В связи с высоким спросом существует возможность использования широкого ассортимента аккумуляторов и батарей, отличающихся формой, размером, ёмкостью, способами подачи и удаления субстратов и продуктов электродных реакций, а также материалами, использованными в них. Самыми популярными среди первичных элементов по-прежнему остаются цинково-угольные и щелочные батареи. Это первичные элементы — одноразового использования. Следующим типом, набирающим всё большую популярность, являются аккумуляторы, то есть перезаряжаемые батареи. К ним относятся свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные или литиевые аккумуляторы.
Классификация по способу действия
В зависимости от способа действия электрохимические элементы делятся на три основные группы: 1. Элементы первого типа (первичные): характеризуются тем, что их действие не обусловлено предварительной зарядкой от внешнего источника тока. Их функционирование основано исключительно на протекающих в них необратимых электродных реакциях, направление которых нельзя изменить. В результате полного преобразования реагентов элемент разряжается и становится непригодным к использованию. К первичным элементам относятся популярные щелочные и цинково-угольные батареи. 2. Обратимые элементы: работают в обратном направлении по сравнению с первичными элементами — их можно заряжать. Ток, протекающий в процессе зарядки от внешнего источника питания, преобразует продукты, образовавшиеся в результате разряда, обратно в субстраты, готовые к повторному использованию. Электрическая энергия преобразуется в химическую. Примером перезаряжаемого элемента является свинцово-кислотный аккумулятор. 3. Топливные элементы: в них происходит процесс окисления топлива. Этот процесс осуществляется при постоянной подаче субстратов и удалении продуктов электродных реакций.
Классификация по применению
1. Малогабаритные: используются в переносном электрическом и электронном оборудовании, включая игрушки и бытовые приборы. 2. Промышленные: предназначены исключительно для промышленного применения, профессионального использования или для электромобилей. 3. Автомобильные: применяются для запуска двигателя — инициирования зажигания и питания электрических систем транспортных средств.
Конструкция и состав элементов
Материалы, из которых состоят батареи, — это элементы, которые при химических реакциях вызывают появление электронов, как, например, реакции свинца и оксида свинца (IV) с серной кислотой (VI) в свинцово-кислотных аккумуляторах. Для обеспечения ионной проводимости в батарею входит электролит — раствор, содержащий соли, состоящие из ионов, выступающих переносчиками электрического заряда, и растворитель, в котором они растворены. Примером могут служить цинково-угольные элементы, в которых электролитом является водный раствор хлорида цинка. В щелочных цинково-марганцевых элементах применяется тридцатипроцентный гидроксид калия. Для стабилизации электролита, а значит и перечисленных реагентов, в состав элементов входят матрицы, которые дополнительно выполняют функции коллекторов электрического заряда.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
В свинцово-кислотных аккумуляторах активные массы реагентов помещены на решётках из сплавов свинца. Эти решётки выполняют функцию несущей конструкции, то есть упомянутой матрицы, активной массы и коллектора заряда. Для предотвращения короткого замыкания между электродами с противоположными знаками реагенты анода отделены от катода сепаратором. Он изготовлен из пластмасс, таких как полиэтилен, или из специальных производных целлюлозы. Все перечисленные элементы, вместе с выводами электрических контактов и системой уплотнений, помещены в корпус.
Переработка и утилизация
В целях рационального использования сырья часть материалов, используемых в элементах, должна подвергаться переработке. Однако из-за того, что практически во всех батареях содержатся токсичные вещества, способные вызвать загрязнение окружающей среды, этот процесс крайне сложен. В соответствии с Директивой 2006/66/ЕС по батареям и аккумуляторам, а также отработанным батареям и аккумуляторам, отменяющей директиву 91/157/EWG, и Законом от 24 апреля 2009 года о батареях и аккумуляторах (Dz.U. 2009, nr 79, poz. 666), батареи и аккумуляторы, отнесённые к категории опасных отходов, должны подвергаться обезвреживанию, а там, где возможно — переработке. Самым легко возобновляемым отходом из батарей является стальной корпус, который без больших проблем может быть переработан. Остальные вещества, используемые в батареях, могут проникать в грунтовые воды, почву и атмосферу, вызывая загрязнение экосистемы, что в свою очередь может иметь трагические последствия для людей. Поэтому крайне важно выбрасывать батареи в специально предназначенные для этого контейнеры. Оттуда службы, ответственные за утилизацию, забирают их и занимаются безопасной переработкой. Библиография: 1. J. Garche, Encyclopedia of electrochemical power sources, Elsevier 2009. 2. A. Czerwiński, Akumulatory, baterie, ogniwa, WKŁ, Warszawa 2005. 3. Директива 2006/66/ЕС по батареям и аккумуляторам и отработанным батареям и аккумуляторам, отменяющая директиву 91/157/EWG. 4. Закон от 24 апреля 2009 года о батареях и аккумуляторах (Dz.U. 2009, nr 79, poz. 666). 5. G. Pistoia, Used battery collection and recycling, Elsevier, 2001. 6. D.C.R. Espinosa, A.M. Bernardes, J.A.S. Tentório, J. Power Sources 2006, 135, 311. 7. Z. Rogulski, A. Czerwiński, J. Power Sources 2006, 159, nr 1, 454.
