Как выбрать батарейку?

В наши дни, батарейка один из самых распространенных источников питания для мелкой техники и электроники. Батарейки используются в огромном количестве электронных устройств: в часах, фонарике, детской игрушке, фотоаппарате, пульте дистанционного управления, компьютерной мыши, и много где еще и, практически каждый человек время от времени сталкивается с необходимостью их приобретения и замены. Но далеко не каждый из нас, покупая новую батарейку, делает это осознанно, т.е. со знанием того, какая батарейка в данном случае подойдет лучше и прослужит дольше.

Чаще всего у неосведомленного в вопросе выбора батареек человека возникают следующие проблемы: батарейки почему-то работают слишком короткое время, тогда как ожидалось, что они будут работать намного дольше, они плохо "держат" напряжение, текут и портят аппаратуру. Виноватых обычно ищут где-то на стороне, редко допуская, что в случившемся есть доля собственной вины. Возможно, батарейка «cдохла» потому, что ваш выбор был неверен. Возможно, вы просто не вполне четко представляли себе ее особенности и не знали, чего от таких элементов требовать. Возможно, в подобных условиях эксплуатации данная батарейка и обязана вести себя так, как она повела.

Для выбора "правильной" батарейки нужны некоторые специальные знания. Предлагаемая вашему вниманию статья поможет получить такие знания. В ней вы найдете все, что нужно знать о батарейка и том, как правильно выбрать батарейку.
Как правильно выбрать батарейку?

Попробуем во всем разобраться и ответить на эти вопросы.

ЧТО ТАКОЕ БАТАРЕЙКА И ПРИНЦИПА ЕЕ ДЕЙСТВИЯ

Батарейка – это гальванический элемент, представляющий собой компактный автономный источник постоянного тока.

Существует два типа автономных источников постоянного тока: первичные – однократного использования, не предназначенные для перезарядки, и вторичные – перезаряжаемые.

Батарейка – это, первичный источник постоянного тока.
Как выбрать батарейку

Принцип действия батарейки прост, он был описан итальянским физиком Аллесандро Вольтом еще в 1782 году, на примере созданного им гальванического элемента с цинковым анодом и медным катодом погруженными в раствор серной кислоты. Суть его заключается в возникновении разницы потенциалов двух металлов погруженных в электролит .

В данной статье мы не станем вдаваться в сущность физико-химических процессов происходящих между компонентами гальванического элемента – об этом известно из школьного курса физики.

Перейдем сразу к истории создания и развития батареек.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ БАТАРЕЕК
Как выбрать батарейку

Появились батарейки достаточно давно. Официальной датой создания первой батарейки принято считать 1867 год. Создателем первой батарейкой был французский инженер Джорджес Лекланше (Georges Leclanché) .

В отличие от рассматриваемого в учебниках простейшего гальванического элемента Вольта, в батарейке Leclanché использовалась более совершенная схема, электроды из других металлов, другой электролит.


Пионером производства батареек для использования в коммерческих целях стала американская компания Eveready. Батарейка Eveready Dry Cell представляла собой «сухой» марганцево-цинковых гальванический элемент  и лишь отдаленно походила на современные батарейки. Первые созданные тогда еще экспериментальные партии батареек Eveready поступили на рынок в 1898 году и задумывались как источник питания для радиоприемников, но позднее они также стали востребованы и в горной промышленности, в автомобилестроении, на флоте и еще чуть позднее, в делающей свои первые шаги авиации.

В 1920-х годах, монополия Eveready закончилась, на американском ранке появилась компания «Duracell», которой было налажено крупное производство батареек. К тому времени батарейки уже достаточно широко использовались в разного рода портативных электротехнических устройствах и потребность в них росла.

Батарейка «Duracell» представляла собой, цинковый стаканчик, обернутый кабельной бумагой на которой были напечатаны основные технические данные. Внутри цинкового стаканчика размещался графитный электрод с латунным колпачком. Вокруг графитного электрода располагался оксид марганца. Пространство между оксидом марганца и стенками цинкового стаканчика заполнялось электролитом, абсорбируемым активным материалом сепаратора.

Положительным полюсом батарейки был латунный колпачок графитного стержня, отрицательным – донышко цинкового стаканчика.

Примечание. Иногда, из-за наличия в схеме графитного электрода марганцево-цинковые батарейки иногда называют угольно-цинковыми.

Еще недавно, всего несколько десятков лет назад, подобные батарейки массово выпускались во многих странах мира и были широко распространены, в том числе и в СССР. Люди среднего возраста наверняка хорошо их помнят (элемент 373, элемент 316) .
Как выбрать батарейку

Основным достоинством таких батареек была низкая цена.

Недостатки: малая емкость, ненадежная конструкция (цинковый стаканчик в процессе работы разрушался, и электролит через бумажную оболочку протекал в батарейный отсек), малый срок службы и малый срок хранения (от 9 до 12 месяцев).

За более чем вековую историю своего существования, простые марганцево-цинковые (угольно-цинковые) батарейки значительно усовершенствовались и сегодня уже практически не встречаются. Им на смену пришли другие более совершенные, емкие и надежные батарейки.

Так же, наряду с марганцево-цинковыми батарейками, появились другие, виды батареек.

ВИДЫ БАТАРЕЕК

На виды батарейки делятся в зависимости от того, какие материалы используются для изготовления их активных компонентов (анод, катод, электролит).

Из всех видов батареек можно выделить пять наиболее широко применяющихся видов:

    солевые батарейки;
    щелочные батарейки;
    ртутные батарейки;
    серебряные батарейки;
    литиевые батарейки.

Каждый из вышеперечисленных видов батареек имеет свои особенности, преимущества, недостатки.

Рассмотрим их несколько подробнее.

Солевые батарейки

Солевые батарейки появились во второй половине ХХ века и стали следующим этапом развития уже описанных нами марганцево-цинковых батареек.
Как выбрать батарейку

Примером первых таких батареек могут служить: американские Energizer и Duracell; японские Sony UM-3 и Toshiba; отечественные «Орион», элемент 336 .

От простых угольно-цинковой батареек LeClanche первые солевые батарейки отличались как внешним видом (конструкция батарейки стала более надежной; появился наружный металлический корпус; положительный вывод стал герметичным; между цинковым стаканчиком и наружным корпусом появилась особая прокладка), так и технологией изготовления внутреннего наполнения (в соответствие с технологией изготовления обновленной батарейки, в ней, в качестве электролита, стал использоваться более эффективный раствор хлорида аммония; каждый из электродов батарейки помещается в отдельный электролит, соединенный с другим электролитом солевым мостом; осуществлялась более плотная набивка активных материалов).

Достоинством первых солевых батареек были: увеличенная примерно на 30% емкость; невысокая цена. Недостатки: малый срок службы, малый срок хранения (12-18 месяцев).

Современных солевые батарейки мало чем отличаются от своих первых образцов – их электроды изготавливаются из оксида марганца и цинка, каждый из электродов помещен в свой отдельный электролит, в качестве электролита выступает раствор хлорида аммония, между собой электролиты соединены солевым мостом. Основное их отличие в том, что со временем они стали еще более емкими и срок их хранения повысился до 24 месяцев.

Достоинства: низкая цена (из всех существующих батареек, солевые батарейки самые дешевые).

Недостатки: трудно различать разновидности по символической или словесной информации; сильное снижение напряжения в течение разряда; в конце гарантированного периода хранения потеря емкости достигает 30-40%; при низких температурах окружающей среды их емкость стремится к нулю.

Отличить солевую батарейку можно по надписям на корпусе: General Purpose, Special Power, Extra Power, Long Life, Heavy Duty, Extra Heavy Duty, Super Heavy Duty, др. , на которые можно не обращать никакого внимания, т.к. они чаще всего являются маркетинговым трюком и к емкости, а следовательно и продолжительности работы батарейки не имеют никакого отношения.

Щелочные (алкалайновые) батарейки

Щелочные, или как их еще часто называют, алкалайновые батарейки (от англ. alkaline) появились в 1964 году.

Создателем первых щелочных батареек так же является компания Duracell.

Свое название данный вид батареек получили по природе электролита. В их химической системе, электроды изготавливают из двуокиси марганца и цинка, а в качестве электролита используют гидроксид калия (KOH).

Сегодня щелочные батарейки очень популярны среди разработчиков портативной электротехники и используются в большинстве электронных устройств, являясь самыми распространенными в мире.

Отличить щелочную батарейку можно по надписям на корпусе "ALKALINE".

Достоинства: большая емкость, а значит и более длительный срок службы; лучше работают при низких температурах; обладают хорошей герметичность (вероятность протечки меньше); могут храниться дольше солевых элементов (до 5 лет); скорость саморазряда у них ниже (после года хранения при комнатной температуре потери емкости не превышают 10%).

Недостатки: спадающая кривая разряда; более высокая цена и большая, чем у солевых батареек, масса (на 15-25%).

Отличить щелочную батарейку можно по надписям на корпусе "ALKALINE".

Ртутные батарейки

Ртутная батарейка – гальванический элемент, в котором анодом является цинк, катодом – оксид ртути. Анод и катод разделены сепаратором и диафрагмой, пропитанной электролитом – 40% раствором щелочи (гидроксида калия на адсорбенте).

Примечание. Отдельно следует указать на то, что ртутно-цинковый элемент может быть обратим, то есть способен работать как аккумулятор. Однако при циклировании (заряд-разряд) наблюдается деградация элемента и уменьшение его емкости. Это связано в основном со стеканием и слипанием ртути в крупные капли при разряде и с ростом дендритов цинка при заряде. Для уменьшения этих явлений предложено вводить в цинковый электрод гидроокись магния, а в окисно-ртутный электрод вводить тонкий порошок серебра (до 9 %), и частично заменять графит карбином.

От алколайновых, ртутные батарейки отличаются большим постоянством напряжения, более высокой емкостью и энергоплотностью, а так же, более высокой стоимостью.

Достоинства: постоянство напряжения, высокая энергоемкость и энергоплотность, устойчивость к высоким и низким температурам, продолжительный срок хранения.

Недостатки: высокая стоимость, токсичность ртути при нарушении герметичности, проблемы сбора и безопасной утилизации.

Серебряные батарейки

Серебряная батарейка – гальванический элемент, в котором анодом является цинк, катодом – оксид серебра. В качестве электролита в такой батарейке используется щелочь: гидроксида натрия (NaOH) или гидроксид калия (KOH).

Батарейки, созданные по серебряно-цинковой схеме по своим эксплуатационным характеристикам во многом сходны с ртутными батарейками. Они, так же как и ртутные батареи обладают постоянство напряжения, высокой плотностью энергии, способны храниться продолжительное время но, в отличие от ртутно-цинковых систем, серебряные батареи обладают большей емкостью на единицу массы и не токсичны.

Достоинства: постоянство напряжения, высокая энергоемкость и энергоплотность, устойчивость к высоким и низким температурам, длительный срок службы (серебряные батареи служат на 40% больше литиевых аналогов), продолжительный срок хранения.

Недостаток: высокая стоимость.

Литиевые батарейки

Литиевые батарейки купить обладают постоянством напряжения, самой большой емкостью на единицу массы, высокой плотностью энергии. В состав литиевой батарейки входит литиевый катод, анод из различных материалов. Катод и анод разделены сепаратором и диафрагмой, пропитанной органическим электролитом .

Кроме постоянства напряжения, высокой энергоемкости и энергоплотности, преимуществом литиевых батареек является то, что их емкость практически не зависит от тока нагрузки и при большом токе нагрузки они прослужат в несколько раз дольше, чем щелочные той же емкости.

Они легкие, отличаются очень большим сроком хранения (до 10-12 лет), устойчивые к высоким и (поскольку не содержат воды) очень низким температурам.

Недостаток: высокая стоимость.

Отличить литиевую батарейку можно по надписям на корпусе "LITHIUM" .