Дата последнего обновления файла 11.08.2015

Гальванические элементы

Гальванический элемент — это химический источник электрического тока, в котором происходит непосредственное преобразование химической энергии в электрическую. Поэтому он является первичным источником питания. Существуют солевые (сухие), щелочные и литиевые элементы. Гальванические элементы часто называют батарейками, однако это название неверно, т.к. батареей является соединение нескольких одинаковых устройств. Например, при последовательном соединении трех гальванических элементов образуется широко используемая 4,5 вольтовая батарея.

Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Напряжение зависит от использованных металлов. Некоторые из этих химических источников тока приведены в таблице 1.

Тип источников тока Катод Электролит Анод Напряжение,
В
Марганцево-цинковый MnO2 KOH Zn 1,56
Марганцево-оловянный MnO2 KOH Sn 1,65
Марганцево-магниевый MnO2 MgBr2 Mg 2,00
Свинцово-цинковый PbO2 H2SO4 Zn 2,55
Свинцово-кадмиевый PbO2 H2SO4 Cd 2,42
Свинцово-хлорный PbO2 HClO4 Pb 1,92
Ртутно-цинковый HgO KOH Zn 1,36
Ртутно-кадмиевый HgO2 KOH Cd 1,92
Окисно-ртутно-оловянный HgO2 KOH Sn 1,30
Хром-цинковый K2Cr2O7 H2SO4 Zn 1,8—1,9

В продаже в основном представлены Марганцево-цинковые элементы, которые называют солевыми. Производители батареек обычно не указывают их химический состав. Это самые дешевые гальванические элементы, которые можно применять только в устройствах с низким потреблением, таких как часы, электронные термометры или пульты дистанционного управления. На рисунке 1 приведены внешний вид и внутреннее устройство солевого элемента питания.

Внутреннее устройство солевого источника питания
Рисунок 1. Внешний вид и устройство "сухого" гальванического элемента

Не менее распространенным элементом питания являются щелочные марганцевые батарейки. В продаже их называют алкалиновыми, не утруждая себя переводом названия на русский язык. Внутреннее устройство алкалинового гальванического элемента показано на рисунке 2.

Внутреннее устройство щелочного элемента питания
Рисунок 2. Внутреннее и устройство алкалинового гальванического элемента

Эти химические источники тока обладают большей емкостью (2...3 A/ч) и они могут обеспечивать больший ток в течение длительного времени.Больший ток стал возможным, т.к. цинк используется не в виде стакана, а в виде порошка, обладающего большей площадью соприкосновения с электролитом. В качестве электролита применяется гидрооксид калия. Именно благодаря способности данного вида гальванических элементов в течение длительного времени отдавать значительный ток (до 1 A), наиболее распространен в настоящее время.

Еще одним достаточно распространенным видом гальванических элементов являются литиевые барарейки. Благодаря использованию щелочного металла они обладают высокой разностью потенциалов. Напряжение литиевых элементов равно 3 В. Однако на рынке представлены и 1,5 В литиевые батарейки. Эти элементы питания обладают наивысшей емкостью на единицу массы и длительным временем хранения. Применяются в основном для питания часов на материнских платах компьютеров и фототехнике. В качестве недостатка можно назвать высокую стоимость. Внешний вид литиевых батареек приведен на рисунке 3.

Внешний вид литиевых гальванических элементов
Рисунок 3. Внешний вид литиевых элементов питания

Следует отметить, что практически все гальванические элементы способны подзаряжаться от сетевых источников питания. Исключение составляют литиевые батарейки, которые при попытке подзаряда могут взорваться.

Наиболее распространенные виды корпусов гальванических элементов приведены в таблице 2.

Тип Номенклатура IEC JIS Советское Размеры, мм Напряжение, В Обиходное название
AAA R03 286 44,5 × Ø10,5 1,2—1,6 «мизинчиковая», «микропальчиковая»
AA R6 316 50,5 × Ø14,5 1,2—1,6 «пальчиковая»
С R14 343 50,0 × Ø26,2 1,2—1,6 «средняя»
D R20 373 61,5 × Ø34,2 1,2—1,6 «большая»
6F22 Крона 48,5 × 26,5 × 17,5 9 «крона»
3R12 3336 67 × 62 × 22 4,5 «плоская»

Для крепления батареек внутри корпуса радиоэлектронных устройств в настоящее время предлагаются готовые батарейные отсеки. Применение их позволяет значительно упростить разработку корпуса радиоэлектронного устройства и удешевить его производство. Внешний вид некоторых из них приведен на рисунке 4.

Внешний вид батарейных отсеков
Рисунок 4. Внешний вид отсеков для крепления гальванических элементов питания

График типовой зависимости выходного напряжения от технологии производства элемента питания приведен на рисунке 5.

Время работы гальванических элементов
Рисунок 5. График времени работы элемента питания в зависимости от технологии производства при токе разряда 1 А

Результаты тестов батареек различных фирм, проведенные на сайте http://www.batteryshowdown.com/ приведены на рисунке 6.

Время работы батареек различных фирм
Рисунок 6. График времени работы батареек различных фирм при токе разряда 1 А

И, наконец, давайте сделаем выводы где какой тип батареек имеет смыст применять, так как при приобретении батареек мы всегда стараемся получить максимум полезного эффекта при минимуме затрат.

  1. Не стоит покупать батарейки в киосках или на рынке. Обычно они там достаточно долго лежат и поэтому за счет саморазряда практически теряют свою емкость. Это может быть даже опасно для аппаратуры, т.к. при использовании дешевых гальванических элементов (батареек) из них может протечь электролит. Это приведет к выходу аппаратуры из строя! Покупать лучше в магазинах с хорошим оборотом товара.
  2. щелочные (алкалиновые) батарейки следует применять в устройствах, потребляющих достаточно большой ток, таких как фонарики, плееры или фотоаппараты. В малопотребляющих устройствах их срок работы не отличается от солевых батареек.
  3. Солевые («обычные», угольно-цинковые гальванические элементы), будут отлично работать в часах, ИК пультах и прочих устройствах, рассчитанных на работу от одного комплекта батарей в течении года и более. При этом они не могут работать на морозе.
  4. Самые экономически выгодные батарейки на сегодня — пальчиковые АА. Как мизинчиковые (АAА), так и большие (R20), при одной и той же емкости стоят дороже. Ёмкость современных батареек R20 почти такая же как и пальчиковых батареек АА, и это при в три раза больших размерах!
  5. Не стоит обращать внимание на раскрученные бренды. Гальванические элементы фирм Duracell и Energizer стоят в полтора-два раза дороже батареек остальных фирм и при этом работают примерно столько-же

Литература:

  1. Черный пластмассовый держатель для аккумуляторов
  2. Методика тестирования аккумуляторов и батареек
  3. Тестирование батареек формата АА
  4. Обзор Батарея GP Super Alkaline 24A LR03
  5. Батарейки, работающие на воде

Вместе со статьей "Гальванические элементы" читают:

Аккумуляторы
http://digteh.ru/Sxemoteh/pitanie/accumul/

Сетевые блоки питания
http://digteh.ru/Sxemoteh/pitanie/accumul/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100