Как работает батарейка?

В настоящее время мир без батареек и автономных аккумуляторов представить уже невозможно. Ведь телефоны, ноутбуки, фонарики, часы, весы и многое другое вплоть до космических кораблей – аккумуляторы есть абсолютно везде. Без них можно было бы забыть о любой автономности и мобильности.

В настоящее время мир без батареек и автономных аккумуляторов представить уже невозможно. Ведь телефоны, ноутбуки, фонарики, часы, весы и многое другое вплоть до космических кораблей – аккумуляторы есть абсолютно везде. Без них можно было бы забыть о любой автономности и мобильности.

Это настолько привычная нам вещь, что мы редко задумываемся о том, как работают гальванические элементы – единственная альтернатива сетевым источникам питания. Хотя это очень интересная тема. Мы разберемся с тем, что внутри батарейки, что она собой представляет и как вообще работает.

Что такое батарейка?

Любая батарея или аккумулятор – это источник электропитания, в котором энергия образуется в результате протекания химических реакций. В зависимости от типа протекающей реакции, выделяют два типа элементов питания:

• Гальванические. Одноразового действия. Реакция, происходящая в них при выработке электрической энергии, необратима. Ввиду этого такие батарейки нельзя перезаряжать, после выработки ресурса они подлежат утилизации.
• Аккумуляторные. Их главное отличие и преимущество – обратимость реакции, которая происходит в результате выработки электричества. Поэтому после разрядки такие элементы питания можно зарядить и использовать повторно. (Как правильно заряжать аккумуляторные батарейки)

Любая батарейка на 90% процентов состоит из трех ключевых элементов: анода (подключен к полюсу «-»), катода (подключен к полюсу «+») и электролита. Когда она вставляется в прибор, то подключается к электрической цепи, и в батарейке начинаются окислительно-восстановительные реакции.

Как работают батарейки? И как их выбрать

Как это выглядит на практике. Материал анода окисляется и выделяет электроны, которые и формирующие электроток. Поскольку в ходе реакции образуется избыточное их количество, через электроцепь электроны перемещаются к катоду, где нейтрализуются в ходе процесса восстановления. Электрическое напряжение создается именно благодаря переизбытку электронов на отрицательном полюсе при их нехватке на положительном. 

Фактически ответ на вопрос, как работает батарейка, можно описать следующими принципами:

1. На отрицательном полюсе производятся свободные электроны, а на положительном – поглощаются.
2. Реакции высвобождения и поглощения нейтральны по отношению к общему заряду батарейки. При высвобождении электронов также производятся катионы или поглощаются анионы, и наоборот – при поглощении.
3. Катионы и анионы содержатся в электролите. Основное свойство последнего – свободное перемещение катионов/анионов при блокировке передвижения электродов. 
4. Мы уже сказали, что в электрической цепи электроны движутся от анода к катоду или от «-» к «+». При этом внутри самой батарейки ионы перетекают от положительного электрода к отрицательному, перенося такой же заряд.
5. Благодаря тому, что у каждой из двух химических реакций есть свой электрический потенциал, разница между ними и определяет напряжение источника питания. Емкость батарейки зависит от количества материала для реакции.
6. Когда заканчивается исходный материал для реакции, батарейка разряжается и перестает функционировать.
7. Аккумуляторы при разрядке подключаются к зарядному устройству с большим потенциалом, благодаря чему в них запускается обратное действие. Фактически, происходит восстановление до практически изначального состояния. Анод постепенно истощается, что в итоге приводит изделие в негодность после определенного количества перезарядок.

Это основное, что требуется знать про то, как работает батарейка. О том, как они отличаются в зависимости от наполнения, и какие вообще виды существуют, мы поговорим чуть дальше.

Что внутри батарейки?

Исходя из того, какие материалы используются внутри источника электропитания, в настоящее время они разделяются на:

• Солевые или угольно-цинковые. Самая старая разновидность, известная еще с начала ХХ века. Такие батарейки дешевые, но недолговечные и малоэффективные при работе со крупной силой тока. Поэтому их преимущественно вставляют в часы, пульты ДУ, фонарики и прочие маломощные изделия. Состав батарейки этого типа: анод – цинк, катод – марганцево-графитовый стержень, и они погружены в хлорид аммония.
• Щелочные или Alkaline. По всем параметрам это улучшенная версия предыдущих. У них лучше емкость, напряжение, огромный диапазон температур, при которых они сохраняют свою работоспособность и так далее и т.д. На полках в магазине чаще всего встречается именно этот вид под брендами Duracell, Energizer и другие. Состав батарейки здесь выглядит следующим образом: катод – цинк, порошковый анод – оксид серебра, метагидроксид никеля или двуокись марганца.
• Литиевые. Современная разработка, которую отличает значительная емкость и долговечность, способность выдерживать большую силу тока. Анод здесь из металлического лития, катод из диоксида марганца, оксида меди и других химических соединения. В качестве проводящей среды используются соли лития.

Что касается аккумуляторов, здесь чаще всего используются никель-металлгидридные, никель-кадмиевые и литий-ионные. Причем последние распространены больше всего. Li-Ion АКБ применяются в телефонах, ноутбуках, фотоаппаратах, шуруповертах и т.д. В качестве катода в них может задействоваться кобальтат лития, литий-марганцевая шпинель или литий-феррофосфат. Анодом выступает графит.

Какие есть батарейки?

Чаще всего под этим источником питания мы подразумеваем пальчиковые и мизинчиковые батарейки, которые официально имеют формат батарейки АА и ААА соответственно. Однако кроме них также на рынке есть такие типоразмеры:

• АААА. Используются для самых компактных приборов, как-то лазерные указки, LED-фонарики, компьютерные автономные стилусы и т.д.
• Батарейки тип С. Часто называется «дюймовочкой». Этот вариант применяется в часах, будильниках, игрушках на радиоуправлениях и многих других бытовых приборах.
• D. В народе более известна как «бочка». Выступает источником питания в устройствах с высоким энергопотреблением: магнитолах, рациях, мощных ручных фонарях и прочих.
• PP3 или «Крона». Имеет обширную сферу применения.

Надеемся, после прочтения нашего материала, вам стало гораздо понятнее, что такое батарейка, и как она работает.