Як народилася батарейка.  Батарейки: історія створення та розвитку

Що спільного у смартфона, ноутбука, ручного ліхтарика, інтерактивних іграшок для дітей і годинників? Відповідь проста - батарейка. Саме завдяки непомітним кружальцям, циліндрам та прямокутникам ми можемо користуватися всім цим.

Скільки років минуло з винаходу батарейки? Більшість скаже, перші варіанти з'явилися наприкінці XVIII століття. Цілком розумно, адже 1798 року італійський граф Алессандро Вольта побудував першу примітивну батарейку, яка отримала ім'я «Вольтовий стовп». Він склав цинкові та мідні диски та розділив їх полотном, просоченим лугом або кислотою. Така «вежа» була заввишки півметра. Але! Існують свідчення того, що походження батареї більш давнє. Перший примітивний зразок був відомий людям ще за 2000 років до цього.

У середині XX століття (1938) на розкопках в Іраку Вільгельм Кеніг знайшов глиняний горщик 13 см у висоту з мідним циліндром, в який був вставлений стрижень з іншого металу. Археологи припустили, що це найдавніша батарея.

Однак як саме використовували цей глечик жителі стародавнього Іраку, ми вже не впізнаємо. А ось про італійця Луїджі Гальвані та тваринну електрику відомо багато. Він помітив, що тіло жаби смикалося, якщо стикалося з двома металевими елементами або розташовувалося поруч із електричною машиною і іскрами, що вилітають з неї. Луїджі припустив, що електрика є в самому тілі тварини.

Саме його досліди з жаб'ячими лапками спонукали Вольта на пошук джерела електричного струму. Він провів серію випробувань і помітив, що коли тіло тварини стикалося з предметами з одного й того ж металу, то нічого не відбувалося, а от якщо метали були різні, то з'являвся потрібний ефект. Збудувавши свою вежу з металевих пластин, він довів, що електричний струм з'являється не в тканинах тварин. Досліди показували, що причиною всього є хімічні реакції між різними металами, з'єднаними провідником (у Гальвані в його якості було тіло жаби).

Обидва італійці прославилися, а їх іменами назвали одиницю виміру напруги Вольт і безпосередньо сам «гальванічний елемент».

Історія батарейки

З відкриття батарейки, вірніше, її прапрапрабабусі, минуло зовсім небагато часу, і в 1836 англієць Джордж Фредерік Даніель вирішив головну проблему «вольтового стовпа» – корозію.

У 1859 році француз Гастон Планте створив акумулятор, тобто його прапрадіду. Він використовував сірчану кислоту та свинцеві пластини. Перевагою створеного приладу було те, що після зарядки від джерела постійного струму вже сам віддавав його і ставав джерелом електроенергії.

1868 можна вважати доленосним. Хімік із Франції Жорж Лекланше створив «рідкісний» прабатько «сухого» елемента батареї. Через 20 років німець Карл Гасснер постарався і отримав цей «сухий». Він майже у всьому був схожий на сучасний варіант.

Після цього історія виробництва батарейок лише набирала обертів. Гальванічні елементи замінили нікель-кадмієві та нікель-металгідридні акумулятори. Головним завданням вчених було збільшення ємності та терміну служби, а також зменшення розмірів. Вирішенням проблеми стала поява літій-іонних та літій-полімерних акумуляторів. Вони без проблем довго тримають заряд, відрізняються великою ємністю та невеликими розмірами.

Історія розвитку батарей триває. Вчені шукають "вічну" батарейку, і, цілком можливо, скоро знайдуть.

Сучасне життя проходить під знаком електрики, яка скрізь. Страшно навіть подумати, що буде, якщо всі електричні прилади раптом зникнуть або вийдуть з ладу. Електростанції різних типів, розкидані по всьому світу, справно подають струм в електричні мережі, що живлять прилади на виробництві та побуті. Однак людина влаштована так, що ніколи не задоволена тим, що має. Бути прив'язаним проводом до розетки дуже незручно. Порятунком у цій ситуації є пристрої, що живлять струмом електричні ліхтарики, мобільні телефони, фотоапарати та інші прилади, які використовуються на відстані від джерела електрики. Навіть маленьким дітям відома їхня назва – це батарейки.

Строго кажучи, повсякденна назва «батарейка» є не зовсім коректною. Воно поєднує відразу кілька видів джерел електрики, призначених для автономного живлення пристрою. Це може бути одиночний гальванічний елемент, акумулятор або з'єднання кількох таких елементів в батарею для збільшення напруги, що знімається. Саме це з'єднання і породило звичну для нашого вуха назву.

Батарейки та гальванічні елементи, і акумулятори є хімічним джерелом електричного струму. Перше таке джерело було винайдено як це часто буває в науці випадково італійським лікарем та фізіологом Луїджі Гальвані наприкінці XVIII ст.

Хоча електрика як явище знайоме людству з найдавніших часів, багато століть ці спостереження не мали практичного застосування. Лише в 1600 р. англійський фізик Вільям Гілберт випустив у світ наукову працю «Про магніт, магнітні тіла і про великий магніт Землі», де були узагальнені відомі на той момент дані про електрику і магнетизм, а в 1650 р. Отто фон Геріке створив електростатичну машину, що являла собою сірчану кулю, насаджену на металевий стрижень. Через століття голландцю Пітеру ван Мушенбруку вперше вдалося нагромадити за допомогою «лейденської банки» першого конденсатора невелику кількість електрики. Однак воно було замало для проведення серйозних експериментів. Дослідженнями "природної" електрики займалися такі вчені, як Бенджамін Франклін, Георг Ріхман, Джон Уолш. Саме працю останнього про електричні скати зацікавила Гальвані.

Справжню мету знаменитого експерименту Гальвані, який зробив революцію у фізіології і назавжди вписав своє ім'я в науку, тепер уже ніхто й не згадає. Гальвані препарував жабу та помістив її на стіл, де стояла електростатична машина. Його помічник випадково доторкнувся вістрям скальпеля до відкритого стегнового нерва жаби і мертвий м'яз несподівано скоротився. Інший помічник зауважив, що таке відбувається лише тоді, коли з машини витягується іскра.

Натхнений відкриттям, Гальвані почав методично досліджувати виявлене явище здатність мертвого препарату демонструвати життєві скорочення під впливом електрики. Провівши цілу серію дослідів, Гальвані отримав особливо цікавий результат, використавши мідні гачки та срібну пластинку. Якщо гачок, що тримав лапку, торкався платівки, лапка, торкнувшись платівки, негайно скорочувалася і піднімалася. Втративши контакт із платівкою, м'язи лапки негайно розслаблялися, вона знову опускалася на платівку, знову скорочувалася і піднімалася.

Луїджі Гальвані. Журнальні ілюстрації. Франція. 1880 р.

Так у результаті серії копітких дослідів і було відкрито нове джерело електрики. Сам Гальвані, втім, не думав у тому, що причина відкритого їм явища контакт різнорідних металів. На його думку, джерелом струму служив сам м'яз, який порушувався дією мозку, що передається по нервах. Відкриття Гальвані справило сенсацію і спричинило безліч експериментів у різних галузях науки. Серед послідовників італійського фізіолога був його співвітчизник фізик Алессандро Вольта.

У 1800 р. Вольта як дав правильне пояснення відкритому Гальвані явищу, а й сконструював пристрій, став першим у світі штучним хімічним джерелом електричного струму, прабатьком всіх сучасних батарейок. Воно складалося з двох електродів анода, що містить окислювач, і катода, що містить відновник, що контактують з електролітом (розчином солі, кислоти або лугу). Різниця потенціалів, що виникала між електродами, відповідала в цьому випадку вільної енергії окислювально-відновної реакції (електролізу), під час якої катіони електроліту (позитивно заряджені іони) відновлюються, а аніони (негативно заряджені іони) окислюються на відповідних електродах. Реакція може початися тільки в тому випадку, якщо електроди з'єднані зовнішнім ланцюгом (Вольта з'єднував їх звичайним дротом), яким вільні електрони переходять від катода до анода, створюючи таким чином розрядний струм. І хоча сучасні батареї мають мало спільного з пристроєм Вольти, принцип їхньої роботи залишається незмінним: це два електроди, занурені в розчин електроліту і з'єднані зовнішнім ланцюгом.

Винахід Вольти дав значний поштовх дослідженням, пов'язаним з електрикою. У тому ж році вчені Вільям Нікольсон і Ентоні Карлайл за допомогою електролізу розклали воду на водень і кисень, трохи пізніше Хемфрі Деві так само відкрив металевий калій.

Експерименти Гальвані із жабою. Гравюра 1793

Але насамперед гальванічні елементи це, безперечно, найважливіше джерело електричного струму. З середини ХІХ ст., коли з'явилися перші електроприлади, розпочався масовий випуск хімічних елементів живлення.

Всі ці елементи можна розділити на два основні типи: первинні, в яких хімічна реакція є незворотною, та вторинні, які можна перезарядити.

Те, що ми звикли називати батарейкою, є первинним хімічним джерелом струму, тобто неперезаряджуваним елементом. Першими батарейками, запущеними в масове виробництво, стали винайдені у 1865 р. французом Жоржем Лекланше марганцево-цинкові елементи живлення з сольовим, а потім із загущеним електролітом. Аж до початку 1940-х років це був практично єдиний вид гальванічних елементів, що використовувалися, який внаслідок невисокої вартості широко поширений досі. Такі батареї називають сухими або вугільно-цинковими елементами.

Гігантська електрична батарея, сконструйована У. Волластоном для експериментів X. Деві.

Схема роботи штучного джерела хімічного струму А. Вольти.

У 1803 р. Василь Петров створив найпотужніший у світі вольтів стовп, використавши 4200 металевих кіл. Йому вдалося розвинути напругу 2500 вольт, а також відкрити таке важливе явище, як електрична дуга, яке пізніше почало використовуватися в електрозварюванні, а також для електричних запалів вибухівки.

Але справжнім технологічним проривом стала поява лужних батарейок. Хоча за хімічним складом вони не особливо відрізняються від елементів Лекланше, а їх номінальна напруга в порівнянні з сухими елементами збільшена незначно, за рахунок принципової зміни конструкції лужні елементи можуть прослужити в чотири-п'ять разів довше за сухі, щоправда, при дотриманні певних умов.

Найважливішим завданням розробки батарей є збільшення питомої ємності елемента при зменшенні його розміру і ваги. І тому постійно ведеться пошук нових хімічних систем. Найбільш високотехнологічними первинними елементами на сьогоднішній день є літієві. Їх ємність вдвічі вища за ємність сухих елементів, а термін служби істотно довше. Крім того, якщо сухі та лужні батарейки розряджаються поступово, літієві тримають напругу протягом практично всього терміну служби і лише потім різко втрачають її. Але навіть найкраща батарейка не може зрівнятися по ефективності з акумулятором, що перезаряджається, принцип дії якого заснований на оборотності хімічної реакції.

Про можливість створення такого пристрою почали замислюватися ще у ХІХ ст. У 1859 р. француз Гастон Планте винайшов свинцево-кислотний акумулятор. Електричний струм у ньому виникає в результаті реакцій свинцю та діоксиду свинцю в сірчанокислотному середовищі. Під час генерації струму акумулятор, що розряджається, витрачає сірчану кислоту, утворюючи сульфат свинцю і воду. Щоб зарядити його, необхідно струм, що отримується з іншого джерела, пропустити по ланцюгу у зворотний бік, при цьому вода буде використана для утворення сірчаної кислоти з вивільненням свинцю та діоксиду свинцю.

Незважаючи на те, що принцип дії такого акумулятора був описаний досить давно, його масове виробництво почалося тільки в XX ст., оскільки для перезарядки пристрою потрібно струм високої напруги, а також дотримання інших умов. З розвитком електромереж свинцево-кислотні акумулятори стали незамінними і використовуються досі в автомобілях, тролейбусах, трамваях та інших засобах електротранспорту, а також для аварійного електропостачання.

Чимало невеликих побутових електроприладів також працюють на «багаторазових батарейках» акумуляторах, що перезаряджаються, що мають ту ж форму, що і гальванічні елементи, що не відновлюються. Розвиток електроніки безпосередньо залежить від досягнень у цій галузі.

Елемент живлення Ж. Лекланше.

Сухий акумулятор.

Мобільним телефоном, цифровим фотоапаратом, навігатором, мобільним комп'ютером та іншими подібними пристроями у XXI ст. вже нікого не здивуєш, проте поява їх стала можливою лише з винаходом якісних компактних акумуляторів, ємність та термін служби яких з кожним роком намагаються збільшити.

Першими на зміну гальванічним елементам прийшли нікель-кадмієві та нікель-металгідридні акумулятори. Їх істотним недоліком був «ефект пам'яті» зниження ємності, якщо зарядка проводилася при не повністю розрядженому акумуляторі. Крім того, вони поступово втрачали заряд навіть за відсутності навантаження. Ці проблеми були вирішені значною мірою при розробці літій-іонних і літій-полімерних акумуляторів, які в даний час повсюдно використовуються в мобільних пристроях. Їх ємність значно вища, вони без втрат заряджаються будь-якої миті і добре утримують заряд у стані очікування.

Кілька років тому в засоби масової інформації проникли чутки про те, що американські вчені близько підійшли до винаходу «вічної батарейки» бетавольтаїчного елемента, джерелом енергії в якому є радіоактивні ізотопи, що випромінюють бета-частинки. Передбачається, що таке джерело енергії дозволить мобільному телефону чи ноутбуку працювати без підзарядки до 30 років. Більше того, після закінчення терміну служби нетоксичний та нерадіоактивний елемент живлення залишиться абсолютно безпечним. Поява цього чудо-пристрою, який, без сумніву, справив би революцію в промисловості, дуже сильно вдарив би по кишені виробників традиційних батарейок можливим, тому його досі немає на прилавках.

Сучасний пристрій для заряджання елементів АА, що перезаряджаються.

Шкільна науково – практична конференція

молоді та школярів

«Пошук. Наука. Відкриття.»

міста Новочебоксарська

Миколаїв Олександр

учень 5А класу МОУ «ЗОШ №13»

міста Новочебоксарська

Науковий керівник:

Комісарова Наталія Іванівна,

вчитель фізики МОУ «ЗОШ №13»

м. Новочебоксарськ, 2011 рік

2. Історія створення батарейки…..…………………………………………………… 3-5

3. Пристрій батарейки.. ……………………………………………………………… 5

4. Експеримент…………………………………………………………………………… 5

5. Про використання фруктів та овочів для отримання електрики. ................ 7

6. Висновки…………………………………………………………………………………... 8

7. Використана литература………………………………………………………….. 8

Вступ

Наша робота присвячена незвичайним джерелам енергії.

У навколишньому світі дуже важливу роль відіграють хімічні джерела струму. Вони використовуються в мобільних телефонах та космічних кораблях, у крилатих ракетах та ноутбуках, в автомобілях, ліхтариках та звичайних іграшках. Ми щодня стикаємося з батареями, акумуляторами, паливними елементами.

Вперше про нетрадиційне використання фруктів ми прочитали у книзі Миколи Носова. За задумом письменника, Коротуна Вінтік і Шпунтік, що жили в Квітковому місті, створили автомобіль, що працює на газуванні з сиропом. І тоді ми подумали, а раптом овочі та фрукти зберігають ще якісь секрети. В результаті нам захотілося дізнатися якнайбільше про незвичайні властивості овочів та фруктів.

Метою нашої роботиє дослідження електричних властивостей фруктів та овочів.

Перед собою ми поставили такі завдання:

1 Ознайомитись із пристроєм батареї та його винахідниками.

2.Дізнатися, які процеси протікають усередині батарейки.

3.Експериментально визначити напругу всередині «смачної» батарейки і силу струму, що створюється нею.

4. Зібрати ланцюг, що складається з кількох таких батарейок і постаратися запалити лампочку.

5. Дізнатися, чи використовуються овочеві та фруктові батареї на практиці.
Історія створення батарейки

Перше хімічне джерело електричного струму було винайдено випадково, наприкінці 17 століття італійським ученим Луїджі Гальвані. Насправді метою досліджень Гальвані був зовсім не пошук нових джерел енергії, а дослідження реакції піддослідних тварин на різні зовнішні впливи. Зокрема, явище виникнення та протікання струму було виявлено при приєднанні смужок із двох різних металів до м'яза жабиної лапки. Теоретичне пояснення процесу Гальвані дав невірне.

Досліди Гальвані стали основою досліджень іншого італійського вченого – Алессандро Вольта. Він сформулював головну ідею винаходу. Причиною виникнення електричного струму є хімічна реакція, у якій беруть участь пластинки металів. Для підтвердження своєї теорії Вольта створив нехитрий пристрій. Воно складалося з цинкової та мідної пластин занурених у ємність із соляним розчином. В результаті цинкова пластина (катод) починала розчинятися, а на мідній сталі (аноді) з'являлися бульбашки газу. Вольта припустив і довів, що дротом протікає електричний струм. Дещо пізніше вчений зібрав цілу батарею з послідовно з'єднаних елементів, завдяки чому вдалося істотно збільшити вихідну напругу.

Саме цей пристрій став першим у світі елементом живлення та прабатьком сучасних батарей. А батареї на честь Луїджі Гальвані називають тепер гальванічними елементами.

Всього через рік після цього, в 1803, російський фізик Василь Петров для демонстрації електричної дуги зібрав найпотужнішу хімічну батарею, що складається з 4200 мідних і цинкових електродів. Вихідна напруга цього монстра досягала 2500 вольт. Втім, нічого принципово нового у цьому «вольтовому стовпі» не було.

У 1836 році англійський хімік Джон Деніель удосконалив елемент Вольта, помістивши цинковий та мідний електроди у розчин сірчаної кислоти. Ця конструкція стала називатися "елементом Даніеля".

У 1859 році французький фізик Гастон Планте винайшов свинцево-кислотний акумулятор. Цей тип елемента і досі використовується в автомобільних акумуляторах.

Початок промислового виробництва первинних хімічних джерел струму було закладено у 1865 р. французом Ж. Л. Лекланше, який запропонував марганцево-цинковий елемент із сольовим електролітом.

1890 року в Нью-Йорку Конрад Губерт, іммігрант із Росії, створює перший кишеньковий електричний ліхтарик. А вже в 1896 році компанія National Carbon починає масове виробництво перших у світі сухих елементів Лекланше «Columbia». Найдовший гальванічний елемент - сірчано-цинкова батарея, виготовлена ​​в Лондоні в 1840 р.

До 1940 р. марганцево-цинковий сольовий елемент був практично єдиним хімічним джерелом струму, що використовується.

Незважаючи на появу надалі інших первинних джерел струму з більш високими характеристиками, марганцево-цинковий сольовий елемент використовується у дуже широких масштабах, значною мірою завдяки його відносно низькій ціні.

У сучасних хімічних джерелах струму використовуються:

як відновник (на аноді) - свинець Pb, кадмій Cd, цинк Zn та інші метали;

як окислювач (на катоді) - оксид свинцю(IV) PbO2, гідроксооксид нікелю NiOOH, оксид марганцю(IV) MnO2 та інші;

як електроліт - розчини лугів, кислот або солей.
Влаштування батарейки

Сучасні гальванічні елементи мають мало спільного з пристроєм, створеним Алессандро Вольта, проте базовий принцип залишився незмінним. Батарейки виробляють та зберігають електрику. Усередині сухого елемента, що живить прилад, є три основні частини. Це негативний електрод (-), позитивний електрод (+) і перебуває між ними електроліт, що є сумішшю хімічних речовин. Хімічні реакції змушують електрони текти від негативного електрода через прилад, а потім назад до позитивного електрода. Завдяки цьому прилад працює. У міру того, як хімікалії витрачаються, батарейка сідає.

Корпус батарейки, який роблять із цинку, зовні може бути покритий картоном чи пластиком. Усередині корпусу знаходяться хімікалії у вигляді пасти, а деякі батареї посередині мають вугільний стрижень. Якщо потужність батареї падає, це означає, що хімікалії витрачені і батарея більше не в змозі виробляти електрику.

Перезаряджання таких батарей неможливе або дуже нераціональне (наприклад, для зарядки деяких типів батарей доведеться витратити в десятки разів більше енергії, ніж вони можуть зберегти, а інші види можуть накопичити лише малу частину свого початкового заряду). Після цього батарею залишиться тільки викинути у скриньку для сміття

Більшість сучасних акумуляторних батарей були розроблені вже в 20 столітті в лабораторіях великих компаній або університетів.
експериментальна частина

Вчені стверджують, що якщо у вас вдома відключать електрику, ви зможете деякий час висвітлювати свій будинок за допомогою лимонів. Адже у будь-якому фрукті та овочі є електрика, оскільки вони заряджають нас, людей, енергією при їх вживанні.

Але ми не звикли вірити всім на слово, тож вирішили перевірити це на досвіді. Отже, для створення «смачної» батареї ми взяли:

• 
  лимон, яблуко, цибулину, картоплину сиру та варену;
• 
  кілька мідних пластин з набору електростатики – це буде наш позитивний полюс;
• 
  оцинковані пластини з того ж набору для створення негативного полюса;
• 
  дроти, затискачі;
• 
  мілівольтметри, вольтметри
• 
  амперметри.
• 
  лампочку на підставці, розраховану на напругу 2,5 і силу струму 0,16А.

Більшість фруктів містить у собі слабкі розчини кислот. Саме тому їх можна легко перетворити на найпростіший гальванічний елемент. Насамперед, ми зачистили мідний та цинковий електроди за допомогою наждакового паперу. А тепер достатньо їх вставити в овоч чи фрукт і виходить «батарейка». Електроди мали на однаковій відстані один від одного.

Результати експерименту ми занесли до таблиці.

Висновок:напруга між електродами приблизно однакова. А величина сили струму, мабуть, пов'язані з кислотністю продукту. Чим більша кислотність, тим більша сила струму.

Якщо використовувати не сиру, а варену картоплю, потужність пристрою збільшиться в 4 рази.

Ми вирішили дослідити, як залежить напруга і сила струму від відстані між електродами. Для цього взяли варену картоплину, змінювали відстань між анодом та катодом та вимірювали напругу та силу струму на батарейці. Результати експерименту занесли до таблиці.

Відстань між електродами, см	Напруга між електродами,	Струм короткого замикання, ма
1	0,6	2,1
2,5	0,7	3,6
3,5	0,7	3,8
5	0,8	4,2

Висновок:напруга між електродами та сила струму зростають із збільшенням відстані між ними. Струм короткого замикання малий, т.к. внутрішній опір картоплі великий.

Далі ми вирішили скласти батарею з двох, трьох, чотирьох картоплин. Попередньо збільшивши відстань між електродами до максимуму, послідовно включили картоплини в ланцюг. Результати експерименту занесли до таблиці.

Висновок:напруга на затискачах батареї зростає, а струм зменшується. Струм занадто малий, щоб спалахнула лампочка.

Тому ми плануємо надалі з'ясувати, як можна збільшити силу струму в ланцюгу і змусити лампочку світитися.

Спостерігали за нашими «смачними» батареями ми протягом деякого часу. Результати виміряної напруги на батарейках занесли до таблиці:

Висновок:поступово напруга на всіх «смачних» батарейках зменшується. Досі ще є напруга на яблуку, цибулі та вареній картоплі.

Витягаючи мідну та цинкову пластини з овочів та фруктів, ми звернули увагу на те, що вони сильно окислилися. Це означає, що кислота вступала в реакцію з цинком та міддю. За рахунок цієї хімічної реакції протікав дуже слабкий електричний струм.

Про використання фруктів та овочів для отримання електрики.

Нещодавно ізраїльські вчені винайшли нове джерело екологічно чистої електрики. Як джерело енергії незвичайної батарейки дослідники запропонували використовувати варену картоплю, оскільки потужність пристрою в цьому випадку в порівнянні з сирою картоплею збільшиться в 10 разів. Такі незвичайні батареї здатні працювати кілька днів і навіть тижнів, а електрика, що виробляється ними, в 5-50 разів дешевше одержуваного від традиційних батарей і, щонайменше, вшестеро економічніше гасової лампи при використанні для освітлення.

Індійські вчені вирішили використати фрукти, овочі та відходи від них для харчування нескладної побутової техніки. Батарейки містять усередині пасту з перероблених бананів, апельсинових кірок та інших овочів або фруктів, в якій розміщені електроди з цинку та міді. Новинка розрахована насамперед на мешканців сільських районів, які можуть самі заготовляти фруктово-овочеві інгредієнти для підзарядки незвичайних батарейок.

Висновки:

1 Ознайомилися з пристроєм батареї та його винахідниками.

2.Дізналися, які процеси протікають усередині батарейки.

3. Виготовили овочеві та фруктові батарейки

4. Навчилися визначати напругу всередині «смачної» батарейки і силу струму, що створюється нею.

5. Помітили, що напруга між електродами та сила струму зростають із збільшенням відстані між ними. Струм короткого замикання малий, т.к. внутрішній опір батареї велике.

6. Виявили, що напруга на затискачах батареї складеної з декількох овочів зростає, а струм зменшується. Струм занадто малий, щоб спалахнула лампочка.

7. У зібраному ланцюзі лампочку запалити не змогли, т.к. струм малий.

Використана література:
1 Енциклопедичний словник молодого фізика. -М.: Педагогіка, 1991р

2 О. Ф. Кабардін. Довідкові матеріали з фізики.-М.: Просвітництво 1985.

3 Енциклопедичний словник молодого техніка. -М.: Педагогіка, 1980р.

4 Журнал «Наука життя і життя», №10 2004г.

5 А. К. Кікоїн, І.К. Кікоїн. Електродинаміка.-М.: Наука 1976.

6 Кирилова І. Р. Книга читання з фізики.- Москва: Просвітництво 1986.

7 Журнал «Наука життя і життя», №11 2005г.

8 Н.В.Гулія. Дивовижна фізика.-Москва: «Видавництво НЦ ЕНАС» 2005

Інтернет ресурс.

Вконтакте

Однокласники

Перший був винайдений випадково, наприкінці 17 століття італійським ученим Луїджі Гальвані. Насправді метою досліджень Гальвані був зовсім не пошук нових джерел енергії, а дослідження реакції піддослідних тварин на різні зовнішні впливи. Зокрема, явище виникнення та протікання струму було виявлено при приєднанні смужок із двох різних металів до м'яза жабиної лапки. Теоретичне пояснення спостерігається Гальвані розробив неправильне, проте його досліди стали основою досліджень іншого італійського вченого Алессандро Вольта, який власне і сформулював головну ідею винаходу — причиною виникнення електричного струму є хімічна реакція, в якій беруть участь пластинки металів. Для підтвердження своєї теорії Вольт створив нехитрий пристрій, що складався з цинкової та мідної пластин, занурених у ємність із соляним розчином. Саме цей пристрій став першим у світі автономним елементом живлення та прабатьком сучасних батарей, які на честь Луїджі Гальвані називають гальванічними елементами.

Сучасні автономні джерела живлення зовні мають мало спільного із пристроєм, створеним Алессандро Вольта, проте базовий принцип залишився незмінним. Будь-яка батарея складається з трьох основних елементів - двох електродів, званих анодом і катодом, і електроліту, що знаходиться між ними. Виникнення електричного струму - це побічний результат окислювально-відновної реакції між електродами. Вихідний струм, напруга та інші параметри батареї залежать від вибраних матеріалів анода, катода та електроліту, а також конструкції самої батареї. Всі батареї можна розділити на два великі класи - первинні та вторинні. У первинних елементах живлення хімічні реакції є незворотними, а у вторинних – оборотними. Відповідно - вторинні елементи, які відомі нам як , можна відновити (зарядити) і використовувати заново.

Початок промислового виробництва первинних хімічних джерел струму було закладено у 1865 р. французом Ж. Л. Лекланше, який запропонував марганцево-цинковий елемент із сольовим електролітом. У 1880 р. Ф. Лаланд був створений марганцево-цинковий елемент із загущеним електролітом. Згодом цей елемент було значно покращено. Істотне покращення характеристик було отримано при застосуванні електролітичного діоксиду марганцю на катоді та хлориду цинку в електроліті. До 1940 р. марганцево-цинковий сольовий елемент був практично єдиним первинним хімічним джерелом струму, що використовується. Незважаючи на появу надалі інших первинних джерел струму з більш високими характеристиками, марганцево-цинковий сольовий елемент використовується у дуже широких масштабах, значною мірою завдяки його відносно низькій ціні.

Одним з найважливіших факторів при розробці батарей (а також будь-якого пристрою, що живиться від них) є досягнення максимальної питомої ємності елемента заданого (мінімального) розміру і ваги. Хімічні реакції, що протікають всередині елемента, визначають його ємність, і фізичні розміри. В принципі, вся історія розробки батарей зводиться до знаходження нових хімічних систем та упаковки їх у корпуси якомога менших розмірів.

Сьогодні виробляється безліч різних типів елементів живлення, деякі з яких були розроблені ще в 19 столітті, а інші ледь відзначили десятиліття. Така різноманітність пояснюється тим, що кожна технологія має свої сильні сторони. Ми розповімо про найпоширеніші з тих, що використовуються в мобільних пристроях.
Сухі батареї

Першими елементами живлення, що серійно випускаються, стали саме сухі. Спадкоємці винаходу Лекланше, є найпоширенішими у світі. Одна лише компанія Energizer продає понад 6 мільярдів таких батарей щороку. Загалом, "говоримо батарейка, маємо на увазі - сухий елемент". І це, незважаючи на те, що вони мають найнижчу питому місткість з усіх "масових" типів. Пояснюється така популярність, по-перше, їхньою дешевизною, а по-друге, тим, що цим ім'ям називають відразу три різні хімічні системи: хлорно-цинкові, лужні та марганцево-цинкові батареї (елементи Лекланше). Їхні імена дають уявлення про хімічні системи, на основі яких вони створені.

У сухих елементах по осі розташований вугільний стрижень струмознімач катода. Сам катод це ціла система, до якої входять діоксид марганцю, вугілля електроду та електроліт. Цинковий стаканчик служить анодом і утворює металевий корпус елемента. Електроліт, у свою чергу, також є сумішшю, в яку входять нашатир, діоксид марганцю і хлорид цинку.

Марганцево-цинкові та хлорно-цинкові елементи відрізняються, по суті, електролітом. Перші містять суміш нашатиру і хлориду цинку, розведену водою. У хлорно-цинкових електролітах майже на 100% є хлорид цинку. Відмінність у номінальній напрузі вони мінімальна: 1,55В і 1,6В відповідно.

Незважаючи на те, що хлорно-цинкові мають велику ємність у порівнянні з елементами Лекланше, ця перевага зникає за малого навантаження. Тому на них часто пишуть heavy-duty, тобто елементи з підвищеною потужністю. Як би там не було, ефективність всіх сухих елементів сильно падає зі збільшенням навантаження. Саме тому в сучасні фотоапарати їх не варто ставити, вони просто для цього не призначені.

Скільки б не бігали рожеві зайчики в рекламі, лужні батарейки — це ті ж вугільно-цинкові копалини родом з 19-го століття. Єдина відмінність полягає у спеціально підібраній суміші електроліту, що дозволяє досягти збільшення ємності та терміну зберігання таких батарейок. У чому секрет? Ця суміш є дещо більш лужною, ніж у двох інших типів.

Якщо хімічний склад у лужних батарей мало відрізняється від цього у елемента Лекланше, то в конструкції відмінності істотні. Можна сказати, що лужна батарея – це сухий елемент, вивернутий навиворіт. Зовнішній корпус вони не є анодом, це просто захисна оболонка. Анодом тут є желеподібна суміш цинкового порошку впереміш з електролітом (який у свою чергу є водним розчином гідроксиду калію). Катод, суміш вугілля та діоксиду марганцю, оточує анод та електроліт. Він відокремлюється шаром нетканого матеріалу, таким як поліестер.

Залежно від сфери застосування, лужні батареї можуть прослужити в 4-5 разів довше, ніж звичайні вугільно-цинкові. Особливо ця різниця при такому режимі використання, коли короткі періоди високого навантаження перемежовуються тривалими періодами бездіяльності.

Важливо пам'ятати, що лужні батареї не перезаряджаються, тому що хімічні процеси, на яких вони засновані, не є оборотними. Якщо її поставити в зарядний пристрій, вона поводитиметься не як акумулятор, а швидше як резистор - почне нагріватися. Якщо її звідти вчасно не вийняти, вона нагріється досить сильно, щоб вибухнути.

Назва підказує нам, що батареї цього типу мають нікелевий анод та кадмієвий катод. Нікель-кадмієві акумулятори (позначаються Ni-Cad) користуються заслуженою популярністю у споживачів у всьому світі. Не в останню чергу це пояснюється тим, що вони витримують велику кількість циклів зарядки-розрядки — 500 і навіть 1000 без істотного погіршення характеристик. Крім того вони відносно легкі та енергоємні (хоча їхня питома ємність приблизно вдвічі менша, ніж у лужних батарейок). З іншого боку, вони містять токсичний кадмій, так що з ними треба бути акуратнішими, як під час використання, так і після утилізації.

Напруга на виході у більшості батарей знижується в міру розрядки, тому що в результаті хімічних реакцій збільшується їх внутрішній опір. Нікель-кадмієві батареї характеризуються дуже низьким внутрішнім опором, тому можуть подати на вихід досить сильний струм, який, до того ж, практично не змінюється в міру розрядки. Відповідно, напруга на виході також залишається практично незмінною доти, поки заряд майже зовсім не вичерпається. Тоді напруга на виході різко знижується практично до нуля.

Постійний рівень вихідної напруги є перевагою при проектуванні електричних схем, але це робить визначення поточного рівня заряду практично неможливим. Через таку особливість залишок енергії обчислюється на основі часу роботи і відомої ємності конкретного типу батарей, а тому є приблизною величиною.

Набагато серйознішим недоліком є ​​"ефект пам'яті". Якщо таку батарею розрядити не повністю, а потім поставити заряджатися, їх ємність може зменшитися. Справа в тому, що за такої "неправильної" зарядки на аноді утворюються кристали кадмію. Вони й відіграють роль хімічної "пам'яті" батареї, запам'ятовуючи цей проміжний рівень. Коли під час наступної розрядки заряд батареї впаде до цього рівня, вихідна напруга знизиться так само, якби батарея була повністю розряджена. Злопам'ятні кристали продовжуватимуть формуватися на аноді, посилюючи вплив цього неприємного ефекту. Щоб позбавитися його, потрібно продовжити розрядку після досягнення цього проміжного рівня. Тільки таким чином можна "стерти" пам'ять та відновити повну ємність батареї.

Цей прийом зазвичай називають глибокою розрядкою. Але глибока значить повна, " до нуля " . Це лише нашкодить і скоротить термін служби елемента. Якщо в процесі використання напруга на виході впаде нижче позначки 1 Вольт (при номінальній напрузі 1,2 В), то це може призвести до псування батареї. Складна техніка, наприклад КПК або ноутбуки, налаштовані таким чином, щоб вони вимикалися, перш ніж заряд акумулятора впаде нижче граничного рівня. Для глибокої розрядки батарей потрібно використовувати спеціальні прилади, які випускають багато відомих фірм.

Деякі компанії-виробники заявляють, що нові нікель-кадмієві акумулятори не впливають на ефект пам'яті. Втім, практично це було доведено.

Щоб там не обіцяли виробники, для досягнення максимальної віддачі батареї слід щоразу повністю заряджати, а потім чекати нормальної розрядки, щоб вони не зіпсувалися і прослужили весь термін.

Частково усунути недоліки нікель-кадмієвих акумуляторів були покликані нікель-металогідридні (Ni-MH) акумулятори, у яких був відсутній "небезпечний" кадмій. Так само, як і в нікель-кадмієвих, в нікель-металогідридних акумуляторах анод нікелевий, але катоди були зроблені з гідридів, які фактично є металевими сплавами, здатними утримувати атомарний водень. У нікель-металогідридних акумуляторів значно слабше виражений ефект пам'яті, вони мають краще співвідношення ємності та габаритних розмірів. Однак нікель-металогідридні акумулятори витримують меншу кількість циклів заряд-розряд і дорожче за нікель-кадмієві. Також проблемою для нікель-металогідридних акумуляторів стала велика величина саморозряду - за добу, без навантаження, акумулятори даного типу примудрялися втрачати до 5% своєї ємності.

Більшість акумуляторів у світі – свинцеві. В основному їх використовують для запуску двигунів автомобілів. Прообразом цих елементів стали розробки Планте. Вони також є аноди, виготовлені з пористого свинцю, і катоди — з оксиду свинцю. Обидва електроди занурені в електроліт - сірчану кислоту.

Через свинець ці батареї дуже важкі. Оскільки вони залиті висококорозійною кислотою (яка також обтяжує акумулятори), вони стають ще й небезпечними, що потребують особливої ​​уваги. Кислота та випари можуть пошкодити сусідні об'єкти (особливо металеві). А якщо перестаратися із зарядкою, може початися електроліз води, що знаходиться в кислоті. При цьому виробляється водень, вибухонебезпечний газ, який за певних умов може вибухнути (як вибухи Хінденбурга).

Розкладання води в батареї може призвести і до іншого ефекту: загальна кількість води в батареї зменшується. При цьому зменшується площа реакції всередині батареї, відповідно зменшується і ємність акумулятора. Крім того, зменшення рідини дозволяє батареї розряджатися під впливом атмосфери. Електроди можуть лущитись і взагалі закоротити батарею.

Перші свинцеві акумулятори вимагали регулярного догляду - необхідно підтримувати потрібний рівень води/кислоти всередині кожного елемента. Оскільки в батареї піддається електролізу тільки вода, потрібно замінити тільки її. Щоб уникнути забруднення батареї, виробники рекомендують використовувати для обслуговування лише дистильовану воду. Зазвичай батарею доливають до рівня. Якщо батареї немає мітки, її необхідно доливати те щоб рідина закривала пластини електродів всередині.

У нерухомих пристроях корпус у батарей виконаний зі скла. Воно не тільки добре тримає кислоту, а й дозволяє обслуговуючого персоналу без особливих труднощів визначати стан елементів. В автомобільній техніці потрібні міцніші корпуси. Інженери з цією метою скористалися ебонітом чи пластиком.

Після того, як елементи стали герметизувати, зручність використання таких акумуляторів свинцевих стала безцінною. В результаті з'явилися так звані батареї, що не обслуговуються. Так як випаровування так і залишаються всередині елементів, втрати від електролізу зводяться до мінімуму. Тому такі батареї і не вимагають заправки водою (принаймні не повинні).

Але це не означає, що такі батареї зовсім не мають проблем з обслуговуванням. Все одно всередині плескається кислота. І ця кислота може витекти через батарейні клапани. При цьому можуть пошкодитися батареї або навіть обладнання, де вона встановлена. Інженери уникають такої ситуації двома способами. Можна містити кислоту всередині пластикового сепаратора між електродами елемента (зазвичай він зроблений з мікропористого поліолефіну або поліетилену). Або можна змішати електроліт з іншою речовиною, щоб у результаті вийшов гель - наприклад, з колоїдальної масою на зразок желатину. Внаслідок витоку не відбувається.

Крім небезпечної начинки, свинцеві батареї мають інші недоліки. Як було зазначено вище, вони дуже важкі. Кількість енергії, що міститься в одиниці маси, у таких батарей менше, ніж у батареях практично будь-яких інших технологій. Це єдине, чим не задоволені творці автомобілів, які з великим задоволенням використовували ці недорогі свинцеві батареї в електрокарах.

З іншого боку, хоча ці батареї та дешеві, вони нараховують 150-річну історію. Технологія дозволяє модернізувати акумулятори для спеціальних потреб, наприклад, для використання у пристроях з великими циклами розряду (де батареї використовуються як єдине джерело живлення) або у пристроях забезпечення безперебійного живлення, наприклад, у великих центрах обробки інформації. Свинцеві батареї також мають низький внутрішній опір і тому можуть виробляти дуже великі струми. На відміну від найбільш екзотичних елементів, наприклад, нікель-кадмієвих, вони не схильні до ефекту пам'яті. (Цей ефект, стосовно нікель-кадмієвих елементів, скорочує ємність батареї, якщо перезаряджати її ще до того, як вона повністю розрядиться.) Крім того, такі батареї досить довго живуть і вони передбачувані. І, звичайно, вони дешеві.

У більшості джерел використовуються свинцеві акумулятори з желеподібним електролітом. Зазвичай такі пристрої невибагливі в обслуговуванні. Це означає, що ви не замислюєтеся про їх обслуговування. Джерела живлення, проте, досить громіздкі, адже всередині знаходяться акумулятори. Будучи повністю зарядженими, елементи з желеподібним електролітом поступово псуються під впливом постійного заряду слаботочного. (Більшість свинцевих акумуляторів містяться у повністю зарядженому стані). Тому такі елементи вимагають спеціальних зарядних пристроїв, які автоматично відключалися, як тільки елемент повністю зарядиться. Зарядний пристрій повинен знову вмикатися, як тільки акумулятор розрядиться до певного рівня (не важливо, чи під впливом навантаження, чи внаслідок саморозряду). Зазвичай, джерела безперебійного живлення регулярно перевіряють заряд акумулятора.

Запобігання електролізу

Як і в свинцевих акумуляторах, у нікель-кадмієвих батарейках можливий електроліз - розпад води в електроліті на потенційно вибухонебезпечні водень та кисень. Виробники батарейок вживають різних заходів для запобігання цьому ефекту. Зазвичай елементи для запобігання витоку герметично пакують. Крім того, батарейки влаштовані так, щоб спочатку вироблявся не водень, а кисень, який запобігає реакції електролізу.

Для того щоб герметичні акумулятори не вибухали і щоб у них не накопичувався газ, зазвичай в батарейках передбачають клапани. Якщо закрити ці вентиляційні отвори, виникне небезпека вибуху. Зазвичай ці отвори настільки малі, що залишаються непоміченими. Працюють вони автоматично. Це застереження (не закривати вентиляційні отвори) відносяться переважно до виробників пристроїв. Стандартні відсіки для батарей припускають можливість вентиляції, але якщо залити батарейку в епоксидній смолі, то вентиляції не буде.

Літій є найбільш хімічно активним металом і використовується саме в компактних системах, що забезпечують енергією найсучаснішу мобільну техніку. Літієві катоди використовуються практично у всіх батареях з великою ємністю. Але завдяки активності цього металу батареї виходять не тільки дуже ємні, вони також мають найвищу номінальну напругу. Залежно від анода, літій-містять елементи мають вихідну напругу від 1,5 до 3,6 В!

Основною проблемою при використанні літію є його висока активність. Він навіть може спалахнути - що вже казати, не найприємніша особливість, коли йдеться про батареї. Через ці проблеми елементи на базі металевого літію, які почали з'являтися ще в 70-80-х роках 20-го століття, "прославилися" своєю низькою надійністю.

Щоб позбавитися цих труднощів, виробники батарей постаралися використовувати літій у вигляді іонів. Таким чином, їм вдалося отримати всі корисні електрохімічні якості, не зв'язуючись із примхливою металевою формою.

У літій-іонних елементах іони літію пов'язані молекулами інших матеріалів. Типовий Li-Ion-акумулятор має вугільний анод та катод із літійкобальтдіоксиду. Електроліт у своїй основі має розчин солей літію.

Літієві батареї мають більшу щільність, ніж нікель-метал гідридні. Скажімо, в ноутбуках такі акумулятори можуть працювати в півтора рази довше за нікель-метал гідридних. Крім того, літій-іонні елементи позбавлені ефектів пам'яті, якими страждали ранні нікель-кадмієві батареї.

З іншого боку, внутрішній опір у сучасних літієвих елементів вищий, ніж у нікель-кадмієвих. Відповідно вони не можуть забезпечити такі сильні струми. Якщо нікель-кадмієві елементи здатні розплавити монету, то літієві цього не здатні. Але все одно, потужності таких батарей цілком вистачить для роботи ноутбука, якщо це не пов'язано зі стрибкоподібними навантаженнями (це означає, що деякі пристрої, наприклад, вінчестер або CD-ROM, не повинні викликати високих стрибків на граничних режимах - наприклад, при початковому розкручуванні або виходу зі сплячого режиму). Більше того, навіть незважаючи на те, що літій-іонні батарейки витримають не одну сотню підзарядок, вони живуть менше, ніж ті, в яких використовується нікель.

Через те, що в літій-іонних елементах використовується рідкий електроліт (нехай навіть відокремлений шаром тканини), вони майже завжди є циліндром. Хоча така форма нітрохи не гірша за форми інших елементів, з появою полімеризованих електролітів літій-іонні батареї стають компактнішими.

Найбільш сучасною технологією, що використовується сьогодні при створенні акумуляторів, є літій-полімерна. Вже зараз серед виробників як батарей, так і комп'ютерних пристроїв намітилася тенденція щодо поступового переходу до цього типу елементів. Головною перевагою літій-полімерних батарей є відсутність рідкого електроліту. Ні, це не означає, що вчені знайшли спосіб обходитися без електроліту. Анод відокремлений від катода полімерною перегородкою, композитним матеріалом, таким як поліакрилонітрит, що містить літієву сіль.

Завдяки відсутності рідких компонентів, літій-полімерні елементи можуть набувати практично будь-якої форми, на відміну від циліндричних батарей інших типів. Звичайними формами упаковки є плоскі пластини чи бруски. У такому вигляді вони краще заповнюють місце батарейного відсіку. В результаті, при однаковій питомій густині, літій-полімерні батареї оптимальної форми можуть зберігати на 22% більше енергії, ніж аналогічні літій-іонні. Це досягається за рахунок заповнення "мертвих" обсягів у кутах відсіку, які залишилися б невикористаними у разі застосування циліндричної батареї.

Крім цих очевидних переваг, літій-полімерні елементи є екологічно безпечними та легшими за рахунок відсутності зовнішнього металевого корпусу.
Літій-залізодисульфідні батареї

На відміну від інших літій-містких батарей, які мають вихідну напругу більше 3В, у літій-залізодисульфідних вона вдвічі менша. Крім того, їх не можна перезаряджати. Ця технологія є компромісом, на який розробники пішли, щоб забезпечити сумісність літієвих джерел живлення з технікою, розробленою для використання лужних батарейок.

Хімічний склад батарей було спеціально змінено. Вони літієвий анод відділений від залізодисульфідного катода прошарком електроліту. Цей сендвіч упаковується в герметичний корпус із мікроклапанами для вентиляції, як і нікель-кадмієві батареї.

Цей тип елементів був задуманий як конкурент лужних батарей. У порівнянні з ними літій-залізодисульфідні важать на третину менше, мають більшу ємність, а, крім того, ще й зберігаються довше. Навіть після десяти років зберігання вони зберігають весь свій заряд.

Перевага над конкурентами проявляється найкраще при великому навантаженні. У разі високих струмів навантаження літій-залізодисульфідні елементи можуть працювати в 2,5 рази довше, ніж алкалінові батареї того ж розміру. Якщо ж на виході не потрібна висока сила струму, ця різниця помітна набагато менше. Наприклад, один із виробників елементів живлення заявив наступні характеристики двох типів своїх батарей розміру AA: при навантаженні 20 мА лужна батарея пропрацює 122 години проти 135 годин у літій-залізодисульфідної. Якщо навантаження збільшити до 1А, то тривалість роботи становитиме 0,8 і 2,1 години відповідно. Як кажуть, результат очевидний.

Такі потужні батареї не мають сенсу ставити в пристрої, що споживають відносно небагато енергії протягом тривалого часу. Вони були спеціально створені для використання у фотоапаратах, потужних ліхтарях, а будильник або радіоприймач краще поставити лужні батарейки.

Технології підзарядки

Сучасні пристрої для заряджання - це досить складні електронні прилади з різними ступенями захисту - як вашої, так і ваших батарейок. У більшості випадків для кожного типу елементів існує власний зарядний пристрій. При неправильному використанні зарядного пристрою можна зіпсувати не тільки батареї, а й сам пристрій, або навіть системи живлення батареями.

Існує два режими роботи зарядних пристроїв - з постійною напругою та з постійним струмом.

Найпростішими є пристрої з постійною напругою. Вони завжди виробляють одну і ту ж напругу, і подають струм, що залежить від рівня заряду батареї (і від інших навколишніх факторів). У міру заряджання батареї її напруга збільшується, тому зменшується різниця між потенціалами зарядного пристрою та батареї. У результаті ланцюга протікає менший струм.

Все, що потрібно для такого пристрою - трансформатор (для зменшення напруги зарядки до рівня, необхідного батареєю) і випрямляч (для випрямлення змінного струму в постійний заряд батареї). Такими простими пристроями заряджання користуються для заряду автомобільних і корабельних акумуляторів.

Як правило, подібними пристроями заряджаються свинцеві батареї для джерел безперебійного живлення. Крім того, пристрої з постійною напругою використовуються і для заряджання літій-іонних елементів. Тільки там додані схеми для захисту батарей та їх господарів.

Другий вид зарядних пристроїв забезпечує постійну силу струму та змінює напругу для забезпечення необхідної величини струму. Як тільки напруга досягає рівня повного заряду, заряджання припиняється. (Пам'ятайте, напруга, створювана елементом, падає в міру розряду). Зазвичай такими пристроями заряджають нікель-кадмієві та нікель-металгідридні елементи.

Крім потрібного рівня напруги, повинні знати, скільки часу потрібно заряджати елемент. Батарейку можна зіпсувати, якщо занадто довго заряджати її. Залежно від виду батареї та від інтелекту зарядного пристрою для визначення часу підзарядки використовується кілька технологій.

У найпростіших випадках для цього використовується напруга, що виробляється батареєю. Зарядний пристрій стежить за напругою батареї і вимикається в той момент, коли напруга батареї досягає порогового рівня. Але така технологія підходить далеко не всім елементам. Наприклад, для нікель-кадмієвих вона неприйнятна. У цих елементах крива розряду близька до прямої і визначити рівень порогової напруги буває дуже складно.

Більш "витончені" зарядні пристрої визначає час заряджання за температурою. Тобто пристрій стежить за температурою елемента і вимикається, або зменшує струм заряду, коли батарея починає нагріватися (що означає надмірність заряду). Зазвичай такі елементи живлення вбудовуються термометри, які стежать за температурою елемента і передають зарядному пристрою відповідний сигнал.

"Інтелектуальні" пристрої використовують обидва ці методи. Вони можуть перейти з великого струму заряду на малий, або можуть підтримувати постійний струм за допомогою спеціальних датчиків напруги і температури.

Стандартні зарядні пристрої дають менший струм заряду ніж струм розряду елемента. А зарядні пристрої з більшим значенням струму дають більший струм ніж номінальний струм розряду батареї. Пристрій для безперервної підзарядки малим струмом використовують настільки невеликий струм, що він хіба що не дає батареї саморозрядитися (за визначенням такі пристрої і використовуються для компенсації саморозрядження). Зазвичай струм заряду в таких пристроях становить одну двадцяту або одну тридцяту номінального струму розряду батареї. Сучасні пристрої заряджання часто можуть працювати на кількох значеннях струмів заряду. Спочатку вони використовують вищі значення струму і поступово перемикаються на низькі, у міру наближення до повного заряду. Якщо використовується батарейка, яка витримує підзарядку малим струмом (нікель-кадмієві, наприклад, не витримують), то в кінці циклу підзарядки пристрій перемкнеться в цей режим. Більшість зарядних пристроїв для ноутбуків та стільникових телефонів розроблені так, що можуть бути постійно підключені до елементів та не завдавати їм шкоди.

Електрична батарея, або найпоширеніший у побуті термін «батарейка» – це одне з найширше застосовуваних джерел електроенергії у світі. Використовуються в електропбриборах.

Електрична батарейка дуже зручна у застосуванні, так як вона дозволяє виробляти електричний струм будь-де і будь-коли. Електрична батарея живить різні електроприлади, кишенькові ліхтарики, будильники, годинники, фотоапарати та багато іншого. Однак, термін дії батареї невеликий, оскільки хімічні компоненти, які вона містить, поступово витрачаються.

Електричні батареї бувають різних форм, потужностей та розмірів: від шпилькової головки до кількох сотень квадратних метрів. В енергосистемах зустрічаються дуже потужні свинцеві та нікель-кадмієві акумуляторні батареї, що використовуються як резервні джерела електроживлення або для вирівнювання електричних навантажень.
Найбільша така батарея була прийнята в експлуатацію у 2003 році у Фербенксі (Fairbanks, Аляска, США); вона складається з 13760 нікель-кадмієвих елементів і приєднана через інвертор і трансформатор до мережі напругою 138 kV. Номінальна напруга батареї становить 5230 V та енергоємність 9 MWh; термін служби елементів – від 20 до 30 років. 99 % часу вона працює як компенсатор реактивної потужності, але може при необхідності протягом трьох хвилин віддавати в мережу потужність 46 MW (або протягом 15 min потужність 27 MW). Загальна маса батареї становить 1500 t, а її виготовлення коштувало 35 млн. доларів. У разі надзвичайної ситуації вона зможе постачати електроенергією 12-тисячне місто протягом 7 хвилин. Є акумуляторні батареї ще більшої здатності, що акумулює; одна така батарея (енергоємністю 60 MWh) встановлена ​​як резервне джерело живлення в Каліфорнії (California, США) і може віддавати в мережу протягом 6 годин потужність 6 MW.

Коли з'явилися перші електричні батареї?

Перші батареї з'явилися ще 250 року до нашої ери. Парфяни, які мешкали в районі Багдада, виготовляли примітивні акумулятори. Глиняний глечик наповнювався оцтом (електроліт), потім містився мідний циліндр і залізний прут, кінці яких височіли над поверхнею. Такі батареї використовувалися для гальванізації срібла.

Проте до кінця 1700-х років вчені не проводили серйозних експериментів із виробленням, зберіганням та передачею електроенергії. Спроби створити безперервний та керований електричний струм не призводили до успіху.

В 1800 італійський фізик Алессандро Вольта створив перший сучасний акумулятор, який відомий під назвою стовп вольта.

Цей пристрій являв собою циліндр, з поміщеними всередину мідними та цинковими пластинами, оточеними електролітом, що складається з оцту та розсолу. Пластини були покладені почергово і не торкалися один одного. Внаслідок хімічної реакції починалося вироблятися електрика. Найголовніше переваги його винаходу полягало в тому, що, на відміну від попередніх експериментів, струм у стовпі був невисоким і його силою можна було керувати.

Наполеон Бонапарт, якому Вольта представив свій винахід, був вражений винахід фізика та подарував йому титул графа. Крім того, щоб наголосити на важливості цього відкриття, на честь Вольта була названа одиниця електрорушійної сили. Незважаючи на те, що винахід А.Вольта зовсім не був схожим на ту електричну батарейку, яка нам добре відома, принцип її дії залишається досі тим самим.