Як працює батарейка

Оскільки довелося нам жити в 21 столітті, з батарейками ми стикаємося щодня в пульті дистанційного керування телевізором, в брелоку протвоугонного пристрої, в електронних годинниках, у дитячих іграшках і кишенькових ліхтариках. Поступово одноразові джерела живлення витісняються елементами, що перезаряджаються акумуляторами, але списувати з рахунків їх поки рано.

У цій статті ми покопаємося в нутрощах самого поширеного типу одноразових джерел живлення – лужних (алкалінових) марганцево-цинкових батарейок. З’явилися лужні батарейки десь в середині минулого століття, і досить швидко потіснили використовувалися тоді сольові оскільки хоча і були дорожче, але при цьому забезпечували віддачу енергії майже на порядок більше.

Будь-який хімічний джерело струму містить в собі три обов’язкових компоненти – два електрода, з яких знімається напруга і агресивне середовище – електроліт. Для економії місця і одночасному збільшенні площі поверхні взаємодії один з електродів зазвичай виконується у вигляді порошку. В лужному батарейці це анод – негативний електрод – з порошку цинку. В якості електроліту застосовуються концентровані розчини калієвої або натрієвої лугу (KOH, NaOH) з добавками ZnO. Іноді роль електроліту виконує луг літію – LiOH. Щоб електроліт, будучи рідиною по суті, не витікав з батарейки, він загущується природними або синтетичними полімерними сполуками.

При реакції анода з лугом цинковий корпус поступово в ній розчиняється. На початку процесу розряду відбувається окислення цинку з утворенням цинката ZnO22- (або Zn(OH)42-). Після насичення розчину електроліту цинкатом, починається вторинний процес:

Zn + 2OH – в†’ Zn(OH)2 + 2е- (Згодом гідроксид цинку розкладається на ZnO і Н2О)

При цьому поблизу порошкового цинкового анода утворюється область з надмірним вмістом мають негативний заряд електронів. На другій стадії в середовищі електроліту в процесах виділення і поглинання іонів ВІН – настає рівновага, і луг не витрачається. Внаслідок малої кількості електроліту, що заповнює тільки пори електродів і межелектродное простір достатньо для досить довгої роботи елемента живлення. Щоб зняти отриманий надлишковий заряд з області анода, всередину поміщають провідник з латуні (6), виведений на дно батарейки, а щоб уповільнити процес корродірованіе цинку, до складу анодної маси додають інгібітор – сповільнювач корозії.

1-катод, 2-сепаратор з електролітом, 3-корпус, 4-футляр, 5-струмовідвід, 6-анод, 7-дно, 8-прокладка

Роль позитивного електрода виконує порошковий діоксид марганцю МпО2, змішаний з вугільним порошком (для збільшення електропровідності), електролітом і згущувачем. Отримана паста пресується до внутрішньої поверхні нікелевого сталевого корпусу батарейки. При розряді батареї діоксид марганцю відновлюється до метагидроксида марганцю – МпООН. Це процес необхідний, щоб видалити із електроліту надлишок іонів ВІН – але результатом його є поступове обволікання зерен діоксиду марганцю метагидроксидом, що тягне за собою передчасне припинення служби батареї. Щоб пасти не змішувалися, між ними прокладають тонкий нетканий матеріал, просоченим електролітом.

Знаючи принцип роботи батарейки, можна зрозуміти чому працює шаманський метод продовження їх служби. Багато знають секрет, що сіла батарейку можна ненадовго привести в почуття, постукавши нею об тверду поверхню. При цьому гранули діоксиду марганцю розколюються контакт відновлюється. А є ще більш варварський спосіб – пробити корпус батарейки цвяхом і занурити корпус (не повністю) ненадовго у воду. В результаті вода кілька розбавить електроліт, і йому буде простіше проникнути до гранулам марганцю.

Ну і насамкінець зауважу, що, прижилася популярну назву “батарейка” для описаного вище приладу, взагалі кажучи, невірно. Правильніше буде сказати “гальванічний елемент” або “елемент живлення”. Бо “електрична батарея”, “акумуляторна батарея” – це пристрій, що представляє собою ланцюг послідовно з’єднаних елементів. Також як в артилерії батарея складається з кількох гарматних розрахунків, а батарея опалення – з декількох секцій. Втім, назву це настільки прилипло до всяких “мизинчиковым”, “пальчиковым” і т. п. “батарей”, що злилося з ними.