Батерия

Акумулаторни (презареждаеми) батерии размер AA

Батерия е наложилото се на практика обобщено наименование за всички видове източници на ток без подвижни части. Най-често се използва за електрохимичните източници на ток, състоящи се от един или няколко електрохимични елемента (клетки) като например галванични елементи, акумулатори, но също така и за горивни клетки и слънчеви батерии.

В силовата електротехника се използват и т. нар. кондензаторни батерии, които са група от кондензатори.

История

През 1780 г. Луиджи Галвани открил, че ако два различни метални електрода (напр. цинк и мед) се потапят в разтвор на сол, а след това тези два метала се допират едновременно до различни части от нерва на жабешки крак, това предизвиква съкращение (свиване) на мускула му. Той нарекъл това явление „животинско електричество“. По-късно комбинацията от двата метала и електролита е наречена „клетка на Галвани“ или „галваничен елемент“. Подобен на галваничния елемент е волтовият стълб (наричан също електрохимичен елемент или клетка), изобретен от Алесандро Волта през 1800 г. Тези открития проправят пътя на електрическите батерии.

Произход и употреба на думата

Батерия по принцип означава съвместно работеща група от еднакви устройства. Терминът „батерия“ е взет от терминологията на военните, където „батарея“ (след като френската дума batterie преминала през руски) означава комбинация от няколко оръдия. Аналогично, взаимното свързване на няколко галванични клетки е дадено на този термин. От втората половина на 20-ти век използването на термина „батерия“ се разширява и включва и отделни (единични) първични или вторични клетки, т.е. всеки източник на ток е „батерия“, даже и когато се състои от един елемент (клетка).

„Батерия“ вече е както общият термин за всяко устройство за съхранение на енергия, така и, в по-тесен смисъл, обозначението за основна батерия, първичен източник, който не може да се зарежда. Зареждаемите батерии се наричат ​​вторични батерии или акумулатори.

Друго разграничение се прави между автомобилни (стартерни) акумулатори за моторни превозни средства, задвижващи батерии (тягови акумулатори) и акумулаторни батерии с дълбок цикъл за електрически превозни средства и стационарни, като непрекъсваеми захранвания. Тези батерии винаги са акумулатори.

Друг клас батерии са тези, използвани за захранване на малки, предимно преносими устройства, като часовници, радиостанции, играчки, фенерчета и др., но и на постоянно монтирани устройства като напр. детектори за дим. Тези батерии трябва да са компактни, да могат да се използват във всяка позиция, да са леки и все пак механично здрави. При нормално съхранение и използване в устройството, те не трябва да изтичат или да изпускат газ. Предлагат се в търговската мрежа в различни версии на базата на цинк-въглерод или алкално-манган. Цинк-въглеродните батерии стават все по-редки от 2000-те години и почти не се произвеждат днес.

Батериите се произвеждат отдавна, много от тях имат стандартизирани размери и означения, както и широко известни неофициални наименования.

В някои краища на България се среща съвсем особена употреба на думата. Там „батерия“ е фенерче, а на самите батерии им се казва „вътрешност на батерия“.

Елемент или клетка

И двете понятия са технически коректни. Обикновено „елементи“ се наричат галваничните източници, а „клетки“ – акумулаторните елементи. Казва се:

Плоската батерия е направена от три отделни сухи елемента, свързани последователно;

Автомобилните акумулатори са с по 6 клетки с напрежение 2 волта, общо 12 волта.

Различни батерии

Видове батерии

Поради разнообразните области на приложение с много различни изисквания по отношение на напрежение, мощност и капацитет, днес има много видове батерии. Те са диференцирани например

• според химичния състав
• според размера/дизайна
• според електрически параметри (напрежение, капацитет и т.н.)

Според свойството си да бъдат зареждани или не:

• еднократни – първични батерии
• акумулаторни (зареждащи се) – вторични батерии

Според химичния състав

Схемно означение на галваничен елемент (първична батерия или акумулатор)

Различни видове, наречени според използваните материали:

• Стандартни батерии
  • Алкално-манганова батерия; 1,5 V номинално напрежение на клетка
  • Цинково-хлоридна батерия; 1,5 V за клетка (почти напълно заменена от алкално-мангановите батерии)
  • Цинково-въглеродна батерия; 1,5 V за клетка (в Европа почти напълно са заменени от алкално-манганови батерии, с изключение на няколко по-големи типоразмера)
• Специални батерии
  • Цинково-въздушна батерия; 1,4 V за клетка
  • Живачно-цинкова батерия; 1,35 V за клетка
  • Сребърно-цинкова батерия; 1,55 V за клетка
  • Никел-оксихидроскидна батерия; 1,7 V за клетка
  • Литиева батерия; според материала на катода от 1,8 V (FeS₂) до 3,7 V (SOCl₂)
  • Литиево-желязносулфидна батерия; 1,5 V за клетка
  • Алуминиево-въздушна батерия; 1,2 V за клетка
  • Биобатерия на базата на магнезий/NaCl/желязо+молибден+волфрам, разгражда се в тялото^[1]
• Исторически батерии
  • Елемент на Едисън-Лаланд; 0,75 V за елемент

В допълнение, съществуват доста екзотични галванични клетки, например лимонови клетки, които се използват за експерименти и за илюстриране на принципа на функциониране на основната химическа редокс реакция.

Според размер/дизайн

Сравнение на размерите на батерии с различен дизайн, размерите са в mm

Има много названия на батериите, стандартизирани от IEC и някои от ANSI, както и неофициални имена, особено за деветте най-често срещани категории.^[2][3][4] В резултат на това една и съща характеристика на батерията може да бъде определена с различни означения.

Цилиндрични батерии, чиято обща височина е по-малка от диаметъра ѝ, се означават като миниатюрни батерии.

Означения съгласно IEC-60086

В означението по IEC-60086 има букви:

• R за кръгла (от round), т.е. цилиндрична батерия,
• F за плоска (от flat), каквито са напр. миниатюрните („часовникови“) батерии,
• S за правоъгълна (от square), т.е. във форма на призма.

Тези букви могат да бъдат предшествани от друга буква за идентифициране на батериите според техния химичен състав:

Означение според IEC-60086

Буква	Химичен състав
[няма]	Цинково-въглеродна батерия
A	Цинково-въздушна батерия
B	Литиево-графит-флуоридна батерия
C	Литиево-манганоксидна батерия
E	Литиево-тионилхлоридна батерия
F	Литиево-желязосулфидна батерия
G	Литиево-меднооксидна батерия
H	Никел-металхидриден акумулатор
K	Никел-кадмиев акумулатор
L	Алкална батерия Презареждаеми алкално-манганови акумулатори (RAM)
P	Цинково-въздушна батерия
S	Сребърно-цинков акумулатор
Z	Никел-цинков акумулатор

Тези букви могат да бъдат предшествани от число, за да обозначат броя на последователно свързаните размери на клетките в опаковката.^[5]

Число[5]	Пример по IEC-60086
[няма]	R03 (1 елемент от размер R03)
2	2R10 (2 елемента от размер R10)
3	3R12 (3 елемента от размер R12)
4	4LR44 (4 елемента от размер LR44)
6	6F22 (6 плоски елемента от размер F22) 6LR61 (6 кръгли клетки от размерe LR61, напоследък LR8D425)
15	15F20 (15 плоски елемента от размер F20)

Отклоняващите се конструкции и видове свързвания или отклоняващи се електрически характеристики се отбелязват със суфикс.^[5]

Означение по IEC-60086

До 1990 г.[5]	След 1990 г.[4]	Забележка
R6P	R6P	Мощна цинково-въглеродна батерия от тип R6
R6	R6S	Обикновена цинково-въглеродна батерия от тип R6
4R25X	4R25X	Контакти на клемите от винтова пружина; последователно свързвани четири клетки R25
4R25Y	4R25Y	Винтови клеми; последователно свързвани четири клетки R25
4R25/2	4R25-2	Две вериги от по четири последователно свързани клетки R25, веригите съединени паралелно; с винтови клеми

Тенденции в развитието

Нанотехнологиите предлагат нови подходи за производството на нови типове материали с непостижими дотогава свойства, оказали влияние в производството на литиево-йонните батерии. Литиево-йонните батерии са най-използваният вид батерии за потребителска електроника – използват се в преносими компютри, мобилни телефони, музикални плейъри и дори електрически автомобили.

Учени от Станфордския университет публикуват материал на 19 декември 2007 г. за нов метод на производство на литиево-йонни батерии чрез прилагане на силициеви нишки в наномащаб. ^[6] Това откритие ще предостави възможност за производството на батерии с 10 и повече пъти по-голям капацитет, и то с използването на вече съществуващи технологии – т.е. въвеждането в употреба на новия начин на производство може да бъде извършено сравнително бързо, ефикасно и без големи инвестиции в нов тип производствено оборудване.

Алтернативи

За същото предназначение се използват и механични устройства, произвеждащи ток, напр. динамо, горивни клетки, акумулатори, UPS-устройства или суперкондензатори.

Вижте също

• Електрически капацитет
• Горивна клетка
• Акумулатор
• Суперкондензатор

Външни препратки

• Българска национална асоциация на потребителите. Сравнителен тест на батерии Архив на оригинала от 2009-02-11 в Wayback Machine.

Източници

1. Biobatterie löst sich im Körper auf // orf.at. ORF.at, 2014-03-26. Архивиран от оригинала на 2014-03-26. Посетен на 2022-02-13.
2. Establishing harmonised methods to determine the capacity of all portable and automotive batteries and rules for the use of a label indicating the capacity of these batteries (PDF; 3,04 MB) // 2008 – 09.
3. INTERNATIONAL STANDARD – IEC 60086-1 (PDF; 529 kB) // 2006-12. Архивиран от оригинала на 2011-11-25. Посетен на 2022-02-13.
4. INTERNATIONAL STANDARD - IEC 60086-2 (PDF; 521 kB) // Архивиран от оригинала на 2012-05-04. Посетен на 2022-02-13.
5. IEC 60086-1:2006(E), Annex, C.1 Designation system in use up to October 1990 (PDF, 525 kB) // instrument.com.cn. IEC Central Office GENEVA, SWITZERLAND, 2006-12. с. 26–29. Архивиран от оригинала на 2017-03-15. Посетен на 2022-02-13.
6. Dan Stober, Nanowire battery can hold 10 times the charge of existing lithium-ion battery Архив на оригинала от 2010-01-07 в Wayback Machine., Stanford Report, 18 декември 2007