Что такое щелочные батарейки: характеристики щелочных элементов питания

Как устроен элемент питания

Конструкция алкалиновых батареек предусматривает строение изделия как будто наизнанку, по сравнению с солевыми аккумуляторами:

Внутри элемента содержится цинковая паста. В ней цинк находится в виде порошка, что увеличивает площадь его взаимодействия, от этого ёмкость аккумулятора выше, нежели у солевых аналогов.
Цинк, загущенный специальным гелем, вырабатывает отрицательный потенциал, его снимает стержень из латуни.
Диоксид марганца, смешанный с углеродной составляющей (графит, зола, сажа), отделяется от цинка с загустителем (анода) специальным сепаратором.
Положительный вывод энергии выполнен в виде стального стакана с покрытием из никеля.
Отрицательный вывод изготовлен из стальной тарелки.
Оболочка изолирована от стакана. Это предупреждает возникновение замыкания. Ведь оба элемента расположены в одном отделении изделия.
Также в щелочном элементе питания присутствует прокладка. Она берет на себя давление газов. Стоит отметить, что их выработка незначительна. Если сравнивать солевую и щелочную батарейку, то у второй газообразование снижено на 80%.
Для защиты от взрыва данных элементов питания в конструкции предусмотрена камера для сбора газов и мембрана. Если давление внутри батареи очень велико, мембрана лопается, и происходит утечка электролитов.

Какие батарейки лучше алкалиновые или солевые?

Порой между пользователями возникает спор о том, какой элемент питания все же лучше солевой или щелочной? Если разобраться в вопросе более детальнее, то не вооруженным взглядом видно, что alkaline батарейки имеют значительно лучший рейтинг! Если не верите проведите простой тест. Приобретите 2 элемента питания с разным электролитом. И поставьте их в два одинаковых устройства. Включите и засеките время. Какой накопитель энергии проработает дольше тот и будет лучше!

Вот в чем отличия щелочных батареек от солевых:

Емкость выше!
Работают в 5 раз дольше!
Спокойно выдерживают мороз до -20 градусов Цельсия!
Электролит из корпуса не вытекает, когда элемент сильно разряжен!

Таким образом преимущества на лицо!

Необычные типы батареек

Имеют форму цилиндра. Относятся к щелочному типу. Напряжение 1.5 вольт. По маркеровке IEC носят название R23. Габариты 17 на 50 мм. Раньше использовались в нестандартных устройствах и стареньких компьютерах. На данный момент их практически не найти.

AAAA.

Именуются как LR61. Являются очень миниатюрными щелочными элементами питания цилиндрической формы. Напряжение 1.5 V. Габариты 8,3 на 42.5 мм. Такие длинные батарейки используют в фотоаппаратах, фонариках, мощных стилусах, лазерных указках, глюкометрах.

Являются солевыми и маркируются как R12. Есть так же щелочные с обозначением LR12. Выполнены в виде цилиндрической формы. Размер 21,5х60 мм. Напряжение 1.5 вольт. Часто используют в осветительных установках.

Имеют напряжение 1.5 V. Именуются как L25 и LR25. Производители выпускают солевые элементы с энергетической емкостью от 10,5 mAh и щелочные до 26 mAh. Габариты 33х91 мм.

Маркируются как R1 и LR1. Емкость 400-1000 мАч. Напряжение 1.5 V. Габариты 12х30,2 мм.

1/2AA.

Имеют обозначение CR14250. Тип Li‑MnO2 (литий-диоксид марганцевые). Вольтаж 3,6 V. Li‑SOCl2 (литий-тионил хлоридные) маркируются как ER14250. Параметры 14х25 мм.

R10.

Вольтаж 1.5 вольт. Производство запущено еще в Советском Союзе. Имеют по мимо основные маркировки еще и как 332. Размер 21 на 37 мм. На данный момент их производство снижено.

Есть схожие батареи, имеющие внутри 2 элемента R10. Такой источник тока имеет маркировку 2R10 и габариты 21,8х74,6 мм. Его вольтаж равен 3 V. Именуются он как Duplex.

A23.

Имеет повышенное напряжение 12 v. Ее габариты равны 10,3х28,5 мм. По типу она щелочная. По стандарту IEC маркируется как 8LR932. При вскрытии обнаруживается обычно 8 батареек типа LR932 соединенных друг за другом. Используется чаще всего в пультах ДУ и игрушках.

A27.

Стандарт IEC — 8LR732. Тип щелочной. Размеры 8х28,2 мм. Вольтаж 12 V. Так же, как и предыдущая имеет внутри последовательное соединение восьми батарей типа LR632. Требуется для радио пультов, зажигалок, сигарет, работающих от электричества.

3336.

Маркируется по IEC как 3LR12 и имеет щелочной тип. А 3R12 является солевой. Люди называют их квадратными так как у них прямоугольная форма. Производят подобные источники тока с 1901 года. Тогда они использовались только в фонариках. Через некоторое время их стали применять в радиоприемниках, датчиках влажности, игрушках и других устройствах. Напряжение у них 4.5 вольт. Энергоемкость 1200 – 6100 mAh. Габариты 67х62х22.

По сути это три соединенных последовательно пальчиковых батарейки R12.

На данный момент в продаже имеются разные виды батареек. Поэтому вы без труда сможете подобрать нужную именно вам! Лучше всего брать элементы питания уже проверенные временем. Либо же приобретать источники тока от известной компании.

Правила эксплуатации

Основные требования к эксплуатации перезаряжаемых источников постоянного тока щелочного типа:

При эксплуатации устройств учитывается характеристика кривой падения напряжения. После подачи нагрузки происходит постепенное снижение напряжения до 1,1 В. Дальнейшая разрядка батареи приводит к снижению ресурса и разрушению активной массы на электродных пластинах.
Зарядка аккумуляторов выполняется с выкрученными пробками, при повышении температуры и давления происходит разрушение корпуса и металлических сеток электродных пластин.
Через каждые 10 дней эксплуатации производится визуальный осмотр корпуса изделия, затем проверяется и доводится до нормативного значения уровень электролита. В конструкции пробок предусмотрены дренажные каналы, предназначенные для сброса давления газов. Каналы прочищаются, одновременно проверяется состояние резиновых уплотнителей, потрескавшиеся элементы подлежат замене.
Через 100-125 рабочих циклов или через год эксплуатации производится замена электролита (с промывкой банок). Внешние поверхности корпуса очищаются от загрязнений, производится проверка затяжки креплений соединительных пластин. Для удаления следов коррозии на неокрашенных поверхностях используется ветошь, смоченная керосином.
Отработавшие аккумуляторные батареи с щелочным электролитом запрещено выбрасывать на свалки бытового мусора. Поскольку устройства имеют ограниченное распространение, их прием на утилизацию осуществляется специализированными организациями.

Преимущества щелочных батареек

Несмотря на дешевизну эти элементы питания имеют ряд плюсов:

Легко заменяемые в отличие от АКБ. Не нужно ждать пока аккумулятор полностью зарядиться.
Всегда есть в продаже. Зайдите в любой магазин, хоть технический, хоть продуктовый они там есть. В каждом киоске вы их встретите.
Служат долго. Существуют устройства с встроенным АКБ, который выходит через 2-3 года. В итоге если прибор не разборный, то приходится его выбрасывать. А вот гаджеты на батарейках всегда имеют возможность выполнить замену.
Некоторые ЗУ для аккумуляторов очень долго выполняют зарядку, поэтому если вам дорого время можно без проблем их заменить на щелочные батарейки.
Обладают низким саморазрядом.
Неплохо справляются с работой при низких температурах.
Отлично выдерживают сильные тока разряда.
Батарея разряжается равномерно.
Имеют высокий срок годности.
Безопасные.

Основные минусы щелочных батареек

Теперь же расскажем о минусах.

Иногда бывает высокая цена.
Большая масса.
Нет возможности использовать второй и последующие разы.

На цену можно закрыть глаза, так как щелочная батарея работает долго.

Отличия солевых батареек от алкалиновых

Ввиду малой стоимости соли солевые элементы – самый дешевый вид. К тому же она не токсична, поэтому, в отличие от алкалиновых, не требуются особые методы утилизации. Однако солевые батарейки характеризуются малыми емкостью и токоотдачей. Существует 2 типа элементов этой категории по составу: угольные и хлорид-цинковые. Это определяет отличия в характеристиках. Для первых емкость составляет 400-900 мАч, для вторых – 1000-1500 мАч. По КПД и эксплуатационному сроку солевые элементы уступают алкалиновым в несколько раз. Последнее обусловлено меньшей емкостью. Поэтому какие батарейки лучше солевые или щелочные – определяют в зависимости от назначения. Солевых достаточно для устройств малого энергопотребления. Однако к настоящему времени они в значительной степени вытеснены алкалиновыми. Их стоимость хотя и выше, но вполне приемлема. А существенная разница в параметрах компенсирует это.

Отдельно отмечают заряжаемые варианты солевых элементов. Они также встречаются в двух видах состава. Никель-металлгидридные аккумуляторы по емкости соответствуют угольным батарейкам (1000-1500 мАч). Никель-кадмиевые варианты более совершенны. При близкой к алкалиновым энергоэлементам емкости (1300-2900 мАч) они выгодно отличаются возможностью восполнения энергии.

Из чего делают батарейки

Существует четыре типа элементов питания. Несмотря на то что принцип работы у них одинаковый, все источники тока имеют уникальную конструкцию и состоят из разных деталей.

«Пальчиковые» и «мизинчиковые» батарейки

«Пальчиковые» и «мизинчиковые» источники тока представляют собой цилиндр небольшого размера. Это одни из самых распространённых вариантов батареек. Они состоят из следующих элементов:

отрицательного заряда — катода;
вкладыша, выполняющего роль своеобразной прокладки;
корпуса;
мембраны;
электролита, обеспечивающего нормальное протекание химической реакции;
стержня, изготовленного из углеродистого соединения, например, угля или сажи;
фиксирующей шайбы;
положительного заряда — анода.

Это стандартная конструкция большинства цилиндрических батареек. Но есть устройства, состоящие из стержня, изготовленного из угля, металлических деталей и специального порошка.

Из чего состоит круглая батарейка

Элемент питания, имеющий необычную приплюснутую форму, ещё называют «таблетка». Чаще его используют в часах и различных сигнализациях. Он состоит из следующих элементов:

анода — его роль выполняет одна из крышек;
катода — отрицательным контактом служит вторая крышка;
прокладки, дополнительно пропитанной электролитом;
диоксида ртути;
цинкового порошка;
водонепроницаемого слоя;
кольца, обеспечивающего надёжную герметизацию.

Батарея сотового телефона

Конструкция элемента питания сотового телефона несколько сложнее, чем устройство обычных батареек. В неё входят:

положительный и отрицательный контакт;
анодный корпус;
катодный стакан;
уплотняющее вещество;
сепаратор;
изолирующий состав;
защитная мембрана;
диафрагма;
корпус из алюминия или другого металла.

Из чего состоит «крона»

Источник питания прямоугольной формы конструктивно отличается от других батареек. Положительный и отрицательный контакт находятся друг над другом. Располагаются они в верхней части устройства. Снизу находится основа, выполненная из пластмассы. От минусового контакта отходит пластина, которая фиксируется на минусовом полюсе.

Корпус устройства выполнен из металла. Внутри него располагаются шесть небольших приплюснутых прямоугольников, каждый из которых — индивидуальная батарейка. Заряд такого «бочонка» составляет 1,5 В. Между пластинами находится ещё одна — специальная.

Строение источника питания достаточно простое:

два контакта — положительный и отрицательный;
корпус из алюминия или другого металла;
две пластины из пластика;
шесть соединённых между собой «бочонков» по 1,5 вольт каждый;
стержень из углеродистого соединения;
пластины для изоляции «бочонков»;
плёнка;
внешняя оболочка.

Из чего изготовлен корпус элементов питания

Корпус — один из важнейших элементов конструкции источника тока. Он выполняет защитную функцию, удерживая внутри содержимое батарейки и предотвращая её разрушение.

У каких источников питания корпус изготовлен из цинка

Многие неспроста задаются подобным вопросом, ведь Zn можно применять в разнообразных опытах. Или просто продать. Так, корпусом из цинка снабжены все солевые элементы питания. Обычно это непосредственно на нём и указывается.

В последнее время всё чаще можно встретить источники тока с корпусом, изготовленным из жести или железа. Материал изготовления зависит от внутренней конфигурации батареек. Железо и жесть способны обеспечить максимальную защиту и повышенную прочность.

Из чего изготавливают корпус цилиндрических батареек

Он имеет простую конструкцию, в которую входят:

верхняя и нижняя части;
боковая овальная часть;
маркировка, указывающая вид источника тока.

Химический состав элементов питания

Химический состав зависит от конкретного вида источника тока. В состав большинства элементов питания входят следующие химические соединения:

железо;
свинец;
марганец;
алюминий;
литий;
кадмий;
ртуть (в последнее время её стараются не использовать).

Устройство щелочной батарейки

О стандартном строение источника тока можно прочесть в этой статье. Там приведено более детальное описание.

Ток получается, когда происходит реакция между катодом и анодом.

Состав катода щелочной батарейки:

Специальные вещества для связывания – 1%.
Ацетиленовая сажа выступает в роли графита – около 10%.
Диоксид марганца занимает до 85%.
Щелочной компонент калия гидроксида – до 35%.

В качестве последнего может выступать так же активные элементы лития и натрия. В процессе производства электролит делают густым для этого добавляют специальные вещества синтетического или природного происхождения с гидроксильной группой ОН.

Анод делают из очищенного цинка. Проводят процедуры, которые не дают попадать на него ржавчине. Затем подмешивают в него алюминий и висмут.

Щелочная батарея имеет изнаночное строение если сравнивать ее с солевыми источниками тока.

Внутрь помещена паста (3) выполненная на основе цинка. Этот металл там содержится в порошке. Такой подход позволяет ему значительно увеличить площадь взаимодействия. Поэтому емкость щелочные батарейки имеют высокую чем солевые.
На цинке, который с помощью специального гелиевого вещества загущен, генерируется отрицательный потенциал. Он поступает на стержень (2), созданный из латуни.
Углерод из графита, золы или сажи (5) перемешанный с диоксидом марганца отделяется от цинка с помощью специального устройства сепаратора (4).
Плюс батарейки — это стальной стакан (1), обнесенный никелем.
Минусовой полюс выполнен в виде тонкой дискеты из металла (9).
Покрытие (6) изолировано от основного стаканчика. Так не возникает замка.
Специальная прокладка (8) принимает на себя давящие газы. Их не много, примерно 20%.
Встраивают в щелочную батарейку мембрану (7) и камеру для поглощения газов. При повышении давления газы прорывают мембрану, и она разрывается. В этот момент выходит электролит.

Таким образом состав щелочной батарейки выглядит так, как было описано выше.

Основные параметры

На корпусе можно сразу заметить надпись alkaline battery. Такая маркировка щелочных батареек дает сразу понять, что это именно они.

Напряжение или ЭДС равно 1.5 – 9 вольт.

Емкость щелочной батарейки доходит до 3000 mAh. Это у самых крупных.

Удельная мощность 100—150 кВт/м³.

Температура, при которой источники тока могут работать от – 30 до + 55 C0.

Удельная энергия: 65—90 Вт∙ч/кг;

Производством занимаются такие страны как Россия, США, Китай, Япония.

Форма: цилиндры, прямоугольники, сплющенные диски.

Химия в щелочных батареях

Прежде всего на аноде наблюдается окислительная реакция цинка. Первым делом появляется гидроксид цинка:

Zn + 2OH− → Zn(OH)2 + 2e−

Дальше идет распад на оксид цинка и воду.

Zn(OH)2 → ZnO + H2O

Что же касается катода, то на нем идет реакция восстановления оксида марганца (IV) в оксид марганца (III):

2MnO2 + H2O + 2e− → Mn2O3 + 2OH−

Если электролитом является KOH, то уравнение будет выглядеть следующим образом:

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

Когда садиться батарейка щелочной электролит не заканчивается. Это означает что для производства потребуются небольшое его количество. В итоге в такой источник питания добавляют диоксида марганца на полтора раза больше, чем в те же солевые элементы тока.

Классификация алкалиновых батареек

Маркировка щелочных аккумуляторов отличается у производителей из разных стран, поэтому устройства классифицируют по нескольким параметрам.

Пять видов популярных батареек.

По внешней оболочке различаются:

монеты (таблетки, пуговицы, маркировка CR) – устройства круглой формы с диаметром 0,3-0,47 см, металлический защитный корпус и маленькие размеры обуславливают сферу применения (используются для наручных часов, кухонных весов, пультов сигнализации);
микропальчиковые (маркировка ААА) – элементы цилиндрической формы длиной 4,45 см, весом до 15 г, за счет небольших размеров и высокой производительности распространены в бытовых приборах (игрушках, технике, пультах управления);
пальчиковые (маркировка АА) – цилиндрические аккумуляторы длиной 5 см, весом до 20 г, также широко используются в быту (преимущественно в радио- или фототехнике, радиоуправляемых моделях);
кроны – по названию одноименных батареек производства СССР, прямоугольные элементы высотой до 5 см и весом до 55 г, со штекером и гнездом с двух сторон, применяются в радиотехнике;
бочонки (маркировка D) – устройства питания весом 60-140 г для приборов с повышенным потреблением тока (акустические системы, бумбоксы, фонари).

Алкалиновые батарейки имеют на корпусе маркировку: L, LR, Alkaline Battery.

Что такое батарейка

Батарейка – это автономный гальванический элемент питания различных устройств, работающих от электрической энергии. Принцип действия батареек основан на использовании необратимой химической реакции двух металлов (или их оксидов) в электролите, сопровождающейся появлением электродвижущей силы. Из-за необратимости проходящих в таких источниках питания реакций, связанных с образованием электроэнергии, их называют первичными.

Вторичные источники питания (аккумуляторы), работают с использованием тех же принципов действия, но с химическими веществами, которые могут восстанавливаться после заряда, что делает возможным их многократное использование.

Какие бывают виды по типу элемента питания

Не считая тех, что уже вышли из производства или редко встречаются на рынке в силу дороговизны или токсичности, есть 4 основных разновидности. В таблице ниже представлено, что находится внутри батарейки каждого типа:

	Электролит	Катод	Анод
Солевые	Соль (хлорид) аммония	Оксид марганца, графит	Цинк
Щелочные	Гидроксид калия	Диоксид марганца	Цинк
Литиевые	Перхлорат лития	Литий	Оксид меди, йода, диоксид серы
Серебряные	Гидроксид калия или натрия	Оксид серебра	Цинк

А теперь рассмотрим, чем эти батарейки отличаются друг от друга.

Солевые ― самые дешёвые из представленных. Быстрее всего разряжаются, особенно на морозе. Могут протечь, если долго не использовать. Хранятся от 1 до 3 лет.

Щелочные, или алкалиновые (alkaline ― «щелочь») держат заряд дольше (при хранении ― 3-5 лет). Морозостойкие, очень редко протекают, но и стоят больше. Ещё один недостаток ― они заметно тяжелее.

Литиевые хранятся до 12 лет. Работают при высоких значениях тока ― когда он достигает определённого порога, батарейки не разряжаются быстрее. Но и при максимальном пороговом значении они работают дольше, чем другие виды. Отличаются постоянным напряжением. Минус ― сравнительно высокая цена.

Серебряно-оксидные батарейки самые долговечные. Они не разряжаются ещё дольше, чем литиевые (на 40%), но в остальном разницы нет. Они немного дороже. Обычно это миниатюрные элементы дискового типа.

Как отличить эти батарейки друг от друга, если надписи на упаковке на иностранном языке? Всегда есть общая маркировка, согласно которой разные типы обозначаются буквами:

R ― солевые.
LR ― щелочные.
CR ― литиевые.
SR ― серебряные.

Кроме того, на солевых может быть указано General Purpose, Standard или General Purpose. На литиевых значится Lithium.

Что такое щелочные батарейки, из чего они?

Как устроен элемент питания

Какие батарейки лучше алкалиновые или солевые?

Необычные типы батареек

Правила эксплуатации