Как работают батарейки и почему они разряжаются
Аккумуляторные батарейки — это поистине удивительные устройства, которые выделяют электричество, позволяя нам использовать самые разнообразные устройства. Но откуда в них энергия? Ответ на этот вопрос дали авторы IFL Science.
На самом деле, внутри батарейки нет «готовой» электрической энергии. По словам профессора материаловедения Антуаан Алланор (Antoine Allanore), электричество нельзя поймать и сохранить, но мы можем сохранить электрическую энергию в химических веществах внутри батарейки.
Основной принцип работы батареек одинаков: внутри происходит химическая реакция, которая перемещает заряженные частицы (электроны) от одного конца батарейки — анода — к другому, который называется катодом.
В зависимости от типа батарейки, эти концы изготавливаются из разных материалов. Например, в литий-ионных аккумуляторах, которые используются в смартфонах и электромобилях, катод сделан из соединений лития, а анод — из графита. А в обычных щелочных батарейках, которые чаще всего приходят на ум при слове «батарейка», катод состоит из диоксида марганца, а анод — из цинка.
Как работают батарейки
Когда батарейка подключается к устройству, например к фонарику, начинается движение заряженных частиц — это и есть электричество. Электроны, отрицательно заряженные частицы, начинают перемещаться по внешним проводам от одного конца батарейки к другому. Это движение создает электрический ток, который питает устройство.
В то же время внутри батарейки происходит еще один процесс: положительно заряженные частицы, называемые ионами, перемещаются через специальное вещество — электролит. Этот электролит разделяет два конца батарейки, позволяя ионам свободно перемещаться внутри, но не давая электронам пройти через него напрямую. Благодаря такому разделению, ионы и электроны взаимодействуют друг с другом, создавая стабильный поток энергии.
Таким образом, электроны движутся снаружи, а ионы — внутри, и это взаимодействие поддерживает работу батарейки, обеспечивая электричество для устройства.
Почему батарейки разряжаются
Батарейки разряжаются по вполне объяснимой причине: химическая реакция, которая обеспечивает их электричеством, не может длиться бесконечно. В случае обычных щелочных батареек, которые мы обычно используем в пультах или часах, эта реакция происходит между цинком и диоксидом марганца. Пока этих веществ достаточно, батарейка генерирует ток. Однако, как только цинк полностью вступает в реакцию с диоксидом марганца, процесс останавливается, и батарейка теряет свою емкость. Это означает, что все химические компоненты внутри нее израсходованы, и больше энергии она произвести не в силах.
Интересно, что если батарейка не подключена к устройству, химическая реакция не происходит. Поэтому новая батарейка может храниться на полке годами, не теряя свою энергию. Однако, как только человек начинает ее использовать, начинается процесс разряда, и батарейка постепенно утрачивает свою способность питать устройство.
Почему на холоде быстро садится батарея
Температура также играет значительную роль в разряде батарейки. В холоде химические реакции замедляются, и батарейка производит меньше электричества. При слишком низкой температуре она может временно перестать работать, хотя в тепле она может снова «ожить». Однако, если батарейка перегревается, особенно это касается литий-ионных аккумуляторов, то может произойти перегрев, что может привести к поломке или даже возгоранию.
Еще одна причина, по которой батарейки могут разряжаться быстрее — это протечки. Если корпус батарейки поврежден и химические вещества начинают вытекать, внутри остается меньше активных компонентов для реакции, и батарейка «умирает» быстрее.
Важно отметить, что батарейки нельзя просто так выбрасывать в мусорное ведро — они сильно загрязняют окружающую среду.