Чем отличаются щелочные батарейки от алкалиновых

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.

Щелочной элемент питания — марганцево-цинковый гальванический элемент питания, в котором в качестве катода используется диоксид марганца, анода — порошкообразный цинк, а в качестве электролита — раствор щёлочи, обычно гидроксида калия.

Содержание

История изобретения [ править | править код ]

Впервые использовать щелочной электролит в химических источниках тока предложили независимо друг от друга Вальдемар Джангнер ( англ. ) в 1899 году и Томас Эдисон в 1901 году [1] [2] . Они использовали щелочной электролит в никель-кадмиевых аккумуляторах.

В марганцево-цинковых элементах питания щелочной электролит впервые применил канадский инженер Льюис Урри (англ.) русск. в середине 1950-х годов, работавший в Union Carb > ( англ. ) , выпускавшей элементы питания под маркой «Eveready». Льюис Урри использовал наработки Томаса Эдисона [3] . В 1960 году Урри вместе с Карлом Кордешем и Полом Маршалом получил патент на конструкцию щелочного элемента [4] .

Характеристики [ править | править код ]

Типичные характеристики щелочного элемента питания [5] [6] :

• ЭДС элемента: 1,5 В;
• Удельная энергия: 65—90 Вт∙ч/кг;
• Удельная мощность: 100—150 кВт/м³;
• Рабочая температура: -30. +55 °С.

Химические процессы [ править | править код ]

На аноде проходят реакции окисления цинка. Вначале образуется гидроксид цинка:

Zn + 2OH − → Zn(OH)₂ + 2e −

Который затем разлагается на оксид цинка и воду.

На катоде, в свою очередь, происходят реакции восстановления оксида марганца (IV) в оксид марганца (III):

В целом, химические процессы внутри элемента при использовании KOH в качестве электролита можно описать следующим уравнением:

Zn + 2KOH + 2MnO₂ + 2e − → 2e − + ZnO + 2KOH + Mn₂O₃

В отличие от солевого элемента, в щелочном электролит в процессе разрядки батареи практически не расходуется, а значит, достаточно малого его количества. Поэтому в щелочном элементе в среднем в 1,5 раза больше диоксида марганца.

Конструкция [ править | править код ]

По конструкции щелочной элемент похож на солевой, но основные части в нём расположены в обратном порядке. Анодная паста (3) в виде цинкового порошка, пропитанного загущённым щелочным электролитом, располагается во внутренней части элемента и имеет отрицательный потенциал, который снимается латунным стержнем (2). От активной массы, диоксида марганца, смешанного с графитом или сажей (5), анодная паста отделена сепаратором (4), также пропитанным электролитом. Положительный вывод, в отличие от солевого элемента, выполнен в виде стального никелированного стакана (1), а отрицательный — в виде стальной тарелки (9). Оболочка (6) изолирована от стакана и предотвращает короткое замыкание, которое может возникнуть при установке нескольких элементов в батарейный отсек. Прокладка (8) воспринимает давление газов, образующихся при работе. Выделение газов в щелочном элементе значительно меньше, чем в солевом, поэтому объём камеры для их сбора тоже меньше. Для предотвращения взрыва батареи при неправильном использовании (например, коротком замыкании), в ней имеется предохранительная мембрана (7). При превышении давления газов происходит разрыв мембраны и разгерметизация элемента — результатом обычно становится течь электролита.

Для увеличения срока хранения в ранних конструкциях элементов производилось амальгамирование цинкового порошка, однако такой способ продления срока хранения элементов делает элементы опасными для использования в быту. Поэтому в современные элементы вводят специальные органические ингибиторы коррозии.

Производство [ править | править код ]

Хранение и эксплуатация [ править | править код ]

Срок хранения щелочного элемента больше, чем у солевого, за счёт герметичной конструкции, также он не столь требователен к условиям хранения.

В отличие от солевых элементов щелочные могут работать при большем разрядном токе. Кроме того, отсутствует эффект «усталости» элемента, когда после работы на большой нагрузке происходит значительное падение напряжения на выводах элемента, и для восстановления его работоспособности требуется определённое время «отдыха». Однако при коротком замыкании или установке в неверной полярности также возможна течь электролита.

Области применения [ править | править код ]

Щелочной элемент имеет то же рабочее напряжение, что и обычный марганцево-цинковый при большей ёмкости, разрядном токе, сроке хранения и рабочем диапазоне температур. Щелочные элементы выпускаются в тех же типоразмерах, что и солевые, и потому могут применяться в тех же приборах, например, в фонарях, электронных игрушках, переносных магнитофонах и т.д. Однако за счёт лучших разрядных характеристик возможно применение их как в устройствах, потребляющих значительный ток (фотовспышки, радиоуправляемые модели), так и в устройствах, потребляющих относительно небольшой ток в течение длительного времени (электронные часы).

Сравнение солевых и щелочных элементов [ править | править код ]

Благодаря такой конструкции, у щелочного элемента есть следующие особенности:

• Отсутствие расхода электролита, а значит меньшее его количество, необходимое для работы
• Анодом является порошкообразный цинк, а не цинковый стакан, поэтому реакция идёт на значительно большей поверхности.
• Меньше газовыделение, благодаря чему элемент можно делать полностью герметичным.

Отсюда можно выделить следующие преимущества и недостатки:

Фонарики, бумбоксы, машинки с радиоуправлением, будильники и пульты от телевизора – трудно перечислить все виды техники, питание которой обеспечивают батарейки. Проще сказать: что не включается в розетку, питается от них.

Как это работает?

Внутри металлического корпуса находится емкость с электролитом, который обеспечивает движение электронов и ионов от одного электрода («полюса») к другому – что и называется электрическим током. Постепенно электролит теряет способность создавать ток – и батарейка «садится».

Стандартные форматы

• Наиболее привычная нам «пальчиковая» батарея обозначается R6 (на Западе – АА)
• Элементы питания, нежно называемые мизинчиковыми, обозначают R3 (они же ААА).
• Бочонки форматов R14 (С) и R20 (D) имеют больший запас мощности и применяются в больших фонарях, бумбоксах, активной акустике, радиоустройствах.
• Батарейки-параллелепипеды традиционно называются «крона» (по названию их ведущего производителя во времена СССР). Они имеют разную маркировку, но легко узнаются по форме и обозначенному напряжению в 9 вольт.
• Для более миниатюрных форматов разработаны дисковые батарейки (обозначение CR), раньше называвшиеся «часовыми». Действительно, чаще всего такие источники питания применяются в кварцевых и электронных часах, но могут использоваться и в других компактных устройствах – слуховых аппаратах, калькуляторах, датчиках.

Цилиндрические батарейки

Привычный и стандартный облик батарейки-цилиндрика не означает, что все они одинаковы. Какие они бывают, и как правильно их выбирать?

• Солевые и реже встречающиеся угольно-цинковые батарейки – самые слабые. Они подойдут для устройств, которые не требуют сильных импульсов и не создают долговременных нагрузок. К таким устройствам, к примеру, можно отнести пульт дистанционного управления телевизором. Малой мощности будет достаточно также для разнообразных таймеров, калькуляторов, настенных часов. Если батареи имеют иноязычную упаковку, вы распознаете их по обозначениям Special Power, General Purpose. Период хранения таких батарей всего 1-3 года.
• Щелочные располагают средним запасом мощности. Импортные батареи этого типа маркируются Alkaline. Отсюда пошло их народное название – «алкалиновые». Срок годности щелочных батарей – 3-5 лет. При непрерывном разряде они способны проработать в несколько раз дольше, чем солевые, и с более интенсивной нагрузкой. Поэтому их можно применять в детских игрушках, плеерах, фонариках. Этот тип батарей является самым распространенным.
• Литиевые работают дольше всех при высоких нагрузках и лучше держат сильные импульсные разряды. Именно такие батареи есть смысл ставить в фотоаппараты и приборы для измерения давления. Они могут длительное время (5-7 лет) храниться, не разряжаясь.

В России наибольшей популярностью пользуются батарейки таких производителей как Kodak, Energizer, Duracell, GP, Maxell, «Космос», «Эра», а также выпускаемых под брендами производителей электроники – Samsung, LG, Sony, Panasonic и других известных марок.

Аккумуляторные батареи

Все больше пользователей предпочитают вместо обычных одноразовых батарей приобретать аккумуляторные. Это многоразовые источники питания, которые можно многократно – как минимум, несколько сотен раз – перезаряжать. Аккумуляторные батареи имеют те же форматы, что и обычные (прежде всего АА и ААА). Отличить перезаряжаемый элемент питания можно по надписи Rechargeable, а также по обозначенной на корпусе емкости в миллиампер-часах (mAh). Для перезарядки нужно специальное устройство, включаемое в розетку. Как правило, оно продается в комплекте с аккумуляторами. Аккумуляторные батареи разряжаются значительно быстрее одноразовых батарей, но это с лихвой компенсируется количеством циклов перезарядки. Наиболее часто встречаются зарядки для цилиндрических батарей форматов АА и ААА с возможностью одновременной зарядки 2 или 4 батарей. Однако в продаже есть и универсальные устройства, позволяющие заряжать аккумуляторы всех популярных форматов. Стоимость зарядного устройства составляет от 300 до 4000 руб. Цена зависит не только от марки и функциональности, но и силы тока заряда, от которой зависит скорость зарядки аккумуляторов. На российском рынке популярны аккумуляторы и зарядные устройства марок GP, Duracell, Varta, «Космос».

Советы по покупке и использованию

• Не покупайте батарейки впрок, а при покупке обязательно проверяйте дату выпуска. За год хранения батарея теряет 10-20% первоначальной мощности.

• Батарейки не любят отрицательную температуру. Ее нормативная емкость выдерживает перепады температуры в диапазоне от 0 до 50 градусов. Поэтому не стоит покупать батарейки в зимнее время на открытых прилавках.
• Не оставляйте элементы питания в батарейном отсеке прибора, если вы его редко используете.

• Обычные батарейки, в отличие от аккумуляторных, нельзя перезаряжать. Попытка сделать это может привести к возгоранию и даже взрыву.
• Из разряженных солевых батареек может вытечь электролит, поэтому не тяните с их заменой.
• Использованные батарейки – токсичные отходы. Их нужно правильно утилизировать. К сожалению, пока в нашей стране не так много точек, куда можно сдать батареи на утилизацию. Однако они есть в большинстве крупных городов.

Какие батарейки лучше?

Эксперты "Росконтроля" протестировали популярные солевые, щелочные и литиевые батарейки формата АА. Подробности читайте в статье.