Қайта зарядталмайтын батареялар және олардың биологиялық аспектісі
Primary battery
Бір рет қолданылатын батареялар: түрлері, жұмыс принципі, қайта зарядтау мүмкін еместігі. Шағын техникаға арналған қуат көзі. Батарея туралы толық ақпарат!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қайта зарядталмайтын аккумулятор және биологиялық түсінік
Non rechargable battery
the biological concept
Біріншілік аккумулятор немесе біріншілік элемент – бір рет қолданылып, содан кейін тасталатын аккумулятор (гальваникалық элемент), оны электр қуатымен зарядтап, екіншілік элементтер (қайта зарядталатын аккумуляторлар) сияқты қайта пайдалануға болмайды. Әдетте, аккумулятор ішіндегі электрохимиялық реакция қайтымсыз болады, сондықтан оны қайта зарядтау мүмкін емес. Біріншілік аккумулятор қолданылғанда, батареядағы химиялық реакциялар энергияны өндіретін химиялық заттарды тұтынады; олардың қорлары таусылғанда, батарея электр энергиясын өндіруді тоқтатады. Керісінше, екіншілік аккумуляторда реакцияны кері бағытта бұруға болады, аккумулятор зарядтағышы арқылы ток жіберіп, химиялық реакцияларды қалпына келтіруге болады. Біріншілік аккумуляторлар шағын тұрмыстық техникаларды, мысалы, фонарьларды және портативті радиоларды қуаттандыру үшін түрлі стандартты өлшемдерде жасалады. Біріншілік аккумуляторлар 50 миллиард долларлық аккумулятор нарығының 90% құрайды, бірақ екіншілік аккумуляторлар үлесін арттырып келеді. Жыл сайын әлемде шамамен 15 миллиард біріншілік аккумулятор тасталады, олардың басым бөлігі полигонға түседі. Олардың құрамындағы улы ауыр металдар, күшті қышқылдар мен сілтілерге байланысты, аккумуляторлар қауіпті қалдықтар болып саналады. Көптеген муниципалитеттер оларды осылай жіктеп, бөлек кәдеге жіберуді талап етеді. Аккумуляторды жасауға кеткен энергия, оның ішіндегі энергиядан 50 есе артық. Құрамындағы ластағыш заттардың көптігіне және энергия мөлшерінің аздығына байланысты, біріншілік аккумуляторлар ысырапты және экологиялық зиянды технология деп есептеледі. Сымсыз құрылғылар мен сымсыз құралдардың сатылымының өсуіне байланысты, оларды біріншілік аккумуляторлармен экономикалық тұрғыдан қуаттандыру мүмкін емес, сондықтан олармен бірге қайта зарядталатын аккумуляторлар келеді. Осы себепті екіншілік аккумуляторлар индустриясы қарқынды дамып, жоғары сапалы өнімдерде біріншілік аккумуляторларды бірте-бірте алмастырып келеді.
A primary battery or primary cell is a battery (a galvanic cell) that is designed to be used once and discarded, and not recharged with electricity and reused like a secondary cell (rechargeable battery). In general, the electrochemical reaction occurring in the cell is not reversible, rendering the cell unrechargeable. As a primary cell is used, chemical reactions in the battery use up the chemicals that generate the power; when they are gone, the battery stops producing electricity. In contrast, in a secondary cell, the reaction can be reversed by running a current into the cell with a battery charger to recharge it, regenerating the chemical reactants. Primary cells are made in a range of standard sizes to power small household appliances such as flashlights and portable radios. Primary batteries make up about 90% of the $50 billion battery market, but secondary batteries have been gaining market share. About 15 billion primary batteries are thrown away worldwide every year, virtually all ending up in landfills. Due to the toxic heavy metals and strong acids and alkalis they contain, batteries are hazardous waste. Most municipalities classify them as such and require separate disposal. The energy needed to manufacture a battery is about 50 times greater than the energy it contains. Due to their high pollutant content compared to their small energy content, the primary battery is considered a wasteful, environmentally unfriendly technology. Due mainly to increasing sales of wireless devices and cordless tools which cannot be economically powered by primary batteries and come with integral rechargeable batteries, the secondary battery industry has high growth and has slowly been replacing the primary battery in high end products.
Пайдалану үрдісі
ХХІ ғасырдың басында біріншілік батареялар екіншілік батареяларға қарағанда нарық үлесін жоғалта бастады, себебі соңғыларының салыстырмалы құны төмендеді. Фонарь үшін қажетті қуатты жарықдиодтарға (LED) көшу арқасында азайту мүмкін болды. Қалған нарықта жекеленген немесе маркасы жоқ өнімдерден бәсекелестік күшейді. 2012 жылы АҚШ-тың екі жетекші өндірушісі – Energizer және Duracell компанияларының нарық үлесі 37%-ға дейін төмендеді. Rayovac компаниясымен бірге, бұл үш компания тұтынушыларды мырыш-көміртекті батареялардан қымбат, бірақ ұзақ қызмет ететін сілтілі батареяларға көндіруге тырысуда. Көпте қолданылатын екіншілік батареялардың (атап айтқанда NiMH және Li-ion) ішкі кедергісі өте төмен болғандықтан, сілтілі, мырыш-көміртекті және мырыш хлориді ("құрылысқа арналған" немесе "күшті") батареялар сияқты, жоғары ток қолданғанда сыйымдылықтың күрт төмендеуіне ұшырамайды. Резервтік батареялар батареяның құрамдас бөліктерін физикалық түрде бөліп, пайдалану кезінде ғана құрастыру арқылы 10 жыл немесе одан да көп уақытқа дейін сыйымдылығын жоғалтпай сақтауға мүмкіндік береді. Мұндай конструкциялар қымбатқа түседі, бірақ оқ-дәрі сияқты ұзақ сақтау қажет болатын қолдануларда қолданылады.
In the early twenty first century, primary cells began losing market share to secondary cells, as relative costs declined for the latter. Flashlight power demands were reduced by the switch from incandescent bulbs to light emitting diodes. The remaining market experienced increased competition from private or no label versions. The market share of the two leading US manufacturers, Energizer and Duracell, declined to 37% in 2012. Along with Rayovac, these three are trying to move consumers from zinc–carbon to more expensive, longer lasting alkaline batteries. Common types of secondary cells (namely NiMH and Li ion) due to their much lower internal resistance do not suffer the large loss of capacity that alkaline, zinc–carbon and zinc chloride ("heavy duty" or "super heavy duty") do with high current draw. Reserve batteries achieve very long storage time (on the order of 10 years or more) without loss of capacity, by physically separating the components of the battery and only assembling them at the time of use. Such constructions are expensive but are found in applications like munitions, which may be stored for years before use.
Поляризация
Бастапқы жасушалардың қызмет ету мерзімін қысқартатын маңызды фактор – пайдалану барысында поляризацияға ұшырауы. Яғни, сутек катодта жиналып, жасушаның тиімділігін азайтады. Саудалық жасушаларда поляризацияның әсерін төмендету және олардың қызмет ету мерзімін ұзарту үшін химиялық деполяризация қолданылады; атап айтқанда, сутекті суға тотықтыру үшін жасушаға тотықтырғыш зат қосылады. Лекланше және мырыш-көміртек жасушаларында марганец диоксиді, ал Бунсен және Гроув жасушаларында азот қышқылы қолданылады. Қарапайым жасушаларды өздігінен деполяризациялауға талпыну үшін мыс пластинаның бетін кедір-бұдыр ету арқылы сутек көпіршіктерінің бөлінуін жеңілдетуге әрекет жасалды, бірақ нәтижесі шамалы болды. Электрохимиялық деполяризация сутекті мыс (мысалы, Даниэлл жасушасы) немесе күміс (мысалы, күміс оксиді жасушасы) сияқты металлмен алмастырады.
A major factor reducing the lifetime of primary cells is that they become polarized during use. This means that hydrogen accumulates at the cathode and reduces the effectiveness of the cell. To reduce the effects of polarization in commercial cells and to extend their lives, chemical depolarization is used; that is, an oxidizing agent is added to the cell, to oxidize the hydrogen to water. Manganese dioxide is used in the Leclanché cell and zinc–carbon cell, and nitric acid is used in the Bunsen cell and Grove cell. Attempts have been made to make simple cells self depolarizing by roughening the surface of the copper plate to facilitate the detachment of hydrogen bubbles with little success. Electrochemical depolarization exchanges the hydrogen for a metal, such as copper (e. g. Daniell cell), or silver (e. g. silver oxide cell), so called.
Анод пен катод
Батареяның оң кернеулік полярлығын дамытатын терминалы (электроды) (құрғақ жасушадағы көміртек электроды) катод деп аталады, ал теріс полярлығы бар электроды (құрғақ жасушадағы мырыш) анод деп аталады. Бұл электролиттік жасушада немесе термоиондық вакуумдық түтікшеде қолданылатын терминологияның керісі. Себебі анод және катод терминдері кернеумен емес, электр тогының бағытымен анықталады. Анод – бұл сыртқы тізбектен кәдімгі ток (оң заряд) жасушаға кіретін терминал, ал катод – бұл кәдімгі ток жасушадан шығып, сыртқы тізбекке ағылатын терминал. Батарея сыртқы тізбек арқылы токты жүргізетін кернеуді беретін қуат көзі болғандықтан, катодтағы кернеу анодтағы кернеуден жоғары болуы керек, катодтан анодқа бағытталған электр өрісі пайда болады, бұл оң зарядты катодтан сыртқы тізбектің кедергісі арқылы шығарады. Жасушаның ішінде анод химиялық тотығу процесі жүретін электрод болып табылады, себебі ол сыртқы тізбекке ағып шығатын электрондарды береді. Катод – химиялық тотығу процесі жүретін электрод, себебі ол тізбектен электрондарды қабылдайды. Жасушаның сыртында басқа терминология қолданылады. Анод электролитке оң зарядты бергенде (соның салдарынан, ол тізбекке беретін электрондардың артық мөлшерімен қалады), ол теріс зарядталғандықтан жасушаның сыртындағы “-” белгісімен көрсетілген терминалға қосылады. Ал катод электролитке теріс заряд береді, сондықтан ол оң зарядталғандықтан (бұл тізбектен электрондарды қабылдауға мүмкіндік береді) жасушаның сыртындағы “+” белгісімен көрсетілген терминалға қосылады. Ескі оқулықтарда кейде басқа терминдер кездеседі, бұл қазіргі оқырмандарды шатастыруы мүмкін. Мысалы, 1911 жылғы Айртон мен Мэтердің оқулығында электродтар “оң пластина” және “теріс пластина” деп сипатталған.
The battery terminal (electrode) that develops a positive voltage polarity (the carbon electrode in a dry cell) is called the cathode and the electrode with a negative polarity (zinc in a dry cell) is called the anode. This is the reverse of the terminology used in an electrolytic cell or thermionic vacuum tube. The reason is that the terms anode and cathode are defined by the direction of electric current, not by their voltage. The anode is the terminal through which conventional current (positive charge) enters the cell from the external circuit, while the cathode is the terminal through which conventional current leaves the cell and flows into the external circuit. Since a battery is a power source which provides the voltage which forces the current through the external circuit, the voltage on the cathode must be higher than the voltage on the anode, creating an electric field directed from cathode to anode, to force the positive charge out of the cathode through the resistance of the external circuit. Inside the cell the anode is the electrode where chemical oxidation occurs, as it donates electrons which flow out of it into the external circuit. The cathode is the electrode where chemical reduction occurs, as it accepts electrons from the circuit. Outside the cell, different terminology is used. As the anode donates positive charge to the electrolyte (thus remaining with an excess of electrons that it will donate to the circuit), it becomes negatively charged and is therefore connected to the terminal marked "−" on the outside of the cell. The cathode, meanwhile, donates negative charge to the electrolyte, so it becomes positively charged (which allows it to accept electrons from the circuit) and is therefore connected to the terminal marked "+" on the outside of the cell. Old textbooks sometimes contain different terminology that can cause confusion to modern readers. For example, a 1911 textbook by Ayrton and Mather describes the electrodes as the "positive plate" and "negative plate" .