Чем отличается аккумулятор от гальванического элемента?
В принципе, аккумулятор — тоже гальванический элемент. Только обычные гальванические элементы, которые мы называем «батарейки» (потому что первоначально появившиеся в продаже устройства, представляли собой батареи из нескольких последовательно соединённых гальванических элементов) являются «разовыми», так как при их работе (когда от них берут ток) электроды их расходуются необратимо. Аккумуляторы отличаются тем, что их электроды обратимы. Т.е. когда мы берём от них ток, то электроды (не расходуются, но изменяются), а если через аккумулятор пропускать постоянный электрический ток в обратном направлении, то (при достаточном для этого напряжении) электроды восстанавливаются до исходного состояния.
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
Химические источники тока
Обозначение на схеме и устройство химических источников тока
Химические источники тока
К химическим источникам тока причисляют гальванические элементы и аккумуляторы. Есть и другие химические источники тока, но они менее распространены. В обиходе гальванический элемент получил название батарейка. Это не совсем верное определение, так как батарейкой можно назвать несколько отдельных гальванических элементов соединённых вместе – это и есть батарея питания или батарейка.
На принципиальных схемах гальванический элемент обозначается так.
Так обозначают один гальванический элемент или один элемент аккумулятора.
Но поскольку номинальное напряжение на одном гальваническом элементе обычно не более 1,5 вольта, их соединяют в батареи питания. Батарея питания на принципиальной схеме обозначается вот так.
Здесь показано, что батарея питания состоит из двух отдельных гальванических элементов. Общее напряжение на полюсах этой составной батареи – 3 вольта из расчёта, что каждый из элементов имеет на полюсах напряжение 1,5 вольта. Также на схемах можно встретить и такое обозначение.
Это тоже условное изображение батареи питания или батарейки на принципиальной схеме, только здесь не уточняется, сколько именно гальванических элементов используется в батарее, а указано лишь общее напряжение на полюсах батареи.
Одиночный аккумуляторный элемент обозначается на схемах так же, как и отдельный гальванический элемент. Номинальное напряжение одного аккумуляторного элемента обычно составляет около 1,25 вольт. Чтобы получить аккумулятор с большим напряжением аккумуляторные элементы соединяют вместе – получается аккумуляторная батарея или просто аккумулятор. Обозначение аккумуляторной батареи на схемах такое же, как и батареи, составленной из гальванических элементов.
Чем гальванический элемент отличается от аккумулятора?
Дело в том, что гальванический элемент сам является источником постоянного тока, который образуется за счёт необратимой химической реакции. Гальванический элемент причисляют к первичным источникам тока.
Аккумулятор является так называемым вторичным источником тока. Почему? Потому, что перед тем, как использовать аккумулятор, его нужно предварительно зарядить от источника постоянного тока – зарядника. Только после полной зарядки аккумулятор сможет питать электронное устройство. Отличительным качеством аккумуляторов является то, что их можно заряжать и разряжать много раз. В отличие от аккумулятора, гальваническая батарея питания после своего полного разряда не может быть использована повторно.
Какие существуют батарейки?
Наибольшее распространение в настоящее время получили щелочные батареи питания. Их ещё называют алкалиновыми – производное от английского слова alkaline – «щелочь».
Работа щелочной батарейки основана на окислительно-восстановительной химической реакции между цинком и диоксидом марганца. Результатом, а точнее полезным продуктом этой реакции является электрический постоянный ток и тепло, которое не используется. Электрическая ёмкость щелочной батарейки составлет около 1700 — 3000 мАч. По величине своей ёмкости, щелочные батарейки лидируют по сравнению с солевыми батарейками, электроёмкость которых меньше и составляет 550 — 1100 мАч.
Щелочная батарейка устроена следующим образом. Взглянем на рисунок.
Корпусом элемента является никелированный стальной стакан. Он же является плюсовым контактом батарейки « + ». Активная масса представляет собой смесь диоксида марганца (MnO2) и графита. Анодная паста – это смесь порошка цинка (Zn) и густого щелочного электролита. Электролитом обычно служит раствор гидроксида калия (KOH). Анодная паста отделена от активной массы сепаратором. Сепаратор разделяет реагенты, исключая их перемешивание и нейтрализацию заряда. Также сепаратор пропитан электролитом.
Отрицательный потенциал снимается с латунного стержня, который окружён анодной пастой. Стальная тарелка контактирует с латунным стержнем – токосъёмником и является отрицательным контактом элемента «-».
Прокладка изолирует никелированный стальной стакан от стальной тарелки, препятствуя тем самым короткому замыканию. Кроме этого прокладка сдерживает давление газа, который в незначительном количестве образуется при химической реакции. В толще прокладки имеется защитный клапан или по-другому предохранительная мембрана. Защитный клапан служат для того, чтобы при чрезмерном давлении газа сработать и выпустить его наружу. Это предотвращает взрыв щелочного элемента, но и приводит к его разгерметизации. Как правило, разгерметизация приводит к течи электролита.
Иногда, забыв вынуть уже подсевшие батарейки, через некоторое время можно обнаружить, что в батарейном отсеке появилась какая-то жидкость. Это и есть потёкший электролит. Он может вызвать коррозию контактов. Поэтому на упаковке с батарейками можно найти предупреждение о том, что севшие элементы нужно вынимать из электроприборов. Теперь вы знаете, зачем это нужно делать.
Итак, с устройством разобрались, теперь поговорим о том, как работает щелочной элемент.
Как работает щелочной элемент.
Для начала, маленькое отступление…
Как вы заметили, почему то анодная паста соединяется с помощью токосъёмника с отрицательным контактом элемента – стальной тарелкой. А ведь анод – это « + ». Получается нестыковочка…
В чём тут дело? А дело в том, что в электронике есть один каламбур. По умолчанию, за направление тока в электрической цепи считается направление от плюса (анода) к минусу (катоду) – так повелось ещё с тех времён, когда электроника ещё зарождалась.
Но ведь электрический ток, как известно, это упорядоченное движение электронов, которые имеют отрицательный заряд. И поэтому, ток течёт оттуда, где есть избыток электронов, в направлении, где есть нехватка отрицательных зарядов (это и есть плюс – недостаток электронов). При этом получается, что ток течёт в реальности от отрицательного контакта к положительному. Именно поэтому образуется эта нестыковка, которая порой вводит начинающих радиолюбителей в ступор.
В электрохимии анодом принято считать тот электрод, на котором происходит процесс окисления. Так вот в щелочной батарейке (и не только) на аноде в результате окисления образуется избыток электронов. То есть по сути – это катод, «минус». Но, как уже говорилось, в электрохимии всё наоборот. Итак, электроны вырабатываются анодной пастой – смесью цинкового порошка (Zn) и густого электролита (раствора KOH).
Катодом же считается электрод, где происходит реакция восстановления. Далее электроны, которые были получены в результате реакции окисления, проходят по электрической цепи электронного прибора, и возвращаются опять в батарейку, но уже на катод, где эти электроны используются для восстановительной химической реакции. Катод – это диоксид марганца. Токоприёмником катода служит никелированный стальной стакан, который контактирует с активной массой – диоксидом марганца (MnO2).
Вот такая игра в наоборот. Напомню ещё раз, что в электронике за направление тока в цепи считается направление от плюса-«анода» к минусу-«катоду». В электрохимии всё наоборот. С этим и связаны особенности в названии реагентов химического источника тока.
Можно ли заряжать батарейки?
Также часто можно слышать вопрос: «Можно ли заряжать батарейки?» Ответим: «Лучше не стоит». Дело в том, что для вырабатывания электрической энергии в батарейках используется необратимая химическая реакция. Поэтому батарейка и является первичным источникам тока.
А вот в аккумуляторах используется обратимая химическая реакция, которая позволяет заряжать и разряжать их множество раз. Поэтому аккумуляторы и называют вторичными источниками тока.
Несмотря на это, известно, что щелочные элементы допускают перезарядку, т.е. их можно зарядить и использовать повторно. Но такие, перезаряжаемые щелочные элементы имеют свою особую конструкцию. Также стоит отметить, что даже такие элементы нельзя перезаряжать много раз, обычно не более 25. В широкой продаже такие щелочные элементы не встречаются. Их маркируют как Rechargeable Alkaline Manganese.
Из всего этого следует, что заряжать обычные щелочные батарейки категорически не стоит. Такие эксперименты могут завершиться взрывом батарейки и разбрызгиванием электролита. А это не есть гуд +опасно для здоровья .
Чтобы замедлить химическую реакцию в щелочном элементе и, тем самым, продлить срок её хранения и снизить саморазряд батареи, в них раньше добавляли кадмий и ртуть. Эти вещества замедляли химическую реакцию, и цинк окислялся медленнее. Но, из-за токсичности ртути и кадмия их сейчас не используют, а применяют другие, менее вредные ингибиторы.
На многих батарейках можно даже увидеть надпись – 0% кадмия и ртути или 0% Hg & Cd. Это своеобразный маркетинговый ход, как бы намекающий на то, что данные батарейки безопасны.
Если вы с успехом дошли до этих строк, то теперь вас можно поздравить, ведь теперь вы знаете, как устроена и работает щелочная батарейка. И поэтому её и не обязательно разбирать . Кроме щелочных элементов питания существуют и другие, но об их устройстве мы расскажем в другой раз.
Что выбрать: аккумуляторы или батареи?
Практически вся современная фотоаппаратура, а цифровая фотоаппаратура полностью, находятся в зависимости от источников электрического питания.
Для обеспечения определённой автономности и мобильности цифровая фотоаппаратура получает питание от независимых источников питания.
Этими независимыми источниками питания являются гальванические элементы, батареи гальванических элементов, аккумуляторы и батареи аккумуляторов (аккумуляторные батареи).
В чём разница между гальваническим элементом и аккумулятором?
Для фотографов разница заключается в основном в том, что аккумуляторы предназначены для многократного использования в режиме заряд-разряд, а гальванические элементы нет.
Гальванические элементы питания предназначены для однократного использования и после расходования подлежат утилизации. Перезарядить гальванический элемент нельзя.
Аккумуляторы наоборот предназначены для заряда от внешнего источника питания. Процедура заряд-разряд для современных аккумуляторов может повторяться до 1000 (Тысячи) и более раз.
Насколько выгодны аккумуляторы?
Стоимость гальванического элемента типа АА составляет 15 руб. (Для расчёта взят один из самых дешевых гальванических элементов)
Стоимость аккумулятора типа АА составляет 150 руб. (для расчёта взят аккумулятор ёмкостью 2000 mAh)
Несложная арифметика показывает, что аккумулятор окупится через 10 циклов заряд-разряд. Десять циклов заряд-разряд условно соответствуют расходу 10 гальванических элементов питания см.Таблицу 1.
Если к стоимости аккумулятора добавить стоимость зарядного устройства для него, то и в этом случае аккумулятор окупится через 12-14 циклов заряд-разряд.
Иными словами, при интенсивной эксплуатации фотоаппаратуры аккумулятор имеет преимущество перед гальваническим элементом.
Когда лучше применять гальванические элементы?
Достоинством хороших (и дорогих) гальванических элементов является низкий ток утечки или малый эффект саморазряда.
Поэтому гальванические элементы хорошо использовать в устройствах, где рабочий ток невелик, а основной причиной расхода заряда является эффект саморазряда.
Такими устройствами в фотографии являются электрические экспонометры механических фотоаппаратов, отдельные электрические экспонометры, флэшметры, проводные и беспроводные пульты дистанционного управления фотокамерами и проч.
Из практики
Батарея гальванических элементов в экспонометре служит в среднем около двух лет.
Гальванический элемент в беспроводном пульте дистанционного управления служит уже 6 лет.
Два гальванических элемента типа ААА в проводном пульте дистанционного управления прослужили 4 года. Кстати этот пульт не имеет выключателя питания и работает непрерывно!
Когда лучше использовать аккумуляторы?
Безусловным достоинством аккумуляторов является возможность их перезарядки, причём аккумуляторы, применяемые в фотоаппаратуре, допускают до 1000 и более циклов заряд-разряд.
Особенностью аккумуляторов является несколько больший, по сравнению с гальваническими элементами, ток саморазряда. Однако это не является существенным при использовании аккумуляторов в устройствах с большим потреблением тока.
Хорошо зарекомендовали себя аккумуляторы в компактных фотоаппаратах со встроенной вспышкой. Одного заряда аккумуляторов хватает на целый съёмочный день.
Отлично работают аккумуляторы при использовании их для питания внешних вспышек.
По данным производителей комплекта аккумуляторов или батарей типа АА достаточно для производства большого числа импульсов вспышек. Обобщённые данные приведены в Таблице 1.
Максимальное число импульсов вспышки в зависимости от типа источников питания
Таблица 1
Тип источника питания
Напряжение, Вольт
Число импульсов вспышки
ХИТ-парад гальванических элементов
Химическими источниками тока (ХИТ) называются «потомки» вольтовых гальванических элементов. Их действие основано на прямом преобразовании энергии окислительно-восстановительной химической реакции в электродвижущую силу, возникающую в результате появления на электродах, контактирующих с электролитом, разности потенциалов. Принципиально друг от друга и от прародителя отличаются только конструктивными особенностями и использованными материалами (на аноде — свинец, кадмий, цинк, на катоде — оксиды свинца, никеля, марганца и др., электролит — щелочи, кислоты или соли). ЭДС (в вольтах) зависит только от типа химической реакции и концентрации электролита, а ёмкость (величина запасённого электричества в ампер-часах) от количества электролита, размеров и конструкции электродов. Бывают разовые или первичные ХИТ, которые из-за необратимости химических реакций перезарядить нельзя, и аккумуляторы (вторичные ХИТ), перезаряжаемые с помощью внешнего источника тока. Химические источники тока в ассортименте МПО Электромонтаж представлены продукцией компаний GP Batteries International и Duracell. Элементы питания и батареи Разовые элементы и батареи находятся в товарной группе С65 нашего прайс-листа. В линейки от разных производителей входят близкие по типоразмерам и ёмкости изделия ААА (по-русски – мизинчик), АА (пальчик), С и D (наши Сатурн 343 и Марс 373), а также квадратная плоская из трёх цилиндрических элементов, 4,5 В (КБС 3336) и галетная из 6 прямоугольных, 9 В (Крона, Корунд). Солевые (с хлоридом цинка) элементы от GP BI с марганцево-цинковой системой электродов серии Supercell с высокой ёмкостью (до 3,2 А/ч у D) универсальны для бытовых и технических целей. Изделия Greencell с улучшенными электродами обладают большей в 1,2-1,9 раз ёмкостью и экономичностью. Щелочные (алкалайновые) элементы от GP обладают мощностью вдвое большей, чем солевые (до 14,3 А/ч у D). Серии Super и Ultra рекомендуется для использования в аппаратах с высоким энергопотреблением. В никель-цинковой полуторавольтовой батарейке Digi 1 формата АА фирма GP cумела добиться ёмкости втрое большей, чем у обычных щелочных батареек (9 А/ч). Предназначена для цифровых фотоаппаратов, электроинструмента, игрушек. Высокоэффективные алкалайновые ХИТы Duracell – хиты среди источников питания не только благодаря самой высокой ёмкости, (1,37 А/ч у ААА — 18 А/ч у D). Они популярны ещё и из-за телерекламы, в которой электрозайцы на этих батарейках легко бегают марафон и карабкаются на скалу, побеждая соперников с элементами других типов. Эффективны в приборах с большим током потребления. Специально для фотоаппаратов созданы трёхвольтовые цилиндрические литиевые элементы Duracell — ёмкостью 900 и 1500 мА/ч . Батарейки, сочетающие уменьшенные размеры с повышенной ёмкостью, на 1,5В-12 В из марганцево-цинковых щелочных дисков выпускают и GP, и Duracell. Особый ХИТ с дисковой конструкцией (пуговки) в нашем ассортименте — от GP. Это серебряно-цинковые Watch Battery с ЭДС 1,55В — в диапазоне от 6,8х2,15 мм (18мА/ч) до 7,9х3,6 мм (48 мА/ч) для часов, калькуляторов. Alkaline cell по размерам аналогичны, но система — марганцево-щелочные, ёмкость 8-110 мА/ч. Воздушно-цинковые для слуховых аппаратов так и называются: Hearing aid. Литиевые диски (от GP и Duracell) дают 3 вольта, используются для поддержки памяти в компьютерах и фотоаппаратуре. Некоторые практические замечания Правильно измерять ЭДС надо вольтметром при сопоставимой с реальной нагрузке. Смешанные в одной батарее элементы разных типов и разряженности будут работать каждый по-своему. Это приведёт к порче прибора и остальных элементов. Некоторые разовые ХИТы можно подзаряжать, но только не литиевые — они могут взорваться. А вообще процесс затратен и малоэффективен, лучше уж пользоваться перезаряжаемыми батарейками или аккумуляторами. Бытовые аккумуляторы. Аккумулятор (вторичный ХИТ) — гальванический элемент многоразового действия, работоспособность которого можно восстанавливать, пропуская через него ток в обратном направлении. В товарной группе С66 прайс-листа МПО Электромонтаж представлены наиболее распространённые GP с ЭДС 1,2В. Они выдерживают до 1000 циклов заряда, заменяя тем самым 1000 разовых элементов. Применяются в цифровых фотокамерах, миникомпьютерах и др. устройствах с большими токами потребления. Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы по своим функциям аналогичны улучшенным алкалайновым элементам, но обладают ёмкостью, большей в 3,4 раза у D и в 2,8 раза у ААА. Никель-металлгидридные (NiMH) по ёмкости в 2 раза превосходят NiCd, заряжаются за 15 мин. Фирма GP BI отмечает, что у её источников не снижается ёмкость при зарядке не полностью разряженного аккумулятора. Однако новые всё же нужно вначале три-четыре раза полностью разрядить в процессе работы, а затем зарядить. К многоразовым ХИТ относятся также перезаряжаемые элементы ReCyko+ (1,2В, 850 мА/ч у ААА, и 2,1 А/ч у АА). Главные особенности – возможность перезарядки — как аккумулятора, и работы «прямо из магазина», без разрядки-зарядки — как у разовой батарейки. Зарядить аккумулятор, в принципе, можно от любого источника постоянного тока с превышающим напряжением, но надо помучиться, рассчитывая время и параметры заряда. Лучше пользоваться штатными устройствами. Зарядные устройства GP PowerBank В комплект GP PowerBank входят устройство и два или четыре NiMH аккумулятора. Устройства серии GP PB STANDARD разработаны для заряда аккумуляторов АА и ААА ёмкостью 1,3 А/ч, 1,8, 2,1А/ч в течение более 12 часов (С6662-67). MID-RANGE (С6657-61) – серия для заряда в течение 2-8 часов. В последних моделях параметры заряда контролируются микропроцессором, который также отключает ЗУ, если в него вставлены неисправные аккумуляторы или алкалайновые батарейки. PREMIUM — устройства с микропроцессором для быстрого, управляемого, заряда NiMH (только!) аккумуляторов максимальной емкости по патентованной технологии. Имеются светодиодные и символьные индикаторы заряда на ЖК табло. У нас представлены изделия с циклом 15 минут (С6655, у него ещё и часы есть) и 1 час (С6656). Исполнение настольное с инновационным дизайном. Серия FAST — устройства для заряда только NiMH (от 15 минут до 2 часов). Оснащены микропроцессорным управлением, контролем исправности, и защитой от перезаряда, а также от работы с неисправными аккумуляторами и разовыми элементами. Для перезаряжаемых батареек ReCiko+ разработаны специальные устройства с обозначением в наименовании AR, время заряда – 6-12 часов. Принципиального отличия между ЗУ для разных аккумуляторов нет, но лучше не заряжать в устройстве не предназначенные для него ХИТы. И не вставляйте в него новые и бывшие в употреблении, а также разной емкости – можно испортить и аккумулятор, и само ЗУ.