- Принцип роботи
- Види і особливості пристрою
- Перевагами сольових батарейок є:
- Недоліками сольових батарейок є:
- лужні батарейки
- Літієві елементи живлення
- Основні вимоги до виробництва
- область використання
У перших дослідах вчених в ємність з кислотою опускали дві металеві пластини: мідну і цинкову. Пластини з'єднували провідником, після чого на мідній пластині з'являлися газові бульбашки, а цинкова пластина стала розчинятися. Було доведено, що по провіднику проходить електричний струм. Це дослідження починав італійський вчений Гальвані, від нього і отримали назву гальванічні елементи.
Після цього вчений Вольта розробив циліндричну форму цього елемента у вигляді вертикального стовпчика, що включає в себе набір кілець міді, цинку і сукна, з'єднаних один з одним, і просочених кислотою. Розроблений вольт вертикальний елемент півметрової висоти виробляв напруга, яке міг відчути людина.
Гальванічні елементи - це джерела електричної енергії, що виробляють електричний струм методом хімічної взаємодії двох металів в електроліті. Хімічна енергія в гальванічних елементах перетворюється в електричний струм.
Принцип роботи
Дія гальванічних елементів засноване на тому, що два різних металу в середовищі електроліту взаємодіють між собою, в результаті чого у зовнішній ланцюга утворюється електричний струм.
Такі хімічні елементи сьогодні називають батарейками. Величина напруги батарейки залежить від застосовуваних видів металів і від числа елементів, що знаходяться в ній. Всі пристрій батарейки розташоване в металевому циліндрі. Електроди представляють собою металеві сітки з напиленням відновлення і окислювача.
Батарейки не можуть відновлювати втрачені властивості, так як в них здійснюється пряме перетворення хімічної енергії окислювача і відновника в електричну. Хімічні реагенти при функціонуванні батарейки поступово витрачаються, а електричний струм зменшується.
Негативний висновок батарейки виконаний з цинку або літію, він втрачає електрони і є відновником. Інший позитивний висновок грає роль окислювача, його виготовляють з оксиду магнію або солей металів. Склад електроліту в звичайних умовах не пропускає через себе електричний струм. При замиканні електричного кола починається розпад електроліту на іони, що зумовлює появу його електричної провідності. Електроліт складається найчастіше з розчину кислоти або солей натрію і калію.
Види і особливості пристрою
Батарейки широко використовуються для харчування різних електронних пристроїв, приладів, цифрової техніки та діляться на три види:
- Лужні.
- Сольові.
- Літієві.
Сольові гальванічні елементи
Такі батарейки відносяться до марганцево-цинковим елементам харчування, і є найбільш вживаними в даний час.
Перевагами сольових батарейок є:
- Прийнятні електричні параметри для багатьох областей використання.
- Зручність застосування.
- Мінімальна вартість через невеликі витрат на виготовлення.
- Проста технологія виготовлення.
- Дешеве і доступне сировину.
Тривалий час цей вид батарейок є найбільш популярним, завдяки співвідношенню якості і ціни. Однак в останні роки заводи виробники зменшують виробництво сольових гальванічних елементів, і навіть відмовляються від випуску, так як вимоги до джерел живлення підвищуються виробниками електронної техніки.
Недоліками сольових батарейок є:
- Мінімальний термін зберігання, не більше 2-х років.
- Різке падіння властивостей при зниженні температури.
- Різке зменшення ємності при підвищенні робочого струму до експлуатаційних значень сучасних споживачів.
- Швидке зменшення напруги під час роботи.
Сольові гальванічні елементи в кінці свого розряду можуть потекти, що пов'язано з витіканням електроліту через збільшення обсягу позитивного електрода, який видавлює електроліт. Активна маса плюсового електрода складається з діоксиду марганцю і електроліту. Сажа і графіт, доданий в активну суміш, підвищують електропровідність активної суміші. Їх частка дорівнює від 8 до 20% в залежності від марки батарейки. Для збільшення терміну роботи окислювача активну суміш насичують електролітом.
Мінусовій електрод виготовляють з очищеного цинку, стійкого до корозії. У ньому залишається невелика частка кадмію або свинцю, що є інгібіторами корозії. Раніше в батарейках в якості електроліту використовували хлорид амонію. Він бере участь в реакції утворення струму, створює прохідність іонів. Але такий електроліт не показав хороших результатів, і його замінили хлоридом цинку з домішками хлориду кальцію. Марганцево-кислі елементи працюють довше, і показують кращі результати при знижених температурах.
У сольових гальванічних елементах негативним полюсом є цинковий корпус 7. Плюсової електрод 6 виготовлений з активною пресованої маси, просоченої електролітом. По центру цієї маси знаходиться вугільний стрижень 5, оброблений парафіном для утримання вологи в електроліті. Верхня частина стрижня закрита металевим ковпаком. У сепараторі 4 знаходиться густий електроліт. У газову камеру 1 надходять гази, утворені при роботі батарейки. Зверху батарейку закривають прокладкою 3. Весь гальванічний елемент укладають в футляр 2, виконаний з картону або фольги.
лужні батарейки
Лужні елементи живлення з'явилися в середині минулого століття. У них в якості окислювача виступає діоксид марганцю, а в якості відновника порошковий цинк. Це дає можливість збільшити поверхню. Для запобігання від корозії раніше застосовувалося змішення. Але після заборони на ртуть використовують очищені цинкові порошки з додаванням інших металів і інгібіторів корозії.
Активною речовиною анода лужної (алкалинової) батарейки став очищений цинк у вигляді порошку з додаванням алюмінію, індію або свинцю. Активна суміш катода включає в себе діоксид марганцю, ацетиленові сажу або графіт. Електроліт алкалінових батарейок складається з їдкого натру або калію з додаванням оксиду цинку.
Порошковий анод дозволяє значно підвищити використання активної суміші, на відміну від сольових батарейок. Алкалінові батарейки мають значно більшу місткість, ніж сольові, при рівних габаритних розмірах. Вони добре себе показали в роботі на морозі.
Особливістю пристрою алкалінових елементів є порошковий цинк, тому замість цинкової посудини використовують сталевий корпус для позитивного висновку. Активна суміш позитивного електрода знаходиться біля внутрішньої стінки сталевого корпусу. У алкалинової батарейці є можливість розмістити більше активної суміші позитивного електрода, на відміну від сольовий.
В активну суміш вставляється целофановий сепаратор, змочений електролітом. По центру батарейки проходить латунний анод. Інший обсяг між сепаратором і негативним токоотводом заповнюється анодної пастою у вигляді порошкового цинку, просоченого густим електролітом. Зазвичай в якості електроліту використовують луг, насичену спеціальними з'єднаннями цинку. Це дає можливість запобігти споживання лугу на початку роботи елемента, і знизити корозію. Маса лужних батарейок вище сольових через сталевого корпусу і більшої щільності активної суміші.
За багатьма основними параметрами алкалінові гальванічні елементи перевершують сольові елементи. Тому в даний час збільшується обсяг виробництва лужних батарейок.
Літієві елементи живлення
Літієві гальванічні елементи застосовуються в різних сучасних пристроях. Вони випускаються різних типорозмірів і видів.
Існують літієві батарейки та літієві акумулятори , Що мають між собою великі відмінності. Батарейки мають в складі твердий органічний електроліт, на відміну від інших видів елементів. Літієві елементи використовуються в місцях, де потрібні середні і малі струми розряду, стабільне робоче напруга. Літієвий акумулятор можна перезаряджати певну кількість разів, а батарейки не призначені для цього, і використовуються тільки один раз. Їх забороняється розкривати або перезаряджати.
Основні вимоги до виробництва
- Надійна герметизація корпусу. Не можна допускати витоку електроліту і проникнення всередину інших речовин із зовнішнього середовища. Порушення герметичності призводить до їхнього займання, так як літій є високо активним елементом. Гальванічні елементи з порушеною герметичністю не годяться для експлуатації.
- Виготовлення повинно проходити в герметичних приміщеннях з аргоновой атмосферою і контролем вологості.
Форма літієвих акумуляторів буває циліндричної, дискової або призматичної. Габарити практично не відрізняються від інших видів батарейок.
область використання
Літієві гальванічні елементи мають більш тривалим терміном роботи, в порівнянні з іншими елементами. Область застосування дуже широка:
- Космічна промисловість.
- Авіаційне виробництво.
- Оборонна промисловість.
- Дитячі іграшки.
- Медична техніка.
- Комп'ютери.
- Фото- і відеокамери.
переваги
- Широкий інтервал робочих температур.
- Компактні розміри і маса.
- Тривала експлуатація.
- Стабільні параметри в різних умовах.
- Велика ємність.
недоліки
- Можливість раптового займання при недотриманні правил користування.
- Висока ціна, в порівнянні з іншими видами батарейок.