Майже у кожної сучасної людини є пристрій, що працює на батарейках або акумулятор: пульт, годинник, ліхтарик, мобільний телефон або ноутбук. Все це стало звичним, мало хто замислюється про принципи роботи батарейок, а між тим з моменту їх винаходу пройшло вже більше двохсот років.
Історія відкриття
Багато наукові відкриття здійснюються людьми, далекими від області, в якій відкриття знаходить своє застосування. Так було і з батарейками. Явище протікання електричного струму між різними металами в солоній середовищі відкрив фізіолог Луїджі Гальвані, і з тих пір воно називається гальванізму. Сталося це зовсім випадково: під час препарування жаб лаборант звернув увагу на посмикування їх лапок при контакті зі скальпелем. Інструмент був сталевим, а жаби закріплювалися мідними затискачами, середовищем при цьому служили їх м’язи. Таким був перший гальванічний елемент. Електричний імпульс порушував нервові закінчення в лапках, що і призводило до скорочення м’язів.
Дивну поведінку жаб призвело до виникнення теорії гальванізму, яку перевірив знайомий фізіолога — Алессандро Вольта. Він продовжив дослідження явища і в 1800 році створив першу батарею. Звичайно, вона була мало схожа на сучасні, і до її повсякденного використання було ще дуже далеко – електроприлади в основному зустрічалися в наукових лабораторіях, а звичайним людям демонструвалися на циркових виставах як цікаві дивини.
Сучасні батареї
З моменту появи гальванічних елементів пройшло багато часу, їх зовнішній вигляд сильно змінився. Незважаючи на зміни, принцип роботи таких елементів живлення залишився колишнім. Вони, як і раніше, складаються з двох електродів (анод, катод) і електроліту.
З поширенням перших компактних електроприладів і накопиченням досвіду використання батарейок стали видні їх переваги і недоліки. Вони були громіздкими, багато важили, траплялися втрати електроліту, окислення електродів, а також скупчуванню солі. Почалася еволюція батарейок, що триває і сьогодні. Елементи живлення розділилися на два великих класи — первинні, до яких відносять гальванічні елементи, і вторинні, — частіше їх називають акумуляторами. Реакції, що протікають в первинних, незворотні, в кінці кінців вони втрачають весь заряд і підлягають утилізації. Вторинні дозволяють відновлювати заряд після розрядки і повторно використовувати елемент живлення, цикл якого повторюється багато разів.
Елементи живлення розрізняють за типом матеріалів, використовуваних для електродів, і увазі електролітів. По виду католіта розрізняють сольові і лужні, або алкалінові, батарейки. Що це таке, розглянемо більш докладно. Електрод, як правило, виготовляють з металу, але є й інші способи. Довгий час в якості електродів і електролітів пробувалися різні метали та матеріали. Одні вийшли з ужитку з-за високої вартості, інші з-за токсичності (ртутні), треті мали низьку надійність. Але багато типи батарейок залишилися у вживанні і використовуються досі. Чому так відбувається? Вся справа в різноманітності електроприладів — різні пристрої мають різні вимоги до джерела живлення.
Одні елементи живлення дуже дешеві і прості у виготовленні, наприклад сольові батарейки в годинах або пульті дистанційного управління. Вони працюють з невеликим навантаженням і вимоги до них мінімальні. Для інших важлива надійність — це автомобільні акумулятори, джерела безперебійного живлення. Однак через громіздкість і великої маси їх застосування обмежується транспортом і стаціонарними пристроями. Також необхідно поєднання надійності і компактності для сучасних мобільних телефонів і ноутбуків.
Сольова батарейка
Також відома як елемент Лекланше. Датою її винаходу прийнято вважати 1865 рік. На даний момент це найдешевші і вироблені елементи живлення. Вони поширені по всьому світу і використовуються в більшості електроприладів з низьким енергоспоживанням (годинник, пульти). Пристрій дуже простий — одним електродом служить цинкова оболонка, іншим вугільний стрижень (тому їх ще називають вугільно-цинковими), а в якості електроліту – хлорид амонію, загущений з допомогою крохмалю. Крім очевидних переваг, сольові батарейки мають деякі недоліки: висихання електроліту, засолення внутрішньої поверхні цинкової оболонки і її окислювання. При окисленні оболонка стає тонше і може зруйнуватися, батарейку залишиться тільки викинути. З засоленням можна боротися за допомогою приладів, що подають у пристрій модульований струм, що дозволяє використовувати її набагато довше.
Лужна батарейка
Або алкалінова батарейка, відрізнити від сольовий її можна за співзвучна з назвою написи на корпусі — Alkaline. Якщо сольові використовуються там, де не потрібен сильний струм, то в пристроях з великим енергоспоживанням (цифрові камери, прилади з електродвигунами) застосовуються алкалінові батареї. Що це таке? Майже те ж, що і сольові; головна відмінність — цинк розподілений у вигляді порошку по всьому об’єму електроліту. Це дозволяє збільшити площу контакту і підвищити надійність при великій напрузі. Завдяки цьому алкалінова батарейка довше зберігається і стійка до низьких температур. Тому в приладах, для яких характерні великі перерви в роботі (наприклад, ліхтарики), вони застосовуються найчастіше.
Алкалінові батареї – які краще?
Вибір джерела живлення залежить від елементів, у яких він використовується. Для енергоспоживаючих пристроїв, такі як камера або радіокерована модель, застосовується алкалінова батарейка. Якщо ж потрібно підзарядити менш енерговитратні пульт від побутової техніки або наручний годинник, то, як правило, використовуються сольові через їх дешевизну і довгого терміну роботи. В даний час є безліч виробників лужних елементів живлення, але одними з самих надійних вважаються алкалінові батарейки Duracell. До недавнього часу їх випуск здійснювала компанія для гоління gilette, а після її поглинання фірма Procter & Gamble.
Можна заряджати алкалінові батареї?
Відповідь на це питання – ні. В даному випадку вигідніше купити новий пристрій, тим більше термін їх придатності досить великий. При спробі підзарядки алкалінова батарейка почне нагріватися і прийде в непридатність, а може й вибухнути. Проте термін експлуатації самих батарейок можна збільшити – для цього поперемінно змінюють джерела живлення, даючи одному з них трохи “підзарядитися”. Що ж стосується питання про те, чи можна заряджати алкалінові батарейки, то відповідь на нього однозначно негативний.
