Батарея (электротехника)

Химический состав батареи

Батарея может состоять из одного элемента или многих элементов. Каждая ячейка имеет анод, катод и электролит. Электролит - это основной материал внутри батареи. Часто он представляет собой разновидность кислоты и может быть опасен при прикосновении. Анод реагирует с электролитом, производя электроны (это отрицательный или - конец). Катод вступает в реакцию с электролитом и принимает электроны (это положительный или + конец). Электрический ток возникает, когда провод соединяет анод с катодом, и электроны перемещаются от одного конца к другому. (Но батарея может быть повреждена только проволокой, соединяющей два конца, поэтому между двумя концами необходима нагрузка. Нагрузка - это то, что замедляет движение электронов, и обычно делает что-то полезное, например, лампочка в фонарике или электроника в калькуляторе).

Электролит может быть жидким или твердым. В зависимости от типа электролита батарея называется батареей с мокрыми или сухими элементами.

Химические реакции, происходящие в аккумуляторе, являются экзотермическими реакциями. При таком типе реакции выделяется тепло. Например, если вы оставите ноутбук включенным на долгое время, а затем прикоснетесь к батарее, она станет теплой или горячей.

Аккумуляторная батарея заряжается путем обратного хода химической реакции, происходящей внутри батареи. Но аккумулятор можно заряжать только определенное количество раз (срок перезарядки). Даже встроенные аккумуляторы нельзя заряжать бесконечно. Более того, каждый раз, когда аккумулятор перезаряжается, его способность держать заряд немного снижается. Неперезаряжаемые батареи не следует заряжать, так как из них могут вытекать различные вредные вещества, например, гидроксид калия.

Элементы можно соединить, чтобы получить более мощную батарею. Соединение положительного элемента с отрицательным следующего элемента называется последовательным соединением. Напряжение каждой батареи складывается. Две шестивольтовые батарейки, соединенные последовательно, дадут напряжение 12 вольт.

Подключение положительного элемента к положительному другому, а отрицательного к отрицательному называется параллельным соединением. Напряжение остается прежним, но ток складывается. Напряжение - это давление, которое толкает электроны по проводам, оно измеряется в вольтах. Ток - это то, сколько электронов может пройти за один раз, он измеряется в амперах. Комбинация тока и напряжения - это мощность (ватты = вольты х амперы) батареи.

Батареи, соединенные параллельно - показано на схеме и чертеже

Размеры батарей

Батареи бывают разных форм, размеров и напряжений.

Элементы AA, AAA, C и D, включая щелочные батарейки, имеют стандартные размеры и форму и напряжение около 1,5 вольт. Напряжение элемента зависит от используемых химических веществ. Электрический заряд, который он может обеспечить, зависит от размера элемента, а также от того, какие химические вещества в нем используются. Заряд, который отдает батарея, обычно измеряется в ампер-часах. Поскольку напряжение остается неизменным, больший заряд означает, что больший элемент может выдавать больше ампер-часов или работать дольше.

История

Первая батарея была изобретена в 1800 Алессандро Вольта. В настоящее время его батарею называют вольтовой кучей.

В маленьких современных аккумуляторах жидкость иммобилизована в своего рода пасту, и все помещено в герметичный корпус. Благодаря этому корпусу из батареи ничего не может вылиться. Более крупные батареи, например, автомобильные, все еще содержат жидкость внутри и не герметичны. Разновидность батареи, в которой в качестве электролита используются расплавленные соли, была изобретена во время Второй мировой войны.

Типы батарей

• Сухие элементы, элементы, которые не содержат жидкости (или содержат иммобилизованную жидкость, такую как паста или гель) в качестве электролита
• Первичная клетка, клетки, которые не могут быть перезаряжены
• Щелочная батарейка, "алкалиновая", не перезаряжаемая
• Ртутная батарея, не перезаряжаемая
• Батарея Leclanche, "сверхмощная", не перезаряжаемая
• Литиевая батарея, не перезаряжаемая, "монетный элемент"
• Батарейка из оксида серебра, не перезаряжаемая, часовая батарейка
• Вольтова куча, первая батарея Аллесандро Вольтаса
• Вторичный элемент, элементы, которые могут быть перезаряжены
• Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор
• Литий-ионный аккумулятор, перезаряжаемый, используется в сотовых телефонах и ноутбуках
• Никель-кадмиевый аккумулятор, "NiCd", перезаряжаемый
• Никель-металл-гидридный аккумулятор, "NiMH", перезаряжаемый
• Никель-цинковая батарея

• Мокрые элементы, элементы, содержащие жидкость в качестве электролита
• Свинцово-кислотный аккумулятор, перезаряжаемый, автомобильный аккумулятор
• Никель-железная батарея, перезаряжаемая, батарея Эдисона
• Топливный элемент, подзаряжаемый путем добавления топлива

Вид сверху на автомобильный аккумулятор

Альтернативы батарейкам

Топливные элементы и солнечные батареи не являются аккумуляторами, поскольку они не хранят энергию внутри себя.

Конденсатор - это не батарея, потому что он не хранит энергию в химической реакции. Конденсатор может хранить электричество и создавать электроэнергию гораздо быстрее, чем батарея, но обычно его стоимость слишком высока, чтобы сделать его таким большим, каким может быть батарея. Ученые и инженеры-химики работают над созданием лучших конденсаторов и батарей для электромобилей.

Небольшие электрические генераторы, приводимые в действие руками и ногами, могут обеспечивать питание небольших электрических устройств. Радиоприемники с часовым механизмом, фонари с часовым механизмом и подобные устройства также имеют заводную пружину для накопления механической энергии.