, дозволили виконувати безліч операцій без прив’язки до електромережі. На українському ринку електромонтажного обладнання представлені різні типи батарейок та акумуляторів, на яких працюють настільні лампи, світильники для зовнішнього освітлення, гаджети тощо.

Содержание

• Батарейки и аккумуляторы – в чем разница
• Как работает обычная батарейка
• Типы батареек по электрохимической схеме
• Особенности работы аккумуляторов
• Литий-ионные АКБ
• Типы батареек и аккумуляторов по форме и размеру
• Напряжение и емкость
• Сфера применения

Батарейки и аккумуляторы – в чем разница

Пристрої, що працюють на батарейках або акумуляторах, не потребують розетки. Вони мобільні, тому дуже популярні, їх застосовують не тільки в побуті, але й на виробництвах та в офісах. Використання обох типів обумовлено тим, в яких пристроях вони працюють, а також їх принциповими відмінностями.

Батарейки – це одноразові елементи живлення. Коли вони відпрацьовують свій запас енергії, то їх більше не використовують, вироби потребують спеціальної утилізації.

Акумуляторні батареї – це багаторазові елементи живлення, які можна підзарядити після розрядки. Для зарядки використовують спеціальний пристрій.

Треба розуміти відмінності, бо сьогодні є ризик купити під назвою батарейка акумулятор, що перезаряджається. Розрізняти ці два типи елементів живлення досить складно, адже вони дуже подібні, мають однакові розміри й форму. Щоб купити те, що потрібно вам, варто звернути увагу на один з найважливіших аспектів – маркування:

• акумулятори підписують rechargeable, а для батареї напис буде іншим – do not recharge;
• цифрове значення поряд з абревіатурою mAh означає, що перед нами акумулятор, цифрові показники – це ємність АКБ, для одноразових батарейок ємність не вказують;
• відновлювальні джерела позначаються за активною речовиною в електрохімічній системі – Li-Ion, Ni-Cd чи Ni-Mh;
• на невідновлюваних може бути напис Alkaline (лужний).

За розмірами одно- й багаторазові вироби практично збігаються, тому є велика ймовірність того, що можна викинути робочий акумулятор або вставити в зарядник одноразову батарейку. Завжди потрібно пильно вивчити маркування виробу. Елементи живлення, які після використання утилізують, мають ще один термін – первинна батарея. Акумулятори, що відновлюються за допомогою зарядки, називають вторинними батареями.

Як працює звичайна батарейка

Електрика у звичайних батарейках – це наслідок хімічної реакції. Всі знають, що в структурі виробів присутні декілька електрохімічних елементів. Алессандро Вольта у 1800 р. винайшов перше у світі електрохімічне джерело струму, яке стало прообразом сучасних батарей. Структура батареї містить три основні компоненти:

• анод – мінус;
• катод – плюс;
• електроліт – речовина, що забезпечує хімічну реакцію з анодом і катодом.

Ці елементи живлення, звичайно ж, відносять до хімічних джерел струму, бо їх будова й принцип роботи основані на перетворенні хімічної енергії в електричну. При виробництві первинних одноразових батарейок використовують активні речовини з необоротними внутрішніми процесами, тому їх неможливо перезарядити. Акумулятори у своїй структурі містять відновлювані при заряджанні компоненти.

Як працює батарейка? Розглянемо на прикладі лужного типу. Робота цього джерела живлення основується на окисно-відновлювальній реакції, яка проходить між цинком та діоксидом марганцю. В металевому корпусі міститься катодна паста – це діоксид марганцю та графіту. Суміш цинку та лужного електроліту – це анодна паста. Обидві пасти розділені сепаратором, щоб виключити змішування реагентів. Сепаратор потрібен, щоб не сталася нейтралізація заряду.

Прокладка ізолює нікельовану сталеву склянку від сталевої тарілки, перешкоджаючи тим самим короткому замиканню. Крім цього, прокладка стримує тиск газу, який у незначній кількості утворюється при хімічній реакції. Також в батарейках використовують захисну мембрану, яка запобігає розгерметизації елемента та витоку електроліту. Електроліт роз’їдає деякі матеріали, одяг, може привести до опіку, при попаданні на контакти викликає корозію.

При взаємодії аноду з лужним середовищем відбувається розчинення цинкового корпусу. Внаслідок окислення цинку утворюється цинкат, який насичує електроліт, потім – розкладання на оксид цинку і воду. Після цього поблизу анода виникає надлишок негативних електронів. Невеликої кількості електроліту вистачає для роботи батарейки. Коли вона розряджається, то відбувається відновлення діоксиду марганцю до метагідроксиду марганцю. Якщо по батарейці постукати, то діоксид марганцю почне розчинятися, так вона може ще трохи попрацювати.

Типи батарейок за електрохімічною схемою

Залежно від електрохімічної схеми розрізняють:

• сольові – з'явилися першими, вони поступаються новітнім зразкам, мають низьку ємність та швидкий саморозряд, термін придатності – до 3 років, при зберіганні втрачають ємність на 30%;
• лужні або їх ще називають алкаліновими – позначають написом Alkaline, гарно відомі споживачам, характеризуються зниженим рівнем розряду, мають великий енергоресурс. Коштують дорожче, ніж сольові. Прекрасно працюють при низьких температурах, герметичні, що унеможливлює витікання електроліту. Термін придатності – до 5 років;
• ртутні та срібні – у ртутних: анод – цинк, окис ртуті – катод. Такі елементи можуть працювати за принципом акумулятора й відновлюватися, але при цьому знижується ємність. Характеристики срібних та ртутних подібні. Батареї мають високу енергощільність, тривалий термін зберігання, вони енергомісткі, стійкі до низьких та високих температур, мають тривалий час зберігання. Мінуси ртутних джерел – отруйність ртуті, спеціальна утилізація, висока ціна. Мінуси срібних – висока ціна, витримують тільки 100 циклів перезаряджень;
• літієві – найновіший варіант, прекрасні технічні характеристики – ​​висока щільність заряду, мала вага, компактні габарити, найпопулярніші сьогодні. Термін зберігання – до 10-12 років. Дорожчі, ніж сольові та лужні.

Важливо! Батарейки, які вже вичерпали свій ресурс роботи, слід вийняти з електроприладів. Тривале зберігання електричних пристроїв з джерелом живлення може вивести техніку з ладу.

Особливості роботи акумуляторів

Хімічна реакція між анодом і катодом в АКБ відбувається, коли вони з’єднані в ланцюг. Внаслідок реакції електрони протікають через ланцюг і назад у катод, де відбувається інша хімічна реакція. Коли матеріал катода або анода витрачається або більше не може використовуватися в реакції, АКБ не виробляти електроенергію, вона розрядилась.

Найпопулярнішими акумуляторними батареями вважаються:

• нікель-кадмієві – недорогі, перевірені часом, гарно переносять низькі температури, можуть працювати при -50 °C. Довговічні – термін експлуатації до 10 років. Але у своєму складі містять токсичний кадмій (важкий метал); мають досить великий саморозряд – до 10 % в перший місяць зберігання, а також ефект запам’ятовування. Якщо якась частина ємності лишається невикористаною, то АКБ і в наступних циклах не буде її використовувати;
• нікель-металогідридні – майже без ефекту запам’ятовування, мають велику ємність, нетоксичні. Без використання швидко розряджаються;
• літій-іонні – з'явилися в 90-х, мають найбільшу енергоємність, тривалий термін експлуатації, характеризуються низьким саморозрядом. Бояться низьких температур, мають високі ціни. За активною речовиною, яку виробники застосовували в електрохімічній схемі, виділяють кілька типів літієвих акумуляторів: літій-кобальтові, літій-марганцеві, літій-залізо-фосфатні, літій-полімерні та ін.

Літій-іонні АКБ

До складу Li-Ion батарея входять: катод та анод, сепаратор та електроліт (провідник). Катод – це оксид металу, анод – пористий вуглець чи графіт. При розряді акумулятора іони проходять від анода до катода, під час заряду – у протилежному напрямі.

Літій-іонні акумулятори мають прекрасні технічні характеристики:

• високу енергетичну щільність;
• низький саморозряд (від 5 до 10% на рік);
• велику кількість циклів заряду/розряду (1000-5000);
• можливістю швидкої підзарядки (заряджання 15 хвилин забезпечує 1 годину роботи);
• широким температурним діапазоном (від 0 до +60 ° С).

Li-Ion АКБ не мають ефекту пам'яті. Після підзарядки акумулятора, що не повністю розрядився, під час наступного розряду пристрій віддасть всю енергію, а не тільки ту частину, що в попередньому циклі.

Літій-полімерні (Li-Pol) – найпрогресивніші акумуляторні батареї. Вони виготовлені з сухого полімерного електроліту, завдяки чому можуть приймати різну форму. Вони безпечніші у використанні. Високі показники питомої ємності та енергетичної щільності, повільне старіння, відсутність ефекту пам'яті – основні плюси акумуляторів. З мінусів – висока ціна, погано переносять морози. LiMnO2 (марганцеві) відрізняються невисокою вартістю тривалим терміном експлуатації – 5 років (до 1000 циклів заряду).

Типи батарейок та акумуляторів за формою і розміром

Первинні й вторинні елементи живлення можуть мати круглу, циліндричну та прямокутну форму. Типорозміри кожного виду затверджені міжнародною системою. За загальними стандартами циліндричні елементи можуть мати такі розміри:

• довжина – 50,5 мм, діаметр – 14,5 мм – пальчикові АА;
• довжина – 44 мм, діаметр – 11 мм – мізинчикові ААА;
• довжина – 43 мм, діаметр – 8,3 мм – міні АААА;
• довжина – 50 мм, діаметр – 26,2 мм – батарейки типу С;
• довжина – 61 мм, діаметр – 34,2 мм – D.
• довжина – 34,5 мм, діаметр – 17 мм – CR123;
• серія високострумових акумуляторних батарей 14500, 16340, 18650, 26650 для човнів, велосипедів, самокатів та ін. Перші дві цифри назви – діаметр, останні – довжину.

Серед прямокутних елементів найпопулярніші крони зі стандартними розмірами 48,5 × 26,5 × 17,5 мм. Прямокутні батарейки випускають з напругою 9 В, акумулятори – 8,4 В.

Круглі батарейки називають таблетками вони маркуються:

• мініатюрні CR2016, CR2025, CR2032 – літієві джерела живлення. Перша цифра – діаметр, далі – висота;
• LR41 – одноразові батарейки, діаметр – 7,9 мм, висота – 3,6 мм;
• LR44 — лужні батарейки, які не відновлюються, діаметр – 11,6 мм, товщина – 5,4 мм.

Дверні дзвінки Типи, принцип дії, підключення
Докладніше

Напруга та ємність

Напруга залежить від типу батарейки. Якщо взяти пальчикові джерела живлення, то вони мають приблизно таку напругу:

• сольові – 1,2 В та 1,5 В;
• лужні – 1,5 В;
• літієві – 3 В.

Прямокутні батарейки крони випускають з напругою 4,5 В і 9 В. Круглі таблетки – 1,2, 1,5 і 3 В.

Від ємності батареї залежить час її роботи. Сам термін ємність означає певну кількість електроенергії, яку елемент живлення віддає у зовнішній ланцюг при номінальному струмі. Термін експлуатації батареї залежить від стану її зарядженості, температури середовища та режиму використання.

Також треба зауважити саморозряд елементу живлення, який відбувається з дня його виготовлення і проходить до закінчення терміну роботи. Причиною мимовільної втрати ємності батарейки є хімічні реакції всередині пристрою. При зберіганні батарейка може втратити до 30 % своєї ємності. Перепади температур посилюють саморозряд.

Сфера застосування

Щоб правильно вибрати батарейку, потрібно знати, що для пристроїв з високими навантаженнями сольові батарейки не підходять. Їх не беруть для цифрових фотоапаратів зі спалахом та потужних ліхтарів. Рівень їх ємності дозволяє використовувати ці елементи живлення в електронних термометрах, вагах, пультах дистанційного керування, годинниках, тестерах.

Лужні батарейки підійдуть для приладів з середнім навантаженням. Це дитячі іграшки, комп’ютерні мишки, ліхтарики та світильники. Лужні елементи живлення мають більшу ємність, тому забезпечать довгий час роботи електроприладів. Ртутні батарейки поступово знімають з виробництва через їхню токсичність. Срібні не мають масового використання через високі ціни. Попит мають тільки малорозмірні срібні батарейки для слухових апаратів та дорогих наручних годинників.

Найпопулярнішими сьогодні є літій-іоннні батарейки й акумулятори. Вони використовуються в телефонах, планшетах, відеокамерах, ноутбуках, настільних лампах, цифрових фотоапаратах, електросамокатах та електромобілях. Ці елементи живлення мають високі технічні характеристики й великий термін експлуатації. Щоб літій-іонні акумулятори працювали довго потрібно:

• уникати глибокого розрядження;
• слідкувати за температурним режимом – високі й низькі температури діють на них негативно;
• користуватися тільки своїм зарядним пристроєм;
• вчасно від’єднувати зарядник.

Купити якісні батарейки та акумулятори завжди можна мережі магазинів Брілле. Кваліфіковані спеціалісти допоможуть зробити правильний вибір, а експертні статті блогу дозволять отримати більше інформації при виборі світлотехніки та електрообладнання.