Батарейка схема – из чего состоит, принцип работы

Содержание

какие процессы скрыты под оболочкой

Батарейки являются наиболее распространенным источником питания. Современный мир не представляет себя без различной электроники, для них необходима электроэнергия. Не всегда получается применять обычные сетевые источники, для этого и нужны гальванические элементы. Глядя на них наверняка каждый задавался вопросом из чего состоит батарейка и как она работает.

Что такое батарейка

Обыкновенная батарейка представляет собой электрический источник питания на основе химических реакций. При взаимодействии двух металлических электродов в жидком или твердом электролите происходит выработка энергии в результате взаимодействия элементов. Первая батарейка была изобретена более 2000 лет тому назад, при реакции меди и железа в уксусе вырабатывалось напряжение 1 В.

Важно! Одиночные гальванические элементы не подлежат восстановлению заряда.

Разновидности

По форме и размерам согласно мировым стандартам элементы питания разделяются на такие виды:

  • АА- пальчиковая;
  • ААА- мизинчиковая;
  • АААА;
  • С- дюймовочка;
  • D- бочка;
  • квадратная;
  • РР3- крона;
  • Источники питания миниатюрных размеров.

В настоящее время существует большое количество разнообразных источников питания. Между собой они отличаются материалами, применяемыми для изготовления электродов и электролита. Среди многочисленных батареек выделяют несколько основных видов:

  • солевые;
  • щелочные;
  • ртутные;
  • серебряные;
  • литиевые.
Солевые

Такие гальванические элементы имеют низкую стоимость относительно аналогов, однако имеется один существенный недостаток это низкая внутренняя емкость таких батареек.

Щелочные

Состав батарейки такого вида отличается от своих аналогов применяемым электролитом, в них используется активная щелочь гидроксид калия KOH. Электрод выполнен из двуокиси таких металлов, как цинк и марганец. Нашли широкое применение в современной электронике, на корпусе элементов указывается маркировка «ALKALINE».

Основным плюсом такой батарейки является продолжительный срок службы, в процессе эксплуатации номинальное напряжение понижается с меньшей скоростью. К минусам относят повышенную стоимость.

Серебряные

В качестве электролита применяют КОН, в состав электродов включено серебро. В таких элементах отмечают значительно увеличение срока службы, повышенную энергетическую плотность, постоянное номинальное напряжение, а также полную безвредность. Недостатками являются высокая цена.

Ртутные

В строении таких батареек используется цинк в качестве металла для анода, катод выполняется из ртутного оксида. Электроды разделяются сепаратором пропитанным электролитом. Такой элемент питания способен выполнять функции аккумулятора, однако емкость будет постепенно понижаться с каждым циклом восстановления заряда. При разряде происходит слипание ртути, а при заряде образуются дендриты цинка. Во время эксплуатации не допускается разгерметизация корпуса в связи с повышенной вредностью паров ртути. К преимуществам относят сохранение длительных значений плотности энергии, емкости и напряжения.

Внимание! Ртутные источники питания являются опасными для здоровья человека и окружающей среды.

Литиевые

Данные элементы питания постепенно вытесняют все аналоги. Отрицательные электроды такой батарейки сделаны из лития. В них постоянно совершенствуются основные технические характеристики. К плюсам батареек с литиевым электродом относят увеличение срока хранения, широкий диапазон рабочих температур, повышенная внутренняя емкость. Основным минусом является повышенная стоимость.

Устройство батарейки

Рассмотрим, как устроена батарейка на примере щелочного элемента в разрезе. В качестве материала для отрицательного электрода применяется цинк, он пропитывается щелочным электролитом. Вывод анода на корпус изготавливается в виде стальной тарелки. Положительный электрод производят из никелированной стали.

Для того, чтобы не возникало коротких замыканий необходимо изолировать оболочку. Специальная прокладка удерживает газы, которые образуются в ходе химических реакций, так как их количество незначительно, камера для сбора выполняется малых размеров. В конструкции присутствует предохранительная мембрана, она защищает батарейку от возникновения короткого замыкания. Мембрана прорывается, и излишний электролит вытекает наружу.

Принцип работы батарейки

Любой химический источник питания имеет в своей конструкции положительно и отрицательно заряженные электроды, а также активный электролит. Заряженные частицы электроны перемещаются от минуса к плюсу при подключении нагрузки. Катод выполняет восстановительную функцию, напитываясь зарядом от анода. Жидкий или твердый электролит выполняет функцию проводника для заряженных частиц.

Интересно знать! В результате химических реакций внутри элемента питания происходит необратимое разрушение металлических элементов питания, батарейка теряет свою емкость.

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.

Выбор источника питания

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.

batteryzone.ru

устройство батарейки | Своя лаборатория

 

Ответьте мне, уважаемые читатели блога ownlab.ru, у вас никогда не было желания что-нибудь раскурочить? Нет, ни в коем разе из хулиганских побуждений, а исключительно с целью узнать «что там внутри»? Было? Вот и у меня сегодня возникло такое же желание. И я, конечно же, постараюсь использовать его во благо, подготовив статью об устройстве батарейки. Итак, как сказал бы степенный лектор своей аудитории, тема нашего занятия сегодня — Первичные химические источники тока. Но мы с вами не на лекции, поэтому официальный тон соблюдать не будем, и наряду с таким названием будем использовать и обыденный термин — батарейка.

Казалось бы, в наш современный высокотехнологичный век такой устаревший атрибут как батарейка должен был бы давно сойти со сцены. Ведь изобретена батарейка была не вчера, а, ни много ни мало, более двух веков назад. Тем не менее, изобретение итальянского ученого Алессандро Вольта не только не забыто, но и активно используется благодаря бурному развитию мобильных устройств, которым требуется наличие автономного источника питания. Итак, попытаемся немного разобраться в этих элементах питания, а заодно и препарируем парочку.

Начнем с конструкции. Следует заметить что, несмотря на длительную историю и постоянное совершенствование, принципиальных изменений в устройстве батареи не произошло. Алессандро Вольта в 1800 году представил первый источник постоянного тока – несколько пар кружочков, изготовленных из двух различных металлов, и проложенных между собой кусочками ткани, смоченными в солевом растворе-электролите. Это изобретение получило название «Вольтов столб», а в честь изобретателя назвали единицу электрического напряжения — Вольт. Такая конструкция батареи – два электрода, помещенные в среду электролита, сохранилась и по сей день.  Тем не менее, многообразие вариантов используемых электродов, электролитов и конструкций дает нам существующее ныне разнообразие батарей.

Среди всего многообразия элементов питания наиболее популярными являются солевые (самые дешевые и массовые элементы) и щелочные (алкалиновые) источники питания. Остальные же источники питания распространены гораздо меньше ввиду высокой стоимости, специфике сфер использования, либо токсичности.

Независимо от видов батареек и используемых материалов процессы, происходящие внутри элемента питания, схожи. Это процессы образования электрической энергии в ходе химической реакции. В состав первичного источника тока, как и много лет назад, входит как минимум три компонента: анод, катод и электролит. Анод (как правило, цинк) служит источником электронов. Образовавшиеся в процессе окислительной реакции электроны движутся по проводнику в сторону катода. На своем пути они выполняют некоторую работу, например, зажигают лампочку или вращают электродвигатель.  На катоде электроны участвуют в обратной восстановительной реакции. Электролит является средой для переноса потоков иона, образующихся в процессе химической реакции. Круг замыкается. Все реакции, происходящие в гальваническом элементе (в отличие от вторичных источников тока – аккумуляторов) необратимые. По этой причине батарейки нельзя заряжать. В процессе этих реакций из входящих в состав батареек компонентов образовываются новые вещества, электроды постепенно разрушаются. При этом говорят, что батарейка садится.

Подтвердить или опровергнуть все вышесказанное можно с помощью нашего любимого метода – экспериментального. Поэтому вступительную, так сказать, теоретическую, часть статьи считаю оконченной и предлагаю перейти к практике, а именно, разобрать промышленный гальванический элемент и посмотреть, что же там внутри.

Для этих целей из небольшой дрели и режущего ролика от плиткореза я соорудил подобие дремеля. Но в данной ситуации можно было бы вполне воспользоваться и простым напильником.

 

 

Сделаем разрез по периметру батарейки в районе отрицательного полюса (прямо хирургом себя чувствую 🙂 ) Р-р-а-з! и первые компоненты батарейки перед нами — это отрицательный электрод, он же источник электронов.

 

Распилим батарею с другой стороны, и нам предстанет материал положительного электрода. Это диоксид марганца. Он «принимает» электроны.

 

Между электродами проложена вставка, пропитанная щелочью — электролитом.

 

Как мы определили что там все-таки щелочь? У меня в старых запасах оказалась универсальная индикаторная бумага. При прикосновении к этой вставке бумага окрасилась в синий цвет.

 

 

На фото не очень хорошо видно, поэтому воспользуюсь и фенолфталеиновым индикатором — в щелочной среде он окрашивается в интенсивный малиновый цвет.

 

Вот, собственно, и все с этой батарейкой. Как видим, все компоненты (анод, катод, электролит) на самом деле присутствуют в этом гальваническом элементе. Чтобы исключить тот факт, что нам случайно попалась батарейка, четко попадающая под «классическую схему, вскроем еще одну, побольше 🙂

 

Заглянем ей под крышечку…

 

Все то же самое: анод, катод, электролит.

 

Только в данном случае в качестве анода выступает целиком цинковый корпус батарейки.

 

Интересно, в разобранном состоянии батарейка будет работать? Конечно! Ведь мы сохранили все необходимые компоненты для функционирования гальванического элемента!

 

И даже в таком состоянии она работает!!!

 

Еще было бы интересно посмотреть, как работает батарейка «Крона». Ведь в отличие от большинства гальванических элементов «пальчикового» форм-фактора эта батарейка выдает аж 9 вольт. Наверняка она имеет другое устройство! Заглянем ей под оболочку…

На первый взгляд действительно все по-другому!

 

Но нет! Оказывается, эта батарейка просто состоит из шести небольших полуторавольтовых гальванических элементов знакомой нам конструкции.

 

Ну и наконец самый маленький участник нашего эксперимента. Встречайте — батарейка типа «таблетка»! Посмотрим на ее конструкцию.

 

Но и здесь то же самое: два электрода и электролит.

 

Все, батареек в доме больше не осталось, экспериментировать больше не над чем. 🙂

Итак, какие же выводы можно сделать из всего нашего теоретико-практического баловства?

Ну, во-первых, мы выяснили, что батарейка была изобретена довольно давно, когда не было крупных научных центров, нанотехнологий и прочих достижений современной науки и техники.

Во-вторых, мы определили, что гальванический элемент обязательно состоит из трех компонентов — анода, катода и электролита.

И в-третьих, наш эксперимент показал, что батарейка — довольно неприхотливое устройство. Для ее функционирования не требуется специфических материалов или создания особых условиях.

Все это позволяет что? Правильно — сделать батарейку своими руками! Но это уже совсем другая статья.

Следите за обновлениями блога Своя лаборатория в сетях Вконтакте, Twitter, Facebook или через сервисы почтовых рассылок.

ownlab.ru

Химические источники тока.

Обозначение на схеме и устройство химических источников тока

К химическим источникам тока причисляют гальванические элементы и аккумуляторы. Есть и другие химические источники тока, но они менее распространены. В обиходе гальванический элемент получил название батарейка. Это не совсем верное определение, так как батарейкой можно назвать несколько отдельных гальванических элементов соединённых вместе – это и есть батарея питания или батарейка.

Узнайте подробнее о правильном соединении элементов питания.

На принципиальных схемах гальванический элемент обозначается так.

Так обозначают один гальванический элемент или один элемент аккумулятора.

Но поскольку номинальное напряжение на одном гальваническом элементе обычно не более 1,5 вольта, их соединяют в батареи питания. Батарея питания на принципиальной схеме обозначается вот так.

Здесь показано, что батарея питания состоит из двух отдельных гальванических элементов. Общее напряжение на полюсах этой составной батареи — 3 вольта из расчёта, что каждый из элементов имеет на полюсах напряжение 1,5 вольта. Также на схемах можно встретить и такое обозначение.

Это тоже условное изображение батареи питания или батарейки на принципиальной схеме, только здесь не уточняется, сколько именно гальванических элементов используется в батарее, а указано лишь общее напряжение на полюсах батареи.

Одиночный аккумуляторный элемент обозначается на схемах так же, как и отдельный гальванический элемент. Номинальное напряжение одного аккумуляторного элемента обычно составляет около 1,25 вольт. Чтобы получить аккумулятор с большим напряжением аккумуляторные элементы соединяют вместе – получается аккумуляторная батарея или просто аккумулятор. Обозначение аккумуляторной батареи на схемах такое же, как и батареи, составленной из гальванических элементов.

Чем гальванический элемент отличается от аккумулятора?

Дело в том, что гальванический элемент сам является источником постоянного тока, который образуется за счёт необратимой химической реакции. Гальванический элемент причисляют к первичным источникам тока.

Аккумулятор является так называемым вторичным источником тока. Почему? Потому, что перед тем, как использовать аккумулятор, его нужно предварительно зарядить от источника постоянного тока — зарядника. Только после полной зарядки аккумулятор сможет питать электронное устройство. Отличительным качеством аккумуляторов является то, что их можно заряжать и разряжать много раз. В отличие от аккумулятора, гальваническая батарея питания после своего полного разряда не может быть использована повторно.

Какие существуют батарейки?

Наибольшее распространение в настоящее время получили щелочные батареи питания. Их ещё называют алкалиновыми – производное от английского слова alkaline – «щелочь».

Работа щелочной батарейки основана на окислительно-восстановительной химической реакции между цинком и диоксидом марганца. Результатом, а точнее полезным продуктом этой реакции является электрический постоянный ток и тепло, которое не используется. Электрическая ёмкость щелочной батарейки составлет около 1700 — 3000 мАч. По величине своей ёмкости, щелочные батарейки лидируют по сравнению с солевыми батарейками, электроёмкость которых меньше и составляет 550 — 1100 мАч.

Щелочная батарейка устроена следующим образом. Взглянем на рисунок.

Корпусом элемента является никелированный стальной стакан. Он же является плюсовым контактом батарейки «+». Активная масса представляет собой смесь диоксида марганца (MnO2) и графита. Анодная паста – это смесь порошка цинка (Zn) и густого щелочного электролита. Электролитом обычно служит раствор гидроксида калия (KOH). Анодная паста отделена от активной массы сепаратором. Сепаратор разделяет реагенты, исключая их перемешивание и нейтрализацию заряда. Также сепаратор пропитан электролитом.

Отрицательный потенциал снимается с латунного стержня, который окружён анодной пастой. Стальная тарелка контактирует с латунным стержнем – токосъёмником и является отрицательным контактом элемента «».

Прокладка изолирует никелированный стальной стакан от стальной тарелки, препятствуя тем самым короткому замыканию. Кроме этого прокладка сдерживает давление газа, который в незначительном количестве образуется при химической реакции. В толще прокладки имеется защитный клапан или по-другому предохранительная мембрана. Защитный клапан служат для того, чтобы при чрезмерном давлении газа сработать и выпустить его наружу. Это предотвращает взрыв щелочного элемента, но и приводит к его разгерметизации. Как правило, разгерметизация приводит к течи электролита.

Иногда, забыв вынуть уже подсевшие батарейки, через некоторое время можно обнаружить, что в батарейном отсеке появилась какая-то жидкость. Это и есть потёкший электролит. Он может вызвать коррозию контактов. Поэтому на упаковке с батарейками можно найти предупреждение о том, что севшие элементы нужно вынимать из электроприборов. Теперь вы знаете, зачем это нужно делать.
Итак, с устройством разобрались, теперь поговорим о том, как работает щелочной элемент.

Как работает щелочной элемент.

Для начала, маленькое отступление…
Как вы заметили, почему то анодная паста соединяется с помощью токосъёмника с отрицательным контактом элемента – стальной тарелкой. А ведь анод – это «+». Получается нестыковочка…

В чём тут дело? А дело в том, что в электронике есть один каламбур. По умолчанию, за направление тока в электрической цепи считается направление от плюса (анода) к минусу (катоду) – так повелось ещё с тех времён, когда электроника ещё зарождалась.

Но ведь электрический ток, как известно, это упорядоченное движение электронов, которые имеют отрицательный заряд. И поэтому, ток течёт оттуда, где есть избыток электронов, в направлении, где есть нехватка отрицательных зарядов (это и есть плюс – недостаток электронов). При этом получается, что ток течёт в реальности от отрицательного контакта к положительному. Именно поэтому образуется эта нестыковка, которая порой вводит начинающих радиолюбителей в ступор.

В электрохимии анодом принято считать тот электрод, на котором происходит процесс окисления. Так вот в щелочной батарейке (и не только) на аноде в результате окисления образуется избыток электронов. То есть по сути – это катод, «минус». Но, как уже говорилось, в электрохимии всё наоборот. Итак, электроны вырабатываются анодной пастой – смесью цинкового порошка (Zn) и густого электролита (раствора KOH).

Катодом же считается электрод, где происходит реакция восстановления. Далее электроны, которые были получены в результате реакции окисления, проходят по электрической цепи электронного прибора, и возвращаются опять в батарейку, но уже на катод, где эти электроны используются для восстановительной химической реакции. Катод – это диоксид марганца. Токоприёмником катода служит никелированный стальной стакан, который контактирует с активной массой – диоксидом марганца (MnO2).

Вот такая игра в наоборот. Напомню ещё раз, что в электронике за направление тока в цепи считается направление от плюса-«анода» к минусу-«катоду». В электрохимии всё наоборот. С этим и связаны особенности в названии реагентов химического источника тока.

Можно ли заряжать батарейки?

Также часто можно слышать вопрос: «Можно ли заряжать батарейки?» Ответим: «Лучше не стоит». Дело в том, что для вырабатывания электрической энергии в батарейках используется необратимая химическая реакция. Поэтому батарейка и является первичным источникам тока.

А вот в аккумуляторах используется обратимая химическая реакция, которая позволяет заряжать и разряжать их множество раз. Поэтому аккумуляторы и называют вторичными источниками тока.

Несмотря на это, известно, что щелочные элементы допускают перезарядку, т.е. их можно зарядить и использовать повторно. Но такие, перезаряжаемые щелочные элементы имеют свою особую конструкцию. Также стоит отметить, что даже такие элементы нельзя перезаряжать много раз, обычно не более 25. В широкой продаже такие щелочные элементы не встречаются. Их маркируют как Rechargeable Alkaline Manganese.

Из всего этого следует, что заряжать обычные щелочные батарейки категорически не стоит. Такие эксперименты могут завершиться взрывом батарейки и разбрызгиванием электролита. А это не есть гуд +опасно для здоровья .

Чтобы замедлить химическую реакцию в щелочном элементе и, тем самым, продлить срок её хранения и снизить саморазряд батареи, в них раньше добавляли кадмий и ртуть. Эти вещества замедляли химическую реакцию, и цинк окислялся медленнее. Но, из-за токсичности ртути и кадмия их сейчас не используют, а применяют другие, менее вредные ингибиторы.

На многих батарейках можно даже увидеть надпись – 0% кадмия и ртути или 0% Hg & Cd. Это своеобразный маркетинговый ход, как бы намекающий на то, что данные батарейки безопасны.

Если вы с успехом дошли до этих строк, то теперь вас можно поздравить, ведь теперь вы знаете, как устроена и работает щелочная батарейка. И поэтому её и не обязательно разбирать . Кроме щелочных элементов питания существуют и другие, но об их устройстве мы расскажем в другой раз.

 

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

go-radio.ru

О батарейках |

Каждый из нас, так или иначе, сталкивался с батарейками, менял их в часах, заряжал мобильный телефон или мучился с автомобильным аккумуляторам. Батарейка на самом-то деле довольно непростое приспособление, но элементарные познания в том из чего состоит простая батарейка, поможет вам наиболее эффективно пользоваться ими. Увеличит срок службы батарейки или максимально выжать из неё всю энергию, можно только обладая элементарным знанием из чего состоит простая батарейка.

 Строение батарейки:

С развитием многообразия всевозможной носимой аппаратуры, и различного рода миниатюрных электронных устройств, обыкновенные батарейки получили широкое распространение. Гальванические элементы надёжно вошли в нашу жизнь, как портативные химические источники тока. И уже мало кто из обывателей задумывается о том, как устроена батарейка, какие типы электролитов в них используются, и чем они отличаются.

 

Пример строения типичной батарейки

Очень наглядный пример нового типа батарейки этонатриево-серные батарейки. По весу они очень лёгкие. Внутри типичная батарейка состоит примерно так:

  • (1) Анод угольный;
  • (2) Катод металлический;

Все  реагенты налиты вокруг центрального анода.

  • (3) Внутренний сердечник состоит из натрия;
  • (4) Наружного слоя серы;
  • (5) Слой алюминия;
  • (6) Натрий;
  • (7) Алюминий;
  • (8) Образованные химической реакцией электроды;
  • (9) Атомы серы.

В ходе этого химического процесса внутри батарейки создается электрическое напряжение, на её электродах.

Батарейки и аккумуляторы, основные определения:

Предположим, знать всего, что связано с батарейкой оно может и не нужно, для грамотного выбора питающего элемента достаточно знать, чем отличаются между собою их электролиты, ведь от этого может зависеть время и эффективность работы батарейки. Ещё, конечно, очень полезно различать для себя два понятия, батарейки и аккумуляторы – это хоть и похожие по своему назначению, но немного разные по принципу действия химические источники тока элементы.

Если вы всё же решились изучить строение батарейки, или вам охота научится грамотно выбирать элементы питания для ваших часов, телефонов, электронных игрушек, будильников, фонариков, радиоприёмников или фотоаппаратов и т.д. Для понимания устройства батарейки вам необходимы не только элементарные знания физики (а пригодятся и электротехника или электроника) но и желательно хотя бы для начала почитать, основные термины и определения связанные с химическими источниками тока.

Основные термины, связанные с батарейкамиПеревод английских терминов и определений, связанных с батареями (стр.1)Перевод английских терминов и определений, связанных с батареями (стр.2)Перевод английских терминов и определений, связанных с батареями (стр.3)

 

Также вам следует понимать, что батарейки отличаются друг от друга не только принципом действия и целевым назначением, но и конструктивным исполнением.

И в тоже время есть аккумуляторы, конструктивно выполненные также как и простые батарейки, и могут быть они самых разнообразных форм размеров. Соответственно, при выборе элемента питания, вам необходимо очень внимательно обращать внимание на маркировку батареек и их габаритные размеры и форму.

Например, аккумуляторы и батарейки диско­вой конструкции внешне практически неразличи­мы, потому следует заранее разобраться в их маркировке, а уже потом менять батарейку в часах.

Надеемся что теперь, оперирую понятиями и терминами, связанными с батарейками и аккумуляторами, продавец уже не сможет поставить вас в тупик, несложным вопросом какая батарейка вам нужна и для чего. И вы смоете грамотно подобрать элемент питания для вашего портативного девайса.

bip-mip.com

устройство, эксплуатация, принцип работы и схема

Автономные источники электроэнергии являются одними из самых полезных изобретений человечества. Что такое телефон или радио, в которых не установлены аккумуляторные батареи? Устройство многих приспособлений, а также условия их использования не всегда предусматривают наличие постоянного сетевого электропитания, поэтому такие источники электроэнергии позволяют с комфортом осуществлять свою деятельность практически в любой точке мира. После небольшого предисловия давайте приступим к статье.

Что такое аккумуляторная батарея?

В широком смысле под этим понятием подразумевают устройство, что при одних условиях использования может накапливать какой-либо вид энергии, а при других – расходовать, чтобы удовлетворить нужды человека.

Аккумуляторы аккумулируют электричество от внешнего источника питания, а потом отдают её подключенным потребителям, чтобы они смогли делать свою работу. Так, когда устройства работают, постоянно протекают химические реакции между электролитом и электродными пластинами. Кстати, подобная конструкция размещена в банках, из которых и формируются аккумуляторные батареи. Устройство данных конструкций предусматривает создание напряжения, как правило, 1,2-2 В, что весьма мало. Поэтому для увеличения показателей источников питания и применяются разные типы соединения.

Устройство данных источников питания предусматривает подключение к плюсу и минусу. Функционируют они следующим образом: когда к электродам подключается нагрузка (в качестве примера можно рассмотреть лампочку), то возникает замкнутая электрическая цепь. По ней начинает протекать ток разряда. Формируется он благодаря движению электронов, анионов и катионов. Более детальную информацию о том, что и как протекает, можно рассказать только на конкретном примере.

Допустим, что у нас есть аккумулятор, где положительный электрод – это окись никеля, в который был добавлен графит для повышения проводимости. Для отрицательной пластины применяли губчатый кадмий. Так вот, когда идёт разряд, то частицы активного кислорода выделяются и попадают в электролит. При этом от них отделяются части, которые идут как электричество (те же электроны). Затем частицы активного кислорода направляются в сторону отрицательных пластин, где они окисляют кадмий.

Функционирование аккумулятора при заряде

Необходимо отключить нагрузку на клеммах пластин. На них же подаётся, как правило, постоянное напряжение (но может быть и пульсирующее, зависит от случая), которое больше, чем величина батареи, что заряжается. Причем полярность должна быть одинаковой. То есть минусовые и плюсовые клеммы потребителя и источника обязаны совпадать. Учтите, что зарядное устройство обязательно должно обладать большей мощностью, чем есть в аккумуляторе, чтобы подавлять остатки энергии в нем и создавать электрический ток, направление которого будет противоположным разряду. В результате меняются и химические процессы, которые протекают в аккумуляторной батарее.

Давайте рассмотрим пример из предыдущего подпункта статьи. Здесь уже положительный электрод будет обогащаться кислородом, а на отрицательном восстановится чистый кадмий. Подводя итог, можно сказать, что во время заряда и разряда меняется только химический состав электродов. Это не относится к электролиту. Но он может испаряться, что негативно будет сказываться на времени работы батареи.

Итак, мы рассмотрели принцип работы любого аккумулятора. Теперь давайте узнаем, как во время эксплуатации можно улучшить их характеристики.

Параллельное соединение

Величина тока зависит от значительного количества факторов. В первую очередь под этим понимают конструкцию, применяемые материалы и их габариты. Чем большую площадь имеют электроды, тем большие показатели тока они смогут выдержать. Этот принцип используется для параллельного соединения однотипных банок в аккумуляторах. Такое делается, если необходимо увеличить значение тока, что идёт на нагрузку. Но вместе с этим приходится и поднимать мощность источника энергии.

Последовательное соединение

Если рассматривать банки, из которых состоят аккумуляторные батареи, то необходимо сказать, что они находятся, как правило, в одном корпусе. Подобный тип соединения используется, чтобы получить большие показатели напряжения с меньшими потерями.

Увидеть применение этой конструкции можно, разобрав автомобильные батареи, которые являются свинцово-кислотными. Стоит сказать, что этот тип применяется не только в устройстве автомобильного аккумулятора, это просто самый вероятный способ разобрать, как же работает подобный тип соединения. В таком случае необходимо позаботится о том, чтобы не было металлического контакта, а существовала надежная гальваническая связь через электролит. Но это только нужно понимать в отношении данного типа. В других случаях по-другому будет реализовываться поставленная задача соединения.

Типы аккумуляторных батарей

Они разнятся из-за своего предназначения, возможностей, реализации и материала. На данный момент современным производством освоен выпуск больше трех десятков типов, которые отличаются своим составом электродов, а также применяемым электролитом. Так, например, li-ion аккумуляторы могут похвастаться семейством из 12 известных моделей. Условно можно выделить следующие типы:
  1. Свинцово-кислотные.
  2. Литиевые.
  3. Никель-кадмиевые.

Это самые популярные представители. Но для понимания возможностей предлагаем ознакомиться со списком материалов, которые могут выступать в качестве электродов:

  • железо;
  • свинец;
  • титан;
  • литий;
  • кадмий;
  • кобальт;
  • никель;
  • цинк;
  • ванадий;
  • серебро;
  • алюминий;
  • ряд других элементов, которые, впрочем, встречаются очень редко.

Использование разных материалов влияет на получаемые выходные характеристики и, следовательно, на сферу применения. Так, к примеру, li-ion аккумуляторы применяются в компьютерных и мобильных устройствах. Тогда как никель-кадмиевые используются в качестве замены стандартных гальванических элементов. Теоретически все типы аккумуляторных батарей могут работать с любой нагрузкой. Вопрос только в том, насколько оправданным является такое применение.

Основные характеристики

Мы уже рассмотрели, что такое аккумуляторные батареи, устройство этих конструкций, из чего их делают. Теперь давайте сосредоточимся на том, что влияет на их эксплуатацию. Важными для нас характеристиками являются:
  1. Плотностью называют характеристику соотношения количества энергии к объему или весу аккумулятора.
  2. Емкостью именуют значение максимального заряда аккумулятора, которое он может отдать во время процесса разряда, пока не будет достигнуто наименьшее напряжение. Данный показатель выражается в ампер-часах или кулонах. Также может указываться энергетическая емкость. Она измеряется в ватт-часах или джоулях. Задача такой емкости – сообщать о количестве энергии, что отдаётся во время разряда до достижения минимального допустимого напряжения.
  3. Температурный режим оказывает влияние на электрические свойства аккумуляторной батареи. Когда есть серьезные отклонения от рекомендованного производителем диапазона эксплуатации, то существует высокая вероятность выхода источника питания из строя. Это объясняется тем, что холод и жара влияют на интенсивность протекания химических реакций, а также на внутреннее давление.
  4. Саморазрядом именуют потери емкости, которые происходят после заряда батареи, когда отсутствует нагрузка на клеммах. Во многом этот показатель зависит от конструктивного исполнения и может увеличиваться, если нарушилась изоляция.

Вот такие характеристики аккумуляторных батарей и предоставляют для нас наибольший интерес. Конечно, если придётся делать что-то новое и эксклюзивное, ранее невиданное, то может понадобиться и что-то ещё. Но это весьма маловероятно.

Устройство электродов

В качестве примера мы возьмём свинцовые пластины. Хотя таковыми они были раньше. Современные пластины изготавливаются из свинцово-кальциевого сплава. Благодаря этому достигается низкий уровень саморазряда батареи (50% емкости теряется за 18 месяцев). Также это позволяет экономно расходовать воду (всего 1 грамм на ампер-час).

Можно встретить и гибридную конструкцию, где, кроме свинца, в положительный электрод добавляется сурьма, а в отрицательный – кальций. Правда, в таких случаях имеется повышенный расход воды. Чтобы повысить стойкость к коррозийным процессам, добавляют олово или серебро.

Электроды изготавливаются с решетчатой структурой, их покрывают слоем активной массы. Принцип работы аккумуляторной батареи в немалой степени зависит от того, какой материал используется для пластин. Мы рассматриваем свинцовые, которые просты для изучения, но ориентироваться на них всегда не рекомендуем.

Электролит

Рассматриваем все те же свинцово-кислотные батареи. В качестве электролита, в который они помещаются, чаще всего выступает серная кислота. Она обладает определённой плотностью, которая может меняться в зависимости от уровня заряда батареи. В данном случае действует принцип: чем больше, тем выше. Со временем электролит улетучивается, и емкость аккумуляторной батареи падает. На сроке службы сказываются особенности эксплуатации (соблюдение техники безопасности). В батареях электролит может быть двух типов:

  • жидким;
  • в виде пропитанного специального материала.

На данный момент наиболее распространён первый тип.

Эксплуатация аккумуляторных батарей

Использование аккумуляторов можно наблюдать практически везде. Вспомните свои мобильные телефоны или источники бесперебойного питания для компьютеров. В качестве примера можно привести и обычный фонарик (современные образцы всё чаще изготавливаются со встроенным аккумулятором и не рассчитаны на гальванические элементы). А автомобили? Системы «стоп-старт» и рекуперативного торможения работают от аккумуляторов, причем они выдвигают высокие требования к пусковому току, глубокому разряду и долговечности. Как видите, без этих источников питания сложно обойтись в современной жизни любому человеку.

Схема построения аккумуляторной батареи

Мы рассмотрели основную информацию о данных устройствах. Давайте ещё уделим внимание такому понятию, как схема аккумуляторной батареи. Ведь в рамках статьи по нему прошлись только вскользь. Аккумулятор современной схемы, согласно истории, был впервые создан французским физиком Гастоном Плантом. Площадь его творения превышала 10 квадратных метров! Современные батареи, по сути, являются просто значительно уменьшенными и немного доработанными копиями его аккумулятора. Видимым для человека элементом является только корпус. Он обеспечивает общность и целостность конструкции.

fb.ru

КАК ВОССТАНОВИТЬ БАТАРЕЙКУ

   Пальчиковые батарейки незаменимая вещь в бытовой технике. Автономные источники питания используются везде — в разнообразных плеерах, часах, пультах дистанционного управления и так далее. Как право дешевые цинковые (мангановые) или как их называют в народе — гальванические элементы питания очень быстро выходят из строя. Хотя у них есть и большой плюс — малый (по сравнению с аккумуляторами) саморазряд. Есть некоторые типы батареек, у которых очень долгий срок службы, из известных можно назвать дюраселл и энерджайзер.

   Эти брендовые батарейки давно закрепили свое место на рынке, за высокое качество и очень долгий срок службы, ток таких батареек в несколько раз превышает ток обыкновенных гальванических элементов питания. Но приходит время когда и они <умирают> и их уже нужно выбрасывать. 

   Однако с этим не нужно торопится, они еще могут долго вам послужить верой и правдой. Сейчас мы рассмотрим вопрос — как восстановить такую батарейку. В интернете долгое время пытался найти способы зарядки таких батареек, но только потратив время впустую решил разработать свой метод. Отзывы на разнообразных форумах о зарядке алкалайновых батарей были огорчающими — все уверенно твердили, что при зарядке батарейка взорвется, нужно заряжать малым током, да и тогда заряд не будет держать долго. Одним словом восстановить их не выйдет и нужно просто выбрасывать. И тогда было решено: зачем же их заряжать? лучше реставрировать! Как известно, в любом аккумуляторе или батарейке должен присутствовать электролит, и причиной непригодности батареек является банальная потеря емкости, а как вернуть эту емкость ? Есть ответ!

   Берем батарейку и при помощи острого предмета снимаем ее заднюю часть. Там вы обнаружите металлический стержень (обычно из меди или латуни). Батарейки называются алкалаиновыми, поскольку в нем электролитом служит алкалиновый раствор (щелочь). Несколько капель щелочной кислоты при помощи шприца капаем в батарейку и сразу же вставляем стержень.

   После этого батарейку нужно подогреть в течении минуты. Затем ее нужно резко охладить держа примерно час в морозилке. Затем вынимаем ее оттуда и держим в руке для того, чтобы опять чуть-чуть подогреть (можно поставить на слабую печку). На фотографиях видно результат реанимации батарейки. Вначале напряжение батарейки было равно почти нулю. После восстановления мы получаем полноценную батарейку, но с напряжением 1,2-1,3 вольта (напряжение никельевых батареек).

   При этом у батарейки достаточно большей ток — до 1 ампера! Реанимированную батарейку можно использовать везде. Батарейка стала как новая и заметьте — ее заряжать не нужно! Такой процесс восстановления можно повторить 5-7 раз, а после этого можете смело выбрасывать батарейку, поскольку она уже отдала все, что смогла! На этом и завершаем нашу беседу, автор: Артур Касьян (АКА).

   Форум по источникам питания

   Обсудить статью КАК ВОССТАНОВИТЬ БАТАРЕЙКУ




radioskot.ru

ЗАРЯДКА БАТАРЕЕК ОТ ЧАСОВ

   Эпоха всеобщего дефицита, в том числе и на элементы питания, давно миновала, и заниматься их восстановлением вообще-то махровый анахронизм, но в отдельных случаях, которые в быту народ именует «аварийными ситуациями» это бывает оправданно. Если «выдохлась» батарейка в наручных часах – всего скорее это не критично, если в калькуляторе, который уже может понадобиться завтра утром, то уже сложности – считать «на бумаге», а тем более «в уме» мы, по большому счёту, разучились, если же разрядилась батарейка в градуснике, а нужно смерить температуру у заболевшего, а на дворе ночь – уже не до смеха. Да и вообще, не у всех есть возможность добраться до магазина в ближайшее время. В инете подходящих схем много, так, что изобретать ничего не пришлось, выбрал простейшую и первоначально собрал на макетке.

Схема устройства для зарядки батареек AG0 – AG13

   Вместо диодов КД102Б, как видите, стоят КД105Б — всё работает. Попробовал номиналы резисторов несколько отличные от рекомендованных и получил на выходе различный максимальный ток заряда, от 2,5 до 10 mA. ЗУ с изменяемой силой тока позволит заряжать более эффективно весь спектр существующих «часовых» элементов питания, от формата AG0 до AG13. Так, что в окончательном виде схема ЗУ стала выглядеть так.

Готовое зарядное устройство получилось таким

   Так как нет развязки от электрической сети, и присутствует возможность поражения электротоком ЗУ собрано в пластмассовом корпусе, состоящем из двух частей, которые, после установки батарейки, соединяются и скрепляются при помощи винта с гайкой, что исключает непреднамеренный контакт с высоким напряжением. Желание сделать ЗУ компактным заставило отказаться от сдвоенного переключателя на три положения, а его функции выполняют мобильные перемычки. В таком положении перемычек как на фото:

   На выходе зафиксирован максимальный ток до 10 mA, при перестановке обоих на одно гнездо вправо (как на фото 3) до 5 mA, если их убрать совсем до 2,5 mA. Ток заряда устанавливается в зависимости от ёмкости батарейки (ориентировочно 5–10% — влияет степень пригодности гальванического элемента к регенерации). В начале процесса зарядки ярче горит зелёный светодиод (чем более разряжена батарейка, тем ярче свечение), а в конце ярче свечение красного светодиода. Просто и удобно. Время заряда зависит от степени разреженности элемента. От 3 до 10 часов. Зарядное устройство удобнее выполнить на печатной плате.

   Для подключения к электросети использованы доработанные штыревые контакты от стандартной вилки. Заряжаемая батарейка крепиться при помощи винтового прижима. Устройство работоспособно и вполне справляется со своей задачей — подзарядкой «подсевших» элементов питания. С пожеланием успеха, Babay.

   Форум по ЗУ

   Схемы зарядных устройств

elwo.ru