Алкалайн батарейки что это такое

Почти у каждого современного человека есть устройство, работающее на батарейках или аккумуляторах: пульт, часы, фонарик, мобильный телефон или ноутбук. Всё это стало привычным, мало кто задумывается о принципах работы батареек, а между тем с момента их изобретения прошло уже более двухсот лет.

История открытия

Многие научные открытия совершаются людьми, далёкими от области, в которой открытие находит свое применение. Так было и с батарейками. Явление протекания электрического тока между разными металлами в солёной среде открыл физиолог Луиджи Гальвани, и с тех пор оно называется гальванизмом. Произошло это совершенно случайно: во время препарирования лягушек лаборант обратил внимание на подергивание их лапок при контакте со скальпелем. Инструмент был стальным, а лягушки закреплялись медными зажимами, средой при этом служили их мышцы. Таков был первый гальванический элемент. Электрический импульс возбуждал нервные окончания в лапках, что и приводило к сокращению мышц.

Странное поведение лягушек привело к возникновению теории гальванизма, которую проверил знакомый физиолога — Алессандро Вольта. Он продолжил исследования явления и в 1800 году создал первую батарейку. Конечно, она была мало похожа на современные, и до её повседневного использования было ещё очень далеко — электроприборы в основном встречались в научных лабораториях, а обычным людям демонстрировались на цирковых представлениях как интересные диковинки.

Современные батарейки

С момента появления гальванических элементов прошло много времени, их внешний вид сильно изменился. Несмотря на перемены, принцип работы таких элементов питания остался прежним. Они по-прежнему состоят из двух электродов (анод, катод) и электролита.

С распространением первых компактных электроприборов и накоплением опыта использования батареек стали видны их преимущества и недостатки. Они были громоздкими, много весили, случались потери электролита, окисление электродов, а также скапливание соли. Началась эволюция батареек, продолжающаяся и сегодня. Элементы питания разделились на два больших класса — первичные, к которым относят гальванические элементы, и вторичные, — чаще их называют аккумуляторами. Реакции, протекающие в первичных, необратимы, в конце концов они теряют весь заряд и подлежат утилизации. Вторичные позволяют восстанавливать заряд после разрядки и повторно использовать элемент питания, цикл которого повторяется много раз.

Также элементы питания различают по типу материалов, используемых для электродов, и виду электролитов. По виду католита различают солевые и щелочные, или алкалиновые, батарейки. Что это такое, рассмотрим более подробно. Электрод, как правило, изготавливают из металла, но есть и другие способы. Долгое время в качестве электродов и электролитов пробовались разные металлы и материалы. Одни вышли из употребления из-за высокой стоимости, другие из-за токсичности (ртутные), третьи имели низкую надёжность. Но многие типы батареек остались в употреблении и используются до сих пор. Почему так происходит? Всё дело в разнообразии электроприборов — разные устройства имеют различные требования к источнику питания.

Одни элементы питания очень дёшевы и просты в изготовлении, например солевые батарейки в часах или пульте дистанционного управления. Они работают с небольшой нагрузкой и требования к ним минимальны. Для других важна надёжность — это автомобильные аккумуляторы, источники бесперебойного питания. Однако из-за громоздкости и большой массы их применение ограничивается транспортом и стационарными устройствами. Также необходимо сочетание надёжности и компактности для современных мобильных телефонов и ноутбуков.

Солевая батарейка

Также известна как элемент Лекланше. Датой ее изобретения принято считать 1865 год. На данный момент это самые дешёвые и производимые элементы питания. Они распространены по всему миру и используются в большинстве электроприборов с низким энергопотреблением (часы, пульты). Устройство очень простое — одним электродом служит цинковая оболочка, другим угольный стержень (поэтому их ещё называют угольно-цинковыми), а в качестве электролита — хлорид аммония, загущённый с помощью крахмала. Помимо очевидных преимуществ, солевые батарейки имеют некоторые недостатки: высыхание электролита, засоление внутренней поверхности цинковой оболочки и её окисление. При окислении оболочка становится тоньше и может разрушиться, батарейку останется только выбросить. С засолением можно бороться с помощью приборов, подающих в устройство модулированный ток, что позволяет использовать ее намного дольше.

Щелочная батарейка

Или алкалиновая батарейка, отличить от солевой ее можно по созвучной с названием надписи на корпусе — Alkaline. Если солевые используются там, где не нужен сильный ток, то в устройствах с большим энергопотреблением (цифровые камеры, приборы с электродвигателями) применяются алкалиновые батарейки. Что это такое? Почти то же, что и солевые; главное отличие — цинк распределён в виде порошка по всем объёму электролита. Это позволяет увеличить площадь контакта и повысить надёжность при большом напряжении. Благодаря этому алкалиновая батарейка дольше хранится и устойчива к низким температурам. Поэтому в приборах, для которых характерны большие перерывы в работе (например, фонарики), они применяются чаще всего.

Алкалиновые батарейки — какие лучше?

Выбор источника питания зависит от элементов, в которых он используется. Для энергопотребляющих устройств, такие как фотокамера или радиоуправляемая модель, применяется алкалиновая батарейка. Если же нужно подзарядить менее энергозатратные пульт от бытовой техники или наручные часы, то, как правило, используются солевые в силу их дешевизны и долгого срока работы. В настоящее время имеется множество производителей щелочных элементов питания, но одними из самых надежных считаются алкалиновые батарейки Duracell. До недавнего времени их выпуск осуществляла компания Gilette, а после ее поглощения фирма Procter & Gamble.

Можно ли заряжать алкалиновые батарейки?

Ответ на данный вопрос — нет. В данном случае выгоднее купить новое устройство, тем более срок их годности достаточно велик. При попытке подзарядки алкалиновая батарейка начнёт нагреваться и придёт в негодность, а может и взорваться. Однако срок эксплуатации самих батареек можно увеличить — для этого попеременно меняют источники питания, давая одному из них немного "подзарядиться". Что же касается вопроса о том, можно ли заряжать алкалиновые батарейки, то ответ на него однозначно отрицательный.

Почти каждый современный человек имеет устройство, для работы которого требуются аккумуляторы или батарейки: телевизионный пульт, настенные часы, сотовый телефон или фотоаппарат. Все эти гаджеты стали настолько обыденными, что никто уже не пытается вникнуть в суть функционирования их элементов питания, а между тем, с момента изобретения прототипа современной батарейки миновало уже больше двух столетий.

Выбор типа батареек напрямую связан с устройством прибора, где они будут использоваться. Алкалиновую (щелочную) батарейку относят к марганцево-цинковому источнику питания. Реакция, необходимая для генерирования электричества, создаётся за счёт щелочного электролита. Алкалиновые батарейки (на их корпусе часто можно обнаружить надпись alkaline) нашли широкое применение в устройствах, потребляющих малое количество энергии, например, в портативном фонарике, электрической зубной щётке. Рано или поздно любой элемент питания исчерпывает свой резерв. Можно ли зарядить алкалиновые батарейки? Есть ли способы реанимировать старые источники тока или же придётся покупать новые?

Принцип действия алкалиновой батарейки

Принцип действия этого щелочного источника питания довольно прост. Его описал итальянский физик Алессандро Вольта в далёком 1782 году. Учёный сконструировал гальванический элемент, в котором цинковый анод и медный катод погружались в раствор серной кислоты. Разница потенциалов двух металлов, опущенных в электролит, создавала электрический ток.

Своему названию этот вид батареек обязан веществу, выполняющему функцию проводника тока, а именно — концентрированному раствору щелочи. Производят электролит, используя в основном гидроксид калия или гидроксид натрия.

Другими обязательными участниками электрохимической реакции в алкалиновом элементе становятся — отрицательный электрод (из цинка) и положительный электрод (из оксида марганца). В зависимости от типа источника тока напряжение может составлять 1,5–12 В.

Конструкция алкалиновой батарейки

Размер цилиндрического элемента аналогичен размеру элемента марганцево-цинковой системы с солевым электролитом. Однако между устройством алкалиновых и солевых источников тока есть некоторые различия: алкалиновые батарейки отличаются вывернутой конструкцией. В элементе питания, где присутствует щелочной электролит, цинк находится в порошкообразном состоянии. В связи с этим, цинковый стаканчик заменяют стальным никелированным цилиндрическим корпусом, служащим токоотводом электрода со знаком «+».

В активном состоянии происходит прессование положительного электрода к внутренним стенкам корпуса. В щелочной элементе, как правило, есть возможность размесить большее количество активной массы положительного электрода, нежели в солевом аналоге такого же размера. Так, в щелочной батарейке типа D может быть расположено 35–40 г диоксида марганца. Солевой элемент питания подобного типоразмера вмещает не более 25–30 г электролита.

Сепаратор предварительно пропитывают электролитом, а затем вставляют во внутреннюю полость, заполненную активной массой анода. Сепарационным материалом может выступать гидратцеллюлозная плёнка или какой-нибудь нетканый полимерный материал.

По оси химического источника тока размещают токоотвод (из латуни) катода, а в полость между латунным токоотводом и сепарационным материалом вводят анодный состав, состоящий из цинкового порошка. Важно, чтобы перед этим цинковый порошок был пропитан загущённым электролитом.

На производстве нередко в качестве электролитов используют щелочи, заранее насыщенные цинкатами. Такая мера снижает расход щелочи на начальном этапе эксплуатации. Помимо этого, присутствующие цинкаты в электролите тормозят развитие коррозионного процесса.

Отличия солевых батареек от алкалиновых

Как солевые, так и щелочные элементы питания долгие годы не теряют популярность среди потребителей. Тем не менее, между этими видами батареек есть целый ряд различий.

Солевые:

• Если их не использовать в течение двух-трёх лет с момента выпуска, то велика вероятность, что они полностью разрядятся.
• Восприимчивы к температурным перепадам, что существенно сказывается на сроке хранения.
• Внутренние химические процессы, протекающие ближе к концу срока эксплуатации, зачастую провоцируют вытекание содержимого батарейки.
• Не отличаются высокой ёмкостью.
• Имеют непродолжительное время работы.
• Не способны выдержать высокую нагрузку, поэтому пригодны лишь для приборов с низким уровнем энергопотребления: часов, кухонных весов, пультов дистанционного управления.

Щелочные:

• Работоспособность сохраняется и через пять лет после покупки.
• Практически невосприимчивы к колебаниям температур.
• Не протекают.
• Имеют удельную ёмкость, превышающую аналогичный параметр у солевых элементов, минимум в 2 раза при малоточной нагрузке и в 5–10 раз при высокоточной нагрузке.
• Подойдут для устройств с любым уровнем энергозатраты, но лучше всего себя демонстрируют в условиях постоянной нагрузки.

Можно ли зарядить алкалиновую батарейку?

Рынок гальванических элементов разнообразен. Ежедневно с конвейеров сходят миллионы самых разнообразных батареек. Есть масса дешёвых экземпляров, доступных каждому. Их можно приобрести на кассе любого супермаркета или в магазине электротоваров. Таким образом, вопрос о том, можно ли заряжать щелочные батарейки, потерял свою актуальность. Из школьного курса химии всем известно, что при нагревании едкой щелочи, которая содержится в батарейки, может произойти бурная химическая реакция. Обратный ток зарядного устройства, проходя через замкнутое пространство, провоцирует закипание батарейки и даже тепловой взрыв.

В случае если, элементу питания удалось пережить единичный цикл заряда, его ёмкость всё равно не увеличится до первоначального уровня. Любая щелочная батарейка, скорее всего, в скором времени снова потеряет свой заряд. При этом, может произойти разгерметизация корпуса и вытекание электролита, а это может вызвать поломку устройства, потребляющего энергию. Выходит, что вместо желаемой экономии можно попросту угробить дорогостоящее устройство.

Для тех, кто готов рискнуть или нуждается в экстренной подзарядке, потому что возможности купить алкалиновую батарейку на данный момент нет, есть несколько хитрых способов продлить жизнь источнику тока.

1. Берут блок питания и включают его в сеть. Далее, используя провода, подсоединяют элемент к адаптеру. Нельзя забывать о соблюдении полярности: минус подключают к минусу, а плюс обязательно к плюсу. Полярность обычно указывают на верхней части корпуса элемента питания. Нагревают гальванический элемент до 50 градусов, после чего отключают питание и охлаждают. Затем в течение двух минут подключают зарядное устройство к сети и тут же отключают его. После проделанных манипуляций элемент питания закидывают в морозильную камеру на 15 минут.
2. Произвести зарядку старой батарейки можно нагреванием последней. Этот способ таит в себе опасность — всё может закончиться взрывом. Разряженный объект помещают в кипяток на 30 секунд — и батарейка на какое-то время вновь пригодна к использованию.
3. Подзарядить алкалиновую батарейку можно путём уменьшения её объёма. Для этого её нужно сплющить с помощью рук.

Количество продаваемых ежедневно в мире батареек исчисляется миллионами. Львиная доля из этого числа приходится на щелочные батарейки – элементы питания, в которых роль электролита выполняет раствор щелочи (гидроксид калия). К их достоинствам можно отнести невысокую стоимость, способность длительно работать в режиме постоянной нагрузки и сохранять заряд на протяжении 3-5 лет.

Батарейка ААА щелочная

В приборах с низким энергопотреблением, например, в пультах управления телевизионной и видеотехникой чаще всего используются щелочные батарейки типоразмера ААА, называемые еще «мизинчиковыми» или «мини-пальчиковыми». По стандартам Международной электрической комиссии они маркируются LR6. Емкости данных элементов достаточно для поддержания работоспособности пульта ДУ на протяжении 1-2 лет.

Щелочные пальчиковые батарейки

Элементы питания типоразмера АА именуемые в народе «пальчиковыми», являются универсальной «рабочей лошадкой» и находят свое применение в музыкальных детских игрушках, портативных приемниках и плеерах, фонариках, телефонных аппаратах, офисной технике и множестве других устройств. Для длительной работы в фототехнике, которая требует максимальной энергоотдачи, разработаны специальные фото-элементы, узнать которые можно по приставке «фото» в названии. Емкость обычных элементов с щелочным электролитом колеблется от 1500 до 3000 мА/ч, а выдаваемое ими напряжение находится на уровне 1,5В.

Щелочные батарейки типа D

Элементы питания типа D, имеющие народное название «бочка» или «бочонок» чаще всего используются в радиоприемниках и радиопередатчик, счетчика Гейгера и рациях, то есть там, где нужна большая емкость. По стандарту Международной электрической комиссии они маркируются LR20. Рабочее напряжение составляет 1,5В, а емкость может достигать уровня в 16000 мА/ч.

Щелочные и алкалиновые батарейки – отличия

Достаточно часто продавцы техники оперируют термином «алкалиновые» батарейки. Хотя это название и звучит достаточно внушительно, происходит оно от английского слова «alkaline», обозначающего все ту же щелочь и используемого в маркировке щелочных батареек иностранного производства. Таким образом, и алкалиновые, и щелочные батарейки ничем не отличаются друг от друга, а эти два названия являются разговорными синонимами.

Отличие щелочных батареек от солевых

Хотя и солевые, и щелочные батарейки неизменно занимают лидирующие строчки по продажам, они имеют существенные различия:

• разряжаются полностью примерно за 2-3 года хранения;
• более подвержены колебаниям температуры, что значительно сокращает срок хранения;
• под воздействием внутренних химических процессов в конце разряда частенько «дают течь», заливая контакты техники и пачкая все вокруг, поэтому их категорически нельзя оставлять в неиспользуемых устройствах;
• имеют относительно невысокую емкость и время работы;
• не выдерживают высоких нагрузок и подходят для использования лишь в устройствах с малым энергопотреблением: часах, кухонных весах, пультах ДУ;
• относятся к низкой ценовой категории.

• сохраняют работоспособность на протяжении 3-5 лет;
• практически не реагируют на температурные перепады;
• не дают протечек;
• удельная емкость у щелочных батареек превышает аналогичный параметр солевых элементов питания в 1,5 раза при малоточных нагрузках и в 4-10 раз при высокоточных нагрузках;
• подходят для техники с любым уровнем энергозатрат, но наилучшие результаты показывают в условиях постоянной нагрузки;
• относятся к средней ценовой категории.