13.04.2015

Ученые установили, можно ли по отскоку батареек судить об их заряде

Можно или нельзя по отскоку пальчиковых батареек судить об их заряде, выяснили американские ученые. По их мнению, отскок батарейки может говорить лишь о том, что она не новая.

Можно ли отличить севшие батарейки от новых, не прибегая к помощи тестера или мультиметра, – вопрос, имеющий практическую ценность. Использованные и новые батарейки часто путают дети, вынимая старые из электрических игрушек, или же элементы питания оказываются рядом друг с другом в карманах рюкзаков или сумок. Не так давно в интернете стали появляться ролики, предлагающие весьма простой способ отличить заряженные батарейки от отслуживших свой срок.

Идея проста. В роликах утверждается, что отличить батарейки можно по их отскоку от твердой поверхности — новые элементы почти не отскакивают, а отслужившие свой век отскакивают. Этот трюк был встречен с долей скептицизма, так как не имеет под собой научной основы.

Ученые под руководством Дэниела Штейнгарта из Принстонского университета решили провести настоящее научное исследование, чтобы внести ясность в этот вопрос и выяснить, имеет ли смысл кидать батарейки. Для этого они не поленились провести множество опытов, и результат оказался неоднозначен: на вопрос, можно ли по подскоку батареек судить об их разряженности, можно ответить и «да» и «нет».

«Отскок не говорит вам о том, жива батарейка или нет, он всего лишь говорит, новая ли она, — пояснил Штейнгарт. — Год назад мой знакомый прислал мне видео и спросил, слышал ли я об этом. Я не слышал, но у меня на столе была куча батареек и я мог проверить это».

Ученый решил проверить, как зависит отскок батареек от степени их разряженности. Для этого экспериментаторы сконструировали установку из нескольких плексигласовых трубок, в которых сразу несколько батареек могли падать вниз одновременно. Чтобы вычислить высоту отскока, они использовали микрофон, фиксирующий время вторичного касания поверхности. «Что мне действительно понравилось в этом эксперименте, это не только то, что его результаты имеют большую научную ценность, но и то, что я могу продемонстрировать его любому без специального научного бэкграунда», — считает Шохам Бхадра, студент, участвовавший в исследовании.

Замеры показали, что севшие батарейки действительно отскакивают выше, чем неиспользованные, но процесс этот нелинеен.

В среднем батарейки резко увеличивают высоту подскока, когда разряжены наполовину, но при дальнейшем истощении этот показатель не меняется, а выходит на «плато».

Чтобы выяснить природу отскока, ученые обратились в Брукхейвенскую национальную лабораторию (США), чтобы «просветить» внутренности батареек рентгеновским микроскопом и увидеть, к каким физическим изменениям приводят химические процессы внутри них. Большинство щелочных батареек состоит из положительно заряженного цинкового анода и отрицательного катода, состоящего из диоксида марганца.

Анализ рентгеновских снимков батареек показал, что происходит, когда по мере разряда анодный цинк постепенно превращается в оксид цинка. «Оксид цинка начинает формироваться снаружи и продвигается к центру анода. По мере того как оксида цинка становится все больше и больше, он заполняет весь слой цинка и батарейка становится все более и более прыгучей», — пояснил Штейнгарт.

В своей статье, посвященной измерению коэффициента упругости пальчиковых щелочных батареек, опубликованной в журнале Journal of Materials Chemistry, ученые показали, что по мере окисления цинка в нем возникают микроскопические связи, которые делают анод более жестким.

«Вначале цинк представляет собой плотно упакованные частицы, которые свободно движутся относительно друг друга. По мере окисления цинка между частицами возникают «мосты» и он начинает напоминать множество пружинок. Вот что дает батарейкам способность прыгать», — пояснил Штейнгарт. По его словам, эта особенность оксида цинка давно известна ученым, поэтому его добавляют, например, в мячи для гольфа. Что касается батареек, важно то, что максимум прыгучести достигается задолго до полного окисления анода, а следовательно, прыгучая батарейка еще не означает, что она села.

Павел Котляр

Источники:

1. gazeta.ru