Марганцево-цинковые батарейки

Солевые батарейки

для производителя:
— дешевизна и доступность сырья
— простота технологии производства
для покупателя:
— низкая конечная стоимость, определенная низкими затратами производителя;
— удобство использования;
— удовлетворительные для большинства облостей применения электрические параметры.

Именно соотношение цены и качества дало возможность им почти полтора века удерживать пальму первенства. Но все-таки в последнее время многие производители неуклонно сокращают их производство или полностью отказываются от их выпуска, что объясняется повышением требований производителей современного электронного оборудования к электрическим параметрам источников питания.

К числу недостатков солевых батареек относятся:
— резкое падение напряжения в течении разряда;
— значительное снижение отдаваемой емкости при увеличении разрядных токов до значений, необходимых для современных устройств;
— резкое ухудшение характеристик при отрицательных температурах;
— маленький срок хранения (порядка двух лет).

Понятие «номинальная емкость» редко употребляется для характеристики марганцево-цинковых батареек, так как их емкость сильно зависит от режимов и условий эксплуатации.

Основными недостатками этих элементов являются значительная скорость снижения напряжения на всем протяжении разряда и значительное уменьшение отдаваемой емкости при увеличении тока разряда. Конечное разрядное напряжение устанавливают в зависимости от нагрузки в интервале 0,7-1,0 В.

Важна не только величина тока разряда, но и временной график нагрузки. При прерывистом разряде большими и средними токами работоспособность батареек заметно увеличивается по сравнению с непрерывным режимом работы. Однако при малых разрядных токах и многомесячных перерывах в работе емкость их может снижаться в следствии саморазряда.

На работоспособность солевых марганцево-цинковых элементов существенно сказывается время их хранения с момента изготовления. Саморазряд их определяется, главным образом, коррозией цинкового электрода, а также взаимодействием активных масс положительного электрода с загустителями электролита. В зависимости от рецептур активных масс и электролита, конструктивного исполнения и размеров элементов их сохранность колеблется от 1 года до 3 лет. К концу гарантированного срока утрата емкости может составлять 30-40 %.

Электроды и электролит. Активная масса положительного электрода (называющаяся «агломерат») состоит из смеси диоксида марганца с чешуйчатым графитом либо ацетиленовой сажей и электролитом. При этом технология изготовления MnO 2 заметно сказывается на электрических характеристиках элементов. Графит и сажа увеличивают электрическую проводимость активной смеси. Их массовая доля составляет 8-20% в зависимости от назначения источника тока. Чем выше разрядные токи, на которые рассчитан марганцево-цинковый элемент, тем выше содержание токопроводящих добавок. Для повышения степени использования окислителя активную массу пропитывают раствором электролита.

Отрицательный электрод изготовляется из коррозионно-стойкого цинка высокой степени чистоты (массовая доля цинка 99,94% и более). Цинк содержит маленькое количество свинца, галлия или кадмия (десятые или сотые доли процента), которые являются ингибиторами коррозии цинка.

При использовании хлорида аммония электродные процессы описываются следующим уравнением токообразующей реакции:

2MnO 2 + 2NH 4 Cl + Zn → ZnCl 2 · 2NH 3 + H 2 O + Mn 2 O 3

При использовании хлорида цинка уравнение имеет вид:

8MnO 2 + 4Zn + 2ZnCl 2 + 9H 2 O → 8MnOOH + ZnCl 2 · 4ZnO · 5H 2 O

Энергетические показатели элементов с хлоридно-цинковым электролитом существенно выше: при средних и повышенных токах нагрузки они могут обеспечить в 1,5-2 раза большую длительность работы. Работоспособность их при пониженных температурах тоже выше.

Конструкция солевых батареек

Конструкция солевой батарейки

Щелочные (Алкалиновые) батарейки

Для замедления коррозии раньше использовалось амальгамирование как объемное, так и поверхностное. После введения ограничений на применение ртути, применяются цинковые порошки высокой степени чистоты, легированные определенными металлами, а также органические ингибиторы коррозии.

Активная масса анода содержит цинк (объемная доля 18-33 %), загуститель (гель-компонент), раствор электролита, оксид цинка и ингибитор коррозии (см. таблицу). В качестве гель-компонента используют производные целлюлозы, полиакрилаты, поливиниловый спирт и другие полимеры.

Типичный состав анодной массы щелочной батарейки

Активная масса катода содержит кроме диоксида марганца, графит либо ацетиленовую сажу, раствор KOH и связующее (см. таблицу). Содержание компонентов в активной массе катода у различных изготовителей может колебаться в широком диапазоне. Например, содержание углеродистых материалов может достигать 15 % и выше.

Типичный состав катодной массы щелочной батарейки

В качестве электролита применяются концентрированные растворы KOH (иногда NaOH) с добавками ZnO, а иногда и LiOH. Электролит загущен природными или синтетическими полимерными соединениями, содержащими OH-группы.

В начале процесса разряда происходит окисление цинка с образованием цинката ZnO 2 2- (или Zn(OH) 4 2- ). После насыщения раствора электролита цинкатом, начинается вторичный процесс:

Гарантийный срок хранения щелочных элементов составляет 5-7 лет, иногда он достигает 10 лет.

Разрядные кривые марганцево-цинкового элемента при разных токах разряда: а-солевого, б-щелочного

Конструкция щелочных батареек

Устройство щелочной батарейки:
1-катод, 2-сепаратор с электролитом, 3-корпус, 4-футляр, 5-токоотвод, 6-анод, 7-дно, 8-прокладка

Из-за более плотной активной массы и применения стального корпуса щелочные батарейки при тех же размерах обычно тяжелее солевых на 25-50 %.

Емкость и энергия щелочных батареек. Как и у всех химических источников тока, емкость батареек с щелочным электролитом уменьшается при увеличении тока разряда и снижении температуры, но менее резко, чем у элементов с солевым электролитом. Удельная емкость элементов с щелочным электролитом при разряде малыми токами приблизительно в 1,5 раза превышает удельную емкость элементов с солевым электролитом. При разряде большими токами это различие достигает 4-10-кратного.

Емкость источника тока при прерывистом разряде средними и большими нормированными токами выше, чем при непрерывном разряде. Но при прерывистом разряде малыми токами емкость источника тока меньше емкости при непрерывном разряде вследствие саморазряда.

Во всем мире в производстве наблюдается стабильная тенденция по росту доли более энергоемких щелочных марганцево-цинковых элементов.

Следует еще раз особо подчеркнуть, что для уменьшения саморазряда элементов в настоящее время используются не ртуть и кадмий, а другие ингибиторы коррозии цинка которые менее токсичны.

Источник

Какие батарейки лучше: алкалиновые или солевые или щелочные

Выбирая батарейки, на что мы обращаем внимание в первую очередь? Чаще это производитель или подходящий типоразмер, иногда можем указать продавцу куда будем их ставить. Однако уделив немного личного времени и разобравшись в многообразии существующих типов батареек, можно значительно увеличить срок их службы, и сэкономить деньги. Так немногие знают, чем отличаются щелочные, алкалиновые и солевые батарейки, а также какие из них лучшие.

Что такое алкалиновая батарейка и чем она отличается от щелочной

Alkaline battery с английского языка переводится как щелочная батарейка. То есть это один и тот же тип элементов питания. Рассмотрим их конструкционные особенности.

В алкалиновых батарейках анод изготавливается из цинкового порошка, пропитанного щелочным электролитом. Размещается во внутренней части элемента питания. Роль токосъемника выполняет латунный стержень, по которому передается ток на металлическую тарелку («минусовая» клемма). «Плюсовым» контактом является стальной стакан, контактирующий с катодной пастой, в состав которой входит смесь из диоксида марганца и графита. Катодную и анодную смеси разделяет сепаратор, также пропитанный щелочным раствором.

«Отрицательную» клемму от основного стакана («положительный» контакт) отделяет диэлектрическая прокладка. Выполнена она в виде диафрагмы, которая прогибается при испарении газов внутри батарейки. Наружная поверхность стакана изолирована специальной оболочкой, препятствующей замыкание элементов между собой, при установке в одну кассету.

Еще совсем недавно для продления сроков хранения, порошок цинка амальгамировался ртутью. Однако от него отказались из-за опасности этого металла. Несмотря на это, любые типы элементов питания подлежат обязательной утилизации.

✍ Плюсы и минусы алкалиновых батареек

Их применяют во многих приборах с большим энергопотреблением, это могут быть радиоуправляемые игрушки, фотоаппараты, мощные фонари, электрошокеры и т.д. От емкости элемента зависит скорость ее разряда.

Достоинства щелочных элементов:

Однако у алкалиновой батарейки есть и несколько минусов:

Что такое солевая батарейка

По конструкции она состоит из цинкового стакана, выполняющего роль анода, а внутри него размещен катод из смеси графита с диоксидом марганца. Пространство между ними заполнено электролитом – раствор хлорида аммония (нашатырный спирт). Так как хлорид аммония относится к солям, то и гальванический элемент стал называться солевым.

Роль токосъемника выполняет угольный стержень, который вставляется в катод. Для сбора газа, выделяющегося при работе батарейки, предусмотрен карман. Вся конструкция заключена в металлическом корпусе. Во избежание соприкосновения, между реактивами размещается диэлектрическая прокладка, пропускающая электролит. Ток вырабатывается в процессе окислительно-восстановительной реакции.

✍ Плюсы и минусы солевых батареек

Этот гальванический элемент отличается слабыми энергетическими характеристиками, а потому чаще используются в электроприборах с низким потреблением (например, тестеры, пульты дистанционного управления, небольшие фонарики и т.д.).

Выделим основные преимущества солевых батареек:

Если элемент извлечь из потребителя и положить на некоторое время, то он «восстанавливается» и может проработать еще некоторое время. Происходит это из-за свойства электролита, его комки могут выравниваться. Достичь такого эффекта можно потрясти, постучав или немного подогрев батарейку.

Отметим недостатки солевых элементов питания:

Чем схожи солевые и алкалиновые батарейки

Выбирая нужные элементы питания, потребители часто сравнивают их между собой. Как солевые, так и щелочные батарейки являются марганцево-цинковыми. Принцип их работы идентичен и выпускаются они в одинаковых типоразмерах. Используются в одних и тех же электроприборах. Все батареи, независимо от состава, могут иметь одинаковое напряжение – от 1.5 до 12 В. И те, и другие не рекомендуется подзаряжать, так как это может привести к их разрушению, а иногда и к взрыву.

Все батарейки подлежат обязательной утилизации в соответствии с правилами безопасности и охраны окружающей среды. Выбрасывать отработанную батарейку в мусорный контейнер запрещается, так как они постепенно разлагаются, загрязняя почву и грунтовые воды опасными химическими соединениями. По всей стране существуют специальные пункты переработки.

Чем отличаются щелочные и солевые батарейки

Пожалуй, наиболее важное отличие между этими двумя элементами питания – это стоимость. Цены на солевые батарейки могут быть в два и более раза ниже, чем на алкалиновые. А зачем переплачивать, если с задачей прекрасно справляется более дешевый вариант.

При этом, устанавливая солевую батарею в устройство с высоким электропотреблением деньги будут выброшены на ветер. В таком случае прибор не сможет работать нормально, а элемент питания разрядится в кратчайший срок и придется покупать новый.

Чтобы понимать какие батарейки лучше покупать в тех или иных условиях, следует разобрать в этом вопросе немного подробнее.

Особенность солевых гальванических элементов заключается в следующем:

К особенностям алкалиновых элементов питания относится следующее:

Отсюда можно сделать следующий вывод – нельзя сказать точно какая из батареек лучше, просто это разные типы элементов, которые больше подходят в тех или иных случаях. Если знать какую батарею лучше использовать в конкретных условиях, то можно извлечь максимальную эффективность из каждого вида, при этом избегая лишних растрат.

Большинство экспертов утверждает, что лучшие на сегодня гальванические элементы, отвечающие всем требованиям современного рынка – это щелочные батареи. Однако с этим можно поспорить. Каждому изделию отведена своя роль, а наличие в продаже большого числа солевых батареек и соответственно потребительского спроса на них, только подтверждает это.

Что хорошего в солевых источниках питания

Одна из основных причин этого – чрезвычайная дешевизна и простота в изготовлении. Даже при розничных продажах они остаются крайне дешевыми. В этом и заключается их главное преимущество перед другими гальваническими элементами.

Также они имеют и второе название – цинк-углеродные батарейки. Это объясняется тем, что в окислительно-восстановительной реакции участвуют следующие элементы:

Благодаря этому составу батарейки получают уникальные эксплуатационные особенности. При хранении отдельно от потребителя электрического тока, в результате саморазряда локальные неоднородности в структуре электролита выравниваются. Это приводит к частичному восстановлению зарядки гальванического элемента. Такая особенность крайне удобна при использовании в быту – можно периодически чередовать батарейки в устройстве, чем будет немного продлеваться их эксплуатационный срок.

Что хорошего в щелочных источниках питания

Наиболее важная особенность алкалиновых батарей заключается в минимальной скорости саморазряда, что позволило продлить их срок хранения до 7 и даже 10 лет. Помимо этого, они отличаются довольно большой емкостью. Еще одним важным свойством таких гальванических элементов считается способность отдавать большие токи, что необходимо в энергоемкой технике, такой как фотоаппараты, детские игрушки и т.п.

Электричество в них вырабатывается путем окислительно-восстановительной реакции между катодным и анодным реактивом. Их роль выполняют цинковый порошок, заключенный в корпусе и диоксид марганца. В качестве электролита используется калия гидроксид. Все это обеспечивает более быстрое протекание реакции, поэтому алкалиновая батарейка может передавать на потребитель больший электрический ток.

Заряжаются ли алкалиновые батарейки

Среди населения ходит слух о том, что щелочные элементы питания заряжаются обычным зарядным устройством. Это не совсем верно. Щелочная батарейка, в отличие от аккумуляторов, относятся к невосстанавливаемым источникам питания. Попытка их зарядить приводит к разрушению, выходу из строя, а иногда даже к взрыву.

Что реально получится сделать, так это продлить срок службы батарейки, если периодически подзаряжать ее минимальным током – порядка 10 мА/ч при этом контролируя температуру элемента. Но и в таком случае гальванический элемент может разгерметизироваться или взорваться. Отсюда, лучше несколько раз подумать, чем применять такой способ продления срока ее службы.

В каком случае лучше выбрать ту или иную батарейку

Теперь осталось только выяснить какие все же лучшие – солевые или щелочные гальванические элементы. Теоретически – это, конечно же, вторые. Но здесь не все однозначно и во многом решение о выборе зависит от того, где будет использоваться батарейка. Например, необходимо запитать электронные часы, здесь без сомнений стоит остановить свой выбор на солевом источнике питания. Потребление такого устройства минимальное, батарейка будет стоить дешево, а ее работы хватит на год службы.

То же касается и других устройств с низким потреблением, сюда относятся пульты управления от бытовой техники, небольшие детские игрушки без электроприводов и тому подобное.

Естественно все это можно запитать и щелочной батарейкой, однако она стоит в несколько раз дороже, а срок годности ее выйдет раньше, чем она «сядет». Выражение «из пушки по воробьям» в этом случае как раз в точку.

Когда лучше использовать алкалиновые источники питания? Их применение оправдано в энергоемких приборах, где требуется большой ток. Например, установив солевую батарейку в фотоаппарат, вы сможете сделать всего несколько фото, а может и ни одного. Здесь подойдет только щелочной гальванический элемент.

Это же касается и других приборов которые нуждаются в больших токах – видеокамеры, игрушки с электроприводами, мощные фонари и т.д. Здесь требуются качественные батарейки большой емкости.

Как отличить элемент по маркировкам

Как же при покупке отличить солевую батарейку от щелочной? Все предельно просто, достаточно посмотреть на маркировку. У солевых элементов питания перед указанием типоразмера стоит буква «R», а у алкалиновых «LR». Помимо этого, есть также маркировки «SR», «CR» и «PR» – серебряно-цинковые, литиевые и воздушно-цинковые соответственно. Также производители батареек на щелочных часто ставят надпись «Alkaline».

Есть еще один простой способ, позволяющий отличить эти два типа батарей – по стоимости. Купить щелочной элемент питания по цене солевого никак не получится, их стоимость очень сильно отличается.

Заключение

Нельзя точно сказать какой вид батареек лучше, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки в тех или иных случаях. Большинство производителей указывает на упаковке, где можно использовать конкретный вид батарейки. Но что, если область применения не указывалась? В таком случае источник питания подбирается исходя из ваших целей:

И помните, что все типы гальванических элементов подлежат утилизации, выбрасывать их просто в мусорное ведро нельзя. Каждый производитель указывает это на своих изделиях и ставит обозначение «не выбрасывать с бытовым мусором». Это приводит к загрязнению окружающей среды. Если в вашем городе есть пункты приема и переработки таких изделий, не ленитесь – сделайте шаг к чистой планете.

Источник

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.

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.

Отличие щелочных батареек от солевых

Чем отличаются солевые и щелочные элементы питания:

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:

Как устроен элемент питания

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

Компоненты алкалиновых батареек:

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.

По внешней оболочке различаются:

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

Характеристики щелочных элементов питания

Производители АКБ на основе щелочных растворов указывают следующие характеристики устройств:

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.

Где используются щелочные батарейки

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

Какие приборы питаются от алкалиновых батареек:

Преимущества и недостатки батареек на щелочной основе

Щелочные аккумуляторы обладают следующими положительными сторонами:

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.

Отличительные черты этих устройств:

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.

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.).

Источник