| Поскольку довелось нам жить в 21 веке, с батарейками мы сталкиваемся ежедневно - в пульте дистанционного управления телевизором, в брелоке протвоугонного устройства, в электронных часах, в детских игрушках и карманных фонариках. Постепенно одноразовые источники питания вытесняются перезаряжаемыми аккумуляторами, но списывать со счетов их пока рано.
В этой статье мы покопаемся во внутренностях самого распространенного типа одноразовых источников питания - щелочных (алкалиновых) марганцево-цинковых батареек. Появились щелочные батарейки где-то в середине прошлого века, и достаточно быстро потеснили использовавшиеся тогда солевые поскольку хотя и были дороже, но при этом обеспечивали отдачу энергии почти на порядок больше.
Любой химический источник тока содержит в себе три обязательных компонента - два электрода, с которых снимается напряжение и агрессивную среду - электролит. Для экономии места и одновременном увеличении площади поверхности взаимодействия один из электродов обычно исполняется в виде порошка. В щелочной батарейке это анод - отрицательный электрод - из порошка цинка. В качестве электролита применяются концентрированные растворы калиевой или натриевой щелочи (KOH, NaOH) с добавками ZnO. Иногда роль электролита выполняет щелочь лития - LiOH. Чтобы электролит, будучи жидкостью по сути, не вытекал из батарейки, он загущается природными или синтетическими полимерными соединениями.
При реакции анода с щелочью цинковый корпус постепенно в ней растворяется. В начале процесса разряда происходит окисление цинка с образованием цинката ZnO22- (или Zn(OH)42-). После насыщения раствора электролита цинкатом, начинается вторичный процесс:
Zn + 2OH- в†’ Zn(OH)2 + 2е- (Впоследствии гидроксид цинка разлагается на ZnO и Н2О)
При этом вблизи порошкового цинкового анода образуется область с избыточным содержанием имеющих отрицательный заряд электронов. На второй стадии в среде электролита в процессах выделения и поглощения ионов ОН- наступает равновесие, и щелочь не расходуется. В результате малого количества электролита, который заполняет только поры электродов и межэлектродное пространство достаточно для весьма долгой работы элемента питания. Чтобы снять полученный избыточный заряд с области анода, внутрь помещают проводник из латуни (6), выведенный на дно батарейки, а чтобы замедлить процесс корродирования цинка, в состав анодной массы добавляют ингибитор - замедлитель коррозии.
 1-катод, 2-сепаратор с электролитом, 3-корпус, 4-футляр, 5-токоотвод, 6-анод, 7-дно, 8-прокладкаЗная принцип работы батарейки, можно понять почему работает шаманский метод продления их службы. Многие знают секрет, что севшую батарейку можно ненадолго привести в чувство, постучав ею о твердую поверхность. При этом гранулы диоксида марганца раскалываются контакт восстанавливается. А есть еще более варварский способ - пробить корпус батарейки гвоздем и погрузить корпус (не полностью) ненадолго в воду. В результате вода несколько разбавит электролит, и ему будет проще проникнуть к гранулам марганца.
Ну и в конце замечу, что, прижившееся обиходное название "батарейка" для описанного выше прибора, вообще говоря неверно. Правильнее будет сказать "гальванический элемент" или "элемент питания". Ибо "электрическая батарея", "аккумуляторная батарея" - это устройство, представляющее собой цепь последовательно соединенных элементов. Также как в артиллерии батарея состоит из нескольких орудийных расчетов, а батарея отопления - из нескольких секций. Впрочем, название это настолько прилипло ко всяким "мизинчиковым", "пальчиковым" и т.п. "батарейкам", что слилось с ними.
|
