У каждого современного человека найдётся устройство, для работы которого нужны аккумуляторы или батарейки: пульт от телевизора, настенные часы, мобильник или фотоаппарат. Эти гаджеты стали настолько обыденными, что никто уже не задумывается о принципах их источников питания, тогда как со времени создания прототипа нынешних батареек прошло более двух веков.
Тип элемента питания выбирают в зависимости от устройства, где он будет использоваться. Алкалиновую (щелочную) батарейку относят к марганцево-цинковому источнику энергии. Электролит обеспечивает нужную реакцию для формирования электрического тока. Алкалиновые батарейки (на корпусе часто встречается надпись alkaline) нашли широкое применение там, где требуется малое энергопотребление, например, в компактном фонарике или электрической зубной щётке. Со временем любая энергия запасает свой резерв. Можно ли зарядить алкалиновые батарейки? Есть ли способы оживить старые источники тока или же придётся покупать новые?
Принцип действия алкалиновой батарейки
Принцип работы этого щелочного источника энергии 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 тип батареек обязан веществу, проводящему ток, а именно — концентрированному раствору щелочи. Электролит для них в основном получают из гидроксида калия или гидроксида натрия.
К участникам электрохимической реакции в алкалиновом элементе относятся — отрицательный электрод из цинка и положительный электрод из оксида марганца. В зависимости от типа источника напряжение может составлять 1,5–12 В.
Конструкция алкалиновой батарейки
Размер цилиндрического элемента сопоставим с размером марганцево-цинкового элемента с солевым электролитом. Однако между устройствами алкалиновых и солевых источников есть различия: алкалиновые батарейки имеют иную конструкцию. В элементе с щелочным электролитом цинк находится в порошкообразном виде. Поэтому цинковый стаканчик заменяют стальным никелированным цилиндрическим корпусом, который выполняет роль токоотвода и имеет знак «+».
В активном состоянии прессуют положительный электрод к внутренним стенкам корпуса. В щелочных элементах обычно можно разместить больше активной массы положительного электрода по сравнению с солевым аналогом такого же размера. Так, в батарейке типа D может находиться 35–40 г диоксида марганца, тогда как в солевом аналоге того же габарита — не более 25–30 г электролита.
Сепаратор предварительно пропитывают электролитом, а затем помещают во внутреннюю полость, заполненную активной массой анода. Сепарационным материалом может служить гидратцеллюлозная плёнка или нетканый полимер.
По оси источника тока размещают токоотвод из латуни в роли катода, а между латунным токоотводом и сепарационным материалом вводят анодный состав, состоящий из цинкового порошка. Важно, чтобы перед этим цинковый порошок был пропитан загущённым электролитом.
На производстве чаще применяют электролиты на основе щелочей, заранее насыщенные цинкатами. Это снижает расход щелочи на начальном этапе эксплуатации. Кроме того, присутствующие цинкаты в электролите тормозят развитие коррозионного процесса.
Отличия солевых батареек от алкалиновых
Как солевые, так и щелочные элементы питания долгое время остаются популярными у покупателей. Тем не менее, у этих видов батареек есть ряд различий.
Солевые:
- Если их не использовать в течение двух-трёх лет после выпуска, велика вероятность полной разрядки.
- Чувствительны к температурным перепадам, что заметно влияет на срок хранения.
- Внутренние химические процессы, происходящие ближе к концу срока службы, часто вызывают вытекание содержимого.
- Не отличаются высокой ёмкостью.
- Имеют непродолжительный срок работы.
- Не выдерживают большую нагрузку, поэтому пригодны только для приборов с низким энергопотреблением: часы, кухонные весы, пульты ДУ.
Щелочные:
- Работоспособность сохраняется и через пять лет после покупки.
- Практически не реагируют на колебания температуры.
- Не протекают.
- Имеют удельную ёмкость, как минимум в 2 раза выше у малоточных нагрузок и в 5–10 раз выше при высокоточных нагрузках по сравнению с солевыми.
- Подойдут для приборов с любым уровнем потребления, но особенно эффективно работают при непрерывной нагрузке.
Можно ли зарядить алкалиновую батарейку?
Рынок гальванических элементов богат разнообразием. Ежедневно с конвейеров сходят миллионы батареек разных видов. Есть масса недорогих образцов, доступных каждому. Их можно найти на кассе любого гипермаркета или магазина электротоваров. Таким образом, вопрос о возможности зарядки щелочных батареек, утратил актуальность. Из школьного курса химии известно, что при нагреве едкой щелочи, содержащейся внутри батарейки, может начаться бурная реакция. Обратный ток зарядного устройства, проходя через замкнутое пространство, может привести к закипанию батарейки и даже тепловому взрыву.
Если элемент удаётся пережить единый цикл подзарядки, его полезная ёмкость всё равно не восстановится до исходного уровня. Любая щелочная батарейка, скорее всего, вскоре снова разрядится. При этом возможна разгерметизация корпуса и вытекание электролита, что может повредить подключённое устройство. В итоге вместо экономии можно повредить дорогостоящий прибор.
Для тех, кто готов рискнуть или остро необходима подзарядка, потому что купить алкалиновую батарейку в данный момент негде, существуют несколько хитрых способов продлить срок службы источника тока.
- Подключают блок питания к сети и через провода соединяют элемент с адаптером, строго соблюдая полярность: минус к минусу, плюс к плюсу. Полярность обычно указана на верхней части корпуса. Разогревают аккумулятор до примерно 50 градусов, затем отключают и охлаждают. Далее повторно подключают зарядное устройство на две минуты и сразу же его снимают. Затем помещают элемент в морозильную камеру на 15 минут.
- Зарядку старой батарейки можно осуществлять методом её разогрева. Этот способ опасен — возможен взрыв. Разряженный элемент помещают в кипяток на 30 секунд, и батарейка становится пригодной ещё на некоторое время.
- Подзарядить алкалиновую батарейку можно сузив её объём. Для этого её сплющивают вручную.
