батарейки3Можем ли мы представить себе нашу современную жизнь без такого нужного и полезного предмета, как батарейка? Батарейка — это обиходное название источника электричества для автономного питания разнообразных устройств. У батарейки есть и другое название – «гальванический элемент». Электрический ток в нем появляется из-за химического взаимодействия веществ.

Впервые этот способ получения электричества был придуман знаменитым итальянским физиком Алессандро Вольта. Именно в честь него была названа единица измерения электрического напряжения – 1 вольт.

untitledА название «гальванический элемент» дано в честь итальянского физиолога Луиджи Гальвани из Болоньи. Еще в 1791 году он сделал важное наблюдение – только не сумел его правильно истолковать. Гальвани заметил, что тело мертвой лягушки вздрагивает под действием электричества — если положить его возле электрической машины, когда оттуда вылетают искры. Или если оно просто прикасается к двум металлическим предметам. Но Гальвани подумал, что это электричество есть в теле самой лягушки. И назвал это явление «животным электричеством».

Вольта повторил опыты Гальвани, но с большей точностью. Он заметил, что если мертвая лягушка касается предметов из одного металла — например, железа — никакого эффекта не наблюдается. Чтобы эксперимент прошел успешно, всегда требовались два разных металла. И Вольта сделал вывод — появление электричества объясняется взаимодействием двух различных металлов, между которыми образуется (с помощью проводника, которым и оказывалось в опытах Гальвани тело лягушки) химическая реакция. После множества опытов с разными металлами Вольта сконструировал столб из пластинок цинка, меди и войлока, смоченного раствором серной кислоты. Цинк, медь и войлок он накладывал друг на друга в таком порядке: внизу находилась медная пластинка, на ней войлок, затем цинк, опять медь, войлок, цинк, медь, войлок и так далее.

А.ВольтаИ в итоге столб оказывался заряженным на нижнем конце положительным, а на верхнем — отрицательным электричеством.

Это изобретение стало сенсацией –– о нем говорили, что «это снаряд, чудеснее которого никогда не изобретал человек, не исключая даже телескопа и паровой машины». Ведь это был первый в истории химический источник тока, пригодный для практического применения.

Электрохимические батареи, которые сначала все называли «вольтовыми столбами», начали свое победное шествие по земному шару. Из лабораторий ученых сейчас они проникли повсюду, путешествуя в самые отдаленные уголки земли.

батарейки4Современные батарейки устроены, конечно, немного иначе – в них уже нет ни металлических дисков, ни войлочных пластинок, пропитанных раствором кислоты. Технологии поменялись, но принцип остался тот же – батарейка содержит в себе химические вещества-реагенты, в состав которых входят два разных металла. В батарейке есть два электрода – положительный (анод) и отрицательный (катод). Между ними – жидкость-электролит: раствор, который хорошо проводит электрический ток и участвует в химической реакции. Когда металлы начинают взаимодействовать через этот раствор, возникает движение заряженных частиц из анода к катоду – и вырабатывается электрическая энергия.

Типов батареек существует великое множество. Это — солевые(самые дешевые), щелочные, ртутные, серебряные, воздушно-цинковые и, наконец, самые дорогие — литиевые. Литиевые батарейки имеют высокую ёмкость, минимальные размеры, чрезвычайно длительное время хранения, превосходны при низких и высоких температурах.

Реакции, происходящие в обычных батарейках, необратимы, поэтому их нельзя перезарядить. Попытка зарядить батарейку может привести к порче батарейки и утечке щёлочи или других веществ, находящихся в батарейке.

батарейки6Другое дело, — аккумуляторные батареи. В отличие от обычных, они имеют обратимые реакции, поэтому способны преобразовывать электрическую энергию в химическую, накапливая её (заряд).А так-же выполнять обратное преобразование, отдавая электрическую энергию потребителю (разряд). Для распространённых аккумуляторов число циклов заряд-разряд обычно равно примерно 1000 и заметно зависит от условий эксплуатации. Серьезным недостатком Аккумуляторных батарей является «эффект памяти». Если такую батарею разрядить не полностью, а потом поставить заряжаться, то емкость может уменьшиться. Дело в том, что при такой «неправильной» зарядке на аноде образуются кристаллы кадмия. Они и играют роль химической «памяти» батарейки, запоминая этот промежуточный уровень. Когда во время следующей разрядки заряд батареи упадет до этого уровня, выходное напряжение понизится так же, как если бы батарейка была полностью разряжена. Злопамятные кристаллы будут продолжать формироваться на аноде, усиливая влияние этого неприятного эффекта. Чтобы избавиться от него, нужно продолжить разрядку после достижения этого промежуточного уровня. Только таким образом можно «стереть» память и восстановить полную емкость батареи. Этот прием обычно называют глубокой разрядкой. Но глубокая не значит полная, «до нуля». Это лишь навредит и укоротит срок службы элемента. Если в процессе использования напряжение на выходе упадет ниже отметки 1 Вольт (при номинальном напряжении 1,2 В), то это уже может привести к порче батарейки. Сложная техника, например КПК или ноутбуки, настроены таким образом, чтобы они отключались прежде, чем заряд аккумулятора упадет ниже предельного уровня.

В итоге, для достижения максимальной отдачи батареи следует каждый раз полностью заряжать, а потом дожидаться нормальной разрядки, чтобы они не испортились и прослужили весь срок.

батарейки5Для пуска двигателей автомобилей используют свинцовые аккумуляторы. Электролит у таких батарей — серная кислота. Из-за свинца эти батареи очень тяжелы. Первые свинцовые аккумуляторы требовали регулярного ухода — было необходимо поддерживать нужный уровень воды/кислоты внутри каждого элемента — постоянно требовалось заправлять их водой. После того, как элементы стали герметизировать, удобство использования таких свинцовых аккумуляторов стало бесценным. В результате появились так называемые необслуживаемые батареи. Так как испарения так и остаются внутри элементов, потери от электролиза сводятся к минимуму. Правда, опасность утечки кислоты остаётся. Эту инженерную задачу удалось решить, смешав электролит с другим веществом, чтобы в результате получился гель — например, с коллоидальной массой наподобие желатина.

Литий является самым химически активным металлом и используется в самых компактных системах, обеспечивающих энергией самую современную мобильную технику. благодаря активности этого металла батареи получаются не только очень емкие, они также имеют самое высокое номинальное напряжение. В зависимости от анода, литий-содержащие элементы имеют выходное напряжение от 1,5 В до 3,6 В! Основной проблемой при использовании лития о является его высокая активность. Он даже может вспыхнуть – что уж говорить, не самая приятная особенность, когда речь идет о батареях. Чтобы избавиться от этих трудностей, производители батарей постарались использовать литий в виде ионов. Таким образом, им удалось получить все полезные электрохимические качества, не связываясь с капризной металлической формой. Кроме того, литий-ионные элементы избавлены от эффектов памяти, которыми страдали ранние никель-кадмиевые батареи. Единственный недостаток у них — это высокое внутреннее сопротивление. Они не могут обеспечить сильные токи.

батарейки7Наиболее продвинутой технологией, используемой сегодня при создании аккумуляторов, является литий-полимерная. Уже сейчас среди производителей, как батарей, так и компьютерных устройств, наметилась тенденция по постепенному переходу к этому типу элементов. Главным преимуществом литий-полимерных батарей является отсутствие жидкого электролита. Благодаря этому, литий-полимерные элементы могут принимать практически любую форму, в отличие от цилиндрических батарей других типов. Обычными формами упаковки для них являются плоские пластины или бруски. В результате, литий-полимерные батареи оптимальной формы могут хранить больше энергии, чем аналогичные литий-ионные. Это достигается за счет заполнения «мертвых» объемов в углах отсека, которые остались бы неиспользованными в случае применения цилиндрической батареи. Кроме этих очевидных преимуществ, литий-полимерные элементы являются экологически безопасными и более легкими, за счет отсутствия внешнего металлического корпуса.

Таким образом, за двести лет, батарейка прошла длинный путь от «вольтового столба» к ультрасовременному литий-полимерному элементу.

Источники:

http://2fixika.livejournal.com

http://www.thingshistory.com

http://ru.wikipedia.org

http://proper-light.ru

http://eikenclub.ru

http://www.nkj.ru

Рейтинг@Mail.ru