Алкалиновые батарейки: технические характеристики, виды, область применения и отличие от солевых батареек

Аккумуляторы и батарейки питают бытовые устройства, которые работают автономно от электрической сети: пульты управления, фонарики, кухонные весы, часы или детские игрушки. Действие электрического тока отличается для разных электролитов в их составе. Долгим сроком службы и надежностью отличаются щелочные или алкалиновые батарейки, тогда как солевые элементы питания разряжаются быстрее.

Алкалинвоые батарейки известных торговых марок
Алкалиновые батарейки под торговыми марками Старт (1), Flash (2) и Космос (3).

История развития

Предок современных батареек – вольтов столб – был изобретен в начале 19 в. итальянским ученым Алессандро Вольта. В составе первого в мире автономного источника питания поочередно соединялись медные и цинковые пластинки – гальванические элементы. Электрический ток возникал из-за химического взаимодействия металла с солевым раствором.

Современные устройства отличаются меньшими размерами и улучшенной производительностью, но имеют такой же принцип действия.

Массовое производство электрических элементов питания началось в середине 19 в. во Франции инженерами Жоржем Лекланше и Эрнестом Барбье. Тогда их применяли в оборудовании телеграфных сетей и железных дорог.

Первый источник тока в промышленных батареях – марганцево-цинковый с солевым раствором – был разработан Лекланше. Позднее в производстве стали пользоваться другими первичными элементами анода и катода, экспериментировать с составом электролита, чтобы уменьшить размеры корпуса, но увеличить удельную емкость и срок службы батареек.

Щелочной раствор для химического взаимодействия анода и катода впервые использовали в 20 в. Томас Эдисон и Вальдемар Джангнер, но работали изобретатели независимо друг от друга. В 1950 г. канадский инженер Льюис Урри применил щелочь для марганцево-цинковых батареек, а уже через 10 лет запатентовал эту разработку.

Щелочные и алкалиновые батарейки – отличия

Щелочные батарейки также называются алкалиновыми. Название происходит от английского слова «alkaline», которое переводится как «щелочь» и определяет тип электролита в составе устройств питания. На оболочках батареек иностранного производства есть соответствующая надпись на английском языке.

Различие алкалиновых и солевых батареек
Схема устройства алкалиновых и солевых батареек.

Отличие щелочных батареек от солевых

Чем отличаются солевые и щелочные элементы питания:

  • конструкция аккумуляторов различаются типом анода (цинковый компонент используется в виде стакана или порошка, из-за чего во втором случае увеличивает площадь химической реакции);
  • срок годности солевых батареек в 2-3 раза ниже, чем алкалиновых, при этом солевые элементы постепенно саморазряжаются даже без использования для питания техники;
  • высокие токи разряда не подходят для солевых аккумуляторов из-за внутреннего сопротивления устройств, тогда как алкалайн-батарейки могут использоваться в качестве силового источника тока (в импульсных фотоосветителях, моделях на радиоуправлении);
  • в работе при перепадах температур солевые батарейки нестабильны, на холоде теряют емкость заряда, в отличие от щелочных аналогов;
  • удельная емкость алкалиновых элементов повышается при увеличении нагрузки и составляет показатель в 2-10 раз больше, чем у солевых;
  • герметичность корпуса алкалиновых аккумуляторов позволяет не вынимать их из неработающего девайса, в случае солевого аналога риск вытекания раствора со временем возрастает;
  • цена щелочных аккумуляторов выше, чем солевых.

Состав батарейки

Состав щелочных аккумуляторов идентичен с солевыми аналогами. Характеристики устройства повышаются за счет разницы в проводящем ток растворе и измененной конструкции.

Из каких химических компонентов состоят алкалиновые аккумуляторы:

  • анодная паста – загущенный цинковый порошок;
  • катод – активная часть батарейки из диоксида марганца вперемешку с углем или графитом;
  • электролит – щелочной раствор (преимущественно калия (KOH), отдельные производители используют литий (LiOH) или натрий (NaOH)).

Как устроен элемент питания

Составные части элементов питания на щелочной основе расположены в обратном порядке в сравнении с конструкцией солевых АКБ.

Общее устройство алкалиновый батарейки
Общая схема устройства алкалиновой батарейки.

Компоненты алкалиновых батареек:

  • внутренняя часть аккумулятора состоит из анода, перемешанного с раствором щелочи;
  • латунный стержень находится в центре анода, чтобы подавлять отрицательный потенциал желеобразной смеси порошка цинка с раствором KOH;
  • защитный сепаратор, который также смешан с электролитом, находится между элементами анода и катода;
  • в основании расположена стальная тарелка (отрицательный вывод), вся конструкция помещена в стакан из никеля (положительный вывод);
  • защитные оболочки, мембраны и прокладки из полиэстера между элементами препятствуют короткому замыканию и подавляют давление газа при химической реакции.

При нарушении условий эксплуатации концентрация газов в оболочке возрастает, конструкция разгерметизируется и электролит вытекает. Чтобы увеличить срок годности алкалиновых батареек, в раствор щелочи добавляются загустители, а порошок цинка дополнительно ингибируется против коррозии.

Классификация алкалиновых батареек

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

Пять видов батареек
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.

Характеристики щелочных элементов питания

Производители АКБ на основе щелочных растворов указывают следующие характеристики устройств:

  • напряжение – 1,5-10 В (в зависимости от типоразмера батарейки);
  • запас мощности (электрическая емкость) элементов питания различается пропорционально объему компонентов – 1000-3000 мА/ч;
  • рекомендуемая температура для хранения и работы – -30…+50°С.

Параметры напряжения и мощности необходимо учитывать при выборе батареек для работы с токами высоких разрядов. Наибольшая производительность отмечается при чередовании повышенных нагрузок и продолжительного бездействия устройств.

Типоразмеры элементов питания
Пять популярных типоразмеров элементов питания.

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.
Алкалиновые батарейки с индикацией
У некоторых алкалиновых батареек есть температурный индикатор заряда.

Преимущества и недостатки батареек на щелочной основе

Щелочные аккумуляторы обладают следующими положительными сторонами:

  • слабое выделение газов внутри контура и герметичность последнего уменьшают риск протечки щелочи и, как следствие, порчи электронного прибора;
  • без использования хранятся 3-5 лет, при этом не разряжаются самостоятельно;
  • при стандартных размерах обладают повышенной емкостью, из-за чего лучше работают и служат дольше;
  • адаптируются к перепадам температуры, высоким нагрузкам;
  • разряжаются равномерно, нет резкого падения мощности при потере заряда.

Слабые стороны:

  • стоят больше обычных солевых батареек;
  • утилизируются специальными методами, т. к. при попадании на почву или свалку наносят вред окружающей среде;
  • тяжелый вес моделей отдельных производителей;
  • не перезаряжаются из-за необратимости химических реакций, при попытке подзарядки нагреваются или взрываются.

Можно ли заряжать алкалиновые батарейки?

Перезаряжаемые алкалиновые устройства выпускаются не всеми производителями. На коробке и корпусе элементов есть отметка RAM (Rechargeable Alkaline Manganese Battery, т. е. перезаряжаемая щелочная марганцевая батарея).

Стоят полуторавольтовые аккумуляторные батареи дороже, но быстро окупаются. Важно отметить, что их емкость рассчитана на 20-25 подзарядок, затем устройство изнашивается и отправляется на утилизацию.

Обычные батарейки на щелочной основе являются одноразовыми и не предусматривают повторного использования. Восстановить емкость элемента способами, придуманными для солевых батареек, не получится, и применять их небезопасно.

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.

Алкалиновые батарейки Energizer
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.

Полезные рекомендации

За 12 месяцев хранения щелочная батарейка теряет 10-15% заряда, поэтому рекомендуется использовать устройство сразу после покупки, не выбирать товары с истекающим сроком годности.

Несмотря на отметку о допустимой рабочей температуре до -30°С, переохлаждение не идет алкалиновым аккумуляторам на пользу. Со временем механизм изнашивается и емкость становится меньше.

Забытые в слоте питания батарейки часто протекают из-за усиливающейся при саморазряде химической реакции. Это чревато порчей техники, поэтому из неиспользуемых пультов, игрушек или других приборов элементы лучше вынимать.

Не рекомендуется пытаться зарядить любые элементы питания, кроме аккумуляторных батарей, которые имеют соответствующую отметку. Для перезарядки используются специальные приборы, другие способы небезопасны и не гарантируют результата.

Утилизацией использованных батареек занимаются компании по переработке токсичных отходов. В крупных российских городах обязательно есть по несколько пунктов приема.

Выбрать форму, размер и емкость устройства поможет инструкция по эксплуатации техники. Выбор производителя остается за покупателем, однако на рынке востребованы товары мировых брендов (Philips, Toshiba, Sony, Duracell, Panasonic и др.).

Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации