Алкалиновые батарейки — что это такое
Щелочные аккумуляторы называют также алкалиновыми. В их составе присутствует марганец и цинк, но в качестве электролита используется гидроксид калия. В зависимости от типа и размера различают пальчиковые и мизинчиковые щелочные батарейки. Их можно найти по маркировке LR. Предназначены алкалиновые АКБ для техники со средним и высоким энергопотреблением: фонарей, плееров, фотоаппаратов, диктофонов и т.д.
Алкалиновые батарейки предназначены для техники со средним и высоким энергопотреблением.
Что такое алкалиновый АКБ
Щелочные или алкалайн аккумуляторы стали доступны позже остальных типов батарей, но среди пользователей они имеют большую популярность. Главным их плюсом является срок службы в течение многих лет и простые условия хранения. Даже при низких температурах они способны сохранять свои характеристики.
Технические параметры и конструкция батарейки предусматривает емкость, превышающую объем солевых АКБ в 3-5 раз. Напряжение при разрядке снижается медленнее, за счет чего увеличивается срок службы. Выход из строя техники и самой батареи предотвращает полностью герметичный корпус. При правильной эксплуатации алкалиновые АКБ работают в течение 5-7 лет.
Состав
Конструкция алкалиновых батареек идентична солевым элементам питания. Параметры различаются из-за разного выходного тока электролита.
Так, щелочные аккумуляторы состоят из:
Особенности устройства
Щелочные элементы питания способны выдерживать высокие нагрузки, не подвержены протечкам и не перегреваются. Для повышения токоотдачи в состав добавляют висмут и алюминий, которые препятствуют агломерату. За счет изоляции электродов щелочные аккумуляторные батареи безопасны при эксплуатации. Для отвода газов предусмотрена специальная камера и мембрана внутри корпуса.
Разновидности
Самыми популярными видами алкалиновых элементов питания являются никель-металлогидридные и никель-кадмиевые АКБ. Их особенность заключается в низком сопротивлении источника, поэтому даже при нагрузках исключен перегрев и выход из строя. Корпус становится теплым только при полном заряде. Никель-металлогидридные аккумуляторы отличаются продолжительной эксплуатацией (до 3000 перезарядок) и возможностью быстрой зарядки.
Области применения
Щелочные батареи применяют во многих сферах. Они являются элементом питания для:
Эксплуатация и хранение
При использовании и хранении щелочных элементов питания следует придерживаться несколько рекомендаций. Они позволят продлить срок службы батареи и повысить ее эффективность, сохранив значимый ресурс.
Не допускайте механических повреждений и тепловых воздействий
Внутренние элементы щелочной батареи легко вступают в реакцию с внешней средой при деформации корпуса или перегреве. Ее итогом становится газообразная субстанция, оказывающая сильное давление на внутренние элементы АКБ. Электролит, вытекающий из разрушенного корпуса, способен навредить здоровью человека или подключенному устройству.
Не используйте одновременно новые и старые батарейки разных брендов
Установка одновременно новых и старых элементов питания недопустима, так как тип, производитель и степень изношенности у используемых батареек должны быть одинаковыми. Иначе нагрузка при работе неправильно распределяется – слабый элемент перегружается, что приводит к быстрому израсходованию ресурса.
Помимо этого, технические характеристики батарей будут зависеть от параметров слабейшего элемента питания. Для правильной работы батареек в устройстве нужно покупать и использовать сразу несколько штук в заводской упаковке. Также не желательно ждать полного разряда всего комплекта. Например, при работе радио или плеера можно чередовать батарейки из нескольких пачек для увеличения суммарного срока эксплуатации. Такие перерывы от процесса отдачи энергии позволят аккумуляторам восстановить ресурс электролита.
Следите за полярностью
Держите батарейки подальше от детей
Как и другие, щелочные элементы питания нельзя давать детям. Ребенок можно случайно проглотить батарейку, что вызовет проблемы с ЖКТ, в том числе отравление. При попытке разобрать или повредить корпус АКБ вытечет электролит. Он приводит к ожогам кожи и слизистых оболочек тела. В этом случае необходимо промыть поврежденный участок большим количеством воды и обратиться в медпункт.
Отличия от солевых батареек
Обычные солевые элементы питания были созданы раньше алкалиновых, и продолжительное время считались эффективными. Их основными достоинствами являются невысокая цена и широкая область применения. К недостаткам можно отнести сильный спад эффективности при низких температурах, быстрое снижение изначального ресурса и малый срок простоя без потери емкости.
Щелочные же аккумуляторы начали выпускать позже солевых, но среди пользователей они пользуются большим спросом. Главным плюсом и отличием алкалиновых АКБ от солевых является гораздо более долгая работа. Помимо этого, щелочные варианты хорошо сохраняют ресурс при простое и не теряют эффективности при низких температурах.
Производители алкалиновых АКБ
Самым популярным брендом alkaline источников питания является производитель Duracell, который уже десятки лет ассоциируется с высоким качеством и надежностью. Для улучшения характеристик батарей компания регулярно проводит тесты и исследовательские работы. В целом весь рынок щелочных аккумуляторов не стоит на месте, предлагая новые решения для электротехники средней и высокой мощности.
Алкалиновые или щелочные батарейки – это надежный источник питания для различных устройств. Используют данные элементы в электрокарах, строительной, сельской технике и бытовых приборах. Для сохранения ресурса и продолжительной работы нужно соблюдать правила эксплуатации: не допускать перегрева и не вставлять батарейки из разных комплектов.
Какие батарейки лучше алкалиновые или солевые
Батарейки предназначены для питания приборов, которые функционируют автономно от электросети: пульты ДУ, фототехника, радио, аудиоплееры. Разные типы источников питания различаются между собой составом электролита. Также можно заметить, что большим эксплуатационным сроком отличаются литиевые и щелочные батарейки.
Далее мы расскажем о том, какие батарейки лучше солевые или щелочные, какую классификация имеют алкалиновые батарейки, в чем разница между щелочными и литиевыми элементами, батарейки какого типа лучше покупать, из чего состоят элементы, а также полезные советы по эксплуатации источников питания.
Отличие щелочных батареек от солевых
Чтобы выяснить, какие лучше солевые или щелочные батарейки, необходимо разобраться в их отличиях:
Классификация алкалиновых батареек
Обозначение алкалиновых или щелочных источников питания отличается у изготовителей из различных стран, поэтому их можно классифицировать по нескольким характеристикам.
По наружной части аккумуляторы можно классифицировать как:
Щелочные и алкалиновые элементы на корпусе имеют следующие обозначения: Alkaline, L, LR.
Можно ли заряжать алкалиновые батарейки
Перезаряжаемые щелочные батарейки изготавливаются не многими производителями. Поэтому, чтобы узнать, можно ли подзаряжать элемент питания, необходимо посмотреть на его корпус. Если есть надпись RAM, то значит, источник можно подзаряжать.
По стоимости такие аккумуляторы дороже, но их цена быстро окупается. Нужно заметить, что такие устройства могут выполнять восстановление емкости около 25 раз, дальше прибор приходит в негодность и его можно утилизировать.
Обычные алкалиновые элементы являются не перезаряжаемыми, поэтому для таких устройств выполнять подзарядку нельзя.
Что такое алкалиновая батарейка
По устройству алкалиновые элементы схожи с карбоновыми. Главное отличие состоит в размещении компонентов. У щелочных имеются 2 электрода и электролит. Цинк в порошкообразной форме, который пропитан гидроксидом калия, выполняет функцию отрицательно заряженного электрода. В роли положительно заряженного электрода выступает диоксид марганца.
Между собой эти 2 электрода разделены пропитанным электролитом сеператором. Компонент с плюсовым контактом покрыт никелем и имеет форму стакана. А минусовой контакт изготовлен из стали в форме таблетки.
Плюсами этого типа являются:
Область использования распространяется на не малое число устройств. Подобные источники питания нужны для функционирования мощных приборов, например, цифровых фотоаппаратов, бытовых весов, электронных часов, медицинского оборудования и т.д. Наиболее распространенными являются компании Energizer и Duracell американского производства. Кроме того, хорошо себя зарекомендовали компании Toshiba и Sony, которые изготавливаются японскими фирмами.
Также можно заметить, что между емкостью и разрядом алкалиновых элементов имеется обратная зависимость. Снижение емкости выполняется поэтапно, и при разрядке со значительной силой тока отличаться этот тип от карбонового будет в 10 раз.
Отличие солевых батареек от алкалиновых
Подбирая элементы для питания электроприборов, пользователи думают о стоимости и качестве. Солевые и алкалиновые элементы, чем отличаются эти типы? В плане экономии, самым бюджетным вариантом является карбон-цинковый тип. Поскольку изготовление этих приборов обходится намного дешевле, и они производятся в больших объемах. Это все преимущества солевых батареек перед щелочными.
Еще одним отличием солевого типа от алкалинового является состав электролита. У первых используется соляной раствор, а у вторых – щелочь.
Коэффициент полезного действия (КПД) у алкалиновых в несколько раз выше, чем у карбоновых. Кроме того, они обладают большим эксплуатационным сроком, по сравнению с солевым типом. Эти различия говорят о том, что алкалиновые батарейки способны работать дольше и эффективнее, чем их аналог.
У солевых батареек энергоемкость в 4 раза меньше, чем у алкалиновых. Во время приобретения этого элемента необходимо посмотреть на дату производства. Если со дня изготовления карбоновых источников прошло много времени, то приобретать такие элементы не нужно, поскольку в таком случае они быстро выйдут из строя.
Разница между щелочными и литиевыми батарейками
Алкалиновые источники имеют номинальное значение напряжения в 1,5В на одну ячейку. Чтобы повысить этот показатель, необходимо последовательно подсоединить элементы друг с другом. Расчетное напряжение у литиевых батареек намного больше, чем у алкалиновых, и составляет примерно 3,6В на одну ячейку.
По этой причине для работы с высоким энергопотреблением используют литиевые источник питания, например в ноутбуках, медицинском оборудовании, военной технике и различных гаджетах. Если вы посмотрите на АКБ своего телефона, то обнаружите, что там используется литий ионная батарейка на 3,6В.
Алкалиновые элементы применяются в приборах с меньшим потреблением энергии, например, в наручных часах, пультах ДУ, весах и т.д.
Рекомендации и советы потребителям
За 1 год хранения алкалиновый источник питания теряет около 15% своего заряда, по этой причине следует применять прибор сразу после приобретения, и при этом нужно помнить, что нельзя покупать элемент с истекающим сроком хранения.
Не все батарейки можно подзаряжать. Чтобы убедиться в том, что вам можно выполнить эту процедуру, необходимо посмотреть на соответствующую отметку. Если у вас аккумуляторный тип, то ваш элемент является перезаряжаемым, и значит, для него можно выполнять подзарядку. Для восстановления емкости рекомендуется использовать только оригинальные ЗУ, в противном случае применение других зарядников может привести к негативным последствиям.
Видео об алкалиновых батарейках
Что такое алкалиновые батарейки
Аккумуляторы и батарейки питают бытовые устройства, которые не подключаются к электросети. К ним относятся различные игрушки, фонарики, пульты дистанционного управления, настенные часы, кухонные весы. Стоит знать, что все элементы питания отличаются не только внешним видом, размерами, рабочим напряжением, но и составом.
Одни из самых надёжных — алкалиновые батарейки. Данный элемент питания отличается длительным сроком службы. Его второе название – щелочные, однако многие неопытные пользователи считают, что это различные изделия. Чтобы ориентироваться во всём этом разнообразии, мы расскажем именно об алкалиновых элементах питания.
Алкалиновая батарейка: что это значит, история развития
Алкалиновая батарейка – это надёжный, а главное, недорогой элемент питания, которые служит в несколько раз дольше, чем солевой аналог. «Предки» современного алкалинового изделия — вольтовы столбы, которые стали результатом разработок великого итальянского учёного Алессандро Вольта. Это случилось в далёком XIX столетии.
Первоначально автономный источник представлял собой довольно сложный механизм. В его состав входили медные и цинковые пластины, которые поочерёдно соединялись. Именно они выступали в роли гальванического элемента. Вследствие взаимодействия пластин с солевым раствором возникал электрический ток.
Массовое производство таких батареек началось спустя некоторое время после их изобретения. Занялись этим французские инженеры Жорж Лекланше и Эрнест Барбье. В те времена их устанавливали в оборудование телеграфных сетей и железных дорог.
Источником тока в них была марганцево-цинковая пластина и солевой раствор. Разработал данный вариант уже Лекланше. Спустя некоторое время такие батареи начали усовершенствовать и их состав менялся. Главная цель таких экспериментов — уменьшение размеров аккумулятора, увеличение ёмкости и срока службы.
Именно щелочной раствор впервые начали использовать уже в XX веке. Новый элемент питания был создан Томасом Эдисоном и Вальдемаром Джангнером. Но самое интересное в том, что оба учёных работали независимо друг от друга.
В середине XX века инженер из Канады Льюис Урри применил щёлочь для марганцево-цинковых батареек и через 10 лет запатентовал свою разработку. Современные же изделия в сотни раз компактней и имеют усовершенствованную производительность, однако принцип действия в них заложен такой же, как и у первых устройств.
Состав и устройство алкалиновой батарейки
Отличить алкалиновые батарейки от солевых можно по характерной надписи Alkaline, которая присутствует на их корпусе. Их применяют в тех устройствах, где необходим высокий уровень энергии. Также они отличаются тем, что могут работать на морозе, а ещё продолжительным периодом действия и хранения. Поэтому их применяют в приборах, где могут присутствовать большие перерывы в работе, например в фонариках.
В состав алкалиновой батарейки входят следующие элементы:
Анод – очищенный цинк. После специальной обработки, которая предотвращает возникновение коррозии, он смешивается с алюминием и висмутом. Если сравнивать щелочной элемент питания с солевым, то он имеет изнаночное строение. Также к особенностям алкалиновых батареек можно отнести:
Характеристики алкалиновых батареек
К характеристикам щелочных элементов питания можно отнести следующие пункты:
Внимание! При покупке батарейки всегда учитывайте её мощность и напряжение, поскольку несоответствие может привести к поломке устройства, в которое вставляется элемент питания.
Классификация щелочных батареек
Любой элемент питания классифицируется по нескольким параметрам. Всего же их существует 5 основных вариантов:
Плюсы и минусы
Алкалиновые батарейки имеют несколько преимуществ и недостатков. К их плюсам относятся:
Если же говорить о минусах, то их намного меньше. Однако всё же они есть:
Где применяются
Высокая производительность и огромный выбор типоразмеров позволяют использовать щелочные элементы питания в различных бытовых устройствах. К их числу относятся: различные виды весов, пульты дистанционного управления; часы, игрушки на радиоуправлении или с устройством для проигрывания мелодий, магнитофоны, радиоприёмники и другая музыкальная аппаратура, фотоаппараты.
Алкалиновые или литиевые батарейки – какие лучше выбрать?
В этой статье будут рассмотрены особенности алкалиновых и литиевых батареек, а также их преимущества и недостатки. Для педантов сразу отмечу, что под обозначением «батарейки» здесь понимаются первичные источники тока щелочного (alkaline) и литиевого типа. В основном они представлены в продаже цилиндрическими моделями форм-фактора AA (или R6) и AAA (или R3), но на самом деле типоразмеров значительно больше. Можно также назвать C (R14), D (R20). Есть не только цилиндрические, но также дисковые (CR) или призматические («Крона» 9 В). Отличия у них не в форме и размерах, а в типе электрохимической системы, которая и определяет их достоинства и недостатки.
Алкалиновые
Конструкция и состав
Это стандартные батарейки щелочного типа. Алкалиновыми их окрестили за маркировку «Alkaline» (в переводе щелочной) импортного происхождения. Это марганцево─цинковый гальванический элемент питания со щелочным электролитом. В большинстве случаев щелочные батарейки имеют катод из двуокиси марганца (MnO2) с графитосодержащим материалом, а анод из цинковой пасты (Zn). Реже в качестве материала катода применяются оксид серебра (Ag2O) или метагидроксид никеля (NiO(OH)). В качестве электролита применяется гидроксид калия (KOH).
Ниже можно посмотреть конструкцию щелочного источника питания цилиндрического типа.
Изоляцию катода обеспечивает оболочка, предотвращающая короткое замыкание. В нижней части можно также увидеть специальную прокладку. Её роль заключается в принятие газов, образующихся в элементе при работе. Если давление превышает допустимый предел, то развивается предохранительная мембрана и батарейка разгерметизируется. В результате из алкалинового источника питания может вытечь электролит.
Реакции
В алкалиновых источниках питания протекают следующие реакции.
На аноде идет реакция с образованием гидроксида цинка и дальнейшим его разложением на оксид цинка и воду.
Zn + 2OH − => Zn(OH)2 + 2e −
На катоде восстанавливается оксида марганца.
Общий электрохимический процесс в алкалиновой батарейке выглядит следующим образом.
Zn + 2KOH + 2MnO2 + 2e − → 2e − + ZnO + 2KOH + Mn2O3
Конструкция и материалы щелочной батарейки очень близки к солевым источникам питания. Однако в отличие от солевых батареек, в алкалиновых цинк содержится в порошкообразном виде, а не в форме цинкового стакана.
Сферы применения
Ниже перечислены основные сферы применения.
Как видите, это устройства, потребляющие относительно высокий ток непродолжительное время, а также те, что требуют небольшое по мощности питание в течение длительного времени. Если подать слишком высокую нагрузку, то может просесть напряжение и потребуется некоторое время на его восстановление.
Вернуться к содержанию
Основные параметры
Литиевые
Конструкция
В случае с литиевыми батарейками есть несколько распространённых типов конструкции. Ниже рассмотрены цилиндрические и дисковые источники тока.
Для цилиндрических моделей применяются бобинная и рулонная конструкция.
В случае рулонных батареек важно позаботиться о безопасности, поскольку при коротком замыкании (КЗ) ток в них может достигать 20 ампер. Если произойдет КЗ, то из-за сильного разогрева элемент питания может взорваться. Чтобы это предотвратить, конструкции предусматривается плавкий термистор, который еще называют плавким предохранителем. Когда ток превышает определенное значение, термистор разогревается, увеличивается сопротивление материала и ток КЗ снижается.
После устранения короткого замыкания и уменьшения температуры, сопротивление плавкого предохранителя снижается и батарейку можно снова использовать.
Некоторые производители предусматривают дополнительный вид защиты в виде специальной насечки в основании отрицательного вывода элемента. Если давление внутри корпуса превысит определенное значение, то по этой насечке произойдет вскрытие и сброс давления. Так удастся избежать взрыва. После вскрытия литиевая батарейка уже непригодна для использования.
Состав и протекающие реакции
Существуют две электрохимические системы, на основе которых создаются литиевые батарейки.
Литий─тионилхлоридные
В этой электрохимической системе катодом является жидкое вещество. В роли анода выступает металлический литий, а катод выполнен из пористой углеродной массы. Электролит представляет собой раствор солей лития (LiGaCl4 или LiAlCl4) в тионилхлориде (SOCl2). Тионилхлорид, помимо функции электролита, выполняет также роль активного материала катода. Химическая реакция, протекающая в этой электрохимической системе, выглядит так.
В процессе разряда происходит оседание хлорида лития в порах катода. Когда батарейка близка к полному разряду, начинается оседание серы на катоде. Параллельно происходит растворение оксида серы в электролите.
Литий─диоксидмарганцевые
Электрохимические системы на базе MnO2 являются более распространенными при создании первичных источников тока литиевой типа. Здесь роль анода также выполняет металлический литий, активным катодным материалом является термообработанный диоксид марганца ─ MnO2. В системе используются органический электролит, имеющий в своём составе растворенные соли лития LiClO4 или LiCF2SO2. Часто используется диметоксиэтан или пропиленкарбонат. Реакция, происходящая при разряде в этой системе, показана ниже.
При протекании реакции нет образования каких-то химических элементов, которые бы увеличивали давление в корпусе источника тока. Марганец восстанавливается до трёхвалентного состояния, а также происходит встраивание ионов лития в кристаллическую решётку MnO2.
Система на основе Li─SOCL2 имеет более высокую энергетическую плотность и ёмкость, чем Li─MnO2. Естественно, при одинаковых габаритах и массе. Это обусловлено более высокой активностью тионилхлорида сравнению с диоксидом марганца. Кроме того, номинальное напряжение в первом случае составляет 3,5, а во втором 3 вольта.
Если после хранения такой батарейки подключить её к устройству, потребляющему большой ток, то произойдет кратковременная просадка напряжения. Впоследствии она выравнивается до нормального значения. Просадка будет тем сильнее, чем дольше на хранении находился источник питания. И тем больший ток будет потребляться нагрузкой. Если же напряжение снизится ниже минимального, то устройство не может просто включиться.
Поэтому после хранения батареек Li─SOCl2 перед подключением к ним нагрузки нужно проводить депассивацию. Причём специалисты советуют учитывать эффект пассивации на стадии проектирования того или иного устройства для его стабильного функционирования. С этой точки зрения процесс пассивации является отрицательным явлением.
В принципе, этот эффект можно преодолеть, если ввести в электролит вещества, способствующие растворению хлорида лития. Но образующаяся пленка имеет и положительный эффект. Он заключается в том, что при хранении предотвращается окисление материала катода. Благодаря этому снижается интенсивность саморазряда. К примеру, у батареек Li─SOCl2,имеющих бобинную конструкцию, составляет всего около 1 процента в год.
Вернуться к содержанию
Сферы применения
Безопасность
При использовании литиевых батареек важное значение приобретает вопрос безопасности. Это касается их применения как в промышленных, так и в бытовых устройствах. Нужно позаботиться о том, чтобы параметры эксплуатации не привели к возгоранию, порче оборудования и травмам персонала. Более безопасными считаются источники тока Li─MnO2. В них при хранение и разряде не возникает никаких элементов, увеличивающих давление в корпусе. В электрохимических системах Li─SOCl2 присутствуют подобные элементы, но критического увеличения давления они не вызывают.
Стоит также понимать, что чем больше ёмкость литиевых источников тока (а значит, больше их размеры и масса), тем больше в них активного материала. А значит, серьёзнее будут последствия в случае возгорания. Чем меньше лития использовано в батарейке, тем она безопаснее. Про средства защиты (клапаны, насечки) уже было сказано выше в разделе про рулонную конструкцию.
Характеристики
| Li─MnO2 | Li─SOCl2 | |
|---|---|---|
| Катод | диоксид марганца | тионилхлорид |
| Электролит | перхлорат лития в растворителе (пропиленкарбонат, диметоксиэтан) | тетрахлоралюминат лития в тионилхлориде |
| ЭДС, В | 3.3 | 3.65 |
| Номинальное напряжение, В | 3 | 3.5 |
| Удельная энергия, Вт*ч/кг | 280 | 500-700 |
Что лучше – литиевые или алкалиновые?
В итоге, что лучше литиевые или щелочные батарейки? Как и в других подобных случаях, однозначного ответа на вопрос здесь дать нельзя. Выбор нужно делать в зависимости от устройства, где будет работать батарейка. Можно только обозначить преимущества и недостатки обоих типов.
Можно однозначно сказать, что выбор в пользу литиевых батареек следует делать тогда, когда требуется обеспечить питание устройств с высоким потреблением тока. Но при этом придется потратиться больше, чем случае со щелочными источниками тока.
Вернуться к содержанию