Виды, размеры, характеристики и аналоги элементов питания (батареек)

Эта музыка будет вечной, если я заменю батарейки.
(Наутилус Помпилиус)

Виды батареек по химическому составу

Химический состав батарейки определяет ее эксплуатационные свойства и стоимость. С физико-химической точки зрения батарейка, а точнее, гальванический элемент, вырабатывает ток за счет окислительно-восстановительной электрохимической реакции, протекающей между металлами полюсов в растворе электролита. В любом элементе есть плюс и минус, есть электролит, активная среда. Названия и классификация связаны с происхождением и составом электролита и активным металлом на полюсах.

Солевые батарейки

Наиболее дешевые и самые первые массовые гальванические элементы с маркировкой R — солевые, полюса которых состоят из цинка (графита) и двуокиси марганца, погруженных в хлорид аммония.

Щелочные батарейки

Более энергоемкие и удобные с точки зрения продолжительности работы — алкалиновые гальванические элементы с маркировкой LR появились позже под названием щелочные, так как в роли электролита выступает гидроксид калия.

Серебряные батарейки

Их можно отнести к разновидности щелочных по типу электролита, но это не «алкалайн». Катод элемента этого типа состоит из оксида серебра, отсюда и название. Гальванические элементы с серебряным катодом и щелочным электролитом (SR) характеризуются компактностью и высокими показателями электроемкости, поэтому их применяют в часах, калькуляторах, материнских платах ПК и ноутбуков для питания памяти загрузчика. Такие батарейки иногда называют серебряно-цинковыми щелочными элементами. 

Литиевые батарейки

Литиевые батарейки и составляющие их гальванические элементы с маркировкой CR имеют на плюсовой стороне литий, а заполнены могут быть разными видами электролитов, это определяет производитель. Важным преимуществом этих источников считается минимальный саморазряд — батарейки хранятся годами и не теряют свойств.

Воздушно-цинковые батарейки

Обозначаются PR, используются ограниченно, в основном в медицинских приборах. При высокой емкости очень быстро саморазряжаются, поэтому крайне мало распространены в быту и других областях, кроме медицины. Хранение батареек с кислородным анодом должно обеспечивать полную герметичность, поэтому после вскрытия упаковки элементы быстро приходят в негодность. Емкость элементов превышает соответствующий показатель литиевых в 2 — 3 раза.

Виды батареек

Сравнение солевых и алкалиновых щелочных батареек показывает, что алкалин (алкалайн) имеет более высокие показатели емкости, значит, такие элементы проработают дольше в приборах со средним и высоким потреблением энергии. При выборе следует учитывать, что солевые батарейки имеют меньший вес, стоят гораздо дешевле, но склонны к разгерметизации. Как они текут со временем, знают все, кто пользовался этими источниками питания.

Наиболее передовым решением с точки зрения энергоемкости, ресурса работы при высоком потреблении считаются литиевые элементы. Но стоят они дороже алкалайна и солевых батареек. Литиевый состав электрода чувствителен к попаданию влаги, поэтому этот тип батареек выпускается в надежно герметизированном корпусе. При контакте с водой литиевые элементы могут сильно нагреваться.

Что касается выбора, то стоит исходить из соотношения цены и энергоемкости элемента в зависимости от прибора, в котором они используются. Например, для светодиодного фонарика с одной небольшой сборкой или одним источником подойдет и солевая батарейка. А для питания электромеханического тонометра с насосом и моторчиком лучше всего либо алкалайн, либо комплект литиевых батареек, так как двигатель прибора требует стабильного и высокого тока, а это ускоряет разряд источника.

Типы батареек по размеру и их обозначения

Для удобства выбора и использования производители устанавливают стандарт батареек (элементов), который принято называть типоразмером. Это означает, что в определенной маркировке заложена информация о размерах (соотношении размеров) изделия. 

Рекомендуем ориентироваться по наглядной шкале типоразмеров и таблице.

Мы привыкли к обозначению типоразмера как сочетанию букв (А, АА) и разговорному — пальчиковая, мизинчиковая, таблетка, круглая батарейка. 

Таблица соответствия аналогов часовых батареек

Таблица аналогов соответствия воздушно-цинковых элементов питания — батареек для слуховых аппаратов

Таблица аналогов соответствия плоских литиевых батареек — таблетки (CR)

* Параметры ёмкости и тока могут отличаться в зависимости от производителя. В качестве примера взяты замеры двух батареей CR2032 от разных производителей.

Таблица аналогов соответствия батареек для часов по брендам и моделям

Что означают разные параметры батареек: полярность, напряжение, ёмкость

Основные характеристики батареек и элементов отражают возможности их использования с определенными приборами:

• напряжение (Вольт) или разность потенциалов между контактами батарейки отражает степень ее работоспособности и готовности обеспечить протекание тока по цепи;

• емкость в миллиампер/час — это количество энергии, которое накоплено (выработано) и может быть отдано батарейкой при использовании в замкнутой электрической цепи;

• ток саморазряда отражает темп потери заряда при длительном бездействии при отсутствии подключения к потребителям;

• в некоторых случаях может учитываться внутреннее сопротивление элемента, но это весьма специфический параметр, который обычно не интересует обычного пользователя.

Один первичный гальванический элемент выдает напряжение в пределах 1,2 — 1,6 В, литиевый 3 В. Поэтому технически верно называть батарейкой или батареей несколько соединенных последовательно элементов в одном корпусе (по закону Ома для электрической цепи). Например, батарейка «Крона» состоит из шести таких первичных источников по 1,5 В и выдает в итоге 9 В. Напряжение падает по мере разряда батарейки, хотя правильно было бы дать другую формулировку: по мере снижения электрохимического потенциала.

Больше всего беспокоит пользователя емкость батарейки — от нее зависит, сколько проработает элемент или сборка. Емкость в мАч означает, что элемент проработает определенное время при определенном токе. Самый просто пример расчета емкости батарейки: при емкости в 1 Ач (амперчас) и токе 0,2 А прибор проработает 5 часов — умножаем емкость на силу тока в приборе. Чем выше ток и, соответственно, мощность прибора, тем большей емкости батарейки ему нужны для работы.

Алкалиновые, щелочные и литиевые батареи имеют большую емкость в сравнении с солевыми. При сравнении можно заметить, что солевая батарейка имеет емкость 0,55 Ач, алкалиновая — 1 — 3 Ач, литиевая 2 — 3 Ач. При этом на емкость влияет размер и размер элемента — пальчиковая батарейка больше по емкости, чем мизинчиковая.

Саморазряд зависит от типа батарейки по химическому составу. Эта характеристика важна в случаях, когда вам нужно хранить источники питания долго, до нескольких лет. Уровень саморазряда зависит и от внешних условий. Кроме того, любые батарейки имеют свой температурный минимум и максимум. На сегодня лидируют по всем показателям щелочные элементы типа «алкалин» или «алкалайн».

Конструктивные особенности

Состав батареек

Поскольку батарейка — это сборка из нескольких гальванических элементов, ее заключают в единый корпус. А первичный элемент имеет свой герметичный корпус, исключающий протечку электролита. Щелочные батарейки не имеют склонности к протечке, литиевые герметичны в силу потенциальной опасности контакта с влагой и влажным воздухом.

Анод и катод батарейки — это два ее полюса, те самые «плюс » и «минус», которые нельзя путать при подключении. Анод или плюс всегда выделен в виде выступающего контактного участка на поверхности, но у часовых «таблеток» это гладкая сторона. На батарейке формата «Крона» имеется два контакта рядом, при этом плюс имеет форму меньшего выступа. Для ее присоединения требуется специальная контактная колодка.

В сборной батарейке несколько элементов могут располагаться рядом или слоями по вертикали. Каждый элемент имеет свой анод и катод, обкладку и электролит.

Краткое описание популярных видов батареек

Пальчиковая батарейка — это элемент типоразмера АА с диаметром 14,5 мм и высотой 50,5 мм (с выступом). По стандартам, отражающим состав элемента (IEC), могут иметь обозначения LR6, R6, FR6

Мизинчиковая батарейка ААА имеет диаметр 10,5 мм при высоте с выступом 44,5 мм. В стандарте IEC принято обозначать типоразмер ААА сочетанием 03, например, щелочной элемент LR03.

Щелочной элемент АААА имеет размер 8,3 на 42,5 мм применяется в тонких приборах типа лазерных указок и ручек с фонариком. Распространена мало в силу ограниченности применения.

Батарейка типа С с обозначением 14 (R14) иногда называется средней. Это «малая бочка» с размером меньше типа D, но тольще и короче, чем распространенная АА. Типоразмер С — 26,2 х 50 мм.

Тип D или «большая бочка» с цифровым индексом 20 имеет размеры 34,2 на 61,5 мм, хорошую емкость до 12000 мАч, и подходит для фонариков.

Батарейка «Крона» или типоразмер РР3 выдает напряжение 9 В, выпускается как солевая и литиевая в прямоугольном формате с размерами 48,5 х 26,5 х 17,5 мм. Состоит из шести гальванических элементов в одном корпусе.

Не забудем и экзотику — батарейка или элемент 373 плоская, диаметром 9,6 мм, высотой 165 мм подходит для часов и игрушек, открывает ряд «таблеток».

Каких форматов бывают батарейки

Формат батарейки — это один из вариантов ее пространственной компоновки, а проще говоря — ее формы. Мы называем батарейки круглыми, квадратными, плоскими, часовыми, кронами, бочонками или бочками или пальчиками. Но есть классификация:

• R — батарейка «круглой» формы, то есть цилиндрическая, вытянутая типа «пальчиковой» или «бочки», и плоская часовая;

• Р — некруглая, например, крона РР3;

• F — плоская с послойной внутренней структурой, встречается редко;

• S — плоская призматическая, например, в мобильном телефоне.

Чем отличаются аккумуляторные батарейки от обычных

Разница между аккумуляторной батарейкой и обычной состоит в том, что первую можно подзаряжать. Когда мы говорим о «заряде батарейки», то упрощаем картину. На самом деле заряд — это потенциал электрохимического взаимодействия, заложенный в ее составе. Со временем этот потенциал растрачивается, что мы называем «разрядом», батарейка села.

В аккумуляторной батарейке имеется несколько первичных источников, электрохимическая активность которых восстанавливается при протекании тока из внешнего источника. Это мы называем подзарядкой. Важно понимать:

• просто батарейку или гальванический элемент нельзя подзаряжать, это приведет к характерному «хлопку» с разливом электролита, может стать причиной возгорания источника питания;

• аккумуляторную батарейку можно подзаряжать только при определенном токе — для этого указывается тип зарядного устройства;

• нельзя заряжать аккумуляторные батарейки без устройства, приложив к полюсам провода — получите хлопок и возгорание;

• со временем такие аккумуляторы будут терять емкость, через определенное количество циклов заряд/разряд емкость упадет, батарейка начнет бы