Гальванический элемент — это химический источник электрического тока, в котором происходит непосредственное преобразование химической энергии в электрическую. Поэтому он является первичным источником питания. Внешний вид наиболее распространенных элементов питания приведен на рисунке 1.
Рисунок 1. Внешний вид пальчиковых гальванических элементов
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 батарейка.
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 2 приведены внешний вид и внутреннее устройство солевого элемента питания.
Рисунок 2. 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.
Рисунок 3. Внутреннее и устройство щелочного гальванического элемента
Эти химические источники тока обладают большей емкостью (2...3 A/ч) и они могут обеспечивать больший ток в течение длительного времени по сравнению с солевыми. 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), щелочные марганцевые батарейки наиболее распространены в настоящее время.
Еще одним достаточно распространенным видом гальванических элементов являются литиевые батарейки. 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 литиевых элементов питания можно назвать их высокую стоимость. Внешний вид литиевых батареек приведен на рисунке 4.
Рисунок 4. 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.
