Переносная аппаратура небольшой мощности часто рассчитана на питание от небольших сухих гальванических элементов, не предназначенных для повторной зарядки. В быту такие одноразовые химические источники напряжения получили название батареек. Популярностью пользуются батарейки типоразмеров АА и ААА. Этими литерами обозначается внешний формат элемента питания. Внутреннее устройство может быть совершенно разным. В этом форм-факторе выпускаются различные по типу элементы питания, включая перезаряжаемые (аккумуляторы).
Содержание
Что такое батарейка
Термин «батарейка» не совсем правильный. Батарея – это источник питания, составленный из нескольких элементов. Так, полноценной батареей можно назвать элемент 3R12 (3LR12) — «квадратная батарейка» (336 по советской классификации) — составленный из трех элементов. Также батарею составляют 6 ячеек элемента 6R61 (6LR61) — «Крона», «Корунд». Но название «батарейка» в быту применяется и к одноэлементным химическим источникам питания, включая типоразмеры АА и ААА. В англоязычной терминологии одиночный элемент называется Cell, а батарея из двух и более источников напряжения – Battery.
Такие элементы представляют собой герметично закрытый сосуд цилиндрической формы. В них происходит преобразование химической энергии в электрическую. Реагенты (окислитель и восстановитель), создающие ЭДС, помещены в стакан из цинка или стали. Дно стакана служит отрицательным выводом. Раньше под минусовой полюс отдавалась вся внешняя поверхность стакана, но этот путь приводил к частым коротким замыканиям. Кроме того, поверхность цилиндра подвергалась коррозии, что вело к сокращению сроков службы и хранения элемента. В современных батарейках на внешнюю часть наносится покрытие, защищающее от коррозии и служащее изоляцией от замыканий. Токоотводом положительного полюса служит графитовый стержень, который выводится наружу.
Виды батареек
Батарейки классифицируются на категории по разным критериям. Основным следует признать химический состав – технологию получения ЭДС. Для практического применения есть ещё несколько различных характеристик.
По химическому составу
Разность потенциалов на полюсах гальванических элементов создаётся за счёт химической реакции между веществами в растворе электролита и прекращается, когда ингредиенты полностью прореагируют. Достичь необходимых процессов можно разными способами. По этому критерию батарейки делятся на:
- Солевые. Традиционный тип батарей, изобретены около 100 лет назад. Реакция между цинком и диоксидом марганца происходит в среде электролита – загущенного раствора соли аммония. Наряду с небольшим весом и невысокой ценой, эти элементы имеют ряд существенных недостатков:
- небольшая нагрузочная способность;
- склонность к саморазряду при хранении;
- плохая работа при низких температурах.
Технология производства считается устаревшей, поэтому такие элементы на рынке гальванических элементов потеснены новыми типами.
- Более современными считаются щелочные (алкалиновые) элементы. Они устроены так же, но электролитом служит раствор щёлочи (гидроксид калия). Эти батарейки имеют преимущества перед солевыми:
- большая ёмкость и нагрузочная способность;
- низкий ток саморазряда определяет длительный срок хранения;
- хорошая работа при низких температурах.
За это приходится платить большим весом и повышенной ценой.
- Самыми передовыми элементами на настоящее время являются литиевые (не путать с литиевыми аккумуляторами!). В качестве «плюсового» реагента в них применяется литий, минусовой может быть различным. В качестве электролита также применяются различные жидкости. Эта технология позволяет получить элементы, обладающие преимуществами:
- небольшой вес (меньше, чем у других типов);
- длительный срок хранения за счёт очень низкого саморазряда;
- повышенная ёмкость и нагрузочная способность.
На другой чаше весов – высокая стоимость.
По этим трём технологиям производятся элементы размеров АА и ААА. Стоит упомянуть и ещё о двух других типах батарей:
- ртутные;
- серебряные.
По этим технологиям производятся, в основном, батареи дискового типа. Такие элементы имеют свои достоинства и недостатки, но дни ртутных батареек сочтены – международные соглашения предполагают снижение объемов производства и полный запрет выпуска уже в ближайшие годы.
По размерам
Размер (точнее, объём) батарейки однозначно определяет её электрическую ёмкость (в пределах технологии) – чем больше внутрь цилиндра можно поместить реагентов, тем дольше идёт реакция. Ёмкость солевой батарейки размера АА будет больше ёмкости солевого элемента ААА. Выпускаются и другие форм-факторы пальчиковых батарей:
- А (больше АА);
- АААА (меньше ААА);
- С – средней длины и увеличенной толщины;
- D – увеличенной длины и толщины.
Эти виды элементов не так популярны, область их применения ограничена. Оба типа выпускаются только по щелочной и солевой технологиям.
По номинальному напряжению
Номинальное напряжение одноэлементной батарейки определяется химическим составом. Единичные щёлочные, солевые гальванические элементы на холостом ходу выдают напряжение 1,5 В. Литиевые источники питания выпускаются как с напряжением 1,5 В (для совместимости с остальными типами), так и с повышенным напряжением (до 3 В). Но в рассматриваемых типоразмерах можно купить только полуторавольтовые элементы – чтобы избежать путаницы.
У новых батареек напряжение под номинальной нагрузкой близко к этому значению. Чем больше химический источник разряжен, тем больше выходное напряжение просаживается под нагрузкой.
Элементы могут собираться в батареи. Тогда выходное напряжение становится кратным напряжению одного элемента. Так, батарея 6R61 («Крона») содержит 6 полуторавольтовых ячеек. Они выдают общее напряжение 9 вольт. Размер каждой ячейки невелик и ёмкость такой батареи низка.
Какие батарейки называют пальчиковыми и мизинчиковыми
Оба этих типоразмера гальванических элементов относятся к классу пальчиковых батарей. Этот технический термин ещё с советских времен применяется для обозначения батареек подобной формы. В СССР выпускались одноэлементные солевые элементы «Уран М» (316) и щелочные «Квант» (А316), соответствующие нынешнему типу АА. Также были другие пальчиковые элементы цилиндрической формы других размеров и пропорций.
В 90-е годы у торговцев на рынках появился термин «мизинчиковые» батарейки, чтобы отличить элементы ААА от других форм-факторов. Это название получило распространение в быту. Но использовать его в технических материалах, как минимум, непрофессионально.
Основные технические характеристики батареек AA и AAA
Основное, чем различаются пальчиковые батарейки форм-факторов АА и ААА – размер. А он, как уже сказано, определяет ёмкость.
| Типоразмер | Длина, мм | Диаметр, мм | Электрическая ёмкость, мА⋅ч | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Литиевые | Солевые | Щелочные | Литиевые | ||
| АА | 50 | 14 | 1000 | 1500 | до 3000 |
| ААА | 44 | 10 | 550 | 750 | 1250 |
Надо помнить, что электрическая ёмкость зависит от тока разряда, а его номинальное значение для любого типа элементов не превышает несколько десятков миллиампер. При токах выше 100 мА ёмкость батарейки будет намного ниже. Это означает, что элемент ёмкостью 1000 мА⋅ч, разряжаемый током 10 мА, прослужит около 100 часов. Но если ток разряда будет составлять 200 мА, то заряд исчерпается гораздо ранее 5 часов. Ёмкость снизится в несколько раз. Также электрическая ёмкость любых элементов будет уменьшаться при снижении температуры.
В зависимости от типоразмера и технологии батарейки имеют различный вес, хотя эта характеристика редко бывает определяющей – масса аппаратуры в большинстве случаев значительно превышает вес нескольких батарей. Чаще это надо знать для целей хранения и перевозки гальванических элементов.
| Типоразмер | Вес, г | ||
|---|---|---|---|
| Солевые | Щелочные | Литиевые | |
| АА | до 15 | до 25 | до 15 |
| ААА | 7-9 | 11-14 | до 10 |
Вес батареек имеет разброс, зависящий не только от технологии изготовления, но и из способа производства стакана. Он может быть металлическим с пластиковым покрытием или полностью полимерным. При трёх питающих элементах можно выиграть в лучшем случае 30 грамм веса. Вряд ли это может стать определяющим критерием при выборе.
Срок хранения определяется током саморазряда и ёмкостью элемента. Саморазряд зависит от технологии, ёмкость – от форм-фактора. Но на практике вторая характеристика вносит меньший вклад в утечку заряда при хранении. По крайней мере, так уверяют производители, указывая примерно одинаковые периоды нахождения на складах для элементов АА и ААА. На срок хранения также влияет температура – с её ростом период сохранности снижается.
| Типоразмер | Срок хранения, лет | ||
|---|---|---|---|
| Солевые | Щелочные | Литиевые | |
| АА, ААА | до 3 | до 5 | 12-15 |
Для солевых элементов есть ещё одна проблема. У батареек невысокого качества возможна утечка электролита. Поэтому реальный срок хранения в этом случае будет ещё короче.
Источники питания могут эксплуатироваться в различных условиях, в том числе и по температуре. И приспособленность гальванических элементов будет разная – также в зависимости от технологии изготовления. Упоминалось, что солевые батарейки плохо работают при температурах ниже нуля. Литиевые, несмотря на все свои преимущества, имеют верхнее ограничение в +55 °С (нижний предел – до минус 40 (обычно до минус 20) в зависимости от производителя). Щелочные имеют широкий диапазон — примерно от минус 30 до +60 °С и являются наиболее универсальными в этом отношении.
Подытоживая, надо отметить, что в семейство АА и ААА фактически включено большое количество вариаций гальванических элементов. Можно подобрать батарейку для обширного круга условий эксплуатации и широкого диапазона стоимости.
Похожие статьи:
(4 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...