Какие батарейки лучше — солевые или щелочные?

Устройство и состав литиевой батарейки

Здесь описываются гальванические элементы, работающие на необратимой реакции окисления. Отданный заряд не восстанавливается, батарейка называется одноразовой. Элемент состоит из анода, выполненного из металлического лития, катода из твердых MnO₂, Fes₂, Cuo, CF_x, жидких SO₂, SOCl₂. Продолжается поиск других солей с высоким сродством к восстановлению. Окислителем выступает активный литий, отдающий электроны. Корпус аккумулятора герметичный, с выводами клемм и их маркировкой. Надпись «do not recharge»- повторно не заряжать, предупредит, что литиевая батарейка одноразовая.

Существует 2 типа батареек  по конструкции:

• бобинные;
• спиральные.

Бобинные  литиевые батарейки служат до 20 лет, применяются потребителями,  не превышающими запрос в 150 мА. Срок службы элементов до 20 лет.

Спиральные конструкции имеют большую поверхность лития, импульсно дают до 4 А, при постоянном токе — 0,1-1,8 А.  Но саморазряд этих устройств достигает 10 % в год от первоначальной емкости. Элементы с любым составом катода выпускают в двух типах. Литиевые батарейки могут быть круглыми, призматическими или в форме таблеток.

Крупными и признанными производителями литиевых батареек  считают EVE, Minamoto, SAFT, Robiton, Varta, Tekcell. Небольшие производства есть в Китае.

Свойства литиевых батареек с разными анодными парами

В зависимости от химического состава катода в связке с металлическим литием, меняется емкость и напряжение на клеммах элемента, их саморазряд и способность работать в диапазоне температур.

1. Li/MnO_{2 —} батарейка литиевая маркируется как «CR». Электролитом является перхлорат лития. Номинальное напряжение 3 В, саморазряд 2,5 % за год, срок годности до 10 лет. Температура рабочей среды -20 +55 С. Форма – преобладает таблетка.
2. Li/CuO, по рабочему напряжению 1,2-1,5 В идентичны щелочным, но заряд она вмещает в 3 раза больше. Рабочий температурный интервал -10 +70. Срок службы 10 лет.
3. Li/SO_{2 —} одни из самых распространенных видов литиевых батареек. Катод представляет пластификатор с графитом и сажей. Электролитом служит диоксид жидкий с компонентами для электропроводности. Рабочее напряжение 2,6-2,9 В. В конструкции не смогли избежать повышения давления в корпусе и сильный разогрев при КЗ, пришлось ставить предохранитель давления. Литиевые батарейки хорошо работают на морозе до -60 и в жару +70 , сохраняют заряд до 10 лет.
4. Li/I_{2 —} тип батарейки без электролита. Химическая реакция 2Li+I₂ >2LiI происходит в твердом составе, диффузией. Полученная соль тоже твердая, выступает в роли сепаратора. Работает батарейка до 15 лет, надежны, используются в кардиостимуляторах.
5. Li/FeS₂ – лучшие литиевые батарейки, востребованы, несмотря на высокую цену. Такие элементы работают с устройствами большой мощности, имеют защиту по току, предохранитель, срабатывающий на 85-90 и клапан сброса давления. Чаще используются в форм-факторе АА.
6. Li/CF_x – разновидность литиевых батареек, работающих при высокой температуре, до +85 . За 10 лет на саморазряд уходит 20 % емкости. Используются в дефибрилляторах, кардиостимуляторах и портативной электронике.
7. Li/SOCl₂ – самая энергоемкая литиевые батарейки. Напряжение без нагрузки больше, чем 3,6 В. При работе поддерживается 3,3- 3,5 В. В качестве электролита применен тионилхлорид, агрессивный компонент. Верхний предел работоспособности +(85-130) С. Нижний – минус 60, но при сильно упавшей емкости элемента. Предусмотрена защита от взрыва в виде термовыключателя, плавких предохранителей и клапана избыточного давления.

Где используются щелочные батарейки

Хорошая производительность и широкий выбор технических параметров сохраняют востребованность этих элементов у потребителей.

Какие приборы питаются от алкалиновых батареек:

• техника для взвешивания (бытовые, напольные, торговые или лабораторные весы);
• пульты управления (для телевизоров, кондиционеров, видео- и аудиотехники);
• часы (электронные настенные, настольные или напольные);
• модели на радиоуправлении;
• игрушки для детей;
• медицинское оборудование (электронные приборы для измерения артериального давления, температуры тела, слуховые аппараты, холтеры и пр.);
• радиоприемники, магнитофоны, бумбоксы, портативные колонки;
• цифровые фотоаппараты.

У некоторых алкалиновых батареек есть температурный индикатор заряда.

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.

Во внутренней части цилиндрического элемента находится цинковый порошок, который пропитан щелочным электролитом (анодная масса). Для снятия отрицательного потенциала по центру имеется латунный стержень, который контактирует со стальной тарелкой в нижней части. Ближе к внешней части находится активная масса, представляющая собой смесь диоксида марганца и графита (сажи). От неё положительный потенциал идёт на стальной никелированный стакан. Катод и анод разделяет сепаратор, пропитанный электролитом.

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−

Zn(OH)2 → ZnO + H2O

На катоде восстанавливается оксида марганца.

2MnO2 + H2O + 2e− → Mn2O3 + 2OH−

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.

Срок хранения алкалиновых батареек обычно составляет от 3 до 5 лет. Для увеличения этого срока в современные модели производители добавляют ингибиторы коррозии органического происхождения. Существуют малораспространённые алкалиновые элементы с возможностью перезарядки. Они носят название RAM (Rechargeable Alkaline Manganese), что переводится, как перезаряжаемые щелочные марганцевые. Но это не аккумуляторы и количество зарядок у них не более 25.

Сферы применения

Ниже перечислены основные сферы применения.

• Фонари.
• Мелкая электроника.
• Переносные магнитофоны.
• Вспышки для фотоаппаратов.
• Радиоуправляемые модели.
• Электронные часы.

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.

Основные параметры

Параметр	Значение
ЭДС элемента, В	1.5
Интервал рабочих температур, С	от -30 до +55
Удельная мощность, кВт/куб. м.	от 100 до 150
Удельная энергия, Вт*ч/кг	от 65 до 90

Что такое солевые батарейки

Это химические источники электрического тока, относящиеся к «сухому типу», ещё недавно по популярности занимавшие первое место в мире за счёт отличного соотношения между ценой и качеством. Их появление относится к 1865 году.

В состав батареек входит три элемента: два электрода (катод и анод) и электролит.

В качестве катода используется цинковая оболочка, анодом служит диоксид марганца, который пропитывают цинковым порошком. Отсюда у соляных батареек ещё одно название – угольно- цинковые.

Раньше электролитом служил загущённый крахмалом хлористый аммоний (известный как пищевая добавка с кодом Е510). Затем раствор его заменили на хлористый цинк, в который иногда добавляют ещё кальциевую соль соляной кислоты.

Прокладка, находящаяся между реактивами, пропускает электролит, ингредиенты при этом не контактируют между собой. Результатом химической окислительно-восстановительной реакции между двуокисью марганца (MnO2) и порошком цинка (Zn) становится ток. Цинк в результате химической реакции окисляется, а марганец восстанавливается.

Возникший электрический ток попадает на токосниматели, находящиеся внутри, и далее идёт к раздельным электродам, находящимся на разных концах, а уже потом на электронное устройство.

Газовая камера необходима для поступления в неё газов, которые выделяются во время разряда и саморазряда.

Нуждаются ли в зарядке солевые батарейки

Солевые батареи не являются аккумуляторами, поэтому заряжать их нельзя. Встречаются “умельцы”, которые производят зарядку данного типа батарей, однако, срок службы таких изделий становится невелик.

Полная зарядка у солевых батареек просто-напросто невозможна.

Солевые батарейки имеют самую дешевую цену на рынке. Поэтому их легко можно заменить на новый товар и не заморачиваться попусту с зарядкой, которая в результате может стать причиной поломки и самого прибора, имеющего подпитку от батарейки.

Любая солевая батарея считается доступной, простой, с небольшим потреблением электроэнергии, поэтому в случае выхода старого изделия из строя просто замените его на новое.

Разница между щелочными и литиевыми батарейками

Отличие состоит в том, что литиевые элементы питания служат в 7 раз дольше. Выдерживают морозы до -40 градусов Цельсия и могут храниться до 10 лет. По напряжению они превосходят щелочные элементы и имеют вольтаж 1.5;3;3.6;3.7 вольт. Держат уровень заряда на одном уровне, а в самом конце резко его теряют. Такие элементы питания будут легче. Их емкость в несколько раз больше. Литиевые батарейки могут взрываться при перезаряде, взаимодействии с водой, повреждении корпуса. Так же отличие имеется в строении.

Но если вы думаете какие батарейки лучше щелочные или литиевые, то непременно это элементы на основе лития.

Солевые батарейки

Источники энергии «сухого типа», которые еще недавно были самыми популярными на планете благодаря доступной цене и хорошему качеству. Впервые увидели свет в далеком 1865-м году. Состоят данные элементы из электролита, катода и анода.

Под катодом подразумевается особая цинковая оболочка.

Анод – это пропитанный цинковым порошком диоксид марганца (именно поэтому подобные батарейки еще известны как угольно-цинковые).

Наконец, в качестве электролита раньше использовался хлористый аммоний (это добавка Е510), загущенный с помощью крахмала. Но позже вместо него начали использовать хлористый цинк, реже – с добавлением хлорида кальция.

Строение солевой батарейки

Затем этот ток поступает на токосниматели, располагающиеся внутри, от них идет на электроды, после чего – на питаемый прибор. Газы, выделяющие в процессе, поступают в газовую камеру.

Ознакомимся с сильными и слабыми сторонами солевых источников.

Плюсы

• небольшой вес;
• доступная цена;
• возможность увеличения срока эксплуатации (если дать «отдохнуть», а также – постучать, потрясти, благодаря чему выровняются комки электролита).

Минусы

• могут храниться не больше 3-х лет;
• они саморазряжаются, электролит высыхает;
• небольшая емкость;
• проблемы с герметичностью, а потому и частые протекания;
• восприимчивость к температурным перепадам.

По причине слабых энергетических характеристик солевые элементы используют, как правило, в устройствах с низким энергопотреблением (к примеру, в тестерах, пультах д/у, небольших фонариках).

Аналоги щелочных батареек и их цена

Наряду с элементами питания на основе щелочных растворов используются сухие (солевые угольно-цинковые или хлорид цинковые), ртутные, серебряные, литиевые источники энергии.

Rechargeable или recharge на корпусе алкалиновой батарейки означает, что её можно заряжать.

Отличительные черты этих устройств:

• сухие солевые элементы распространены в массовом производстве, но имеют наименьшую емкость и неустойчивы к воздействию, цена – 4-50 руб. за 1 шт.;
• батарейки heavy duty (с хлоридом цинка) имеют небольшую емкость, но хорошо работают при высоком напряжении или низкой температуре, цена – 5-90 руб. за 1 шт.;
• ртутные устройства питания отличаются равномерной подачей напряжения, увеличенными емкостью и энергоплотностью, но высокая цена и сложность утилизации сократили их производство до минимума;
• серебряные батареи, несмотря на высокую производительность и технические характеристики, используются редко, преимущественно для часов и медицинского оборудования, цена стартует от 50 руб. за 1 шт.;
• литий обеспечивает элементы маленькими размерами, наивысшей емкостью, выходным напряжением до 4,5 В и медленным разряжением, цена – 50-300 руб. за 1 шт.

Отличия щелочных и солевых батареек

Солевые и алкалиновые элементы во многом аналогичны по конструкции. Она в обоих случаях включает 2 электрода и электролит. Различие состоит в типе анода и составе электролита.

Конструктивные отличия определяют существенную разницу в характеристиках. Эксплуатационный срок алкалиновых элементов в 2-3 раза выше в сравнении с солевыми батарейками. К тому же ввиду меньшего внутреннего сопротивления щелочные батарейки применимы в качестве силовых энергоэлементов. С ростом нагрузки их удельная емкость возрастает. Солевые батарейки уступают по этому показателю в 2-10 раз. В холоде щелочные батарейки более стабильны, чем солевые. Риск утраты герметичности корпуса понижен. Названные преимущества обуславливают большую стоимость в сравнении с солевыми батарейками.

При этом щелочные и солевые элементы идентичны по принципу функционирования. К тому же совпадает диапазон напряжения (1,5-12 В). Поэтому они подходят для одних устройств. Оба типа относят к категории марганцево-цинковых энергоэлементов. Они встречаются в аналогичных форм факторах.

Особенности алкалиновых батареек

Анод щелочных батареек представлен пропитанным гидроокисью калия цинковым порошком. Он наполняет полость между стенкой корпуса и центральной емкостью. Заряд с него снимается латунным стержнем из отрицательного полюса в виде тарелки. В качестве катода используется смесь марганцевой двуокиси, сажи и графита, заполняющая центральную емкость. Катод и анод разделяет пропитанный электролитом сепаратор. Электролит представлен щелочным раствором (обычно гидроксидом калия, реже – натрия и лития). Выполненный из никеля корпус включает положительный вывод и покрыт оболочкой, предотвращающей короткое замыкание. В стенке корпуса находится газовый отсек. В нем скапливаются газы, выделяющиеся при разряде. Их количество меньше, чем у солевых аналогов, поэтому меньше и отсек. Для предотвращения взрыва при повышении давления алкалиновые или щелочные устройства оснащены разрушаемой мембраной, выпускающей электролит.

Напряжение в зависимости от типоразмера составляет 1,5-10 В, емкость – 1000-3000 мАч. Алкалиновые батарейки рассчитаны на температурный диапазон от -30 до 50°C. Большой запас реагентов обеспечивает эксплуатационный срок в 3-7 лет в зависимости от емкости и особенностей применения. В любом случае скорость разрядки не превышает 10% в год. Срок хранения составляет 3-5 лет. Саморазряд отсутствует.

Щелочные аккумуляторы

Перезаряжаемые щелочные батареи позволяют их использовать несколько раз после истощения первоначального заряда.

В продаже имеются батареи таких форм-факторов:

• Пальчиковая (AA, RL06);
• Мизинчиковая (AAA, RL03);
• Дюймовая (тип С);
• Типоразмер D;
• «Крона».

Честь изобретения данного продукта принадлежит канадским ученым, но сегодня такими батарейками в продуктовой линейке могут похвастаться очень многие производители.

Щелочные алкалиновые батареи отличаются гораздо большим сроком службы, по сравнению с никель-кадмиевыми и никель-металлогидридными элементами питания, которые страдают от значительного саморазряда.

Производители рекомендуют использовать щелочные аккумуляторы в устройствах, которые используются периодически на протяжении долгого – до нескольких лет – сроках службы. К ним можно отнести: пульты от телевизора, портативные рации или фонарики.

Желательно не допускать разряда более чем на 75%. Если не пренебрегать этим советом, то количество циклов восстановления аккумулятора может достигать более 100. Если же довести его до глубокого разряда, то полная емкость будет достигнута только после нескольких циклов «заряд-разряд».

Сравнительный анализ

Итак, после тщательного изучения особенностей обоих продуктов не лишним будет упомянуть их идентичные черты:

Одинаковый размер (стандартный для всех батареек);

Возможность применения для одних и тех же устройств (при этом солевой элемент выйдет из строя быстрее);

Идентичное напряжение;

Невозможность подзаряда (иначе это приводит к взрыву элемента);

Необходимость грамотной утилизации после окончания процесса эксплуатации (на сегодняшний день большинство стран уделяют этому вопросу значительное внимание, создавая специальные пункты приема, откуда батарейки поступают на заводы по утилизации изделий для их вторичного применения).

А теперь кратно об основных различиях. Наши эксперты провели сравнение и занесли результаты в таблицу.

	Солевые	Алкалиновые
Емкость	550 — 1500 mAh	1000 — 2980 mAh
Работа при минусовых температурах	Невозможна	Возможна
Срок службы	2 года	7-10 лет
Герметизация	Недостаточная	Надежная