Як працює батарейка?

В даний час світ без батарейок і автономних акумуляторів уявити вже неможливо. Адже телефони, ноутбуки, ліхтарики, годинник, ваги і багато іншого аж до космічних кораблів – акумулятори є на кожному кроці. Без них можна було б забути про будь-який автономності та мобільності.

Це настільки звична нам річ, що ми рідко замислюємося про те, як працюють гальванічні елементи – єдина альтернатива мережевих джерел живлення. Хоча це дуже цікава тема. Ми розберемося з тим, що всередині батарейки, що вона собою являє і як взагалі працює.

Що таке батарейка?

Будь-яка батарея або акумулятор – це джерело електроживлення, в якому енергія утворюється в результаті протікання хімічних реакцій. Залежно від типу протікає реакції, виділяють два типи елементів живлення:

• Гальванічні. Одноразової дії. Реакція, яка відбувається в них при виробленні електричної енергії, необоротна. Зважаючи на це такі батарейки не можна перезаряджати, після вироблення ресурсу вони підлягають утилізації.
• Акумуляторні. Їх головна відмінність і перевага – оборотність реакції, яка відбувається в результаті вироблення електрики. Тому після розрядки такі елементи живлення можна зарядити і використовувати повторно. (Як правильно заряджати акумуляторні батареї)

Будь-яка батарейка на 90% відсотків складається з трьох ключових елементів: анода (підключений до полюсу «-»), катода (підключений до полюсу «+») і електроліту. Коли вона вставляється в прилад, то підключається до електричного кола, і в батарейці починаються окислювально-відновні реакції.

Відео: як працюють батарейки? І як їх вибрати

Як це виглядає на практиці. Матеріал анода окислюється і виділяє електрони, які і формують електрострум. Оскільки в ході реакції утворюється надмірна їх кількість, через електроланцюг електрони переміщаються до катода, де нейтралізуються в ході процесу відновлення. Електрична напруга створюється саме завдяки надлишку електронів на негативному полюсі при їх нестачі на позитивному.

Фактично відповідь на питання, як працює батарейка, можна описати такими принципами:

1. На негативному полюсі виробляються вільні електрони, а на позитивному – поглинаються.
2. Реакції вивільнення і поглинання нейтральні по відношенню до загального заряду батареї. При вивільненні електронів також виробляються катіони або поглинаються аніони, і навпаки – при поглинанні.
3. Катіони і аніони містяться в електроліті. Основна властивість останнього – вільне переміщення катіонів / аніонів при блокуванні пересування електродів.
4. Ми вже сказали, що в електричному ланцюзі електрони рухаються від анода до катода або від «-» до «+». При цьому всередині самої батарейки іони перетікають від позитивного електрода до негативного, переносячи такої ж заряд.
5. Завдяки тому, що у кожної з двох хімічних реакцій є свій електричний потенціал, різниця між ними і визначає напругу джерела живлення. Ємність батареї залежить від кількості матеріалу для реакції.
6. Коли закінчується вихідний матеріал для реакції, батарейка розряджається і перестає функціонувати.
7. Акумулятори при розрядці підключаються до зарядного пристрою з великим потенціалом, завдяки чому в них запускається зворотну дію. Фактично, відбувається відновлення до практично початкового стану. Анод поступово виснажується, що в підсумку призводить виріб в непридатність після певної кількості перезаряджень.

Це основне, що потрібно знати про те, як працює батарейка. Про те, як вони відрізняються в залежності від наповнення, і які взагалі види існують, ми поговоримо трохи далі.

Що всередині батарейки?

Виходячи з того, які матеріали використовуються всередині джерела електроживлення, в даний час вони поділяються на:

• Сольові або вугільно-цинкові. Найстаріша різновид, відома ще з початку ХХ століття. Такі батарейки дешеві, але недовговічні і малоефективні при роботі з великою силою струму. Тому їх переважно вставляють в годинник, пульти дистанційного керування, ліхтарики та інші малопотужні вироби. Склад батарейки цього типу: анод – цинк, катод – марганцево-графітовий стрижень, і вони занурені в хлорид амонію.
• 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.
• Літієві. Сучасна технологія, яку відрізняє значна ємність і довговічність, здатність витримувати більшу силу струму. Анод тут з металевого літію, катод з діоксиду марганцю, оксиду міді та інших хімічних з’єднання. Як провідного середовища використовуються солі літію.

Що стосується акумуляторів, тут найчастіше використовуються нікель-металгідридні, нікель-кадмієві і літій-іонні. Причому останні поширені найбільше. Li-Ion АКБ застосовуються в телефонах, ноутбуках, фотоапаратах, шуруповертах і т.д. В якості катода в них може бути задіяний кобальтат літію, літій-марганцева шпінель або літій-феррофосфат. Анодом виступає графіт.

Які є батарейки?

Найчастіше під цим джерелом живлення ми маємо на увазі пальчикові і мізинчикові батарейки, які офіційно мають формат батарейки ААі ААА відповідно. Однак крім них також на ринку є такі типорозміри:

• АААА. Використовуються для самих компактних приладів, як-то лазерні указки, LED-ліхтарики, комп’ютерні автономні стілуси і т.д.
• Батарейки тип С. Часто називається «Дюймовочкою». Цей варіант застосовується в годинах, будильниках, іграшки на радіокеруванні та багатьох інших побутових приладах.
• D. У народі більш відома як «бочка». Виступає джерелом харчування в пристроях з високим енергоспоживанням: магнітолах, раціях, потужних ручних ліхтарях та інших.
• PP3 або «Крона». Має велику сферу застосування.

Сподіваємося, після прочитання нашого матеріалу, вам стало набагато зрозуміліше, що таке батарейка, і як вона працює.