Алкалиновые батарейки и щелочные: разница по химическому составу (таблица отличий)

История обыкновенной батарейки

Слово «батарея», происходящее от французского слова «batterie», давно вошло в русский язык.

Название происходит от артиллерийской батареи, как исторически первого типа батарей. Впоследствии название стало употребляться для обозначения соединения однотипных предметов вообще.

Официальное рождение батареи относят к 1800 г., когда итальянский физик Алессандро Вольта, основываясь на опытах итальянского врача и анатома Луиджи Гальвани, сделал устройство, получившее впоследствии название «вольтов столб». Сложив стопку высотой полметра из пластинок цинка, меди и войлока, смоченного раствором серной кислоты, Вольта, приложив руки к концам стопки, получил весьма чувствительный удар током. Так началась электрическая эра.

Изобретение Алессандро Вольта произвело фурор в обществе, Вольта осыпали почестями и наградами, его именем назвали единицу электрического напряжения. Свою долю славы получил и Луиджи Гальвани. В его честь электрохимический элемент, изобретенный Вольта, называется гальваническим.

Гальванические элементы делятся на два типа – первичные и вторичные.

Все батарейки являются первичными гальваническими элементами.

Вторичные гальванические элементы – элементы, в которых электрическая энергия от внешнего источника тока превращается в химическую энергию и накапливается, а затем, при необходимости, химическая энергия снова превращается в электрическую. Эти вторичные элементы называются аккумуляторами.

Одним из первых гальванических элементов, которым можно было пользоваться вне лабораторий, был изобретен Жоржем Лекланше в 1866 году.

Конструкция имени Лекланше проста — цинковый анод, катод из диоксида марганца с углем, размещенные в электролите из хлорида аммония, т.е. соли аммония.

В течении некоторого времени элемент Лекланше претерпел изменения: цинковый анод стал делаться в виде цинкового стаканчика, в стаканчике размещен катод из смеси диоксида марганца и графита, в центре катода находится угольный стержень, являющийся токосъемником, катод окружен электролитом из хлорида аммония с добавкой хлорида цинка, только не в жидком виде, как у Лекланше, а в загущенном, в виде геля, из-за добавления крахмала и муки. Это необходимо для того, чтобы электролит не мог вытечь или высохнуть при хранении и эксплуатации элемента.

Элементы с загущенным электролитом получили название «сухие батареи».

Одним из всплесков было появление щелочных батарей. Впервые щелочные батарейки выпустила компания Eveready (ныне Energizer) в 1959г. Принцип ее работы практически идентичен принципу работы солевой батареи – анод из цинка, катод из диоксида марганца, единственное отличие в составе электролита – он не из соли аммония, как в солевой, а из раствора щёлочи, обычно гидроксида калия. У щелочной батареи анод в виде пасты из цинкового порошка в смеси с электролитом находится внутри катода из смеси диоксида марганца с графитом.

Анод и катод разделены тонким сепаратором, пропитанным электролитом, и все это располагается в стальном корпусе. Получается, что если у солевого элемента корпус (-), а центральный токоотвод (+), то у щелочного элемента все наоборот, корпус (+), а центральный токоотвод (-).

Такая конструкция, разумеется, сделана не просто так. В солевых элементах при химической реакции расходуются все реагенты, составляющие этот элемент — анод, катод, электролит. А в щелочном элементе при химической реакции расходуется только анод и катод, электролит не расходуется. Поэтому электролита там совсем мало, и освободившееся место электролита заполнено увеличенным количеством анода и катода, что значительно увеличивает электроемкость щелочного элемента.

Форм-фактор распространенных гальванических элементов

История батареек

Данный вид первичных источников электроэнергии известен с глубокой древности. Хотя официально считается, что простейший гальванический элемент питания был создан Вольтом в 1782 году, кувшины с установленными в них металлическими штырями находят при раскопках в Египте. Конструкция прибора Вольта очень проста: в емкость из диэлектрического материала помещались цинковый и медный электроды, а сама банка заполнялась разведенной серной кислотой. Если к выводам электродов подключалась нагрузка, то по образовавшейся цепи начинал течь ток. Его появление объясняется происходящими химическими реакциями, создающими разность потенциалов и, как следствие, ЭДС. Впоследствии были предложены модификации с иными металлами электродов и составами электролитов. Также появились варианты, в которых агрессивная жидкость заменена прессованным порошком.

Массовое производство гальванических источников энергии было налажено в 1898 году компанией Eveready (Америка). Изначально они предназначались для радиоприемников, однако распространились во множестве других областей, где требовалось обеспечивать работу портативных электроприборов.

Основными недостатками C-Zn батареек является интенсивный саморазряд, низкая плотность энергии, и постепенное разрушение цинкового корпуса в процессе работы, вызванное эмиссией электронов из кристаллической решетки металла.

Пальчиковый аккумулятор для фотоаппарата Ni-Mh 2500 мА·ч Duracell Turbo AA/HR6

Рекордсмен по длительности работы на одном заряде для типоразмера АА. Может перезаряжаться до 400 раз. Если ищете, какие пальчиковые аккумуляторы лучше для фотоаппарата, то данная модель – именно то, что нужно. Изделия продаются уже с полной зарядкой, поэтому их можно сразу использовать, как обычные батарейки.

Производитель гарантирует службу в течение не менее 5 лет. Заряд сохраняется в течение 1 года. Продаются в упаковках-блитерах по 2 или 4 штуки. Довольно дорогие – стоимость 1 единицы около 220 рублей.

Модель изготовлена по технологии NiMH. Напряжение 1,2 Вольта, емкость 2500 мАч. Совместимы с любыми зарядными устройствами, предназначенными для зарядки аккумуляторов типоразмера АА.

Использовать лучше для фотоаппарата, фотовспышки. Подойдут для детских игрушек (например, радиоуправляемых моделей) и светодиодных фонариков – везде, где нужен мощный источник тока напряжением 1,2-1,5 вольт. Также хороши для беспроводных контроллеров, других беспроводных устройств.

Плюсы:

гарантия 5 лет;
до 12 месяцев сохраняют заряд;
совместимы со всеми зарядками для аккумуляторных батареек АА;
емкость 2500 мАч;
изначально имеют зарядку;
малый саморазряд;
качественная сборка;
бракованные изделия практически не встречаются.

Зарядное устройство для батареек ааа

Как правило выполнять подзарядку обычных солевых или щелочных элементов нельзя. На этикетках производитель об этом предупреждает своего потребителя.

Аккумуляторные батарейки ааа с зарядным устройством показаны на рисунке ниже.

Вставлять в подобные гаджеты можно только перезаряжаемые батарейки ааа. Другие же попросту могут взорваться. Но если толкаете солевую aaa в интеллектуальную зарядку, то в этом случае устройство отключится.

Время заряда зависит от емкости элемента питания обычно это 2-3 часа.

Таким образом адаптер для батареек ааа сослужит хорошую службу и приведет АКБ в норму!

Тест солевых (carbon-zink/zink chloride) батареек размера AAA (R03)

Пояснения к батарейкам:

«Емкость» указана в миллиампер-чавсах (mAh), чем больше, тем лучше. Это наиболее важный показатель, характеризующий, количество энергии, запасенное в батарейке.
«Сопротивление» — внутреннее сопротивление батарейки в омах,чем меньше, тем лучше. Малое внутреннее сопротивление дает возможность более глубоко разряжать батарейку, то есть в большей степени использовать ее емкость. Однако существенного влияния на используемую ёмкость этот параметр не влияет.
«Цена» указана для одной батарейки в рублях (на оптовом складе).
«Цена амперчаса» — соотношение цены батарейки в рублях к ее емкости в амперчасах. Этот параметр характеризует выгодность использования батарейки.
«Страна» — страна или регион, в котором была изготовлена батарейка (исходя из надписи на упаковке).
Все батарейки, используемые в ходе тестов, были «свежими», до обозначенного срока годности оставалось от 4 до 6 лет.

Чем отличаются батарейки типа ААА от АА

Обозначения ААА используются для мизинчиковых батареек, а пальчиковые батарейки это тип АА

Важное их отличие заключается в размере. Исходя из названий понятно, что пальчиковые батарейки больше мизинчиковых

Помимо прочего, они отличаются количеством ёмкости и внешним видом.

Батарейки ААА это какие — пальчиковые или мизинчиковые

Это мизинчиковые батарейки. В среднем длина типов АА батареек находится в диапазоне равном от 14 миллиметров и до 30. Длина достигает 51 миллиметра. Тип ААА имеет немного меньший диаметр и длину. Среднее число диаметра равно 14 миллиметров, а длина не превышает 45 миллиметров.
В больших случаях человек скорее всего сможет определить различные виды. Маленькие ААА батарейки имеют небольшой выступ сверху, который является положительным значением. Нижняя часть не имеет лишних выступов и представляет из себя плоскость, которая будет отрицательным значением.

В микроэлементах электропитания располагается защитная оболочка от появления окислительных процессов. Поэтому все батарейки помещены в металлическую ёмкость. Помимо этого, присутствует специальная система защиты от цилиндрических электродов.

Батарейки типа АА.

Принцип действия алкалиновой батарейки

Принцип действия этого щелочного источника питания довольно прост. Его описал итальянский физик Алессандро Вольта в далёком 1782 году. Учёный сконструировал гальванический элемент, в котором цинковый анод и медный катод погружались в раствор серной кислоты. Разница потенциалов двух металлов, опущенных в электролит, создавала электрический ток.

Своему названию этот вид батареек обязан веществу, выполняющему функцию проводника тока, а именно — концентрированному раствору щелочи. Производят электролит, используя в основном гидроксид калия или гидроксид натрия.

Другими обязательными участниками электрохимической реакции в алкалиновом элементе становятся — отрицательный электрод (из цинка) и положительный электрод (из оксида марганца). В зависимости от типа источника тока напряжение может составлять 1,5–12 В.

Особенности солевых батареек

Устройство солевой батарейки.

Рассмотрим конструкцию элемента питания. Солевая батарейка включает в себя цинковый стакан (он же анод), размещенный внутри катод, состоящий из смеси графита и диоксида марганца. Между ними – электролит в виде раствора хлорида аммония (нашатырь). Токосъемником служит угольный стержень, установленный в катоде порошкообразного типа. В верхней части источника тока предусмотрен воздушный карман – в нем накапливаются газы, вырабатываемые в ходе работы. Все эти элементы закрыты в защитном корпусе из металла.

Так как хлорид аммония – соль, то батарейки с такой основой принято называть солевыми. Но правильнее говорить «гальванические элементы».

К слову, в первых разновидностях солевых батареек применялся жидкий электролит. Позднее его начали загущать путем добавления крахмалистых веществ. Таким образом свели к минимуму вероятность вытекания «химии».

Мощность солевых батареек – 1.5 В. Чаще всего встречаются «пальчиковые» и «мизинчиковые» элементы, но распространены и другие типоразмеры: C, D, 6F22. Изделия доступны, мало весят, но характерны небольшой энергоемкостью. Кроме того, солевые гальванические элементы могут окисляться из-за недостаточной герметичности.

Преимущества

Достоинств не так много: доступность и малый вес. «Отдых» продлевает их срок эксплуатации. Если потрясти элемент, постучать об руку, он способен еще немного прослужить, так как разравниваются комки электролита.

Многие ошибочно полагают, что они нетоксичны и не требуют утилизации. Это не так – их утилизируют так же, как и щелочные батареи.

Недостатки

Отрицательные качества такие:

соотношение размеров к энергоемкости;
срок службы, не превышающий трех лет;
из-за большого внутреннего сопротивления характерны невысокой нагрузочной способностью;
могут протечь, если хранить полуразряженными;
со временем электролит высыхает;
неустойчивы к перепадам температуры.

Как видно, соляные батарейки сложно назвать идеальными, и все же, их применяют и в наши дни, так как стоят они в разы дешевле алкалиновых (щелочных).

***

Алессандро Вольт по сути создал прекрасную возможность для формирования рынка мобильных и портативных электронных устройств. Но с появлением экономически практичных солевых и щелочных батареек производители придерживались вилки допустимого напряжения.

В результате перевести Ni-Mh разом на Li-Ion оказалось практически невозможно (для массового потребителя сложно). Всему виной устоявшиеся за два века стандарты схемотехники, производства, рыночной обстановки.

Однако изменения назревают и даже происходят прямо в эти дни.

10 лет назад прогресс с литий-ионной (и литий-полимерной, разумеется) революцией начался одновременно с успехами Apple (первые iPhone, iPod, iPad). Смартфоны дали импульс технологии. Теперь законодателем становится электромобиль на фоне снижения цен на литий и разработок в области бескобальтовых перезаряжаемых элементов питания.

Мы стараемся разбирать вопросы наших подписчиков с учётом 12-летнего опыта работы с электроникой и элементами питания. Если вы хоте ли бы отстраниться от развлекательного повествования сосредоточиться на серьёзных разборах полётов, то добро пожаловать в официальный блог на сайте Neovolt.

Li-Ion вместо щелочной батарейки: последствия

Что будет, если не использовать преобразователь и установить аккумулятор Li-Ion вместо щелочной батарейки как есть?

Предположим:

у вас есть 2 Li-Ion батареи полностью заряженные (по 4,2 В каждая, то есть всего 8,4 В );
вы их подключаете к устройству, рассчитанному на работу при максимальном напряжении 3,2 В (две совершенно новые щелочные батареи AA );
теперь напряжение источника тока превышает напряжение электропотребителей внутри устройства, так как подаётся 8,4 В вместо 3,2 В (предположим, что пределы изменения напряжения сверх нормы не просчитаны производителем);
в результате мы наблюдаем выход из строя ШИМ, диодных мостов, трансформаторов (зависит от устройства).

Простыми словами, выгорает электроника при подключении 3,7 В к контактам устройства, рассчитанного на источник питания 1,5 В . Исключение — устройства, например, с питанием от трёх батареек. В таких случаях производители даже могут предусмотреть установку литий-ионных аккумуляторов без вмешательства в электросхему.

Перезаряжаемые литиевые элементы с преобразователем напряжения на 1,5 В ещё пару лет назад не делал никто. Создавали только одноразовые литиевые батарейки с напряжением 1,5 В (например, литий-железо-дисульфидные Li/FeS2 — описание в PDF).

Сейчас же есть попытки вывести на рынок литиевые элементы 14500 (AA) с ёмкостью от 400 мАч и даже microUSB-разъёмом для зарядки. Они состоят из литий-ионного аккумулятора, понижающего преобразователя (4,2 В > 1,5 В), защиты.

Однако это неоптимальное решение. Преобразователь занимает драгоценное место, качество пока на низком уровне. Высокая цена отталкивает массового покупателя. Всё ещё дешевле и проще использовать традиционные батарейки.

Чтобы выполнить полноценную замену Ni-Mh на Li-Ion-аккумуляторы производители должны массово перенастроить электронику по источнику питания с 1,5 В на 3,7 В. Точно так, как это произошло в мире мобильных устройств.

Тестирование батареек

Каждый раз, покупая батарейки, я задумывался: какие лучше. Есть много батареек приблизительно по одной цене, есть дешёвые батарейки, продающиеся только в определенных магазинах — Ikea, FlexPower, Окей, есть дорогие батарейки Duracell, Energizer. Всегда ли дорогие батарейки лучше дешёвых?

Я давно хотел сравнить батарейки, и наконец-то я это сделал.

Для испытаний использовался iMAX B6. Каждая батарейка разряжалась током 0.2А до тех пор, пока могла выдать такой ток. Для подтверждения результатов я протестировал по два экземпляра некоторых батареек. Мои эксперименты заняли почти два месяца, ведь на тестирование каждой батарейки уходило около десяти часов. Все результаты в таблице.

Измеренная ёмкость батареек в миллиампер-часах. Напряжение замерялось на батарейке через две минуты после начала теста. После того, как батарейка «сдохла» она оставлялась на некоторое время (обычно полчаса) и тест проводился ещё раз, при этом она отдавала ещё некоторое количество энергии — «Ёмкость 2». Стоимость одного ампер-часа указана в последней колонке.

Более наглядно результаты выглядят на диаграмме.

Upd.: Табличка, отсортированная по стоимости ампер-часа показывает, какие батарейки самые выгодные.

Выводы:

1. Обычные батарейки Duracell и Energizer покупать бессмысленно. Они ничем не лучше батареек, которые дешевле в 2-4 раза. 2. Duracell Turbo Max за 38 рублей штука конечно хорошие батарейки, но не настолько, сколько за них просят. 3. Ёмкость солевых батареек втрое меньше, чем у самых дешёвых щелочных (алкалиновых). 4. Трофи, Окей — не очень хорошие батарейки. 5. Duracell лучше, чем Energizer. 6. GP, Фотон, Эра, Космос — хорошие батарейки, разница в ёмкости у которых меньше 10%. 7. Самые выгодные батарейки — Ikea и FlexPower, но они продаются только в магазинах Икеа и Ф-центр соответственно. 8. Ёмкость батареек AAA почти втрое меньше, чем АА. 9. Возможно в определенных условиях (например при разряде большими токами) дорогие батарейки Duracell могут быть более эффективны, чем при разряде средним током, но вряд ли их ёмкость будет настолько же выше, тех же Ikea, насколько выше их цена (в 5.5 раз).

И немножко бекстейджа моей эпопеи.

Участники.

Процесс.

Я хотел ещё сравнить батарейки FlexPower и Duracell Turbo Max при больших импульсных токах, для этого я взял старый фотоаппарат Canon и решил посчитать, сколько кадров со вспышкой он сможет сделать. Я предполагал, что будет кадров сто, но с батарейками FlexPower получилось целых 500 кадров, поэтому с Duracell я даже не стал пробовать — слишком долго и муторно.

Щелочные для пультов ДУ Duracell Ultra Power AAA/LR03

Щелочная батарейка формата AAA. Такие еще называют мизинчиковые. Элементы питания от этого американского производителя считается №1 в мире благодаря своей долговечности и энергоемкости для типоразмеров АА и ААА. Изделия отличаются наличием встроенного индикатора заряда, выполненного по технологии Powercheck, который позволяет понять, что батарейку пора заменить. Напряжение 1,5 вольта. Продаются в блистерах по 2, 4, 8, 12 штук.

Долговечные батарейки. Хорошо работают, как в низкопотребляющих ток приборах, так и в мощных, вроде фонариков и фотовспышек. Напряжение держится стабильное почти до полного исчерпания заряда. Внешнее покрытие устойчиво к протеканию. Могут храниться до 10 лет в обычных условиях.

Часто пользователи даже не задумываются какие батарейки выбрать, а берут именно Duracell, которые легко узнаются благодаря запоминающейся рекламе.

Duracell Ultra Power AAA/LR03 подойдут для всех приборов, в которых используются элементы ААА, в том числе энергоемких. Также хороши для детских игрушек.

Характеристики

Щелочные батарейки производятся разных типоразмеров в основном это АААА, ААА, АА, D, С, Крона – 6F22 и плоский монеточный вид.

Таблеточные щелочные батарейки

Они представляют собой маленький плоский диск диаметром от 4.8 до 30 мм. Напряжение равно 1.5 – 3 вольта. Их корпус полностью выполнен из металла. В связи с этим алкидные батарейки можно применять в плохих погодных условиях. Анод от катода отделен изолятором. Это предотвращает короткое замыкание и их порчу. За счет своей миниатюрности и компактности они и получили большое распространение. Без проблем вставляются в часы, калькуляторы, брелки и другие мини устройства.

Пальчиковые источники тока или АА

Являются наиболее популярными. Используются там, где нужен большой разрядный ток. Их напряжение равно 1.5 вольт. Нашили свое применение в часах, игрушках, радио приемниках, фонариках, медицинском оборудовании, весах, компьютерных мышках и других электронных устройствах.

Все подробности изложены в статье пальчиковые батарейки!

Щелочные батарейки бочонки

К ним можно отнести два типа это D и C.

Позволяют обеспечить прибор электричеством без подключения его к сети на 220 вольт. Используются в магнитофонах, радиоприемниках, фонарях, игрушках. Имеют повышенную емкость. В приборе, который потребляет мало энергии проработают долго.

Если видите на корпусе надпись LR, то это 100% щелочные батарейки.

Мизинчиковые источники тока

Имеют типоразмер ААА. Производители изготавливают их в виде цилиндра диаметром 10.5 мм. В длину обычно такие типы бывают до 44,5 мм. Их масса составляет около 14 грамм. Данные могут отличаться в зависимости от компании. В устройство щелочных батареек иногда могут добавлять дополнительные элементы для защиты.

Используются в разных электронных приборах, например, таких как пульты для телевизора, будильники, фонарики, приемники, плееры и т.д. Узнать, что это именно щелочной элемент можно по надписи alkaline battery.

Подробнее об этих источниках тока читайте в этой статье!

Щелочной элемент Крона

Имеет нестандартную форму и используется в измерительных приборах, медицинском оборудовании, фонарях, металлоискателях. Такие алкалайн батарейки имеют напряжение 9 вольт и работают достаточно длительный срок. Плюс данного источника энергии заключается в том, что он может обеспечить прибор большим тока имея маленькие габариты.

Детальнее о кроне читайте в этой статье!

Какие батарейки лучше работают солевые или алкалиновые