Также по теме

БАТАРЕЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

БАТАРЕЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, автономный источник постоянного тока, не связанный с машинным электрогенератором. Представляет собой преобразователь энергии в виде одного или нескольких элементов питания, не имеющий движущихся частей. Батареи электропитания преобразуют в электричество химическую, солнечную или ядерную энергию.

Батарея электропитания – удобный переносный источник электроэнергии. Поэтому круг ее возможных применений практически не ограничен. Батареи электропитания используются в качестве источников питания для электросхем в автомобилях, двигателей электрокаров и электропогрузчиков. Они служат источниками питания для контрольно-измерительной аппаратуры, телеметрических и других систем искусственных спутников Земли, межпланетных космических станций, многоразовых воздушно-космических аппаратов. В своей повседневной жизни мы пользуемся батареями электропитания в аудио- и видеоаппаратуре, такой, как портативные радиоприемники и телевизоры, в электродрелях и электропилах, фотоаппаратах и кинокамерах, электробритвах, игрушках, слуховых аппаратах, электронных часах, калькуляторах и другом оборудовании.

Основные характеристики батареи электропитания – электродвижущая сила (ЭДС), предельная сила тока и емкость в ампер-часах. ЭДС одного элемента батареи составляет ок. 1,5 В. Чтобы получить более высокое напряжение (до нескольких сот вольт), нужное число элементов соединяют последовательно. Емкость батареи электропитания в ампер-часах равна произведению предельного тока на продолжительность разрядки. Например, если батарея может давать ток силой 3 А в течение 20 ч, то ее емкость равна 60 АЧч.

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА

Химические источники тока (электрохимические генераторы, ЭХГ) преобразуют энергию химической реакции в электрическую. Реакция протекает с потреблением активных материалов внутри элемента. Когда такие материалы расходуются полностью, ЭХГ теряет способность давать электрический ток. Химические источники тока делятся на первичные и вторичные. Первичные источники не перезаряжаются, т.е. израсходованные активные материалы в них не могут быть регенерированы или заменены, и батарею электропитания приходится выбрасывать. Вторичная (аккумуляторная) батарея может быть перезаряжена. Израсходованные активные материалы в ней могут быть регенерированы, и такая батарея электропитания допускает многократное повторное использование. Топливный элемент (см. ниже) теоретически имеет неограниченный срок службы, поскольку в нем пополняется израсходованный активный материал (топливо), а продукты реакции выводятся.

До Второй мировой войны первичные ЭХГ использовались обычно в тех случаях, когда требовались источники тока малой мощности, а вторичные – при большой потребляемой мощности. В настоящее время в распоряжении конструктора переносного электрооборудования имеется широкий спектр первичных и вторичных источников тока. См. также ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ; ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ.

Во всяком ЭХГ имеются два электрода (положительный и отрицательный) и химическое вещество, называемое электролитом, в которое погружены эти электроды. В ЭХГ с наливными элементами используется жидкий электролит, а в т. н. сухих ЭХГ – пастообразный. В ЭХГ обоих типов должно быть достаточно жидкости для протекания химической реакции.

ПЕРВИЧНЫЕ ЭХГ

Стаканчиковые элементы.

Стаканчиковые элементы, название которых говорит об их конструкции, применяются главным образом в карманных фонарях и радиоприемниках.

Сухой элемент Лекланше.

Большинство первичных ЭХГ, выпускаемых в настоящее время промышленностью, относятся к сухим батареям электропитания. Около 25% сухих батарей выполнены на основе марганцово-цинкового элемента Лекланше – одного из первых наливных элементов. В сухом элементе Лекланше имеется графитовый положительный электрод, окруженный электролитом в виде смеси диоксида марганца, графитового порошка, хлорида аммония, хлорида цинка и воды. Эта смесь служит также деполяризующим агентом, предотвращающим образование газообразного водорода внутри элемента. Если не предотвратить образование водорода, то под давлением газа батарейка раздувается, в результате чего нарушается ее герметичность и из нее вытекает электролит. Электролит и графитовый электрод находятся в тонкостенном цинковом стаканчике, который, выполняя функции защитного корпуса, служит также отрицательным электродом батарейки.

      ГРАФИТОВО-ЦИНКОВЫЙ СУХОЙ ЭЛЕМЕНТ с графитовым положительным электродом, пастообразным электролитом и деполяризующей смесью в цинковом стаканчике, который служит отрицательным электродом. 1 – изолирующая прокладка; 2 – бесшовный цинковый стаканчик (отрицательный электрод); 3 – изолированная металлическая оболочка; 4 – пористый разделительный стаканчик; 5 – графитовый стержень (положительный электрод); 6 – деполяризующая смесь; 7 – пастообразный электролит; 8 – пространство для расширения; 9 – запрессованные прокладки; 10 – полимерный герметик; 11 – металлическая крышка; 12 – изолирующая прокладка; 13 – металлический колпачок.

В элементе Лекланше электричество вырабатывается за счет химического взаимодействия электролита с цинковым электродом. При подключении к зажимам батарейки внешней нагрузки, скажем лампочки карманного фонарика, через лампочку начинает проходить ток от цинкового электрода к графитовому. Ток не прекращается, пока не растворится почти весь цинк. После этого батарейка теряет работоспособность, и ее необходимо заменить.

Щелочной марганцово-цинковый сухой элемент.

Щелочной марганцово-цинковый сухой элемент отличается от сухого элемента Лекланше главным образом тем, что в нем в качестве электролита используется высокоактивная щелочь КОН (гидроксид калия, едкое кали). В щелочном элементе примерно вдвое больше активных веществ, чем в элементе Лекланше, и он очень подходит для многих устройств со сравнительно большой потребляемой мощностью, таких, как лампы-вспышки фотоаппаратов, вращательные электроприводы и мощные стереофонические звуковые системы. Щелочные элементы применяются примерно в 50% бытовой электронной аппаратуры.